CC BY
56
УДК 612.82:615.832.9:617
Г.А. Бабийчук, А.В. Козлов, В.Л. Коцарь, Д.С. Андросов
обоснование оптимальных режимов краниоцеребральной гипотермии при проведении хирургических операций
Институт проблем криобиологии и криомедицины нАн Украины (г. Харьков)
Работа является фрагментом плановой темы отдела криофизиологии ИПК и К НАН Украины: “Физиологические и патофизиологические механизмы действия низких температур на состояние ЦНС, сердечно-сосудистой и эндокринных систем у животных разных возрастных групп. “ ДР № 0106Ш02162.
Вступление. Краниоцеребральная гипотермия (КЦГ) - метод обладающий способностью не только защитить нервную, сердечнососудистую, дыхательную и выделительную системы от действия эндогенной интоксикации, но и оказать влияние на терморегуляторные и симпатоадреналовые механизмы широко применяется клиницистами в различных отраслях медицины, в том числе и в хирургической практике [5, 6,]. В то же время многие аспекты применения КЦГ требуют дальнейшего пристального изучения.
Холодовое воздействие является стрессовой ситуацией для организма, поэтому остается актуальным обоснование и выбор режимов КЦГ [11, 12]. Известно, что КЦГ включает центры терморегуляции и это приводит к изменению функционального статуса организма. Степень выраженности этих изменений зависит от глубины и длительности воздействия низкими температурами. Они в значительной степени обусловлены ответной реакцией центров терморегуляции, расположенных в гипоталамусе [3]. При КЦГ кора головного мозга является главной интегративной структурой ЦНС, подвергающейся наиболее сильному охлаждению [2, 3, 12].
Влияние КЦГ на морфофункциональное состояние коры головного мозга и подкорковые образования - один из краеугольных вопросов использования этого метода охлаждения в медицине.
Известно, что свободнорадикальные процессы выполняют важную регуляторную функцию, будучи самым первым и самым лабильным звеном в адаптационной перестройке организма во время экстремальных воздействий [4, 7]. Регистрация хемилюминесценции (ХЛ) возникающая при взаимодействии свободных радикалов дает возможность получить объективную картину свободнорадикально-
го окисления, при метаболических изменениях любой этиологии [7, 8, 9].
Цель исследования. Выбор и обоснование оптимальных режимов КЦГ для применения в хирургической практике.
Задачей настоящего исследования являлось изучение морфофункциональных характеристик и уровня хемилюминесценции в коре головного мозга. Обратимость морфофункциональных изменений и суммарную ХЛ в коре через три часа после достижения изучаемых уровней гипотермии использовали в качестве критериев оценки оптимального состояния организма.
Известно, что длительность полостных хирургических операций составляет, в среднем, три часа. В связи с этим, исследования проводились непосредственно по достижению экспериментальными животными различной глубины КЦГ и через три часа после КЦГ.
Объект и методы исследования. Охлаждение крыс линии Вистар возрастом 2-2,5 мес. массой 220-250 г. проводилось на установке для программного охлаждения животных. Степень глубины гипотермии оценивали по методике [12]. Поверхностная краниоцеребральная гипотермия (ПКЦГ) - ректальная температура 34-32оС, умеренная (УКЦГ) -температура 32-30оС и глубокая (ГКЦГ) -температура 30-28оС. Температуру регистрировали термисторами СТЗ-18 при помощи электронного термометра. Каждая подгруппа состояла из 7 животных. Контрольная группа (КН) состояла из наркотизированных животных. Все процедуры выполняли под кетаминовым наркозом (0,2 мг/кг, внутибрю-шинно).
Материалом для морфологического исследования и измерения ХЛ служила кора головного мозга экспериментальных животных.
Обзорные препараты, окрашенные гематоксилин плюс эозин, использовались для общей оценки состояния исследуемых тканей. Для оценки функциональной активности нейроцитов глиальных элементов коры использовался гистохимический метод окраски препаратов по Нисслю [1]. Гистологические препараты изучались методом световой
микроскопии при увеличении - х 80, х 200, х 400, х 960.
При морфологическом исследовании оценивалось морфофункциональное состояние нейроцитов коры, функциональное состояние и степень пролиферации нейроглии, наличие и вид повреждения (дистрофия, некроз, апоптоз) нейронов и глии. [1]. Также оценивалась выраженность и степень кровенаполнения микроциркуляторного русла. При наличии отека вещества мозга проводилась верификация его по локализации (перинуклеарный, перицеллюлярный, пери-васкулярный), оценивалась степень его выраженности.
Суммарную ХЛ измеряли в гомогенатах коры головного мозга в течение 180 сек. на хемилюминометре ХЛМЦ-01М в термоста-тируемых кюветах при температуре 37Со по методике [8] .
Результаты исследований и их обсуждение. При морфологическом исследовании коры головного мозга животных контрольной группы получены следующие результаты.
При обзорной микроскопии на срезах, окрашенных по Нисслю видно слоистое строение коры, которое зависит от группировки нейроцитов на разных ее уровнях (слоях). Абсолютно четкой дифференцировки на 6 слоев, как у высших приматов и человека, не обнаруживается. В части полей зрения имеет место постепенный и равномерный переход между слоями. Однако местами все-таки хорошо дифференцируется первый слой-бедный клеточными элементами, второй и тре-тий-содержащие малые, средние и большие пирамидальные нейроны, четвертый слой - зона звездчатых нейроцитов, пятый слой-представленный большими пирамидальными нейроцитами, шестой слой характеризующийся наличием мультиформных нейронов (рис. 1).
г
В непосредственной близости от тел нейронов располагаются астроциты, которые, как известно, являются сателлитами нервной клетки [14, 18]. Астроциты - клетки звездчатой или веретенообразной формы с овальным ядром и диаметром тела 8-15х10-6 м. Олигодендроциты, более мелкие, чем астро-циты (диаметром 7-10х10-6 м), располагаются вблизи скоплений миелиновых волокон, имеют округлое, богатое хроматином ядро. Микроглиоциты (клетки Ортеги) диаметром не более 5х10-6 м, имеют неправильную треугольную форму, богаты хроматином, концентрируются вблизи капилляров мозга. В коре головного мозга экспериментальных животных данной исследуемой группы хорошо выражено микроциркуляторное русло, капилляры с умеренным кровенаполнением.
Морфологическая картина коры головного мозга животных при ПКГЦ выявляет умеренное повышение морфофункциональной активности единичных протоплазма-тических астроцитов глубоких слоев коры, умеренный перицеллюлярный отек и усиление кровенаполнения микроциркуляторного русла.
У животных, подвергшихся УКЦГ, в коре головного мозга в единичных нейроцитах начинают обнаруживаться дистрофические изменения в виде просветления центра ядер и конденсацией хроматина под ядерной оболочкой. Описанные изменения выявляются преимущественно в группе животных, забитых через 3 часа после КЦГ. В протоплаз-матической астроглии - признаки усиления морфофункциональной активности. Многие астроциты со светлыми, эухромными ядрами. Несколько более выражен перицеллю-лярный отек, выявляется также периваску-лярный отек (рис. 2).
Рис. 1. Архитектоника коры головного мозга животного контрольной группы: Окраска по Нисслю. Увеличение х200.
Рис. 2. Кора головного мозга при умеренной КЦГ, забитого через 3 часа после охлаждения. Высокий уровень активности астро-глиоцитов (ядра клеток светлые, эухромные с мелкодисперсным хроматином), перицел-
люлярный и периваскулярный отек. Окраска по Нисслю. Увеличение х 400.
Морфологическое исследование коры головного мозга животных, подвергшихся глубокой КЦГ, позволило выявить развитие выраженных и, зачастую, необратимых патологических изменений, как со стороны нейроцитов, так и со стороны глиоцитов.
Так в ядрах единичных нейронов обнаруживается просветление центра и расположение хроматина в виде ленты под нуклео-леммой (рис. 3). Данное явление называется феноменом маргинации хроматина и, как известно, является предстадией апоптоза [19]. Единичные нейроциты в состоянии так называемой эозинофильной дистрофии (рис. 4).
Рис.3. Кора головного мозга при глубокой КЦГ. В центре препарата нейрон с феноменом маргинации хроматина. Окраска по Нисслю. Увеличение х980.
Рис. 4. Кора головного мозга при глубокой КЦГ. В центре препарата нейрон в состоянии эозинофильной дистрофии. Ув. х980.
Помимо этого выявляется резко выраженный перинуклеарный, перицеллюлярный и периваскулярный отек вещества мозга, дила-тация и полнокровие капилляров (рис. 4, 5).
Рис. 5. Кора головного мозга после глубокой КЦГ через 3 часа. Резко выраженный периваскулярный отек вещества мозга. Ди-латация и полнокровие капилляров. Окраска гематоксилином с эозином. Ув. х200.
В группе экспериментальных животных, забитых через 3 часа после КЦГ выявляется так называемый феномен нейронофагии единичных нейроцитов микроглиальными элементами и астроцитами (рис. 6). Данный феномен, как известно, выявляется в поврежденных нейронах, ядра которых фагоцитируются клетками глии [16]. Однако в литературе имеются сведения о том, что перед фагоцитозом, глиальные элементы пытаются «реанимировать» нейрон, восстановить его поврежденные функции [13]. В случае если это не удается, глия фагоцитирует ядро нейроцита [10, 15]. В качестве нейронофагов выступают преимущественно клетки микро-гилии (клетки Ортега), иногда роль фагов играют астроциты.
Протоплазматические астроциты имеют признаки очень высокой морфофункциональной активности вплоть до истощения функции и появления признаков, предшествующих гибели клетки в виде феномена маргинации хроматина. Проблема исследования молекулярных механизмов запрограммированной гибели клетки, а также взаимосвязь нарушения регуляции этого процесса волнует специалистов в биологии и медицине. Мнения исследователей по вопросу о факторах, индуцирующих апоптоз, представлены в литературе достаточно широко. Это могут быть неспецифические факторы, такие как температура, токсические агенты, оксиданты, свободные радикалы, гамма-, рентген- и УФ-излучение [17].
Рис. 6. Кора головного мозга животного при глубокой КЦГ. Феномен нейронофагии. Окраска гематоксилином с эозином. Увеличение х 980.
Исследование суммарной интенсивности ХЛ гомогенатов коры головного мозга у группы животных непосредственно после гипотермии показало, что при ПКЦГ не наблюдается повышения ХЛ относительно контроля, при УКЦГ ХЛ достигает минимального значения, а при дальнейшем охлаждении до уровня ГКЦГ происходит ее повышение почти до уровня контроля, что свидетельствует о напряжении систем защиты и нарушения процессов СРО в сторону активизации, несмотря на снижение температуры.
Через три часа после КЦГ в исследуемых группах животных параметр ХЛ у всех групп животных был значительно выше, чем сразу после КЦГ, что свидетельствует о том, что КЦГ стимулирует усиление СРО в коре головного мозга, при этом после ГКЦГ интенсивность ХЛ была самая высокая (рис. 7).
после воздействия и значительное повышение через три часа. При УКЦГ в нейронах начинают обнаруживаться дистрофические изменения. Эти изменения, однако, выражены незначительно и являются обратимыми, а ХЛ достигает минимального значения у животных непосредственно после КЦГ и через три часа такое же, как и после ПКЦГ. Также появляются признаки еще большего усиления морфофункциональной активности протоплазматических астроцитов, нарастает отек вещества мозга. При глубокой КЦГ в нейронах коры и в астроглии выявляются глубокие, необратимые дистрофические изменения вплоть до появления признаков начала гибели клеток путем апоптоза. Эти явления сопровождаются повышением ХЛ относительно предыдущей глубины охлаждения сразу после КЦГ и значительным повышением через три часа. Так или иначе, индукция апоптоза сопровождается повышением свободнорадикального окисления. Процесс свободнорадикального окисления является важной причиной накопления клеточных дефектов [4, 7].
На основании полученных результатов можно судить о том, что ГКЦГ не целесообразно использовать в хирургической практике в связи с некомпенсируемыми изменениями в коре головного мозга и возможными осложнениями в послеоперационный период.
Перспективы дальнейших исследований. Для развития этого направления, на наш взгляд, целесообразным явилось бы отработка оптимальных режимов охлаждения на моделях патофизиологических состояний у животных.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автандилов Г.Г. Основы патологоанатомической практики / Г.Г.Автандилов - М.: 1999. - 505 с.
2. Алюхин Ю.С. Тканевое дыхание мозга при гипотермии / Ю.С. Алюхин, М.К. Калинина // Физиол. журнал СССР им. Сеченова. - 1970. - Т.56, №1. - С. 19 - 25.
3. Бабийчук Г.А. Механизмы нейрохимических и патофизиологических процессов в организме животных при краниоцеребральной гипотермии. Автореф. дис. на соиск. ученой степени доктора биол. наук: спец. 03.00.22 / Г.А. Бабийчук - Х., 1986. - 33 с.
4. Барабой В.А. Перекисное окисление и стресс / В.А. Ба-рабой, И.И. Брахман, В.Г. Голотин, Ю.Б. Кудряшов - СПб: Наука, 1992. - 148с.
5. Буков В.А. Методика и термодинамика краниоцеребральной гипотермии при операции на открытом сердце / В.А.Буков, И.Б.Бобков, О.А. Смирнов // Кардиология.- 1970. - №11. - С.138 - 142.
6. Вайнер Э.И. Об оптимальном уровне охлаждения при краниоцеребральной гипотермии / Э.И. Вайнер, В.М. Никитин, Л.Г. Минаков // Анестез. и реаним. -1982. - №3. - С.23 - 25.
7. Владимиров Ю.А. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах / Ю.А. Владимиров, А.И. Арчаков //- М.: Наука, 1972. - 252с.
Рис.7. Суммарная ХЛ в коре головного мозга.
Выводы. В результате исследования обнаружили, что при ПКЦГ выявляется лишь незначительный отек, усиленное кровенаполнение капилляров и не наблюдается повышения ХЛ относительно контроля сразу
8. Владимиров Ю.А. Хемилюминесценция клеток животных / Ю.А. Владимиров, М.П. Шерстнев // Итоги науки и техники. Биофизика. - 1989. - Т. 24.
9. Владимиров Ю.А. Свечение, сопровождающее биохимические реакции / Ю.А. Владимиров // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. - № 6. - С. 25 - 32.
10. Захарова М.Н. Клинические аспекты патологии астроглии / М.Н. Захарова , И.А. Завалишин // Журн. неврол. и психиатр. - 1997. - №12. - С. 100 - 102.
11. Мурский Л.И. Краниоцеребральная гипотермия в эксперименте /Л.И. Мурский - М.: 1975. - 123 с.
12. Мурский Л.И. Физиологические и патофизиологические аспекты краниоцеребральной гипотермии / Л.И Мурский., Э.Н Вайнер // Механизмы терморегуляции. - Владимир: 1975. - Вып.5. - С. 3 - 12.
13. Перинатальная эндокринология. Руководство для врачей. / Н.В. Кобозева, Ю.А. Гуркин // - Ленинград: Медицина, 1986. - 310 с.
14. Руководство по нейротравматологии / Под ред. А.И. Арутюнова- М.: Медицина. - 1978. - Т 2, - 583 с.
15. Alexander M.P. Mild traumatic brain injry; pathophysiology, natural history and clinical managament (review) / M.P. Alexander Neurology. - 1995. - V.45, №7. - P. 1253 - 1260.
16. Lynch D.R., Secondary mechanisms in neuronal trauma (Review) / D.R. Lynch, T.M. Dawson // Curr. Opin. Neurol. -1994. - V. 7, №6. - P. 510-516.
17. Macaya A. Apoptosis in the nervous system / A. Macaya // Rev-Neurol. - 1996 Nov. -V. 135, №24 - P.1356 - 1360.
18. Morton M.V. Psychosocial and emotional sequel of Individuals with traumatic brain injury: a literature review and recommendations (Review) / M.V. Morton, P. Wehman // Brain Injury. - 1995. - V. 9, №1. - P. 81-92.
19. Ritter A.M. Cerebral metabolism (Rev.) / A.M. Ritter, C.S. Robertson // Neurosurgery. Clin. North. Am. - 1994. - V. 5, №4. - P. 633-645.
УДК 612.82:615.832.9:617
обґрунтування оптимальних режимів кранюцеребральної гіпотермії при проведенні хірургічних операцій.
Бабийчук Г.А., Козлов А.В., Коцарь В.Л., Андросов Д.С.
Резюме. Вивчені морфофункціональні особливості та інтенсивність сумарної ХЛ в корі головного мозку. Після глибокої пролонгованої КЦГ зафіксовані ознаки апоптозу і некон-трольованого посилення процесів ВРО, тому недоцільно використовувати цей режим охолодження в хірургічній практиці.
Ключові слова: морфофункційні особливості, хемілюмінесценція, краніоцеребральна гіпотермія
UDC 612.82:615.832.9:617
SUBSTANTIATION OF OPTIMAL PROTOCOLS OF CRANIOCEREBRAL HYPOTHERMIA DURING SURGERIES
Babiychuk G.O., Kozlov O.V., Kotsar V.L., Androsov D.S.
Summary. Morphofunctional peculiarities and intensity of total chemiluminescence’s in the brain cortex have been studied. After a deep craniocerebral hypothermia there were fixed the signs of apoptosis and non-controlled strengthening of free radical processes. It is not expedient to use this cooling regimen in surgery.
Key words: morphofunctional peculiarities, chemiluminescence, craniocerebral hypothermia.
Стаття надійшла 2.06.2009 р.
