CC BY
54
УДК 616.151:612.017.2
Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2007, вып. 3
И. И, Дигурова, А. Д. Ноздрачев, В. В. Гагарин, А. Г. Гущин, Ю. В. Карева
ОЦЕНКА МИКРОЦИРКУЛЯТОРНЫХ И ГЕМОРЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕКОТОРЫХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ
Влияние на организм внешних или внутренних факторов вызывает его ответную реакцию. Стрессорное воздействие может привести к серьезным микроциркуляторным изменениям [7,25 ] и является одним из пусковых механизмов развития ряда заболеваний [28]. Согласно имеющимся представлениям к нарушениям микроциркуляции можно отнести периоды ее нестабильности, вазомоторных, а затем комплексных изменений [20].
Одним из видов стресса является ограничение подвижности. Иммобилизация возникает при чрезвычайных ситуациях природного или техногенного характера, а также сопровождает проведение хирургического лечения. Биохимические механизмы, вовлекаемые в стрессорные реакции, однотипны у человека и животных [3], что оправдывает изучение стресса на животных. Ограничение подвижности вызывает выраженную стресс-реакцию у крыс [23], причем нарушения, характерные для стресса, существенно преобладают над изменениями, связанными со снижением двигательной активности [9]. Стадия тревоги сменяется периодом адаптации, затем, если сила стресса переходит границы гомеостатических возможностей, наступает истощение организма [26]. Превращение стресс-реакции из общего звена различных адаптационных реакций в звено повреждений происходит лишь при чрезмерном увеличении длительности стрессорного воздействия. Следовательно, может быть найдена его доза, при которой имеется выраженный адаптационный эффект, но нет повреждения [11].
Иммобилизация крыс на спине в течении 30 мин, 1 и 3 ч сопровождается увеличением концентрации адреналина и норадреналина в плазме крови, что отражает состояние возбуждения симпато-адреналовой системы у иммобилизированных животных [2, 18, 21]. После 24-часового иммобилизационного стресса увеличивается масса надпочечников, в крови у животных отмечается падение уровней адреналина и дофамина, а также концентрации 11 оксикортикостероидов [8,22,24]. Это свидетельствует о снижении активности симпато-адреналовой системы. В разные периоды иммобилизации (1,3 и 24 ч) происходит прогрессивное усиление реакции оседания эритроцитов, изменение микроциркуляции [5], связанное с активацией катехоламинов [6]. После 6-часовой фиксации на спине у крыс уменьшается концентрация гемоглобина [12]. Таким образом, иммобили-зационный стресс вызывает реакцию организма, в том числе и со стороны системы крови. Однако гемореологические показатели недостаточно изучены при вынужденном ограничении подвижности.
Одним из тяжелых проявлений иммобилизационного стресса, развивающегося в условиях аварий и катастроф, является нарушение периферического кровообращения (венозного, артериального). В этой связи представляется актуальным рассмотреть микро-циркуляторные изменения при разных по степени тяжести проявлениях вынужденного ограничения подвижности. В условиях иммобилизации возможно нарушение мезенте-риального кровообращения. Вследствие острой окклюзии краниальных сосудов брыжейки тонкой кишки возникает угроза жизни. Закономерности возникающих при
© И. И. Дигурова, А. Д. Ноздрачев, В. В. Гагарин, А. Г. Гущин, Ю. В. Карева, 2007
этом внутрисосудистых изменений еще до конца не выяснены. Нарушения гемоциркуля-ции в брыжеечных сосудах приводят к деструктивным изменениям в тканях кишечной стенки вследствие нарастания ее гипоксии [27]. Нормализация транспортных и реологических свойств крови, стабилизация центральной гемодинамики способствуют восстановлению клеточного метаболизма в кишечной стенке [16].
В связи с вышеизложенным целью работы было изучение реологических показателей крови и параметров микроциркуляции в разные сроки иммобилизационного стресса и при развитии острой непроходимости краниальных брыжеечных артерий (КБ А) и вены (КБВ).
Материалы и методы. Эксперимент проведен на 115 беспородных собаках и 70 белых беспородных крысах-самцах массой 200-240 г. Таким образом, отклонения по массе у крыс не превышали 10% [19]. Беспородные крысы имеют более широкие нормы реакции, чем линейные. Это помогает с большей точностью экстраполировать данные на человека [24]. С животными работали в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» [13]. Все они находились в одинаковых условиях обитания и кормления. Стресс у ненаркотизированных и неадаптированных крыс вызывали ограничением их движений в клетках-футлярах в течение 1,3, 6 или 24 ч. Такая иммобилизация не являлась жесткой, Кровь из хвостовой вены брали до опыта и после иммобилизации, а у инта-ктных крыс - через 45 мин после первого анализа.
Острую непроходимость КБА и КБВ моделировали на собаках с помощью шелковой лигатуры. Все оперативные вмешательства проводили под гексеналовым наркозом (50 мг на 1 кг массы тела), что позволяет говорить об отсутствии эмоционального стресса. Кровь для исследования брали пункцией бедренной вены до опыта, а также через 1,3, б и 12 ч после начала эксперимента.
Последние три срока при артериальной непроходимости воспроизводили стадии ишемии кишки, интестинального инфаркта и перитонита. При нарушении кровотока в брыжеечной вене
1- и 3-часовая окклюзия соответствовали стадиям геморрагической инфильтрации кишки и ее инфаркта [4]. Реваскуляризацию осуществляли после 3-часовой непроходимости КБА или КБВ без вскрытия брюшной полости. Контрольную группу составили животные, которым производили только вынужденную фиксацию и операционную травму. Во всех экспериментах в качестве антикоагулянта использовали гепарин в микродозах. Гемореологические исследования проводили сразу после взятия крови [10].
Объемная концентрация эритроцитов была определена путем центрифугирования. Относительная вязкость крови и плазмы измерена капиллярным вискозиметром ВК-4. Индекс агрегации (ИА) рассчитывали по отношению числа агрегатов к числу неагрегированных эритроцитов в камере Горяева. Количество эритроцитов определено фотоколориметрическим методом. Индекс деформируемости эритроцитов (ИДЭ) определен по скорости фильтрации их суспензии в физиологическом растворе с гематокритным показателем, равным 2%, через фильтр с диаметром пор
2-4.5 мкм [10].
Концентрация белка измерена с помощью рефрактометра, а белковые фракции (в относительных процентах) - методом электрофореза. Артериальное давление у собак регистрировали на общей сонной артерии. Микроциркуляторное русло брыжейки тонкой кишки исследовали методом импрегнации препаратов азотнокислым серебром по В. В. Куприянову (1975). С помощью метода окулярометрии измеряли средний диаметр, среднюю длину звеньев микроцирку ля-торного русла, число микрососудов, площадь модуля. На основании полученных данных рассчитывали сумму площадей поперечного сечения, рабочую поверхность и объем крови одновременно находившейся в микрососудах.
Результаты исследования и их обсуждение. В экспериментах на крысах проведено исследование показателей макро- и микрореологии крови при иммобилизационном стрессе.
Анализы крови у животных интактной группы показали: взятие первой пробы крови в количестве, не превышающем 0.3% от массы тела, не вызывало в следующей пробе достоверных изменений гематокритного показателя, концентрации гемоглобина и содержания общего белка. Следовательно, такой объем кровопотери не влиял в дальнейшем на значения исследуемых характеристик крови.
Под влиянием иммобилизационного стресса наблюдалось снижение гематокритного показателя через 1 ч после начала опыта в среднем на 15% (р<0.001), а через 3 и 6 ч соответственно на 26 (р< 0.02) и 24% (р< 0.001). Индекс агрегации возрастал у тех животных, у которых исходное значение этого показателя не превышало 0.3 (табл. 1). Так, через 1 и 3 ч после начала эксперимента увеличение составило 68%. Если же исходный индекс агрегации был выше 0.3, то наблюдалось уменьшение этого показателя. Индекс деформируемости эритроцитов при одночасовой иммобилизации возрастал у большинства животных в среднем на 55%. Следует отметить, что контрольные цифры у них были невысокими (среднее значение 0.16). Индекс деформируемости снижался, если исходный уровень был выше (в среднем 0.35). Такая же закономерность наблюдалась через 3 и 6 ч после начала эксперимента.
После 24-часовой иммобилизации гематокритный показатель снизился на 27%. Увеличение индекса агрегации эритроцитов составило в среднем 28%, причем возрастание этого показателя выявлено и при исходном значении более, чем 0.3. Индекс деформируемости увеличился на 102%. У остальных животных микрореологические показатели были ниже исходных значений.
Таким образом, на начальных этапах идет оптимизация агрегации и деформируемости, что можно расценить как приспособительную реакцию. При увеличении продолжительности действия стрессового фактора компенсаторные механизмы, по-видимому, истощаются, о чем свидетельствуют разнонаправленные изменения гемореологических показателей. Полученные результаты согласуются с данными литературы о разнонаправленном содержании катехоламинов во внутренних органах и железах внутренней секреции после 24-часовой иммобилизации [25], а также с представлениями о том, что индивидуальная устойчивость к стрессу имеет связь с генетически обусловленными особенностями обмена катехоламинов [14].
В контрольной группе собак операционная травма, наркоз и вынужденная фиксация на операционном столе в течение 1, 3, 6 и 12 ч не привели к достоверным изменениям гематокритного показателя и относительной вязкости крови по сравнению с исходными данными. Концентрация общего белка и его фракций, альбумин-глобулиновый коэффициент также не отличались достоверно от контрольных цифр. Это согласуется с представлениями о том, что на фоне глубокого торможения центральной нервной системы резко угнетается реакция на хирургическое вмешательство [1]. Следует, однако, отметить, что возможные реологические последствия вынужденной фиксации могли снивелироваться применением гипотензивного наркоза. Тем не менее полученные данные свидетельствуют, что перечисленные выше условия эксперимента не влияли на изучаемые показатели при моделировании острого нарушения мезентериального кровообращения.
При острой окклюзии КБА отмечено следующее. Блокирование кровотока в течение одного часа не вызывало достоверных гемореологических сдвигов. При дальнейшем развитии артериомезенгериальной непроходимости наблюдалось прогрессивное повышение в периферической крови исследуемых реологических показателей. После 6-часовой окклюзии относительная вязкость крови увеличилась по сравнению с исходным уровнем в среднем на 16% (р<0.05), апри 12-часовой непроходимости - на 47% (р< 0,01). Напоздних этапах отмечено повышение гематокритного показателя. Через 12 ч после начала эксперимента он возрос на 18% (р<0.05) по сравнению с контрольной цифрой.
При 3-часовой окклюзии была отмечена гиперкалиемия. Так, в общем кровотоке содержание калия увеличилось на 20.0 % (р<0.01) по сравнению с нормой, а содержание натрия уменьшилось на 24.0 % (р<0.05). Этим обусловлено увеличение вязкости. Динамика изменения концентрации общего белка и альбумин-глобулинового (АГ) коэффициента представлена на рис. 1.
Таблица 1. Микрореологические показатели крови на разных этапах иммобилизационного стресса
Показатели Сроки иммобилизации, час
1 3 6 24
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
ИА, отн. ед. ИДЭ, отн. ед. 0.163±0,025 0.157±0.035 0.273±0.039* 0.244±0.025*" 0.205±0.023 0.299±0.047 0.344±0.067* 0.187±0.039"" 0.317±0.030 0.184±0.047 0207±0.03(Г" 0.400±0.060** 0.308±0.050 0.079±0.015 0394±0.074~" 0.16<Ж).022"
* р<0.001; ** р<0.01; *** р<0.02;
**** р<0.05 по сравнению с контролем.
На поздних стадиях относительная вязкость плазмы достоверно уменьшалась по сравнению с результатами, полученными в стадии ишемии, которые недостоверно повышались по отношению к контрольному уровню.
Время после окклюзии, час
--Д — общий белок —/у— коэффициент
Контрольный уровень - 100%
Рис. 1. Изменение биохимического показателя крови при 12-часовой окклюзии КБА.
Увеличение относительной вязкости крови на поздних этапах было более выраженно по сравнению с ростом объемной концентрации эритроцитов. Отношение гематокритного показателя (в %) к вязкости крови (в отн. ед.) постепенно уменьшалось, что указывает на снижение эффективности транспорта кислорода. Эти данные представлены на рис. 2.
После 3-часовой артериомезентериальной непроходимости в микроциркуляторном русле брыжейки тонкой кишки были отмечены следующие изменения: артериолы находились в спазмированном состоянии, капилляры были запустевшими, а кровь, минуя их, шунтировалась по артерио-венулярным анастомозам (рис. 3).
После восстановления кровотока в пораженной кишке артериальное давление снижалось на 40.0 % (р<0.05) по сравнению с контролем. Объемная концентрация эритроцитов продолжала возрастать в том же направлении, что и при ишемии кишки (рис. 4). Такой же была динамика относительной вязкости крови. Эти изменения, вероятно, компенсировали уменьшение артериального давления, что согласуется с данными литературы [15]. Уровень калия в общем кровотоке был на 34% (р < 0.01) выше контрольного, а концентрация натрия снизилась на 18% (р < 0.01).
В артериолах, прекапиллярах и капиллярах отмечался выраженный спазм. Также наблюдалось уменьшение суммарных значений поперечного сечения, рабочей поверхности и объема крови, одномоментно находящейся в микрососудах. Линейная скорость кровотока повышалась на 46.0 % по сравнению с контролем. Таким образом, после репер-фузии имели место комплексные микроциркуляторные нарушения и признаки шока [20].
Острая окклюзия КБ В приводила к прогрессирующей гипотонии. Через 1 и 3 ч после начала эксперимента артериальное давление было снижено соответственно на 43.0 %
т/ц 14"
12-ю-8" 6-4-2-
0 123456789 10 И 12
Время после окклюзии, час
Рис. 2. Изменение соотношения гематокритного показателя (Ш) к относительной вязкости крови (г|) при развитиии 12-часовой артериомезентериальной непроходимости.
(р<0.001) и 52.0 % (р<0.001) по сравнению с данными, полученными до опыта. Наблюдалось и повышение концентрации общего белка и снижение альбумин-глобулинового коэффициента. В звеньях микроциркуляторного русла брыжейки появились признаки дис-семинированной внутрисосудистой коагуляции. При окклюзии КБВ происходило увеличение диаметра капилляров, посткапилляров, венул и суммы площадей их поперечного сечения (табл. 2). В просвете расширенных микрососудов находились микротромбы и крупные агрегаты. Это свидетельствует о серьезных микроциркуляторных расстройствах. Сопряженность биохимических и микроциркуляторных нарушений согласуется с представлениями о зависимости процесса агрегации эритроцитов от молекулярной массы белков.
Также отмечалось выраженное перераспределение объема крови, одномоментно находившейся в различных звеньях терминального сосудистого русла: в артериолах,
Таблица 2. Изменение морфометрических параметров микрососудов при острой 3-часовой окклюзии КБВ
Микрососуды Диаметр, Ю^м * Сумма площадей поперечного сечения, 10~9м2 *
Контроль После окклюзии Контроль После окклюзии
Капилляры 8.2 ±0.2 11.1 ±0.3* 1.54 ±0.1 3.4 ±0.25***
Посткапилляры 13.5 ±0.5 15.3 ± 0.2* 1.19 ±0.1 1.44 ±0.11**
Венулы 25.5 ± 1.1 34.7 ± 1.3* 2.35 ±0.29 3.21 ±0.44***
* р <0.01; ** р < 0.05;
*** р < о 01 по СраВнению с контролем.
1 "Г 2.3 5 1 11.74 1 11.61
9.8
прекапиллярах он уменьшался, а в капиллярах, посткапиллярах и венулах возрастал соответственно на 127% (р < 0.001), 37 (р<0.02) и 72% (р < 0.001).
Повышение относительной вязкости крови при 3-часовой окклюзии КБ В были достоверным по сравнению с результатом, полученным при одночасовой непроходимости.
Рис. 3. (микрофото). Раскрытый артериоло-венулярный анастомоз с регулируемым кровотоком (1) и резкорасширенным венулярным участком (2).
3 - артериола; 4 - венула. Об. 20, ок.7.
Восстановление кровотока в брыжеечном русле сопровождалось прогрессирующей гемоконцентрацией, диспротеинемией, внутрисосудистой диссеминированной гемокоа-гуляцией и шунтированием кровотока в микроциркуляторном русле брыжейки по арте-рио-венулярным анастомозам. Артериальное давление было ниже контрольного уровня на 61.0 % (р<0.001). Геморециркуляция не приводила к восстановлению до контрольного уровня диаметра микрососудов. Линейная скорость кровотока при прохождении по звеньям микроциркуляторного русла брыжейки тонкой кишки по сравнению с контролем уменьшалась на 92.0%.
Следовательно, острое нарушение мезентериального кровообращения вызывало глубокие гемореологические и микроциркуляторные изменения. Степень реологических сдвигов зависела от стадии процесса, причем на раннем этапе нарушения отсутствовали. Это может свидетельствовать о совершенной системе стабилизации внутренней среды у собак.
В дальнейшем реологические изменения могли быть направлены на формирование процесса адаптации. Так, на поздней стадии артериомезентериальной непроходимости снижение относительной вязкости плазмы может носить компенсаторный характер для улучшения текучести крови. В тот же период увеличение относительной вязкости крови являлось более выраженным по сравнению с ростом гематокритного показателя.
Восстановление кровотока после 3-часовой непроходимости мезентериальных сосудов усугубило имеющиеся нарушения реологического состояния крови, которые продолжали изменяться в тех же направлениях, что и в остром периоде. Это связано, вероятно, с появлением в общем кровяном русле продуктов нарушенного метаболизма.
Ht, % 70 I
60 -
50
40 -
30
20 "
10 -
Рис. 4. Объемная концентрация эритроцитов в реперфузион-ном периоде.
7 - контроль; 2 - после 3-часовой окклюзии КБ А; 3 - в реперфузионном периоде.
Таким образом, при экстремальных состояниях различного генеза наблюдаются гемо-реологические сдвиги, тяжесть которых определяется продолжительностью воздействия. Изменения реологических свойств крови приводят к расстройствам гемодинамики и микроциркуляции. При иммобилизационном стрессе динамика факторов, определяющих текучесть крови, носит обратимый характер. Острое нарушение мезентериального кровообращения вызывает более выраженные изменения, а восстановление кровотока не приводит к нормализации реологических показателей.
Summary
Digurova I. I., Nozdrachyov A. D., Gagarin V. V., Gushchin A. G., Kareva Yu. V. Assessment of macrocirculatory and hemorheologic changes under the influence of some extreme factors.
Rheologic and microcirculatory values were studied on experimental models of acute mesenteric blood circulation disturbance in dogs and immobilization stress in rats.
The obtained data demonstrate adaptational hemorheologic changes leading to further disorders of microcirculation.
E-mail: [email protected] Литература
1. Анищенко Т. Г., Игошева Н. Б. Половые различия в стресс-реактивности бодрствующих и анестезированных крыс при хирургическом стрессе // Бюл. экспер. биол. и медицины. 1992. № 1. С. 26-28. 2. БражкоА. А. Действие производных (хинальдин - 4 - ИЛТИО) карбоновых кислот на содержание катехоламинов при стрессе // Вестн. Запорожск. гос. ун-та, 2002. №2. С. 82-88.
3. Вальдман А. В., Козловская М. И., Медведев О. С. Фармакологическая регуляция эмоционального стресса. М., 1979. 4. Гагарин В. В. Диагностика, патогенез и лечение острых нарушений мезентериального кровообращения: Докт. дис. М., 1989.250 с. 5. Горизонтова М. П. Микроциркуляция и сосудистая проницаемость при стрессе // Вопросы общего учения о болезни. М., 1976. С. 80-83. 6. Горизонтова М. П. Микроциркуляция при стрессе // Патол. физиол. и экспер. терапия. 1986. Вып. 3. С. 79-85. 7. Дигурова И. И., Катаев В. В. Адаптационные свойства стандартизированного экстракта ГИНКГО билоба// Методы исследования регионарного кровообращения и микроциркуляции в клинике. СПб., 2004. С. 25-27. 8 .Дигурова И. И.,ГанузинВ. М., Гагарин В. В. Экспериментальное изучение электрического гомеостаза крови при различных острых патологических состояниях и их коррекции // Новости здравоохранения. 2005. №2. С. 42-44. 9. Ковалев O.A., Коровин К. Ф., Радченко Е. Р., Парфенова М. И. Особенности изменения кровообращения и адренергической активности при помещении крыс в тесную клетку и их иммобилизации на станке // Патол. физиол. 1988. №1. С. 29-32. 10. Козинец Г. И., Погорелое В. М., Шмаров Д. А., Боев С. Ф., Сазонов В. В. Клетки крови. Современная технология их анализа. М., 2002. 11. Меер-сон Ф. 3., Сухих Г. Т., Каткова Л. С. Адаптация организма к стессорным ситуациям и предупреждение стрессорных повреждений // Вестн. АМН. СССР. 1984. №4 С. 45-51. 12. Меерсон Ф. 3., Миняйленко Т.Д., Пожаров В. II., Середенко М. М. Нарушение внешнего дыхания, транспорта и утилизации кислорода при стрессе // Патол. физиол. и экспер. терапия. 1989. №6. С. 20-26. 13. Международные рекомендации по прведению медико-биологических исследований с использованием лабораторных животных // Хроника ВОЗ. 1985. №3. С. 3-9. 14. Мезенцева Л. Н. Роль индивидуальных особенностей биогенных аминов в устойчивости к развитию патологических последствий стресса: Автореф. канд. дис. М., 1982. 18 с. 15. Муравьев А. А., Якусевич В. В., Муравьев А. В., Борисов Д. А., Волков Ю. II. Реологические свойства крови у лиц с артериальной гипо-и гипертонией // Гемореология в микро- и макроциркуляции. Ярославль, 2005. С. 232. 16. Попова Т. С., Тамазашвили Т. Ш., Шестопалов А. Е. Синдром кишечной недостаточности в хирургии. М., 1991. 17. Пшенникова М. Г., Кузнецова Б. А., Шишкович М. В., Сапрыгин Д. Б., Меерсон Ф. 3. Соотношение содержания катехоламинов в крови у крыс при остром стрессорном воздействии и адаптации к стрессу // Бюл. экспер. биол. и медицины. 1990. №6. С. 534-535. 18. Пшенникова М. Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Патол. физиол. и экспер. терапия. 2001. №1. С. 23-26. 19. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М., 2000. 20. Селезнев С. А., Назаренко Г. И., Зайцев В. С. Использование показателей микроциркуляции в качестве критериев для оценки тяжести и прогнозирования исходов некоторых критических состояний // Актуальные вопросы нарушений гемодинамики и рехуляции микроциркуляции в клинике и эксперименте. М., 1984. С. 50-54. 21. Сейдахметова 3. Ж., Ташенова Г. К. Влияние иммобилизационного стресса на реактивность симпато-адреналовой системы и резистентность эритроцитов у крыс в периоды маммо-и лактогенеза // Бюлл. СО РАМН. 2005. №4. С. 93-95. 22. Симутенко Л. В. Серебрякова Т. М., БарсегянГ. Г. Физиологические реакции на стресс у крыс разных линий // Бюл. экспер. биол. и медицины. 1992. №8. С. 115-117. 23. Федоров Б. М. Стресс и система кровообращения. М., 1991. 24. Федоров В. Н. Фармакодинамика адаптогенов: экспериментальное и клиническое исследование: Докт. дисс. Л., 1999. 220 с. 25. Фурдуй Ф. И. Физиологические механизмы стресса и адаптации при остром действии стресс-факторов. Кишинев, 1986. 26. Хайсман Е. Б., Арефилов В. А., Маликова Л. А., Раевский К. С. Состояние периферического адренергического звена при действии нейролептиков в условиях иммобилизационного стресса // Фармакология и токсикология. 1991. № 4. С. 18-21. 27. Кет Е. Postoperativer Ileus - Grundsätzlicher Zur Pathophysiologic und Klimik // Chirurg. 1980. Bd 51. H. 4. S. 193-197. 28. Mezzacappa E. S. Breastfeeding and maternal stress response and health // Nutr. Rev. 2004. N2. P. 261-268.
Статья принята к печати 19 февраля 2007 г.
