CC BY
10
УДК 612.28: [616.24-001:616.151.5]-092.9
РОЛЬ ГИПОПЕРФУЗИИ МОЗГА В ДИЗРЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ЛЕГКИХ ПРИ ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЧЁРНОЙ СУБСТАНЦИИ
Тимофеева М.Р., Лукина С.А.
ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия» МЗ РФ, г. Ижевск, Российская Федерация.
Аннотация. В работе проведено комплексное исследование метаболизма липидов сурфактанта и параметров коагуляцион-ного гемостаза в системе малого круга кровообращения при формировании очага патологической активности в чёрной субстанции в условиях ишемии мозга. Установлено, что гипоперфузия мозга усугубляет расстройства метаболических функций легких, индуцированные активацией чёрной субстанции, в виде ухудшения поверхностно-активных свойств выстилающего комплекса альвеол и повышения коагуляционного потенциала артериальной крови на фоне активации фосфолипазного гидролиза и интенсификации процессов перекисного окисления липидов в легочной ткани. Ключевые слова: чёрная субстанция, гипоперфузия мозга, сурфактант, система гемостаза.
Ведущим фактором формирования дизрегуляцион-ной нейросоматической патологии является ишемиче-ское повреждение головного мозга. Нарушение мозгового кровообращения сопровождается развитием неврологической симптоматики, нарушением когнитивных функций, а так же дисфункцией висцеральных органов. При вовлечении в нейропатологический процесс системы внешнего дыхания существует высокий риск развития дизрегуляционных пневмопатий [1; 2]. Одной из структур мозга, наиболее чувствительной к гипоксии и окислительному стрессу выступает чёрная субстанция [3; 4]. При дисфункции структуры, наряду с изменениями режима вентиляции легких и респираторного ритмогенеза, наблюдаются расстройства метаболических функций легких [5].
Целью исследования явилось изучение влияния гипоперфузии мозга на метаболизм липидов сурфак-танта, коагуляционный потенциал крови и процессы свободно-радикального окисления в легочной ткани в условиях патологической активации чёрной субстанции.
Материалы и методы. Исследования выполнены на крысах - самцах в соответствии с международным этическим кодексом, изложенным в Директиве 2010/63/EU Европейского парламента. Наркотизированным крысам первой группы (n=20) имплантировали нанопорошок металлического кобальта (Cobalt met., Berlin), прошедшего механоактивацию в планетарной мельнице АГО-2, в ретикулярную зону чёрной субстанции (SNr) по стереотаксическим координатам атласа мозга крыс G. Paxinos. et al. (1998): Р = 5,8; L = 2;
V = 8,1. Структурно-фазовый анализ, проведенный на дифрактометре ДРОН-3, показал, что механоактиви-рованные частицы сохраняют кристаллическую структуру а-Со. Во второй группе крысам (п=13) осуществляли одностороннюю необратимую окклюзию общей сонной артерии [6]. Экспериментальным животным третьей группы через шесть дней после имплантации нанокобальта в чёрную субстанцию (п = 16), в период формирования в структуре генератора патологического возбуждения [7], выполняли ипсилатерально окклюзию общей сонной артерии и спустя десять дней проводили изучение метаболических функций легких. Контролем выступали ложнооперированные животные (п=29). Для определения локализации кобальта в структуре и морфологических признаков ишемии проведено гистологическое исследование образцов тканей мозга у экспериментальных крыс.
После окончания экспериментальных воздействий получали бронхоальвеолярные смывы, промывая легкие изотоническим раствором натрия хлорида; их поверхностную активность определяли методом Виль-гельми с расчётом индекса стабильности альвеол по J.Qements [8]. Для определения содержания фосфоли-пидов (ФЛ) в составе сурфактанта липиды экстрагировали смесью Блюра [9]. Количество холестерина (ХоЛ) определяли энзиматическим колориметрическим методом (диагностикум Холестерин-11/21/31-Витал, СПб). Активность фосфолипазы оценивали по количеству жирной кислоты, отщепившейся от ФЛ [10]. Об интенсивности свободно-радикальных процессов судили по содержанию малонового диальдегида (МДА;
—--—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
диагностикум ТБК АГАТ, «Агат-Мед», Москва) и активности каталазы в легочной ткани [11]. Кровь забирали в вакутейнеры из правых и левых отделов сердца с целью исследования гемостазиологических показателей в притекающей к легким венозной и оттекающей от них артериальной крови. На гемокоагулометре C GL2110 "Solar" серией тестов определяли активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ-тест, диагностикум НПО «Ренам», Москва) и протром-биновое время (ПВ; Тромбопластин, диагностикум НПО «Ренам», Москва). Статистический анализ выполнен на основе программы SPSS 19. Сравнение параметров проводили непараметрическим критерием U-Манна-Уитни и H-Kruskal-Wallis. Взаимосвязь показателей устанавливали ранговым коэффициентом корреляции Спирмена (rs). Статистически достоверным считали уровень значимости p < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. Ранее нами было установлено, что при индуцировании очага патологической активности в чёрной субстанции повышается продукция альвеолярных фосфолипидов (р = 0,001) в условиях низкой активности процессов катаболизма сурфактанта (р = 0,001), изменяется баланс про - и антиоксидантов в легочной ткани с интенсификацией процессов ПОЛ (р = 0,003), наблюдается гиперкоагуляция крови в системе малого круга кровообращения по тестам АЧТВ (р = 0,001) и ПВ (р = 0,001), (таблица 1) [5]. Также нами было показано, что дисбаланс фосфолипидов сопровождался ухудшением поверхностной активности выстилающего комплекса альвеол (р = 0,001). Выявлены отрицательная корреляционная связь параметров МДА и индекса стабильности (г8= -0,62; р < 0,05), взаимосвязь МДА и артерио-венозного коэффициента по ПВ (г = -0,61; р < 0,05).
Таблица 1.
Показатели метаболической активности легких при имплантации нанокобальта в чёрную субстанцию в условиях односторонней гипоперфузии мозга
Показатели Контроль(n = 29) Median (Qi; Q3) Кобальт в SN (n = 20) Median (Q1; Q3) Кобальт в SN + ишемия мозга (n = 11) Median (Q1; Q3)
ФЛ, мкмоль/г 149,5 (131,9;169,8) 502,9 (376,7; 543,0)** 172,2 (149,0; 201,8)лл
ХоЛ., мкмоль/г 52,91 (42,3; 62,9) 25,49 (15,6; 32,6) ** 129,0 (96,8;137,6)**лл
ИС, усл. ед. 0,72 (0,68; 0,75) 0,51 (0,43; 0,53)** 0,48 (0,46; 0,52)**
Фосфолипаза,Ед. 32,01 (29,1; 39,6) 21,09 (18,5; 21,7)** 51,30 (44,7; 51,9)*лл
АЧТВарт, с 34,30 (31,0; 36,8) 25,15 (21,6; 26,7)** 20,90 (18,2; 30,0)**
ПВарт, с 28,40 (26,3; 31,4) 14,0 (13,7; 14,8)** 17,10 (12,0; 19,5)**
Каталаза, мМ/мин/сух. ост. 10,26 (9,35; 12,7) 30,83 (28,25; 31,88)** 28,21 (27,25; 29,35)**
МДА, мкмоль/сух.ост. 0,19 (0,13; 0,22) 0,54 (0,35; 0,69)** 1,41 (1,1; 1,64)**лл
Примечание: п - количество животных; * р < 0,05, ** р < 0,01 -0,01 - по сравнению с активацией чёрной субстанции.
по сравнению с контролем; л p < 0,05, лл p <
При односторонней окклюзии общей сонной артерии расстройства метаболизма сурфактанта, индуцированные активацией чёрной субстанции, усугубились. Количество альвеолярных ФЛ [Н (3,4 = 70) = 50,86;р = 0,001], повышенное при дисфункции SN, в условиях гипоперфузии мозга, уменьшилось (р = 0,001). Активность фосфолипазного гидролиза, сниженного при воздействии на нигральную структуру [Н (3^ = 70) = 30,73; р = 0,001], напротив, возросла (р = 0,001). В 5 раз увеличилось содержание инертного холестерина в составе липидов сурфактанта по сравнению с активацией структуры без дополнительных воздействий (р = 0,001), что привело к снижению коэффициента ФЛ/Хол (р = 0,001) и значительному ухудшению биофизических свойств сурфактанта. Индекс стабильности альвеол уменьшился [Н (3^ = 70) = 42,12; р = 0,001] относительно контроля (р = 0,001). Интенсивность процессов свободно-радикального окисления
была выше, чем при активации SNR (р = 0,001). Особенностью сочетанного воздействия явилась не только утрата корреляционной связи между параметрами МДА и активностью каталазы (г8 = -0,07; р > 0,05) при её высоком уровне в контроле (г8 = 0,79; р < 0,01), но и усиление деструктивного потенциала процессов ПОЛ и фосфолипазного гидролиза, что проявилось в сильной положительной корреляционной связи МДА с активностью фосфолипазы А2 (г = 0,96; р < 0,01). Изменения в системе гемостаза характеризовались снижением коагуляционного потенциала венозной крови и, напротив, его повышением в артериальном секторе. В малом круге кровообращения уменьшилось тромбо-пластиновое время (р = 0,002) и протромбиновое время (р = 0,001), что свидетельствовало об избыточной активации факторов свертывания внутреннего и внешнего каскада гемокоагуляции. Подтверждением нарушения гемостазконтролирующей способности легких
явилась инверсия артерио-венозного коэффициента по коагулометрическим тестам (p < 0,01) - по АЧТВ [H (3,N = 70) = 41,35; p = 0,001] и ПВ [H (3,N = 70) = 30,67; p = 0,001].
Выявленные дизрегуляционные расстройства метаболических функций легких в условиях циркулятор-ной гипоксии при патологической активации ниграль-ной структуры могли быть следствием изменения генераторной активности чёрной субстанции и структур мозга, таких как, гипоталамус, гиппокамп, амигдала, связанных с чёрной субстанцией моносинаптически, и входящих в систему контроля метаболических функций легких [12; 5]. Известно, что гипоксическое повреждение мозга характеризуется очаговыми изменениями нейронов чёрной субстанции [13], дисбалансом нейромедиаторов [14] и влияет на активность нейронов генератора патологически усиленного возбуждения [3]. Еще одним следствием гипоксического повреждения мозга является стресс- индуцированная реакция организма с повышением уровня катехоламинов, обеспечивающих активацию фосфолипаз и процессов свободно-радикального окисления [15]. Сопряженные изменения про- и антикоагулянтной активности крови с развитием тромбофилической формы эндотелиаль-ной дисфункции и более выраженные нарушения биофизических свойств сурфактанта легких при сочетан-ном воздействии могут быть результатом действия свободных радикалов и продуктов фосфолипазного гидролиза на легочную ткань.
Выводы. Таким образом, гипоперфузия мозга усугубляет дизрегуляционные расстройства негазообмен-ных функций легких, индуцированные активацией чёрной субстанции. Результатом сочетанного воздействия явилось снижение продукции поверхностно-активных фосфолипидов в условиях деструктивного влияния продуктов липопероксидации и фосфолипазного гидролиза на компоненты сурфактантной системы, а также гиперкоагуляция крови в системе малого круга кровообращения на фоне окислительного стресса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Сон А.С., Солодовникова Ю.А. Характер вегетативных расстройств в остром периоде ишемического инсульта // Международный неврологический журнал. - 2010. -Т. 37, № 7. - С.98-104.
[2] The presence of the adult respiratory distress syndrome does not worsen mortality or discharge disability in blunt
trauma patients with severe traumatic brain injury /A. Salim [et al.] // Injury. - 2008. - Vol. 39, №1. - P. 30-35.
[3] Гусев Е.И., Крыжановский Г.Н. Дизрегуляционная патология нервной системы. - М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2009. - 512 с.
[4] Inflammatory responses of the substantia nigra after acute hypoxia in neonatal rats / M.E. Ezquer, S.R. Valdez, A.M. Seltzer // Exp. Neurol. - 2006.-.V. 197, N. 2. - P.391-8.
[5] Лукина С.А., Тимофеева М.Р. Метаболические функции легких при активации чёрной субстанции и в условиях ГАМКергической медиации амигдалярных и стволовых структур мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2014. - Т. 100, № 1. -С.86-95.
[6] Метаболические функции легких при десятидневной неполной глобальной ишемии мозга в эксперименте / С.А. Лукина, М.Р. Тимофеева, Е.В. Волкова, Р.В. Труш-никова // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. - 2014.- Т. 13, № 3 (51). - С.68-73.
[7] The unilateral cobalt wire model of neocortical epilepsy: a method of producing subacute focal seizures in rodents / J. H. Chang, X.F. Yang, J.M Zempel, S.M. Rothman // Epilepsy Res. - 2004. - V. 61, № 1-3. - P. 153-160.
[8] Березовский В.А., Горчаков В.Ю. Поверхностно-активные вещества легкого. - Киев: Наук. думка, 1982. -168 с.
[9] Методы ветеринарной клинической лабораторной диагностики: Справочник / под ред. И.П. Кондрахина. -М.: КолосС, 2004.- 520 с.
[10] Тужилин С.А., Салуэнья А.И. Метод определения фос-фолипазы А в сыворотке крови // Лабораторное дело. -1975. - №6. - С.334-335.
[11] Метод определения активности каталазы / М.А. Коро-люк, Л.И. Иванова, И.Г. Майорова, В.Е.Токарев //Лабораторное дело. - 1988. - №1. - С.16-18.
[12] Отеллин В.А., Арушанян Э.Б. Нигрострионигральная система. - М.: Медицина, 1989. - 272 с.
[13] Морфологическое строение черной субстанции среднего мозга крыс при введении различных форм 2-оксо-1-пирролидинацетамида на фоне билатеральной окклюзии общих сонных артерий / Ю.Г. Васильев, И.А. Вольхин, Д.С. Берестов, О.М. Канунникова / Фундаментальные исследования. - 2014. - № 9. - С.1737-1741.
[14] Region-specific effects on brain metabolites of hypoxia and hyperoxia overlaid on cerebral ischemia in young and old rats: a quantitative proton magnetic resonance spectros-copy study / M.A. Macri [et al.] // J. Biomed. Sci. - 2010. - № 17. - P.14.
[15] Пшенникова М.Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2000. - № 3. -С.20-26.
THE ROLE HYPOPERFUSION OF THE BRAIN IN DYSREGULATION OF METABOLIC FUNCTIONS OF LUNGS IN THE PATHOLOGICAL ACTIVATION OF THE SUBSTANTIA NIGRA
Timofeeva M.R., Lukina S.A.
Izhevsk State Medical Academy, Izhevsk, Russian Federation.
Annotation. A comprehensive study of the metabolism of lipids of the surfactant and parameters of coagulation hemostasis in the system of a small circle of circulation during the formation of the focus of pathological activity in the substantia nigra under conditions of cerebral ischemia was conducted. It has been established that hypoperfusion of the brain aggravates the disturbances in the metabolic functions of the lungs induced activation of the substantia nigra in the form of deterioration of the surface-active properties of the lining complex of the alveoli and increase of the coagulation potential of the arterial blood against activation of phospholipase hydrolysis and intensification of lipid peroxidation in the lung tissue.
Key words: substantia nigra, cerebral ischemia, surfactant, hemostasis system.
REFERENCES
[1] Son A.S., Solodovnikova Ju.A. Harakter vegetativnyh ras-strojstv v ostrom periode ishemicheskogo insul'ta // Mezhdunarodnyj nevrologicheskij zhurnal. 2010. Vol. 37, № 7. P. 98-104 (in Russian).
[2] The presence of the adult respiratory distress syndrome does not worsen mortality or discharge disability in blunt trauma patients with severe traumatic brain injury /A. Salim [et al.] // Injury. 2008. Vol. 39, №1. P. 30-35.
[3] Gusev E.I., Kryzhanovskij G.N. Dizreguljacionnaja patologija nervnoj sistemy. M.: OOO «Medicinskoe infor-macionnoe agentstvo», 2009. 512 p.
[4] Inflammatory responses of the substantia nigra after acute hypoxia in neonatal rats / M.E. Ezquer, S.R. Valdez, A.M. Seltzer // Exp. Neurol. 2006.Vol. 197, N. 2. P. 391-8.
[5] Lukina S.A., Timofeeva M.R. Metabolicheskie funkcii leg-kih pri aktivacii chjornoj substancii i v uslovijah GAMKer-gicheskoj mediacii amigdaljarnyh i stvolovyh struktur mozga // Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I.M. Sechenova. 2014. Vol. 100, № 1. P. 86-95 (in Russian).
[6] Metabolicheskie funkcii legkih pri desjatidnevnoj nepolnoj global'noj ishemii mozga v jeksperimente / S.A. Lukina, M.R. Timofeeva, E.V. Volkova, R.V. Trushni-kova // Regionarnoe krovoobrashhenie i mikrocirkuljacija. 2014. Vol. 13, № 3 (51). P.68-73 (in Russian).
[7] The unilateral cobalt wire model of neocortical epilepsy: a method of producing subacute focal seizures in rodents / J. H. Chang, X.F. Yang, J.M Zempel, S.M. Rothman // Epilepsy Res. 2004. Vol. 61, № 1-3. P. 153-160.
[8] Berezovskiy V.A., Gorchakov V.Yu. Poverkhnostno -ak-tivnye veshchestva legkogo. Kiev: Nauk. Dumka; 1982. 168 p. (in Russian).
[9] Metody veterinarnoj klinicheskoj laboratornoj diagnostiki: Spravochnik / pod red. I.P. Kondrahina. M.:KolosS, 2004. 520 p. (in Russian).
[10] Tuzhilin S.A., Salujen'ja A.I. Metod opredelenija fosfolipazy A v syvorotke krovi // Laboratornoe delo. 1975. №6. P. 334-335 (in Russian).
[11] Metod opredelenija aktivnosti katalazy / M.A. Koroljuk, L.I. Ivanova, I.G. Majorova, V.E.Tokarev //Laboratornoe delo. 1988. №1. P.16-18 (in Russian).
[12] Otellin V.A., Arushanjan Je.B. Nigrostrionigral'naja sistema. M.: Medicina, 1989. 272 p. (in Russian).
[13] Morfologicheskoe stroenie chernoj substancii srednego mozga krys pri vvedenii razlichnyh form 2-okso-1-pirrol-idinacetamida na fone bilateral'noj okkljuzii obshhih sonnyh arterij / Ju.G. Vasil'ev, I.A. Vol'hin, D.S. Berestov, O.M. Kanunnikova / Fundamental'nye issledovanija. 2014. № 9. P.1737-1741(in Russian).
[14] Region-specific effects on brain metabolites of hypoxia and hyperoxia overlaid on cerebral ischemia in young and old rats: a quantitative proton magnetic resonance spectroscopy study / M.A. Macri [et al.] // J. Biomed. Sci. 2010. № 17. P.14.
[15] Pshennikova M.G. Fenomen stressa. Jemocional'nyj stress i ego rol' v patologii // Patologicheskaja fiziologija i jek-sperimental'naja terapija. 2000. № 3. S.20-26 (in Russian).
