CC BY
45
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ГИПОТЕРМИИ
Ю. М. ПЕРОВ, Ш. X. ДЖАМИРЗЕ, П. М. СТАРКОВ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ПОСЛЕ ДВУХЧАСОВОГО ПРЕКРАЩЕНИЯ КРОВОТОКА В МОЗГЕ
(публикуется впервые)
Кафедра нормальной физиологии Кубанского медицинского института, г. Краснодар, кафедра нормальной и патологической физиологии Адыгейского филиала Кубанского государственного медицинского университета, г. Майкоп
Известно, что общая гипотермия защищает мозг и, в частности, его наиболее ранимую часть - кору больших полушарий - от разрушительного действия длительного кислородного голодания - гипоксии. При нормотермии кора больших полушарий теплокровных животных в условиях полного кислородного голодания (например, при остановке сердца) функционально выключается практически через несколько секунд, но еще в течение 5-6 минут сохраняет жизнеспособность, т. е. способность полностью восстанавливать свои специфические функции.
При более длительном промежутке времени прекращения кровотока и доставки кислорода в условиях нормотермии кора необратимо теряет свои функции, погибает.
При сложных операциях на сердце, а тем более на мозге хирургам необходим значительно больший промежуток времени выключения кровообращения. Для выполнения этого условия используют гипотермию.
При предварительном снижении температуры тела до 28° кора больших полушарий в тех же условиях (полное прекращение кровотока) сохраняет жизнеспособность, по данным разных авторов, 12-15 минут [3, 9].
В условиях общей гипотермии, с одной стороны, снижается обмен веществ, снижается потребление кислорода, что, несомненно, увеличивает время пе-реживаемости коры больших полушарий в условиях полного кислородного голодания.
С другой стороны, чем глубже общая гипотермия, т. е. чем ниже температура тела, тем значительнее снижается интенсивность циркуляции крови в мозге, тем сильнее снижается объемный кровоток в его тканях, т. е. тем больше опасность циркуляторной гипоксии [11, 12].
Оба эти процесса находятся в относительном равновесии. Но чем глубже гипотермия, чем больше снижается температура тела, тем значительнее уменьшается уровень циркуляции, и уже при 20-250 в зависимости от вида сопутствующего наркоза возможна остановка сердца, а потом и дыхания. Поэтому возможности увеличения времени жизнеспособности коры больших полушарий при гипоксии за счет углубления общей гипотермии крайне ограничены.
Трудности практического применения общей гипотермии (громоздкость методики, возможность возникновения фибрилляции сердца при согревании) привели к поиску иных способов продления времени
Рис. 1. Кошка № 4 с вживленными электродами и термопарами
17
УДК 612.82:612.1-089.583.29-092.11.9
100 ЫК1
1
27°
25°
230 19°
,|V^^Гv^Mкл-vl|^г^^1♦^—
15 1
Ж
13'
'л-—
10" Ч—■
16"
18"
1“
Рис. 2. Динамика ЭкоГ при снижении температуры в коре мозга до 90
переживаемости коры больших полушарий мозга при гипоксии.
Ранее нами было показано, что в условиях хронических опытов при местном охлаждении участков коры мозга нижняя температурная граница функционирования корковых центров соответствует температуре около 100 при ее измерении под твердой мозговой оболочкой на поверхности коры больших полушарий [8, 13, 14]. Причем, после согревания ни в одном из десятков экспериментов не отмечалось повреждения коры мозга или ее функций.
Весьма перспективным направлением в этом плане была разработка физиологии краниоцеребральной гипотермии. При этом способе охлаждается только голова, температура тела снижается незначительно, и, следовательно, циркуляторная гипоксия выражена значительно меньше, чем при общей гипотермии [12].
Так, в опытах Ш. X. Джамирзе минимальная величина объемного кровотока, необходимая для проявления ЭкоГ, с 21 мл крови на 100 г мозга при его температуре 350 снижалась до 7,4 мл крови на 100 г мозга при его температуре 200 [2].
То есть если объемный кровоток и доставка кислорода в этих температурных границах уменьшаются почти в три раза, то уровень обмена веществ по закону Вант-Гоффа должен снижаться в значительно большей степени, примерно в 4,5 раза.
Возможно, именно поэтому, как показали наши предварительные опыты, при краниоцеребральной гипотермии животные достаточно легко переносят охлаждение коры головного мозга до 100.
В связи с этим П. М. Старковым была поставлена задача: определить время переживаемости
21"
24"
27“
30"
Зв"
Рис. 3. Динамика восстановления ЭкоГ при согревании после краниоцеребральной гипотермии
коры больших полушарий в условиях полного прекращения кровотока мозга при краниоцеребральной гипотермии, когда температура на поверхности коры снижена до 100.
Причем, оценка степени восстановления корковых функций должна быть проведена по таким бесспорным тонким показателям высшей нервной деятельности, как способность к выработке условных рефлексов и способность к дифференцировке, то есть способность животных к обучению.
Поэтому эксперименты проводили в 2 этапа.
На 1-м этапе предварительно четырем беспородным кошкам весом 3,2-3,5 кг в хронических опытах вживляли в кору больших полушарий калиброванные медно-константановые термопары, позволяющие измерять температуру ткани мозга с точностью до ±0,1° при использовании комплекса самопишущих приборов Н37 и И37 [4, 5, 10].
Кроме термопар вживляли стальные игольчатые электроды для биполярного отведения электрокор-тикограммы (рис. 1). Расстояние между электродами составляло 5 мм.
Затем в острых опытах у этих же животных под гексеналовым внутрибрюшинным наркозом (70 мг на 1 кг) отпрепаровывались обе сонные и обе позвоночные артерии. После этого животные подвергались краниоцеребральной гипотермии,которая достигалась путем обкладывания головы животных смесью мелко раздробленного льда, смешанного с поваренной солью. Температура смеси была в пределах от -150 до -210.
Ориентируясь на показания термопар, температуру головного мозга снижали со скоростью около 10 в минуту до 8—100 на поверхности коры под твердой
Рис. 4. Кошка № 4 при выполнении пищедобывающих условных рефлексов: А - исходное состояние;
Б - выполнение условно-рефлекторного пищедобывающего движения
мозговой оболочкой. Интенсивность охлаждения регулировалась количеством используемой охлаждающей смеси.
Для поддержания температуры тела животных одновременно согревали лампами и одеялом с электронагревателем по П. М. Старкову.
Температуру тела определяли внутриректально на глубине 8 см и поддерживали на уровне 35±10.
При снижении температуры коры головного мозга до 8-100 на ее поверхности электрокортикограм-ма сглаживалась (рис. 2), артериальное давление снижалось до 80 мм Нд. Животных переводили на искусственную вентиляцию легких.
После контрольной записи этих показателей одновременно клипировали все четыре артерии, снабжающие кровью головной мозг.
По данным, полученным в нашей лаборатории А. И. Дашковским, в острых экспериментах на кошках (автор стальной проволочной петлей диаметром 0,5 мм внезапно сдавливал область шеи животных, прекращал дыхание и кровоток в сонных артериях) напряжение кислорода в тканях мозга, определяе-
мое полярографически, снижалось до нулевой отметки в течение нескольких секунд [1].
Поэтому с большой долей вероятности мы можем сказать, что и в наших опытах напряжение кислорода в тканях коры больших полушарий при кли-пировании 4 артерий, питающих мозг, также, возможно, падало до нулевых значений в течение нескольких секунд.
Таким образом, с момента пережатия артерий мозг существовал в режиме полного кислородного голодания. При этом отдельные редкие вспышки электроактивности (видимо, подкорковых структур) регистрировались еще в течение нескольких минут.
Опыты продолжались 2 часа. Т. е. в течение двух часов в наших опытах мозг экспериментальных животных находился в условиях полного прекращения доставки крови, а следовательно, и кислорода. В течение этого времени отмечалось полное молчание электрической активности коры мозга.
Нами намеренно был выбран для испытания устойчивости мозга к полному кислородному голоданию именно этот 2-часовой временной интервал.
Выше уже упоминалось, что при нормальной температуре тела в условиях внезапного прекращения кровотока (например, остановка сердца) кора больших полушарий сохраняет жизнеспособность только в течение 5 минут.
Как следует из нобелевской лекции Вант-Гоффа (1901), «при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону реакции, идущей с поглощением тепла». Дальнейшая разработка этого тезиса показала, что если процесс химический, то при изменении температуры на 100 его скорость изменяется в три раза в ту или иную сторону.
Вне сомнения, что потребление кислорода мозгом - процесс химический по своей природе. По нашим наблюдениям, температура коры мозга у ин-тактных кошек в норме у разных животных колеблется в пределах 38±0,50.
Поэтому мы предположили, что при снижении температуры коры больших полушарий теплокровного животного на 100, т. е. с 380 до 280, уровень обмена веществ, а следовательно, и потребление кислорода
должны снижаться в три раза, а временной промежуток, в течение которого при полном кислородном голодании кора больших полушарий способна к восстановлению своих специфических функций также должен увеличиться в три раза, т. е. до 15 минут.
При дальнейшем снижении температуры коры мозга с 280 до 180 все эти значения также должны измениться в 3 раза, а следовательно, и временной промежуток, когда кора мозга способна функционально восстановиться, теоретически должен увеличиться с 15 до 45 минут. Т. е. по отношению к исходному уровню не в 3 раза, а в 9 раз.
При снижении температуры коры мозга с 180 до 80 временной промежуток жизнеспособности коры теоретически должен увеличиться также в 3 раза, т. е. с 45 мин. до 135 мин., т. е. в 27 раз по сравнению со временем переносимости гипоксии при нор-мотермии мозга.
Исходя из этих расчетов и был выбран с некоторым запасом времени 2-часовой период для испытания жизнеспособности коры мозга при полном прекращении кровотока при температуре 100.
Рис. 5. Динамика выработки условных рефлексов и дифференцировка у кошки № 4 после опыта с 2-часовым прекращением кровотока в мозге в условиях краниоцеребральной гипотермии и снижения температуры коры мозга до 100:
1 - молодые условные рефлексы и спонтанные пищедобывающие рефлексы [а] у кошки
№ 4. Пятые сутки после опыта;
2 - прочные условные рефлексы и дифференцировка у кошки № 4. 15-е сутки после опыта: а - двигательный компонент пищедобывающего условного рефлекса,
б - положительные условные и дифференцированные сигналы, в - отметка безусловно-рефлекторного подкрепления, г - отметка времени
Через 2 часа после полного прекращения кровотока в артериях мозга опыт прекращали, снимая зажимы с артерий. Кровоснабжение мозга восстанавливалось. Операционная рана ушивалась. Учитывая данные прошлых опытов, согревание мозга проводили постепенно, со скоростью 10 в минуту.
При этом ЭКоГ восстанавливалась. Причем при температуре около 300 С в мозге отмечалась несколько более высокая активность по амплитуде и частоте по сравнению с исходными данными (рис. 3).
В течение нескольких часов животные выходили из наркоза. После гексеналового внутрибрюшинно-го наркоза без гипотермии, по нашим собственным наблюдениям, двигательные условные рефлексы у кошек восстанавливаются только через 24 часа. К этому времени животные самостоятельно встают, у них восстанавливается аппетит. В наших опытах это отмечалось только через трое суток.
Поэтому ко второму этапу экспериментов мы приступали на четвертый день после опытов с краниоцеребральной гипотермией и полным 2-часовым прекращением кровотока в мозге. На втором этапе экспериментов степень восстановления функций коры оценивалась по способности к выработке двигательных пищедобывающих условных рефлексов и дифференцировки [6, 7]. У всех животных в специально оборудованной клетке на вспышки света с частотой 120 в 1 минуту вырабатывались двигательные пищедобывающие условные рефлексы (рис. 4). На прерывистый свет животные протягивали правую переднюю лапу в пластмассовую «норку» на глубину 8-12 см и добывали подкормку.
На постоянный свет из того же источника длительностью 6 секунд вырабатывали дифференциров-ку, то есть животные на постоянный свет пищедобывающее движение тормозили и не выполняли.
Как видно из рис. 5, молодые двигательные пищедобывающие условные рефлексы у кошек, испытавших 2-часовое прекращение кровотока в мозге, вырабатывались в течение 5-6 дней. Дифференци-ровку и прочные условные рефлексы удавалось выработать только к третьей неделе опытов.
Условные рефлексы, а тем более способность к выработке дифференцировки - наиболее тонкие, чувствительные показатели сохранности специфических функций коры мозга.
Это позволяет нам сделать вывод о достаточно полном восстановлении корковых функций у кошек после 2-часового полного прекращения кровотока в мозге в условиях, когда кора охлаждается до 8-100 способом краниоцеребральной гипотермии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дашковский А. И. К вопросу о полярографическом измерении содержания кислорода в тканях живого организма в условиях гипотермии. Материалы 16-й научной конференции физиологов юга РСФСР при участии биохимиков и фармакологов. 1967. С. 118-119.
2. Джамирзе Ш. X. Минимальная величина кровоснабжения головы для проявления электрокортикограммы при разных уровнях охлаждения мозга // Г ипотермия и местное действие холода на мозг и сердце. Краснодар, 1968. С. 256-265.
3. Клыков Н. В. Развитие гипотермии при переохлаждении головы животных. 12-я конференция филиала юга РСФСР Всесоюзного общества физиологов, фармакологов и биохимиков. Воронеж, 1958. С. 111-112.
4. Перов Ю. М. Тепловая активность сенсомоторных зон головного мозга при двигательном условном рефлексе // Физиологический журнал СССР, 1969. Т. 55, № 4. С. 474-479.
5. Перов Ю. М. Конструкция термодов для местного охлаждения коры головного мозга у кошек в хронических опытах // Физиологический журнал СССР им. И. М. Сеченова. 1983. Т. 19. С. 961-963.
6. Перов Ю. М. Павловские методики в работах кафедры нормальной физиологии Кубанского медицинского института // Кубанский научный медицинский вестник. 2000. № 2 (50). С. 17-20.
7. Перов Ю. М. Функциональная экстирпация участков коры больших полушарий как развитие павловской идеологии щадящего подхода в хронических экспериментах на животных // Кубанский научный медицинский вестник. 2000. № 2 (50). С. 84-86.
8. Покровский В. М., Бердичевская Е. М. и Перов Ю. М. О соотношении сердечного и двигательного компонентов условного рефлекса при охлаждении участков коры головного мозга кошки // Журнал высшей нервной деятельности. 1981. Т. 31, вып. 1. С. 64-69.
9. Покровский В. М. Временное выключение сердца из кровообращения у собак при переохлаждении головы через наружные покровы. 12-я конференция филиала юга РСФСР Всесоюзного общества физиологов, фармакологов и биохимиков. Воронеж, 1958. С. 196-197 (Б).
10. Старков П. М., Перов Ю. М. Методика местного охлаждения коры головного мозга у кошек // Физиологический журнал СССР. 1967. Т. 53, № 3. С. 354-356.
11. Старков П. М. К проблеме острой гипотермии. М., 1957.
12. Старков П. М. Гипотермия и местное действие холода на мозг и сердце. Краснодар, 1968.
13. Starkov P. M., Perov U. M. Changes of motor conditioned reflex during cooling of the brain cortex sensorimotor centers. Proseeding of the international union of Physiological sciences. 24 International Congress. Volume. P. 1246. Washington. D. S. 1968.
14. Starkov P. M., Perov U. M. On the mechanism of the cold blocade of the motor conditioned reflex during the local cooling of the brain cortex regions. 2 nd International Congress of C. I. A. N. S. Praga, Czechoslovakia. 1975. P. 58.
Поступила 02.07.2006
YU. M. PEROV, SH. X. DZAMERZE, P. M. STARKOV
RECOVERY OF CEREBRAL HEMISPHERE FUNCTIONS AFTER TWO-HOUR STOP OF THE BLOOD FLOW IN THE BRAIN
The head was locally cooled to 100 C on the surface of the cerebral cortex in four experiments in cats. The bodies of the animals were heated artificially keeping up the rectal temperature on the level of 35±10 C. After that both carotic arteries and both vertebral arteries were clipped. The animals were undergone the artificial lung ventilation. At the cerebral cortex temperature decrease to 7-90 C, as it was reqistered by erog, the oscillations were completely smoothed out. The experiments continued for two hours. At this period there was no flood flow in the brain of the animals.
All the animals endured this experiment easily. To evaluate the level of the brain function recovery after experiments with cooling, conditioned reflexed and differentiation was successfully formed in the animals. There facts point out full cerebral function recovery after two hour hypoxia and full stop of the brain blood flow under the condition of cortex temperature decrease to 100 C.
Key words: brain, hypoxia, blood flow, hypothermia.
