Ранние постреанимационные изменения процессов липопероксидации в коре головного мозга: патогенетическая значимость и коррекция: Экспериментальное исследование

Актуальность проблемы. Ишемические и реперфузионные повреждения головного мозга являются одним из ведущих патогенетических факторов в развитии постреанимационной энцефалопатии, соответственно инвалидизации и летальности после перенесенного терминального состояния [1,2, 24, 69, 72, 122, 148].

В качестве одного из механизмов ишемических и реперфузионных повреждений нейронов рассматривается неконтролируемая активация пе-рекисного окисления липидов (ПОЛ) [3, 95, ИЗ, 121, 139, 140], что предопределяет необходимость применения антиоксидантных препаратов для защиты головного мозга при терминальных состояниях.

Однако, несмотря на многочисленные и разносторонние исследования ишемических и реперфузионных изменений процессов липопероксида-ции в головном мозге, в настоящее время нет достаточно ясного и однозначного представления о необходимости и эффективности применения ингибиторов ПОЛ при терминальных состояниях. В частности, не все авторы наблюдали увеличение липопероксидационной активности при ишемии и реперфузии головного мозга [66, 121, 169, 194, 215], а подавление активности свободно-радикальных процессов в ряде случаев приводило к уменьшению выживаемости животных с экспериментальными нарушениями мозгового кровообращения [135, 170].

Сложившаяся ситуация усугубляется и трудностью интегральной оценки состояния процессов липопероксидации [8, 22, 32, 46, 56, 64, 138], особенно в условиях быстро изменяющихся гемодинамических параметров при развитии терминальных состояний и выведении из них [70, 105] .

Исходя из этого, становится очевидным, что одним из условий повышения эффективности реанимационных мероприятий при терминальных состояниях является разработка адекватных способов оценки интенсивности процессов ПОЛ и патогенетически обоснованной их коррекции.

Вместе с тем, отсутствие однозначного представления о характере и патогенетической значимости ранних постреанимационных изменений процессов ПОЛ в головном мозге, зависимости их от интенсивности ре-перфузии, необходимости и эффективности применения антиоксидантных препаратов является серьезным препятствием для разработки адекватных способов профилактики и лечения ишемических и реперфузионных нарушений ЦНС. Совокупность этих обстоятельств и определила цель и задачи данного исследования.

Цель исследования. Оценить в эксперименте значение ранних постреанимационных изменений процессов липопероксидации в коре головного мозга в развитии постреанимационной болезни и способы их коррекции.

Задачи исследования.

1. Изучить процессы липопероксидации в коре головного мозга кошек при умирании от пролонгированной кровопотери и в раннем постреанимационном периоде.

2. Оценить в сравнительном аспекте влияние фридокса и эмоксипина in vitro на ишемические и ранние постреанимационные изменения процессов липопероксидации в коре головного мозга.

3. Сравнить влияние антиоксидантных препаратов и ограничения реперфу-зии на ранние постреанимационные изменения процессов липопероксидации в коре головного мозга, восстановление жизнедеятельности и выживаемость животных, перенесших клиническую смерть.

Научная новизна исследования. Впервые произведена оценка изменений прои антиоксидантной активности в коре головного мозга при умирании и в раннем постреанимационном периоде с помощью определения динамических показателей липопероксидации. Установлено, что при умирании и последующем оживлении происходит активация прооксидант-ных систем, истощение систем антиоксидантной защиты и субстратов ли-попероксидации. Показано, что эти изменения in vivo не сопровождаются накоплением продуктов ПОЛ в тканях и выявляются только in vitro при инкубации гомогенатов.

Установлено, что фридокс (6 мг/кг) и эмоксипин (7 мг/кг) эффективно ограничивают in vitro и in vivo ишемическую и реперфузионную активацию процессов липопероксидации в коре головного мозга.

Показано, что ограничение избыточной реперфузии предупреждает чрезмерную активацию процессов липопероксидации при возобновлении кровообращения, в результате чего нормализация соотношения прои антиоксидантной активности происходит быстрее, чем при использовании в комплексе реанимационных мероприятий антиоксидант-ных препаратов фридокса и эмоксипина.

Установлено, что ограничение избыточной реперфузии является более эффективным способом коррекции ранних постреанимационных нарушений процессов липопероксидации — выживаемость животных увеличивается с 29% до 63%, тогда как при использовании антиоксидантных препаратов — до 43% (фридокс) и 53% (эмоксипин).

Теоретическая и практическая значимость. Показана патогенетическая значимость избыточной активации процессов липопероксидации в коре головного мозга в развитии постреанимационной болезни — нарушается восстановление функций ЦНС.

Показано, что дополнительное определение динамических показателей липопероксидации — накопления продуктов ПОЛ в инкубируемых го-могенатах, позволяет повысить объективность и информативность оценки нарушений соотношения прои антиоксидантной активности в тканях при быстро изменяющихся параметрах гемодинамики.

Положительные результаты фармакологической и гемодинамической коррекции ранних постреанимационных нарушений процессов липоперок-сидации в коре головного мозга являются патогенетическим обоснованием для разработки способов повышения эффективности реанимационных мероприятий и защиты головного мозга при экстремальных и терминальных состояниях.

Работа (№ госрегистрации 01.2.00 100 462 от 01.01.17) выполнена в рамках проблем, координируемых ПК 33.05 «Экстремальные и терминальные состояния» (МНС № 33 РАМН) и ПК 53.02 «Нормальная и патологическая физиология» (МНС № 53 СО РАМН).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. При умирании и последующем оживлении активация прооксидантных систем в коре головного мозга сопровождается мобилизацией и быстрым истощением систем антиоксидантной защиты, развивается дефицит субстратов ПОЛ. Эти изменения не проявляются накоплением продуктов ПОЛ in vivo и выявляются только in vitro — при инкубации гомогенатов коры головного мозга в течение двух часов.

2. Включение в комплекс реанимационных мероприятий фридокса (6 мг/кг) или эмоксипина (7 мг/кг) достаточно эффективно ограничивает, а уменьшение избыточной реперфузии — предупреждает чрезмерную активацию процессов липопероксидации в коре головного мозга в первые минуты после возобновления кровообращения и истощение антиоксидантных систем и субстратов ПОЛ в динамике постреанимационного периода, в результате улучшается восстановление функций ЦНС и повышается выживаемость животных, перенесших клиническую смерть.

3. Предупреждение избыточной активации процессов липопероксидации в первые минуты после оживления с помощью ограничения избыточной реперфузии является более адекватным способом повышения эффективности реанимационных мероприятий по сравнению с ограничением чрезмерной липопероксидации с помощью антиоксидантных препаратов.

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования внедрены в учебный процесс по темам «Обмен липидов», «Биологическое окисление» на кафедре биохимии и по теме «Экстремальные и терминальные состояния» на кафедрах патофизиологии, анестезиологии и реаниматологии Кемеровской государственной медицинской академии, а также в научно-исследовательскую работу ЦНИЛ, кафедр биохимии и патофизиологии.

Апробация материалов диссертации. Результаты исследования доложены и обсуждены на: Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы медицины и биологии» (Кемерово, 1998, 2001, 2002, 2004) — Международном симпозиуме «Теоретические и клинические проблемы современной реаниматологии» (Москва, 1999) — VIII и X Российско-Японских международных медицинских симпозиумах (Благовещенск, 2000; Якутск, 2003) — Российской научной конференции «Фундаментальные науки — практике здравоохранения» (Омск, 2001) — II Российском конгрессе по патофизиологии «Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы» (Москва, 2002) — IV съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002) — X Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2003) — Всероссийской конференции «Актуальные вопросы обезболивания и интенсивной терапии тяжелой черепно-мозговой травмы» (Новокузнецк, 2003) — научно-практической конференции «Сочетанная шо-когенная травма в аспекте концепции травматической болезни» (Санкт-Петербург, 2003), Международной конференции «Современные подходы к диагностике, профилактике и лечению нейродегенеративных заболеваний» (Новосибирск, 2003).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 14 в центральной печати.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, 4 глав результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 147 отечественных и 68 зарубежных источников. Диссертация содержит 6 таблиц, иллюстрирована 17 рисунками.

ВЫВОДЫ.

При умирании от пролонгированной кровопотери и в раннем постреанимационном периоде (3 часа) увеличение прооксидантной активности в коре головного мозга сопровождается мобилизацией и быстрым истощением систем антиоксидантной защиты. Эти изменения не сопровождаются накоплением продуктов ПОЛ в тканях in vivo и выявляются только in vitro при определении скорости накопления продуктов липопероксидации в инкубируемых гомогенатах коры головного мозга.

Фридокс в дозе 6 мг/кг и эмоксипин в дозе 7 мг/кг эффективно ограничивают in vitro и in vivo ишемическую и раннюю постреанимационную активацию процессов липопероксидации в коре головного мозга.

Ограничение избыточной реперфузии предупреждает чрезмерную активацию липопероксидации при возобновлении кровообращения, в результате чего нормализация соотношения прои антиоксидантной активности происходит быстрее, чем при использовании в комплексе реанимационных мероприятий антиоксидантных препаратов фридокса и эмоксипина.

Чрезмерная активация перекисного окисления липидов в коре головного мозга является одним из патогенетических факторов постреанимационной болезни. В результате ограничения (антиоксидантные препараты) или предупреждения (ограничение избыточной реперфузии) чрезмерной активации перекисного окисления липидов улучшается восстановление функций ЦНС и повышается выживаемость животных, перенесших клиническую смерть.

Коррекция ранних постреанимационных нарушений процессов липопероксидации в коре головного мозга с помощью ограничения избыточной реперфузии в рамках адаптивного диапазона является более адекватным способом повышения эффективности реанимационных мероприятийвыживаемость животных увеличивается с 29% до 63%, тогда как при использовании фридокса — до 43% и эмоксипина — до 53%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Нарушения процессов перекисного окисления липидов рассматриваются многими исследователями в качестве ведущего механизма ишемиче-ских и реперфузионных повреждений головного мозга, приводящих к развитию постреанимационной энцефалопатии, соответственно инвалидиза-ции и высокой летальности после перенесенного терминального состояния [1, 2, 24, 72, 95, 122, 123, 148]. Вместе с тем в настоящее время отсутствует достаточно однозначное представление о характере и патогенетической значимости ранних постреанимационных нарушений прои антиоксидантной активности в головном мозге, что препятствует разработке адекватных способов их коррекции. Это обусловлено тем, что интенсивность липопероксидации оценивали, в основном, по изменению содержания в ткани мозга различных продуктов ПОЛ и на основании их увеличения делалось заключение об усилении липероксидации, а было ли это усиление адаптивным или избыточным, то есть патологическим, как правило, не анализировалось. Поэтому оставался открытым вопрос о целесообразности и необходимости применения антиоксидантных препаратов. Более того использование ингибиторов ПОЛ при экспериментальных нарушениях мозгового кровообращения сопровождалось в некоторых случаях увеличением летальности животных.

Анализ результатов многочисленных экспериментальных и клинических исследований показал, что содержание продуктов ПОЛ не всегда адекватно отражает интенсивность липопероксидации, так как зависит не только от скорости их образования, но и от скорости дальнейшего метаболизма и элиминации в кровеносное русло. Последние, в свою очередь, во многом определяются интенсивностью гемоперфузии, которая при развитии терминальных состояний и выведении из них весьма быстро и существенно изменяется — от полной остановки кровотока во время клинической смерти до двухкратного увеличения по сравнению с исходными значениями в первые минуты постреанимационного периода. При столь быстро изменяющихся параметрах гемоперфузии изменения соотношения прои антиоксидантной активности могут и не проявлятся сколько-нибудь значимыми изменениями содержания продуктов ПОЛ в тканях.

Исходя из этого, при планировании данного исследования были учтены результаты исследований, выполненных Архипенко Ю. В., Диденко В. В. (1989), Львовой С. П. и соавт. (1993), которые показали, что определение характера накопления продуктов ПОЛ в гомогенатах во время их достаточно продолжительной инкубации позволяет выявить те изменения прои антиоксидантной активности, которые в силу своей незначительности или действия различных факторов не проявляют себя изменениями содержания продуктов ПОЛ in vivo. Поэтому в данной работе, наряду с определением содержания продуктов ПОЛ и активности СОД в неинкубируемых гомогенатах, была изучена динамика их накопления при инкубации гомогенатов в течение двух часов при 37 °C. Предварительно было установлено, что при меньшей продолжительности инкубации не всегда удается выявить истощение антиоксидантной защиты и субстратов липопероксидации.

Использование данного методологического подхода позволило установить, что при умирании от пролонгированной кровопотери и последующей реанимации в коре головного мозга повышение прооксидантной активности не сопровождается адекватной мобилизацией антиоксидантной защиты, которая в этих условиях весьма быстро истощается. К 3-му часу после оживления развивается дефицит легкодоступных субстратов липопероксидации вследствие их повышенного потребления при умирании и в первые минуты после возобновления кровообращения. В результате, несмотря на недостаточность антиоксидантной защиты, накопление продуктов ПОЛ при инкубации гомогенатов реанимированных животных уменьшается по сравнению с таковым в гомогенатах контрольных животных.

Таким образом, изменения соотношения прои антиоксидантной активности при умирании и в раннем постреанимационном периоде, характеризующиеся увеличением прооксидантной активности и недостаточностью антиоксидантной защиты и постепенным развитием дефицита субстратов ПОЛ, первоначально имеют скрытый характер и выявляются в полном объеме только при инкубации гомогенатов в течение не менее двух часов. Сколько-нибудь значимое увеличение содержания продуктов ПОЛ в коре головного мозга in vivo было только на 5-й минуте после возобновления кровообращения, когда активность СОД уменьшалась на 10−15% от контрольных значений.

Принимая во внимание, что в первые минуты после оживления кровоток в коре теменной доли возрастал в 2 раза по сравнению с исходным, увеличение содержания продуктов ПОЛ в коре головного мозга было, скорее всего, результатом их повышенного образования, а не уменьшения элиминации в кровеносное русло [16]. Недостаточная мобилизации антиоксидантной защиты при умирании, которая с возобновлением кровообращения хотя и реализуется в большей степени, но быстро истощается, подтверждается менее выраженным увеличением стартовой и несколько большим увеличением средней скорости накопления продуктов ПОЛ в гомогенатах по сравнению с таковыми на 5-й минуте клинической смерти.

Через 3 часа после возобновления кровообращения, когда, напротив, развивалась выраженная гипоперфузия (кровоток в коре теменной доли уменьшался на 50% от исходного [16], содержание ТБК-ап в коре головного мозга лишь незначительно превышало контрольные значения — на 5−10%. Однако накопление продуктов ПОЛ в инкубируемых гомогенатах уменьшалось, причем стартовая скорость снижалась больше, чем средняя, что в совокупности с признаками недостаточности антиоксидантной защиты отражало развитие дефицита субстратов липопероксидации.

Таким образом, вследствие повышения прооксидантной активности в коре головного мозга при умирании и в первые минуты после оживлении развиваются недостаточность антиоксидантной защиты и дефицит субстратов ПОЛ.

Вполне очевидно, что выявленные изменения процессов липопероксидации в коре головного мозга в раннем постреанимационном периоде в определенной степени являются результатом изменений соотношения про-и антиоксидантной активности при умирании. Вместе с тем ведущее значение в их развитии имеет реперфузия, особенно избыточная, что наглядно подтверждается результатами экспериментов с ограничением ее интенсивности.

При ограничении интенсивности начальной реперфузии (с помощью исключения из гемоциркуляции части крови) до значений, не превышающих исходные более чем на 30−35%, статические и динамические показатели липопероксидации изменялись таким образом, что к 3-му часу ПРП их различия с контролем становились минимальными.

При использовании в комплексе реанимационных мероприятий анти-оксиданта нового поколения фридокса подобной нормализации изучаемых показателей липопероксидации не происходило. К 3-му часу после оживления содержание продуктов липопероксидации в коре головного мозга in vivo и их накопление в инкубируемых гомогенатах сколько-нибудь значимо не увеличивались по сравнению с таковыми при обычном ведении ПРП и оставались меньше контрольных значений. Однако в отличие от обычного ведения ПРП, низкие значения статических и динамических показателей липопероксидации при использовании фридокса были обусловлены не дефицитом субстратов ПОЛ, а отражали избыточное угнетение прооксидантной активности, чего не наблюдалось при использовании более мягкого ан-тиоксиданта эмоксипина. Это подтверждается и результатами изучения влияния фридокса и эмоксипина in vitro на ишемические (5-я минута клинической смерти) и реперфузионные (5-я минута и 3-й час ПРП) изменения процессов липопероксидации. Было установлено, что фридокс, в отличие от эмоксипина, весьма существенно ограничивает образование продуктов ПОЛ в инкубируемых гомогенатах не только при повышенной интенсивности липопероксидации, но и при ее уменьшении, в частности, вследствие дефицита субстратов ПОЛ.

Таким образом, ограничение гиперперфузии предупреждает в первые минуты после реанимации избыточную активацию прооксидантных систем, соответственно, и избыточное образование продуктов липопероксидации, обладающих выраженным деструктивным действием, и способствует более быстрой нормализации соотношения прои антиоксидантной активности после перенесенного терминального состояния.

Фридокс и эмоксипин ограничивают чрезмерную активацию прооксидантных систем в первые минуты после оживления. Однако под влиянием мощного антиоксиданта фридокса происходит избыточное подавление прооксидантной активности, в результате чего образование продуктов ПОЛ уменьшается до значений, достоверно меньше таковых у контрольных животных. Вместе с тем продукты липопероксидации, как известно, принимают участие в регуляции таких жизненно важных процессов, как модификация клеточных мембран, окислительное фосфорилирование, экспрессия генов, внутриклеточная регенерация и репарация [19, 46, 93]. Поэтому недостаточное образование продуктов липопероксидации в восстановительном периоде после перенесенной клинической смерти может быть не менее опасным для нейронов, чем их избыточная продукция. Данное предположение подтверждается результатами сравнительного анализа влияния коррекции ранних постреанимационных нарушений липопероксидации с помощью фридокса, эмоксипина и ограничения гиперперфузии на ранние показатели восстановления жизнедеятельности, видимого неврологического статуса и выживаемость животных после перенесенной клинической смерти.

Прежде всего, отметим, что при предупреждении (ограничение избыточной гиперперфузии) или уменьшении (реанимация с использованием антиоксидантных препаратов) чрезмерной активации липопероксидации в коре головного мозга улучшается восстановление функций ЦНС и снижается летальность животных, перенесших клиническую смерть. Следовательно, нарушения процессов липопероксидации в головном мозге являются одним из патогенетических факторов развития постреанимационной болезни.

Однако при использовании антиоксидантных препаратов и ограничении гиперперфузии некоторые животные все-таки погибали в течение первых суток после реанимации. Следовательно, коррекция ранних постреанимационных нарушений процессов ПОЛ не могла предупредить у них гибели определенных популяций нейронов. Вполне возможно, что, вследствие индивидуальных особенностей, первичные ишемические и реперфузи-онные повреждения этих нейронов были настолько выраженными, что заканчивались их быстрой гибелью, которую невозможно было предотвратить ограничением вторичных повреждений с помощью коррекции нарушений процессов ПОЛ.

Вместе с тем установлено, что при использовании фридокса выживаемость животных увеличивается меньше, чем при ограничении гиперперфузии и использовании более мягкого антиоксиданта эмоксипина. Не исключено, что наряду с другими благоприятными факторами ограничения гиперперфузии (уменьшение внутричерепного давления, экстравазации жидкости и белка, отека мозга, улучшение дренажа спинномозговой жидкости и оттока лимфы и др.) это связано с избыточным угнетением процессов липопероксидации при введении фридокса, соответственно устранением их от участия в регуляции жизненно важных функций нейронов. Вполне очевидно, что подобная ситуация не способствует более быстрому и полноценному восстановлению функций нейронов и других клеток после перенесенного терминального состояния.

В определенной степени это подтверждается тем, что при включении фридокса в комплекс реанимационных мероприятий увеличивалось число безуспешных реанимаций, в среднем в 2 раза, а в случае успешной реанимации сердечные сокращения появлялись достоверно позже, чем у животных с обычной реанимацией и с использованием эмоксипина. Возможно, вследствие чрезмерного угнетения процессов липопероксидации в мембранах нервных клеток и кардиомиоцитов под влиянием фридокса, замедлялось восстановление механизмов генерации и проведения нервных импульсов. Уменьшением образования продуктов липопероксидации в первые часы после оживления, как вследствие избыточного угнетения прооксидант-ных систем под влиянием ингибиторов ПОЛ, так и в результате развития дефицита субстратов липопероксидации, по-видимому, объясняются более выраженные проявления неврологического дефицита и летальность в первые 24 часа реанимации у животных с использованием фридокса и с обычным ведением ПРП по сравнению с таковыми при ограничении гиперперфузии и использовании эмоксипина.

Негативный эффект дефицита субстратов ПОЛ и уменьшения интенсивности липопероксидации подтверждается результатами клинических и экспериментальных исследований.

Дубинина Е.Е. и соавт. (1998), изучая изменения процессов липопероксидации у пожилых людей с деменцией, пришли к заключению, что истощение пула ненасыщенных жирных кислот как результат интенсификации их окислительной деструкции влечет за собой глубокие структурно-функциональные изменения в мозговой ткани и является одной из возможных причин возникновения психических расстройств.

Hollan S. и соавт. (1998) в качестве одной из причин гибели нейронов и усиления нейродегенеративных процессов рассматривают дефицит плаз-малогенов.

Murray С.A., Lynch М.А. (1998) установили, что возрастное уменьшение устойчивости к длительной электростимуляции головного мозга крыс происходит на фоне уменьшения содержания арахидоновой кислоты, являющейся одним из основных субстратов липопероксидации [190].

При активации свободнорадикальных процессов в синаптосомах коры мозга уменьшается содержание полиеновых жирных кислот в составе аминофосфолипидов, наиболее подверженных окислению [59, 62]. По данным Lukacova N. (1998) через 15 минут реперфузии после 30-минутной тотальной ишемии головного мозга крыс увеличивается деградация аминофосфолипидов, а через 30 минут и 3 часа в коре уменьшается интенсивность липопероксидации, что согласуется с результатами данной работыуменьшение интенсивности процессов ПОЛ в коре головного мозга кошек к 3-му часу постреанимационного периода.

Таким образом, в результате выполненного исследования установлено, что в раннем постреанимационном периоде в коре головного мозга повышается прооксидантная активность, вследствие чего развивается недостаточность антиоксидантной защиты и дефицит субстратов липопероксидации. Ведущим фактором, определяющим характер ранних постреанимационных изменений процессов перекисного окисления липидов в коре головного мозга является интенсивность начальной реперфузии.