Развитие признаков дистресса у крыс на фоне однократного ультразвукового воздействия
- Авторы: Носова М.Н.1,2, Бондарчук Ю.А.1,2, Шахматов И.И.1,2, Мацюра А.В.3, Маршалкина П.С.1, Прокопец Д.А.1
-
Учреждения:
- Алтайский государственный медицинский университет
- Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины
- Алтайский государственный университет
- Выпуск: Том 100, № 1 (2019)
- Страницы: 140-146
- Тип: Экспериментальная медицина
- Статья получена: 08.02.2019
- Статья опубликована: 08.02.2019
- URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/11016
- DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ2019-140
- ID: 11016
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель. Изучить влияние однократного 24-часового воздействия ультразвуковых волн, распространяющихся в воздушной среде, на состояние микроциркуляторного русла и показатели системы гемостаза у крыс.
Методы. Работа выполнена на 28 крысах-самцах линии Wistar. Группу экспериментальных животных подвергали ультразвуковому воздействию с 24-часовой экспозицией. Среднегеометрическая частота колебаний составляла 25 кГц, уровень звукового давления - 84,3 дБ. Показатели микроциркуляторного русла экспериментальных крыс, полученные методом лазерной допплеровской флоуметрии, сравнивали с таковыми у интактных животных. Также проводили сравнительный анализ показателей тромбоцитарного и коагуляционного гемостаза, антикоагулянтной и фибринолитической активности плазмы крови у крыс обеих групп.
Результаты. У экспериментальных крыс в ответ на 24-часовое воздействие ультразвука происходило достоверное снижение исследуемых активных и пассивных факторов модуляции кровотока по сравнению с интактными животными: показателя микроциркуляции, показателя флакса, амплитуды эндотелиальных и вазомоторных колебаний, амплитуды дыхательных и пульсовых волн. В ходе исследования параметров системы гемостаза выявлена выраженная гиперкоагуляция по внешнему пути плазменного гемостаза и на конечных этапах свёртывания крови, которая усугублялась угнетением антикоагулянтной активности плазмы крови на фоне снижения фибринолитической активности. Характер изменения гемостазиологических параметров подтвердил развитие стресс-реакции у крыс, зафиксированное в ходе изучения микроциркуляторного русла.
Вывод. 24-часовое воздействие ультразвуком вызывает у крыс выраженные нарушения в зоне микроциркуляции и значительные неблагоприятные сдвиги в системе гемостаза - признаки развития дистресса.
Ключевые слова
Полный текст
Движение крови по микрососудам капиллярного типа, перемещение интерстициальной жидкости и веществ по межклеточным пространствам, транспорт лимфы по лимфатическим микрососудам обеспечивают необходимую трофику и выведение из тканей продуктов обмена органических веществ.
Гемодинамика в системе микроциркуляции, особенно в её капиллярном звене, определяется как внутренними силами кровообращения, так и метаболическими потребностями тканей [1]. Основная роль при этом принадлежит закономерностям циркуляции крови и лимфы в сосудах диаметром от 2 до 200 мкм, поведению форменных элементов крови (деформация, агрегация, адгезия), динамике процессов свёртывания крови (коагуляция, фибринолиз, тромбообразование, роль тромбоцитов), транскапиллярному обмену и ультраструктурным особенностям микрососудов, функциональному состоянию эндотелиальных клеток [2].
Нарушения в работе микроциркуляторного русла могут лежать в основе многих патологических процессов и быть не только вторичными, но и являться первопричиной таковых. Локальные изменения микроциркуляции возникают уже на раннем этапе развития различных видов патологии (инфаркта миокарда, стенокардии, артериальной гипертензии) и по мере генерализации патологических процессов приобретают системный характер, поэтому данные, полученные в одной области микроциркуляции, могут дать представление о системе микроциркуляторного русла в целом [3].
Один из физических факторов воздействия современной среды обитания на человека — ультразвук. По своей природе ультразвук представляет собой высокочастотные (свыше 20 кГц) механические колебания, распространяющиеся в упругих средах, физическое воздействие которых зависит не только от частоты и амплитуды ультразвуковых волн, но и от свойств среды, в которой он распространяется. Так, ультразвук при контактном воздействии может вызывать спазмы кровеносных сосудов, особенно капилляров, что становится причиной недостаточности кровообращения тех или иных тканей и органов.
Длительное систематическое действие ультразвука, распространяющегося воздушным путём, вызывает изменения функционирования нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. У животных, которые способны воспринимать ультразвуковые волны, этот фактор вызывает психоэмоциональный стресс. В процессах адаптации к действию стрессорных факторов важная роль принадлежит гемостазиологическим параметрам, изменение которых служит чувствительным показателем адаптационного потенциала организма [4].
Цель работы — изучить влияние однократного 24-часового воздействия ультразвуковых волн, распространяющихся в воздушной среде, на состояние микроциркуляторного русла и показатели системы гемостаза у крыс.
Исследования были выполнены на 28 крысах-самцах линии Wistar с массой тела 250±20 г. Животные были разделены на две группы — интактную и экспериментальную, по 14 крыс в каждой.
Группу экспериментальных животных подвергали ультразвуковому воздействию с 24-часовой экспозицией с помощью ультразвуковых отпугивателей мышей «Филин» (НПП «Дон», Россия), установленных с двух сторон от клетки с крысами на расстоянии 10 см. Среднегеометрическая частота колебаний составляла 25 кГц, уровень звукового давления — 84,3 дБ.
После прекращения воздействия исследовали показатели микроциркуляторного русла с использованием метода лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) с анализом амплитудно-частотного спектра колебаний кровотока на аппарате ЛАКК-02 (НПО «Лазма», Россия). Головку оптического зонда фиксировали в основании хвоста животного. Длительность записи ЛДФ-граммы составляла 5 мин. Регистрировались основные параметры микроциркуляции, а также проводился анализ амплитудно-частотного спектра колебаний кровотока в полосе частот от 0,005 до 3 Гц. В этой полосе формировалось четыре неперекрывающихся частотных диапазона, позволяющих оценить состояние «активных» и «пассивных» звеньев регуляции микрокровотока.
Сразу после проведения эксперимента для исследования забирали кровь в объёме 5 мл из печёночного синуса в полистироловый шприц с широкой иглой, содержащий 3,8% раствор натрия цитрата (соотношение крови и цитрата 9:1) под инъекционным наркозом препаратом золетил.
У всех животных исследовали показатели тромбоцитарного и коагуляционного гемостаза, а также антикоагулянтную и фибринолитическую активность плазмы крови с помощью наборов фирмы «Технология-Стандарт» (Россия). Индуцированную агрегацию тромбоцитов проводили по G.V.R. Born (1962) на агрегометре «Биола» (Россия), в качестве индуктора использовали раствор аденозиндифосфата в концентрации 10 мкг/мл. Тромбоэластометрию выполняли на приборе Rotem (Pentapharm GmbH, Германия) с использованием реагента «Natem», в состав которого входит кальция хлорид.
Использование крыс в экспериментах осуществлялось в соответствии требованиями Европейской конвенции «О защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или иных научных целей» (Страсбург, 1986) и Директивами 86/609/EEC. Обезболивание и умерщвление животных проводили в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных».
Полученные в ходе исследования данные представлены в виде (m [25–75%]), где m — медиана в выборочной совокупности; [25–75%] — 25-й и 75-й перцентили. Статистический анализ проведён на персональном компьютере с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0 (StatSoft, США). Статистическую значимость различий оценивали при помощи непараметрического U-критерия Манна–Уитни, так как признаки не подчинялись нормальному распределению. Различия считали достоверными при уровне статистической значимости p <0,05. Уровень статистической значимости различий при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05.
Показатели микроциркуляции исследовали сразу после 24-часового воздействия ультразвука на животных (табл. 1). Однократное воздействие ультразвука вызывало у экспериментальных крыс достоверное снижение исследуемых активных и пассивных факторов модуляции кровотока по сравнению с интактными животными: показателя микроциркуляции — на 67%, показателя флакса — на 68%, амплитуды эндотелиальных колебаний — на 75%, амплитуды вазомоторных колебаний — на 78%, амплитуды дыхательных волн — на 69%, амплитуды пульсовых волн — на 75%.
Таблица 1. Изменение показателей микроциркуляции экспериментальных и интактных крыс
Показатели | Интактные крысы (n=14) | Экспериментальные крысы (n=14) | р |
ПМ, пф.ед. | р=0,002 (∆ –67%) | ||
СКО (σ), пф.ед. | р=0,0001 (∆ –68%) | ||
Эндотелиальные волны (VLF), пф.ед. | р=0,001 (∆ –75%) | ||
Вазомоторные волны (LF), пф.ед. | р=0,0001 (∆ –78%) | ||
Дыхательные волны (HF1), пф.ед. | р=0,0001 (∆ –69%) | ||
Пульсовые волны (CF1), пф.ед. | р=0,0001 (∆ –75%) |
Примечание: результаты представлены в виде (m [25–75%]), где m — медиана в выборочной совокупности; [25–75%] — 25-й и 75-й перцентили; ∆ — статистически значимая разница экспериментальной группы с интактными животными при p <0,05; р — уровень статистической значимости различий экспериментальной группы с интактными животными; ПМ — показатель микроциркуляции; пф.ед. — перфузионные единицы; СКО (σ) — флакс, среднеквадратичное отклонение амплитуд колебаний кровотока; n — количество животных в исследуемой группе.
Активные факторы непосредственно воздействуют на сосуды микроциркуляторного русла, модулируют поток крови со стороны сосудистой стенки и реализуются через её мышечную составляющую, поэтому их называют тонус-формирующими [5]. Снижение амплитуды этих звеньев свидетельствует об ослаблении модуляции кровотока со стороны данного механизма регуляции и расценивается как повышение тонуса, снижение дилатационного резерва и функциональных возможностей эндотелия.
Увеличение тонуса и развитие спазма сосудов обусловлены возросшей симпатической импульсацией, вызванной активацией стресс-реакции, что приводит к увеличению напряжения в гладкомышечных клетках сосудистой стенки. Об уменьшении притока крови в микроциркуляторное русло и снижении модуляции кровотока свидетельствуют и данные о снижении показателя микроциркуляции и показателя флакса, характеризующего миогенный компонент.
Развитие вазоконстрикции подтверждается также снижением амплитуды эндотелиальных волн, обусловленным, по всей вероятности, сокращением содержания эндотелиального оксида азота. Такого рода данные могут свидетельствовать о развитии эндотелиальной дисфункции [6], так как в условиях постоянно повышенного пристеночного напряжения сдвига функциональный резерв эндотелия истощается.
Зарегистрированное в нашем эксперименте снижение показателя флакса обычно свидетельствует об угнетении активных вазомоторных механизмов модуляции тканевого кровотока или преобладании в регуляции тонических симпатических влияний [7]. При прекращении активной вазомоции в той части капиллярного русла, в которой сопротивление кровотоку выше, объёмный кровоток сокращается, и в ней появляются признаки стаза. В этом случае кровоток шунтируется, и бо́льшая часть крови, поступающей в микроциркуляторное русло, движется по меньшей части капилляров, тем самым нарушая метаболизм тканей. Нутритивное же звено микроциркуляторного русла в условиях стаза, характеризующегося полной блокадой кровотока, оказывается наиболее ранимым [8].
К пассивным механизмам регуляции относят внешние факторы, находящиеся вне микроциркуляторного русла: пульсовые волны, приходящие со стороны терминальных артерий (кардиальный ритм на входе в микроциркуляторное русло), и дыхательные волны со стороны вен (венулярный ритм на выходе из микроциркуляторного русла). Уменьшение амплитуды и сглаживание вершины пульсовой волны происходят при повышении тонуса резистивных сосудов (мелких артерий и артериол). Несмотря на то обстоятельство, что местом локализации дыхательных ритмов в системе микроциркуляции являются венулы, эти волны напрямую не характеризуют кровоток венозных отделов, но непосредственно связаны с его модуляцией. Дыхательные осцилляции отражают распределение перфузии и давления вне капилляров в более крупных микрососудах — венулах. Снижение амплитуды дыхательных волн указывает на повышение градиента артериовенозного давления [9].
В норме в результате чередования сокращения и расслабления гладкомышечного аппарата сосудистой стенки (активные факторы) происходит модулирование периодически изменяющегося объёма крови (пассивные факторы), что в конечном счете и формирует оптимальные гемодинамические параметры для транскапиллярного обмена [5]. И напротив, сформировавшийся спазм приводит к обеднению нутритивного кровотока, развитию ишемии и снижению показателя перфузии.
На основании наших данных, можно сказать, что первичное нарушение микроциркуляции, способствующее увеличению сопротивления току крови вследствие вазоспазма, становится причиной вторичных нарушений в системе гемостаза. Вазоспазм, ишемические явления стимулируют выброс в кровоток провоспалительных цитокинов, обладающих мощным прокоагулянтным действием [10]. Кроме этого, выделению проагрегантов и прокоагулянтов способствует турбулентный ток крови, обусловленный тем, что артериоловенулярные шунты впадают в венулы под значительным углом, создавая условия для соударения форменных элементов между собой и со стенкой сосуда [3]. К тому же возникновение острой ишемии находится в зависимости от состояния нейрогуморальной регуляции сосудистого тонуса и реологических свойств крови, во многом определяемых системой гемостаза.
Полученные в нашем исследовании данные по изменениям гемостазиологических параметров подтвердили развитие стресс-реакции у крыс в ответ на 24-часовое воздействие ультразвука, зафиксированное в ходе изучения микроциркуляторного русла.
По этой причине на следующем этапе эксперимента после забора крови исследовали параметры, характеризующие сосудисто-тромбоцитарный и коагуляционный гемостаз, а также состояние антикоагулянтного и фибринолитического звеньев коагуляционного гемостаза с помощью методов коагулометрии и тромбоэластографии (табл. 2).
Таблица 2. Изменение показателей гемостаза экспериментальных и интактных крыс
Показатели | Интактные крысы (n=14) | Экспериментальные крысы (n=14) | р |
АДФ-индуцированная агрегация, отн.ед. | р=0,6 | ||
Активированное парциальное тромбопластиновое время, с | р=0,18 | ||
Протромбиновое время, с | р=0,024 (∆ –18,7%) | ||
Тромбиновое время, с | р=0,001 (∆ –35,28%) | ||
Время полимеризации фибрин-мономерных комплексов, с | р=0,004 (∆ –37,60%) | ||
Гепарин-тромбиновое время, с | р=0,033 (∆ –36,80%) | ||
Фибриноген, г/л | р=0,5 | ||
Растворимые фибрин-мономерные комплексы, мг/100 мл | р=0,5 | ||
Антитромбин III, % | р=0,0003 (∆ –45,79%) | ||
Спонтанный эуглобулиновый фибринолиз, мин | р=0,4 | ||
Время коагуляции, с | р=0,3 | ||
Время формирования сгустка, с | р=0,009 (∆ +75%) | ||
Угол α, градус | р=0,013 (∆ –7,64%) | ||
Максимальная твёрдость сгустка, мм | р=0,28 | ||
Максимальный лизис,% | 0,0 [0–0] | р=0,007 (∆ –100%) | |
Плотность сгустка через 10 мин, мм | р=0,002 (∆ +46,84%) |
Примечание: результаты представлены в виде (m [25–75%]), где m — медиана в выборочной совокупности; [25–75%] — 25-й и 75-й перцентили; ∆ — статистически значимая разница экспериментальной группы с интактными животными при p <0,05; р — уровень статистической значимости различий экспериментальной группы с интактными животными; АДФ — аденозиндифосфат.
Установлено, что 24-часовое ультразвуковое воздействие сопровождалось выраженной гиперкоагуляцией по внешнему пути плазменного гемостаза, о чём свидетельствует уменьшение протромбинового времени на 18,7%. Достоверное укорочение тромбинового времени на 35% и времени полимеризации растворимых фибрин-мономерных комплексов на 37% по сравнению с интактными животными расценивается как гиперкоагуляция на конечных этапах свёртывания.
Зафиксированная гиперкоагуляция усугублялась выраженным угнетением антикоагулянтной активности плазмы крови, зафиксированной как по значительному падению уровня антитромбина III (на 45%), так и по уменьшению гепарин-тромбинового времени (на 36,8%), на фоне угнетения фибринолитической активности. Такая совокупность данных свидетельствует о развитии у крыс, подвергшихся 24-часовому ультразвуковому воздействию, состояния дистресса. В то же время данных в пользу развития состояния тромботической готовности и повышенного риска тромбообразования у крыс после ультразвукового воздействия в нашей работе не выявлено, так как концентрация растворимых фибрин-мономерных комплексов в плазме крови экспериментальных животных не повысилась.
Несмотря на тот факт, что дефицит фибриногена по коагулограмме не выявлен, так как время спонтанного эуглобулинового фибринолиза по сравнению с интактной группой не изменялось, по данным тромбоэластографии зарегистрировано уменьшение показателя времени максимального лизиса, что свидетельствует об угнетении фибринолитической активности. Увеличение же времени формирования сгустка в крови экспериментальных животных на 75% (р=0,009) в комплексе со снижением значений угла α (р=0,013) демонстрирует нарушение процесса полимеризации фибрина, одной из причин которого может быть дефицит фибриногена, формирующийся из-за расходования последнего на образование тромба.
Поскольку материалом для исследования гемостазиологических параметров методом тромбоэластографии служит не плазма крови, а цельная кровь, необходимо учитывать, что при высоких показателях пристеночного напряжении сдвига повышается вязкость крови, значение которой зависит от вязкости плазмы, показателя гематокрита и микрореологических свойств эритроцитов, как самого многочисленного пула клеток крови [11]. Подтверждением этого служат данные об ухудшении деформационных свойств эритроцитов, интенсификации агрегатообразования с формированием патологических агрегатов при артериальной гипертензии.
Выводы
1. Однократное 24-часовое воздействие ультразвука вызывает у крыс выраженные изменения в зоне микроциркуляции: угнетение активных и пассивных механизмов модуляции кровотока, спазм мелких артерий и артериол, застойные явления в системе микроциркуляции, эндотелиальную дисфункцию.
2. Нарушения в микроциркуляторном русле сопровождаются значительными сдвигами в системе гемостаза — гиперкоагуляцией по внешнему пути гемокоагуляции и на конечных этапах плазменного гемостаза при угнетении антикоагулянтной и фибринолитической активности плазмы крови.
3. Совокупность данных по изменениям гемостазиологических параметров и нарушениям микроциркуляторного русла свидетельствует о развитии состояния дистресса в ответ на 24-часовое воздействие ультразвука.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.
Об авторах
Марина Николаевна Носова
Алтайский государственный медицинский университет; Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины
Автор, ответственный за переписку.
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия; г. Новосибирск, Россия
Юлия Алексеевна Бондарчук
Алтайский государственный медицинский университет; Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия; г. Новосибирск, Россия
Игорь Ильич Шахматов
Алтайский государственный медицинский университет; Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия; г. Новосибирск, Россия
Александр Владимирович Мацюра
Алтайский государственный университет
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия
Полина Сергеевна Маршалкина
Алтайский государственный медицинский университет
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия
Дарья Андреевна Прокопец
Алтайский государственный медицинский университет
Email: mn.nosova@gmail.com
г. Барнаул, Россия
Список литературы
- Козлов В.И. Система микроциркуляции крови: клинико-морфологические аспекты изучения. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2006; 5 (1): 84-101.
- Чернух А.М., Александров П.М., Алексеев О.В. Микроциркуляция. М.: Медицина. 1984; 456 с.
- Тихомирова И.А., Муравьёв А.В., Петроченко Е.П., Михайлова С.Г. Микроциркуляция и реология крови при нарушениях кровообращения. Ярославль: Канцлер. 2011; 103 с.
- Шахматов И.И., Носова М.Н., Вдовин В.М. и др. Особенности реакции гемостаза при стрессе у лиц с разным уровнем тренированности. Рос. физиол. ж. им. И.М. Сеченова. 2011; 97 (11): 1254-1261.
- Федорович А.А. Функциональное состояние регуляторных механизмов микроциркуляторного кровотока в норме и при артериальной гипертензии по данным лазерной допплеровской флоуметрии. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2010; 9 (1): 49-60.
- Иванов А.Н., Гречихин А.А., Норкин И.А., Пучиньян Д.М. Методы диагностики эндотелиальной дисфункции. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2014; 13 (4): 4-11.
- Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Лазерная допплеровская флоуметрия. М.: Медицина. 2005; 256 с.
- Козлов В.И., Гурова О.А., Литвин Ф.Б. и др. Расстройства тканевого кровотока, их патогенез и классификация. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2007; (1): 75-76.
- Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность. Рук-во для врачей. М.: ЛИБРОКОМ. 2013; 496 с.
- Beyer A.M., Freed J.K., Durand M.J. et al. Critical role for telomerase in the mechanism of flow-mediated dilation in the human microcirculation. Circulation Res. 2016; 118 (5): 856-866.
- Муравьёв А.В., Чепоров С.В. Гемореология (экспериментальные и клинические аспекты реологии крови). Ярославль: Изд-во ЯГПУ. 2009; 178 с.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)