Непреднамеренная гипотермия как фактор нарушения работы микроциркуляторного русла

Полный текст

Гипотермия оказывает генерализованное воздействие на организм. От степени и продолжительности охлаждения зависят характер гипотермии и ответная реакция организма на протяжении всего постгипотермического периода [1]. В формирование ответной реакции на холод вовлекаются все органы и системы. При этом основные компоненты, обеспечивающие адекватность трофики тканей, — микроциркуляторное русло и система гемостаза [2, 3].

Показано, что действие гипотермии способствует развитию полиорганной недостаточности в постгипотермическом периоде [4, 5]. Прогнозирование возможных нарушений со стороны микроциркуляторного русла, развивающихся после прекращения охлаждения, позволит минимизировать последствия повреждающего действия гипотермии на организм.

Цель исследования — изучить состояние микроциркуляторного русла в различные периоды постгипотермии у крыс при достижении умеренной степени гипотермии.

В исследовании использованы 25 крыс-самцов линии Wistar с массой тела 300±15 г. Животных экспериментальных групп подвергали однократному охлаждению путём помещения их в индивидуальных клетках в ёмкости с водой на глубину 4,5 см при температуре воды 5 °С и воздуха 7 °С. Критерием прекращения воздействия было достижение экспериментальными животными ректальной температуры 27–30 °С, что соответствовало умеренной степени гипотермии. Время экспозиции составляло 13±2 мин.

В дальнейшем все животные были разделены на группы. У животных первой группы анализ состояния микроциркуляторного русла осуществляли сразу по достижении умеренной степени гипотермии, во второй группе — через 48 ч после прекращения охлаждения, в третьей группе — через 5 дней, в четвёртой группе — через 10 дней, в пятой группе — через 2 нед после холодового воздействия.

Оценку состояния микроциркуляции проводили при помощи лазерного анализатора капиллярного кровотока ЛАКК-02 (НПО «Лазма», Россия), имеющего блок анализатора с лазером (длина волны 0,63 мкм). При этом регистрировали основные параметры микроциркуляции, а также проводили анализ амплитудно-частотного спектра колебаний кровотока. В него входит оценка очень низкочастотных (эндотелиальных, VLF), низкочастотных (вазомоторных, LF), высокочастотных (дыхательных, HF) и пульсовых (кардиальных, CF) колебаний кожного кровотока. Головку оптического зонда фиксировали в основании хвоста экспериментального животного в зоне проекции хвостовой вены. Длительность регистрации показателей микроциркуляции составила 7 мин.

При адаптации к условиям вивария все крысы находились в стандартных, одинаковых условиях содержания. Использование крыс в экспериментах осуществляли в соответствии с Европейской конвенцией по охране позвоночных животных, используемых в эксперименте, и Директивами 86/609/EEC [6].

Сравнение полученных результатов осуществляли путём вычисления медианы (Me) и процентилей (25-й и 75-й). Статистический анализ выполнен с использованием непараметрических методов (U-критерия Манна–Уитни) на персональном компьютере с использованием пакета статистических программ Microsoft Excel Open Office 2010, Statictica 6.0 (StatSoft, США). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05.

Показатели микроциркуляторного русла, зарегистрированные в указанные периоды постгипотермии у крыс, представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Показатели микроциркуляторного русла у крыс в различные периоды постгипотермии

Параметр	ПМ, пф.ед.	Вазомоторные волны, пф.ед.	Эндотелиальные волны, пф.ед.	Дыхательные волны, пф.ед.	Пульсовые волны, пф.ед.
Исходно	4,65 [2,72÷6,05]	17,02 [3,71÷26,87]	17,24 [4,82÷28,94]	10,69 [1,78÷12,03]	2,62 [0,88÷3,70]
Первая группа	2,60 [1,63÷3,54]*	5,41 [2,26÷9,66]*	6,58 [2,59÷11,46]*	2,30 [1,14÷4,08]*	0,93 [0,66÷1,46]*
Вторая группа	6,59 [4,58÷9,11]	8,70 [8,65÷9,88]*	9,61 [8,81÷10,01]*	6,17 [5,64÷6,86]*	3,07 [3,02÷3,12]*
Третья группа	12,42 [10,21÷14,62]*	5,19 [4,62÷5,75]*	8,61 [6,83÷10,38]*	1,64 [1,28÷2,00]*	0,59 [0,47÷0,72]*
Четвёртая группа	5,65 [4,40÷8,35]	3,56 [3,15÷14,14]*	6,85 [4,35÷14,47]*	2,14 [1,72÷7,32]*	0,88 [0,57÷2,66]*
Пятая группа	3,33 [2,59÷4,04]*	4,04 [2,73÷7,88]*	6,56 [4,06÷9,93]*	2,99 [1,50÷4,32]*	0,65 [0,47÷1,12]*

Примечание: данные представлены в виде Me (медиана выборки) и [25÷75] (процентили выборки); *статистически значимая разница (р <0,05; р <0,01); ПМ — показатель микроциркуляции; пф.ед. — перфузионные единицы.

 

При оценке состояния микроциркуляторного русла сразу по достижении умеренной гипотермии было зафиксировано снижение показателей микроциркуляции в 1,8 раза (p <0,01) по сравнению с исходными значениями. Со ­стороны активных механизмов модуляции кровотока было установлено уменьшение амплитуд эндотелиальных волн в 2,6 раза (p <0,01), вазомоторных волн — в 3,2 раза (p <0,01). Динамика дыхательных и пульсовых колебаний, отражающих состояние пассивных факторов модуляции кровотока, также оставалась отрицательной и демонстрировала их снижение в 4,6 раза (p <0,01) и 2,8 раза (p <0,01) соответственно.

По истечении 48 ч после холодового воздействия уровень перфузии возвращался к исходным значениям, зафиксированным до охлаждения. При этом происходило снижение амплитуд как вазомоторных, так и эндотелиальных волн в 2 раза (p <0,05). В то же время амплитуды пульсовых волн как одного из факторов пассивной модуляции кровотока увеличились на 39% (p <0,05) при снижении амплитуд дыхательных волн в 1,7 раза (p <0,05) по сравнению с исходными данными.

На 5-й день после достижения животными указанной степени гипотермии было зафиксировано увеличение показателя перфузии в 2,7 раза (p <0,01). При этом амплитуды волн всех частотных диапазонов снижались. Амплитуды вазомоторных и эндотелиальных волн снизились в 3,2 раза (p <0,01) и 2 раза (p <0,05) соответственно. В свою очередь показатели, отражающие состояние пассивных факторов модуляции кровотока, пульсовые и дыхательные волны, свидетельствовали о более выраженной тенденции к снижению амплитуд. Для кардиальных волн снижение составило 4,4 раза (p <0,01). Дыхательные волны, по состоянию которых мы можем судить об объёме венулярного звена микроциркуляторного русла, уменьшились в 6,5 раза (p <0,01).

Через 10 дней после охлаждения показатель перфузии вернулся к исходным значениям. Амплитуды вазомоторных колебаний были снижены в 4,8 раза (p <0,01) по сравнению с исходными значениями. Амплитуда эндо­телиальных волн, отражающая уровень синтеза эндотелиоцитами NO, а соответственно и активности NO-синтазы, также была снижена в 2,5 раза (p <0,05). Кардиальные волны наряду с дыхательными показали снижение в 3 и 5 раз (p <0,01) соответственно.

Через 14 дней после воздействия умеренной степени гипотермии показатель перфузии снизился на 30% (p <0,05) в сравнении с исходными значениями и статистически не отличался от показателя, зафиксированного в гипотермический период. Со стороны активных и пассивных факторов модуляции кровотока было отмечено снижение амплитуд волн всех частотных диапазонов.

Таким образом, в ходе достижения умеренной степени гипотермии у животных развивалась вазоконстрикция, что подтверждается снижением показателей микроциркуляции, а также уменьшением амплитуд волн всех частотных диапазонов.

Развитие вазоспазма обусловлено активацией симпатоадреналовой системы вследствие реализации стресс-реакции организма в ответ на холодовое воздействие, в результате чего происходит централизация кровообращения с распределением крови в пользу жизненно важных органов — сердца, лёгких, мозга [7, 8]. Также развитие вазоспазма объясняется внутриклеточной патологией со стороны гладкомышечных клеток сосудов — нарушением переноса ионов Са²⁺ и, как следствие, сбоем в нормальной работе актин-миозинового комплекса [9]. Спазм сосудов микроциркуляторного русла в свою очередь ведёт к обеднению кровотока и, как следствие, ишемии [10, 11].

В пользу этого говорит также уменьшение амплитуды колебаний эндотелиальных и дыхательных волн. Снижение амплитуд колебаний эндотелиальных волн свидетельствует о снижении активности NO-синтазы эндотелиоцитов, что отрицательно сказывается на ­уровне ­содержания основного вазодилататора — NO [12, 13]. В свою очередь снижение колебаний дыхательных волн — признак снижения объёма крови в венулярном звене.

Последствия нарушений на уровне микроциркуляторного русла, происходящих в предыдущем периоде, сохраняются по истечении 48 ч после холодового воздействия. На данном этапе мы зафиксировали тенденцию к увеличению показателя перфузии тканей на фоне сниженного уровня колебаний вазомоторных волн, как одного из активных факторов модуляции кровотока.

Это обусловлено накоплением кислых продуктов обмена и недостаточным питанием гладкомышечных клеток стенки сосудов микроциркуляторного русла в зоне ишемии, что в итоге ведёт к нарушению нормального функционирования гладкомышечных клеток, в том числе и к дополнительному накоплению ионов Ca2+, что в свою очередь вызывает разобщение окислительного фосфорилирования, усугубляет ишемию и ацидоз, а в итоге ведёт к замыканию порочного круга. Данный патологический процесс имеет название «кальциевого пара­докса» [9, 14].

В этот же период возрастает влияние пассивных факторов модуляции кровотока — пульсовых волн. Таким образом организм компенсирует нарушения активных механизмов контроля кровотока в тканях [15].

На 5-й день после холодового воздействия зафиксировано увеличение перфузии более чем в 2 раза при снижении амплитуд волн всех частотных диапазонов. Со стороны активных факторов контроля микроциркуляции отмечена депрессия как вазоконстриктивных, так и вазодилатационных влияний, характеризуемых соответственно вазомоторными и эндотелиальными волнами. Мы заметили, что снижение амплитуд колебаний последних менее выражено по сравнению с колебаниями вазомоторных волн. Это позволяет говорить о преобладании вазодилатации на фоне более глубокой депрессии вазоконстриктивных влияний, что и объясняет увеличение уровня перфузии.

К 10-му дню появилась тенденция к восстановлению кровотока в тканях. При этом мы зафиксировали снижение амплитуд колебаний волн всех частотных диапазонов. Депрессия активных механизмов модуляции кровотока стала более выраженной по сравнению с предыдущим периодом.

К окончанию 2-й недели после холодового воздействия уровень перфузии в тканях снизился до показателей гипотермического ­периода. Зафиксировано снижение амплитуд колебаний волн всех частотных диапазонов. При этом также отмечена их тенденция к возвращению уровня, достигнутого на момент холодового воздействия. Всё это свидетельствует о развитии вторичных нарушений на уровне микроциркуляторного русла и срыве как активных, так и пассивных механизмов контроля микроциркуляции к концу 14-го дня после холодового воздействия [16, 17].

Выводы

1. По истечении 2 дней после достижения умеренной степени гипотермии наиболее выраженное влияние на уровень перфузии оказывают пассивные факторы модуляции кровотока — пульсовые волны. Таким образом достигается компенсация нарушений в состоянии активных механизмов контроля микроциркуляции, включающихся в данный период постгипотермии.

2. На 10-й день после воздействия отмечена тенденция к возврату уровня перфузии к исходным значениям. При этом происходит срыв как активных, так и пассивных механизмов контроля микроциркуляции.

3. На 14-й день после прекращения охлаждения зарегистрировано прогрессивное снижение показателя перфузии тканей, сопровождающееся глубокой депрессией активных и пассивных факторов модуляции кровотока.

4. В ходе исследования установлено, что однократное охлаждение экспериментальных животных до умеренной гипотермии оказывает выраженный модулирующий эффект на функционирование микроциркуляторного русла, заключающийся в первую очередь в срыве и последующей глубокой депрессии как активных, так и пассивных факторов модуляции кровотока.

 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №16-34-60054/15 мол_а_дк.

Об авторах

Наталья Александровна Лычева

Алтайский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: natalia.lycheva@yandex.ru
г. Барнаул, Россия

Антон Вячеславович Седов

Алтайский государственный медицинский университет

Email: natalia.lycheva@yandex.ru
г. Барнаул, Россия

Дарья Александровна Макушкина

Алтайский государственный медицинский университет

Email: natalia.lycheva@yandex.ru
г. Барнаул, Россия

Игорь Ильич Шахматов

Алтайский государственный медицинский университет

Email: natalia.lycheva@yandex.ru
г. Барнаул, Россия

Вячеслав Михайлович Вдовин

Алтайский государственный медицинский университет

Email: natalia.lycheva@yandex.ru
г. Барнаул, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы