Мозговой кровоток у крыс в процессе развития нитритной гипоксии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОЗГОВОЙ КРОВОТОК У КРЫС В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ НИТРИТНОЙ ГИПОКСИИ

Шумилова Т.Е., Шерешков В. И, Январева И. Н. Научно-исследовательский институт им. академика А. А. Ухтомского Санкт-Петербургского государственного университета

Интенсивное применение в хозяйственной деятельности человека азотсодержащих химических соединений привело к возникновению экологической проблемы, связанной с избыточным поступлением этих веществ в организм человека и животных. Наиболее широкое распространение получили нитриты и нитраты, которые в процессе биотрансформации становятся источниками NO и других активных форм азота [Ажипа и др., 1990]. Обладая сходными с кислородом химическими свойствами, они вступают в конкурентные отношения за места связывания О2, вызывая в организме гипоксию за счет снижения кислородной емкости крови и нарушения клеточного дыхания [Середенко, 1987]. В настоящее время наименее изучены гемодинамические эффекты доноров оксида азота, особенно, в головном мозге. Принимая во внимание комбинированный характер гипоксии, вызываемой NaNO2, значительный интерес приобретает вопрос о том, каким образом осуществляется кислородное гомеостатирование нервной ткани под влиянием экзогенных окислов азота. В связи с этим целью проведенных исследований было изучение мозгового кровотока в процессе развития гипоксии, вызванной нитритом натрия - классическим донором оксида азота.

Исследования проводились на самцах крыс Wistar. Животных наркотизировали нембуталом из расчета 45 мг/100 г массы тела. Нитритную гипоксию создавали путем подкожного введения 0.5 мл водного раствора нитрита натрия в дозах 1, 3 и 5 мг/100 г массы тела, получая пороговую, слабую и умеренную гемическую гипоксию.

Мозговой кровоток изучали в одиночных микрососудах, в микрообластях коры головного мозга объемом 100-150 мкм3 и на органном уровне. Линейные скорости кровотока (ЛК) в одиночных микрососудах поверхности коры головного мозга с диаметром эритроцитарного потока 8-15 мкм измеряли кинотелевизионным методом (n = 89). Объемный локальный кровоток (ОЛК) изучали с помощью полярографии, регистрируя клиренс H2 из тканей (n = 17). Органный мозговой кровоток (ОМК) оценивали с помощью тетраполярной реографии по Кубичеку (n = 30). В отдельных экспериментах определяли напряжение кислорода (рО2) в микрообластях коры головного мозга, причем полярографические электроды вводили в теменную область правого и левого полушария, либо в близлежащие участки одного полушария. В качестве параметра системной гемодинамики использовали артериальное давление (АД) в бедренной артерии. ЛК, ОЛК и рО2 регистрировали перед введением и через 15, 30, 45 и 60 мин после инъекции NaNO2 в дозе 3 мг/100 г массы тела. Запись АД и ОМК велась непрерывно до и после введения 1, 3 и 5 мг нитрита на 100 г массы тела в течение 1-1.5 часов.

Известно, что в условиях недостатка О2 регуляция системного и периферического кровообращения в организме направлена на поддержание адекватного кровоснабжения наиболее чувствительных к дефициту кислорода жизненно важных органов, к которым, прежде всего, относится головной мозг. В физиологических условиях в покое кровоток в коре мозга остается относительно постоянным при значениях рО2 артериальной крови 53-100 мм рт.ст. При достижении нижнего предела гипоксемии перфузия коры мозга кровью начинает расти, удваиваясь при 25 мм рт.ст. [Johnston et al., 2003].

Результаты наших экспериментов показали, что отличительной чертой нитритной гипоксии является значительное снижение кровотока в системе микроциркуляции коры головного мозга в первые минуты воздействия гипоксанта (рис. 1), о чем свидетельствует уменьшение средних величин ЛК через 15 мин после введения NaNO2 (p<0.01). При анализе гемодинамики в каждом отдельном микрососуде было обнаружено неравномерное распределение изменений линейных скоростей. В большинстве сосудов ЛК уменьшался на 8-70% от первоначального уровня вплоть до гемостаза, в 10% случаев он не менялся, а в 20% микрососудах отмечался ретроградный кровоток с сохранением исходных величин.

Рис. 1. Изменение АД ОЛК и ЛК у крыс в процессе развития нитритной гипоксии при различной дозировке NaNO2 (1 - 1 мг, 2 - 3 мг, 3 -5 мг на100 г массы тела)

гипоксия мозговой кровоток нитритный

Необходимо отметить, что снабжение тканей кислородом определяется, прежде всего, объемом крови, доставляемой к нутритивным сосудам. Учитывая, что NaNO2 обладает мощным вазодилататорным действием, в результате которого может увеличиваться площадь общего поперечного сечения сосудистого русла, линейные скорости могут быть мало информативными, поскольку не учитывается изменение диаметров сосудов - важнейшего параметра, характеризующего объемный кровоток. В связи с этим были проведены исследования по регистрации объемного локального кровотока в коре головного мозга. Оказалось, что средний ОЛК имел сходную динамику с ЛК (рис. 1), что является доказательством значительного сокращения объема крови, притекающей к коре головного мозга под влиянием нитрита.

Важно отметить, что зарегистрированные микрогемодинамические параметры жестко следовали за изменениями среднего АД, которое через 15 мин после введения гипоксанта снижалось на 46% (рис. 1). Эта величина значительно ниже пороговых значений, при которых происходит декомпенсация местных механизмов регуляции мозгового кровотока [Davis 1993]. Следовательно, использованная нами доза нитрита подавляет местную регуляцию микрогемодинамики в коре головного мозга.

Данные регистрации рО2 показали, что падение кровотока в системе микроциркуляции приводит к нарушению кислородного режима в нервной ткани (рис. 2). После небольшого скачка через 1-3 мин после инъекции наблюдалось два типа реакции тканевого напряжения О2. При одновременной записи с двух электродов в одном и том же или разных полушариях, к моменту максимального падения кровотока и АД, в одних микрообластях среднее рО2 увеличивалось почти на 40% (р < 0.05), а в других снижалось - на 30% (р < 0.05). Такие разнонаправленные реакции со стороны рО2, очевидно, связаны со сдвигом баланса между скоростью доставки и потреблением кислорода в микроучастках нервной ткани.

Время, мин

Рис. 2. Динамика рО2 в микрообластях коры головного мозга крысы в процессе развития нитритной гипоксии (доза NaNO2 - 3 мг на 100 г массы тела)

Известно, что NaNO2 снижает интенсивность потребления кислорода в организме, в том числе, в головном мозге [Скоромный, 1969] в результате взаимодействия активных форм азота, образующихся из нитритного аниона, с гемовыми структурами дыхательных ферментов митохондрий [Nakagawa et al., 2001].

Угнетение тканевого дыхания встречается и при других гипоксических воздействиях. Например, экспозиция срезов тканей гиппокампа крыс в среде с 8% содержанием О2 в питательной среде вызывала снижение уровня NADH и увеличение рО2 [Foster et al., 2005]. В головном мозге, где емкость восстанавливающих эквивалентов, таких как убихинол, сравнительно мала, их инактивация метаболитами нитрита может иметь критическое значение для аэробного энергообразования в этом жизненно важном органе [Riobo et al., 2001]. Представленные факты позволяют предположить, что NaNO2 вызывает значительное падение интенсивности потребления О2 тканями мозга за счет его непосредственного влияния на митохондриальные структуры и гипоксического угнетения аэробного дыхания тканей в результате резкого падения скорости доставки кислорода кровью. На этом фоне отсутствие изменений рО2 в артериальной крови под влиянием нитрита, показанное нами ранее [Теровский, Шумилова 2001], и неравномерное распределение ЛК может быть причиной наблюдаемого увеличения гетерогенности распределения рО2 в коре головного мозга. Очевидно, в результате падения ОЛК и нарушения утилизации О2 тканями рО2 растет в тех микроучастках, где доставка О2 преобладает над его потреблением при сохранении исходного рО2 в артериальной крови и плотности функционирующих капилляров, и оно падает, когда скорость утилизации превышает скорость доставки О2 в связи со снижением кровотока и запустеванием части капилляров [Franke et al., 1981]. Подобное распределение рО2 приводит, соответственно, к гипероксии или глубокой гипоксии исследованных микроучастков нервной ткани, что может быть причиной наблюдаемых при нитритной гипоксии нарушений функционирования мозга [Дьяконова, Реутов 1998].

Таким образом, проведенные исследования показали, что дефицит О2, вызванный NaNO2, не ограничивается гемической гипоксией, достигающей максимального развития через 1-1.5 часов. Быстрое падение АД с последующим снижением кровотока и нарушением кислородного режима в коре головного мозга свидетельствуют о выраженной циркуляторной гипоксии, намного опережающей гемическую гипоксию, которая характеризуется снижением кислородной емкости крови.

В противоположность изменениям циркуляции крови в микрососудистом русле коры головного мозга органный кровоток за этот же интервал времени дозозависимо увеличивался в 2.4, 4.3 и 5.6 раза, соответственно (рис. 3). Наши данные согласуются с результатами исследований авторов, которые установили значительный рост мозгового кровотока при гипоксемии [Krolo et al., 2000], гипоксической гипоксии [Norcliffe et al., 2005], при изоволемической гемодилюции [Hudetz et al., 1999] и геморрагиях [Tichauer et al., 2006]

Время, мин

Рис. 3. Динамика АД и ОМК крыс в зависимости от дозы NaNO2 Обозначения: сплошная линия - АД, пунктир - ОМК, 1 - 1 мг, 3- 3 мг, 3 - 5 мг нитрита на 100 г массы тела.