Структурно-функциональное обоснование защиты головного мозга при ишемии методом временного пункционного шунтирования сонной артерии

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность исследования.

Важной проблемой современной нейроморфологии является выяснение закономерностей структурно-функциональных изменений головного мозга при ишемии и в постишемическом периоде (Семченко В.В. и др., 1999, 2005; Leker R.R., Sho-hami E., 2002). Это связано с тем, что более глубокое системное изучение реакции всех уровней головного мозга на острую ишемию необходимо для теоретического обоснования использования различных методов его защиты при ишемии и в постишемическом периоде (Кузин А.В. и др., 2004; Mark K.S., Davis ТР., 2002).

Одной из основных причин острого нарушения мозгового кровообращения являются атеросклеротические окклюзирующие и стенозирующие изменения экстракраниальных отделов магистральных артерий головного мозга, которые по своему медико-социальному значению остаются одной из актуальных проблем современной медицины. Наиболее частой локализацией атеросклеротического поражения являются сонные артерии (Покровский А.В., 2003; Bond R. et al., 2005; Johnston S.C., 2005). Своевременное хирургическое лечение позволяет радикально ликвидировать опасность развития острой недостаточности мозгового кровообращения у этой категории больных (Покровский А.В., 2003; Brown M.M., Hacke W., 2004). Однако в ходе каротидной эндартерэктомии неизбежно приходится пережимать сонную артерию на стороне операции, что у нетолерантных к ишемии пациентов, с низким цереброваскулярным резервом может быть причиной острого нарушения мозгового кровообращения. Применяемый в настоящее время метод временного внутрипросветного шунтирования для защиты головного мозга на период интраоперационнои ишемии не может считаться оптимальным. Так для установки временного шунта по данной методике требуется пережатие сонной артерии на 5-20 минут, что приводит к остановке кровотока и появлению дополнительных ятрогенных патогенных факторов.(Bond R. et al., 2003; Lovett J.K. et al., 2004; Wehman J.C. et al., 2004). Одним из перспективных направлений, позволяющих оптимизировать защиту головного мозга на момент интраоперационнои ишемии, можно считать предложенный нами метод временного пункционного каротидного шунтирования.

Несмотря на важность проблемы защиты головного мозга на момент интраоперационнои ишемии в настоящее время нет экспериментальных работ, определяющих эффективность использования временного пункционного каротидного шунтирования для нормализации структурно-функционального состояния микрососудистого русла, нейронов и синапсов головного мозга в постишемическом периоде, что позволило бы с позиций доказательной медицины обосновать защитное действие временного пункционного каротидного шунтирования.

Цель исследования.

Экспериментально установить закономерности структурно-функциональных изменений ангио-, цито- и синапто-архитектоники коры большого мозга после полной 20-минутной окклюзии общих сонных артерий и обосновать эффективность использования одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования для защиты головного мозга на период острой ишемии.

Задачи исследования:

1. Определить закономерности изменения цито- и синаптоархи-тектоники, проходимости, пространственной реорганизации и ультраструктуры микроциркуляторной сети сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в течение 30 суток после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий.

2. Оценить влияние одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования при острой ишемии на цито-, синапто- и ангиоархитектонику сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде.

3. Дать оценку неврологического статуса экспериментальных животных в различные сроки после 20-минутной полной окклюзии общих сонных артерий и при использовании одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования.

Новизна исследования.

Впервые в эксперименте выявлено положительное влияние одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования на ангио-, цито- и синаптоархитектонику коры большого мозга при острой ишемии, вызванной 20-минутным пережатием общих сонных артерий. Выявлены структурно-функциональные механизмы нейропротекторного действия одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования и обосновано его положительное влияние на неврологический статус животных в постишемическом периоде.

Теоретическое и практическое значение работы.

Результаты проведенного комплексного экспериментального исследования показали, что 20-минутная ишемия головного мозга, вызванная двусторонним пережатием общих сонных артерий, приводит к появлению реактивных изменений всех компонентов гематоэнцефалического барьера и выраженным вторичным нарушениям микроциркуляции, редукции общей численной плотности пирамидных нейронов и межнейронных синапсов коры большого мозга. На основе использования морфометрических методов показана перспективность использования временного пункционного каротидного шунтирования для защиты головного мозга на момент интраоперационной ишемии и в постишемическом периоде. Полученные данные послужат фундаментальной базой для понимания механизмов реорганизации нервной ткани в постишемическом периоде, а также целенаправленного изыскания способов защиты головного мозга от ишемии при разработке хирургических методов лечения недостаточности мозгового кровообращения.

Фактические данные настоящего исследования и теоретические положения, разработанные на их основе, могут быть использованы в преподавании на кафедрах гистологии, цитологии и эмбриологии, патофизиологии, патологической анатомии, неврологии и сосудистой хирургии высших медицинских учебных заведений при изучении вопросов морфологии и функционирования нервной ткани, органов центральной нервной системы в условиях нормы и при ишемических повреждениях мозга.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Двадцатиминутная окклюзия общих сонных артерий приводит к диффузно-очаговым реактивным изменениям нейронов и синапсов, нарушению проходимости, пространственной организации и ультраструктуры микрососудистой сети сенсомоторной коры большого мозга, которые отличаются степенью выраженности и имеют неодинаковую природу в различные сроки постишемического периода.

2. Использование каротидного временного пункционного шунтирования при ишемии улучшает микроциркуляцию, снижает содержание необратимо поврежденных нейронов и синапсов, уменьшает дефицит их численной плотности, оптимизирует компенсаторно-восстановительные процессы в коре большого мозга, способствует более быстрому восстановлению ориентировочно-исследовательской деятельности и эмоционального состояния экспериментальных животных в постишемическом периоде.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на 11-й международной конференции российского общества ангиологов и сосудистых хирургов «Новые направления в диагностике и лечении заболеваний сосудов» (Москва, 2000), научной конференции «Морфологические основы гистогенеза и регенерации тканей» (Санкт-Петербург, 2001), XXXV юбилейной межвузовской научной конференции «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной и клинической медицины» (Тюмень, 2001), 4-й Международной конференции по функциональной нейроморфологии "Колосовские чтения 2002" (Санкт-Петербург, 2002), межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы базовой и клинической фармакологии» (Омск, 2002), VIII Всероссийском съезде анестезиологов и реаниматологов (Омск, 2002), межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы гемостазиологии и эндотелиологии» (Омск, 2003), международном хирургическом конгрессе «Актуальные проблемы современной хирургии» (Москва, 2003), научно-практической конференции «Неотложные состояния в неврологии и нейрохирургии» (Омск, 2003), всероссийской научной конференции «Морфологические науки - практической медицине» (Омск, 2004), научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты базисной и клинической патофизиологии» (Омск, 2005), 16-й международной конференции российского общества ангиологов и сосудистых хирургов (Москва, 2005).

1. Материал и методы

Экспериментальная модель.

Эксперимент проводили с соблюдением принципов гуманного обращения с экспериментальными животными (Приказ МЗ СССР № 755 от 12.08.1977).

Исследование проведено на 207 беспородных белых крысах-самцах массой тела 250-300 грамм. В связи с летальностью в I группе 53,5%(из 134) % и 15% (из 73) в группе II эксперимент продолжался до получения двух одинаковых по численности (п=62) выживших групп животных. После внутрибрюшинного введения тиопентала-натрия в дозе 7,5 мг/кг и достижения хирургической стадии наркоза крысам делался воротникообразный разрез на шее. Селективно выделялись обе общие сонные артерии. В дальнейшем подопытные животные разделялись на три группы.

Животным группы I (п=62) общие сонные артерии пережимались на 20 минут микрохирургическими зажимами (Плотников М.Б., Ваизова О.Е., 1994, Низамов Ф.Х., 1998, Максимишин СВ., 2004).

В группе II (п=62) для профилактики ишемического повреждения головного мозга подопытным животным непосредственно перед 20-минутной ишемией проводили операцию наложения временного пункционного шунтирования общих сонных артерий. Две пункционные иглы (Микрофай 30 G 0.30* 13мм) иглы, соединенные фрагментом (7 см) коронарного катетера (7F) вводили дистально и проксимально от места последующего клипирования. Через 20 минут у животных группы I и II снимались зажимы, а у животных группы II извлекались пункционные иглы. В результате происходило восстановление магистрального кровотока по общим сонным артериям. Рана ушивалась.

Группу III представили животные (п=8), которым после доступа клипирование сонных артерий не выполнялось (ложнооперивованные).

Материал исследования.

Изучали микрососудистую сеть, нейронную популяцию и межнейронные синапсы сенсомоторнои коры большого мозга. Верификацию неокортекса проводили с помощью стереотаксического атласа мозга взрослой крысы G.Paxinos, Ch.Watson (1982). Для светооптического исследования использовались фронтальные срезы целого мозга на уровне сенсомоторнои коры большого мозга.

Методы исследования.

Светооптическое и морфометрическое исследование.

Материал для морфометрического исследования нейронов и микрососудов забирали в конце 20-минутной ишемии, через 1, 3, 7, 14 и 30 суток постишемического. Фронтальные срезы головного мозга на уровне сенсомоторнои коры окрашивали тионином (по Нисслю) и гематоксилин-эозином (Меркулов Г.А., 1961). На цифровых изображениях фронтальных срезов сенсомоторнои коры при увеличении х40, на площади среза 126660 мкм2 (10 полей зрения) с помощью компьютерной программы Photoshop 6.0 проводили обзорную оценку состояния ткани мозга в постишемическом периоде, определяли общую численную плотность нейронов, содержание реактивно, дистрофически и некробиотически измененных нейронов в различных слоях сенсомоторнои коры (Miller M.W., PotempaG., 1990).

Для оценки проходимости микрососудистого русла применяли способ перфузии сосудов головного мозга мелкодисперсной контрастной массой (Ганнушкина И.В., 1973; Семченко В.В., Классен Н.Н., 1984), содержащей 4% желатина, 10% высококачественной мелкодисперсной очищенной сажи ПМ-50, 1% фенола, на фосфатном буфере (рН 7,4) (Классен Н.Н., Семченко В.В., 1982). Перфузию мозга проводили через восходящую часть дуги аорты при температуре наливочной среды 37,0 ° С в течение 15 мин под давлением 90-100 мм рт. ст.

Головной мозг извлекали из полости черепа, фиксировали в 70° спирте, уплотняли в 96° спирте, заливали в целлоидин, изготавливали фронтальные срезы мозга толщиной 20, 40 и 200 мкм.

На фотографиях, полученных с тонких фронтальных срезов (20 и 40 мкм), с помощью компьютерной программы Adobe Photoshop 6.0 проводили морфометрическую оценку микрососудистой сети. Для оценки состояния микрососудистых бифуркаций (узлов)использовали подход, разработанный В.А. Глотовым (1995).

Общее состояние сосудистой сети головного мозга оценивалось на толстых срезах (200 мкм).

Расчеты производили на площади микрофотографии, соответствующей площади окулярной сетки, равной 0,046 мм , использованной в работе С.М. Блинкова, Г.Д. Моисеева (1961). Подсчитывали число открытых (срезанных) концов капилляров (Nc), определяли численную плотность (пс) открытых концов капилляров на 1 мм2 плоскости среза, длину капилляров микрососудистой сети (Ц) в единице объема (мм/мм3), объёмную плотность капилляров (V) микрососудистой сети (мм3/мм3). С помощью программы Photoshop 6.0 определяли внутренний диаметр капилляров (D), степень искривления капилляров, численную плотность микрососудистых узлов и параметры, отражающие их конфигурацию (диаметры составляющих сосудов и углы между ними).

Электронно-микроскопическое исследование.

Для изучения ультраструктуры микрососудов, нейронов и синапсов в постишемическом периоде головной мозг экспериментальных животных фиксировали иммерсионным и перфузионным (контроль) способами смесью 4% раствора параформальдегида, 1% раствора глютарового альдегида, 5% раствора сахарозы на 0,1 М фосфатном буфере (рН -7,4) в течение 3 часов. Материал после 20-и минутной ишемии, забирали через 1,3, 7, 14 и 30 суток после острой ишемии. Выделяли сенсомоторную кору, промывали в фосфатном буфере, контрастировали в 1% растворе четырехокиси осмия и заключали в смесь эпона и аралдита. Ультратонкие (70-100 нм) и полутонкие (около 1000 мкм) срезы готовили на ультрамикротоме «Ultracut-E». Ультратонкие срезы помещали на сетки и контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца. Просмотр и фотографирование ультратонких срезов производили на электронном микроскопе «Hitachi-6ООН». Проводили обзорную оценку состояния микрососудов, нейропиля и клеток. Для морфометрического исследования сенсомоторной коры в каждом случае фотографировали по 50 полей зрения нейропиля при увеличении 7000-25000. Дальнейший анализ производили на сканированных электронограммах при конечном увеличении 30000 с помощью компьютерной программы Adobe Photoshop 6.0. Численная плотность изученных структур (Ns) пересчитывалась на 100 мкм2 нейропиля. Анализировалась общая численная плотность синапсов и содержание деструктивно измененных терминалей. Измерялись следующие параметры:

1) длина поперечного сечения постсинаптического уплотнения длинная;

2) площадь терминали;

3) число митохондрий на одну терминаль;

4) суммарная площадь митохондрий терминали;

5) площадь шипика.

Кроме того, подсчитывалось относительное содержание «перфорированных» и «неперфорированных» синапсов (Семченко В.В. и др., 1995).

Неврологический статус экспериментальных животных. Ориентировочно-исследовательскую деятельность и эмоциональный статус животных изучали с помощью теста открытого поля. Наблюдения за животными проводились в утренние часы, в течение 3 минут. Учитывали число пересеченных квадратов (горизонтальную активность), количество вставаний на задние лапы (вертикальная активность), заглядывание в норки, продолжительность умывания и чесания (груминг), число дефекаций по количеству болюсов и уринаций, латентный период (время нахождения в центральном квадрате и общую неподвижность) (Буреш Я. и др., 1991). Для оценки общего состояния использовали также 100-бальную систему СП. Лысенкова с соавт. (1982). Закономерности нарушения ориентировочно-исследовательской деятельности и эмоционального статуса у экспериментальных животных изучались в динамике постишемического периода (1-е, 3-й, 7-е, 14-е и 30-е сутки) непосредственно перед взятием материала для морфологического исследования. Контрольную группу составили 5 здоровых белых крыс.

Статистический анализ.

Полученные в работе количественные данные обработаны с помощью общепринятых в медико-биологических исследованиях методов системного анализа (Лакин Г.Ф., 1980; Славин М.Б., 1989) в программах "EXCEL" и "Statistica-5" (Боровиков В., 2001; Реброва О.Ю., 2002), согласно современным требованиям к проведению анализа медицинских данных (Гланц С, 1998).

Различия между независимыми выборками определяли с помощью рангового дисперсионного анализа Краскела-Уоллиса и критерия Колмогорова-Смирнова. Для категориальных переменных применяли Хи-квадрат (ч2) и точный критерий Фишера.

Графически материал представлен как медиана ± среднее квартильное отклонение (Me±Q) (непараметрический анализ).

Q = 1/2(Q-i-Me) + (Me-Q2),

где Q1 - верхний квартиль,

Q2 - нижний квартиль (Урбах В.Ю., 1963; Гланц С, 1998).

Все эксперименты и исследования выполнены на базе Омской государственной медицинской академии (ЦНИЛ, кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии) и частично в лаборатории ультраструктуры и патоморфологии института молекулярной биологии научного центра "Вектор" МЗ РФ. Эксперимент выполнен совместно с канд. мед. наук С.В. Максимишиным и врачом А.А. Бутиным. Статистическая обработка материала осуществлялась при консультативной помощи д.м.н. Степанова С.С.

2. Результаты исследований и их обсуждение

Структурно-функциональное состояние микрососудистой сети сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде.

Двадцатиминутная ишемия головного мозга, вызванная двусторонним пережатием общих сонных артерий, приводила к статистиче¬ски значимому изменению плотности капиллярной сети в сенсомоторной коре (ANOVA, критерий Краскела-Уоллиса = 52,4, р=0,0001) в постишемическом периоде. Динамика показателей, характеризующих ангиоархитектонику сенсомоторной коры, и их парный сравнительный анализ (критерий Колмогорова-Смирнова) по срокам представлены в таблице 1.

Максимальное снижение проходимости микрососудов отмечалось через 1 и 3 суток после ишемии. В более отдаленном периоде частота и выраженность дефектов наполнения сосудов контрастной смесью прогрессивно уменьшалась.

В первые трое суток после ишемии множественные резкие сужения микрососудов приводили к нарушению проходимости микрососудистой сети сенсомоторной коры. На фоне диффузной редукции плотности капиллярной сети отмечалось хорошее наполнение контрастной массой расширенных артериол и очень низкое наполнение венул. На уровне этого отдела сосудистого русла обнаруживались множественные перетяжки, варикозные расширения, что свидетельствовало о проявлении стаза и нарушении оттока крови из капиллярной сети. Средний диаметр капилляров уменьшился на 23,2% (р<0,05) (табл. 1). Существенно уменьшался объём сосудисто-капиллярной сети сенсомоторной коры. Максимальное снижение этого показателя отмечалось через 1 сутки постишемического периода (на 58,8%, р<0,001). У животных, перенесших двадцатиминутную острую ишемию мозга, полного восстановления объёма сосудисто-капиллярной сети сенсомоторной коры большого мозга не наблюдалось в течение 30 суток постишемического периода. Все это свидетельствовало о развитии выраженных вторичных нарушений микроциркуляции коре мозга. В сенсомоторной коре большого мозга контрольных животных превалировали прямые или незначительно искривленные микрососуды (критерий %2 = 18,32, df=1, p=0,0001), степень искривления которых в межузловых сегментах составляла 0,069±0,015 ус.ед. (табл. 1). Через 1 сутки после ишемии содержание искривленных микрососудов в сенсомоторной коре увеличилось на 25% (критерий %2 = 12,53, df=1, p=0,0004), а степень их искривления возросла в 1,89 раза (р<0,001). На этом уровне эти показатели оставались и в более отдаленном периоде (табл. 1).

Таким образом, в течение 30 суток сохранялась пространственная организация микрососудистой сети, способствующая увеличению турбулентности потока и динамической вязкости крови. Это связано с длительными реактивными и деструктивными изменениями элементов стенки микрососудов и периваскулярной астроглии. Значительное увеличение степени искривления микрососудов свидетельствовало о выраженном несоответствии их структурных параметров локальным параметрам гемодинамического фактора, обусловленным изменениями структурно-динамических свойств сосудистой стенки и нарушением пластических компенсаторно-восстановительных механизмов в результате постишемических изменений сосудистого русла. Подобные изменения выявлены В.А. Глотовым (1995) при ряде патологических состояний мозга иной этиологии.

Таблица 1. Морфометрическая характеристика капиллярной сети сенсомоторной коры большого мозга белых крыс группы I при ишемии и в постишемическом периоде (перфузия контрастной смесью), Me±Q

Общая численная плотность профилей микрососудистых узлов на 1 мм2 площади среза сенсомоторной коры у животных, перенесших 20-ти минутную ишемию, статистически значимо изменялась (ANOVA, критерий Краскела-Уоллиса=12,2, р=0,03). Максимальное уменьшение численной плотности микрососудистых узлов отмечалось через 1 и 3 суток, а через 14 и 30 суток этот показатель не отличался от контроля (табл. 1). Ультраструктурное исследование капилляров свидетельствовало о том, что в течение 1 суток после 20-ти минутной полной ишемии появлялись и прогрессивно усиливались признаки повреждения всех элементов сосудистой стенки, а вторичная гипоперфузия была обусловлена отеком-набуханием элементов гематоэнцефалического барьера, реактивными изменениями эндотелиоцитов, альтерацией всех элементов сосудистой стенки и коагулопатическими изменениями.

Таким образом, 20-минутная полная окклюзия общих сонных артерий приводит к появлению выраженных вторичных нарушений микроциркуляции в сенсомоторной коре через 1 сутки после восстановления магистрального кровотока. При этом сразу после острой ишемии микрососудистая сеть изменялась незначительно. Особенностью данной экспериментальной группы являлось то, что микроциркуляторные нарушения сохранялись в течение всего периода наблюдения.

Структурно-функциональное состояние нейронов и межнейронных синапсов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде.

Цитоархитектоника.

После 20-минутной ишемии развивалось типичное диффузно-очаговое ишемическое повреждение сенсомоторной коры, для которого было характерно острое набухание нейронов, очаговый и тотальный хроматолиз, эктопия ядер, гиперхроматоз, гомогенизация ядра и цитоплазмы, распад ядра и ядрышка, клетки-тени, кариоцитолизис, гиперхромные сморщенные клетки, нейронофагия. Преобладали гиперхромные дегидратационные изменения нейронов и отечные изменения астроглии (табл. 2). В сенсомоторной коре двадцатиминутная ишемия приводила к редукции значительного количества нейронов и длительному сохранению реактивных изменений. Некробиотически измененные нейроны появлялись в течение 1 суток, а их максимальное содержание отмечалось через 3 суток после ишемии. Это свидетельствовало о преобладающей роли для их образования вторичных (более продолжительных) нарушений микроциркуляции. В большей степени страдала мелкоклеточная популяция верхнего этажа сенсомоторной коры, в которой в конце наблюдения (30 суток) дефицит нейронов составил 32,1% (р<0,001), а в слое V - всего 15,0% (табл. 2). Существенно отличалась и динамика содержания реактивно измененных нейронов в слоях II-III и в слое V сенсомоторной коры (табл. 2).

Таблица 2. Численная плотность нейронов (на 1 мм3) в различных слоях сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде, окраска по Нислю, Me±Q (медиана ± среднее квартильное отклонение)

Через 1 сутки общее содержание гиперхромных нейронов в слое V увеличилось до 52,2% (р<0,001), через 3 суток - до 75,7% (р<0,001), а через 7 и 14 суток происходило статистически значимое уменьшение содержания гиперхромных нейронов соответственно до 58,4% и 29,4%. Через 30 суток из всей популяции пирамидных нейронов слоя V только 10,9% имели признаки гиперхромии, а 3,4% - сморщивания (табл. 2). В этом слое на протяжении всего изученного периода содер¬жание гиперхромных сморщенных нейронов было меньше, чем в слоях II-III. Так, в период максимального содержания сморщенных нейронов (3 сутки) в слоях II-III их было 22%, а в слое V - 12,0%. В слое V статистически значимое увеличение содержания некротически измененных гипохромных нейронов отмечалось только через 3 суток (10%), а в слоях II-III - уже через 1 сутки (табл.2). Вышеназванные проявления дистрофических и некробиотических изменений нейронов в различных сочетаниях отражали типичные проявления ишемических и гипоксических состояний мозга, хорошо описанных в литературе: острое набухание, тяжелое клеточное поражение, ишемическое поражение, атрофия со сморщиванием клеток (Семченко В.В. и др., 1999; Lin T-N. et al., 2002; Norenberg M.D., 2005).

Синаптоархитектоника.

В течение 1-х суток после ишемии в молекулярном слое сенсомоторной коры появлялось большое количество синаптических терминалей, измененных по светлому типу деструкции (отек-набухание, гидропическая дистрофия). Для поврежденных синапсов было характерно просветление и набухание цитоплазмы, агглютинация и деструкция соединительной пластинки, появление фибриллярного материала, различных вакуолей, разрушение митохондрий. В конечном итоге терминаль превращалась в практически пустую полость и полностью разрушалась. В этот период содержание деструктивно измененных синапсов в различных участках сенсомоторной коры варьировало от 13 до 58%, при уровне медианы 27,5% (табл. 3).

Статистически значимое снижение содержания поврежденных синапсов в сравнении с периодом их максимального содержания (т.е. в периоды 1-х и 3-их суток) отмечалось только через 14 суток после ишемии. Однако даже через 30 суток у животных данной группы этот показатель был выше контрольного значения (табл. 3).

Дисперсионный анализ (ANOVA) выявил наличие статистически значимых различий между показателями численной плотности синап¬сов различных участков сенсомоторной коры через 14 (п=20) и 30 (п=25) суток после ишемии (критерий Краскела-Уоллиса = 11,92, р<0,01). Все это свидетельствовало о появлении признаков неоднородности организации синаптоархитектоники сенсомоторной коры после ишемии.

Таблица 3. Общая численная плотность и содержание деструктивно измененных синаптических терминалей в слое 1 сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде (Me±Q)

Изменение общей численной плотности синаптических терминалей после ишемии сопровождалось выраженной активацией компенсаторно-восстановительных процессов, что приводило к реорганизации сохранившихся синаптических устройств и образованию новых контактов. Изменялись размеры и степень сложности организации синаптических устройств. Уже через 1 сутки после ишемии увеличивалось относительное содержание крупных неперфорированных и перфорированных контактов, в результате чего увеличивались такие показатели как длина постсинаптического уплотнения, площадь терминали и число активных зон.

Вероятно, существует универсальная реакция синапсов на ишемическое повреждение: деструкция части синапсов -» гиперплазия в сохранившихся синапсах -» гипертрофия терминали -» появление инвагинаций синаптической мембраны -» расщепление терминали на автономные зоны.

Подобные изменения отмечаются многими авторами как структурное отражение активации компенсаторно-восстановительных механизмов при повреждениях мозга различной этиологии (Семченко В.В. и др., 1995, 2005; Huntley G.W. et al., 2002; Marrone D.F., Petit T.L., 2002). В пользу этого механизма свидетельствовали наши данные об увеличении сначала относительного содержания, а затем и абсолютной численной плотности перфорированных контактов в постишемическом периоде.

Таким образом, результаты данного раздела работы свидетельствуют о том, что 20-минутная острая ишемия головного мозга, вызванная окклюзией общих сонных артерий, приводит к вторичным нарушениям микроциркуляции в сенсомоторной коре. Эти нарушения максимально выражены в периоды через 1 и 3 суток после ишемии, когда плотность капиллярной сети уменьшается на 28,9%, объемная плотность - на 58,8%, а плотность микрососудистых узлов - на 29,8%. Следствием подобных изменений является деструкция 32,1% нейронов слоев I-II и 15,0% нейронов слоя V, что свидетельствует о более высокой чувствительности к ишемии мелкоклеточных популяций сенсомоторной коры. Изменения ангио- и цитоархитектоники в этот период сопровождаются снижением общей численной плотности синапти-ческих терминалей на 44,4%. Это существенно нарушает межнейронную коммуникацию в сенсомоторной коре и активирует механизмы репаративной синаптической пластичности, но не приводит к восстановлению исходного уровня межнейронных отношений в силу недостаточности процессов регенерации в ишемизированном мозге.

Структурно-функциональное состояние микроциркуляторной сети, нейронов и межнейронных синапсов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде при использовании пункционного шунтирования.

Микроциркуляторная сеть.

По данным обзорного светооптического изучения препаратов, у животных группы II через 1 сутки после ишемии крупные очаги вторичного незаполнения капилляров и некроза встречались у 2 животных. Это статистически значимо реже, чем в группе I (у 12 животных) (df=1, %2=8,05, р=0,005). Через 3 суток после ишемии очаговые некробиотические изменения и незаполнения микрососудов выявлялись соответственно у 4 и 15 животных (df=1, %2=9,00, р=0,003). Вероятно, это связано с тем, что шунтирование препятствовало полной остановке кровотока в бассейне сонных артерий и, как следствие, снижало вероятность возникновения очагов вторичного нарушения микроциркуляции в сенсомоторной коре.

По данным однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA), в постишемическом периоде у животных группы II, в отличие от животных группы I, статистически значимые изменения не были выявлены по таким показателям, как диаметр капилляров, степень искривления микрососудов и плотность микрососудистых узлов. Результаты одномерных двусторонних тестов (критерий Колмогорова-Смирнова) ангио-архитектоники сенсомоторной коры по срокам между группами также показали отсутствие статистически значимых изменений этих показателей. Это свидетельствовало о том, что использование пункционного шунтирования существенно изменяло реакцию микрососудистой сети сенсомоторной коры большого мозга на 20-минутную окклюзию общих сонных артерий. Направленность этих изменений свидетельствовала об улучшении микроциркуляции в сенсомоторной коре животных группы II. Статистически значимое снижение плотности капилляров в сен¬сомоторной коре животных группы II появлялись только через 3 суток, а в группе I отмечалось уже в конце периода острой ишемии. Более низкая, чем в контроле плотность капилляров у животных группы II сохранялась в течение 7 суток, а в группе I - 30 суток. Максимальное различие этого показателя (на 25,0%, р<0,01) между группами было выявлено через 1 сутки постишемического периода, когда отмечалось наибольшее нарушение проходимости микрососудов. Это свидетельствуют о том, что использование пункционного шунтирования способствует сохранению проходимости микрососудов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в постишемическом периоде. Вполне ве¬роятно, что высокая проходимость микрососудов при использовании шунтирования обусловлена сохранением размера их просвета в постишемическом периоде.

В отличие от диаметра капилляров сенсомоторной коры боль-шого мозга их длина и объем уменьшались в обеих группах через 1 сутки после ишемии. Однако в группе II эти показатели ниже контрольного уровня сохранялись только в течение 3 суток, а затем достоверно не отличались от контроля и превышали уровень показателей длины и объема капилляров у животных группы I до конца наблюдения (30 суток). Кроме того, у животных группы II в меньшей степени изменялась конфигурация капилляров и микрососудистых узлов сенсомоторной коры большого мозга. Так, степень искривления капилляров в группе II после ишемии статистически значимо не изменялось, а в группе I - значительно увеличивалась. Достоверные различия между группами по степени искривления капилляров в сенсомоторной коре были выявлены через 1, 3, 7, 14 и 30 суток после ишемии. В период максимального различия (14-е сутки) в сенсомоторной коре данный показатель в группе I превосходил таковой в группе II на 82,5% (р<0,001).

Таким образом, пункционное шунтирование способствует сохранению структурно-динамических свойств сосудистой стенки в постишемическом периоде. Это проявляется незначительным содержанием искривленных и варикозно измененных микрососудов, а так же, как следствие, снижением сопротивления движению крови через микрососудистые сети и способствует увеличению скорости кровотока.

Цитоархитектоника.

С помощью дисперсионного анализа (ANOVA Краскела-Уоллиса) выявлены статистически значимые разли¬чия изменений цитоархитектоники сенсомоторной коры большого мозга животных группы I и II. В слоях II-III сенсомоторной коры животных группы II общее содержание гиперхромных нейронов было ниже, чем в группе I (критерий Краскела-Уоллиса = 9,58, р=0,001). При парном анализе по срокам (критерий Колмогорова-Смирнова) различия этого показателя выявлялись на протяжении всего периода наблюдения. Максимальное различие общего содержания гиперхромных нейронов отмечалось через 3 суток после ишемии. Содержание нейронов с крайней степенью гиперхромии и сморщивания в слоях 11-111 также было статистически значимо выше у животных группы I (критерий Краскела-Уоллиса = 7,65, р=0,009), максимальные различия этого показателя выявлялись через 3-е суток после ишемии (на 11,0%, р<0,001). Нейроны с выраженным хроматолизом и клетки тени в слоях II-III сенсомоторной коры у животных группы II составляли на 3-е сутки постишемического периода не более 8-12%, а у животных группы I - 18-25%. Общая численная плотность нейронов в слоях II-III животных группы II была статистически значимо выше, чем в группе I (критерий Краскела-Уоллиса = 6,88, р=0,03). Через 30 суток различие составило 14,9% (р<0,001).

В слое V сенсомоторной коры животных группы II содержание ре¬активно измененных нейронов было также ниже (критерий Краскела-Уоллиса = 5,72, р=0,04), а общая плотность нейронов выше (7,56, р=0,04), чем у животных группы I. Парный сравнительный анализ по срокам (критерий Колмогорова-Смирнова) показал наличие статистически значимых различий между группами по содержанию реактивно измененных нейронов на протяжении всего периода наблюдения, а по общей численной плотности нейронов - только через 30 суток.

Таким образом, пункционное шунтирование общей сонной артерии закономерно приводило к снижению содержания деструктивно измененных нейронов и сохранению общей численной плотности нейронов верхнего и нижнего этажа сенсомоторной коры большого мозга белых крыс. Однако в большей степени эффект использования шунта проявлялся в мелкоклеточных слоях II-III. В слое V шунтирование сохраняло 8,02%, а в слоях II-III - 20,24% нейронов.

Синаптоархитектоника.

Использование пункционного шунтирования приводило к значительно меньшей степени повреждения и гибели межнейронных синапсов (табл. 4). Это, вероятно, обеспечивало более полноценную структурно-функциональную реабилитацию нейронных сетей СМК большого мозга в постишемическом период.

Таким образом, результаты настоящего раздела работы свидетельствуют о существенных статистически значимых различиях динамики ангио-, цито- и синаптоархитектоники сенсомоторной коры большого мозга у животных группы I (п=62) и II (п=62) в постишемическом периоде. Использование одностороннего временного пункционного шунтирования предотвращало развитие вторичных нарушений микроциркуляции и, как следствие, имело выраженный нейропротекторный эффект. Значительно сокращалось количество животных с признаками очаговых некробиотических изменений сенсомоторной коры, уменьшалось содержание необратимо измененных нейронов и синапсов, более быстро и полно восстанавливались межнейронные взаимоотношения между сохранившимися нейронами.

Таблица 4. Общая численная плотность и содержание деструктивно измененных Синаптических терминалей в слое 1 сенсомоторной коры большого мозга белых крыс группы 1 и II в постишемическом периоде (Me±Q)

Влияние одностороннего кратковременного шунтирования общей сонной артерии на ориентировочно-исследовательскую деятельность белых крыс в постишемическом периоде.

Ориентировочно-исследовательская деятельность животных группы I и II после острой 20-минутной ишемии характеризовалась длительным нарушением ее составляющих с чередованием процессов торможения (1 сутки), возбуждения (3 сутки) и постепенной нормализацией с 7 суток постишемического периода. Анализ поведенческих актов после ишемии свидетельствовал о более значительных трудностях построения адекватной формы поведения у животных группы I (табл. 5). У животных группы I значительный вклад в нарушение высшей нервной деятельности вносили расстройства эмоциональной сферы, которые прослеживались в течение 30 суток наблюдения. Животные группы II значительно раньше выходили из патологического состояния и адекватно реагировали на окружающую обстановку, более быстро и точно решали сложные поведенческие задачи. Менее выраженные нарушения в эмоциональной составляющей поведения у животных группы II в отдаленном постишемическом периоде объясняется большей сохранностью нейронов и межнейронных синапсов головного мозга экспериментальных животных в результате нейропротекторного действия шунта.

Таблица 5. Результаты однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA Краскела-Уоллиса) показателей, характеризующих состояние психоэмоционального статуса животных группы 1 и II

Следовательно, использование пункционного шунтирования общей сонной артерии уменьшает степень дисфункции существующих функциональных систем и препятствует появлению качественно новых патологических систем мозга. В результате этого улучшается психоневрологическая реабилитация животных в постишемическом периоде.

Таким образом, результаты настоящего исследования доказывают высокую эффективность использования одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования для профилактики постишемического повреждения головного мозга при манипуляциях на этих артериях, сопровождающихся развитием острой транзиторной ишемией головного мозга.

В группе I летальность в течение всего эксперимента составила 53,50%, а группе II - 15% (р<0,01, точный критерий Фишера).

Заключение

ишемия атеросклеротический пункционный шунтирование

1. Ишемия головного мозга, вызванная 20-минутным двусторонним пережатием общих сонных артерий, приводит к появлению реактивных изменений всех компонентов гематоэнцефалического барьера и выраженным вторичным нарушениям микроциркуляции (уменьшение объёма сосудисто-капиллярной сети на 58,8%, увеличение степени искривления сосудов в 2 раза, уменьшение количества микрососудистых узлов в 1,4 раза), редукции на 15,0% общей численной плотности крупных и на 32,1% - мелких пирамидных нейронов, деструкции 71,9% межнейронных синапсов коры большого мозга белых крыс. Эти структурные изменения являются причиной длительных нарушений психоневрологического статуса экспериментальных животных в постишемическом периоде.

2. Временное пункционное шунтирование сонной артерии при ишемии в значительной степени предотвращает развитие очагов вторичного нарушения микроциркуляции и деструктивных изменений коры большого мозга в постишемическом периоде (у 24,2% животных в группе без шунтирования и 6,5% - в группе с шунтированием). При этом плотность капиллярной сети у животных с шунтом на 25,0% выше, чем у животных без шунта. Более высокая проходимость микрососудов при использовании шунта обусловлена отсутствием сужения их просвета и ультраструктурной сохранностью компонентов гематоэнцефалического барьера в постишемическом периоде.

3. Менее выраженные вторичные нарушения микроциркуляции при использовании временного пункционного шунтирования сонной артерии сопровождались снижением содержания реактивно и необратимо измененных нейронов, значительно меньшей редукцией общей численной плотности нейронов во всех изученных слоях сенсомоторной коры. В большей степени эффект шунтирования проявляется в мелкоклеточных слоях II-III, в которых к концу наблюдения (30 суток) общая численная плотность нейронов на 20,24% выше, чем в группе без шунта.

4. В период максимального нарушения микроциркуляции (3 суток) при использовании временного пункционного каротидного шунта содержание деструктивно измененных синапсов в сенсомоторной коре на 31,4% ниже, чем без него, что обеспечивает сохранение уже существующих нейронных сетей в постишемическом периоде.

5. Использование на период острой ишемии мозга одностороннего временного пункционного каротидного шунтирования уменьшает степень патологических структурно-функциональных изменений микрососудистой сети, нейронов и межнейронных синапсов, способствует более быстрому восстановлению ориентировочно-исследовательской деятельности, эмоционального состояния и снижает летальность экспериментальных животных в постишемическом периоде с 53,5 до 15%.

Литература

1. Выбор метода реконструкции при множественном окклюзирующем поражении брахиоцефальных артерий / Полуэктов Л.В., Дударев В.Е., Лоенко В.Б., Смяловский В.Э., Поташев Д.Д. // Новые направления в диагностике и лечении заболеваний сосудов: матер. 11-й международной конференции российского общества ангиологов и сосудистых хирургов. Ангиология и сосудистая хирургия. - 2000. - №3 - С. 131.

2. Зависимость микроэмболических сигналов, регистрируемых при транскраниальной допплерографии от характера атеросклеротического поражения сонной артерии / Смяловский В.Э., Бахарев А.В., Дударев В.Е., Лоенко В.Б., Поташев Д.Д. // Неврология Урала и Сибири: научно-практический журнал - 2000. - №2 - С. 39 - 42.

3. Применение перфторана в терапии ишемического инсульта / Бутин А.А., Максимишин С.В., Поташев Д.Д. и др. // Материалы XXXV юбилейной межвузовской научной конференции «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной и клинической медицины». - Тюмень, 2001.-С. 15-16.

4. Коррекция процесса структурно-функционального восстановления коры большого мозга белых крыс перфтораном при моделировании ишемического инсульта / Максимишин С.В., Волосатов С.Н., Семченко В.В., Поташев Д. Д. и др. // Морфологические основы гистогенеза и регенерации тканей. - СПб., 2001. - С.110-111.

5. Изменения ультраструктуры капилляров сенсомоторной коры большого мозга после длительной двусторонней окклюзии общих сонных артерий / Максимишин СВ., Поташев Д.Д., Степанов С.С., Семченко В.В и др. // Фундаментальные и прикладные аспекты базисной и клинической патофизиологии: матер, науч. конф. - Омск, 2002. - С. 53-60.

6. Нарушение транспорта кислорода у пациентов с локальным ишемическим повреждением головного мозга, и пути коррекции / Максимишин СВ., Поташев Д.Д., Бутин А.А.// VIII Всероссийский съезд анестезиологов и реаниматологов: Тез. докладов. - Омск, 2002. - С.167.

7. Оптимизация течения вертебробазилярного ишемического инсульта при применении перфторана / Максимишин С.В., Поташев Д.Д., Волосатов С.Н., Семченко В.В. и др.// Актуальные вопросы базовой и клинической фармакологии: Матер, науч. практ. конф. - Омский научный вестник. - Омск, 2002. - №18. - С. 43-44.

8. Результаты операций на сонных артериях по опыту работы Омской областной клинической больницы /Дударев В.Е., Лоенко В.Б., Поташев Д.Д.// Актуальные проблемы современной хирургии: матер, международного хирургического конгресса. - М., 2003. - С.164.

9. Влияние 20-минутной окклюзии общих сонных артерий на реорганизацию межнейронных взаимоотношений коры большого мозга белых крыс / А.А. Бутин, С.В. Максимишин, Д.Д. Поташев, А.Ю. Воинов // Морфологические науки - практической медицине. Омский научный вестник. - 2004. - №26. - С. 69-73.

10. Репаративная синаптическая пластичность как механизм реорганизации межнейронных отношений в поврежденном мозге / Семченко В.В., Степанов С.С., Хижняк А. С, Затворницкая Ю.В., Поташев Д.Д. и др.// Фундаментальные и прикладные аспекты базисной и клинической патофизиологии: матер, науч. конф. - Омск, 2005. - С. 49-53.

11. Метод временного экстравазального шунтирования при операциях на сонных артериях / Дударев В.Е., Лоенко В.Б., Смяловский В.Э., Поташев Д.Д. // Ангиология и сосудистая хирургия. - 2005. - №2, Приложение.-С. 113-114.

12. Влияние шунтирования общих сонных артерий при острой окклюзии на цитоархитектонику неокортекса белых крыс / Поташев Д.Д. //Морфология.-2006.-Т. 129, №4.-С.102.

Размещено на Allbest.ru