Гипероксия как модулятор формирования реакций адаптации при экспериментальном геморрагическом шоке Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 81-85

УДК: 616-001.36-002.151.001.6+615.835.3]:612.843.36 DOI:10.12737/21752

ГИПЕРОКСИЯ КАК МОДУЛЯТОР ФОРМИРОВАНИЯ РЕАКЦИЙ АДАПТАЦИИ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ГЕМОРРАГИЧЕСКОМ ШОКЕ

Ю.М. ТУМАНОВСКИЙ, В.М. КРЮКОВ, А.В. МАКЕЕВА, В.И. БОЛОТСКИХ, О.В. ЛИДОХОВА

Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко, ул. Студенческая, д. 10, г. Воронеж, 394036, Россия

Аннотация. В экспериментах на 30 беспородных собаках в 2-х сериях опытов проведено изучение метаболического гомеостаза (обмен электролитов калия и натрия в миокарде, кислотно-основное состояние) и функции сердечно-сосудистой системы (сократительной способности миокарда) при моделировании геморрагического шока и последующем лечении животных гипербарической оксигена-цией (рО2 =300 кПа, длительность сеанса 60 мин). Установлено, что развитие геморрагического шока у животных сопровождалось формированием некомпенсированного метаболического ацидоза (снижением рН, отрицательными значениями дефицита оснований), развитием гипоксии (уменьшением напряжения кислорода в венозной крови), нарушением обмена электролитов калия и натрия в миокарде левого и правого желудочков сердца (возрастанием концентрации внеклеточных ионов калия, увеличением калий-натриевого коэффициента), снижением сократительной способности миокарда и уменьшением сердечного выброса. В условиях гипербарической оксигенации исчезали явления метаболического ацидоза, снижалась выраженность гипоксии, восстанавливался баланс электролитов в сердечной мышце, активировались адаптивные гемодинамические реакции в виде развития положительного инотропного эффекта миокарда и увеличения сердечного выброса.

Ключевые слова: геморрагический шок, метаболизм электролитов, кислотно-основное состояние, гипербарическая оксигенация, сердечно-сосудистая система.

HYPEROXIA AS A MODULATOR OF THE FORMATION OF ADAPTATION REАCTIONS IN EXPERIMENTAL HEMORRHAGIC SHOCK

YU.M. TUMANOVSKY, V.M. KRYUKOV, A.V. MAKEEVA, V.I. BOLOTSKIH, O.V. LIDOKHOVA

Voronezh State N.N. Burdenko Medical University, Studencheskaya, 10, Voronezh, 394036, Russia

Abstract. To study the metabolic homeostasis (the exchange of electrolytes potassium and sodium in the myocardium, acid-base status) and the cardiovascular system (myocardial contractility) in the simulation of hemorrhagic shock and the subsequent treatment animal hyperbaric oxygenation (pO2=300 kPa, duration session 60 min), the experiments on 30 mongrel dogs in 2 series were conducted. It was found that the development of hemorrhagic shock animals was accompanied by the formation of uncompensated metabolic acidosis (decrease in pH, base deficit negative values), the development of hypoxia (reduction of oxygen pressure in the venous blood), metabolic disorders electrolytes potassium and sodium in the myocardium of the left and right ventricles of the heart (increase in the concentration of extracellular potassium ions, increase of potassium-sodium ratio), decrease myocardial contractility and cardiac output. Under the conditions of hyperbaric oxygenation disappearing phenomenon of metabolic acidosis, decreased expression of hypoxia, restores electrolyte balance in the cardiac muscle, activated adaptive hemodynamic responses in the form of a positive inotropic effect of the myocardium and increase in cardiac output.

Key words: hemorrhagic shock, electrolyte metabolism, acid-base status, hyperbaric oxygen therapy, cardiovascular system.

Проблема изучения постгеморрагических состояний, приводящих к развитию хирургического, травматического и геморрагического шока, несмотря на длительные исследования в

этой области, по-прежнему остается актуальной для современной медицины и практического здравоохранения [3,7-9]. Довольно часто массивная кровопотеря приводит к развитию

10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТБСНМОШСТББ - 2016 - V. 23, № 3 - Р. 81-85

синдрома полиорганной недостаточности (ПОН), в патогенезе которого ведущая роль принадлежит нарушению функции сердечно-сосудистой системы, развитию гипоперфузии тканей, расстройству метаболических процессов и нарушению кислотно-основного равновесия [4,5]. Вышеперечисленные изменения обусловлены развитием тканевой гипоксии и формированием энергетической недостаточности. Ведущая роль в этих проявлениях на фоне развития негазового ацидоза принадлежит расстройству обмена электролитов К+ и №+ между внеклеточным и внутриклеточным пространством, приводящим к нарушению электрогенного потенциала клеток [13].

На фоне развития биоэнергетической недостаточности значительные нарушения возникают в системе кровообращения, что приводит к усугублению функциональных расстройств всех систем организма. С этой точки зрения коррекция возникающих расстройств должна быть направлена на активацию функционально-метаболических процессов в сердечно-сосудистой системе. Однако реинфузия смеси аутокрови в количестве 50% от объема кровопотери и изотонического раствора хлорида натрия не оказывает положительного влияния на улучшение метаболизма, не способна в полной мере компенсировать нарушения кислотно-основного состояния организма, уменьшить выраженность гипоксии после острой кро-вопотери [6,12]. Одним из эффективных методов коррекции всех этих нарушений может быть использование гипербарического кислорода, способного стимулировать механизмы адаптации поврежденных систем при экстремальных состояниях [11].

Цель исследования - выявить особенности влияния гипербарической оксигенации на коррекцию метаболических процессов и функциональное состояние системы кровообращения при острой кровопотере.

Материалы и методы исследования. Эксперименты проведены на 30 беспородных собаках массой 12,5±1,5 кг на фоне предварительной премедикации (12 мг/кг массы животного) в соответствиями с требованиями №755 МЗ СССР от 12.08.1997 г. Приложения 3 к «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных», а также с требованием приказа №267 МЗ РФ от 19.06.2003 г. Моделирование геморрагического шока прово-

дили методом дробной кровопотери из левой бедренной артерии в объеме 9,2 мл/кг за 10 мин до установления артериального давления (АД) на уровне 50-40 мм рт.ст.

Эксперименты выполнены в 2-х сериях опытов: I серия - анемизированные животные контрольной группы без лечения (15 собак), II серия -животные, которым с 30-й мин постгеморрагического периода проводили лечение гипербарическим кислородом (р02=300 кПа, длительность сеанса 60 мин) (15 животных). Функциональное состояние сократительной способности миокарда оценивали по величине сердечного индекса (СИ) и индекса ударной работы левого желудочка (ИУРЛЖ) [2]. АД регистрировали ртутным манометром в правой бедренной артерии. У всех животных на протяжении эксперимента микрометодом Аст-рупа оценивали кислотно-основной гомеостаз, определяли показатель рН, напряжение кислорода и углекислого газа в венозной крови с последующим расчетом актуальных бикарбонатов (АВ) и дефицита оснований (ВЕ). О состоянии метаболических процессов в миокарде судили по обмену электролитов калия и натрия, содержание которых определяли методом пламенной фотометрии на приборе ФПФ-58, рассчитывали калий/натриевый коэффициент, исследовали активность Ыа+/К+ зависимой АТФазы [1].

Все показатели определяли в исходном состоянии, на 30-й 90-й мин шока, на 5-й мин после окончания сеанса гипербарической оксигена-ции (ГБО) (последний этап по времени соответствовал 90-й мин шока анемизированных животных I серии опытов). Динамику электролитов оценивали в исходном состоянии, на 90-й мин постгеморрагического периода и 5-й мин после окончания сеанса ГБО. Результаты экспериментов обработаны с использованием параметрического критерия ¿-Стьюдента и непараметрическим методом с использованием критерия Манна-Уитни [10].

Результаты и их обсуждение. Расстройства кровообращения у нелеченых анемизиро-ванных животных на 30-й мин постгеморрагического периода характеризовались статистически достоверным (р<0,05) уменьшением исследуемых показателей гемодинамики (СИ, ИУРЛЖ, АД). На поздних стадиях геморрагического шока (90-я мин) стабильно низкими оставались СИ и ИУДС - показатели, характеризующие состояние центральной гемодинамики.

Отмечалось статистически достоверное (р<0,05) увеличение АД относительно 30-й мин шока (табл. 1). После проведения ГБО исследуемые показатели гемодинамики нормализовались, отмечено статистические достоверное (р<0,05) их увеличение как на 30-й мин шока, так и на 90-й мин постгеморрагического периода.

Развитие геморрагического шока сопровождалось формированием некомпенсированного метаболического ацидоза у нелеченых собак (I серия опытов), о чем свидетельствовало статистически достоверное (р<0,05) снижение величины рН на 30-й и 90-й мин геморрагического шока, уменьшение величины АВ. Определялись более выраженные относительно исходного состояния отрицательные значения концентрации буферных оснований (ВЕ) (р<0,05), что указывало на их дефицит и подтверждало развитие метаболического ацидоза.

Таблица 1

Показатели центральной гемодинамики у нелеченых анемизированных животных (I) и при использовании гипербарической оксигенации (II) (М±т)

Примечание: СИ - сердечный индекс, ИУРЛЖ - индекс ударной работы левого желудочка, АД - артериальное давление; * - достоверные изменения по отношению к исходному состоянию (р<0,05), ° - достоверные изменения по отношению к 30-й мин шока (р<0,05), ♦ - достоверные изменения по отношению к 90-й мин шока (р<0,05)

В постгеморрагическом периоде у нелеченых анемизированных животных определялась умеренная гиперкапния (РвС02), снижение напряжение кислорода в венозной крови (р<0,05) (табл. 2). После лечения ГБО сразу после декомпрессии (5-я мин восстановительного периода) анализ показателей КОС выявил признаки ликвидации некомпенсированного метаболического ацидоза: показатель рН венозной

крови не отличался от исходных значений, менее выраженными были изменения отрицательных значений величины дефицита оснований (ВЕ). При этом определялись статистически значимые (р<0,05) различия показателей рН и ВЕ относительно 90-й мин постгеморрагического периода у нелеченых животных.

Таблица 2

Показатели КОС у нелеченых анемизированных животных (I) и при использовании гипербарической оксигенации (II)

Примечание: РвС02 - напряжение углекислого газа в венозной крови, Рв02 - напряжение кислорода в венозной крови, АВ - актуальные бикарбонаты, ВЕ -дефицит оснований; * - достоверные изменения относительно исходного состояния (р<0,05), ° - достоверные изменения относительно 90-й мин шока

Исследование обмена электролитов выявило на 90-й мин шока у нелеченых анемизирован-ных собак статистически достоверное (р<0,05) увеличение содержание ионов К+ в миокарде левого и правого желудочков, возрастание К+№а+ коэффициента в 1,2 раза и в 1,46 раза соответственно (рис.). Нарушение обмена электролитов сопровождалось снижением активности Ка+/К+-зависимой АТФазы. В постгипероксическом периоде у животных II серии опытов наблюдалась нормализация обмена электролитов в тканях миокарда. При этом содержание ионов К+ после сеанса ГБО статистически достоверно (р<0,05) отличалось от содержания этих ионов в миокарде левого и правого желудочков сердца, определенных на 90-й мин шока у нелеченых собак. На 5-й мин после лечения ГБО определялись статистически достоверные (р<0,05) различия К+/Ыа+ коэффициента относительно 90-й мин постгеморрагического периода в миокарде правого

Показатели Исходные данные (n=30) I серия опытов II серия опытов

30-я мин шока (n=30) 90-я мин шока (n=10) 5-я мин после ГБО

(n=15)

СИ, л/минхм2 4,18±0,16 2,6±0,2* 2,2±0,18* 3,8±0,28° ♦

ИУРЛЖ, ГСМ/удхм2 41,6±3,5 8,1±0,7* 7,6±0,5* 36,2±5,1° ♦

АД, мм рт. ст. 124,5±5,1 46,1±4,5* 66,5±3,5* 111,6±4,5° ♦

Показатели Исходное состояние I серия опытов II серия опытов

30-я мин 90-я мин 5-я мин восстановительного периода

рН 7,33±0,01 7,22±0,03* 7,13±0,06* 7,28±0,03°

РвСОг, мм рт. ст. 37,7±1,9 38,8±2,5 * 49,7±4,8* 32,2±3,1°

РвО2, мм рт. ст 55,3±2,5 37,2±3,8* 30,4±5,7* 43,3±4,8

АВ, ммоль/л 20,3±2,2 15,2±2,4* 14,0±2,7* 16,9±0,5

ВЕ, ммоль/л -5,1±2,2 -9,9±2,0* -15,5±4,5* -8,4±0,8°

желудочка. Восстанавливалась активность Na+/K+-зависимой АТФазы.

Рис. Динамика изменений содержания электролитов К+ и Ыа+, К+/ Ыа* коэффициента в миокарде левого (I) и правого (II) желудочков сердца у анемизированных животных при геморрагическом шоке (90-я мин) и после лечения ГБО (5-я мин после сеанса ГБО) И - К*, Ц - Ыа+, |=| - К*/ Ыа+ коэффициент; * - достоверные изменения относительно исходного состояния (р<0,05); О - достоверные изменения относительно 90-й минуты шока; 1 - 90-я минута гипоксии; 2 - шок+ГБО; Исходные показатели принимали за 100%

Результаты исследования метаболических процессов и показателей функционального состояния сердечно-сосудистой системы выявили характерную динамику исследуемых параметров у экспериментальных животных. В постгеморрагическом периоде у нелеченых собак нарушения КОС характеризовались формированием некомпенсированного метаболического ацидоза, снижением содержания кислорода, развитием гипоксии и сопровождались нарушением функциональной активности миокарда в виде уменьшения СИ и развитием отрицательного ино-тропного эффекта (снижение показателя

ИУРЛЖ). У животных, находящихся в состоянии геморрагического шока, происходило увеличение содержания внеклеточного К+, увеличение К+/Ыа+ коэффициента в миокарде правого и левого желудочков. В условиях развития гипоксии снижалась активность Ыа+/К+ зависимой АТФазы. Наблюдаемые нами нарушения метаболического и гемодинамического гомеостаза подтверждаются и данными литературы. Показано, что метаболический ацидоз и накопление внеклеточного К+ в условиях гипоксии и развитии ацидоза оказывают отрицательный эффект на сократительную способность миокарда [12,14]. Гипербарическая оксигенация оказывала положительный эффект на метаболический гомеостаз. В условиях ГБО у анемизированных животных снижалась выраженность метаболического ацидоза, нормализовалась напряжение кислорода в венозной крови, уменьшались явления гипоэргоза и гипоксии, восстанавливался баланс ионов К+ в тканях миокарда, повышалась активность Ыа+/К*-зависимой АТФазы. При этом содержание ионов К+ достоверно отличалось от их содержания у нелеченых животных на 90-й мин шока. Положительная динамика метаболических процессов у леченых анемизированных животных в условиях ГБО оказывала благоприятный эффект на функцию миокарда: увеличение сердечного выброса сопровождалось развитием положительного инотропного эффекта миокарда.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о формировании в условиях ГБО нового уровня функционирования аппарата кровообращения благодаря стимуляции адаптивных метаболических процессов в миокарде в условиях патологии.

Литература

1. Берхин Е.Б., Иванов Ю.И. Методы экспериментального исследования почек и водно-солевого обмена. Гл.5. Методы изучения электролитного баланса. Барнаул, 1972. С. 98-123.

References

Berkhin EB, Ivanov YuI. Metody eksperimental'nogo issledovaniya pochek i vodno-solevogo obmena [Methods of experimental study of the kidneys and watersalt metabolism]. Gl.5. Metody izucheniya elektrolitno-go balansa. Barnaul; 1972. Russian. Burakovskiy VI, Ioseliani DG, Rabotnikov VG. Ostrye ras-stroystva koronarnogo krovoobrashcheniya [Acute coronary circulatory disorders]. Tbilisi: Galatleba; 1988. Russian. Gumanenko EK, Kozlov VK. Sotsial'nye i meditsinskie aspekty problemy tyazheloy travmy [Social and medical aspects of the problem of severe trauma]. Politrav-ma: travmaticheskaya bolezn', disfunktsiya immunnoy sistemy, sovremennaya strategiya lecheniya / pod red. E.K.Gumanenko, V.K.Kozlova. Moscow: GEOTAR-

2. Бураковский В.И., Иоселиани Д.Г., Работников В.Г. Острые расстройства коронарного кровообращения. Тбилиси: Галатлеба, 1988. 202 с.

3. Гуманенко Е.К., Козлов В.К. Социальные и медицинские аспекты проблемы тяжелой травмы // Политравма: травматическая болезнь, дисфункция иммунной системы, современная стратегия лечения / под ред. Е.К.Гуманенко, В.К.Козлова. Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2008. С. 23-45.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 81-85

4. Дементьева И.И., Морозов Ю.А. Современные лабораторные биомаркеры диагностики дисфункций органов-мишеней при синдроме полиорганной недостаточности // Клиническая физиология кровообращения. 2015. №1. С. 5-13.

5.

6. Зыблев С.Л., Дундаров З.А. Состояние метаболизма при экспериментальной острой кровопотере в зависимости от проводимой терапии // Новости хирургии. 2013. №5. С. 3-10.

7. Зыблев С.Л., Дундаров З.А., Грищук А.И. Состояние

8. Изменения обмена веществ у пациентов с тяжелой механической травмой / Селиванова А.В. [и др.] // Медицинский алфавит. Неотложная медицина. 2013. №4. С. 16-19.

9. Клинические и метаболические аспекты язвенных

10. Лакин Г.Ф. Биометрия. Москва: Высшая школа. 1990, 352 с.

11. Леонов А.Н. Гипероксия: адаптация, саногенез. Воронеж, 2006. 192 с.

12. Оценка эффективности сбалансированных и несбалансированных кристаллоидных растворов, применяемых в программе инфузионной терапии у больных с кровопотерей / Лукач В.Н. [и др.] // Трансфу-зиология и хирургическая гематология. 2009. Т.168, №6. С. 62-65.

13. Слепнева Л.В., Хмылова Г.А. Механизм повреждения энергетического обмена при гипоксии и возможные пути его коррекции фумаратсодержащими растворами // Трансфузиология. 2013. №2. С. 49-65.

14. Rajiv Rose, Bijan S. Kheirabadi, Harold G. Klemke. Arterial blood gases, electrolytes, and metabolic indices associated with hemorrhagic shock: inter- and intrain-bred rat strain variation // Journal of Applied Physiology. 2013. Vol. 114, Number 9. P. 1165-1173.

Media; 2008. Russian.

Dement'eva II, Morozov YuA. Sovremennye laborator-nye biomarkery diagnostiki disfunktsiy organov-misheney pri sindrome poliorgannoy nedostatochnosti [Modern laboratory diagnostics biomarkers target organ dysfunction syndrome with multiple organ failure]. Klinicheskaya fiziologiya krovoobrashcheniya. 2015;1:5-13. Russian.

Zabrodina LV, Al'fonsova EV. Rol' metabolicheskogo atsidoza v razvitii narusheniy sistemy gemostaza i voz-niknovenii DVS-sindroma u bol'nykh v kriticheskom sostoyanii [The role of metabolic acidosis in the development of disorders of the hemostatic system and the occurrence of DIC at patients in critical condition]. Uchenye zapiski ZabGGPU. 2012;1(42):98-102. Russian. Zyblev SL, Dundarov ZA. Sostoyanie metabolizma pri eksperimental'noy ostroy krovopotere v zavisimosti ot provodimoy terapii [Status metabolism in experimental acute blood loss, depending on the therapy]. Novosti khirurgii. 2013;5:3-10. Russian.

Zyblev SL, Dundarov ZA, Grishchuk AI. Sostoyanie antioksidantnoy aktivnosti krovi pri gemorragicheskom shoke v eksperimente [Status of the antioxidant activity of the blood in hemorrhagic shock in the experiment]. Problemy zdorov'ya i ekologii. 2013;2(36):93-7. Russian. Selivanova AV, et al. Izmeneniya obmena veshchestv u patsientov s tyazheloy mekhanicheskoy travmoy [Changes in metabolism in patients with severe mechanical trauma]. Meditsinskiy alfavit. Neotlozhnaya meditsina. 2013;4:16-9. Russian.

Rybachkov VV, et al. Klinicheskie i metabolicheskie aspekty yazvennykh gastroduodenal'nykh krovoteche-niy [Clinical and metabolic aspects of gastroduodenal ulcer bleeding]. Khirurgiya v gastroenterologii. Spet-sial'nyy vypusk. 2014;6(10):12-4. Russian. Lakin GF. Biometriya [Biometrics]. Moscow: Vysshaya shkola; 1990. Russian.

Leonov AN. Giperoksiya: adaptatsiya, sanogenez [Hyper-oxia: adaptation, sanogenesis]. Voronezh; 2006. Russian. Lukach VN, et al. Otsenka effektivnosti sbalansirovan-nykh i nesbalansirovannykh kristalloidnykh rastvorov, primenyaemykh v programme infuzionnoy terapii u bol'nykh s krovopoterey [Evaluating the effectiveness of balanced and unbalanced crystalloid solutions used in infusion therapy program in patients with hemorrhage]. Transfuziologiya i khirurgicheskaya gematolo-giya. 2009;168(6):62-5. Russian.

Slepneva LV, Khmylova GA. Mekhanizm povrezhdeniya energeticheskogo obmena pri gipoksii i vozmozhnye puti ego korrektsii fumaratsoderzhashchimi rastvorami [The mechanism of energy metabolism damage during hypoxia and possible ways of its correction fumaratsoderzhaschimi solutions]. Transfuziologiya. 2013;2:49-65. Rajiv Rose, Bijan S. Kheirabadi, Harold G. Klemke. Arterial blood gases, electrolytes, and metabolic indices associated with hemorrhagic shock: inter- and intrain-bred rat strain variation. Journal of Applied Physiology. 2013;114(9):1165-73.

Забродина Л.В., Альфонсова Е.В. Роль метаболического ацидоза в развитии нарушений системы гемостаза и возникновении ДВС-синдрома у больных в критическом состоянии // Ученые записки ЗабГГПУ. 2012. №1 (42). С. 98-102.

антиоксидантной активности крови при геморрагическом шоке в эксперименте // Проблемы здоровья и экологии. 2013. №2 (36). С. 93-97.

гастродуоденальных кровотечений / Рыбачков В.В. [и др.] // Хирургия в гастроэнтерологии. Специальный выпуск. 2014. №6 (10). С. 12-14.