CC BY
19
© Макаренко О. М., *Чорна С. I. УДК 576. 08 + 616-001. 3 Макаренко О. М., *Чорна С. I.
МОДЕЛЮВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ГЕМОРАГ1ЧНОГО 1НСУЛЬТУ
Кафедра пстологГГ та ембрюлогГГ НМУ ¡м. О. О. Богомольця (м. КиТв) *Навчально-науковий центр «1нститут бюлогм» КНУ ¡менГ Тараса Шевченка (м. КиГв)
Дана робота е фрагментом НДР «Органи ¡мун-но!, нервово! та сечостатево! системи в умовах екс-периментального порушення», № держ. реестраци 0112и001413.
Розробка нових пiдходiв до лкування гемора-гiчного ¡нсульту е неможливою без встановлення тонких патогенетичних механiзмiв розвитку го-стро! недостатност мозкового кровообiгу (ГНМК), якi можливо прослiдкувати лише при використаннi адекватних експериментальних моделей. Осюльки механiзми, що лежать в основi ушкодження мозку при ¡нтрацеребральнм геморагп, е складними та мало дослiдженими, це потребуе використання в експериментальнiй нейробюлоги оптимально! мо-делi, яка мае бути стандартизованою, легко вщтво-рюватись та такою, що охоплюе основнi мехаызми перебiгу ГНМК у людини [4,2,6,9].
Експериментальне моделювання геморагiчного ¡нсульту (Г1) здiйснюeться на рiзних видах тварин, таких як крол^ щурi, минм, свинi, мавпи тощо. Кожен з цих видiв у якостi експериментально! моделi мае певнi переваги й недолки.
Мишача модель експериментального Г1 була розроблена завдяки можливостi використання трансгенних тварин для вивчення специфiчних ме-ханiзмiв ушкодження при гострому ¡нсульт [13].
1снуе також так звана великотваринна (тобто свиняча) лобарна модель ¡нтрацеребрально! ге-мораги. Вона полягае у використаннi iнфузi! арте-рiально! кровi у бiлу речовину фронтально! твкулг Ця модель е корисною для вивчення iндукованих ¡н-трацеребральною геморагieю патофiзiологiчних та патохiмiчних змiн бiло! речовини великих твкуль завдяки великим розмiрам мозку тварин. Мозок свиней дае можливють моделювати гематому, об'ем яко! е еквiвалентним такiй у людини. Завдяки великим об'емам вщтворено! гематоми розширюеться простiр можливостей для вивчення технки хiрургiч-ного видалення, застосування хiрургiчного та медикаментозного варiантiв лiкування геморагiчного ¡нсульту. Одыею з переваг !! використання в якост модельного об'екту е зменшення вiрогiдностi по-шкодження латеральних шлуночюв, або супутнього крововиливу в !хню порожнину [18,17].
Вибiр тварин для експерименту залежить у першу чергу вщ намiрiв i мети до^дження, затрат та досягнення бажаних об'eмiв вогнища гематоми, адже по кожному з цих критерпв кожна з тваринних моделей мае вщповщы переваги [17].
Практика показуе, що в основному найчастше для моделювання Г1 використовуються щури. Цi тварини е одними з найбiльш вивчених модельних об'екпв, на яких проведен численнi поведiнковi дослiдження, що засвщчили схожiсть рухово! ком-поненти у щурiв та людини [9]. В той же час, вiдомi недолки використання щурiв як модельних тварин -малi розмiри мозку й вщповщно гематоми, неодна-кова оргаыза^я головного мозку у щурiв та людини. З цього випливае, що кгмычна важливiсть нейроа-натомiчно! ^формаци, отримано! при проведеннi експериментiв на щурах, мае бути пщтверджена додатково, що е можливим лише при використаны аутопсiйного матерiалу [9].
Слщ пiдкреслити, що основна структурна, функ-цiональна та поведiнкова органiзацiя, бiохiмiчнi та iмуннi процеси, а також вщповщы компенсаторнi та вiдновнi мехаызми при порушеннi функцiй, що реа-лiзуються у вiдповiдь на церебральы ушкодження, е спiльними для вЫх ссавцiв. З огляду на це, терапев-тичнi засоби, що мають виражений ефект на щурах, цтком можуть застосовуватися й для лкування хво-рих осiб рiзного вку [8].
За нормальних умов кров не мае прямого доступу до клггин нервово! тканини, вщмежовано! гема-тоенцефалiчним бар'ером, сформованим кгмтинами ендотелiю, астроцитами й перицитами, базальною мембраною та екстрацелюлярним матриксом. По-шкодження iнтрацеребрально! артерi! спричиняе крововилив у мозок, що створюе нефiзiологiчнi умови ¡з вiдповiдним результатом [3,15,14]. Розви-ток клiнiчних проявiв захворювання прямо корелюе ¡з об'емом кров^ що сформував гематому, адже ця кров ¡нтенсивно здавлюе оточуючу тканину, формуе iшемiчну зону та супутне геморагiчне ушкодження [20].
Експериментальна модель геморапчного ¡нсульту мае на ме^ вiдтворення наближеного до реально! картини патолопчного процесу, у зв'язку ¡з чим ця модель повинна мати таю характеристики:
1. В1дтворення piBHOMipHOTO ступеню reMopariï в ycix тварин експериментально! групи.
2. Mexaнiзм гeмopaгiï, який нaйбiльш наближе-но вiдтвopюe патогенез ГНМК у людини.
3. Легкють i cтaндapтизoвaнicть виконання пpoцeдypи.
4. Розумна вapтicть (тобто eкoнoмiчнa обфун-тoвaнicть) eкcпepимeнтaльниx пpoцeдyp.
До найбтьш загальновизнаних моделей етепе-pимeнтaльнoгo культу у твapин, кожна з яких мае cвoï мoдифiкaцiï, належать мoдeлi з iн'eкцiйним вве-денням кpoвi [16] та iз зacтocyвaнням бaктepiaльнoï колагенази [19]. Кожна з цих моделей мае cвoï пе-peвaги та нeдoлiки та ocoбливocтi викopиcтaння.
Модель ш'екцГГ Kpoei
Дана модель впepшe була зaпpoпoнoвaнa А. Кpeйндлepoм у 1975 poцi, та модифкована Булоком iз cпiвaвтopaми в 1984 po^. Пpи зacтocyвaннi цього методу аутофов cтepeoтaкcичнo ввoдитьcя в д^ лянку мозку, яка цiкaвить до^щнимв. Micцe iн'eкцiï oбиpaють в залежной вiд нaйбiльш cпiльнoï локал^ зацп виникнення iнтpaцepeбpaльнoï гeмopaгiï у людини. На даний момент базальне ядpo й внyтpiшня кaпcyлa ввaжaютьcя ocнoвним мicцeм для iн'eкцiï. Об'ем кpoвi, що ввoдитьcя в мозок, може вapiювa-ти в залежной вiд об'ему гематоми, моделювання яко'| е на мeтi у доопщниюв, пpoтe об'ем кpoвi не мае пepeвищyвaти 100 мкл [16].
Одним iз нaйcepйoзнiшиx нeдoлiкiв викopиcтaн-ня дано'| мoдeлi е те, що poзмip гематоми е важко-вiдтвopювaним в cepiï eкcпepимeнтiв. Пpичинaми втpaти вiдтвopювaнocтi можуть бути poзpиви шлу-ночка, звopoтний пoтiк кpoвi вздовж тpeкy кaнюлi, введення кpoвi у надлишку [5]. 3 метою виpiшeння цieï пpoблeми була зaпpoпoнoвaнa модель подвм-нoï iн'eкцiï, що пepeдбaчae введення нeoбxiднoгo об'ему кpoвi двома пopцiями, з пepepвoю у 7 xви-лин. Завдяки цьому фов згopтaeтьcя вздовж голки, i, таким чином, запобкае ïï звopoтнoмy вщтоку i poз-витку кpoвoвиливy в cyбapaxнoïдaльний пpocтip [6].
Вcтaнoвлeнo, що лoкaлiзaцiя ввeдeнoï в CTpy^ тypи мозку кpoвi зaлишaeтьcя нecтaбiльним. Так, близько 25 % гематом poзшиpюютьcя в оточуючу бту peчoвинy. ^м того, iн'eкцieю ayтoкpoвi важко дocягти пocтiйнoï лoкaлiзaцiï гематоми у випадку виконання cepiï дocлiдiв на значнм кiлькocтi твapин [10,7,21].
3 метою пщвищення eфeктивнocтi методу за-пpoпoнoвaнo також викopиcтaння мeтaлiчнoгo ка-тeтepa iз дeвiaнтнo вiдxилeним i заточеним ножем,
який ввoдитьcя чepeз пoпepeдньo введену канюлю iз нacтyпним зд^ненням пoвниx пoвopoтiв нaпpaвo та нaлiвo. Таким чином cтвopюeтьcя не лише пpocтip для введення ayтoкpoвi, але й пiдciкaютьcя peno-нaльнi цepeбpaльнi cyдини, що забезпечуе вщповщ-ний локальний фововилив. Пpoтe й ця модифка^я мoдeлi не е до^оналою, адже голка-канюля, що ви-кopиcтoвyeтьcя для iн'eкцiï ayтoкpoвi, мае значний дiaмeтp, що залишае вiдпoвiднy колоту paнy та зу-мовлюе виникнення фавми ще до iн'eкцiï аутофо-вi [4] (у зв'язку iз чим ця модель й oтpимaлa назву пocттpaвмaтичнoï iнтpaцepeбpaльнoï ayтoгeмopa-пчно'| гематоми [1]).
Модель i3 введенням бактерГально'Г колагенази
Колаген IV ввaжaeтьcя ocнoвним пpoтeïнoм обо-лонок кpoвoнocниx cyдин, що вiдiгpae важливу poль у пiдтpимaннi ïxньoï цiлicнocтi. Головна щея моде-лi iз зacтocyвaнням колагенази полягае у тому, що вона pyйнye зв'язки в колагеновому пpoтeïнi й таким чином cпpияe poзpивy cтiнoк cyдин. Оpигiнaльнa колагеназна модель була зaпpoпoнoвaнa Розен-бepгoм [15]: 0,1-1 oдиницi бaктepiaльнoï колагенази poзчиняли у 2 мкл coлi та cтepeoтaкcичнo вводили у вщповщну дiлянкy мозку. Показано, що введення 0,5 одиниць надало оч^ваний peзyльтaт, а 1,0 од. - знизило виживанють твapин пpoтягoм пepшиx 24 годин пюля здiйcнeння пpoцeдypи. Пюля пepшoгo ycпixy дана модель зазнала чиcлeнниx мoдифiкaцiй та була cyттeвo poзшиpeнa [19].
Зоною введення poзчинy колагенази в цiй мoдeлi найчастше е базальне ядpo Meйнepтa, пpoтe в мо-дeлi iнтpaцepeбpaльнoï гeмopaгiï iз зacтocyвaнням в якocтi eкcпepимeнтaльниx твapин, нaпpиклaд, cви-ней, ш'екцю poзчинy здiйcнюють у coмaтoceнcop-ний цepeбpoкopтeкc [12].
Головним нeдoлiкoм зaпpoпoнoвaнoï колаге-нaзнoï мoдeлi е те, що цей ензим ^стемно pyйнye тканину в мicцi iн'eкцiï та е apтeфaктним xeмoaтpaк-тантом. Тому, на наш погляд, доцтьыше викopиcтo-вувати модель iнтpaцepeбpaльнoï iн'eкцiï фов^ за-пpoпoнoвaнoï Maкapeнкo О. М. та ^вавт. [11].
Висновок. Викopиcтaння piзниx моделей по-pyшeння мозкового фовооб^ е обов'язковою пepeдyмoвoю poзpoбки пoтeнцiйниx тepaпeвтич-ниx пiдxoдiв, нaпpaвлeниx на пiдcилeння poзвиткy кoмпeнcaтopниx пpoцeciв у клiтинax мозку з метою бтьш швидкого вiднoвлeння фyнкцiй opгaнiзмy пpи poзвиткy гocтpиx пopyшeнь мозкового фовооб^.
ËiTepaTypa
1. BopoHMHa T. A. MeTOAnnecKne peKOMeHAauMM no AOKëHHHHecKOMy M3yneHMro ëeKapcTBeHHHX cpeflCTB c HOOTponHbiM TènoM AeécTBMH : PyKOBOAcTBO npOBeAeHMH AOKëèHèHecKMX MccëeAOBaHMé ëeKapcTBeHHbx cpeAcTB / T. A. BOpOHèHa, P. y. OcTpoBcKaa, T. Ë. TapMÔoBa. - M. : Tpnô è Ko. - 2012. - H. 1. - 944 c.
2. Andaluz N. Experimental animal models of intracerebral hemorrhage / N. Andaluz, M. Zuccarello, K. R. Wagner // Neurosurgery Clinics of North America. - 2002. - Vol. 13. - P. 385-390.
3. Badjatia N. Intracerebral hemorrhage / N. Badjatia J. Rosand // Neurologist. - 2005. - Vol. 11. - P. 311-324.
4. Barth A. Experimental intracerebral hematoma in the rat / A. Barth, R. Guzman [et al.] // Restorative Neurology and Neuroscience. - 2007. - Vol. 25. - P. 1-7.
5. Cossu M. Changes in Infratentorial Blood-Flow Following Experimental Cerebellar Hemorrhage / M. Cossu, A. Dorcaratto, A. Pau [et al.] // Italian Journal of Neurological Sciences. - 1991. - Vol. 12. - P. 69-73.
omqflm ^itepatypm
6. Deinsberger W. Experimental intracerebral hemorrhage : Description of a double injection model in rats / W. Deinsberger, J. Vogel, W. Kuschinsky [et al.] // Neurological Research. - 1996. - Vol. 18. - P. 475-477.
7. Hua Y Behavioral tests after intracerebral hemorrhage in the rat / Y Hua, T. Schallert, R. F. Keep [et al.] // Stroke. - 2002. -Vol. 33. - P. 2478-2484.
8. Jordan J. Inflammation as therapeutic objective in stroke / J. Jordan, T. Segura, D. Brea [et al.] // Curr. Pharm. Des . -2008. - Vol. 14. - P. 3549-3564.
9. Kleim J. A. Rat models of upper extremity impairment in stroke / J. A. Kleim, J. A. Boychuk, D. L. Adkins // Ilar. Journal. -2007. - Vol. 48. - P. 374-384.
10. MacLellan C. L. Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats / C. L. MacLellan, S. Gyawali, F. Colbourne // Behavioural Brain Research. - 2006. - Vol. 175. - P. 82-89.
11. Makarenko A. N. Simulation of local cerebral hemorrhage in different brain structures of experimental animals / A. N. Makarenko, N. S. Kositsyn, N. V. Pasikova [et al.] // Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. Im. I. P. Pavlova. - 2002. - Vol. 52, № 6. -P. 765-768.
12. Mun-Bryce S. Recurring episodes of spreading depressionare spontaneously elicited by an intracerebral hemorrhage in the swine / S. Mun-Bryce, A. C. Wilkerson, N. Papuashvili [et al.] // Brain Res. - 2001. - Vol. 88. - P. 248-255.
13. Nakamura T. Intracerebral hemorrhage in mice : model characterization and application for genetically modified mice / T. Nakamura, G. Xi, Y Hua [et al.] // J. Cereb. Blood Flow Metab. - 2004. - Vol. 24. - P. 487-494.
14. Rincon F. Clinical review : Critical care management of spontaneous intracerebral hemorrhage / F. Rincon, S. A. Mayer // Crit. Care. - 2008. - Vol. 12. - P. 237.
15. Smith E. E. Hemorrhagic stroke / E. E. Smith, J. Rosand, S. M. Greenberg // Neuroimaging Clin. N. Am. - 2005. - Vol. 15. -P. 259-272.
16. Strbian D. Rodent models of hemorrhagic stroke / D. Strbian, A. Durukan, T. Tatlisumak // Curr. Pharm. Des. - 2008. -Vol. 14. - P. 352-358.
17. Wagner K. R. Hemorrhagic stroke: pathophysiological mechanisms and neuroprotective treatments / K. R. Wagner, J. P. Broderick // Neuroprotection. - 2001. - Vol. 20. - P. 471-508.
18. Wagner K. R. Ultra-early clot aspiration after lysis with tissue plasminogen activator in a porcine model of intracerebral hemorrhage : edema reduction and blood-brain barrier protection / K. R. Wagner, G. Xi, Y Hua [et al.] // J. Neurosurg. -1999. - Vol. 90. - P. 491-498.
19. Wasserman J. K. Glial responses, neuron death and lesion resolution after intracerebral hemorrhage in young vs. aged rats / J. K. Wasserman, H. Yang, L. C. Schlichter // European Journal of Neuroscience. - 2008. - Vol. 28. - P. 1316-1328.
20. Xi G. H. Mechanisms of brain injury after intracerebral haemorrhage / G. H. Xi, R. F. Keep, J. T. Hoff // Lancet Neurology. -2006. - Vol. 5. - P. 53-63.
21. Xue M. Comparison of brain cell death and inflammatory reaction in three models of intracerebral hemorrhage in adult rats / M. Xue, M. R. Del Bigio // J. Stroke Cerebrovasc. Dis. - 2003. - Vol. 12. - P. 152-159.
YflK 576. 08 + 616-001. 3
MOflE^raBAHHq EKCnEPMMEHTAnbHOTO rEMOPATIHHOTO IHCy^bTy
MaKapeHKO O. M., HopHa C. I.
Pe3№Me. y flaHOMy onnflfli /¡TepaTypn p03rn^HyT0 0CH0BHi cynacHi niflxofln flo Mofle/raBaHHa eKcnepnMeH-Ta/ibHoro reMopariHHoro ¡Hcy/bTy y jia6opaTopHMx TBapnH, TaKi hk Mofle/b ¡h'gkum KpoBi Ta Mofle/b i3 BBefleHHHM 6aKTepiajibHoi Ko/areHa3n. Po3rnHHyio ocHoBHi nepeBarn Ta Heflo/iKn flaHnx Mofle/ew.
BMKopMCTaHHA pi3Hnx Mofle/eM nopyweHHH Mo3KoBoro KpoBoo6iry e Bax/MBUM acneKToM po3po6KM noTeH-uiMHnx TepaneBTMHHMx niflxofliB, HanpaB/eHnx Ha niflcn/eHHa po3BMTKy KoMneHcaTopHMx npoueciB y K/iTMHax Mo3Ky 3 MeTora 6i/bm WBMflKoro BiflHoB/eHHH 0yHKuiM opraHi3My npn po3BMTKy rocTpnx nopyweHb Mo3KoBoro KpoBoo6iry.
Kn№HOBi c^OBa: reMopariHHMM ¡Hcy/bT, Mofle/raBaHHH, ¡H'sKurn KpoBi, 6aKTepia/bHa Ko/areHa3a.
yflK 576. 08 + 616-001. 3
MOflE^MPOBAHME SKCnEPMMEHTAnbHOrO TEMOPPArMHECKOrO MHCYnbTA
MaKapeHKO A. H., HepHan C. M
Pe3№Me. B o63ope /iMTepaTypbi paccMoTpeHbi ocHoBHbie coBpeMeHHbie noflxoflbi k Mofle/iMpoBaHMio 3Kc-nepMMeHTa/bHoro reMopparnnecKoro MHcynbTa y jia6opaTopHbix xmbothhx, BK/ranaa Mofle/b MHteKUMM KpoBM m Mofle/b c BBefleHneM 6aKTepna.nbHoM Ko//areHa3b. PaccMoTpeHbi ocHoBHbie npenMyi^ecTBa n HeflocTaTKn flaHHbix Mofle/eM.
Mcno/b3oBaHne pa3Hbix Mofle/eM HapyweHUH Mo3roBoro KpoBoo6pai|eHHH HB/HeTca BaxHbiM acneKToM pa3pa6oTKM noTeHuna/bHux TepaneBTMHecKMx noflxofloB, KoTopue HanpaB/eHb Ha ycn/eHne pa3BMTMH KoMneH-caTopHbx npoueccoB b K/eTKax Mo3ra c ue/bra 6o/ee 6bicTporo BoccTaHoB/eHMH ^yHKUMM opraHM3Ma npn pa3-bmtmm ocTpbx HapymeHMM Mo3roBoro KpoBoo6pa|eHMH.
K^raneBue c^OBa: reMopparnnecKUM MHcy/bT, Mofle/npoBaHne, MHteKuna KpoBM, 6aKTepna/bHaH Ko//areHa3a.
UDC 576. 08 + 616-001. 3
The Modelling of Experimental Hemorrhagic Stroke
Makarenko A. N., Chorna S. I.
Abstract. The mechanisms underlying brain damage in intracerebral hemorrhage are complex and little studied because it requires the using of an experimental neuroscience model that should be standardized, easily and one that covers the basic mechanisms of acute insufficiency of cerebral blood flow in humans.
Experimental modeling of hemorrhagic stroke is performed on different types of animals such as rabbits, rats, mice, pigs, monkeys and others. Each of these species as experimental model has certain advantages and disadvantages.
Experimental mouse model was developed with the ability to use transgenic animals to study the specific mechanisms of injury in acute stroke.
There are also pork intracerebral hemorrhage model. This model is useful for studying induced intracerebral hemorrhage changes and white matter of the cerebral hemispheres of the brain due to the large size animals. The choice of animal experiment depends primarily on the intentions and objectives of the study, costs and achieve the desired focus hematoma volume, because in each of these criteria, each of the relevant animal models has advantages.
Practice shows that rats are the most often used animals for modeling hemorrhagic stroke. Under normal conditions, the blood does not have direct access to the cells of the nervous tissue. An experimental model of hemorrhagic stroke is intended to be closer to the real picture of the pathological process in connection with what the model should have the following characteristics: Having an average degree of hemorrhage in all animals of the experimental group; The mechanism of hemorrhage that best reproduces pathogenesis in humans; The ease and standardization of the procedure; Reasonable cost experimental procedures.
The most universally recognized model of experimental stroke in animal models are injected with blood and using bacterial collagenase. Each of these models has its own advantages and disadvantages and use features.
Model injections of blood in applying this method blood stereotactic are injected into the area of the brain that interested researchers. The volume of blood injected into the brain may vary depending on the amount of bruising, modeling which is aimed at researchers.
One of the most serious drawbacks of using this model is that the size of the hematoma is difficult to reproduce in a series of experiments.
The model with the using of bacterial collahenase. The main idea of using collagenase model is that it destroys the bonds in collagen protein and thus helps break apart the walls of blood vessels. After the initial success of this model has undergone numerous modifications and has been significantly expanded.
Zone input collagenase solution in this model is often the basal nucleus of Meynert.
The main drawback of the proposed collagenase model is that this enzyme system destroys the tissue at the injection site. Therefore, in our opinion, it is better to use the model of intracerebral injections of blood offered Makarenko OM. The using of different models of cerebral blood flow is a prerequisite develop potential therapeutic approaches aimed at enhancing the development of compensatory processes in the brain cells of to a more rapid recovery of body functions during the development of acute stroke.
Keywords: hemorrhagic stroke, modelling, blood injection, bacterial collagenase.
Рецензент - проф. Литвиненко H. В.
Стаття надшшла 6. 03. 2015 р.
