CC BY
4
МОДИФИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ ИОНИЗИРОВАННЫМ ГАЗОВЫМ ГЕЛИЕВЫМ ПОТОКОМ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
А.К. Мартусевич, А.Г. Галка, Е.С. Голыгина, А.С. Федотова
Приволжский медицинский исследовательский медицинский университет, Нижний Новгород, Россия
Целью настоящего исследования служила оценка реакции микроциркуляции на проведение курса локального воздействия гелиевой холодной плазмы. Эксперимент выполнен на 20 здоровых крысах линии Вистар, разделенных на 2 группы. Животным контрольной группы (n=10) проводили однократное измерение показателей микроциркуляции. Крысы основной группы (n=10) получали курс, включающий 5 ежедневных сеансов (по 1 мин.) обработки кожи спины животных потоком гелиевой холодной плазмы. Генерацию холодной плазмы производили с помощью устройства оригинальной конструкции, созданного в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород) и основанного на принципе СВЧ-индуцированной ионизации газового потока. Оценку состояния микроциркуляции осуществляли методом лазерной доплеровской флоуметрии на аппарате "ЛАКК-М" (НПО "Лазма", Москва). Установлено, что осуществление непродолжительного курса воздействия холодной гелиевой плазмой способствует умеренному снижению интенсивности кровотока по сосудам малого диаметра за счёт NO-зависимой вазодилятации и оптимизации роли шунтирующих механизмов в формировании микроциркуляции.
Ключевые слова: холодная гелиевая плазма, микроциркуляция, оксид азота
Abstract
The aim of this study was estimation of microcirculatory response to local action of the cold helium plasma. Experiments were performed on 20 healthy male Wistar rats divided into two equal groups. Animals of first (control) group (n=10) was tested by microcirculatory parameters. Rats of second (main) group (n=10) got 5 daily procedures of action of cold helium plasma on region of animals back (exposure time -1 min.). Cold helium plasma was generated with special device is constructed in Institute of applied physics (Nizhny Novgorod, Russia) and based on microwave-induced ionization of gas flow. Microcirculation was estimated with laser Doppler flowmetry on "LAKK-M" device (Moscow). It was stated that short course (5 daily procedures) of the exposures of cold helium plasma caused a moderate decreasing of blood flow intensity in small vessels. This tendency was associated with nitric oxide-dependent vasodilatation and optimization of bypass mechanisms role in microcirculation formation.
Key words: cold helium plasma, microcirculation, nitric oxide
Плазменная медицина - одно из наиболее динамично развивающихся научных направлений, формирующихся на стыке биомедицины и физики в последние два десятилетия [1, 3-5, 7]. За этот период накоплено большое количество фактов, указывающих на реагирование различных биосистем на воздействие плазмы [3-5, 7]. Холодная плазма с физических позиций представляет собой ионизированную газовую смесь, охлажденную до температуры, близкой к температуре тела теплокровных животных и человека [1, 4]. С учётом невозможности значительного повышения температуры внутри биологической системы классический вариант плазменного потока, имеющий собственную температуру в пределах 3000-5000°С [1, 4, 5], не может быть применен в отношении живых объектов. В связи с этим, проводится дополнительное охлаждение потока для получения холодной плазмы [1, 3, 4, 7]. Как показано ранее, принципиальной особенностью холодной плазмы является большая концентрация заряженных частиц при ее суммарной нейтральности, что способно обуславливать ее специфичную биологическую активность.
С учётом того, гемодинамика как на местном, так и на организменном уровнях является одной из наиболее быстро реагирующих на внешние воздействия систем, целью настоящего исследования служила оценка реакции микроциркуляции на проведение курса локального воздействия гелиевой холодной плазмы.
Материал и методы исследования
Эксперимент выполнен на 20 здоровых половозрелых крысах-самцах линии Вистар (масса тела - 200-250 г.), разделенных на две равных по численности группы. Животным первой (контрольной) группы (n=10) проводили лишь однократное измерение показателей микроциркуляции. Крысы второй (основной) группы (n=10) получали курс, включающий ежедневные сеансы обработки кожи спины животных потоком гелиевой холодной плазмы, после которого также однократно оценивали состояние микроциркуляции. Предварительная подготовка животных включала эпиляцию шерсти в области воздействия холодной плазмы (площадь обрабатываемого участка спины - 10% поверхности тела животного). Курс состоял из 5 процедур продолжительностью 1 мин., в течение этого времени животных фиксировали. Генерацию холодной плазмы производили с помощью устройства оригинальной конструкции, созданного в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород) и основанного на принципе СВЧ-индуцированной ионизации газового потока [7]. Газом-носителем служил высокоочищенный гелий из баллонного источника. Оценку состояния микроциркуляции осуществляли методом лазерной доплеровской флоуметрии на аппарате "ЛАКК-М" (НПО "Лазма", Москва) [6]. Для анализа использовали значения частотных диапазонов, скорректированные для крыс [2]. Полученные данные были обработаны статистически в программном пакете Statistica 6.1 for Windows.
Результаты
Анализ непосредственно регистрируемого параметра - показателя микроциркуляции - позволил установить (рис. 1), что у здоровых животных проведение курса обработки гелиевой холодной плазмой способствует
умеренному снижению интенсивности микрокровотока (на 14% относительно контрольной группы; р<0,05).
Рис. 1. Уровень показателя микроциркуляции у интактных и прошедших курс обработки гелиевой холодной плазмой крыс («*» - статистическая значимость
различий р<0,05)
В целях уточнения механизмов, обеспечивающих подобный эффект, нами изучена активность регуляторных факторов микроциркуляции (рис. 2).
Рис. 2. Активность факторов регуляции микроциркуляции у интактных и прошедших курс обработки гелиевой холодной плазмой крыс (Э -эндотелиальный компонент, Н - нейрогенный, М - миогенный, Д - дыхательный, С - сердечный; «*» - статистическая значимость различий р<0,05)
Выявлено, что у крыс, подвергнутых воздействию холодной плазмы, практически двухкратно возрастает участие в регуляции кровотока по сосудам малого диаметра эндотелиального компонента (р<0,05 по отношению к
контрольной группе). На этом фоне активность второго внутреннего фактора -нейрогенного - остаётся практически неизменной. Напротив, для пассивных, внешних механизмов регуляции состояния микроциркуляции наблюдали угнетение, выраженное в различной степени для отдельных параметров Так, наиболее стабильным оказался миогенный фактор, амплитуда которого уменьшилась лишь на 20% (р<0,05 по сравнению с интактными животными). В то же время дыхательный компонент и вклад пульсовой волны снизились на 40 и 37% соответственно (р<0,05 для обоих показателей).
Третьей оцениваемой характеристикой состояния микроциркуляции явилась задействованность шунтирующих путей в обеспечении микрокровотока, устанавливаемая по уровню показателя шунтирования. Обнаружено, что после курса воздействия гелиевой холодной плазмы имеет место умеренное повышение указанного параметра (на 26% по сравнению с интактными крысами; р<0,05), что указывает на повышение роли шунтирующих механизмов в регуляции тока крови по мелким сосудам.
Заключение
Проведенные исследования позволили установить, что осуществление непродолжительного (5 ежедневных процедур) курса воздействия холодной гелиевой плазмой способствует умеренному снижению интенсивности кровотока по сосудам малого диаметра за счёт NO-зависимой вазодилятации и оптимизации роли шунтирующих механизмов в формировании микроциркуляции. Это указывает на проадаптивный гемодинамический эффект изучаемого физического фактора.
Список литературы
1. Alkawareek M.Y., Gorman S.P., Graham W.G., Gilmore B.F. Potential cellular targets and antibacterial efficacy of atmospheric pressure non-thermal plasma // Int J. Antimicrob. Agents. 2014. Vol. 43. P. 154-160.
2. Bajrovic F., Cencur M., Hozic M., Ribaric S., Stefanovska A. The contribution of lumbar sympathetic neurones activity to rat% skin blood flow oscillations // Eur. J. Physiol. 2000. Vol. 439 [Suppl]. P. R158-R160.
3. Ermolaeva S.A., Varfolomeev A.F., Chernukha M.Yu. et al. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds // J. Med. Microbiol. 2011. Vol. 60. P. 75-83.
4. Flynn P.B., Busetti A., Wielogorska E. et al. Potential cellular targets and antibacterial efficacy of atmospheric pressure non-thermal plasma // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. P. 26320.
5. Wiegand C., Fink S., Beier O. et al. Dose- and time-dependent cellular effects of cold atmospheric pressure plasma evaluated in 3D skin models // Skin Pharmacol. Physiol. 2016. Vol. 29. P. 257-265.
6. Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность. Руководство для врачей. М.: ЛИБРОКОМ, 2013.
7. Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Галка А.Г., Козлова Л.А., Янин Д.В. Влияние гелиевой холодной плазмы на метаболизм эритроцитов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019. Т. 167, №2. С. 144-146.
