CC BY
67
I il
УДК 612.012:616.45-001.1/3
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА В УСЛОВИЯХ ТРАВМАТИЧЕСКОГО СТРЕССА
А.К. Мартусевич, А.Г. Соловьева, А.А. Мартусевич, П.В. Перетягин,
ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии»
Мартусевич Андрей Кимович - e-mail: [email protected]
Цель работы - раскрытие некоторых аспектов функционально-метаболической адаптации
организма в условиях травматического стресса. В исследование были включены 32 здоровые крысы линии Wistar и 15 животных, которым моделировали комбинированную термическую травму по собственной методике. Исследование вариабельности сердечного ритма выполняли через 14 дней после нанесения ожога с помощью программно-аппаратного комплекса «Нейрософт». Состояние микроциркуляции оценивали методом лазерной доплеровской флуометрии на аппарате «ЛАКК-02» со специализированным программным обеспечением «LDF 2.20». В крови животных спектрофотометрически определяли активность лактатдегидрогеназы в прямой и обратной реакциях, альдегиддегидрогеназы, оценивали уровень лактата. Установлено, что даже через 2 недели после нанесения комбинированной термической травмы регистрируются дезадаптивные перестройки сердечно-сосудистой системы (брадикардия, симпатическая гиперстимуляция миокарда, снижение вариабельности кардиоритма), микроциркуляторного русла (снижение интенсивности микроциркуляции, участия в ее регуляции эндотелия при нарастании роли сердечного и дыхательного факторов) и обмена веществ (ингибирование активности ферментных систем).
Ключевые слова: термическая травма, адаптация, вариабельность сердечного ритма,
микроциркуляция, оксидоредуктазы, метаболизм.
The aim of this work is complex investigation of organism functional and metabolic adaptation on burn
trauma. We studied 32 healthy Wistar rats and 15 rats with combined thermal trauma (at 14 day after burn exposure). Estimation of heart rate variability was carried out by «Neurosoft» program and apparatus system. Microcirculation state was fixed by laser doppler flowmetry (complex «LAKK-02»). We measured lactate dehydrohenase and aldehyde dehydrogenase activity and lalcate level in animals' blood. It was stated, that dysadaptive transformations of cardiovascular system (bradycardia, myocardium sympathetic hyperstimulation, cardiac rhythm «jamming»), microdirculation (intensity lowering, endothelial dysfunction with activation of cardiac and respiratory regulatory factors) and metabolism (enzymes activity inhibition) even after 2 week of posttraumatic period.
Key words: thermal trauma, adaptation, heart rate variability, microcirculation,
oxidoreductases, metabolism.
Введение
Экспериментальная медицина является базисом для разработки и апробации на организменном уровне различных профилактических и лечебных технологий [1, 2]. Для оценки их эффекта необходимы четкие индикаторы состояния организма животного, позволяющие раскрывать системные и локальные механизмы действия изучаемых лечебных факторов [3, 4].
Высокая распространенность термической травмы и зачастую отсутствие желаемых результатов посттравматической реабилитации пациентов определяют необходимость разработки новых методов коррекции состояния пострадавшего, однако для оптимизации их подбора принципиальное значение имеет детальная расшифровка патогенеза травматического стресса [1, 5, 6]. Эта задача может быть с успехом решена при использовании адекватных моделей термической травмы, воспроизводимых на животных (крысы, кролики, мыши) [1, 2, 7-9]. Биомоделирование термической травмы позволяет в полной мере изучить особенности функционально-метаболической адаптации организма в условиях данного альтерирующего воздействия [2, 5, 7-9]. Несмотря на то, что реализация системного и локального ответа происходит в рамках формирования общего адаптационного синдрома [1, 7], этиологический фактор (темпера-
турное воздействие) вносит специфические черты в характер реагирования функциональных систем и организма в целом [5, 6, 8].
В связи с этим целью работы является раскрытие некоторых аспектов функционально-метаболической адаптации организма в условиях травматического стресса.
Материалы и методы
Нами произведено комплексное обследование 32 здоровых крыс линии Wistar и 15 животных, которым моделировали комбинированную термическую травму по собственной методике [9]. Оценку функциональных показателей и метаболического статуса животных осуществляли в исходном состоянии и на 14-е сутки с момента нанесения травмы.
Исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) выполняли с помощью программно-аппаратного комплекса «Нейрософт» (Иваново, Россия). Изучали как стандартные статистические (частота сердечных сокращений, модальное значение продолжительности кардиоцикла, амплитуда моды, индекс напряжения, коэффициент вариации и др.), так и спектральные (мощность в диапазонах высоких, низких и очень низких частот и их соотношение) параметры оценки ВСР.
Состояние микроциркуляции оценивали методом лазерной доплеровской флуометрии на аппарате «ЛАКК-02» со
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
специализированным программным обеспечением «ШР 2.20» (НПО «ЛАЗМА», Россия). Регистрировали показатель микроциркуляции с последующим расчетом роли отдельных компонентов регуляции кровотока по микрососудам, а также показателя шунтирования.
В крови животных спектрофотометрическим методом определяли активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в прямой и обратной реакциях по методу Г.А. Кочетова (1980), альдегиддегидрогеназы (АлДГ) - по методу Б.М. Кершенгольца, Е.В. Серкиной (1981). Содержание белка определяли по модифицированному методу Лоури [10].
Уровень лактата в плазме крови оценивали с помощью анализатора БирегС1_ ДтЬи!апсе.
Результаты обрабатывали методами вариационной статистики с использованием программы Statistica 6.0.
Результаты исследования
Установлено, что комбинированная термическая травма сопровождается значительными изменениями функционально-метаболического статуса животного, оказывая влияние как на его гемодинамический «паттерн», так и трансформируя активность ферментных систем. Так, диза-даптивные перестройки сердечной деятельности выявляются даже через 2 недели после нанесения травмы (таблица 1): формирование умеренной брадикардии (частота сердечных сокращений при моделировании ожога - 401,38+6,06 уд./ мин., в норме - 433,78+14,7 уд./мин., р<0,05) несмотря на симпатическую гиперстимуляцию миокарда (значение коэффициента _Р/НР 0,074+0,025 усл. ед., в норме -0,404+0,093 усл. ед., р<0,05) и наличие признаков «зажатия» сердечного ритма (показатель рЫЫ5 в опытной группе 1,03+0,49 усл. ед., в контрольной - 17,14+2,87 усл. ед., р<0,05). Это свидетельствует о срыве адаптационных механизмов нейрогуморальной регуляции в условиях сформированного травматического стресса.
Кроме того, к негативным тенденциям в изменении функционирования сердечно-сосудистой системы крыс в посто-жоговом периоде можно отнести удлинение моды кардиоцикла (до 150 мс), дисбаланс тонуса вегетативной нервной системы, связанный с выраженной активацией ее симпатического отдела (увеличение индекса напряжения в 5,23 раза по сравнению с интактными животными; р<0,05) при сохранении физиологического уровня парасимпатического отдела (по значению амплитуды моды), а также крайне низкую общую мощность спектра кардиоритма (снижение уровня данного параметра более чем в 30 раз по отношению к здоровым животным; р<0,05).
Явления централизации кровообращения (брадикардия, гипертонус симпатического отдела вегетативной нервной системы) при рассматриваемом варианте травматического стресса сопровождаются соответствующими сдвигами состояния системы микроциркуляции (таблица 2). Уровень показателя микроциркуляции при комбинированной термической травме снижается до 6,75+1,12 перф. ед. (в норме -13,64+1,59 перф. ед., р<0,05), а показателя шунтирования -до 1,41+0,14 усл. ед. (у крыс контрольной группы - 1,68+0,13 усл. ед., р<0,1).
К 14-м суткам с момента нанесения экспериментальной комбиниованной термической травмы наблюдаемое снижение интенсивности микроциркуляции сопровождалось эндотелиальной дисфункцией, на что указывает динамика
эндотелиального компонента - одного из индикаторов активной регуляции состояния кровотока по микрососудам (таблица 2).
ТАБЛИЦА 1.
Особенности вариабельности сердечного ритма здоровых и обожженных крыс (на 14-е сутки послеожогового периода)
Параметр Интактные крысы Крысы с комбинированной термической травмой
Частота сердечных сокращений, уд./мин. 433,78±14,13 401,38±6,06*
Мода, с 0,139±0,005 0,150±0,002*
Амплитуда моды, % 31,28±3,23 30,20±2,61
Индекс напряжения, усл. ед. 24,53±5,30 127,03±12,25*
Коэффициент вариации, % 8,28±1,27 1,72±0,37*
pNN5, % 17,14±2,84 1,03±0,27*
Общая мощность спектра, мс2/Гц 70,12±8,48 2,33±0,43*
Коэффициент мощность спектра в диапазонах низких и высоких частот (^^), усл. ед. 0,404±0,093 0,074±0,025*
Примечание: pNN5 - доля кардиоинтервалов, отличающихся от предыдущего на 5 мс; * - статистическая значимость различий p<0,05 по критерию Манна-Уитни.
ТАБЛИЦА 2.
Состояние микроциркуляции у здоровых и обожженных крыс
(на 14-е сутки послеожогового периода)
Параметр Интактные крысы Крысы с комбинированной термической травмой
Показатель микроциркуляции, перф. ед. 13,64±1,59 6,75±1,12*
Коэффициент вариации, % 16,63±3,99 25,71±2,89*
Эндотелиальный компонент, усл. ед. 16,62±1,34 13,04±1,23*
Нейрогенный компонент, усл. ед. 14,92±1,47 14,54±1,49
Миогенный компонент, усл. ед. 9,37±1,63 9,98±1,34
Дыхательный компонент, усл. ед. 5,68±0,63 7,18±1,17*
Сердечный компонент, усл. ед. 6,06±1,68 12,72±1,92*
Показатель шунтирования, усл. ед. 1,68±0,14 1,47±0,13
Примечание: * - статистическая значимость различий p<0,05 по критерию Манна-Уитни.
Роль эндотелиального компонента в обеспечении кровотока по микрососудам в изучаемый период существенно снижена (р<0,05), что косвенно свидетельствует о снижении интенсивности процессов синтеза оксида азота эндоте-лиоцитами [4]. На этом фоне отмечено возрастание степени участия пассивных компонентов регуляции микроциркуляции (дыхательного и сердечного). Повышающаяся в условиях термической травмы нагрузка на миокард вследствие явлений эндотоксемии и тканевой гипоксии, сопряженной со стресс-ответом активации симпатоадреналовой системы и централизацией кровообращения [1, 6, 8, 11, 12], приводит к компенсаторной активации сердечной деятельности и повышению участия сердечного компонента в формировании микроциркуляции.
Нарушения системной гемодинамики и микроциркуляции способствуют формированию гипоксии тканей и резкому снижению поступления в них субстратов метаболизма из крови, что отражается в ингибировании активности ферментных комплексов, обеспечивающих энергопродукцию. В частности, через 2 недели после нанесения термической травмы выявлено снижение активности ЛДГ преимущественно
в прямой реакции (с 45,22+4,85 до 34,77+1,98 нмоль НАДН/мин.*мг белка, р<0,05) и падение активности АлДГ (с 18,82+2,03 до 13,06+0,77 нмоль НАДН/мин.*мг белка, р<0,05). Статистически значимое снижение удельной активности альдегиддегидрогеназы свидетельствует о нарушении детоксикационной функции и, как следствие, накоплении высокотоксичных альдегидов, которые нарушают структуру и функции плазматических мембран, ингибируют активность многих ферментов, а также вызывают внутри- и меж-молекулярные сшивки полипептидов [13]. Таким образом, комбинированная термическая травма сопровождается значительными изменениями в метаболизме углеводов. Эти тенденции обусловлены не только метаболическими сдвигами, но и снижением парциального давления кислорода в крови вследствие микроциркуляторных нарушений [1, 11, 14]. Кроме того, падение активности лактатдегидрогеназы способствует изменению соотношения энергетических субстратов «лактат / пируват» [11, 14]. Вероятно, что низкий уровень лактата также обусловлен снижением интенсивности микроциркуляции и субстратной недостаточностью обратной реакции лактатдегидрогеназы [12].
Следует подчеркнуть, что обнаруженные нарушения функционального состояния сердечно-сосудистой системы и метаболизма, возникающие в послеожоговом периоде, не являются изолированными [1, 5-8, 12], а служат компонентами патогенеза термической травмы (рис. 3). Несмотря на то, что функционально-метаболические эффекты реакции организма на термическое воздействие можно подразде-
лить на системные и локальные, они формируются в тесной взаимосвязи, создавая единый комплекс нарушений, носящих дизадаптивный характер.
РИС. 3.
Взаимосвязь системных и локальных дизадаптивных (патогенетических) механизмов, формирующихся в условиях экспериментальной термической травмы.
В целом, компоненты патогенеза термической травмы (тканевая гипоксия, субстратно-энергетическая недостаточность, дисбаланс про- и антиоксидантных систем, микро-циркуляторные нарушения, инактивация ферментных систем и др.), реализующиеся как на местном, так и на орга-низменном уровне, создают неблагоприятные условия для ликвидации основного «очага поражения» - ожоговой раны, снижая ее регенераторный потенциал.
Заключение
Таким образом, выявленные функционально-метаболические нарушения служат отображением дизадаптивных перестроек сердечно-сосудистой системы и обмена веществ организма животных, вызванных моделированием травматического стресса, и являются важными компонентами патогенеза экспериментальной ожоговой болезни. Оценка данных параметров может выступать в качестве комплексного индикатора эффективности различных вариантов экспериментальной терапии термической травмы.
Ш
ЛИТЕРАТУРА
1. Козлов С.А. Патогенетические основы комплексной терапии комбинированной травмы (ожог на фоне кровопотери): автореф. дис. ... д-ра мед. наук. Саранск. 2003. 37 с.
2.Перетягин С.П., Мартусевич А.К., Гришина А.А. с соавт. Лабораторные животные в экспериментальной медицине. Нижний Новгород: ФГБУ «ННИИТО» МЗСР РФ, 2011. 300 с.
3.Дворников А.В., Мухина И.В., Крылов В.Н. Изменение вариабельности сердечного ритма в условиях эмоционального стресса у крыс на фоне блокатора адренорецепторов. Нижегородский медицинский журнал. 2003. № 1. С. 17-22.
4. Узварик Л.М., Третьякова Ю.В., Белова Н.В. Исследование микроциркуляции конечностей крыс в условиях гиподинамии в онтогенезе. Бюллетень СО РАМН. 2005. № 1. С. 82-85.
5.Гольдзон М.А., Долгих В.Т., Гирш А.О. Нарушения сократительной функции миокарда крыс при термической травме и пути их коррекции. Профилактическая и клиническая медицина. 2010. № 2 (35). С. 89-92.
4,5т 43,5-_ 3 И 2,5
1,&
1-
0,&
—1— *
—1—
интакгные крысы термическая травма
РИС. 1.
Уровень лактата плазмы крови крыс в норме и при комбинированной термической травме (* - статистическая значимость различий p<0,05 по критерию Манна-Уитни).
РИС. 2.
Активность оксидоредуктаз эритроцитов крови крыс в норме и при комбинированной термической травме (* - статистическая значимость различий p<0,05 по критерию Манна-Уитни).
IVK
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
6. Мартусевич А.К., Перетягин С.П., Погодин И.Е. Метаболические аспекты ожогового эндотоксикоза. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2009. № 1. С. 30-32.
7. Воробьев А.В., Мартусевич А.К., Соловьева А.Г. с соавт. Некоторые физико-биохимические свойства биологических жидкостей крыс при модельной термической травме. Бюллетень экспериментальной медицины и биологии. 2009. Т. 147. № 4. С. 404-406.
8. Гольдзон М.А., Долгих В.Т. Влияние тяжелой термической травмы на сократимость и метаболизма сердца. Общая реаниматология. 2011. Т. VII. № 1. С. 11-14.
9. Перетягин С.П., Мартусевич А.К., Вазина И.Р. с соавт. Разработка нового способа моделирования комбинированной ожоговой травмы. Современные технологии в медицине. 2011. № 2. С. 106-109.
10. Waterborg J.H., Matthews H.R. The Lowry method for protein quantitation. Methods Mol Biol. 1994. Vol. 32. P. 1-4.
11. Сторожук П.Г. Ферменты прямой и косвенной антирадикальной защиты эритроцитов и их роль в инициации процессов оксигенации гемоглобина, антибактериальной защите и делении клеток. Вестник интенсивной терапии. 2000. № 3. С. 8-13.
12. Шулаева Н.М., Куспиц Е.В., Щуковский В.В. Актуальные проблемы лечения синдрома эндогенной интоксикации у больных с тяжелой термической травмой. В сб. «Избранные труды по комбустиологии». Саратов: Научная книга, 2009. С. 120-135.
13. Шабанов П.Д., Калишевич С.Ю. Биология алкоголизма. С.-Пб.: Лань, 1998. 272 с.
14. Нагорная Н.В., Четверик Н.А., Федорова А.А., Куриленко Я.В. Энергетический обмен клетки в норме и патологии. Возможности его оценки. В помощь педиатру. 2008. Т. 6. Вып. 15. С. 34-38.
