CC BY
45
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Н.В. Никифорова, Ю.А. Чурляев, С.Л. Кан, Т.В. Романова
Филиал ГУ НИИ общей реаниматологии РАМН, Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей,
МУЗ Городская клиническая больница № 29,
г. Новокузнецк
СТЕПЕНИ НАРУШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГЕМАТОЭНЦЕФАЛИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ПРИ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ У ПОСТРАДАВШИХ С ЧЕРЕПНО-МОЗГОВОЙ ТРАВМОЙ
Расчет, путем сопоставления молярных концентраций в спинномозговой жидкости, коэффициента относительного поступления и молекулярного профиля спинномозговой жидкости для альбумина, плазминогена/плазмина, а2-макроглобулина, а1-антитрип-сина, лактоферрина и иммуноглобулина G - белков с различными физико-химическими свойствами, позволяет оценивать состояние проницаемости гематоэнцефалическо-го барьера. При этом по величине коэффициента относительного поступления альбумина выделено IV степени повышения проницаемости барьера - I-я степень (компенсация) - КОП для альбумина < 1000; II-я (субкомпенсация) - КОП для альбумина > 1000, но < 2000, III-я (декомпенсация) - КОП для альбумина > 2000, но < 6000; IV-я (грубая декомпенсация) - КОП для альбумина > 6000. Такой подход показал, что уже со
II-й степени создаются условия длительного нахождения в центральной нервной системе факторов вторичного повреждения головного мозга: при II-й степени - комплексов а2-МГ-протеолитический фермент, при III-IV-й - избытка плазминогена/плазмина и указанных комплексов.
Ключевые слова: гематоэнцефалический барьер, черепно-мозговая травма, проницаемость, спинномозговая жидкость.
Evaluation made by the comparison of molar concentrations in cerebrospinal fluid, of relative inflow ratio (RIR) and molecular profile of cerebrospinal fluid with the concern of albumin plasminogen/plasmin, a2-macroglobulin, a1-antitripsin, lactoferrin and immunoglobulin G,
i.e. proteins possessing variable physico-chemical properties, enables to determine the state of blood-brain barrier permeability. Four grades of barrier permeability enhance concerning the quantity of albumin RIR have been determined: I grade (compensation) - RIR for albumin <1000; II grade (subcompensation) - RIR for albumin > 1000, but <2000; III grade (decompensation) - RIR for albumin > 2000, but < 6000; IV grade (severe decompensation) - RIR for albumin > 6000. Such approach has shown that even grade II produces the long-term presence of factors causing secondary brain lesions; grade II - complex of a2-MG-proteolytic enzyme; grade III-IV - the excess of plasminogen/plasmin and complexes mentioned above.
Keywords: blood-brain barrier, craniocerebral injury, permeability, cerebrospinal fluid.
Основными задачами в лечении пострадавших с тяжелой черепно-мозговой травмой (ТЧМТ) является предотвращение процессов вторичного повреждения мозга и создание максимально благоприятных условий для восстановле-
ния утраченных функций [1, 2]. Важнейшим патогенетическим звеном повреждения мозга после травмы являются вторичные нарушения микроциркуляции, дисфункция и недостаточность гематоэн-цефалического барьера (ГЭБ) [3, 4].Тем не менее,
в литературе нет данных, позволяющих оценивать, в какой мере поврежден ГЭБ в конкретной клинической ситуации.
Цель исследования — оценить возможность определения степени нарушения проницаемости гемато-энцефалического барьера путем изучения изменений молярных концентраций в спинномозговой жидкости белков-маркеров, имеющих различные физикохимические свойства.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Обследовано в динамике (1-9 сутки) 133 пациента с изолированной ТЧМТ, со степенью утраты сознания по шкале ком Глазго 5-8 баллов. Среди пострадавших 61 человек с благоприятным исходом травмы, 72 пациента — с летальным. Комплексное обследование включало клиническую оценку неврологического статуса, рентгенологические исследования (компьютерная томография головного мозга, каротидная ангиография и рентгенография органов грудной клетки), нейрофизиологические исследования, исследования газового состава венозной и артериальной крови, биохимическое исследование крови.
Проницаемость ГЭБ оценивалась путем изучения концентраций в спинномозговой жидкости (СМЖ) плазминогена/плазмина (ПГ/ПН), а.2-мак-роглобулина (а^-МГ), а^-антитрипсина (а^-АТ), лактоферрина (ЛФ), иммуноглобулина G (^ G) и альбумина — белков с различными физико-химическими свойствами. Изучение концентрации ПГ/ПН, а^-МГ, ЛФ и Ig G в СМЖ проводилось с использованием твердофазного иммуноферментного метода. Содержание в СМЖ а^-АТ и альбумина определяли низковольтным ракетным иммуноэлектрофорезом. Для этих целей применялись сертифицированные наборы и калибраторы фирмы БртгеаС: (Испания), а также тест-системы, предоставленные Центральной научно-исследовательской лабораторией Новокузнецкого государственного института усовершенствования врачей, на базе которого выполнены все иммунохимические исследования.
Выбор белков, которые мы использовали в качестве маркеров проницаемости ГЭБ, был продиктован следующими моментами. Во-первых, изучаемые соединения имеют различную молекулярную массу (Мм): агАТ (Мм 54-45 кДа) — низкомолекулярный белок; альбумин (Мм 69 кДа), ПГ/ПН (Мм 80 кДа), ЛФ (Мм 80 кДа) и Ig G (Мм 150 кДа) — среднемолекулярные белки; а.2-МГ (Мм 725 кДа) — высокомолекулярный белок. Во-вторых, альбумин традиционно считается маркером проницаемости ГЭБ [5, 6]. В-третьих, все указанные белки участвуют в процессах деструкции поврежденной в результате травмы ткани головного мозга, а также в выведении продуктов обмена и са-ногенеза. В-четвертых, длительное нахождение в СМЖ, из-за наличия ГЭБ, чрезмерно высоких
концентраций ПГ/ПН и комплексов а^-МГ-протеи-наза делает возможным участие этих белков в процессах вторичного нейронального некроза [7].
Контрольную группу составили 18 пациентов с грыжей диска поясничного отдела позвоночника (забор СМЖ проводили перед диагностической ми-елографией). Данные, полученные в контрольной группе, были приняты за норму.
Результаты обрабатывались на персональном компьютере с помощью методов математической статистики, пакета сертифицированных компьютерных программ In Stat-2 (Sigma, USA), c исчислением теста Mann-Whitney для непараметрических независимых выборок.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для оценки проницаемости ГЭБ мы предлагаем, основываясь на молярных соотношениях исследуемых в СМЖ белков, использовать молекулярный профиль спинномозговой жидкости (МПс) и коэффициент относительного поступления (КОП), рассчитываемых по формулам:
МПс = (Сбс : Сас) x 1000,
где Сбс — концентрация белка в СМЖ (мкмоль/л), Сас — концентрация альбумина в СМЖ (мкмоль/л);
КОП = (Сбс : NСас) x 1000,
где NСас — концентрация альбумина (мкмоль/л) в СМЖ в норме.
По своей сути, МПс отражает, какое количество молекул любого из веществ поступает в какой-то конкретной клинической ситуации (в нашем исследовании это ТЧМТ) в СМЖ на 1000 молекул альбумина. Из приведенных рассуждений следует, что МПс для альбумина всегда равен 1000. КОП показывает, как изменяется число молекул любого соединения в СМЖ относительно нормального МПс. Как видим, в норме МПс = КОП и составляет: на 1000 молекул альбумина — 8 ± 0,1 ПГ/ПН, 0,77 ±
0,01 а2-МГ, 142 ± 3 агАТ, 0,022 ± 0,001 ЛФ и 92 ±
5,4 Ig G.
Такой подход позволил нам выделить 4 степени нарушения проницаемости ГЭБ, которые развиваются в первые трое суток с момента получения травмы. В основу данной градации положено изменение КОП, рассчитанного для альбумина.
I-я степень (компенсация) — КОП для альбумина < 1000. Такая проницаемость отмечена в
9,8 % случаев, летальность составила 7,7 %.
II-я степень (субкомпенсация) — КОП для альбумина > 1000, но < 2000. Отмечена в 33,1 % случаев, летальность составила 25 %.
III-я степень (декомпенсация) — КОП для альбумина > 2000, но < 6000. Отмечена в 23,3 % случаев, летальность составила 58,1 %.
IV-я степень (грубая декомпенсация) — КОП для альбумина > 6000. Отмечена в 33,8 % случаев, летальность составила 93,3 %.
Медицина № 1 2004
в Кузбассе № 1 2004 3/
Мы рассчитали общепринятый коэффициент снижения относительного риска (СОР), который при сопоставлении летальности у пострадавших с различной степенью повышения проницаемости барьера равнялся: между I и II — 69 %, I и III — 87 %, I и IV — 92 %, что соответствует клинически значимому различию. На основании выше изложенного можно заключить, что при ТЧМТ более выраженному нарушению функции ГЭБ соответствует более высокая летальность.
Для лучшего понимания процессов, происходящих в ЦНС в раннем посттравматическом периоде, мы оценили, как изменялись КОП и МПс для всех исследуемых белков, при различной степени нарушения проницаемости ГЭБ. Расчет проведен на третьи сутки, так как, по нашему мнению, к этому сроку на содержание белков в СМЖ уже практически не оказывало влияние механическое повреждение сосудов головного мозга и операционная травма. Полученные результаты представлены в таблице.
Нарушение проницаемости ГЭБ Ьй степени в нашем исследовании отмечено у 13 пациентов (9,8 %). При поступлении в этой группе степень утраты сознания составляла 7-8 баллов. Средняя продолжительность коматозного состояния была
2,8 ± 0,4 суток. Оценка исходов показала, что у
84,6 % пострадавших (11 чел.) отмечались хорошее восстановление и умеренная инвалидизация. Вегетативный статус развился в 7,7 % случаев (1 чел.), летальный исход имелся также у одного пострадавшего (7,7 %). Внутричерепных инфекционных осложнений в данной группе не отмечалось.
Согласно КОП, на фоне нарушения проницаемости ГЭБ Ьй степени отмечалось уменьшение поступления альбумина, ПГ/ПН и Ig G (среднемолекулярные белки). Наряду с этим, проникновение низкомолекулярного а^-АТ оставалось в пределах нормы, а высокомолекулярного а2-МГ и среднемолекулярного ЛФ — повышалось. Сопоставление поступления в СМЖ ПГ/ПН и его ингибиторов (КОП ингибитора: КОП ПГ/ПН) позволило установить, что на 1 молекулу ПГ/ПН поступало 0,8 молекул а^-МГ и 44 молекулы а.1-АТ (в норме указанное соотношение составило:
1 молекула ПГ/ПН — 0,1 молекулы а.2-МГ и 22 молекулы а1-АТ).
На основании вышеизложенного можно сказать, что при нарушении проницаемости ГЭБ Ьй степени сохранялась избирательность проникновения исследуемых белков, и не было условий для дополнительного поступления и длительного нахождения в СМЖ ПГ/ПН и комплексов а2-МГ-протеиназа.
Вторая степень нарушения проницаемости ГЭБ зарегистрирована у 44 человек (33,1 %) со степенью утраты сознания при поступлении 6-8 баллов. Продолжительность комы в данной группе составила 6,4 ± 0,4 суток. Хорошее восстановление и умеренная инвалидизация отмечались в 45,5 % случаев (20 чел.), грубая инвалидизация и вегетативное состояние — в 29,5 % (13 чел.), летальный исход — в 25 % (11 чел). У 2-х пострадавших (4,5 % от общего числа) имел место посттравмати-ческий менингит.
Расчет КОП показал, что на фоне такого нарушения проницаемости повышалось поступление альбумина, а2-МГ, а1-АТ и ЛФ, т.е. средне-, низко- и высокомолекулярных белков. Тем не менее, степень увеличения проницаемости для каждого из веществ была различной. Так, если для высокомолекулярного а2-МГ она возрастала в 5 раз, то для низкомолекулярного а^-АТ — всего в 2,5 раза. Кроме того, проницаемость ГЭБ еще для двух среднемолекулярных белков — ПГ/ПН и Ig G — оставалась в пределах нормы. Соотношение в СМЖ исследуемого протеолитического фермента и его ингибиторов выглядело следующим образом: на
1 молекулу ПГ/ПН — 1,7 молекул а.2-МГ и 52 молекулы а1-АТ.
По МПс видим, что, по отношению к альбумину, увеличивалось содержание а2-МГ, а1-АТ и ЛФ. Данный процесс может иметь место в двух случаях: либо большее, чем для альбумина, увеличение скорости проникновения через ГЭБ указанных белков, либо, что, по-видимому, следует признать более правильным, замедленная эвакуация их из этой среды. Нашу точку зрения подтверждает тот факт, что выявленная закономерность относится и к высокомолекулярному белку — а^-МГ, проницаемость барьера по отношению к которому вряд ли может увеличиться больше, чем для альбумина [8].
Таблица
Коэффициент относительного поступления (КОП) и молекулярный профиль спинномозговой жидкости (МПс)
у пострадавших с тяжелой черепно-мозговой травмой (М ± т)
Иссле- I степень (п = 13) II степень (п = 44) III степень (п = 31) IV степень (п = 45)
дуемый белок КОП МПс КОП МПс КОП МПс КОП МПс
Альбумин 780,2 ± 18,6 1000 1554 ± 66 1000 3767 ± 326 1000 15498 ± 1846 1000
ПГ/ПН 2,39 ± 0,29* 4,79 ± 0,65* 6,77 ± 1,08 4,13 ± 0,38* 7,88 ± 1,40 2,55 ± 0,43* 19,37 ± 4,37* 1,79 ± 0,36*0
а2-МГ 1,92 ± 0,22* 3,39 ± 0,37* 3,96 ± 0,82* 2,48 ± 0,49* 14,39 ± 2,59* 4,35 ± 0,84* 32,14 ± 2,61* 4,78 ± 0,89*
а1-АТ 106,6 ± 26,2 176 ± 43 425,7 ± 62,7* 260 ± 43* 1463 ±188* 429 ± 32* 2355 ± 153* 291 ± 32*
ЛФ 0,09 ± 0,02* 0,19 ± 0,04* 0,46 ± 0,18* 0,30 ± 0,13* 0,48 ± 0,10* 0,14 ± 0,03* 0,69 ± 0,10* 0,08 ± 0,02*
^ G 36,54 ± 2,66* 64,7 ± 4,67* 102,2 ± 6,7 59,1 ± 10,1* 74,3 ± 7,0* 24,5 ± 9,0* 118,2 ± 25,9 14,25 ± 4,08*
Примечание: * - статистически достоверные различия с контрольной группой
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
В целом, нарушение проницаемости ГЭБ П-й степени характеризовалось сохранением селективной проницаемости для исследуемых белков. Одновременно с этим, несмотря на то, что поступление ПГ/ПН оставалось в пределах нормы, создавались условия для длительного нахождения в СМЖ комплексов а2-МГ-протеиназа.
У 31 пострадавшего (23,3 %) была выявлена II-Ья степень нарушения проницаемости ГЭБ. Степень утраты сознания в этой группе на момент поступления составляла 4-7 баллов. Продолжительность коматозного состояния отмечалась до
10.3 ± 0,2 суток. Хороший исход (хорошее восстановление и умеренная инвалидизация) наступил в
19.4 % случаев (6 чел.). Грубая инвалидизация и вегетативное состояние имели место у 22,6 % пострадавших (7 чел.). Летальность в указанной группе составила 58,1 % (18 чел.). Посттравмати-ческий менингит развился у 4-х пациентов, что составило 12,9 %.
Анализ КОП в данной группе показал его повышение для альбумина, а^-МГ, а^-АТ и ЛФ. При этом степень увеличения проницаемости белков не зависела от их молекулярной массы — для высокомолекулярного а.2-МГ она увеличивалась в
18.7 раз, а для низкомолекулярного а^-АТ — в 10,3 раза. Что касается еще двух среднемолекулярных белков, то поступление ПГ/ПН оставалось в пределах нормы, а Ig G была даже ниже нее. Соотношение количества молекул исследуемого протеолитического фермента и двух его ингибиторов было: 1 молекула ПГ/ПН — 1,8 молекулы а^-МГ и 186 молекул а^-АТ. Кроме того, оценка МПс показала, что относительно альбумина происходило снижение содержания двух среднемолекулярных белков — ПГ/ПН и Ig G, с одновременным увеличением а^-МГ, а^-АТ и ЛФ.
По полученным данным можно заключить, что при Ш-й степени нарушения проницаемости ГЭБ сохранялась избирательность проникновения изучаемых белков. Наряду с этим, у части пострадавших отмечалось избыточное поступление в СМЖ исследуемого протеолитического фермента. Кроме того, соотношение количества молекул ПГ/ПН и а.2-МГ говорило о возможности длительного нахождения в СМЖ комплексов а^-МГ-протеиназа.
Четвертая степень нарушения проницаемости ГЭБ диагностирована у 45 человек, что составило
33.8 %. При поступлении степень утраты сознания в этой группе оценена в 4-6 баллов. Длительность комы у данной категории пострадавших составила
13.5 ± 0,4 суток. Хорошее восстановление отмечалось в 1-м случае (2,2 %), вегетативное состояние имелось у 2-х пациентов(4,4 %). В этой группе отмечалось самое большое количество летальных исходов (93,3 % или 42 чел.) и случаев посттравма-тического менингита (26,6 % или 12 чел.). Анализ проницаемости показал, что, за исключением ^ G, относительно нормы (величина КОП) отмечалось повышенное поступление всех исследуе-
мых белков. Тем не менее, степень увеличения КОП была различной — для высокомолекулрного а^-МГ он возрастал в 41,7 раз, среднемолекулярного ПГ/ПН — в 2,4 раза, низкомолекулярного а^-АТ — в 16,5 раз. Соотношение количества молекул ПГ/ПН с а^-МГ и а^-АТ имело следующий вид: 1 молекула ПГ/ПН — 1,7 молекулы а.2-МГ и 122 молекулы а^-АТ.
Наши данные показали, что при ГУ-й степени нарушения проницаемости ГЭБ имела место определенная избирательность проникновения белков в СМЖ. Тем не менее, в этой группе отмечено избыточное поступление и длительное нахождение в СМЖ как комплексов а2-МГ-протеиназа, так и ПГ/ПН.
Как следует из вышесказанного, независимо от степени нарушения проницаемости ГЭБ, сохранялось определенное селективное поступление в ЦНС изучаемых белков. Несмотря на это, уже начиная со П-й степени, страдал механизм удаления соединений, являющихся фактором вторичного нейронального некроза: при П-й степени — комплексов а^-МГ-протеолитический фермент, при Ш-ГУ-й степени — избытка ПГ/ПН и вышеназванных комплексов.
Выделение 4-х степеней проницаемости ГЭБ по величине КОП альбумина позволяет сориентироваться, когда на фоне измененной функции барьера создаются условия длительного нахождения в центральной нервной системе веществ, являющихся факторами вторичного повреждения вещества головного мозга. Уже начиная со П-й степени повышения проницаемости ГЭБ, у пострадавших с ТЧМТ необходимо проводить мероприятия, направленные на коррекцию патологических процессов, связанных с выявленными нарушениями. В этом плане весьма перспективно использование экстракорпоральной детоксикации СМЖ [9]. Однако, данный вопрос нуждается в дополнительном изучении.
ВЫВОДЫ:
1. По величине коэффициента относительного поступления альбумина выделяется 4 степени повышения проницаемости гематоэнцефалического барьера у пострадавших в критическом состоянии при черепно-мозговой травме: Ья степень (компенсация) — КОП для альбумина < 1000; П-я степень (субкомпенсация) — КОП для альбумина > 1000, но < 2000, Ш-я степень (декомпенсация) — КОП для альбумина > 2000, но < 6000; ^-я степень (грубая декомпенсация) — КОП для альбумина > 6000.
2. Более выраженная степень нарушения проницаемости гематоэнцефалического барьера сопровождается более высокой летальностью пострадавших.
3. При тяжелой черепно-мозговой травме, начиная со П-й степени повышения проницаемости гема-
тоэнцефалического барьера, создаются условия для длительного нахождения в центральной нервной системе факторов вторичного повреждения головного мозга: при II-й степени — комплексов а^-МГ-протеолитический фермент, при
III-IV-й степени — избытка плазминогена/плаз-мина и указанных комплексов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Клиническое руководство по черепно-мозговой травме: Т1 /Под ред. А.Н. Коновалова. - М., 1998. - 550 с.
2. Гемостаз и сосудистый эндотелий при черепно-мозговой травме /Семченко В.В., Войнов А.Ю., Голевцова З.Ш. и др. - Омск-На-дым, 2003. - 165 с.
3. Effect of transient focal ischemia on blood-brain barrier permeability in the rat: correlation to cell injury /Albayrak S., Zhao Q., Si-esjo B.K., Smith M.L. //Acta Neuropathol. (Berl). - 1997. - V. 94, N 2. - P. 158-163.
4. Ayata, C. Ischaemic brain edema /Ayata C., Ropper A.H. //J. Clin. Ne-urosci. - 2002. - V. 9, N 2. - P. 113-124.
5. Fukuda K., Tanno H., Okimura Y. еt al. //Journal of neurotrauma. -1995. - V. 12. - P. 315-323.
6. Immunolocalization of heat shock protein after fluid percussive brain injury and relationship to breakdown of the blood-brain barrier /Tanno H., Nockels R.P., Pitts L.H. et al. //J-Cereb.-Blood-Flow-Metab. -1993. - Jan. - 13(1). - P. 116-124.
7. Kotyza, J. Proteases and antiproteases in health and disease - a review /J. Kotyza //Biomarkers and Environment. - 2000. - V. 3, N 3-4. -P. 25-35.
8. The permissive nature of blood brain barrier (BBB) opening in edema formation following traumatic brain injury /Beaumont A., Marma-rou A., Hayasaki K. et al. //Acta Neurochir. Suppl. - 2000. - V. 76. -P. 125-129.
9. Методические аспекты экстракорпоральной детоксикации спинномозговой жидкости /Горбачев В.И., Лопухин Ю.М., Фай-тельсон А.А., Горбачева С.М. //Эфферентная терапия. - 1998. -№ 1. - С. 11-16.
РЕГИОНАЛЬНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ"
Якутск, 28-29 октября 2004 г. Прием заявок и тезисов до 30 июня 2004 г.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "ОБЩЕСТВО, ГОСУДАРСТВО И МЕДИЦИНА - ДЛЯ ПОЖИЛЫХ И ИНВАЛИДОВ"
Москва, 27-28 сентября 2004 г. Прием заявок и тезисов до 20 августа 2004 г.
4-я ВСЕАРМЕЙСКАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "ИНТЕНСИВНАЯ ТЕРАПИЯ И ПРОФИЛАКТИКА ХИРУРГИЧЕСКИХ ИНФЕКЦИЙ"
Москва, 23-24 сентября 2004 г. Прием заявок и тезисов до 1 сентября 2004 г.
