Влияние дыхательной недостаточности на морфофункциональное состояние диафрагмы и возможности ее коррекции Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

УДК 616.329-002-071-072-073-08; 616.248

ВЛИЯНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ДИАФРАГМЫ И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЕ КОРРЕКЦИИ

© 2006 г. Г. Е. Уразова, Н. П. Красавина

Амурская государственная медицинская академия, г. Благовещенск

Хронические обструктивные заболевания легких (ХОЗЛ) занимают ведущее место среди патологий органов дыхания, они приводят к ранней инвалидизации населения и высокой летальности. Роль респираторной мускулатуры в формировании дыхательной недостаточности у данного контингента больных не вызывает сомнений в связи с участием ее в регуляции воздушного потока в легких [1, 2, 4]. Формирование синдрома «усталости» дыхательной мускулатуры [1, 2, 3, 7, 8] и его коррекция в последнее время вызывает много дискуссионных вопросов.

Целью работы явилось изучение морфофункциональных особенностей диафрагмальной мышцы у белых крыс с различной степенью дыхательной недостаточности и коррекция ее дисфункций методом электростимуляции.

Материалы и методы

Объектом эксперимента служили 36 белых крыс мужского пола массой 150—230 г, из которых 12 интактных животных составили контрольную группу. Были две экспериментальных группы, каждая включала по 12 животных. Срок экспозиции составил 45 дней. В первой экспериментальной группе гипоксию вызывали путем помещения животных в камеру, в которой искусственно создавались условия разряженного воздуха, на 6 часов ежедневно (рац. предл. № 1393 от 04.04.2003 года, г. Благовещенск). Во второй группе на фоне гипоксии, вызванной аналогичным путем, ежедневно проводились сеансы чрескожной электростимуляции диафрагмальной мышцы) по 30 минут аппаратом «Аксон-02». Проекция диафрагмы у исследуемых животных определялась анатомически согласно топографическим атласам животных. По окончании срока эксперимента производилась декапитация животных. Гистологическому исследованию подвергалась диафрагмальная мышца в зоне свода и ее цилиндрической части.

Морфологическое исследование материала начиналось с фиксации объектов в 10 % нейтральном формалине, изготовления продольных и поперечных парафиновых срезов с последующей окраской гематоксилином-эозином и азур 2-эозином для обзорного изучения; волокнистые структуры соединительной ткани изучали окраской по методу ван-Ги-зона; нейтральные полисахариды ШИК-реакцией по Мак-Манусу с контрольной обработкой срезов альфа-амилазой.

Изучение мышечных волокон диафрагмальной мышцы осуществлялось в программе «Морфометр» [6]. В каждом случае было проведено по 100 исследований каждого из видов мышечных волокон на полуавтоматическом программно-аппаратном комплексе анализа изображения, состоящем из телекамеры черно-белого изображения с компьютерным интерфейсом, светового микроскопа с рисовально-проекционным аппаратом РА-7, компьютерного манипулятора «мышь», оборудованного

Исследовано морфофункциональное состояние диафрагмы при дыхательной недостаточности, а также пути коррекции синдрома утомления респираторной мускулатуры в эксперименте. Установлено, что при развитии дыхательной недостаточности перестраиваются мышечные волокна диафрагмы. При использовании чрескожной электростимуляции диафрагмальной мышцы происходит восстановление структуры мышечной ткани, улучшается кровоснабжение, активизируется метаболизм, снижается степень атрофии мышечных волокон.

Ключевые слова: дыхательная недостаточность, диафрагма, респираторная мускулатура, электрическая стимуляция.

световым маркером, персонального компьютера со специально созданными программами для морфометрических вычислений и многомерной статистической обработкой полученных значений. В каждом объекте измерено 12 показателей (Реук В. Д., Пешков А. В., 1976). Активность реакции на ШИК-позитивные вещества оценивались, после соответствующей окраски, полуколичественно в условных единицах (баллах), в зависимости от интенсивности окраски.

Результаты и обсуждение

Диафрагма, как и другие мышцы, работает в основном за счет энергии, образующейся при окислении продуктов распада углеводов и ряда других субстратов тканевого дыхания. В условиях хронической гипоксии, в связи с уменьшением притока крови к работающей мышце и развитием гипоксемии, повышается значение анаэробного метаболизма, который вызывает значительный рост продукции лактата. При исследовании кислотно-щелочного состояния (КЩС) крови у экспериментальной группы животных отмечался метаболический ацидоз с выраженными явлениями гипоксемии и гиперкапнии. Уровень показателей парциального давления кислорода и углекислого газа изменился с высокой (р < 0,001) степенью достоверности по сравнению с контрольной группой (табл. 1).

Таблица 1

Показатели газов крови у интактных и экспериментальных животных

Показатель газов крови, кПА Контрольная группа (п = 12) Экспериментальная группа

2) = (п -я 2) = (п -я 2-

8° 4,35±0,38 11,54+2,99 5,89 + 1,16** 5,6±0,8*** 5,68±0,58 6,82±1,68(**)

Примечание. * — достоверность по сравнению с животными интактной группы; (*) — по сравнению с животными 1-й группы; * — р < 0,05; ** — р < 0,01; *** — р < 0,001.

При исследовании морфофункционального состояния диафрагмы у экспериментальных животных контрольной группы мы выявили, что волокна данной мышцы имеют примерно одинаковый средний размер и форму (97,9 %), плотно прилегают друг к другу, в связи с этим прослойки соединительной ткани небольшие и в них выявляются тонкие коллагеновые фибриллы (рис. 1). Интенсивность реакции на ШИК-позитивные вещества высокая как в мышечных волокнах, так и в прослойках соединительной ткани.

Рис. 1. Диафрагма интактной крысы. Поперечный срез. Окраска гематоксилином-эозином. Увеличение 560

Развитие дыхательной недостаточности у животных первой экспериментальной группы способствует перестройке мышечных волокон диафрагмальной мышцы, изменяется их размер, о чем свидетельствуют морфометрические показатели (табл. 2). Большие (54 %) и средние (29,8 %) мышечные волокна преобладают, в то же время появляются вновь сформированные — малые (16,2 %). Во всех наблюдениях при световой микроскопии выявлена неравномерная толщина мышечных волокон с преобладанием признаков гипертрофии (рис. 2). В работах некоторых авторов [5] указывалось, что при гипоксии у больных с ХОЗЛ достоверно изменяются свойства диафрагмы при ультразвуковом исследовании. Она утолщается, а ее экскурсия при форсированном дыхании снижается. По мнению авторов [5], утолщение диафрагмы связано с ее рабочей гипертрофией, отеком и наличием контрактур отдельных мышечных волокон, что является проявлением синдрома утомления респираторной мускулатуры. Прослойки соединительной ткани между группами мышечных волокон довольно значительные. Часть волокон разрушается, в этих зонах наблюдается диапедез эритроцитов, миграция лейкоцитов и тучных клеток, огрубение и увеличение числа коллагеновых фибрилл. В мышечных волокнах снижается количество нейтральных полисахаридов, но увеличивается их содержание в сарколемме волокна и в стенке сосудов микроциркуляторного русла.

Таблица 2

Морфометрические показатели мышечных волокон (мионов) диафрагмальной мышцы крыс

Признак Конт- рольная группа 1-я эксперимент. группа 2-я эксперимент. группа

Мион большой Мион средний Мион малый Мион большой Мион средний

Пери- метр, мкм 143,47± 3,25 290,95± 7,53** 174± 3,76** 103,5± 3,22** 230,01± 5,58**(**) 121,99± 2,46** (**)

Пло- щадь, мкм2 +1 СО с.о ,3 ,4 5488,74± 289,71** 90 ,0 4, *1 * 1 + 26 ,1 9, 5 * 3413,83± 154,07**(**) 940,59± 35,72**(**)

Ориен- тация, ЕД 156,86± 2,51 78,22± 12,21** 96,24± 11,31** 72,39± 12,22** 110,95± 13,23** 87,11± 11,82**

Х-про- екция, ЕД 53,2± 1,65 + ' * 9 ** ,2 7 5, ,7 10 3 60,8± 1,88** 37,54± 1,8** 2, 88 *8 ( СО ** 44,96± 1,48(**)

У-про- екция, ЕД 32,37± 1,1 73,48± 1,69** ,4 5, 9 * 24,49± 1,08** 54,26± 1,73**(**) 1±**) «-О ^ 0 ,8 3 0,

Длина, мкм 50,35± 1,95 105,21± 3,72** 59,4± 1,97** 36,13± 1,84** 2, 68 *, *2 ** 41,93± 1,24**(**)

Ширина, мкм 25,93± 1,33 45,34± 1,76** 34,23± 1,91** 20,05± 1,01** 37,85± 2,22**(**) 24,06± 1,35(**)

Сферич- ность, ЕД 0,75± 0,02 0,8± 0,01** 0,82± 0,01** 0,72± 0,02 0,8± 0,02** 0,79± 0,01**

Округ- лость, ЕД + 1 42 ,9 ,4 6, 0 37,07± 1,04** 22,72± 0,59** 11,66± 0,35** 29,3± 0,77**(**) 15,28± 0,31**(**)

Примечание.** — р < 0,01 по сравнению с интактными животными; (**) — р < 0,01 по сравнению с животными1-й экспериментальной группы.

Рис. 2. Диафрагма при дыхательной недостаточности. Поперечный срез. Окраска гематоксилином-эозином. Увеличение 560

При исследовании КЩС крови у животных второй экспериментальной группы выявлено сохранение метаболического ацидоза, но с более низкими показателями, так как электростимуляция приводит к снижению энергозатрат по сравнению с произвольными сокращениями мышц. Отмечено также достоверное улучшение показателей парциального давления кислорода (см. табл. 1).

На фоне развившейся дыхательной недостаточности действие электрической стимуляции диафрагмы обеспечивает активацию образования и дифференцировки мышечных волокон, о чем свидетельствуют показатели морфометрии (табл. 2). Общее количество волокон в поле зрения возрастает до 22,8 (при дыхательной недостаточности оно равно 14,8). Изменяется процентное отношение различных видов мышечных волокон — число больших составляет 20,2 %, средних

— 77,2 %, малых — 2,6 %. В структуре мышечных волокон четко выявляется продольная и поперечная исчерченность. В прослойках соединительной ткани коллагеновые фибриллы в основном тонкие и не образуют грубых пучков. Здесь увеличивается число кровеносных сосудов различного калибра. Появление многочисленных скоплений ядер в виде цепочек в мышечном волокне указывает на активацию процесса деления. Положительно оценивается факт достаточно высокого содержания нейтральных полисахаридов (в т. ч. гликогена) в саркоплазме мышечного волокна.

Выводы

1. Исследование морфофункционального состояния диафрагмы в условиях дыхательной недостаточности позволяет выявить закономерные изменения: первоначально в виде гипертрофии и увеличения толщины диафрагмы с постепенным развитием дистрофии и склерозирования соединительной тканью.

2. При моделировании дыхательной недостаточности в эксперименте установлено, что в диафрагме происходят дистрофические изменения — фрагментация и перестройка структуры мышечных волокон, отек межмышечной ткани, а также атрофические процессы — миолиз и появление на месте разрушенных мышечных волокон соединительной ткани. Степень выраженности морфологических изменений диафрагмы соответствует тяжести дыхательной недостаточности, что подтверждается биохимическими методами исследования.

3. Чрескожная электрическая стимуляция диафрагмальной мышцы у крыс второй экспериментальной группы оказывает положительное влияние на парциальное давление кислорода, углекислого газа и КЩС крови, тем самым снижая явления дыхательной недостаточности и уменьшая проявления «дисфункции» респираторной мускулатуры.

4. При моделировании дыхательной недостаточности в эксперименте и проведении курса электрической стимуляции по результатам данных морфометрических и гистохимического анализов выявлена положительная динамика, свидетельствующая о восстановлении структуры мышечных волокон диафрагмы.

Список литературы

1. Александрова Н. П. Проблема утомления дыхательных мышц / Н. П. Александрова // Физиол. журн. СССР.

— 1992. — Т. 78, № 10. — С. 1 — 14.

2. Бичев А. А. Механизмы утомления респираторной мускулатуры / А. А. Бичев, А. Г. Чучалин // Пульмонология.

— 1992. — № 4. — С. 82—89.

3. Бузуева И. И. Изменения ультраструктуры мышечных волокон диафрагмы при физических нагрузках (морфометрический анализ) / И. И. Бузуева, Е. Е. Филюшкина, М. Д. Шмерлинг // Архив анат., гист. и эмбриол. — 1986. — № 6. — С. 45—52.

4. Войткевич В. И. Хроническая гипоксия / В. И. Войткевич. — Л., 1979. — 190 с.

5. Миронова О. В. К проблеме выбора перспективных направлений применения немедикаментозных средств при бронхиальной астме / О. В. Миронова, С. А. Алатерцева // Тезисы докладов 8 Российско-японского Международного медицинского симпозиума. — Благовещенск, 2000.

— С. 256.

6. Ульянычев Н. В. Автоматизированная система для научных исследований физиологии и патологии дыхания / Н. В. Ульянычев, Т. В. Безрукова, С. С. Целуйко. — Благовещенск, 1988. — 54 с.

7. Calore E. E. Morphometric evolution of muscle Tiber types in different skeletal muscles of rats / E. E. Calore, P. Fratini // J. Submicrosc. Cytol. Pathol. — 2002. — Vol. 34, N 4. — P. 403—407.

8. Deveci D. Chronic hypoxia induces prolonged angiogen-esis in skeletal muscles of rat / D. Deveci, J. M. Marshall, S. Egginton // Exp. Physiol. — 2002. — Vol. 87, N 3.

— P. 287—291.

INFLUENCE OF RESPIRATORY FAILURE ON DIAPHRAGM MORPHOFUNCTIONAL STATE AND POSSIBILITY OF ITS CORRECTION

G. E. Urazova, N. P. Krasavina

Amur State Medical Academy, Blagoveshchensk

In the article, the study of the diaphragm morphofunc-tional state during respiratory failure as well as the ways of experimental correction of the syndrome of exhaustion of respiratory muscles have been described. During the respiratory failure development, reorganization of muscular fibers of the diaphragm was observed. With the use of чЭСДм, recovery of the muscular tissue structure was observed, blood supply improved, metabolism became more active, and the degree of muscular atrophy was lower.

Key words: respiratory failure, a diaphragm, respiratory muscles, electric stimulation.