|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КРІОБІОЛОГІЇ І КРІОМЕДИЦИНИ
БАБІЙЧУК Владислав Георгійович
УДК: 612.592:616.15.831-002.12-008.331.1
Дія ритмічних холодових впливів на кардіорегуляторні
механізми функціонування гематоенцефалічного бар'єра
при стрес-індукованій гіпертензії
14.01.35 – кріомедицина
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата медичних наук
Харків – 2002
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті проблем кріобіології і кріомедицини НАН України.
Науковий керівник: доктор медичних наук, професор Яблучанський Микола Іванович, Харківський Національний університет ім.В.Н.Каразіна, факультет фундаментальної медицини, завідувач кафедри внутрішніх хвороб.
Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор Бездітко Павло Андрійович, Харківський державний медичний університет МОЗ України,
завідувач кафедри офтальмології;
доктор медичних наук Бачеріков Андрій Миколайович, Інститут
неврології, психіатрії і наркології АМН України, завідувач
відділу невідкладної психіатрії і наркології.
Провідна установа: Харківська медична академія післядипломної освіти лікарів Міністерства охорони здоров’я України, кафедра терапії і клінічної фармакології.
Захист відбудеться 17.09.2002 р. 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.242.01 в Інституті проблем кріобіології і кріомедицини НАН України (61015, м. Харків, вул. Переяславська, 23)
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту проблем кріобіології і кріомедицини НАН України (61015, м. Харків, вул. Переяславська, 23)
Автореферат розісланий 15.08.2002 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
доктор медичних наук, професор Гольцев А.М
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Згідно статистичним даним ВОЗ світ охопила своєрідна пандемія хвороб цивілізації. Більшість з них, що супроводжуються поразками імунної, нервової, серцево-судинної систем і щорічно уносять мільйони життів, викликаються одним “вірусом”, мають одну причину, акумульовану в понятті “стрес”. Тому залишається актуальним вивчення фізіологічних механізмів стресу, особливо аналізу його переходу в хворобу. Більшість учених сучасності вважають, що в основі стресу крім неспецифічних процесів лежать спеціальні системні гормональні і тканинні механізми, тісно пов'язані з регуляцією проникності біологічних мембран і гістогематичних бар'єрів (Майзеліс М.Я.,1986; Белова Т.І., 1990; Мейерсон Ф.З., 1993; Судаков К.В., 1997). Тому здається виправданим увести в сучасні концепції загального адаптаційного синдрому уявлення про функціональну активність ГЕБ.
При деяких станах організму, зокрема при гіпертонічній хворобі, властивості бар'єра змінюються настільки, що підвищується його проникність до багатьох біологічно активних речовин (Ганнушкіна І.В., 1981; Марченко В.С., 2000). Це може призвести до зміни сталості внутрішнього середовища мозку, викликати запуск компенсаторних реакцій організму, ступінь виразності яких можна регулювати, наприклад, застосовуючи лікувальні режими гіпотермії (Бабійчук Г.О., Ломакін І.І., 2001). У цьому зв'язку особливо перспективним шляхом нормалізації функціонального стану організму вбачається автоматична модуляція стимулюючих холодових впливів власними ендогенними ритмами пацієнта. Лікувальна гіпотермія з урахуванням індивідуальних особливостей секундної біоелектричної активності головного мозку може виявитися ефективним методом стимуляції нервової і серцево-судинної систем організму за допомогою підвищення функціональної активності гематоенцефалічного бар'єра (Марченко В.С., 2002).
Такий підхід є найбільш актуальним при корекції порушень серцево судинної системи старого організму, коли регуляторні процеси втрачають пластичність, а рівень компенсаторних механізмів дуже індивідуальний. Цей напрямок досліджень може відкрити нові перспективи для розробки неінвазивних методів лікування, що особливо актуально для нашої країни, де чверть населення страждає на серцево-судинні захворювання.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за науковим напрямком факультету фундаментальної медицини Харківського національного університету ім. В.Н.Каразіна і відділу кріофізіології ІПКіК НАН України по темі: “Вивчення реакцій функціональних систем організму при різних видах холодових впливів у нормі, вікових періодах і патологічних станах” (шифр: 2 2 6 97) , де автор виконував самостійний розділ.
Мета й задачі дослідження.
Мета дослідження. Визначити роль рівня проникності ГЕБ для норадреналіну й ацетилхоліну в кардіорегуляторній, гіпотензивній дії ритмічної гіпотермії і розробити експериментальний метод підвищення проникності ГЕБ для біогенних амінів.
Задачі дослідження.
- Провести статистичний і спектрально - кореляційний аналіз динамічного ряду кардіоінтервалів і ЕЕГ при емоційно-больовому стресі 12 і 24-місячних щурів.
- Визначити проникність ГЕБ для норадреналіну (НА) й ацетилхоліну (АХ) при емоційно-больовому стресі 12- і 24-місячних щурів.
- Вивчити вплив ритмічного охолодження на статистичні і спектрально-кореляційні характеристики ЕЕГ і ЕКГ 12- і 24-місячних щурів із стрес індукованою гіпертензією.
- Дослідити вплив ритмічної гіпотермії на проникність ГЕБ для норадреналіну й ацетилхоліну 12- і 24-місячних щурів із стрес індукованою гіпертензією.
- Визначити ряд показників клітинного й гуморального імунітету (кількість лейкоцитів, лімфоцитів і їхніх субпопуляцій, концентрацію циркулюючих імунних комплементів, гетерофільних гемолізинів) при ритмічному охолодженні гіпертензивних щурів.
- Оцінити стан системи протеїназа-ингібітор протеїназ у щурів із стрес індукованою гіпертензією при ритмічних холодових впливах.
- Розробити спосіб підвищення проникності ГЕБ для кардіотропних лікарських речовин в експерименті.
Об'єкт дослідження. Регуляторні процеси в серцево-судинній та центральній нервовій системах в умовах емоційно-больового стресу (ЕБС) й охолодження.
Предмет дослідження. Функціональний стан процесів проникності гематоенцефалічного бар'єра головного мозку щурів для нейромедіаторів при моделюванні гіпертензії і ритмічних холодових впливах.
Методи дослідження. Експерименти проводили на 12- і 24- місячних щурах і використовувалися наступні методичні прийоми.
Ритмічна гіпотермія (РГ) ~ 90 хв. до температури тіла ~ 340C (з частотами домінуючих діапазонів надповільних біострумів: 0,05-0,2 Гц).
Рефлексогенна модель гіпертонії - емоційно-больовий стрес (ЕБС) ~20 діб до артеріального тиску ~ 200 мм рт. ст.
Функціональний стан ГЕБ оцінювався радіоізотопним методом при ритмічній гіпотермії з частотою впливу 0,05-0,2 Гц (0,05РГ; 0,1РГ; 0,2РГ) і КЦГ. Частоту серцевих скорочень (ЧСС) визначали по кардіограмі, що реєструвалась на електроенцефалографі BST-1 у другому стандартному відведенні з наступною математичною обробкою 100-500 кардіоінтервалів. Проводили варіаційну пульсографію і спектрально-кореляційний аналіз ЕКГ і ЕЕГ. Окрім того, визначали активність протеїназ, нетрипсиноподібних протеїназ, α-1-інгібітора протеїназ (α-1-ІП) і рівень α-2-макроглобуліну (α-2-МГ) високочутливим (10-9-10-10 г) ферментативним методом. Визначення Т- і В-лімфоцитів проводилося за допомогою реакції розеткоутворення з використанням еритроцитів морської свинки, субпопуляцій Т-лімфоцитів – шляхом визначення теофілін чутливості цих клітин, концентрацію циркулюючих імунних комплементів визначали з ПЕГ-6000 .
Наукова новизна одержаних результатів. У роботі одержала подальший розвиток теорія емоційного стресу в механізмах патогенезу гіпертонії. Показано, що від рівня проникності ГЕБ залежать адаптивні реакції серцево-судинної й центральної нервової систем на стресори різної модальності й інтенсивності. У свою чергу, функціональна активність ГЕБ сама підконтрольна цим системам у взаємодії із загальним неспецифічним та імунним захистом організму. Концепція ГЕБ доповнена уявленнями про його кардіорегуляторну функцію. На цій основі удосконалена найпростіша двоконтурна модель керування ритмом серця. Приведено нові факти, які показують, що при охолодженні може істотно змінюватися взаємодія центрального й автономного контурів регуляції серцевої діяльності, тому підвищується ймовірність парадоксальних реакцій організму на застосування кардіотропних препаратів. Зміна знака хронотропного ефекту норадреналіну (НА) й ацетилхоліну (АХ) при ритмічному охолодженні в значній мірі обумовлена підвищенням проникності ГЕБ.
Уперше застосування ритмічної гіпотермії після ЕБС дозволило нормалізувати артеріальний тиск експериментальних тварин. При цьому динаміка проникності ГЕБ різко відрізнялася від гіпертензивних щурів і цілком відповідала природному, резонансно посиленому ритму, коли проникність для АХ і НА рознесена в просторі й часі. Нормалізація симпато-парасимпатичних впливів периферії на центр є важливим чинником, що визначає гіпотензивну дію резонансного охолодження.
Уперше визначено діапазон адаптаційних можливостей ГЕБ експериментальних тварин різного віку. Якщо у 12-міс. щурів 0,05-0,2 РГ однаково ефективно підвищує проникність ГЕБ, викликаючи характерний патерн біоелектричної активності мозку, із домінуванням у спектрі частот 0,1-0,4 Гц (феномен подвоєння ритму), то у 24-міс. тварин для зниження як резистентності проникності ГЕБ, так і гіпертензії найбільш ефективною є РГ із частотою 0,05-0,1 Гц. ЦНС 2-річних щурів - менш пластична, не відслідковує верхній діапазон впливів у секундному ритмі. Уперше вдалося показати, що посилення протифазних коливань проникності ГЕБ для симпато - і парасимпатоміметиків при ритмічній гіпотермії гіпертензивних 24-міс. тварин може відновити фізіологічну, “молоду” ритміку функціонування ГЕБ.
Практичне значення одержаних результатів. З використанням отриманих даних в ІПКіК НАНУ розроблені оригінальні моделі центральних нейротрансмітерних механізмів терморегуляції. Теоретично важливими є результати, що розкривають одну з причин гіпотензивного ефекту ритмічної гіпотермії (стимуляція функціональної активності ГЕБ). Основні наукові положення роботи використовуються при навчанні аспірантів в ІПКіК НАН України, у курсах лекцій для студентів медико-біологічних спеціальностей.
На підставі експериментальних даних був розроблений і захищений патентом України спосіб зміни й оцінки проникності ГЕБ. Дані про підвищення проникності ГЕБ для біологічно активних речовин в умовах охолодження організму життєво важливо враховувати при проведенні лікувальної гіпотермії із застосуванням вегетотропних препаратів.
Започатковано клінічне використання ритмічної гіпотермії в терапії артеріальної гіпертензії як провідного синдрому в структурі вегетосудинної дистонії.
Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійним дослідженням автора. Ним особисто сформульована мета і визначені задачі роботи, самостійно проведені експерименти, здійснений аналіз спостережень і інструментальних досліджень, статистично оброблені результати. Обговорення, інтерпретація, узагальнення і висновки базуються на власних результатах і даних з літературних джерел.
У спільних наукових публікаціях співавторам належать радіоізотопне визначення проникності ГЕБ, методичні розробки способу визначення активності протеїназ.
Апробація результатів дисертації. Результати роботи представлені на конференціях молодих учених ІПКіК НАН України і Харківського національного університету (2000 р.), III національному конгресі геронтологів і геріатрів України (Київ, 2000 р.), IV Міжнарод. симп. “Біологічні механізми старіння” (Харків, 2000 р.), Всеукраїнській науковій конференції “Успіхи і перспективи розвитку кріобіології й кріомедицини (Харків, 2001 р.), Всеросійській науково-практ. конф. “Сучасні можливості ефективної профілактики, діагностики й лікування артеріальної гіпертонії” (Москва, 2001 р.), об'єдн. Пленумі правління Українського наук. т-ва кардіологів “Нові напрямки профілактики i лікування ішемічної хвороби серця та артеріальної гіпертензії” (Київ, 2001 р.)
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 робіт, з них у фахових наукових журналах – 9, у збірниках матеріалів конференцій – 2, отриман патент України на винахід.
Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 160 сторінках машинопису і складається зі вступу, огляду літератури, розділу, який присвячений методам дослідження, 4 розділів власних досліджень, висновків. Список використаної літератури містить 294 джерела. Робота ілюстрована 30 рисунками, 17 таблицями.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вплив емоційно-больового стресу на функціональний стан серцево-судинної й центральної нервової систем. За вихідними показниками ЧСС розрізняли тварин із перевагою тонусу парасимпатичної нервової системи (1-а гр.), із рівновагою вегетативного гомеостазу (2-а гр.), із перевагою тонусу симпатичної нервової системи (3-я гр.). Вікових відмінностей за статистичними показниками кардіоінтервалів виявлено не було. Проте, у щурів усіх груп до 21-ої доби ЕБС формувалася стійка артеріальна гіпертензія, причому значне підвищення кров'яного тиску (~ 200 мм рт. ст.) зберігалося, принаймні, 3 тижні після закінчення впливів.
Усереднення по всіх групах тварин показує, що гіпертензія, викликана ЕБС, супроводжується наступними змінами біоелектричних показників ЕКГ (Табл. 1).
Таблиця 1.
Статистичні показники динамічного ряду кардіоінтервалів
у 12- (а) і 24-місячних (б) груп щурів на 21 добу ЕБС
а)
б)
Примітка: тут і далі К- контроль, Мо-мода, Амо-амплітуда моди, (ДХ- варіаційний розмах, ІВР= АМо/ДХ (індекс вегетативної рівноваги), ІН= АМо/2ДХМо (індекс напруги)
Відзначається перевага симпатичної регуляції серцевого ритму, що виражається в зменшенні моди розподілу серцевих інтервалів, підвищенні амплітуди моди, збільшенні індексу вегетативної рівноваги й індексу напруги.
а) б)
Рис. 1. Автокорелограми ЧСС (а) та ЕЕГ (Б) при ЕБС
Автокореляційний аналіз рядів кардіоінтервалів гіпертензивних щурів продемонстрував крутий спад автокореляційної функції, що характеризує слабку організацію ряду, перевагу автономного контуру регуляції серцевого ритму (Рис.1а).
Цікаво, що біоелектрична активність головного мозку тварин цієї експериментальної групи поряд із характерними стрес-змінами (депресія основної ритміки, порушення процесів просторової синхронізації, епізоди пароксизмальної активності тощо) характеризувалася подібною з ЕКГ динамікою спектрально-кореляційних характеристик. (Рис.1б).
Прогресивно розвивалися процеси по типу ефекту Баркрофта (зниження варіабельності параметрів, що характеризують стан фізіологічних функцій). Можна зробити висновок, що перебіг процесів адаптації до ЕБС залежить не тільки від функціональних резервів організму, але і від активності стратегічних механізмів регуляції. До останніх, безумовно, відноситься і гематоенцефалічний бар'єр як структурно-функціональна основа повільної системи керування.
При ЕБС у 1,5-2 рази збільшується проникність ГЕБ для норадреналіну і ацетилхоліну (Рис.2).
а) б)
Рис. 2. Проникність ГЕБ 12- (а) і 24-місячних щурів (б) після ЕБС
Зниження резистентності ГЕБ для цих нейромедіаторів односпрямовано і не відрізняється в різних структурах головного мозку, відбувається неспецифічне, “аварійне” підвищення рівня проникності. Патофізіологічним є не стільки підвищення проникності ГЕБ для НА й АХ саме по собі, скільки різке порушення динаміки. Характерною рисою ЕБС є крайня напруга регуляторних механізмів. Нейрогуморальна “спіраль” прямих і зворотних зв'язків “стискається” до крайньої межі - висока проникність ГЕБ для ацетилхоліну і норадреналіну практично синфазна, що може призводити до зривів нормального функціонування системи.
Необхідно було підібрати впливи, здатні зняти напругу, “розкрутити спіраль”, відновити систему прямих і зворотних зв'язків.
У цьому зв'язку ми звернули увагу на дані літератури про те, що одним із способів розгойдування настановних точок гомеостазу є холодові впливи. Зокрема, різні програми гіпотермії здатні змінювати проникність ГЕБ до ерготропних і трофотропних речовин, що і визначило стратегію наступної серії експериментів.
Функціональний стан серцево-судинної й центральної нервової систем 12- і 24-місячних щурів в умовах ритмічної гіпотермії. При ритмічних холодових впливах відбувається кардинальна перебудова патернів біоелектричної активності (БЕА), що корелює зі складною динамікою зміни проникності ГЕБ. На різних етапах РГ значення функцій автокореляції і когерентності в секундному діапазоні частот варіюють від нульових до граничних із багаторазовими перепадами потужності спектра БЕА. Проникність ГЕБ протягом кількох хвилин охолодження збільшується в 3-4 рази, падає до нуля, повертається до норми і знову різко зростає. (Рис. 3). Ці процеси призводять до синхронних коливань вегетативного статусу організму, до повних симпато-парасимпатичних переключень аж до зміни знака кардіотропних ефектів. (Табл. 2).
а) б)
Рис. 3. Проникність ГЕБ до 3Н-НА 12- (а) і 24-місячних (б) щурів при 0,1 РГ
Таблиця 2.
Вплив РГ на проникність ГЕБ і ЧСС на фоні системного введення НА й АХ
Примітка: *- розходження в порівнянні з вихідним значенням (0хв) достовірні Р<0,01).
Результати досліджень показали, що на 45-ій і 65-ій хвилинах холодового впливу при системному введенні АХ і НА відповідно спостерігається центральний ефект на ЧСС, тобто НА не підвищує, а знижує, а АХ не сповільнює, а прискорює серцебиття. Такий вплив нейротрансмітерів на динаміку ЧСС при 0,1РГ повинен певною мірою відбивати особливості проникності ГЕБ.
Аналіз результатів радіоізотопних досліджень показав, що максимуми проникності для 3Н-НА і 3Н-АХ приходяться на різні етапи 0,1 РГ у повній відповідності з моментом їхніх центральних ефектів. При ритмічній гіпотермії істотно, у 3-4 рази, підвищується проникність ГЕБ до норадреналіну й ацетилхоліну. У цих умовах зниження резистентності ГЕБ має риси специфічності, варто говорити про спрямоване підвищення функціональної активності ГЕБ. Динамічні характеристики проникності для ацетилхоліну і норадреналіну знаходяться в протифазі і є різними в корі та гіпоталамусі головного мозку (Рис. 4).
| 
