Вплив вегетативної регуляції на перебіг системної запальної відповіді

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ Ф ІЗ ІОЛОГ ІЇ ІМ. О.О. БОГОМОЛЬЦ Я

САВУСТЬЯНЕНКО АНДР І Й В О Л О ДИМИРОВИЧ

УДК 616-002-018.2; 616.831

ВПЛИВ ВЕГЕТАТИВНО Ї РЕГУЛЯЦ ІЇ НА ПЕРЕБІГ

СИСТЕМНОЇ ЗАПАЛЬНОЇ ВІДПОВІДІ

14.03.04-патологічна фізіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Центральній науково-дослідницькій лабораторії Донецького національного медичного університету ім. М. Горького

Науковий керівник: доктор медичних наук, старший науковий співробітник

Зінкович Ігор Іванович,

завідувач Центральної науково-дослідницької лабораторії

Донецького національного медичного університету

ім. М. Горького МОЗ України

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор

Гуляр Сергій Олександрович,

провідний науковий співробітник відділу експериментальної кардіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України

доктор медичних наук, професор

Хара Марія Романівна,

завідувач кафедри патологічної фізіології

Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського МОЗ України

Захист дисертації відбудеться “4” березня 2008 року о “14” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 26.198.01 при Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України за адресою: 01024, Київ, вул. Богомольця, 4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України за адресою: 01024, Київ, вул. Богомольця, 4.

Автореферат розіслано “1” лютого 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор біологічних наук

Сорокіна-Маріна З.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Велика кількість захворювань у своїй основі має такий типовий патологічний процес, як запалення (Beck G.C. et al., 2004). Звичайно запальна реакція починається з локальних проявів, в основі яких лежать специфічні і неспецифічні реакції клітинного і гуморального імунітету, вивільнення цитокинів та ін. (Титов В.М., 2003).

У випадку, коли компенсаторні сили організму виявляються недостатніми для обмеження запалення в місці первинної локалізації, медіатори запалення виходять у кров'яне русло, сприяючи генералізації запального процесу (Shapiro N. et al., 2006; Lagan A.L. et al., 2007). Як наслідок, розвивається синдром системної запальної відповіді, що клінічно характеризується збільшенням частоти серцевих скорочень (більше 90 уд/хв), зміною температури тіла (нижче 36⁰ С або вище 38⁰ С), збільшенням частоти дихальних рухів (більше 20 разів/хв) чи зниженням парціального тиску вуглекислого газу в крові (менше 32 мм. рт. ст.), різкою зміною вмісту лейкоцитів (менше 4000 кліток/мм³ або більше 12000 кліток/мм³ ) чи присутністю більше 10% незрілих нейтрофілів (Лейдерман І.М., 1999).

При порушеннях у системах регуляції і погано корегуємому перебігу синдрому системної запальної відповіді розвивається одне з найбільш грізних його ускладнень – поліорганна недостатність (Єльський В.М. і ін., 2002; Wheeler A.P., 2007). У загальній структурі смертності хворих реанімаційного профілю клінічні ознаки поліорганної недостатності складають 50 - 80% (Weigand M.A. et al., 2004). Крім того, показано, що наявність двох симптомів синдрому системної запальної відповіді приводить до розвитку органної дисфункції в 1,8% пацієнтів із гнійно-запальною патологією, а при виявленні трьох і більш симптомів протягом доби частота розвитку тяжкого сепсису зростає до 22,5%, летальність складає 2% (Leclerc F. et al., 2005).

Таким чином, пошук і уточнення патогенетичних механізмів розвитку синдрому системної запальної відповіді, шляхів його корекції є важливою задачею, оскільки саме цей початковий етап генералізації запалення є вирішальним у подальшому розвитку септичного шоку і смерті хворого.

В останні роки на культурах імунних кліток була показана можливість регуляції запалення через холінергічний протизапальний механізм (Czura C.J. et al., 2003). Доведено, що при впливі ацетилхоліну на N-холінорецептори макрофагів і гліальних кліток зменшується синтез і вивільнення прозапальних цитокинів - головне значення має зниження продукції TNF-α, HMGB1. У подальших дослідженнях з’ясували, що за реалізацію такого шляху пригнічення запалення відповідальна альфа-7 субодиниця N-холінорецепторів (Pavlov V.A. et al., 2006; Wang H. et al., 2003).

Відомо, що однаково несприятлива як недостатня запальна відповідь, що веде, наприклад, до вторинної інфекції, так і надлишкова, що веде до системних ушкоджень. Вважають, що виявлений холінергічний протизапальний механізм може регулювати величину запальної відповіді, утримуючи її у визначених межах (Czura C.J., Tracey K.J., 2005).

Отже, вивчення ефективності холінергічного протизапального шляху в цілісному організмі, з'ясування тонких механізмів даної регуляторної ланки може внести вагомий вклад у розуміння закономірностей розвитку синдрому системної запальної відповіді.

Необхідність одержання таких знань обумовлена і тим, що принципи холінергічної регуляції запальної реакції можуть бути покладені в основу розробки прямої й опосередкованої N-холінорецептор-орієнтованої терапії синдрому системної запальної відповіді.

Ймовірно, у цілісному організмі холінергічний протизапальний ефект вегетативної нервової системи приводить до гальмування розвитку системного запального процесу. Тому представляється перспективним одночасне вивчення змін в активності вегетативної нервової системи та її N-холінергічних ефектів в експерименті. Тим більше, що в даний час став доступний метод неінвазивної оцінки виразності вегетативних впливів за допомогою спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму (Malik M. et al., 1999).

Проблема, однак, полягає в тому, що стандарти використання спектрального аналізу розроблені тільки для клінічного застосування (Коркушко О.В. і ін., 2003). При роботі з експериментальними тваринами згаданий метод також застосовують, але його використання вимагає додаткової адаптації (Яблучанський М.І. і ін., 2005; Хара М.Р., 2003).

Таким чином, досить актуально більш глибоко вивчити вплив вегетативної регуляції на перебіг системної запальної відповіді in vivo і з'ясувати, чи опосередковані ці ефекти N-холінорецепторним протизапальним механізмом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках планової науково-дослідницької роботи Центральної науково-дослідницької лабораторії Донецького національного медичного університету ім. М. Горького „Визначити роль вегетативної нервової, гуморальної регуляції та особливості окислювального метаболізму у забезпеченні індивідуальної стійкості організмів в екстремальних умовах” (державний реєстраційний номер 0104U010590).

Ціль дослідження: виявити закономірності впливу вегетативної нервової системи на перебіг синдрому системної запальної відповіді.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі дослідження:

1. Модифікувати метод спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму для застосування у щурів.

2. Вивчити взаємозв'язок між похідним станом вегетативної нервової системи, її реактивністю у відповідь на стимуляцію α-адренорецепторів і виживаністю щурів при розвитку синдрому системної запальної відповіді.

3. Визначити зміни вегетативної регуляції при розвитку синдрому системної запальної відповіді і їхній взаємозв'язок із виживаністю.

4. Оцінити біохімічні зміни в тканинах внутрішніх органів щурів в умовах синдрому системної запальної відповіді й установити їхній взаємозв'язок з параметрами активності вегетативної нервової системи.

5. З'ясувати можливості управління перебігом синдрому системної запальної відповіді шляхом стимуляції N-холінорецепторів.

Об'єкт дослідження: синдром системної запальної відповіді.

Предмет дослідження: стан вегетативної регуляції у щурів із синдромом системної запальної відповіді.

Методи дослідження: фізіологічний експеримент (моделювання синдрому системної запальної відповіді за допомогою перев'язки і пункції сліпої кишки), функціональні (ЕКГ), математичні (спектральний аналіз варіабельності серцевого ритму), біохімічні (спектрофотометричне визначення активності катепсину Д, лактатдегідрогенази, вмісту малонового діальдегіду, α-токоферолу, активності каталази в тканинах внутрішніх органів), статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше виявлено, що до відтворення моделі системної запальної відповіді високостійкі тварини характеризуються вираженим приростом активності парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи у відповідь на фармакологічну стимуляцію α-адренорецепторів.

Вперше описані особливості перебудови вегетативної регуляції у щурів при розвитку синдрому системної запальної відповіді. У високостійких щурів, на відміну від загиблих, у перші години експерименту спостерігається ріст потужності обох ланок вегетативної регуляції.

Виявлено характер змін біохімічних процесів у внутрішніх органах щурів у перші години розвитку синдрому системної запальної відповіді. Зростає внутрішньотканинна активність катепсину Д, причому найбільш рання і виражена активація даного ферменту має місце в печінці і нирках. Активність лактатдегідрогенази збільшується пропорційно давності патологічного процесу; приріст активності даного ферменту в групі високостійких тварин менш виражений, а в тканині легень і нирок - був відсутній. Ріст вмісту малонового діальдегіду поєднується з підвищенням активності каталази. У групі низькостійких тварин виснажуються запаси ендогенного α-токоферолу в печінці.

Вперше виявлено, що ріст активності катепсину Д и лактатдегідрогенази, вмісту малонового діальдегіду і α-токоферолу, активності каталази у внутрішніх органах після моделювання синдрому системної запальної відповіді зворотно корелює з активністю парасимпатичної нервової системи.

Вперше показано, що селективна фармакологічна стимуляція N-холінорецепторів в умовах синдрому системної запальної відповіді гальмує активацію лактатдегідрогенази і катепсину Д у всіх внутрішніх органах, частково запобігає інтенсифікації перекісного окислювання ліпідів і активізації антиоксидантної системи, поліпшує показники виживаності щурів в умовах моделі синдрому системної запальної відповіді.

Теоретичне і практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що додатково до вже вивчених гуморального і клітинного механізмів запуску і розвитку системного запалення необхідно враховувати і нервовий, вегетативний компонент, який в значній мірі обумовлює наслідки даного патологічного процесу.

Розгляд механізмів синдрому компенсаторної протизапальної відповіді необхідно доповнити N-холінергічним протизапальним шляхом, в ініціюванні роботи якого істотна роль приділяється вегетативній нервовій системі.

Отримані дані щодо протективної ролі парасимпатичної нервової системи під час розвитку синдрому системної запальної відповіді служать патофізиологічним обґрунтуванням для пошуку фармакологічних засобів, що знижують інтенсивність запалення за допомогою прямої стимуляції вагуса чи вибірково N-холінорецепторів.

Проведене комплексне дослідження з адаптації технології спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму для застосування у лабораторних тварин дозволило розробити стандартні вимоги до використання даного методу при оцінці активності вегетативної нервової системи у щурів: визначена оптимальна тривалість ділянок кардіоритмограми, що аналізуються; рекомендовані частотні діапазони для оцінки симпатичних і парасимпатичних впливів; доведені можливість і доцільність оцінки спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму під загальним наркозом; визначені особливості впливу різних анестетиків на показники спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму.

Дані про різну реактивність вегетативних відділів у відповідь на стимуляцію α-адренорецепторів у щурів зі сприятливим і несприятливим прогнозом дозволяють проводити подібну класифікацію тварин при проведенні досліджень синдрому системної запальної відповіді.

Одночасно, завдяки наявності кореляційних зв'язків між станом вегетативної регуляції і біохімічних показників у внутрішніх органах дослідник одержує можливість прогнозувати вагу органних ушкоджень при відтворенні синдрому системної запальної відповіді за допомогою перев'язки і пункції сліпої кишки.

Щоб одержати можливість вивчати репаративні процеси при сприятливих наслідках системного запального процесу, дослідник може загальмовувати розвиток запалення за допомогою стимуляції N-холінорецепторів шляхом одночасного введення неостигміну (100 мкг/кг п/к) і атропіну (50 мкг/кг п/к).

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно виконав інформаційний пошук, сформулював мету і задачі дослідження, вибрав методи дослідження, спланував і виконав експерименти, провів статистичну обробку результатів дослідження, узагальнив отримані дані й оформив рукопис.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації були повідомлені на на ІV Національному конгресі патофізіологів України з міжнародною участю (Чернівці, травень 2004 р.), III-му конгресі патофізіологів Росії (Москва, жовтень 2004 р.), науково-практичній конференції «Нейроендокринні і імунні механізми регуляції гомеостазу в нормі та патології» (Запоріжжя, травень 2005 р.), науково-практичній конференції «Эндотоксикоз: природа, диагностика, принципы коррекции» (Волгоград, травень 2005 р.), IV-х читаннях ім. В.В. Підвисоцького (Одеса, травень 2005 р.), науково-практичній конференції «Комп’ютерна медицина - 2005» (Харків, червень 2005 р.), науково-практичній конференції «Гомеостаз: физиология, патология, фармакология и клиника» (Одеса, вересень 2005 р.), ІІІ-й конференції Українського товариства нейронаук (з міжнародною участю), присвяченій 75-річчю Донецького державного медичного університету ім. М. Горького (Донецьк, вересень 2005 р.), 5th International Congress of Pathophysiology (Beijing, China, June 28 – July 1, 2006), науково-практичній конференції «Актуальні питання патофізіології” (Ялта, жовтень 2006 р.), науково-практичній конференції «Центральные и периферические механизмы вегетативной нервной системы» (Донецьк-Слов’янськ, травень 2007 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових робіт, у тому числі 6 статей у фахових журналах ВАК України, 7 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків і списку використаної літератури, викладена на 168 сторінках друкованого тексту. Робота містить 13 таблиць на 7 сторінках, 55 рисунків на 24 сторінках. Список літературних джерел включає 199 вітчизняних і іноземних найменувань на 20 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи досліджень. Реалізація задач даного дослідження проведена на 183 білих щурах-самцях лінії Вістар, яких утримували в стандартних умовах віварію. В експерименти включали тварин масою 200 – 300 г без ознак захворювань. Перед проведенням досліджень щурів протягом тижня адаптували до лабораторних умов і персоналу.

Перша серія досліджень була присвячена модифікації технології спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму до роботи з щурами. Така необхідність обумовлена відсутністю на сьогоднішній день єдиних стандартів по використанню даного методу у малих лабораторних тварин.

У цілому у 20 тварин зареєстрували 164 десятихвилинних записи ЕКГ, що послужили матеріалом для оцінки прийнятності підходів до оцінки стаціонарності процесів, вибору адекватного математичного методу спектрального перетворення, розрахунку оптимальної довжини аналізованої ділянки і визначення діапазонів частот для оцінки вегетативних впливів.

Для попередження реєстрації перехідних процесів у стані вегетативної регуляції щурів, і, отже, підвищення відтворюваності результатів спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму, у цих тварин у різні дні реєстрували кардіоритмограми в стані наркотичного сну. Використано наступні анестетики: кетамін 75 мг/кг в/м, тіопентал-натрій 75 мг/кг в/п і галотан 0,5%. Щоб визначити, чи зберігається в цих умовах реактивність вегетативної нервової системи, в окремих експериментах анестезованим тваринам проводили пробу з фармакологічною стимуляцією α-адренорецепторів – однократно внутришньом’язово вводили фенілефрин у дозі 2 мг/кг.

В другій серії експериментів у 29 щурів вивчали залежність між станом і реактивністю різних відділів вегетативної нервової системи і виживаністю щурів в умовах моделі синдрому системної запальної відповіді. З використанням технології спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму вивчили похідний стан вегетативної регуляції та її реакцію у відповідь на стимуляцію α-адренорецепторів за допомогою фенилефрину в тій самій дозі. Потім моделювали синдром системної запальної відповіді за допомогою загальноприйнятого методу перев'язки і пункції сліпої кишки. Через 2 години після закінчення операції знову оцінювали вегетативний статус тварин. Після цього за тваринами спостерігали, реєструючи їхню 10-добову виживаність.

У третій серії експериментів вивчали індивідуальні особливості виразності метаболічних порушень у внутрішніх органах щурів, що розрізняються станом і реактивністю вегетативної нервової системи. На підставі результатів, отриманих у попередніх серіях, за допомогою спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму тварин третьої серії (54 щура) попередньо поділяли на контрольну групу (12 тварин) і групи зі сприятливим і несприятливим прогнозом для життя в моделі синдрому системної запальної відповіді (20 і 22 тварин відповідно). Після того, як модель відтворювали, через кожні 2 години методом декапітації виводили по три особі для відстеження динаміки зміни активності катепсину Д, лактатдегідрогенази, каталази, концентрації малонового діальдегіду, α-токоферолу в тканинах серця, легень, печінки і нирок. На 8 годину спостереження з експерименту виводили по 10 щурів зі сприятливим і несприятливим прогнозом для вивчення кореляційних зв'язків між біохімічними показниками і спектральними характеристиками варіабельності серцевого ритму.

В експериментах четвертої серії на 20 щурах були підібрані такі дози неостигміну (100 мкг/кг п/ш) і атропіну (50 мкг/кг п/ш), щоб при одночасному введенні вони були фізіологічно еквівалентними у відношенні М-холінорецепторних ефектів – частота серцевих скорочень і артеріальний тиск мінялися не більше ніж на 5%., що дозволяло вибірково стимулювати N-холінорецептори.

Для з'ясування впливу N-холінорецепторного протизапального шляху на прогноз для життя в 21 щура в моделі синдрому системної запальної відповіді через кожні 2 години повторювали одночасні ін'єкції неостигміну й атропіну протягом 8 годин. Виживаність оцінювали протягом 10 діб (п'ята серія експериментів).

Дослідження біохімічних показників у внутрішніх органах при стимуляції N-холінорецепторів виконали в 39 щурів з несприятливим прогнозом за даними СА ВСР. З них 19 щурів – основна група, що одержувала через кожні 2 години підшкірні ін'єкції неостигміну й атропіну, 20 щурів – плацебо-група, що одержувала в ті ж терміни замість вегетотропних препаратів підшкірні ін'єкції фізіологічного розчину в еквівалентних об'ємних дозах (шоста серія експериментів).

Результати дослідження та їх обговорення. В результаті модифікації спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму до застосування у щурів були розроблені стандартні вимоги до використання даного методу для оцінки активності вегетативної нервової системи в цього виду тварин. Зокрема, оптимальна тривалість ділянок кардіоритмограми - 2 хв. Потужність симпатичних впливів необхідно оцінювати в діапазоні від 0,08 до 0,6 Гц, а парасимпатичних – у діапазоні від 0,6 до 3,0 Гц. Застосування загальних анестетиків поліпшує відтворюваність одержуваних результатів.

При введенні щурів у загальний наркоз вегетативна нервова система зберігає здатність відповідати на впливи, що подразнюють її. Прикладом може служити ріст потужності вегетативної регуляції у всіх діапазонах частот у відповідь на введення фенілефрину 2 мг/кг в/м (рис. 1).

Аналіз виживаності щурів в умовах моделі перев'язки і пункції сліпої кишки показав, що протягом 10 днів спостереження гине біля ѕ тварин, причому головним чином - у ранній термін (1-2 доба) експерименту (рис. 2).

Стійкість тварин у розглянутій моделі системної запальної відповіді статистично зв'язана з їхньою похідною чутливістю до адреноміметиків. До моделювання в обох підгрупах тварин у відповідь на введення фенілефрину ростуть показники спектральної потужності в обох виділених нами діапазонах частот. Причому, для стійких до операції перев'язки і пункції сліпої кишки тварин характерна більш виражена реакція високочастотних регуляторних впливів, що відбивають переважно парасимпатичну модуляцію серцевого ритму (табл. 1, 2).

Таблиця 1

Спектральні показники варіабельності серцевого ритму

у щурів, що вижили після операції перев'язки і пункції сліпої кишки

(M ± m; n=6)

* p<0,05 у порівнянні з


8-09-2015, 23:24