Дизрегуляционные изменения сурфактанта и водного баланса легких при экспериментальной ишемии мозга и гипоксическом прекондиционировании

Известно, что тяжелая ишемия/гипоксия приводит к деструктивным изменениям нейронов, значительным нарушениям метаболизма, угнетению нейропластичности мозга. В то же время умеренные гипоксические стимулы обладают нейропротективным действием, индуцируя активацию эндогенных саногенетических программ, повышают устойчивость мозга к тяжелой гипоксии. Феномен метаболической адаптации головного мозга к гипоксии, известный как прекондиционирование, широко обсуждается в современной литературе [5]. Известно о двух фазах ишемической толерантности мозга: ранней, развивающейся через несколько минут после сублетального стимула, и поздней, эффекторные механизмы которой реализуются через 24 часа после гипоксии. Полагают, что раннее прекондиционирование обеспечивается изменениями внутриклеточного метаболизма нейронов, а поздняя фаза реализуется посредством синтеза белков de novo [5]. Широко обсуждаются механизмы адаптивного действия прекондиционирования на структуры мозга, однако недостаточно данных о состоянии висцеральных функций организма при использовании различных его протоколов в условиях ишемического повреждения мозга.

Цель исследования. Определение роли раннего и позднего гипоксического прекондиционирования в коррекции дизрегуляционных расстройств сурфактантной системы и водного баланса легких, индуцированных экспериментальной ишемией головного мозга.

Материалы и методы. Исследования проводились на беспородных крысах-самцах массой 200-250г. в соответствии с Правилами лабораторной практики при работе с экспериментальными животными (приказ Минздравсоцразвития РФ от 23.08.2010 г. № 708, Директива 2010/EU Европейского парламента). Животные были распределены по группам: 1 - интактные (n=11), 2 - ложнооперированные (n=20), 3 - с проведением интервальных гипоксических тренировок (n=13), 4 - с моделированием неполной глобальной ишемии головного мозга (n=19), 5 - с использованием раннего прекондиционирования (n=15), 6 - с использованием позднего прекондиционирования (n=15). Поскольку достоверных различий показателей у интактных и ложнооперированных животных не наблюдалось, за основной контроль принимали данные ложнооперированных крыс. Для моделирования неполной глобальной ишемии головного мозга у крыс осуществляли необратимую билатеральную окклюзию общих сонных артерий [6], отделяя сосуды от элементов сосудисто-нервного пучка с последующим их перевязыванием. Ложнооперированным животным выделяли сосуды без дальнейшей перевязки. Нормобарические гипоксические тренировки осуществляли в течение четырех дней в цикличном режиме по четыре эпизода гипоксии и реоксигенации по 10 минут каждый [7]. Для тренировок использовали гермокамеру с проточной вентиляцией объемом 3,3 л. Для раннего прекондиционирования проводили гипоксические тренировки с последующей (через час после последнего эпизода гипоксии) окклюзией общих сонных артерий. Для позднего прекондиционирования ишемию мозга моделировали через сутки после завершения гипоксических тренировок [7]. У выживших животных определяли наличие признаков неврологического дефицита по шкале Stroke-index Mc. Graw в модификации И.В. Ганнушкиной [8]. Нереспираторные функции легких исследовали через сутки после моделирования ишемии мозга. У наркотизированных животных извлекали бронхоальвеолярный комплекс, промывали дегазированные легкие изотоническим раствором натрия хлорида. Полученные бронхоальвеолярные смывы помещали в тефлоновую кювету с подвижным барьером для изучения их поверхностно-активных свойств методом Вильгельми-Лэнгмюра. С этой целью определяли статическое поверхностное натяжение (ПН) мономолекулярной пленки методом отрыва от нее вертикальной пластинки, далее оценивали минимальное и максимальное ПН в динамике сжатия и растяжения монослоя сурфактанта с последующим расчетом индекса стабильности альвеол по J. Clements. Содержание фосфолипидов (ФЛ) в составе бронхоальвеолярных смывов определяли по уровню неорганического фосфора, содержание холестерина (ХЛ) определяли с помощью колориметрического метода (диагностикум Холестерин-11/21/31-Витал, СПб), с последующим расчетом коэффициента ФЛ/ХЛ, фосфолипазную активность оценивали по содержанию жирных кислот, образующихся в результате фосфолипазного гидролиза. Водный баланс легких изучали, расчитывая гравиметрические коэффициенты методом Gaar K.A. в модификации А.В. Бобрикова. Гемиглобинцианидным методом оценивали содержание гемоглобина в крови и гомогенате легочной ткани (диагностикум НПО «Ренам», Москва). Учитывая вес сердца, влажных и высушенных легких, определяли кровенаполнение легких, содержание в них общей и экстраваскулярной жидкости. Для оценки прооксидантной активности легочной ткани определяли концентрацию малонового диальдегида (МДА) в гомогенате легочной ткани в реакции с тиобарбитуровой кислотой («Агат-Мед», Москва). Активность каталазы оценивали методом Королюка М.А.

Статистический анализ результатов выполнен с помощью программного обеспечения «Microsoft Excel 2010» и Statistica 6.0, «SPSS 19 for Windows» с использованием непараметрического U-критерий Манна-Уитни, коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Статистически достоверным считали уровень значимости р <0,05, p <0,01.

Результаты и обсуждение. Было установлено, что через сутки после ишемии мозга летальность животных составила 37%, неврологический дефицит 8,5±1,0 баллов. Изменился фракционный состав сурфактанта с увеличением содержания фосфолипидов на 73% [Z = -3,97; p = 0,0001] (табл. 1). Однако ПН минимальное бронхоальвеолярных смывов возросло [Z = -3,29; p = 0,001], уменьшился интегральный показатель, характеризующий свойства выстилающего альвеолярного комплекса, индекс стабильности альвеол [Z = -3,98; p = 0,0001].

Таблица 1

Показатели сурфактантной системы и водного баланса легких при ишемии мозга, гипоксических тренировках, раннем и позднем прекондиционировании (Ме [Q1; Q3])

Примечание: значимые отличия от контрольной группы - *, группы с ишемией мозга - Л, группы с гипоксическими тренировками- #,(1 знак - Р<0,05; 2 знака - Р<0,01).

Выявленные изменения свойств сурфактанта могли быть обусловлены высокой интенсивностью ПОЛ в легочной ткани с увеличением содержания малонового диальдегида в 2,9 раз [Z = -2,96; p = 0,003] и активностью процессов фосфолипазного гидролиза [Z = -3,58; p = 0,0001] с повреждением липидов сурфактанта свободными радикалами и лизосоединениями. Изменения водного баланса проявились увеличением кровенаполнения легких [Z = -2,61; p = 0,009]. При проведении гипоксических тренировок легочное кровенаполнение, напротив, уменьшалось [Z = -3,46; p = 0,001], что могло быть следствием гипоксической вазоконстрикции [9]. В условиях снижения эффективности перфузии в системе малого круга кровообращения изменялся метаболизм поверхностно-активных липидов с уменьшением фосфолипидной фракции [Z = -2,60; p = 0,009], снижением коэффициента ФЛ/ХЛ [Z = -3,05; p = 0,002], на фоне высокой активности фосфолипазы. При этом поверхностно-активные свойства сурфактанта не были оптимальными, о чем свидетельствовало уменьшение индекса стабильности альвеол [Z = -2,39; p = 0,017]. При использовании режима раннего гипоксического прекондиционирования с целью нейропротекции летальность животных в ишемическом периоде оставалась высокой и достигла 39%, неврологический дефицит составил 8,0±1,0 баллов. В водном балансе отличий от параметров при ишемии мозга не отмечалось, сохранялось высокое кровенаполнение легких [Z= -0,71; p 1 = 0,48]. В системе сурфактанта наблюдали значительное повышение активности фосфолипазы А 2 [Z = -3,48; p = 0,001], при этом фракционный состав липидов не отличался от контроля. Как и в опыте с ишемией мозга минимальное поверхностное натяжение смывов увеличилось [Z = -3,00; p = 0,003], позитивным фактором явилась оптимизация индекса стабильности альвеол [Z = -2,85; p 1 = 0,004]. Возможно, это обусловлено некоторым уменьшением интенсивности свободнорадикальных реакций в легочной ткани по сравнению с опытной группой [Z = -2,88; p 1 = 0,004], однако уровень МДА оставался существенно выше контрольных величин [Z = -3,05; p = 0,002]. Кроме того, наряду со снижением активности ПОЛ уменьшилась и активность каталазы [Z = -3,16; p 1 = 0,002]. В условиях применения режима позднего гипоксического прекондиционирования летальность животных не снизилась и составила 40%, неврологический дефицит был равен 8,1±1,3 баллам. Анализ параметров системы сурфактанта показал, что его липидный состав, соотношение ключевых фракций - ФЛ/ХЛ не отличались от контроля, активность фосфолипазы А 2 , как и при ишемии мозга, и в условиях раннего прекондиционировании была высокой [Z = -2,65; p = 0,008], [Z = -2,31; p 1 = 0,021]. Позитивных изменений свойств сурфактанта не отмечалось, ПН минимальное и индекс стабильности альвеол соответствовали параметрам у животных с окклюзией сонных артерий. Однако интенсивность ПОЛ в легочной ткани, как и в условиях раннего прекондиционирования уменьшалась [Z = -2,88; p 1 = 0,004] наряду со снижением активности каталазы [Z = -3,39; p 2 =

0,004]. Особенностью изменения баланса жидкости в легочной ткани явилось уменьшение органного кровенаполнения [Z = -2,67; p2 = 0,008], что соответствовало значениям, выявленным в условиях гипоксических тренировок - [Z = -0,57; p2 = 0,569]. Содержание общей и экстраваскулярной жидкости не отличались от контрольных величин. Установлено, что в основе протекторного действия прекондиционирования лежит активация транскрипционных факторов (NFkB, JNK, HIF-1), повышение активности систем утилизации кислорода в структурах мозга, синтез ростовых и нейротрофических факторов, снижение эксайтотоксичности глутамата [5]. Вместе с тем, применение гипоксического прекондиционирования, оказывая общее воздействие на организм, усиливает реактивность гипофизарно-адренокортикальной системы, повышает уровень гормонов стресса [10]. Не исключено, что под их влиянием активируется катаболизм липидов сурфактанта, на что указывают корреляционные связи между содержанием фосфолипидов и активностью фосфолипазы (rs= –0,90; р<0,01). Подобные изменения метаболизма легочного сурфактанта были описаны при хронической физической нагрузке, что, по мнению авторов, было связано с повышенным расходом сурфактанта в условиях гипервентиляции, а также усиленным его катаболизмом [11].

Заключение. Гипоксическое прекондиционирование, независимо от режима его применения, не обеспечивает коррекции дизрегуляционных расстройств сурфактанта и водного баланса легких, индуцированных ишемией головного мозга. В условиях прекондиционирования снижается прооксидантная активность легочной ткани на фоне уменьшения активности каталазы.