Липиды сурфактанта и водный баланс легких при повышении церебрального уровня ГАМК и глутамата

Одним из основных условий обеспечения интегративной и регуляторной деятельности мозга является наличие оптимального баланса нейромедиаторов, нарушение которого приводит к развитию дизрегуляционной патологии. Наиболее часто изменение нейрональной активности наблюдается при дисбалансе тормозных и возбуждающих нейротрансмиттеров – γ-амино-мас-ляной кислоты (ГАМК) и L-глутаминовой кислоты (глутамат, Glu), поскольку как ГАМК-, так и глутаматергиче-ские ионотропные (ГАМК А , ГАМКс, iGluR) и метаботропные (ГАМКв, mGluR) рецепторы широко представлены на структурах мозга [7,10]. Дисбаланс медиаторов и изменение содержания ГАМК и глутамата в синаптической щели и ликворе наблюдается при ишемическом инсульте, черепномозговой травме, эпилепсии, реперфузии мозга. Дизрегуляционные расстрой-ства при этом проявляются нарушениями различных висцеральных функций организма, в том числе изменением режима вентиляции легких и формированием патологических паттернов дыхания [3, 6]. Вместе с тем биомеханика дыхания и эффективность вентиляции во многом зависят от состояния сурфактантной системы и водного баланса легких [1, 8]. Наряду с газообменными, негазообменные функции легких также могут изменяться в условиях нейромедиаторного дисбаланса. Для подтверждения этой гипотезы были проведены исследования метаболизма липидов сурфактанта, его поверхностной активности, водного баланса легких при повышении церебрального уровня ГАМК и глутамата.

Методика исследования. Исследования выполнены на половозрелых нелинейных крысах-

Волкова Елена Владимировна, аспирантка самцах с соблюдением принципов Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным. Крысам, наркотизированным этаминалом натрия (в/брюшинно, 50 мг/кг), выполняли операцию вживления канюль в боковой желудочек мозга через трепанационное отверстие по стереотаксическим координатам: P=0,8; L=1,5; V=3,6 [9]. Дисбаланс нейромедиаторов моделировали у одной группы крыс (n=9) посредством интравентрикулярных микроинъекций раствора ГАМК (Acros) через имплантированную канюлю в дозе 20 мкМ в 5 мкл 0,9% раствора натрия хлорида, другой группе (n=8) - раствора L-глутамата (Fluka) в дозе 10 мкМ. Введение осуществляли через день в течение 14 дней. Контролем служили животные с церебро-вентикулярным инъецированием эквивалентного объема изотонического раствора хлорида натрия (n=8). Гистологически контролировали трек микроканюль.

На 14 день от начала эксперимента получали бронхо-альвеолярные смывы (БАС), промывая легкие изотоническим раствором натрия хлорида. Определяли их поверхностную активность методом отрыва вертикальной пластинки в динамике сжатия и растяжения площади мономолекулярной пленки на поверхности БАС в тефлоновой кювете (метод Вильгельми). Исходя из величин минимального и максимального поверхностного натяжения, рассчитывали индекс стабильности (ИС) по J.Clements. Липиды экстрагировали смесью Блюра для определения количества фосфолипидов (ФЛ) и холестерина (Хол). О процессах катаболизма судили по активности фосфолипазы А2. Оценку водного баланса легких проводили гравиметрическим методом. Исследовали содержание гемоглобина в крови и легочной ткани гемиглобинцианидным методом; измеряли массу сердца, влажных и высушенных легких, с последующим расчетом общей, экстраваскулярной жидкости и кровенаполнения легких. Статистический анализ выполнен на основе программы SPSS 17 for Windows. Характер распределения выборки оценивали критерием

Шапиро-Уилка. Сравнение параметров проводили непараметрическим U-критерием Манна-Уитни. Зависимость между показателями устанавливали коэффициентом корреляции Спирмена (rs). Результаты представлены в виде медианы, нижнего и верхнего квартиля (Median, Q1- Q3). Статистически достоверным считали уровень значимости р<0,05.

Результаты исследования. Исследования показали, что многократное введение ГАМК в боковой желудочек мозга сопровождалось уменьшением на 47% содержания фосфолипидов [Z=-3,08; р=0,002] и на 43% - холлестерина [Z=-2,21; р=0,03] в БАС по сравнению с ложнооперированными животными (табл. 1). Соотношение фракций не изменилось и коэффициент ФЛ/Хол соответствовал контролю [Z—0,34; р=0,74]. Процессы катаболизма выстилающего комплекса альвеол характеризовались высокой активностью фосфолипазы А2 [Z=-3,46; р=0,001], участвующей в гидролизе основного фосфолипидного субстрата легочного сурфактанта - фосфатидилхолина. Известно, что активация фосфолипазы А2 приводит к повышению доли лизофосфолипидов, обладающих детергентными свойствами, с чем могло быть связано ухудшение поверхностно-активных свойств альвеолярной выстилки, проявившееся в увеличении минимального поверхностного натяжения [Z=-3,51; р=0,001] и понижении индекса стабильности альвеол [Z=-3,58; р=0,001]. Ещё одним подтверждением качественного и количественного дисбаланса явилась инверсия корреляционной связи фосфолипидов и минимального поверхностного натяжения, которая в опыте стала положительной (rs=0,81; р<0,01). При анализе показателей водного баланса выявлено увеличение органного кровенаполнения [Z=-2,11; р=0,03] без изменения содержания общей и внесосудистой жидкости в легочной ткани (р>0,05).

При изучении легочного сурфактанта в условиях введения L-глутамата в боковой желудочек мозга было установлено, что в составе БАС содержание фосфолипидов увеличилось на 51% относительно контроля [Z=-2,73; р=0,006]. Количество Хол не изменилось [Z=-1,68; р=0,09]. Активность фосфолипазы уменьшилась [Z=-3,36; р=0,001]. Увеличение продукции липидов сурфактанта сопровождалось снижением и минимального [Z=-2,17; р=0,03] и максимального поверхностного натяжения смывов[Z=-3,30; р=0,001]. При этом величина индекса стабильности альвеол соответствовала контрольным значениям [Z=-0,09; р=0,92]. Сохранилась направленность и величина связи индекса стабильности с минимальным поверхностным натяжением (rs=-0,73; р< 0,05). В водном балансе наблюдалась гипогидратация легочной ткани с уменьшением содержания общей жидкости [Z=-2,63; р=0,001] и жидкости экстраваскулярного сектора [Z=-2,63; р=0,001] без изменения уровня органного кровенаполнения (р >0,05).

Таблица 1. Показатели сурфактанта и водного баланса легких при церебровентрикулярном введении ГАМК и L-глутамата

Примечание: n-количество крыс; *р<0,05; **р<0,01-по сравнению с контролем

Обсуждение результатов. Анализ результатов позволил установить, что нейромедиаторный дисбаланс, индуцированный многократным введением ГАМК или L-глутамата в ликвор бокового желудочка мозга, сопровождался разнонаправленными изменениями метаболизма липидов сурфактанта и водного баланса легких. При активации ГАМКергической системы дизрегуляторные расстройства проявились угнетением синтеза и фракционным дисбалансом липидов, снижением поверхностной активности сурфактанта на фоне интенсификации процессов фосфолипазного гидролиза, а также повышением кровенаполнения легких. Активация глутаматергической нейромедиации сопровождалась увеличением продукции фосфолипидов в условиях снижения процессов их катаболизма с сохранением поверхностноактивных свойств сурфактанта, гипогидратацией легочной ткани.

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о наличии многозвеньевой системы регуляции сурфактанта и водного баланса легких при участии лимбико-диэнцефальных и стволовых структур мозга, гормональных механизмов контроля. Выявлены структуры, оказывающие преимущественно активирующее влияние на продукцию липидов сурфактанта легких (передние ядра гипоталамуса, переднее кортикальное ядро амигдалы), а также структуры, ограничивающие синтез альвеолярных фосфолипидов (латеральное гипоталамическое поле, вентро-медиальный гипоталамус, ядра солитарного тракта). Установлены структуры мозга, разнонаправленно изменяющие степень гидратации легких (преопти-ческое ядро гипоталамуса, дорсальный гиппокамп, центральное ядро амигдалы, синее пятно, ядра ва-госолитарного комплекса)[1, 2,4]. Введение ГАМК или L-глутамата в боковой желудочек мозга с дальнейшим их транспортом в 3-й, а затем в 4-й желудочки, обеспечивает последовательную диффузию и взаимодействие нейромедиаторов с нейронами гиппокампа, таламуса, гипоталамуса, синего пятна, ядер блуждающего нерва, с последующим изменением их нейрональной активности. Все структуры иерархической системы нейрогумо-рального контроля негазообменных функций легких имеют ГАМК-и глутаматергические ионотропные (ГАМКА, ГАМКс, iGluR) и метаботропные (ГАМКв, mGluR) рецепторные сайты. Вероятно, в условиях дисбаланса медиаторов нарушается взаимодействие структур мозга, формируются новые клеточные ансамбли, изменяется характер эффекторных нейрогенных и гормональных влияний на легочную ткань с последующей перестройкой метаболизма альвеолярных липидов и водного баланса легких. Изменение ритмогенеза дыхания и объема легочной вентиляции в условиях медиаторного дисбаланса также может повлиять на состояние сурфактанта за счет изменения уровня его базальной секреции и легочного кровотока [5].

Выводы: проведенные экспериментальные исследования позволили подтвердить гипотезу об изменениях исследуемых негазообменных функций легких в условиях нейромедиаторного дисбаланса. Установлено, что повышение церебрального уровня ГАМК сопровождается уменьшением синтеза липидов сурфактанта, снижением его поверхностной активности, а активация глутаматергиче-ской системы – увеличением продукции поверхностно-активных липидов на фоне гипогидратации легких.

• 1.

• 2.

• 3.

• 4.

• 5.

• 6.

• 7.

• 8.

• 9.