На правах рукописи Клименко Виктория Евгеньевна

На правах рукописи
Клименко
Виктория Евгеньевна
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
КАПИЛЛЯРОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЧЕРЕПНОМОЗГОВОЙ ТРАВМЕ
03.03.04 – клеточная биология, цитология, гистология
14.01.20 – анестезиология и реаниматология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Владивосток
2011
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования
«Владивостокский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор
Мотавкин Павел Александрович
доктор медицинских наук, профессор
Шуматов Валентин Борисович
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор
Черток Виктор Михайлович
ГОУ ВПО ВГМУ Минздравсоцразвития России
доктор медицинских наук, профессор
Шевченко Владимир Петрович
ФГУ «Новосибирский научно- исследовательский
институт травматологии и ортопедии
Минздравсоцразвития России
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Амурская государственная
медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального
развития Российской Федерации
Защита диссертации состоится « 03 » июня 2011 г.
на заседании диссертационного совета Д 208.007.01 при ГОУ ВПО
«Владивостокский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения и социального развития
Российской Федерации по адресу: 690002, г. Владивосток,
пр. Острякова, 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Владивостокского государственного медицинского университета
по адресу: 690002, г. Владивосток, пр. Острякова, 2.
Автореферат разослан «_____» _______________2011 года
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук, профессор
2
Г.В. Рева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Проблема тяжелой черепно-мозговой
травмы привлекает внимание исследователей в течение многих лет.
Гигантские масштабы современного травматизма сделали ее не только
медицинской, но и острой социальной (Бабаян Е.Б., Зельман В.Л.,
Полушин Ю.С., 2005). Это обусловлено массовостью ее распространения
среди лиц молодого и младшего среднего возраста, высокой летальностью
и инвалидизацией пострадавших (Коновалов А.Н. и соавт., 2002).
В процессе развития травматической болезни головного мозга, в
области его поражения возникает сложный комплекс анатомических и
патофизиологических процессов как со стороны ткани мозга, так и
сосудистой системы, что ведет к нарушениям его функций (Шевцов
В.И., 2003, Armin, S.S., 2006; Dorsch, N.W., 1993). Эти нарушения
провоцируются не только прямым (первичным) травматическим
воздействием, но и вторичными факторами, среди которых важную
роль играют ишемические осложнения, обусловленные влиянием
вазоактивных веществ (Стороженко И.Н, Вахницкая В.В., 2001, Крылов
В.В., 2005; Ромодановский П.О., 1994).
Нарушение микроциркуляции и, как следствие, гипоксия
головного мозга, возникают при дискоординации физиологического
цикла
(сокращение
–
расслабление)
гладкой
мускулатуры
микрососудов, которое происходит при нарушении баланса между
констрикторными и вазодилататорными факторами, секретируемыми
эндотелием сосудов (Рябов Г.А., 1988, 1994; Ананин В.Ф., 1996;
Георгиева С.А., Бабиченко Н.Е., Пучиньян Д.М., 1993). Важнейшими
патогенетическими звеньями травматического повреждения головного
мозга являются эндотелиальная дисфункция и нарушение целостности
гематоэнцефалического барьера. Учитывая важную биорегуляторную
роль оксида азота (NO) в организме, нарушения, возникающие в
нитроксидергической системе представляют собой ключевое звено в
патогенезе эндотелиальной дисфункции и, как следствие, нарушения
микроциркуляции (Гомазков О.А., 1998; Денисов Е.Н., 2008).
3
Одним из важнейших трансмиттеров, участвующих в регуляции
местного сосудистого тонуса, выступает оксид азота, но в момент
травмы он может оказывать токсическое действие и на ткань мозга,
усиливая ее повреждение (Семченко В.В., 2002, Голиков П.П., 2003).
В настоящее время одним из маркеров нейронального
повреждения является белок S-100, выброс которого в кровеносное
русло связывают лишь с нарушением целостности ГЭБ (Marchi N., Rasmussen P., 2003). Однако роль его в прогнозировании тяжести черепномозговой травмы и определении степени повреждения мозговой ткани
до конца не ясна.
Несмотря на многочисленность проведенных исследований,
следует признать, что в связи со сложностью происходящих в ЦНС
процессов,
большим
многообразием
патофизиологических,
биохимических и морфофункциональных изменений, работа по
изучению
патогенеза
черепно-мозговой
травмы
и
роли
нитроксидергической системы в этом процессе далека от полного
клинического завершения.
Цель
исследования:
Выявить
закономерности
морфофункциональных преобразований капилляров головного мозга в остром
периоде черепно-мозговой травмы.
1.
2.
3.
4.
Задачи исследования:
Изучить качественные и количественные показатели, характеризующие
капилляры коры головного мозга в остром периоде черепно-мозговой
травмы у экспериментальных животных.
Исследовать нитроксидпозитивные капилляры головного мозга в
динамике развития черепно-мозговой травмы у крыс.
Определить количественное содержания конечных метаболитов
оксида азота в плазме крови у животных и человека в остром периоде
черепно-мозговой травмы.
Изучить динамику маркера нейронального повреждения (белка S100) при черепно-мозговой травме с целью оценки состояния ГЭБ и
степени тяжести травмы.
4
Научная новизна. Впервые получены данные о качественной и
количественной перестройке микроциркуляторного русла коры
головного мозга в остром периоде тяжелой черепно-мозговой травмы.
Установлено, что реакция микроциркуляторного русла в значительной
степени зависит от активности NO в стенке капилляра. Это косвенно
подтверждается уровнем его стабильных метаболитов в крови.
Показана зависимость количественного содержания маркера
нейронального повреждения (белка S-100) в крови человека с черепномозговой травмой от сроков острого периода, характера повреждения
головного мозга, прогноза течения заболевания.
Теоретическое и практическое значение работы. Полученные
материалы о структурно-функциональной организации и компенсаторных
возможностях капиллярного русла головного мозга при ЧМТ являются
частью фундаментальных исследований в области нейробиологии,
которые служат теоретической базой для изучения патогенеза ЧМТ.
Сведения о динамике нитрита и белка S-100 представляют интерес
для специалистов экспериментальной и практической медицины в
диагностике степени повреждения головного мозга при ЧМТ.
На основании полученных результатов лабораторных и
клинических исследований могут быть разработаны рекомендации для
практического здравоохранения (врачей анестезиологов-реаниматологов,
нейрохирургов) по совершенствованию диагностики травматического
повреждения головного мозга путем дифференцированного подхода к
оценке степени и характера его повреждения.
Положения, выносимые на защиту:
1. В процессе развития травматической болезни головного мозга
происходят
качественные
и
количественные
изменения
морфометрических показателей капилляров коры, выраженность
которых зависит от времени, прошедшего после нанесения травмы.
2. При травматической болезни головного мозга, наряду с локальными
процессами (нарушение образования NOS в эндотелии), происходит
также повышение экспрессии оксида азота в кровоток.
5
3. При отрицательной динамике течения тяжелой черепно-мозговой
травмы, происходит массивный выброс в кровеносное русло белка S –
100, что свидетельствует о продолжающемся патологическом процессе
в головном мозге и возникновении вторичных реперфузионных
повреждений.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на
VIII Тихоокеанской научно-практической конференции студентов и
молодых ученых с международным участием (Владивосток, 2007), На
IX Тихоокеанской научно-практической конференции студентов и
молодых ученых с международным участием, посвященной 50-летию
ГОУ ВПО ВГМУ Росздрава (Владивосток, 2008), на V Дальневосточном
региональном конгрессе с международным участием «Человек и
лекарство» (Владивосток, 2008), на X Тихоокеанской научнопрактической конференции студентов и молодых ученых с
международным участием (Владивосток, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12
печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132
страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора
литературы, материалов и методов исследования, 5 глав собственных
данных, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 24
рисунками и 7 таблицами. Список литературы содержит 244
литературных источника, из них 169 принадлежат отечественным и 75
зарубежным авторам.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материал и методы исследования. Для решения поставленных
задач в настоящей работе использован комплекс морфологических,
гистохимических,
фотометрических
экспериментальных
и
статистических методов исследования.
При проведении экспериментов на лабораторных животных
руководствовались приказом № 755, Министерства здравоохранения
6
СССР от 12 августа 1977 года “О мерах по дальнейшему
совершенствованию организационных форм работы с использованием
экспериментальных животных”, и стандарта отрасли «Правила
проведения качественных клинических испытаний в Российской
Федерации» ОСТ 42 5П 99 (утв. Минздравом РФ 29.02. 1998 г.).
Животные содержались в виварии в соответствии с «Санитарными
правилами
по
устройству,
оборудованию
и
содержанию
экспериментально-биологических клиник» от 6.04.1993. Кормление
осуществлялось в соответствии с нормами, утвержденными МЗ СССР
от 10.03.1996 г., №163. Все исследования проводили согласно
разрешению этического комитета протокол № 1 от 04.10.2010 г.
Экспериментальная часть работы выполнена на половозрелых
белых крысах линии Вистар, массой 180-300 г (n =54). Животные были
разделены на контрольную и экспериментальную группы. Эти группы
были разделены на 4 подгруппы в зависимости от метода
идентификации микроциркуляторного русла. У первой подгруппы мозг
исследовался на NADPH-диафоразу по методу Hope, Vinsent (1989),
который позволяет судить не только о гистохимической локализации
нейрональной NO-синтазы (NOS), но и об активности этого фермента в
клетках. У второй подгруппы микроциркуляция исследовалась методом
заливки тушью сосудистой системы. Инъекцию сосудистокапиллярной сети мозга осуществляли смесью тушь-желатин. Также
срезы мозга окрашивались гематоксилин-эозином и по методу Ниссля.
Объектом исследования служила кора больших полушарий
головного мозга лабораторных животных. Использована модель
нанесения дозированной тяжелой ЧМТ по методике Соколовой Т.Ф.
(1986г.), обеспечивающей получение у разных животных одинаковой по
степени тяжести ЧМТ. Все исследования проводились в динамике: без
патологии, через 24, 72 часа и 7 суток после травмы. У каждого
животного сравнивали участки мозга в зоне поражения (в зоне так
называемой пенумбры) и аналогичные участки в интактном полушарии.
Оценивался диаметр капилляров (мкм), объемная плотность
7
микроциркуляторного русла (мм), площадь обменной поверхности
(мм2) и активность фермента (NADPH-диафоразы). В эти же сроки
проводился забор крови у экспериментальных животных для
исследования метаболитов NO.
Клиническое исследование проводилось на базе отделения
реанимации и интенсивной терапии МУЗ ГКБ № 2 г. Владивостока.
В работе представлены результаты обследования 30 пациентов в
возрасте 18 – 60 лет с острой изолированной тяжелой черепно-мозговой
травмой. Исключение больных из дальнейшего исследования
проводили в следующих случаях:
- сочетание черепно-мозговой травмы с тяжёлым повреждением
опорно-двигательного аппарата;
- указание в анамнезе и выявленная при обследовании грубая
сопутствующая соматическая или неврологическая патология;
- из исследования также исключались беременные женщины и дети
младше 18 лет.
В основную группу вошли пациенты, у которых за время
пребывания в отделении реанимации производился 3-кратный забор
крови в первые 12 часов, через 24 часа и на 7 сутки с момента травмы.
Эта группа была разделена на две подгруппы по исходу травмы: в
первую вошли 14 человек с благоприятным исходом (выжившие), во
вторую - 16 пациентов с неблагоприятным исходом.
Иммуноферментный анализ уровня белка S100 в плазме крови
проводился с применением системы Eleksys S-100. Анализ ELECSYS
S100 – это сэндвич–метод, основанный на иммуноферментном анализе,
предназначенный для использования на автоматических анализаторах и
способный выявлять В-субъединицу S100 в сыворотке крови.
Оценку состояния нитроксидергической системы у человека и
экспериментальных животных проводили путем определения
ближайшего стабильного метаболита оксида азота(II) – нитрита в
плазме крови по методу Грисса на спектрофотометре при длине волны
546 нм. В качестве стандарта использовался нитрит натрия.
8
Полученные в результате исследования данные обрабатывали
методом вариационной статистики с определением средней
арифметической, стандартной ошибки средней арифметической,
критерия достоверности. Для оценки значимости цифровых данных
применяли t-критерий Стьюдента. Значения доверительного интервала,
p < 0,05, считалось статистически достоверным.
Результаты исследований и их обсуждение
На МРТ-томограммах головного мозга подопытных животных
выявились следующие изменения: средний размер очага повреждения
после нанесения травмы составил в среднем 5,3 мм куб., был
локализован в правой теменно-височной области и распространялся на
кору, а в ряде случаев и на нижележащие структуры. Зона травмы в
первые часы была представлена очагом размозжения (занимающим 2/3
от всего объема повреждения) с небольшим контуром перифокального
отека (так называемая пенумбра). Изменение объема пенумбры у крыс
на МРТ отражает степень выраженности вторичного повреждения
головного мозга.
Спустя 24 часа происходило нарастание отека, и соотношение их
менялось: зона пенумбры составила 2/3 от объема повреждения и
превысила
размеры гематомы в 2 раза. Объем гематомы имел тенденцию к
снижению, начиная с 24 часов. Это соответствует принятой на
сегодняшний день концепции о том, что нарастание отека происходит к
концу первых суток после получения травмы с пиком на 3 сутки.
Макроскопически травматический очаг размозжения определялся
в правой теменно-височной области, имел неправильную форму, с
размерами 1,00,50,5 см. Ушиб головного мозга тяжелой степени
характеризовался разрушением ткани мозга с разрывом мягких
мозговых оболочек. Первичный очаг травматического некроза
захватывал кору и субкортикальную зону. В ткани мозга наблюдалось
скопление свернувшейся крови буровато-красного цвета, с разрушенным
9
веществом мозга (детрит), желтовато-красного цвета. Вокруг была
видна тонкая полоска диффузного геморрагического пропитывания.
Окружающая мозговая ткань белесоватого цвета. Целостность мягкой
мозговой оболочки над описанным участком была нарушена.
Локализация очага совпадала с локализацией, описанной по МРтомограммам.
Морфологические исследования при окраске гематоксилинэозином и методом Ниссля показали, что у экспериментальных
животных
наблюдались
обширные
ушибы,
представленные
бесструктурными массами, с геморрагическим инфарцированием,
захватывающие кору теменно-височной области большого мозга справа.
В большинстве случаев ушиб мозга был представлен компактным
очагом,
имбибированным
кровью.
Нередко
встречающиеся
внутримозговые кровоизлияния были больших размеров по объему
повреждения и площади распространения – до 6,0 мм куб.
Кровоизлияние было представлено скоплением в ткани мозга
гемолизированных и частично сохранившихся эритроцитов. На
периферии его видны макрофаги, нагруженные бурым пигментом –
гемосидерином.
В мозговом веществе перифокальной зоны отмечались отек,
гиперемия мелких сосудов коры и подкоркового белого вещества:
прекапилляров и капилляров, формирующих сети, перикакапиллярный
отек. В нервных клетках наблюдались выраженные деструктивнодистрофические изменения: хроматолиз и гибель нейронов, появление
ишемических нейронов, признаками первичного аксонального
раздражения (транснейрональные изменения).
В сером веществе появлялись очаги ганглиозноклеточных
запустений, в белом веществе - деструктивные изменения в нервных
волокнах и нервных пучках.
К 7 суткам происходило очищение очагов первичного
травматического некроза, гиперплазия микроглиоцитов, размножение
фагоцитов, появление новообразованных сосудов.
10
Описанные выше морфологические изменения были наиболее
выраженными в непосредственной близости от очага ушиба, т.е. в
перифокальной зоне, и постепенно ослабевали по мере удаления от него
Экспериментальные изучения капилляров больших полушарий
позволило установить, что микроциркуляторное русло головного мозга
в остром периоде черепно-мозговой травмы претерпевает выраженные
качественные и количественные изменения, затрагивающие как
травмированное, так и интактное полушарие.
Проведенные нами исследования не выявили достоверных
различий в диаметре, плотности капилляров и в площади обменной
поверхности обоих полушарий у интактных животных. Однако диаметр
капилляров при заливке тушью был достоверно меньше, чем при
окраске на NADPH-диафоразу (табл.1). По всей вероятности такая
разница в диаметре капилляров при различных методах их
идентификации обусловлена тем, что тушь заполняет только просвет
капилляра, а NО-синтаза, вырабатываемая в эндотелиоцитах,
визуализируется в стенке, и верифицирует его наружный диаметр. Здесь
следует отметить, что при инъекции сосудистого русла мозга тушью
капилляры коры головного мозга, выявляются с большей полнотой (в 3
раза больше), чем гистохимическим методом на NADPH-диафоразу.
Объяснение кроется в том, что синтез эндотелий-зависимого
релаксирующего фактора оксида азота сосредоточен в резистивных
сосудах, и по мере уменьшения диаметра микрососудов, количество
фермента постепенно уменьшается. Не исключено также, что
гистохимический метод позволяет выявлять лишь функционально
активные капилляры, эндотелий которых в момент фиксации
секретирует NO. Этим можно объяснить более низкую плотность при
гистохимическом методе.
В первые сутки после травмы в поврежденном полушарии
головного
мозга
происходит
выраженная
редукция
микроциркуляторного русла. Выявляется неравномерное “обеднение”
сосудистого рисунка. Образование мало- и бессосудистых зон при
11
наливке тушь-желатином сосудистого русла, является одним из
основных ранних признаков тяжелого травматического повреждения
головного мозга. Размеры и форма очагов гипоперфузии значительно
варьируют, характерно их ассиметричное расположение. При наливке
сосудистого русла тушью выяснено, что к концу первых суток реакцией
на повреждение является значительное достоверное сужение
капилляров как на стороне травмы (на 36%), так и на интактной стороне
(на 28%) и уменьшение относительной плотности капилляров на
травмированной стороне на 38% от исходного. В тоже время на
симметричном участке в интактном полушарии наблюдался
значительный рост плотности капилляров - на 35% от исходных
величин. Площадь обменной поверхности капилляров сократилась в 2,5
раза на стороне травмы.
При окраске на NADPH-диафоразу на интактной и на
травмированной стороне диаметр достоверно не отличался от исходного,
но имел тенденцию к сужению диаметра на стороне травмы. Кроме того,
в поврежденном полушарии стенка капилляра была неравномерной,
имела выраженные углубления и выпячивания. Такие изменения,
возможно, связаны либо с неоднородным распределением фермента,
либо с отеком и деформацией эндотелиоцитов, описанных в литературе.
Плотность NADPH-диафораза-позитивных капилляров достоверно
возрастала как на стороне травмы (на 21%), так и на противоположной
стороне (на 12%). Несмотря на уменьшение их диаметра, происходило
возрастание площади обменной поверхности с обеих сторон по
сравнению с нормой (на 29% в интактном и на 25% в травмированном).
Активность NADPH-диафоразы в стенке капилляров коры к концу
первых суток течения травматического процесса значительно возрастала
практически в 2 раза от исходной величины (табл.1).
Через 72 часа сохранялась тенденция к сужению диаметра
нитроксидергических капилляров от исходных величин, как на стороне
травмы (на 14%), так и на интактной стороне (на 11%). Отмечалось
достоверное повышение плотности капилляров с положительной
12
реакцией на NADPH-диафоразу в травмированном полушарии (в 1,7
раз), и на противоположной стороне (в 2,1 раза). К концу 3 суток, по
мере прогрессирования патологического процесса, наступает
незначительный спад активности NO-cинтазы, что выражается в
снижении
активности
NADPH-диафоразы
в
травмированном
полушарии на 12 % (табл.1).
При инъекции тушью в обоих полушариях визуализировалось
множество узких капилляров, диаметр которых достоверно отличался
от исходных величин в 1,5 раза. На третьи сутки отмечались увеличение
плотности капилляров и площади обменной поверхности на стороне
травмы в 2 раза по сравнению с предыдущим этапом исследования. При
этом величины достоверно не отличались друг от друга в обоих
полушариях. Снижение плотности капилляров маркированных тушью в
травмированном полушарии возможно связано с феноменом "no
reflow", когда реперфузия после травмы на нормальном уровне АД не
может восстановить кровоток: после полного или почти полного
прекращения кровообращения в очаге повреждения замедляется
циркуляция крови в неповрежденных сосудах (в зоне так называемой
пенумбры), расположенных около очага. Учитывая выявленное к концу
первых суток сужение просвета капилляра (как при инъекционном
методе, так и при гистохимическом), можно предположить, что
происходит «закрытие» капилляра из-за отека структурных образований
его стенки (набуханием клеток эндотелия) и окружающих капилляр
тканей мозга и формированием эндотелиальной дисфункции [Иванов
В.С. с соавт., 1993].
В сравнении с предыдущим этапом исследования к 7 суткам
происходило достоверное увеличение диаметра NADPH-диафоразапозитивных капилляров как на травмированной, так и на интактной
стороне. При этом диаметр капилляров на стороне травмы
восстанавливался до исходных величин, а в контралатеральном
полушарии диаметр капилляров превышал контрольные значения пока
зателя на 14%. Достоверно снижалась плотность нитроксидергических
13
Таблица 1
Морфологические показатели капилляров в коре больших полушарий головного мозга крысы
при черепно-мозговой травме.
14
Исследуемый Метод
показатель
идентиф
икации
Исследуемое
полушарие
Контрольная
группа
Диаметр
капилляров,
мкм
NO
интактное
травма
интактное
травма
6,10±0,19
6,04±0,16
5,33±0,1
5,35±0,12
6,45±0,32
5,85±0,35
3,8±0,21*
3,44±0,32*
5,45±0,25*/**
5,2±0,1*/**
3,99±0,16*
4±0,17*
6,44±0,06*/**
6,04±0,04**
6,1±0,14*/**
5,87±0,12**
Плотность
капилляров,
в 1 мм3, мм
NO
тушь
интактное
травма
интактное
травма
210±5
218±6
610±28
620±32
239±17*
260±16*
852±48*
378±21*
348±13*/**
310±7*/**
768±35*
788±29*/**
255±16*/**
268±13*/**
450±28*/**
560±53**
Площадь
NO
обменной
поверхности, тушь
мм2
интактное
травма
интактное
травма
4022±124
4134±127
10209±569
10215±543
4840±452*
4775±454*
10166±647
4083±286*
5955±338*/**
5061±474*
9621±376**
9897±438*/**
5156±331*/**
5082±104*
8619±477*/**
10321±748**
тушь
Период ЧМТ
1 сутки
3 сутки
7 сутки
Активность
6,73±0,54
9,82±0,24*
8,63±0,67*/**
7,45±0,42**
NO
фермента,
ЕОП
Достоверность: * - различия значимы по сравнению с контрольной группой (р < 0,05)
** - с предыдущими сутками (р < 0,05)
капилляров, которая составила на травмированной стороне 114%, а на
интактной - 109% от исходных величин.
Менее выражено изменялась площадь обменной поверхности,
оставаясь, тем не менее, на 30% выше, чем у интактных животных с
обеих сторон. На 7 сутки течения патологического процесса происходит
значительное уменьшение активности фермента до 7,45±0,42 ЕОП в
клетках эндотелия капилляров, что соответствует нормальным
значениям. При инъекционном методе также имело место достоверное
расширение просвета капилляров, как на стороне травмы, так и на
интактной стороне в сравнении и с предыдущим этапом исследования и
с исходными данными. Тенденция к нормализации величины диаметра
капилляров в обоих полушариях при различных методах их
идентификации может свидетельствовать о включении компенсаторных
механизмов, способствующих уменьшению отека и деформации
эндотелия. При этом плотность русла в травмированном полушарии
была достоверно больше, чем в интактном (разница с нормой составила
26% и 1% соответственно). Аналогичные изменения коснулись площади
обмена (табл.1).
При исследовании уровня оксида азота в крови отмечалась
сходная динамика NO в плазме крови, как в эксперименте, так и в
клиническом течении ЧМТ. Сразу после травмы наблюдалось
увеличение уровня оксида азота в крови. Средние величины NO были
самыми высокими в первые часы и за 7-дневный контрольный период
возвращались к нормальным. Отмечалось резкое падение количества
NO в крови к концу первых суток. К 3 суткам уровень NO в крови
находился уже в пределах нормальных величин. Через 7 суток течения
травматической болезни головного мозга значения NO в крови
экспериментальных животных и человека не выходили за пределы
референсных значений (рис. 1, 2).
Мы наблюдали, что в течении травматической болезни существует
2 временных промежутка, когда происходит выброс NО: в первые часы
15
после травмы и на 3 сутки. Это согласуется с результатами ряда
исследователей [Ziaja M., Pyka J., Machowska A.at al, 2007].
Рис. 1. Уровень NO в сыворотке крови пациентов с ТЧМТ.
Рис. 2. Уровень NO в сыворотке крови экспериментальных животных.
Начальный непосредственный пик NO в крови после травмы
происходит, вероятно, из-за деятельности эндотелиальной NO-синтазы
и нейрональной NO-синтазы как физиологическая реакция на травму.
Вполне вероятно, что очень быстрое снижение NO к концу 1 суток
происходит через его преобразования в другие продукты реакции, такие
как
пероксинитрит,
которые
далее
неблагоприятно
влияют
на
поврежденную ткань. Возможно также, что снижение NO к концу 1
16
суток связано со снижением мозгового кровотока и, как следствие,
наблюдается уменьшение диаметра капилляров, снижение плотности
капиллярной сети поврежденном полушарии к концу первых суток.
Второй пик NO на 3 сутки, по-видимому, происходит в результате
активации NO-синтазного пути образования оксида азота, и прежде
всего прежде всего деятельностью iNOS, поскольку увеличение уровня
нитрита почти в 2 раза выходящее за пределы нормальных значений
вряд
ли
возможно
в
результате
активации
нейрональной
и
эндотелиальной NO-синтаз [Bayir H., Kagan V.E., 2005]. Уровень
метаболитов NO в крови, повышенный при ЧМТ, согласуется с уровнем
NO в поврежденной ткани мозга.
Таким образом нарушение продукции оксида азота эндотелием
сосудов головного мозга можно рассматривать как проявление
эндотелиальной дисфункции, усугубляющейся при отрицательной
динамике течения тяжелой черепно-мозговой травмы. Изменения
проницаемости гематоэнцефалического барьера могут возникать уже с
первых минут травмы. Первичное повышение проницаемости
капилляров головного мозга происходит в результате повреждения
клеточных мембран эндотелия, повреждения соединений между
эндотелиальными клетками.
Возникновение неадекватной проницаемости барьера способствует
проникновению нейроспецифических белков в кровь. Поскольку
эндотелиальная дисфункция и нарушение целостности ГЭБ являются
важнейшими
патогенетическими
звеньями
травматического
повреждения головного мозга, нарушения в нитроксидергической
системе являются ключевым звеном в патогенезе эндотелиальной
дисфункции. В свою очередь экспрессия белка S-100 в кровеносное
русло происходит лишь при нарушении целостности ГЭБ.
При исследовании уровня белка S-100 в крови пациентов с
тяжелой черепно-мозговой травмой были получены следующие
17
результаты. В первые часы после травмы отмечалась достоверная
разница между уровнями белка S-100 в группах выживших и умерших
пациентов. Уровень белка в группе умерших пациентов в этот
временной промежуток был в 3,3 раза выше, чем в группе выживших
(рис. 3). У всех выживших пациентов имело место достоверное
снижение уровня белка S – 100 к 24 часам в среднем на 75% с
последующим более плавным снижением вплоть до нормализации к 7
суткам. В группе умерших пациентов к концу первых суток снижение
носило недостоверный характер. На 7 сутки уровень S-100 был в группе
пациентов
с
летальным
исходом
в
3,2
раза
выше
нормы.
S100, мкг/л
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
2,79
0,83
1е сутки до 12 часов
Умершие
пациенты
Выжившие
пациенты
0,84
0,32
0,09
0,21
24 часа
7 сутки
Рис. 3. Динамика белка S 100 в зависимости от исхода травматического
повреждения головного мозга.
Это объясняется тем, что при отрицательной динамике течения
тяжелой черепно-мозговой травмы, нарушение ГЭБ наблюдается в
течение длительного времени, следовательно, поступление S-100 в
кровь может быть более продолжительным. В таких случаях уровень
белка S – 100 снижается незначительно, остается неизменным или же
может повышался. Такое волнообразное изменение уровня белка
свидетельствует о продолжающемся патологическом процессе в
головном мозге и возникновении вторичных реперфузионных
повреждений. А в случае благоприятного исхода ЧМТ, тенденция к
значительному достоверному снижению уровня белка S – 100 наглядно
прослеживается уже на 2 сутки болезни.
18
Поскольку всем пациентам КТ головного мозга проводилось на 2е
сутки и при необходимости на более поздних сроках, характер
повреждения головного мозга был известен (табл. 2).
Таблица 2
Уровень белка S-100 в зависимости от вида травматического
повреждения головного мозга (по данным КТ)
Вид
повреждения
Уровень белка S-100, мкг/л
Контрольная группа
Эпидуральная
гематома
ДАП
Внутримозговая гематома
Контузионные
очаги
0,00 - 0,10
1 сутки
(до 12 ч)
24 часа
7 сутки
0,42± 0,15*
0,24±0,1**
0,09±0,06*
0,68±0,02*
0,32±0,03*
0,17±0,06*/*
6,85±2,12*
0,77±0,41*
0,28±0,01
7,96±2,56*
0,41±0,2
0,21±0,02
* - различия значимы по сравнению с контрольной группой (р < 0,05).
В случае диагностирования у пациентов эпидуральной гематомы,
уровень маркера при поступлении был в 4,5 раз больше нормы, который
к концу первых суток снижался недостоверно, но уже к 7 суткам
происходил достоверный регресс показателя до нормальных цифр. При
диффузном аксональном повреждении, исходный уровень маркера был
достоверно выше, чем в случае с эпидуральной гематомой в 7 раз по
сравнению с нормальными значениями, но на 7 сутки нормализации
показателя не наблюдалось и составляла 2 нормы). Такая длительная
экспрессия
маркера
в
циркуляторное
русло
обусловлена
продолжающимся патологическим процессом. В группе пациентов со
сдавлением головного мозга внутримозговыми гематомами различной
локализации уже в первые часы после поступления наблюдались более
высокие цифры белка, чем в предыдущих группах, в среднем в 70 раз по
сравнению с нормальными величинами. К 7 суткам, они значительно
уменьшались, оставаясь повышенными в 3 раза от нормы. Такая же
19
динамика получена при обследовании пациентов с множественными
контузионными очагами различной локализации.
Анализируя полученные данные, обращает на себя внимание
различие в исходных уровнях белка S-100 в зависимости от характера
повреждения. Быстрая нормализация показателя и отсутствие значимых
подъемов в последующие сутки объясняется тем, что после
хирургического устранения причины, которое проводилось в первые 2
суток с момента травмы, не происходило выраженного разрушения
ткани мозга, что клинически выражалось в восстановлении сознания до
оглушения в среднем на 9 сутки и благоприятном исходе. При
массивном повреждении ткани мозга возникает более выраженное и
продолжительное нарушение ГЭБ, которое проявляется нарушением
физиологических механизмов регуляции микроциркуляции, и
нарушением образования NO в стенке капилляров. Это приводит к
неадекватной проницаемости барьера, что способствует проникновению
нейроспецифических белков в кровь.
Таким образом, мы получили данные, подтверждающие
возникновение эндотелиальной дисфункции при ТЧМТ, что выражается
в нарушении нарушении целостности ГЭБ. Дискоординация эндотелийзависимых механизмов регуляции тонуса сосудов сопровождаются
нарушением продукции NO в стенке сосуда. Микроскопически
наблюдаются выраженные качественные и количественные изменения
микроциркуляторного русла головного мозга в остром периоде черепномозговой травмы. Обнаруженный в ранние сроки ЧМТ выброс в
кровеносное русло маркера повреждения головного мозга подтверждает
нарушение целостности ГЭБ.
20
ВЫВОДЫ
1. При тяжелой черепно-мозговой травме у экспериментальных животных
возникает выраженное расстройство кровообращения в зоне первичного
и вторичного повреждения коры головного мозга, которое выражается в
отеке стенок микрососудов, уменьшении их просвета, изменении
плотности сосудистого русла.
2. Реакция капиллярного русла коры больших полушарий в острый период
травмы начинается с уменьшения диаметра капилляров и их плотности,
а также площади обменной поверхности.
3. В формировании ответной реакции капилляров коры головного мозга на
травму вовлекается капиллярная сеть и интактного полушария, что
проявляется в нарастании показателя плотности капилляров при
снижении их диаметра, при этом площадь обмена остается на прежнем
уровне.
4. Течение травматической болезни головного мозга сопровождается
увеличением активности NO-синтазы в стенке капилляра, которая
возрастает на 46% в течение первых суток.
5. При тяжелой черепно-мозговой травме, существует 2 временных
промежутка, в течение которых происходит выброс NО в кровеносное
русло: в первые часы и на 3 сутки после травмы, когда уровень
метаболитов NO в крови повышается в 1,5 раза по сравнению с
нормальными величинами.
6. При тяжелой черепно-мозговой травме происходит массивный выброс в
кровеносное русло маркера повреждения головного мозга (белка S-100),
что доказывает нарушение целостности ГЭБ. На основании результатов
мониторинга содержания белка S-100 возможен ранний прогноз течения
и исхода травмы.
7. Содержание белка S100 в плазме крови пациентов с тяжелой черепномозговой травмой зависит от характера и тяжести повреждения
головного мозга. При благоприятном течении, начиная с конца 1 суток
болезни отмечается постепенное снижение количества белка.
21
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ,
ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Характеристика
нитроксидергических
капилляров
в
экспериментальной модели черепно-мозговой травмы у крыс / Полещук
А.В., Дроздов К.А., Тарасенко В.Е. и др. // Материалы VIII-й
Тихоокеанской научно-практической конференции
студентов и
молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы
экспериментальной, профилактической и клинической медицины».Владивосток, 2007. - С. 30.
2. Реакция микроциркуляторного русла в экспериментальной модели
черепно-мозговой травмы у крыс / Тарасенко В.Е, Полещук А.В.,
Молдованов М.А. и др. // Вестник интенсивной терапии. – 2008. - N5
(приложение). – С. 36.
3. Церебропотекторная терапия у больных с изолированной тяжелой
черепно-мозговой травмой / Тарасенко В.Е., Полещук А.В., Молдованов
М.А. и др. // Вестник интенсивной терапии. – 2008. - N5 (приложение). –
С. 27.
4. Анализ экстенивных, интенсивных показателей и сроков
нахождения в стационаре пациентов с изолированной ТЧМТ по данным
МУЗ ГКБ №2 г. Владивостока / Патлай И. В., Молдованов М.А.,
Тарасенко В.Е., Полещук А.В. // Материалы IX-й Тихоокеанской
научно-практической конференции студентов и молодых ученых с
международным участием, посвященной 50-летию ГОУ ВПО «ВГМУ»
Росздрава «Актуальные проблемы экспериментальной, профилактической
и клинической медицины». – Владивосток, 2008. – С. 222 223.
5. Молдованов М.А., Тарасенко В.Е., Полещук А.В. Анализ
экстенивных, интенсивных показателей и сроков нахождения в
стационаре пациентов с изолированной ТЧМТ по данным МУЗ ГКБ №2
г. Владивостока // Материалы V Дальневосточного регионального
конгресса с международным участием «Человек и лекарство». –
Владивосток, 2008. – С. 101.
22
6. Молдованов М.А., Тарасенко В.Е., Полещук А. В. Анализ
экстенивных, интенсивных показателей и сроков нахождения в
стационаре пациентов с изолированной ТЧМТ по данным МУЗ ГКБ №2
г. Владивостока // Тихоокеанский медицинский журнал. – 2008. - №4. –
С. 89.
7. Молдованов М.А., Тарасенко В.Е., Полещук А. В. Диагностика и
мониторинг нейронального повреждения у пациентов с изолированной
тяжелой черепно-мозговой травмой // Тихоокеанский медицинский
журнал. - 2008. - №4. – С. 70-72.
8. Клименко В.Е., Молдованов М.А., Полещук А.В. Реакция
нитроксидергических капилляров головного мозга при черепномозговой травме в эксперименте // Материалы X-й Тихоокеанской
научно-практической конференции студентов и молодых ученых с
международным участием «Актуальные проблемы экспериментальной,
профилактической и клинической медицины». - Владивосток, 2009. - С. 186.
9.
Клименко В.Е., Молдованов М.А., Полещук А.В. Реакция
микроциркуляторного русла головного мозга при черепно-мозговой
травме в эксперименте // Материалы X-й Тихоокеанской научнопрактической конференции студентов и молодых ученых с
международным участием «Актуальные проблемы экспериментальной,
профилактической и клинической медицины». – Владивосток, 2009. - С. 187188.
10. Диагностика и мониторинг нейронального повреждения при
тяжелой черепно-мозговой травме / Молдованов М.А., Клименко В.Е.,
Полещук А.В. и др. // Общая реаниматология. – 2010. - №1. – С.17-21.
11. Состояние капилляров микроциркуляторного русла головного
мозга в остром периоде экспериментальной черепно-мозговой травмы /
Клименко В.Е., Молдованов М.А., Полещук А.В. и др. // Общая
реаниматология. – 2010. - №2. – С. 10-14.
12. Исследование динамики повреждения мозга крыс при черепномозговой травме методом магнитно-резонансной томографии / Дроздов
К.А., Полещук А.В., Клименко В.Е., Молдованов М.А. // Тихоокеанский
23
медицинский журнал. – 2011. - №1. – С. 94-96.
24
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АД – артериальное давление
ЧМТ - черепно-мозговая травма
ВЧД – внутричерепное давление
NADPH-диафораза
–
ГЭБ – гематоэнцефалический
никотинамидадениндинуклеотид
барьер
фосфат-диафораза
ГМК – гаммаоксимасляная
NO - оксид азота
кислота
NOS - нитрооксидсинтаза
КТ – компьютерная томография
iNOS - индуцибельная NOS
МРТ – магнитно-резонансная
eNOS - эндотелиальная NOS
томография
nNOS – нейрональная NOS
ТЧМТ – тяжелая черепноGCS - Glasgow-Coma-Scale
мозговая травма
(шкала ком Глазго)+
Клименко Виктория Евгеньевна
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАПИЛЛЯРОВ
ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВОЙ ТРАВМЕ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Подписано в печать 14.04.2011
Формат 60×90 1/16. Усл. п.л. 1,0.
Уч. изд. л. 0,75. Тираж 100 экз. Заказ 112
Отпечатано на участке оперативной полиграфии
типографии ООО «Рея»
г. Владивосток, ул. Адм. Юмашева, 12б
25