Научные стремления 2011-1

Л.В. Поздняк 1, В.В. Казбанов 1, А.Н. Осипенко 2, С.Г. Пашкевич 1, В.В. Шулья1, Е.В. Петренко 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМНОГО ВОСПАЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОСОБЕННОСТЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ИМПЛАНТАТОВ В КОСТНОЙ ТКАНИ ЖИВОГО

ОРГАНИЗМА

1 Институт физиологии НАН Беларуси, Минск 2 Могилевский государственный университет имени А.А. Кулешова, Могилев

Актуальность. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к имплантационным материалам, является их биологическая совместимость. В соответствии с биологической закономерностью реакция на имплантируемые материалы и конструкции может быть различной – от простого воспаления до деструкции и отторжения имплантанта. После имплантации через определенное время может развиться системная воспалительная реакция. Эта реакция может быть связана напрямую с имплантацией, что будет свидетельствовать о недостаточно качественном уровне оперативного вмешательства. С другой стороны, воспалительный процесс может развиться вне связи с процессом имплантации (абсцессы, артриты, воспаления внутренних органов и т.д.). В любом случае необходимо в эксперименте оценить как отразится на показателях гомеостазиса присутствие имплантата при развитии системного воспалительного процесса.

Целью работы являлось проведение экспериментов по анализу содержания жирных кислот плазмы крови и эритроцитарной массы, а также модифицированных активными формами кислорода (АФК) жирных радикалов эритроцитов после имплантации конструкций с алмазоподобными покрытиями в костно-мышечную среду белых крыс до и после развития системного воспалительного процесса, вызванного внутрибрюшинным введение липополисахарида E.coli.

Материалы и методы исследования. Лабораторным животным (белым крысам-самцам, n=24) имплантировали в костно-мышечную ткань следующие образцы (1 - TiBT 1-0 (n=3), 2 - TiBT 1-0+DLC (n=3), 3 - TiBT-1-0

оксидированный (n=3), 4 - TiBT 1-0+DLC+Ag(C2=1,9% ат. Ag+) (n=3); 5 - TiBT 1-0+DLC+Ag (C2=3,8 % ат. Ag+) (n=3), 6 - TiBT 1-0+DLC+Ag (C3=6,95 % ат.

Ag+) (n=3), 7 - TiBT 1-0+TixOy+DLC+Ag (CAg=1,9 % ат. Ag+) (n=3). Операции проведены под кратковременным наркозом (ketamine-xylazine-acepromazine 55,6; 5,5; 1,1 мг/кг, соответственно, внутрибрюшинно). Методом вживления было выбрано погружение имплантата в заранее смоделированный корытообразный дефект на дорзальной поверхности теменной кости ближе к ее чешуйчатому краю. У контрольных животных выполнена ложная операция (n=3) – первый контроль. Вторую контрольную группу составили животные без оперативного вмешательства (второй контроль).

Через 1 месяц с момента имплантации у животных были взяты образцы цельной крови в объеме 2 мл из сердца (с добавлением 20 ед/мл гепарина). Далее проводили анализ содержания жирных кислот плазмы крови и

491

эритроцитарной массы методом высокоэффективной капиллярной газожидкостной хроматографии.

Результаты исследования. Было выявлено, что после внутрибрюшинного введения ЛПС, уровень жирных кислот (насыщенных – пальмитиновая и стеариновая ЖК и ненасыщенных – арахидоновая, дигомогаммалиноленовая, докозагексаеновая ЖК) плазмы крови и эритроцитарной массы изменялся по отношению к контрольным показателям (таблицы 1 и 2).

Таблица 1 – Изменение содержания жирных кислот плазмы крови у белых крыс с титановыми имплантатами, покрытыми пленками модифицированного углерода, после

внутрибрюшинного введения липополисахарида E.coli

Примечание: * – результаты, достоверно различающиеся по отношению к ложнооперированным животным;

492

▲ – результаты, достоверно различающиеся по отношению к чистому контролю

(Р<0,05)

Так, в группе крыс с титановыми имплантатами уровень пальмитиновой кислоты (28,65±0,12) плазмы крови увеличился на 12,5% по отношению к ложнооперированным животным (25,47±0,18) и на 3,2% по отношению к чистому контролю (27,76±0,28) (Р<0,05), отмечено также снижение уровня арахидоновой кислоты (9,3±0,08) на 18% по отношению к ложнооперированным животным и на 22,2% - к чистому контролю, уровень дигомо-гаммалиноленовой кислоты уменьшился на 29,2% по отношению к чистому контролю, докозагексаеновой – на 24,1% к ложнооперированным и на 14,7% - ко втотому контролю. У крыс с титановыми имплантатами, покрытыми пленками DLC, отмечено также достоверное увеличение уровня пальмитиновой кислоты, но в меньшей степени: до 7,5% по сравнению с ложнооперированными животными и без изменений по отношению к чистому контролю, уровень стеариновой ЖК оставался неизменным. В группах животных, которым имплантировали образцы из оксидированного титана, TiBT

1-0+DLC+Ag (C2=1,9% ат.Ag+), BT 1-0+DLC+Ag (C2=3,8% ат. Ag+) и TiBT 1- 0+TixOy+DLC+Ag (CAg=1,9% ат. Ag+) уровень насыщенных жирных кислот возрастал в среднем на 12-15%- по отношению к ложнооперированным животным и на 5-6% по отношению ко второму контролю (Р<0,05), у животных с имплантатами, содержащими 6,95% Ag+, содержание пальмитиновой кислоты увеличивался на 21,5% по отношению к 1 контролю и на 11,5% - ко второму контролю. Зафиксировано снижение содержания арахидоновой кислоты на 16,3% и 20,7%, соответственно. Подобные изменения в содержании ненасыщенных ЖК отмечены и для остальных групп животных, кроме группы крыс с титановыми имплантатами, покрытыми пленками DLC, у которых не отмечено снижения содержания исследуемых кислот, а, наоборот, прослежен прирост на 23% арахидоновой кислоты по отношению к ложнооперированнымживотныи и на 16,5% - по отношению к чистому контролю.

В целом, изменения в эритроцитах и в плазме крови имели схожный характер, однако изменение уровня жирных кислот в эритроцитарной массе был ниже по сравнению с таковым в плазме крови. Так, уровень пальмитиновой кислоты в эритроцитарной массе был повышен в среднем на 3,5-10,5% по отношению к ложнооперированным животным во всех исследуемых группах, с 9% до 10,5% в группах с содержанием6,95% серебра и TixOy+DLC+Ag (CAg=1,9% ат.Ag+). При этом отмечалось небольшое снижение уровня ненасыщенных ЖК, а именно: в группе крыс с TiBT 1-0+TixOy+DLC+Ag (CAg =1,9% ат.Ag+) и содержащих 6,95% Ag+ отмечено снижение уровня арахидоновой кислоты на 7,5%* и 11,36%*, соответственно (таблицы 1 и 2).

493

Таблица 2 – Изменение содержания жирных кислот эритроцитов у белых крыс с титановыми имплантатами, покрытыми пленками модифицированного углерода, после

внутрибрюшинного введения липополисахарида E.coli

Примечание: * – результаты, достоверно различающиеся по отношению к ложнооперированным животным;

▲ – результаты, достоверно различающиеся по отношению к чистому контролю ( Р≤

0,05)

Следует отметить, что изменения в составе жирных кислот эритроцитарной массы более консервативны, чем соответствующие изменения в составе липидов плазмы крови. Это подчеркивает важное значение баланса

494

ЖК, входящих в состав клеточных мембран в процессах поддержания внутриклеточного гомеостазиса.

Исследование уровня ЖК-спектра в эритроцитах и плазме крови позволяет установить сам факт наличия воспалительного процесса по снижению уровня ненасыщенных жирных кислот (особенно арахидоновой), что косвенно указывает на увеличение синтеза простагландинов по использованию пула НЖК. Данные ненасыщенные кислоты являются предшественниками простагландинов и лейкотриенов, которые, в свою очередь, активно расходуются в ходе воспалительного процесса.

Наиболее выраженными были изменения уровня жирных радикалов эритроцитов, модифицированных АФК, у групп животных, которым имплантировали титановые образцы (увеличение на 17,7%* по отношению к ложнооперированным животным (0,45±0,01) и на 35,9%▲ - чистому контролю (0,39±0,08)). Уровень жирных радикалов был повышен и в группах животных с имплантированными образцами из оксидированного титана (+17,9% по отношению к чистому контролю), и с содержанием 6,95% серебра и TixOy + DLC+Ag (CAg=1,9% ат.Ag+) (+32,2% и 48,8%, соответственно), однако эти изменения не были достоверными. У животных с имплантатами, покрытыми пленкой алмазоподобного углерода, достоверно значимых отличий в уровне жирных радикалов эритроцитов от контрольных групп не выявлено.

Выводы. Таким образом, на основании исследования уровня ЖК-спектра в плазме крови и эритроцитарной массе можно отметить, что наименьшие сдвиги в содержании насыщенных и ненасыщенных ЖК после предъявления липополисахарида прослежены в группе животных с имплантированными образцами с АПУ покрытием.

495

УДК 616.12-008:616.341

Е.О. Полещук

ВЛИЯНИЕ ОККЛЮЗИИ КРАНИАЛЬНОЙ БРЫЖЕЕЧНОЙ АРТЕРИИ НА СЕРДЕЧНУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ У КРЫС С

АДРЕНАЛОВОЙ КАРДИОМИОДИСТРОФИЕЙ

Институт физиологии НАН Беларуси, Минск

Актуальность. Изменения гемодинамики, связанное с формированием различных патологических состояний сердца, способствует нарушению работы других систем организма, в том числе желудочно-кишечного тракта. В клинике часто у больных с сердечными патологиями наблюдается ишемические повреждения кишечника различной этиологии [3]. С другой стороны, недостаток кровотока в органах пищеварения, а также последующее восстановление кровоснабжения, способствует усилению транслокации эндотоксинов из просвета кишечника во внутреннюю среду организма, активации иммунокомпетентных клеток, выделению провоспалительных веществ и образованию реактивных форм кислорода [4], что в свою очередь может утяжелять течение патологических процессов в миокарде. Кроме того, показана возможность рефлекторного сердечнососудистого ответа, вызванного активацией афферентных волокон органов брюшной полости во время абдоминальной ишемии [5]. В условиях патологического состояния сердца изменения кровотока в брюшной полости может иметь неблагоприятные последствия.

Целью настоящего исследования было изучение влияния кратковременной окклюзии краниальной брыжеечной артерии и последующего восстановления кровотока на сердечную деятельность у животных с экспериментальной адреналовой кардиомиодистрофией.

Материалы и методы исследования. Эксперименты выполнены на 21

белых крысах-самцах массой 280 – 380 г под тиопенталовым наркозам, который вводили внутрибрюшинно в дозе 70 мг/кг. Во время острого опыта животные помещались в термостабильную камеру, для доступа к органам брюшной полости проводилась срединная лапаротомия. Обратимая окклюзия краниальной брыжеечной артерии проводилась при помощи специального зажима, который накладывали на данную артерию. Брыжеечные нервы при этом оставались без повреждения.

Крысы были разделены на 2 группы. Первой проводили кратковременную 10 минутную ишемию тонкого кишечника путем окклюзии краниальной брыжеечной артерии с последующей реперфузией в течение 30 мин. Второй группе за 48 ч до эксперимента моделировали развитие кардиомиодистрофии путем внутримышечного введения 1,5 мг/кг 0,1% раствора адреналина [2], в последующем производили пережатие краниальной брыжеечной артерии по описанной выше методике.

Электрокардиограмма регистрировалась во втором стандартном отведении стальными игольчатыми электродами, связанными с усилителем биопотенциалов УБФ-4-01, полоса пропускания 10 – 1000 Гц. С выхода

496

усилителя сигнал поступал на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП, производство «Спецприбор», г. Минск) и записывался в память компьютера Pentium II. Время дискретизации (шаг квантования) – 0,5 мс. Запись и анализ ЭКГ проводили с помощью специальной компьютерной программы InputWin [1]. В данной программе производили измерение частоты сердечных сокращений (ЧСС), амплитуд и длительности зубцов R, S, T, P и интервалов между ними. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) оценивалась статистическими методами временного анализа ЭКГ. Изучались различные производные стандартного отклонения ряда R–R-интервалов: среднеквадратичное отклонение SDNN – стандартное отклонение временного ряда кардиоинтервалов, среднеквадратичная разностная характеристика RMSSD – квадратный корень из суммы квадратов разностей.

Полученные данные были статистически обработаны с помощью t-теста Стьюдента в программе Statistica 6.0. Данные представлены в виде средней величины и стандартной ошибки средней (М±m). Различия считались значимыми при P<0,05.

Результаты и обсуждения. Используемая модель адреналовой кардиомиодистрофии связана с некротическим повреждением миокарда. По данным литературным [2] обширные участки некроза сосредотачиваются преимущественно в папиллярных мышцах, в стенке левого желудочка и межжелудочковой перегородке. В нашей работе у животных с данной патологией мы наблюдали достоверное увеличение амплитуды Т-зубца в 3,8 раза и снижение вольтажа S в 2 раза. Описанные изменения говорят о нарушении биохимических процессов в миокарде, которые отражаются в изменении реполяризации и деполяризации желудочков. На ЭКГ это сопровождалось не только сдвигом амплитуды потенциалов, но и достоверным увеличением продолжительности интервала ST-T с 44,5±3,1 мс у интактных животных до 86,5±3,7 мс у крыс с кардиомиодистрофией, и снижением длительности сегмент T-P с 66,4±7,6 мс в контроле до 10,3±3,4 мс при патологии сердца.

У интакнтых животных окклюзия краниальной брыжеечной артерии вызывала достоверное уменьшение ЧСС с 367±11,7 уд/мин до 339±11,9 уд/мин к 10 минуте воздействия (рисунок 1). Данное изменение происходило за счет периода диастолы, который отражается на ЭКГ в увеличении длительности сегмента T-P. В реперфузионном периоде, после восстановления кровотока, наблюдали два типа реакции: в 36,4% случаев отмечалось усиление ритма сердца, которое удерживалось в течение всего периода наблюдения; у остальных животных ЧСС увеличивалась до уровня фона с последующим незначительным снижением данного показателя. Схожую реакцию в изменении сердечного ритма вызвало 10 мин пережатие краниальной брыжеечной артерии и последующие снятие зажима у крыс с вызванной сердечной патологией. Однако в данной серии экспериментов снижение ЧСС во время ишемии тонкого кишечника осуществляется в основном за счет удлинения ST-T.

497

Увеличение сердечного ритма, наблюдаемое в некоторых опытах после восстановления кровоснабжения кишечника, может быть обусловлено гуморальными факторами, которые образуются во время ишемии и последующей реперфузии и способны воздействовать как на окончания афферентных волокон в ишемизированной области с последующим рефлекторым влиянием на сердце, так и при попадании в кровь на другие нервные структуры, а также непосредственно на клетки миокарда

Рисунок 1 - Изменение ЧСС под влиянием окклюзии краниальной брыжеечной артерии у интактных животных и у животных с кардиомиодистрофией. Стрелками указано начало и

окончание окклюзии

Измерение амплитудных показателей не выявило значимых отличий в изменениях вольтажа зубцов ЭКГ (P, R, S, T) в период ишемии и последующей реперфузии тонкого кишечника у крыс с сердечной патологией по сравнению с теми же воздействиями у интактных животных. Однако необходимо отметить, что после восстановления кровотока в опытах с кардиомиодистрофией наблюдалось большее разнообразие реакций амплитуд R и P зубцов. Так если у интактных животных в 90% случаев наблюдалось снижение вольтажа зубца R, и в 75% опытов не фиксировались сдвиги зубца P во время реперфузии относительно фоновых значений, то у крыс с сердечной патологией схожие изменения наблюдались лишь в 50% и 30% случаев соответственно.

Во время ишемии у интактных крыс отмечалось достоверное увеличение показателей вариабельности сердечного ритма, таких как среднеквадратичное отклонение SDNN и среднеквадратичная разностная характеристика RMSSD на 19,2±4,8% и 21,6±10,4%, соответственно. После восстановления кровотока было зафиксировано снижение измененных при ишемии показателей до или несколько ниже уровня фона. В опытах с моделированием кардиомиодистрофии, окклюзия краниальной брыжеечной артерии вызвала сходную с контрольной группой реакцию лишь в 60 % опытов, однако во время реперфузии у данных животных наблюдалось либо восстановление показателей вариабельности до фонового уровня, либо фиксировалось повышение их значений. В остальных 40% случаев пережатие брыжеечной артерии и

498

последующее возобновление кровотока не было сопряжено с выраженными изменениями среднеквадратичного отклонения SDNN и среднеквадратичной разностной характеристики RMSSD. Изучаемые параметры вариабельности ритма сердца отражают регулирование сердечной деятельности вегетативной нервной системой: показатель SDNN показывает суммарную мощность вегетативного контроля, а RMSSD оценивает вклад высокочастотной (парасимпатической) регуляции в формировании вариабельности. Следовательно, описанные изменения подтверждают участие нервного механизма в модуляции работы сердца во время нарушения кровообращения в кишечнике. Отсутствие реакции со стороны показателей вариабельности сердечного ритма во время и после окклюзии брыжеечной артерии, наблюдаемое в некоторых опытах у животных с кардиомиодистрофией, вероятно может указывать на недостаточную активность механизмов отвечающих за регуляцию внутрицикловых изменений длительности R-R интервалов в данной модели сердечной патологии.

Таким образом, развитие адреналовой кардиомиодистрофии у крыс сопровождается изменениями в сердечной деятельности, которые на ЭКГ отображаются в виде увеличения длительности реполяризации желудочков (интервал ST-T) в основном за счет сокращения диастолы (сегмент Т-Р), что сопровождается снижением амплитуды зубца S и повышением зубца Т. Наличие сердечной патологии у животных не изменяет реакцию сердца на кратковременное нарушение кровотока в тонком кишечнике, которая выражается в уменьшении ЧСС во время кратковременной окклюзии краниальной брыжеечной артерии и либо в восстановлении, либо увеличении данного показателя выше фонового уровня в реперфузионном периоде. Во время и после предъявления ишемического воздействия в большинстве опытов с кардиомиодистрофией наблюдались изменения показателей ВСР и амплитуд ЭКГ схожие с таковыми у интакнтых крыс.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что адреналовая кардиомиодистрофия вызывает значительные изменения в деятельности сердца. Не смотря на это, у крыс с данной сердечной патологией кратковременная окклюзия краниальной брыжеечной артерии и последующее восстановление кровотока в кишке не оказывают значимого влияния на показатели работы сердца (ЧСС, ВСР, вольтаж зубцов ЭКГ) по сравнению с аналогичным ишемическим воздействием в контроле.

Литературные источники

1. Азев О.А., Бурко В.Е., Солтанов В.В. Программный продукт «Inputwin» для регистрации и анализа электрофизиологических данных // Новости медико-биологических наук (News of biomedical science). 2010.Т.2. № 4. С. 152–155.

2.Заводская И.С., Морева Е.В. Фармокологический анализ механизма стресса и его последствий // АМН СССР. Л.: Медицина, 1981. 216 с.

3.Acosta S. Epidemiology of mesenteric vascular disease: clinical implications // Semin.

Vasc. Surg. 2010. Vol. 23. № 1. P. 4—8.

499

4.Cerqueira N.F., Hussni C.A., Yoshida W.B., Padovani C.R. Systemic evaluation on ischemia and reperfusion injury of splanchnic organs in rats. // Acta. Cir. Bras. 2009. Vol. 24. P. 4. 290—295.

5.Chahal P.S., Rendig S.V., Longhurst J.C. Reflex cardiovascular response to brief abdominal visceral ischemia is mediated in part by prostaglandins. // Am. J. Physiol. 1999. Vol.

277.P. 1793—1798.

E.O. Poleschuk

THE INFLUENCE OF THE SUPRERIOR MESENTERIC ARTERY OCCLUSION ON CARDIAC FUNCTION IN RATS UNDER CONDITION ON ADRENAL

CARDIOMIODYSTROPHY

Institute of Physiology, National Academy of Sciences, Minsk

Summary

In acute experiments on anesthetized rats it was examined the effect of superior mesenteric artery occlusion (10 min) and restoration of blood supply in the small intestine to the heart before and after сardiomiodystrophy. Despite significant changes of cardiac activity, which caused by this pathology of heart, there was no important alterations (heart rate, HRV, ECG voltage) during intestine ischemia in animals with сardiomiodystrophy compared with controls.

500