ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2015, № 2, с. 180-18б
ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ ^^^^^^^^^^^^ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.824.4:612.135:612.146.2
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ЦИРКУЛЯТОРНЫЕ ЭФФЕКТЫ НИТРИТА В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ КРЫСЫ
© 2015 г. Т. Е. Шумилова*, А. Г. Смирнов*, В. И. Шерешков*, М. А. Федорова**, А. Д. Ноздрачев*
*Санкт-Петербургский государственный университет, 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 **Институт биоаналитической химии Лейпцигского университета, Центр биотехнологии и биомедицины, Leipzig 04103, Deutscher Platz, 5 E-mail: shumt@pochta.ru Поступила в редакцию 31.03.2014 г.
Изучена связь между электрической активностью головного мозга (ЭАГМ) крыс, кровоснабжением микроучастков его коры (линейный кровоток) и общим мозговым кровотоком при острой нитрит-ной гипоксии. Выявлен фазный характер изменения гемодинамических показателей и суммарной мощности спектра электроэнцефалографии (ЭЭГ) в течение 75 мин после введения нитрита натрия (30 мг/кг массы тела). Первая фаза (30 мин) была связана с адаптацией мозга к гипотензии, вызванной нитритом, и завершалась нормализацией ЭЭГ. Вторая фаза характеризовалась, несмотря на восстановление гемодинамики в головном мозге, патологическими изменениями ЭЭГ, обусловленными нарастанием кислородного долга в нервной ткани в результате снижения кислородной емкости крови к 60—75 мин нитритного воздействия.
DOI: 10.7868/S0002332915020095
Широко известно, что головной мозг — орган, особенно чувствительный к недостатку кислорода. Несмотря на то что он обладает совершенной системой ауторегуляции кровоснабжения, обеспечение кислородного гомеостазиса в нервной ткани возможно лишь в определенных границах изменения системного кровообращения и напряжения кислорода в артериальной крови (Scheufler et al., 2002).
Механизмы возникновения гипоксии мозга чрезвычайно многообразны и являются предметом изучения в медицине и физиологии уже многие десятки лет. Среди них наименее исследована гипоксия, вызванная нитритом, которая в настоящее время привлекает внимание в связи с появившимися недавно фактами его неоднозначного влияния на поддержание кислородного гомео-стазиса в головном мозге, сердце, печени, почках и в организма в целом (Wang, Zweier, 1996; Bryan et al., 2007).
Нитрит постоянно присутствует в организме, образуясь из диетарного нитрата (Maher et al., 2008), а также из оксида азота, синтезируемого NO-синтазами, и его производных. В физиологических концентрациях нитрит выполняет функцию сигнальной молекулы, действие которой реализуется при гипоксических условиях активацией транскрипционных факторов, ответственных за фактор роста сосудистого эндотелия, необходимого для нормального функционирования сосудов и снабжения тканей кислородом (Lima
etal., 2010). Нитритный анион также поддерживает активность цитохрома Р450, экспрессию генов белка теплового шока HSP-70 и гемоксигена-зы 1 в различных тканях (Bian etal., 2008), выполняя, таким образом, защитную функцию. Нитрит как донор оксида азота выступает и в роли важнейшего нейромедиатора, который, влияя на проводимость ионных каналов, может менять электрогенез нейронов (Сосунов, 2000).
Избыточное поступление нитрита в организм с ксенобиотиками, генерализованное или локальное увеличение его концентрации при патологических состояниях (воспалительные процессы, септический шок, инсульт, инфаркт миокарда) вызывают системную или локальную гипоксию, обусловленную вступлением NO- в конкурентные отношения с О2. Эти процессы сопровождаются генерацией активных форм кислорода (АФК) и азота (АФА), которые могут блокировать транспорт электронов в дыхательной цепочке митохондрий (Brown, 2000), активизировать процессы перекис-ного окисления липидов мембран клеток (Цой, Коваленко, 2008), образовывать формы гемоглобина, не способные переносить кислород (Mes-quita et al., 2002), снижать тонус сосудов (Palmer etal., 1988).
В условиях нитритной гипоксии, при которой наряду со снижением кислородной емкости крови и потребления кислорода тканями происходит блокирование механизмов регуляции тонуса ре-
зистивных сосудов, головной мозг, обладающий небольшим содержанием восстанавливающих эквивалентов (ШоЪо г1 а1, 2001), может испытывать значительный дефицит кислорода, сопровождающийся нарушением его функционирования (Крушинский и др., 1999).
Один из эффективных методов оценки функционального состояния головного мозга — анализ его электрической активности, которая определенным образом изменяется при различной глубине гипоксического воздействия (Демченко, 1983). Цель исследования — изучение связи между электроэнцефалографией (ЭЭГ), уровнем кровоснабжения микроучастков коры головного мозга и общим мозговым кровотоком (ОМК) крыс в процессе развития острой нитритной гипоксии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования были проведены на 42 самцах крыс ^з1аг с массой тела 180—230 г (в среднем 206 ± ± 24 г), находящихся под наркозом (золетил (из расчета 50 мг/кг массы тела), введенный внутри-брюшинно). Нитритную гипоксию создавали путем подкожного введения №N0^ растворенного в 0.5 мл дистиллированной воды, из расчета 30 мг/кг массы тела (Иваницкая, 1976).
Исследование линейного кровотока (ЛК) в микрососудах коры головного мозга осуществляли методом кинотелевизионной регистрации. С этой целью через 10—15 мин после введения наркоза крыс помещали в стереотаксический станок, где фиксировали голову в горизонтальной плоскости. На левой теменной поверхности головы удаляли кожу, апоневроз, теменную кость и твердую мозговую оболочку. С помощью микроскопа выбирали зону коры мозга размером 800 х 300 мкм, содержащую от 5 до 13 микрососудов, диаметр эрит-роцитарного потока которых составлял 8—15 мкм. Подробно метод был описан ранее (КЫуакоу е1 а1, 1987). Видеозапись осуществляли перед введением нитрита и через 15, 30 и 45 мин после инъекции. Всего в этой серии экспериментов было исследовано 102 микрососуда у 17 крыс.
В отдельной серии экспериментов измеряли ОМК с использованием реографа — полианализатора РГПА-6/12 (Медиком МТД, Россия). Регистрацию осуществляли в височных отведениях с помощью стальных игольчатых электродов. Рео-граммы записывали непрерывно за 5 мин до введения нитрита натрия и в течение последующих 75 мин после инъекции. Первичная обработка результатов осуществлялась с помощью пакета программ РЕАН-ПОЛИ, прилагаемого к этому прибору. Изменения органного мозгового кровотока выражались в процентах исходного значения ОМК. В данной серии было исследовано 19 крыс.
Во всех экспериментах с регистрацией макро-и микрогемодинамики в головном мозге одновременно осуществляли непрерывную запись среднего артериального давления (АД) в бедренной артерии прямым методом. Для этого использовался датчик с пьезорезистивным преобразователем давления MPX2010 (Motorola, Япония). В дальнейшем сигнал усиливался и регистрировался посредством компьютерной техники. При исследовании Л К АД измеряли в течение 45 мин, при исследовании ОМК — 75 мин после введения нитрита.
В третьей серии экспериментов регистрировали электрическую активность головного мозга (ЭАГМ) у шести крыс. В качестве активного электрода использовали стальной игольчатый электрод, который располагали подкожно в левой теменной области головы. Такой выбор области отведения определялся тем, что она методически наиболее оптимальна для изучения микрогемодинамики в коре головного мозга крысы. Для регистрации использовали элекгроэнцефалограф Энцефалан 131-03 (Медиком МТД). Запись проводили непрерывно в течение 5 мин до введения нитрита и последующих 75 мин после его инъекции. Полоса пропускания усилителя составляла 0.16—30 Гц. Индифферентный электрод прикрепляли в области мастоидального отростка.
Для вычисления суммарной спектральной мощности ЭЭГ крысы выбирали пять безарте-фактных отрезков времени (~6 с). Затем вычисляли среднюю мощность по пяти отрезкам. В итоге определялась спектральная мощность ЭЭГ крысы в течение 30 с. Расчеты были проведены в шести временных отрезках: до инъекции и на 15, 30, 45, 60 и 75-й мин после инъекции. Суммарную мощность спектра ЭЭГ определяли с помощью пакета программ, прилагаемого к используемому электроэнцефалографу. Диапазон частот ритмов выделялся исходя из следующих значений: Д-ритм — 0.5—3.5, 9-ритм — 4—7.5, а-ритм — 8—13, Р-ритм - 14-30 Гц.
Кроме определения общепринятых статистических показателей (средней, среднеквадратиче-ского отклонения и ошибки средней) проводили корреляционный анализ для АД с ЛК и ОМК. Сравнение изменений регистрируемых параметров проводили относительно их исходных значений. Достоверность различий между средними значениями определяли по i-критерию Стьюден-та при уровне значимостир < 0.05, а для показателей ЭЭГ — с помощью T-критерия Вилкоксона.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты первой серии экспериментов показали, что через 15 мин после введения нитрита среднее значение ЛК в микрососудах поверхно-
(а)
о 1600
м
3 1200 ^
Л
800
400
(б)
400
200
н о
Н
р
5
140
100
60
20
(в)
В
м
700
500
300
100
15 30 45 60 75 Время, мин
Рис. 1. Изменения среднего линейного кровотока (ЛК) в микрососудах поверхности коры головного мозга (а), среднего органного мозгового кровотока (ОМК) (за 100% принят исходный кровоток) (б) и среднего системного артериального давления (АД) (в) в зависимости от времени, прошедшего после введения нитрита натрия. Стрелкой обозначен момент введения нитрита натрия, звездочкой — значения, достоверно отличающиеся от исходных; для рис. 1 и 2.
сти коры головного мозга снижалось от 1511 ± 363 до 963 ± 340 мкм/с (р < 0.05) с последующим постепенным восстановлением скоростей до 1097 ± 376 и 1153 ± 326 мкм/с к 30-й и 45-й мин соответственно (рис. 1).
В противоположность микрогемодинамике коры органный мозговой кровоток увеличивался через 15 мин после инъекции до 332 ± 62% исходного значения (р < 0.01), достигая максимального значения (373 ± 54%, р < 0.01) к 30-й мин. Начиная с 45-й мин нитритного воздействия ОМК последовательно снижался от 328 ± 58% (р < 0.01) до
15 30 45 60 75 Время, мин
Рис. 2. Изменение средних значений суммарной сп
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.