Механизмы гематологических сдвигов в постгипоксическом периоде

УДК: 612. 119 Г. Н. Зюзьков

МЕХАНИЗМЫ ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИХ СДВИГОВ В ПОСТГИПОКСИЧЕСКОМ ПЕРИОДЕ*

ГУ НИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН, Томск

Изучены реакции системы крови после острой гипоксии и при развитии постгипоксической энцефалопатии. Наличие патологии мозга сопровождается повреждением пролиферирующих коммитированных клеток-предшественников на фоне сохранения функциональной активности стромальных элементов гемопоэзиндуцирующего микроокружения, что в конечном итоге приводит к снижению выраженности гиперплазии эритроидного компартмента кроветворной ткани, расширению плацдарма костномозгового гранулоцитопоэза и снижению продукции функционально полноценных эритроцитов в постгипоксическом периоде.

Ключевые слова: гемопоэз, гипоксия, энцефалопатия

В последние годы получен ряд данных, значительно расширивших представление о механизмах и времени развития различных изменений в тканях при гипоксии. Выраженное энергетическое голодание как следствие окислительной недостаточности приводит к существенным перестройкам интегративных систем (в первую очередь ЦНС) и формированию качественно нового паттерна их взаимодействия, а в случае декомпенсации адаптивных возможностей - патологического влияния вновь сложившегося функционального “контини-ума” на другие органы, обеспечивающие постоянство внутренней среды. Данное обстоятельство является одним из основных факторов развития различных нарушений жизнедеятельности организма, перенесшего гипоксическую травму [6]. С учетом того, что система крови самым непосредственным образом участвует в поддержании гомеостаза, весьма актуальным представляется изучение гематологических сдвигов при гипоксии различной степени тяжести.

Целью настоящей работы явилось исследование реакций системы крови и механизмов их развития в постгипоксическом периоде.

Методика. Эксперименты выполнены на мы-шах-самцах линии СБА/СаЬае в количестве 540 штук массой 18-20 г. Животные 1-й категории, конвенциональные линейные мыши, получены из питомника отдела экспериментального биомедицинского моделирования НИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН (имеется сертификат). Гипоксиче-ское воздействие моделировалось с помощью гермокамеры объемом 500 мл в двух вариантах. Животные извлекались после окончания генерализованных судорог и/или остановки дыхания (определяемой визуально) в течение 10-15 с. При коротком варианте гипоксии (однократное воздействие) не регистрировалось достоверных изменений психоневрологического статуса. Длительное воздей-

ствие (двукратное помещение мышей в камеру с промежутком в 10 мин) с 1-х сут приводило к формированию энцефалопатии, которую регистрировали по развитию амнезии при воспроизведении условного рефлекса пассивного избегания и нарушению ориентировочно-исследовательского поведения в открытом поле (с 1-х по 10-е сут) [1, 10]. На 1-10 сут животных умерщвляли дислокацией шейных позвонков и определяли показатели периферической крови, костномозгового кроветворения [8]; осмотическую резистентность эритроцитов [2]; содержание клеток-предшественников в костном мозге (КОЕ), их пролиферативную активность и интенсивность дифференцировки, а также продукцию гуморальных гемопоэтических факторов отдельными фракциями гемопоэзиндуцирующего микроокружения (ГИМ) и структурно-функциональную организацию костного мозга [3]. Обработку результатов проводили методом вариационной статистики с использованием 1-критерия Стьюдента.

Результаты. В ходе эксперимента гипоксия гермообъема приводила к гиперплазии костномозгового кроветворения (рис.1 А). Так, содержание эритрокариоцитов было увеличенным на протяжении всего периода наблюдения (с 1-х по 10-е сут), что сопровождалось развитием выраженного ретикулеза (1-6, 8, 9-е сут) и эритроцитоза (7, 8, 9-е сут) в периферической крови (рис.1 Г). Реакция грануломоноцитарного ростка была не столь однозначной. Отмечалось накопление незрелых ней-трофильных гранулоцитов в кроветворной ткани (1-3, 5, 6, 8, 9-е сут) при сохранении числа их зрелых форм на уровне, не превышающем исходных значений, и снижение количества сегментоядерных нейтрофилов в периферической крови (3, 5, 8, 9-е сут) (рис.1 Б, В). Указанным изменениям предшествовало усиление выхода эритроидных (Э) и грануломоноцитарных (ГМ) КОЕ в метилцелю-

*Работа выполнена при поддержке РФФИ. № гранта 00-040-48745.

Фон 1 234 56789 10 Фон 12 34567 89 10

— — — • при развитии постгипоксическом энцефалопатии - после острой гипоксии

Рис. 1. Динамика содержания общего количества миелокариоцитов, незрелых нейтрофильных гранулоцитов, зрелых нейтрофильных гранулоцитов и эритрокариоцитов в костном мозге мышей-самцов линии СБА/СаЬае после острой гипоксии, при развитии постгипоксической энцефалопатии.

А - динамика общей клеточности костного мозга; Б - содержание незрелых гранулоцитов; В - содержание зрелых нейтрофильных гранулоцитов; Г - содержание эритрокариоцитов. Доверительные интервалы при р<0,05

лозной среде, повышение их пролиферативной активности и ускорение созревания прекурсоров эритропоэза при нарушении реализации диффе-ренцировочных потенций гранулоцитомакрофа-гальных предшественников (рис. 2, 3). Состояние пула клоногенных клеток определялось возрастанием продукции эритропоэтически активных факторов (ЭПА) прилипающими и неприлипающими клетками костного мозга, а также повышением секреции колониестимулирующей активности (КСА) адгезирующими элементами, несмотря на снижение уровня колониеобразования в 7-суточных культурах тест-системы с использованием на-досадочной жидкости неадгезирующих нуклеаров на 7, 8-е сут. Кроме того, имело место повышение концентрации гуморальных регуляторов в сыворотке крови. Изучение структурно-функциональной организации костного мозга показало увеличение выхода клеточных комплексов, ассоциированных как с макрофагальными (2, 3, 7, 9-е сут), так и фибробластоидными элементами (2, 3, 8, 9-е сут), а их качественный анализ - повышение числа эритроидных гемопоэтических островков (ГО) на протяжении практически всего периода наблюдения (2, 3, 5, 6, 8-10-е сут) при достоверном возрастании количества их смешанных и гранулоцитар-ных типов лишь на 2, 3-и сут эксперимента (до 127-137 % и 154-156% соответственно). Последнее, очевидно, явилось следствием накопления соответствующих клеток-предшественников в костномозговой ткани и не было связано с изменением способности механоцитов к взаимодействию с кроветворными клетками.

Таким образом, кислородное голодание, не вызывающее “грубых” нарушений психоневрологического статуса, приводило к резкой гиперплазии костномозгового эритропоэза за счет повышения функциональной активности КОЕ-Э в результате как возрастания фидерной способности клеточных компонентов ГИМ, массивного поступления продуктов распада эритроцитов в сосудистое русло и непосредственно гипоксического стимула, так и активации стресс-реализующих систем и миграции Т-лимфоцитов-регуляторов гемопоэза (лимфоцитоз в периферической крови с 1-х по 10-е сут, р<0,05) в кроветворную ткань, (3-и сут, р<0,05) в костный мозг [4]. Реакция грануломоно-цитарного ростка в постгипоксическом периоде, в целом, соответствовала изменениям, характерным для общего адаптационного синдрома [5]. Выявленное разобщение процессов пролиферации и дифференцировки КОЕ-ГМ при этом, вероятно, связано со спецификой (природой) повреждающего фактора и отсутствием у него “прямого” стимулирующего действия на грануломоноцитопоэз.

Большинство осложнений постреанимацион-ного периода напрямую зависят от поражения мозговых структур [7, 9]. С другой стороны, считается доказанным участие кроветворной ткани, включающей взаимосвязанные локальные и дистантные (нейроэндокринные) контролирующие механизмы [4]. Исследование возможного влияния постгипоксической энцефалопатии на изменения гемопоэза позволило вскрыть ряд особенностей. В частности, у животных с патологией мозга наблюдалось падение роста КОЕ-Э в 3-суточных культу-

Рис. 2. Динамика содержания КОЕ-Э в костном мозге, их доля в Б-фазе митотического цикла и интенсивность созревания у мышей-самцов линии СБА/СаЬае после острой гипоксии, при развитии постгипоксической энцефалопатии.

А - динамика содержания КОЕ-Э в костном мозге после острой гипоксии, при развитии постгипоксической энцефалопатии; Б - их доля в Б-фазе митотического цикла; В - интенсивность созревания. Доверительные интервалы при р<0,05

Рис. 3. Динамика содержания КОЕ-ГМ в костном мозге, их доля в Б-фазе митотического цикла и интенсивность созревания у мышей-самцов линии СБА/СаЬае после острой гипоксии, при развитии постгипоксической энцефалопатии.

А - динамика содержания КОЕ-ГМ в костном мозге после острой гипоксии, при развитии постгипоксической энцефалопатии; Б - их доля в Б-фазе митотического цикла; В - интенсивность созревания. Доверительные интервалы при р<0,05

рах на 4, 5, 8 и 9-е сут опыта, а также снижение их митотической активности на 1, 3 и 5-е сут. Изменения соответствующих параметров грануломоно-цитопоэза носили аналогичный характер, но статистической значимости достигало лишь уменьшение числа пролиферирующих КОЕ-ГМ на 3-и сут наблюдения. Снижение темпа деления КОЕ-Э могло быть связанно с уменьшением продукции эритропоэтически активных субстанций неприлипающими клетками ГИМ. Однако данные изменения регистрировались только на 4-е сут, что исключает ведущую роль указанного механизма в нарушении процессов пролиферации КОЕ-Э в по-стгипоксическом периоде. Кроме того, выработка ЭПА прилипающими миелокариоцитами и эрит-

ропоэтическая активность сыворотки крови, напротив, увеличивались (2, 8-е сут и 2, 4-е сут соответственно). Изучение уровней КСА кондиционных сред адгезирующих и неадгезирующих нукле-аров костного мозга и сыворотки крови, так же выявило их возрастание. В целом, эффект повышения концентрации гуморальных регуляторов в биологических жидкостях проявлялся в компенсаторном ускорении дифференцировки как эритро-идных прекурсоров на 4-е сут опыта, так и предшественников грануломоноцитопоэза на 3, 5, 6 и 8-е сут эксперимента. Существенные сдвиги были обнаружены и при исследовании структурно-функциональной организации кроветворной ткани. Так, наблюдалось значительное усиление способ-

ности ретикулярных клеток к формированию ге-мопоэтических островков (2-4, 6, 8, 9-е сут), что сопровождалось достоверным увеличением числа клеточных комплексов гранулоцитарного (3, 4, 6, 8-е сут) и смешанного (2-6, 8, 9-е сут) типов. Изменения состояния пула родоначальных клеток, несмотря на выраженность компенсаторных реакций, приводили к снижению количества эритрокариоцитов в костном мозге на 5,6, 9-е сут после воздействия относительно гипоксического контроля. В то время как усиление реализации дифференци-ровочного потенциала KОE-ГM оказывалось вполне достаточным для повышения уровня содержания зрелых нейтрофильных гранулоцитов в гемопоэтической ткани на 3, 7, 8, 10-е сут исследования, а также увеличения числа сегментоядерных нейтрофилов в периферической крови на 3, 4, 7-е сут. Кроме того, имело место развитие анемии гемолитического характера на 8, 10-е сут эксперимента, что, в свою очередь, явилось результатом снижения осмотической резистентности эритроцитов (8-е сут) и закономерного усиления эритро-диеретических процессов клеточными элементами системы мононуклеарных фагоцитов.

Итак, высокая степень гипоксии предопределяет повреждение кроветворных прекурсоров на фоне сохранения функциональной активности относительно резистентных стромальных компонентов ГИM, что в конечном итоге приводит к расширению плацдарма костномозгового грануломоно-цитопоэза и снижению выхода полноценных специализированных клеток красной крови в сосудистое русло. Таким образом, кислородная недостаточность, вызывающая поражение мозговых структур, существенно нарушает адаптивные реакции со стороны системы крови, что еще в большей мере усугубляет окислительное обеспечение тканей организма, перенесшего терминальное состояние.

THE MECHANISMS OF HEAMATOPOIESIS IN POSTHYPOXIC PERIOD

G.N. Zyuzkov

The reactions of heamatopoiesis after acute hypoxia and during the development of post hypoxic encephalopathy have been studied. The results of our experimental researches have detected, that pathology of brain is accompanied by damage of proliferative colony forming units in the presence of active stromal cells, enhance bone marrow granulo-monocytopoiesis and decrease in production of functional full-blooded erythrocytes. We consider, that hypoxic brain injury significantly disturbed the adaptive reactions of blood system in posthypoxic period.

ЛИТЕРАТУРА

1. БурешЯ., Бурешова О., Хьюстон Дж. П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения: Пер. с англ. /Под ред. проф. А.С. Батуева. М., 1991. 398 с.

2. Голованов М.В. Способ определения гипертонической

устойчивости эритроцитов // Гематология и транс-фузиология. 1991. №7. С. 39-40.

3. Гольдберг Е.Д., Дыгай А.М., Шахов В.П. Методы культуры ткани в гематологии. Томск, 1992.

4. Гольдберг Е.Д., Дыгай А.М., ХлусовИ.А. Роль вегетативной нервной системы в регуляции гемопоэза. Томск, 1997. С. 65-66.

5. Горизонтов П.Д. Роль симпатической нервной системы в ранних неспецифических реакциях органов кроветворения // Патол. физиол. и эксперим. терапия. 1975. № 3. С. 34-38.

6. Гурвич А.М., Алексеева Г.В., Семченко В.В. Постреа-нимационная энцефалопатия. Омск, 1996. С.10

7. Гурвич А.М. Значение нейрофизиологических механизмов в постреанимационной патологии и постреа-нимационном восстановлении функций центральной нервной системы // Экспериментальные, клинические и организационные проблемы общей реаниматологии: Сб. тр. М., 1996. С. 13-14.

8. Лабораторные методы исследования в клинике: Справочник / Под ред. В.В. Меньшикова. М., 1987.

9. Krause G.S., White B.C., Aust S.D. et al. Brain cell death following ishemia and reperfusion: a propoused biochemical seguence// Crit Care Med. 1988. Vol. 1. P. 726.

10. Walsh R.N., Cummins R.A. The open-field test: a critical review. //Psychol. Bull. 1976. Vol. 83. P. 482-504.