Изменение степени оксигенации гемоглобина микрососудов кожи процессе развития эритемы кожи, вызванной ультрафиолетовым излучением

ЛИТЕРАТУРА

1. Аверьянов Д.А.,Алпатов С.А., Букина В.В., и др. Оптическая когерентная томография/Под ред. А.Г. Щуко, В.В. Малышев. — Иркутск, 2005. — 112 с.

2. Алпатов С.А., Щуко А.Г., Малышев В.В. Закономерности формирования идиопатических макулярных разрывов // Вестник офтальмологии. — 2001. — №5. — С. 30-33.

3. Жукова С.И., Щуко А.Г., Малышев В.В. Оптическая когерентная томография сетчатки в комплексной оценке структурнофункциональных изменений зрительной системы при различных стадиях пигментного ретинита // Офтальмохирургия. — 2004. — №3. — С.38-42.

4. Кравчук Е.А. Роль свободнорадикального окисления в патогенезе заболеваний глаз. // Вестник офтальмологии. — 2004. — Т.120. — №5. — С.48-51.

5. Шпак А.А., Огородникова С.Н. Трехмерная оптическая когерентная томография высокого разрешения // Офтальмохирургия. — 2007. — №3. — С.61-65.

6. Bird A.C, Bressler N.M., Bressler S.B., et al. An International Classification and Grading System for Age-Related Maculopathy and Age Related Macular Degeneration Special Article // Survey of Ophthalmology. — 1995. — V. 39. — P. 367-374.

7. Gass J.D.M. Pathogenesis of disciform detachment of

neuroepithelium Ill.Senile disciform macular degeneration //Am. J. Opthalmology. — 1967. — V.63. — P. 617-644.

8. Gorin M. B., Breitner J. C. S., De Jong P.T., et al.The genetics of age-related macular degeneration // Molecular Vision. — 1999. — Vol.

5. — P. 29.

9. Grossniklaus H. E., et al. Histopathologic and Ultrastructural Findings of Surgically Excised Choroidal Neovascularization //

Arch Ophthalmology. — 1998. — V.116. — P. 745-749.

10. Lafaut B.A., Aisenbrey S., Broecke C.V., et al. Clinicopathological correlation of deep retinal vascular anomalous complex in age-related macular degeneration // Br. J. Ophthalmology. — 2000. — V.84. — P. 1269-1274.

11.Mullins M., Olvera A., Stone C. E. Fibulin-5 distribution in human eyes: Relevance to age-related macular degeneration // Experimental Eye Research. — 2007. — Vol. 84(2). — P. 378-380.

12. Seddom J. M. Familial aggregation of age-related maculopathy // Am. J. Ophthalmology. — 1998. — V.123. — №2. — P.199-206.

13. Tuohy G. Researchers promise personalised blood test to detect risk of AMD // EuroTimes. — 2008. — Vol. 13. N 7-8. — P. 50.

14. Williams R.A., Brady B.L., Thomas R.J. The psychosocial impact of macular degeneration // Arch. Ophthalmology. — 1998. — V. 116 (4). — P. 514-520.

Адрес для переписки: 664033 г. Иркутск, ул. Лермонтова, 337,

Урнева Екатерина Марковна-врач-офтальмолог, E-mail: shishkinamntk@mail.ru

© БОНДЫРЕВ Ю.А., ПУШКАРЕВ Б.Г. — 2009

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКСИГЕНАЦИИ ГЕМОГЛОБИНА МИКРОСОСУДОВ КОЖИ ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ ЭРИТЕМЫ КОЖИ, ВЫЗВАННОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Ю.А. Бондырев, Б.Г Пушкарев

Резюме. В работе исследовано изменение степени оксигенации гемоглобина в микроциркуляторном русле кожи в процессе развития эритемы, индуцированной ультрафиолетовым (УФ) излучением в спектральном диапазоне 280-320нм (УФ-В излучением). Установлено, что начало процесса снижения степени оксигенации гемоглобина в микрососудах УФ облученного участка кожи при развитии фотоэритемы определяется не временем с момента УФ облучения, а происходит вследствие возрастания гиперемии. Показано, что снижение степени оксигенации гемоглобина при развитии фотоэритемы обусловлено уменьшением объемного кровотока и может быть не связано с избирательным расширением венозных микрососудов.

Ключевые слова: эритема, УФ-В, оксигенация, гемоглобин.

CHANGING OF SKIN MICROVESSELS HEMOGLOBIN OXYGENATION DEGREE IN PROGRESS OF SKIN ERYTHEMA,

INDUCED BY ULTRAVIOLET RADIATION

YU.A. Bondyrev, B.G. Pushkarev

Summary. In this work was explored changing of hemoglobin oxygenation degree for skin microvessels in process of UVB induced erythema development. It is installed that beginning of process reduction of oxygenation degree is not a function of time since UVB irradiations, but occurs in consequence of giperemea development. It is shown that the reduction of oxygenation degree is conditioned by reduction of volume blood flow and can not be associated with selective venous microvessels dilatation.

Key words: erythema, UVB oxygenation, hemoglobin, (haemoglobin).

В ответ на ультрафиолетовое облучение (УФО) кожи в достаточно большой (эритемогенной) дозе происходит увеличение кровенаполнения микрососудов кожи (гиперемия), что приводит к покраснению (эритеме) облученного участка кожи. Особенностью эритемы, вызванной УФ-В (280-320 нм) излучением (УФ-В эритемы) является её «двухкомпонентность». Более 20 лет существует модель УФ-В эритемы, исследованная для кожи человека и кролика, включающая совокупность автономных «оксигемогло-бинового» и «(дезокси)гемоглобинового» компонентов. Эритема кожи, вызванная УФ-В излучением в дозе 2 МЭД (две минимальных эритемогенных дозы — около 400 Дж/ м2) в самом начале развития покраснения носит оксигемо-глобиновый характер, затем на период 5-8 часов степень оксигенации гемоглобина в микрососудах кожи снижается (гемоглобиновая или, точнее, дезоксигемоглобиновая эритема), после чего степень оксигенации опять возрастает (оксигемоглобиновая эритема). Считается, что оксиге-

моглобиновая эритема соответствует возрастанию кровенаполнения артериальной части терминальных сосудов, а дезоксигемоглобиновая обусловлена увеличенным кровенаполнением венозной части микрососудов [4].

Согласно современным представлениям [3], развитие эритемы (гиперемии) кожи обязательно сопряжено с ва-зодилатацией резистивных сосудов и обусловлено как увеличением доли открытых капилляров, так и возрастанием местного гематокрита — через расширенные артерии в капиллярную сеть поступает кровь с относительно высоким содержанием эритроцитов, а плазматические капилляры становятся функционирующими. Повышение вязкости крови (обусловленное ростом капиллярного гематокрита) увеличивает сопротивление току крови. При сохранении гиперемии, объёмный кровоток, достигнув максимума, начинает уменьшаться за счёт снижения скорости движения эритроцитов — количество эритроцитов в микроцир-куляторном русле (МЦР) кожи при этом может возрастать.

Рис. 1. Изменение рО2 в коже руки и С%НЬ08 в микрососудах кожи с эритемой в области предплечья в зависимости от давления в манжете тонометра, пережимающей магистральные сосуды плеча.

В капиллярах, при уменьшении линейной скорости движения клеточных элементов, структурирование потока нарушается, что также вызывает возрастание сопротивления току крови, Замедление течения крови способствует формированию эритроцитарных агрегатов, заполняющих просвет капилляров, что приводит к дальнейшему снижению скорости движения эритроцитов и формированию микростаза [3]. Данный механизм, вероятно, и является основной причиной образования дезоксигемоглобиновой УФ-В эритемы, которая не является устойчивым состоянием — при наличии положительной обратной связи даже кратковременное воздействие на терминальные сосуды какого-либо сосудорасширяющего фактора (в том числе механическое воздействие) может привести к быстрой смене дезоксигемоглобиновой эритемы на оксигемогло-биновую. Причиной возрастания кровотока в МЦР может быть и сосудистая реакция на ишемию.

Сосудорасширяющее действие оказывает эндотелий — зависимый фактор, представляющий собой молекулу монооксида азота (N0^), индукция которого в кератиноцитах активируется в ответ на УФ-В облучение [5]. Развитие УФ-В эритемы сопровождается ростом количества мононуклеаров, способных продуцировать N0^ с помощью (индуцибельной) N0•-синтазы. В облучённом участке кожи, а на период 6 — 8 часов вокруг венул УФ-В облученного участка кожи образуется лейкоцитарная муфта [6], но роль миграции лейкоцитов в эритемогенезе не выяснена.

Согласно нашим данным [1] при дозе УФО около 2 МЭД, в кинетике УФ-В эритемы можно наблюдать два максимума — на 3-8 и 10-20 часов после УФО. С ростом дозы УФО выраженность первого компонента (быстрая эритема) снижается, а второго (задержанная эритема) возрастает. Двухкомпонентная кинетика развития УФ-В эритемы кожи свиней отмечена в работе [7], но авторы ошибочно считают, что подобная особенность УФ-В эритемы для людей в литературе не описана. М.Ю. Писцов, обнаруживший двухкомпонентно сть УФ-В эритемы, предположил различные механизмы индукции этих компонентов на основании того, что аппликация антиоксиданта на УФ облученный участок кожи снижала эритему через 24

Рис. 2. Измерение относительной концентрации оксифор-мы гемоглобина Исследование характера УФ-В эритемы через 4 (С%НЬ08=78%) и 7 часов (С%НЬ08=63%) после УФ облучения в дозе около 2,5 МЭД у кролика с лейкопенией.

часа после облучения (оксигемоглобиновый компонент) и не снижала эритему на 5-8 часов после облучения (дезок-сигемоглобиновый компонент) [4]. В свете современных представлений об изменениях в МЦР кожи в процессе развития фотоэритемы предлагаемый принцип разделения эритемы на компоненты требует уточнения.

Целью работы является уточнение механизмов уменьшения степени оксигенации гемоглобина в МЦР кожи при развитии УФ-В эритемы, которые могут быть связаны с селективной дилатацией венул, выходом лейкоцитов в очаг воспаления или снижением кровотока.

Материалы и методы

Объектом исследования являлась кожа человека и кролика с эритемой, вызванной УФ-В облучением. Индукция УФ-В эритемы проводилась облучением участка кожи площадью 1-2 см2 ртутно-кварцевой лампой ДРШ-500 через светофильтр БС-3 толщиной 5 мм, не пропускающий излучение с длиной волны короче 280 нм. Эритемогенное действие УФ-А (320-400 нм) излучения (содержащегося в спектре излучения лампы) считалось незначительным.

Зависимость степени оксигенации гемоглобина от содержания гемоглобина в коже исследована на двух кроликах (28 измерений), исследование влияния лейкопении на эритему также было проведено на двух кроликах (16 измерений). Связь между степенью оксигенации, парциальным давлением кислорода в коже и давлением в манжете тонометра демонстрирует типичная, хорошо воспроизводимая зависимость, полученная при измерении этих параметров в коже предплечья человека.

Основными методами исследования были стандартный метод полярографии (электрод Кларка), позволяющий неинвазивно определять содержание кислорода в коже пациента и методы спектрофотометрии кожи в диффузно отраженном свете, адаптированные для измерения количества и степени оксигенации гемоглобина и представляющие собой развитие авторских методик из работы [2]. В работе (в соответствие с [2]) принято, что количество или (средняя) концентрация гемоглобина произвольной степени оксигенации (С№) является суммой концентраций оксиформы (CHbO8) и дезоксиформы (CHbO0) гемоглобина (С№ = CHbO8 + CHbO0). Степень оксигенации гемоглобина ^%HbO8) определена как относительная концентрация оксиформы гемоглобина, выраженная в процентах: С%HbO8 = 100%xCHbO„ / CHb

Снижение степени оксигенации гемоглобина эритроцитов вследствие уменьшения кровотока осуществлялось пережатием сосудов плеча человека, которое производилось манжетой тонометра. При наложении на плечо и давлении в манжете выше 250 мм рт. ст., практически полностью останавливался кровоток в коже дистальных (по отношению к манжете тонометра) отделах руки. Снижение кровотока приводило к уменьшению (регистрируемой методом спектрофотометрии) степени оксигенации гемоглобина крови в микрососудах и пропорциональному уменьшению парциального давления кислорода в коже, измеренного методом полярографии. При остановке кровотока в течение 10-20 мин. рО2 и C%HbO8 в коже с эритемой (как и в нативной коже) в дистальных отделах руки снижались практически до нуля. При снижении давления в манжете ниже систолического, кровоток начинал восстанавливаться. Скорость изменения давления в манжете тонометра в эксперименте не превышала 10 мм рт. ст. за 1 минуту. Моделирование лейкопении проводилось девятикратным снижением концентрации лейкоцитов на третий день после инъекции 400 мкГ (100 мкГ/кГ) циклофосфа-мида в краевую вену уха кролика.

Статистическая обработка цифрового материала проведена методами вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента. Различия считали значимыми при р < 0,05 и доверительные интервалы рассчитывались при доверительной вероятности 95%. Значимость различия, отмеченная на графиках, рассчитывалась для сравниваемых значений. Статистическая обработка проведена с использованием программ Statistica 6 (Stat Soft,

80 с%ньо8 Изменение степени оксигенации гемоглобина в микроциркуляторном русле кожи при развитии УФ-В эритемы

70 ! С%НЬО„ п=1б р=0,031

60 78

I I

4 Время после УФ-В 7 облучения

Рис. 3. Изменение степени оксигенации гемоглобина в МЦР кожи в зависимости от количества гемоглобина

USA, 1999).

Результаты и обсуждение

Для демонстрации того, что измеренная методом спектрофотометрии степень оксигенации гемоглобина в микрососудах кожи с УФ эритемой (и без неё) может быть снижена уменьшением кровотока, а не селективной ва-зодилатацией венул, проведено измерение парциального давления кислорода (рО2) и С%НЬ08 в коже предплечья с эритемой вызванной УФ-В облучением в дозе 2,5 МЭД при нарушении кровоснабжения конечности вследствие пережатия сосудов плеча манжетой тонометра.

Приведённые на зависимости рО2 и С%НЬ08 в коже с эритемой в области предплечья от давления в манжете тонометра зависимости показывают, что степень окси-генации гемоглобина в микрососудах прямым образом связана с содержанием кислорода в ткани и уменьшение степени С%НЬ08 в процессе развития эритемы может быть вызвано уменьшением объёмного кровотока, а не увеличением объёма крови (вследствие селективной вазо-дилатации венул), депонированной в венозной части МЦР кожи (рис. 1).

Через 6-8 часов после УФ-В облучения в эритемогенной дозе наблюдается выход лейкоцитов из венул облученного участка кожи [6]. Существуют механизмы влияния выхода лейкоцитов в очаг воспаления на вазодилатацию микрососудов, и проявление дезоксигемоглобиновой эритемы может определяться этими процессами. Для проверки возможности формирования дезоксигемоглобиновой эритемы при отсутствии лейкоцитарной муфты, УФ-В эритема была изучена у кролика с лейкопенией.

На рисунке 2 представлен результат спектрофото-метрии диффузно отраженного света кожей кролика с эритемой от дозы 2,5 МЭД УФ-В. Как видно из рисунка, для кролика с лейкопенией дезоксигемоглобиновая фаза эритемы сохранилась, что опровергает сделанное предположение о возможном влиянии выхода лейкоцитов на характер эритемы. Лейкопения кролика не снижает выра-

женность дезоксигемоглобиновой фазы УФ-В эритемы и, следовательно, миграция лейкоцитов в очаг воспаления не влияет на изменение степени оксигенации гемоглобина в микрососудах кожи при развитии УФ-В эритемы. Можно предположить, что степень выраженности дезоксиге-моглобиновой эритемы не является функцией времени, прошедшего поле УФ облучения. Автор работы [4] делает вывод о зависимости С%НЬ08 от времени после УФ облучения (снижение С%НЬ08 на период 5-8 часов) на основании исследования кинетики УФ-В эритемы от близких (около 2 МЭД) доз облучения. Для проверки справедливости вывода была измерена С%НЬ08 в микрососудах кожи с эритемой, развившейся через 8 часов после УФ-В облучения от различных доз УФО.

С увеличением дозы УФО степень выраженности эритемы, как и СНЬ в микрососудах кожи, измеренная методами спектрофотометрии, возрастает. По оси абсцисс на графике отложено изменение содержания гемоглобина, измеренное по отношению к исходному (до УФ-В облучения) количеству гемоглобина в МЦР.

Изменение С%НЬ08 происходит не монотонно с ростом СНЬ — при удвоении содержания гемоглобина в микрососудах (по отношению к исходному содержанию) степень оксигенации начинает снижаться с ростом СНЬ. Очевидно, это обусловлено уменьшением линейной скорости движения эритроцитов. Когда содержание гемоглобина возрастает в три раза, степень оксигенации вновь начинает возрастать, что, вероятно, сопряжено с ростом линейной скорости эритроцитов. Результаты позволяют утверждать, что выраженность дезоксигемоглобиновой фазы УФ-В эритемы определяется не временем после облучения, а степенью кровенаполнения МЦР кожи. Степень оксигенации гемоглобина в МЦР кожи через 8 часов после УФ-В облучения зависит от количества гемоглобина в микрососудах (определяемого дозой УФО) и, следовательно, проявление дезоксигемоглобиновой фазы УФ-В эритемы определяется степенью развития гиперемии, а не временем с момента УФ облучения. Таким образом, дезоксигемогло-биновая эритема является не компонентом, а фазой развития УФ-В эритемы, так как для её проявления не требуется специфический медиатор и снижение С%НЬ08 может быть не сопряжено с избирательным увеличением объёма крови, депонированной в венозной части МЦР кожи.

Так как данное исследование исключает возможность представления УФ-В эритемы как совокупности окси- и дезоксигемоглобинового компонентов, проявляющихся в разных временных интервалах, требуется создание новой модели двухкомпонентной УФ-В эритемы, в которой степень выраженности двух конкурирующих компонентов (быстрой и задержанной эритемы) определяется дозой УФ-В облучения.

Изучение изменений в системе микроциркуляции в процессе развития стерильного, строго дозированного воспаления, вызванного облучением ультрафиолетом, позволит проводить разработку методов динамической диагностики, например, микроциркуляторных нарушений. Знание механизмов, приводящих к изменениям в системе микроциркуляции в ответ на действие УФО, даст возможность исследовать работу систем организма, ответственных за эритемогенез.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондырев Ю.А. Корытов Л.И. Анализ кинетики эритемы кожи, вызванной УФ-излучением. //Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 2004. — Т. 90 № 8. — С.427.

2. Бондырев Ю.А. Устройство и метод для определения содержания оксигенированной и дезоксигенированной форм гемоглобина в крови кожных и других покровов. //Гомеостаз. Его механизмы и коррекция. Республиканский сборник научных трудов. /Под ред. Г.И. Косицкого. — М.: 2-й МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова,1987. — С.42-45.

3. Патологическая физиология:. Учебник / Под ред. А.Д. Адо, М.А. Адо, В.И. Пыцкого и др. — М.: Триада-Х, 2000. — 574 с.

4. Писцов Ю.М. Механизм развития эритемы кожи при воздей-

ствии ультрафиолетового излучения: Автореф. дис. ... канд. биол. наук: — Минск, 1985. — 23с.

5. Chang H.R., Tsao D.A., Wang S.R., Yu H.S. Expression of nitric oxide synthases in keratinocytes after UVB irradiation.//Arch Dermatol Res. — 2003. — Vol.295(7). — P.293-299.

6. Eaglstein W.H., Sakai M., Mizuno N. Ultraviolet radiation-induced inflammation and leukocytes. //J. Invest. Dermatol. — 1979. — Vol. 72(2). — P.59-63.

7. Reischl S., Henrich J., Schauberger G. Time course and dose-response-relationship of the UVB and UVC erythema of pigs. //13th Int. Cong on Photobiology — San Francisco, 2000. — P. 136.

Адрес для переписки: 664079, г. Иркутск, м/р Юбилейный 100, НЦ РВХ СО РАМН. E-mail: bondyrev@mail.ru. Юрий Анатольевич Бондырев м.н.с. лаборатории функциональной диагностики научно-лабораторного отдела НЦ РВХ СО РАМН, Борис Георгиевич Пушкарёв — научный руководитель отдела экспериментальной хирургии НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, доктор медицинских наук, профессор, академик РАЕ