Нарушение механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах крыс, перенесших тяжелую черепно-мозговую травму

НАРУШЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ, ОТВЕТСТВЕННЫХ ЗА ТРАНСПОРТ СА2+ В КАРДИОМИОЦИТАХ КРЫС, ПЕРЕНЕСШИХ ТЯЖЕЛУЮ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВУЮ ТРАВМУ

IMPAIRMENT OF MECHANISMS RESPONSIBLE FOR TRANSPORT FOR СА2+ IN CARDIOMYOCYTES OF RATS WHICH HAVE SUFFERED SEVERE CRANIOCEREBRAL INJURY

Русаков В.В. Долгих В.Т.

Омская государственная медицинская академия,

г. Омск, Россия

На модели изолированного изоволюмически сокращающегося сердца по Е.Т. Fallen et al. изучена сократимость миокарда крыс, перенесших тяжелую черепно-мозговую травму. При проведении нагрузки ритмом высокой частоты выявлено снижение в посттравматическом периоде мощности механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах. Степень нарушений была наибольшей через 1 сутки после травмы в группе животных с неблагоприятным течением посттравматического периода. Ключевые слова: черепно-мозговая травма, сердце, функционально-метаболические нарушения

Rusakov V.V. Dolgikh V.T.

Medical State Academy of Omsk, Omsk, Russia

On the model of isolated isovolumetrically contracted heart according to E.T. Fallen et al. miocardial contractility of rats, which have suffered a severe craniocerebral injury, is studied. While loading by rhythm of high frequency a decrease of mechanisms' power responsible for transport of Ca2+ in cardiomyocytes was found out. The highest degree of breaches appeared to be over a day after the injury in the group of animals with unfavourable course of post-injured period.

Key words: craniocerebral injury, heart, functional metabolic impairment.

Травматическое повреждение головного мозга способствует формированию в организме пострадавшего целого комплекса функционально-метаболических и структурных изменений [1, 2]. С одной стороны, активируются деструктивные процессы, с другой — включаются защитные и восстановительные механизмы, каждый со своими временными и пространственными характеристиками.

Особое значение при этом имеют изменения в сердечно-сосудистой системе, так как адекватность доставки нейронам головного мозга субстратов и кислорода на фоне нарушенной ауторегуляции мозгового кровотока во многом определяется функцией сердца. Целью работы явилось изучение сократимости миокарда и мощности механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах крыс, перенесших тяжелую черепно-мозговую травму (ЧМТ).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Опыты проведены на 142 белых беспородных крысах-самцах массой 160-250 г, которым под эфирным наркозом наносилась тяжелая ЧМТ по средней линии теменной области свободно падающим гру-

№ 1 [июнь] 2006

зом определенной массы. В течение 1 часа после травмы регистрировали показатели системной гемодинамики с использованием метода тетраполярной реографии в модификации В.В. Карпицкого с соавт. [3].

Через 1 час, 1, 7 и 30 суток после ЧМТ изучали сократительную функцию сердец с использованием методики изолированного изоволю-мически сокращающегося сердца по Е.Т. Fallen et al. [4]. В прошедшем через коронарное русло перфузате определяли концентрацию глюкозы, лактата и активность АсАТ с помощью реагентов на автоматическом биохимическом анализаторе «Марс».

Потребление 1 г сухого миокарда за 1 мин глюкозы и выделение лактата рассчитывали на 1 мм рт. ст. развиваемого давления. Потерю кардиомиоцитами АсАТ вычисляли на единицу массы миокарда. Биохимические исследования выполнялись в Центральной научно-исследовательской лаборатории ОмГМА.

Для выявления мощности механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах крыс, проводили пробу с нагрузкой ритмом высокой частоты. При этом частоту стимуляции сердца внезапно

75

увеличивали с 240 до 300, 400 и 500 мин-1. Рассчитывали силовые и скоростные показатели сократимости изолированных сердец во время пробы, а также величину формирующегося дефекта диастолы.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием ^критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ

И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Острый посттравматический период характеризовался разнонаправленными изменениями основных показателей системной гемодинамики. В зависимости от характера гемодинамических сдвигов были выделены две подгруппы животных. Через 20 мин. после травмы во II группе крыс ударный объем (УО) был на 31,8 % (р < 0,05), минутный индекс (МИ) — на 30,9 % (Р < 0,02), а среднее артериальное давление (АДср.) — на 29,6 % (Р < 0,001) больше, чем в I группе животных. На протяжении периода наблюдения выявленные различия между подгруппами увеличивались. К концу 1 часа они касались большинства исследуемых показателей (кроме частоты сердечных сокращений и общего периферического сопротивления сосудов). Тахикар-

дия, являясь следствием гиперкате-холаминемии, была характерна для животных обеих групп.

В I группе травмированных животных величины ударного индекса (УИ), и АДср. к исходу 1 часа составляли, соответственно, 73,4 % (Р < 0,001) и 78,4 % (Р < 0,001) от контроля. Минутный индекс (МИ) на протяжении всего периода наблюдения не отличался от значений в контроле и лишь к 60-й минуте, несмотря на тахикардию, уменьшался до 144 ± 7,3 мл /кг (в контроле — 178 ± 6,7 мл/кг, Р < 0,02).

Для крыс II группы было характерно увеличение УИ и АДср., составлявших к концу наблюдения 126,8 % (Р < 0,01) и 113,8 % (Р < 0,01), соответственно, от значений в контроле. В течение всего часа наблюдения МИ превышал контрольные величины, и к завершению эксперимента был равен 243 ± 10,9 мл/кг (в контроле - 178 ± 6,7 мл/кг, Р < 0,001).

Большинство авторов связывают подобные гипо- и гиперкинетические изменения системного кровообращения с нарушением интегра-тивной функции поврежденного мозга [5, 6]. С таким подходом согласуются и наши данные, полученные в экспериментах на изолированных сердцах травмированных крыс, лишенных регулирующего влияния центральной нервной и эндокринной систем.

Через 1 час после травмы, несмотря на различную динамику изменений показателей центральной гемодинамики, мы выявили однонаправленные изменения параметров сократимости сердец животных. Скорость расслабления миокарда левого желудочка крыс, перенесших ЧМТ, была на 25,5 % ниже, чем в контроле (Р < 0,05). Косвенным признаком повреждения сарколеммы кардиомиоцитов являлось большее выделение в коронарный проток сердцами травмированных животных АсАТ - на 41,8 % (Р < 0,05). Отражением митохон-дриальной дисфункции было неэкономное расходование сердцами опытной группы субстратов окисления. Потребление глюкозы на 1 мм рт. ст. развиваемого давления составляло 257 ± 19,3 нмоль/миниг,

по сравнению с 198 ± 14,3 нмоль /миниг в контроле (Р < 0,05).

Изменение скоростных показателей сократимости, нарушение энергетических процессов и признаки мембранодеструкции могли быть следствием нарушения функционирования механизмов, ответственных за удаление Са2+ из саркоплазмы (Са2+-насоса сар-коплазматического ретикулума и функционально связанных между собой №+/К+-насоса и №+/Са2+-обменника сарколеммы), и избыточного поступления Са2+ в клетку. Поэтому на следующем этапе исследования было изучено влияние на сократимость изолированных сердец травмированных крыс высокой частоты стимуляции, увеличивающей нагрузку на механизмы транспорта Са2+ в миоцитах.

Известно, что при увеличении частоты сокращений вхождение Са2+ в кардиомиоциты увеличивается, а время, в течение которого Са2+ удаляется из саркоплазмы в саркоплаз-матический ретикулум и реализуется диастолическое расслабление, уменьшается. Поэтому при резком переходе к высокой частоте стимуляции механизмы транспорта Са2+ за короткий промежуток времени между сокращениями «не успевают» извлекать из саркоплазмы кар-диомиоцита вошедший туда Са2+. Неполное расслабление при этом свидетельствует о том, что предъявляемая сердцу нагрузка превышает максимальную мощность механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах.

Проявлением неполного диасто-лического расслабления при высокой частоте сокращений является повышение диастолического давления и формирование дефекта диастолы. Поэтому считается, что величина дефекта диастолы является реальным критерием мощности механизмов, ответственных за удаление Са2+ из саркоплазмы.

Повышение частоты стимуляции сердец животных через 1 час после ЧМТ обнаружило снижение развиваемого давления при частоте 300 и 500 мин-1 на 20,1 % (Р < 0,02) и 18 % (Р < 0,05), соответственно, по отношению к контролю (табл.).

Скорость сокращения миокарда левого желудочка при часто-

те 400 мин-1 составляла 83,6 % (Р < 0,05) от контрольных величин, а скорость расслабления - 82,4 % (Р < 0,05). Дефект диастолы, отсутствовавший при частоте стимуляции 300 мин-1 в контроле, выявлялся в опытной группе. При увеличении частоты до 400 мин-1 он в 2,8 раза превышал величину данного показателя контрольных сердец.

Через сутки после травмы в изменении сократимости сердец крыс выявились две устойчивые тенденции, что позволило выделить подгруппы травмированных животных: с благоприятным и неблагоприятным течением посттравматического периода. Различия между подгруппами заключались в величинах силовых и скоростных показателей, регистрируемых после периода стабилизации работы изолированных сердец. Разной была и реакция сердец на нагрузку ритмом, особенно при частоте стимуляции 400 и 500 мин-1. В группе крыс с неблагоприятным течением посттравматического периода был менее выражен положительный хроноино-тропный эффект, который при высокой частоте стимуляции менялся на отрицательный. Развиваемое давление при частоте сокращений 300, 400 и 500 мин-1 было снижено на 38,8 % (Р < 0,001), 42,2 % (Р < 0,01) и 46,5 % (Р < 0,001), соответственно, по отношению к контролю. Формировался значительный по величине дефект диастолы, который при частоте 500 мин-1 достигал наибольших значений за весь период наблюдения после травмы.

Различия в подгруппах животных сохранялись и спустя 7 суток после ЧМТ. При благоприятном течении посттравматического периода показатели сократимости практически не отличались от значений в контроле. При неблагоприятном течении они были существенно ниже. Дефект диастолы во II группе при частоте стимуляции 400 и 500 мин-1 превышал этот показатель в контроле в 7,9 (Р < 0,001) и 2,6 раза (Р < 0,01), соответственно.

Через 30 суток после травмы мы не обнаружили существенных различий в сократимости сердец внутри группы травмированных крыс.

ПОЛИТРАВМА

76

При этом показатели сократимости, кроме скорости расслабления левого желудочка, не отличались от контрольных. Однако, предъявление сердцам повышенной нагрузки выявляло нарушение механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в клетках миокарда, что проявлялось формированием дефекта диастолы при частоте сокращений 300 мин-1 и увеличением его, по сравнению с контролем, при частоте 400 и 500 мин-1.

Выявленные изменения сократимости изолированных сердец травмированных крыс при увеличении частоты их стимуляции свидетельствуют о снижении мощности механизмов, регулирующих баланс Са2+ в кардиомиоцитах на протяжении всего периода наблюдения. Это может быть связано с развертыванием при тяжелой ЧМТ комплекса универсальных механизмов, в конечном итоге приводящих к модификации мембран кардиомиоцитов и обуславливающих повреждение, изменение конформации или кинетических свойств ферментов клеток миокарда. Наиболее значимые механизмы включают чрезмерную

интенсификацию процессов пере-кисного окисления липидов (ПОЛ), активацию мембранно-связанных, солюбилизированных и лизосо-мальных гидролаз, растяжения и микроразрывы мембран в результате набухания кардиомиоцитов и их органелл [7, 8].

В остром периоде после ЧМТ на фоне низкой емкости антиоксидант-ных систем происходит увеличение активности процессов липоперокси-дации в мембранах клеток [9, 10]. Активация ПОЛ закономерно приводит к увеличению содержания в липидной фазе мембран гидроперекисей липидов, которые образуют крупные мицеллы в толще мембран и поэтому могут выполнять роль своеобразных транспортных каналов для органических соединений и ионов, расстраивая их регулируемый транспорт [7]. Изменение проницаемости сарколеммы всегда сопровождается увеличением внутриклеточной концентрации Са2+. Последний, как известно, вызывает активацию Са2+-зависимых протеаз и фосфолипазы А2. Формирующийся при этом неконтролируемый протеолиз может стать причиной

острого повреждения кардиомио-цитов.

Таким образом, для острого периода тяжелой ЧМТ при различной динамике показателей системного кровообращения было характерно снижение мощности механизмов, ответственных за транспорт Са2+ в кардиомиоцитах. Последнее проявлялось неполным диастоличе-ским расслаблением при высокой частоте сокращений сердец с формированием значительного дефекта диастолы. Степень нарушений была наибольшей через 1 сутки после травмы в группе животных с неблагоприятным течением посттравматического периода. Полной нормализации механизмов транспорта Са2+ не отмечалось и через 30 суток, о чем свидетельствовали нарушения диастолической функции миокарда при высокой частоте стимуляции сердца.

Выявленные нарушения могут быть следствием окислительной модификации мембран кардиоми-оцитов, изменения конформации или кинетических свойств ферментов, участвующих в регуляции го-меостаза Са2+.

Таблица

Влияние ЧМТ на силовые показатели изолированных сердец крыс при нагрузке ритмом высокой частоты

Частота стимуляции Изучаемый показатель (в мм рт. ст.) Контроль Посттравматический период

1 ч. 1 сут. 7 сут. 30 сут.

I II I II

240 мин-1 Рд 3,4 ± 0,8 3,1 ± 0,4 3,6 ± 0,3 3,4 ± 0,4 3,3 ± 0,4 3 ± 0,4 4,3 ± 0,4

Рс 47,4 ± 2,6 41,2 ± 2 43,2 ± 3,4 32,3 ± 2,8Л* 47,5 ± 4,1 38,8 ± 3,5 43 ± 2,5

Рр 43,9 ± 2,7 38,1 ± 2,1 39,6 ± 3,5 28,9 ± 2,4Л* 44,2 ± 3,1 34,8 ± 2,3Л* 38,6 ± 2,3

300 мин-1 Рд 2,8 ± 0,6 4,7 ± 0,2Л 3,8 ± 0,4 4,6 ± 0,4 3,4 ± 0,4 4,4 ± 0,4 4,5 ± 0,3Л

Рс 52,5 ± 2,7 44,4 ± 2,5 46,5 ± 3,3 35,1 ± 2,9Л* 51 ± 4,8 40,5 ± 4,1л 44,7 ± 3,2

Рр 49,8 ± 2,9 39,8 ± 2,5Л 42,7 ± 3,5 30,5 ± 2,6Л* 47,6 ± 2,9 36,1 ± 3,4Л* 40,2 ± 3,0Л

Д - 2,2 ± 0,2 0,9 ± 0,1 2,4 ± 0,3* - 2 ± 0,3 2,7 ± 0,5

400 мин-1 Рд 4,5 ± 0,9 6,3 ± 0,9 5,7 ± 0,5 8,2 ± 0,9Л* 4,8 ± 0,4 7,6 ± 0,7Л* 6,9 ± 0,5Л

Рс 52,7 ± 3,6 48,6 ± 2,7 46,2 ± 3,7 36,1 ± 3,5Л 49,9 ± 3,9 41,3 ± 3,5 43,9 ± 2,9

Рр 48,3 ± 3,6 42,3 ± 2,3 40,5 ± 3,2 27,9 ± 2,8Л* 45,1 ± 3,7 33,7 ± 3,1л* 37 ± 3,4Л

Д 3,4 ± 0,6 9,6 ± 1,7Л 4,8 ± 0,6 28,3 ± 3,5Л* 3,7 ± 0,3 26,7 ± 4,5Л* 25,2 ± 5,1л

500 мин-1 Рд 9,8 ± 2 10,6 ± 1,6 12,8 ± 1 27,5 ± 2,3Л* 9,6 ± 1,1 22,4 ± 2Л* 14,6 ± 1,1

Рс 53,2 ± 2,5 46,2 ± 2,5 49,9 ± 4,2 50,7 ± 3,8 54,2 ± 4,4 51,9 ± 4,7 46,8 ± 3,2

Рр 43,4 ± 2,7 35,6 ± 2,4Л 37,1 ± 3,3 23,2 ± 1,9Л* 44,6 ± 2,7 29,5 ± 2,1л* 32,2 ± 3,2Л

Д 25,2 ± 5,9 31,9 ± 6,5 30,7 ± 5,1 78,2 ± 9,7Л* 26,3 ± 3,7 65,4 ± 8,1л* 53,2 ± 6,4Л

Примечание: Рд - диастолическое давление, Рс - систолическое давление, Рр - развиваемое давление, Д - дефект диастолы; I и II - подгруппы животных с благоприятным и неблагоприятным течением посттравматического периода; Р < 0,05 по сравнению л с контролем, * между подгруппами.

№ 1 [июнь] 2006

Литература:

1. Молчанов, И.В. Принципы интенсивной терапии изолированной черепно-мозговой травмы /И.В. Молчанов //Анест. и реаним.

- 2002. - № 3. - С. 12-17.

2. Фаизов, Т.Т. Сочетанная челюстно-мозговая травма, патогенетическое лечение и его обоснование (клинико-морфоэкспери-ментальное исследование) /Т.Т. Фаизов: Автореф. дис. ... докт. мед. наук. - М., 1998. - 42 с.

3. Карпицкий, В.В. Определение сердечного выброса у мелких лабораторных животных методом тетраполярной реографии /В.В. Карпицкий, С.В. Словеснов, Р.А. Рерих //Пат. физиол. и эксперим. терапия. - 1986. - № 1. - С. 74-77.

4. Fallen, E.T. Apparatus for study of ventricular function and metabolism in the isolated rat /E.T. Fallen, W.G. Elliott, R. Gorlin //J. Appl. Physiol. - 1967. - V. 22, N 4. - P. 836-839.

5. Клиническое руководство по черепно-мозговой травме: Т 2 /Под ред. А.Н. Коновалова, Л.Б. Лихтермана, А.А. Потапова.

- М., 2001. - 675 с.

6. Царенко, С.В. Нейрореаниматология. Интенсивная терапия черепно-мозговой травмы /С.В. Царенко. - М., 2005. - 352 с.

7. Литвицкий, П.Ф. Патогенные и адаптивные изменения в сердце при его регионарной ишемии и последующем возобновлении коронарного кровотока /П.Ф. Литвицкий //Пат. физиол. и экс-перим. терапия. - 2002. - № 2. - С. 2-12.

8. Пасечник, И.Н. Механизмы повреждающего действия активированных форм кислорода на биологические структуры у больных в критических состояниях /И.Н. Пасечник //Вестн. интенс. тер. - 2001. - № 4. - С. 3-9.

9. Кармен, Н.Б. Состояние мембран клеток в острый посттравматический период тяжелой сочетанной черепно-мозговой травмы /Н.Б. Кармен //Вестн. интенс. тер. - 2001. - № 1. - С. 31-34.

10. Leker, R.R. Cerebral ischemia and trauma - different etiologies yet similar mechanisms: Neuroprotective opportunities /R.R. Leker, E. Shohami //Brain Res. Rev. - 2002. - V. 39, N 1. - P. 55-73.

m

ПОЛИТРАВМА