Влияние общей анестезии на способность к обучению у крыс

УДК: 617-089.5:616-092.4

ВЛИЯНИЕ ОБЩЕЙ АНЕСТЕЗИИ НА СПОСОБНОСТЬ К ОБУЧЕНИЮ У КРЫС

В.Х. ШАРИПОВА, А.А. ВАЛИХАНОВ, А.Х. АЛИМОВ, Ф.С. ДЖУРАЕВ

Республиканский научный центр экстренной медицинской помощи

Изучения роли общей анестезии в развитии послеоперационной когнитивной дисфункции проведено на 60 лабораторных крысах. Изучалось влияние разных видов общей анестезии на способность к обучению у крыс с помощью водного лабиринта. В нашем исследовании общая анестезия на основе изофлурана и ке-тамина не оказывала губительного действия на когнитивные функции.

Ключевые слова: послеоперационная когнитивная дисфункция, нейрокогнитивное тестирование, общая анестезия, способность к обучению, водный лабиринт Морриса.

THE INFLUENCE OF GENERAL ANESTHESIA ON LEARNING ABILITY OF RATS

V.H. SHARIPOVA, A.A. VALIHANOV, A.H. ALIMOV, F.S. DJURAYEV

Republican Research Centre of Emergency Medicine

The role of general anesthesia in development of postoperative cognitive dysfunction (POCD) has been studied in the experimental study on rats (n=60). The impact of different types of general anesthesia on learning ability of rats has been evaluated using water maze. In our study general anesthesia using isoflurane and ketamine had no negative effect on cognitive functions.

Key words: postoperative cognitive dysfunction (POCD), neurocognitive testing, general anesthesia, learning ability, Morris water maze.

Послеоперационная когнитивная дисфункция (ПОКД) - это нарушение когнитивных функций, которое возникает после операции и проявляется в виде умеренных когнитивных нарушений [9]. Для ПОКД характерно длительное течение с ухудшением памяти, внимания и других высших мозговых функций.

За последние десятилетия частота ПОКД, несмотря на многочисленные исследования, существенно не изменилась [10,14]. До сегодняшнего дня не существует единого мнения об этиологии и патогенезе данной патологии. Некоторые ученые считают, что ПОКД - результат прямого токсического действия общих анестетиков на нервную систему [1,2,7,13,19,22]. Другие авторы утверждают, что сама хирургическая операция является этиофактором ПОКД. По их мнению, хирургическая агрессия вызывает активацию местных и далее системных провоспалительных факторов (ИЛ-1Р, ИЛ-6, фактор некроза опухоли и др.), которые нарушают целостность гематоэнцефалического барьера и индуцируют нейро-воспаление [3,4,16,17,21]. Вопрос о влиянии вида анестезии и конкретных анестетиков на развитие когнитивной дисфункции остается спорным. Одни исследователи подтверждают данное утверждение [9], другие опровергаются связь между когнитивными нарушениями и действием анестезии [143,20].

В наши дни в качестве факторов риска развития ПОКД рассматриваются возраст, когнитивные нарушения до операции, длительность оперативного вмешательства, а также послеоперационные дыхательные нарушения и инфекционные осложнения [24].

A.M. Brambink и соавт. [2], применяя изофлуран у приматов в качестве основного анестезиологического

компонента, выявили, что развивающийся мозг приматов чувствителен к апоптогенному влиянию изофлурана. X.M. Li и соавт., использовав изофлуран, выявляли гиппокамп-зависимое когнитивное нарушение у старых мышей [12]. N. Hua и соавт. [7], проведя исследование когнитивных функций у старых мышей после ортопедических операций, выявили, что севофлуран вызывает ухудшение когнитивных функций. X. Shen и соавт. [18], изучая память, способность к обучению мышей, пришли к выводу, что чем старее животное, тем чаще и скорее развиваются ПОКД.

В ряде исследований на экспериментальных моделях было показано, что нейротоксичностью могут обладать практически все опиоиды - фентанил, суфента-нил и ремифентанил [11]. Существуют противоречивые данные, что ингаляционные анестетики могут повышать подверженность нейронов к апоптозу и усиливать ней-родегенеративные процессы [5,6]. Более того, высокие дозы севофлурана могут вызывать церебральную вазо-дилатацию, которая нарушает ауторегуляцию мозгового кровотока во время искусственного кровообращения [16].

Тем не менее, на сегодняшний день нет убедительных доказательств, что ингаляционные анестетики могут стать причиной ПОКД. Несколько исследований, касавшихся влияния глубины ингаляционной анестезии на развитие ПОКД, показали противоположный результат [23].

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение влияния разных видов общей анестезии на способность к обучению у крыс.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Животные. Исследование проведено на 60 беспородных белых крысах в возрасте 8-10 месяцев. Животные содержались на стандартном рационе вивария в комнате размером 28 м2, по две особи в клетках размерами 40х30х15 см. В комнате поддерживалась постоянная температура 21±1оС, световое время составляло 12 ч в сутки. Подстилочный материал и бутылочки с водой менялись 3 раза в неделю. До начала экспериментов в течение первого дня крысы адаптировались к новым условиям, и далее в течение 5 дней проводилось приучение их к руке исследователя. В 1-й, 6-й и 10-й дни исследования (3 раза) измеряли массу животных (табл. 1).

Животные в случайном порядке были разделены на 3 группы по 20 особей в каждой. 1-я группа была контрольной. В этой группе не проводилась анестезия. У крыс 2-й группы применялась анестезия на основе изо-флурана и фентанила. В 3-й группе для анестезии использовали кетамин и фентанил.

Анестезия. Животные адаптировались к новым условиям в течение одного дня и приучались к руке в течение 5 дней. На 7-й день после двухчасового отлучения от корма крыс контрольной группы перемещали в комнату анестезии, а через 2 часа (без анестезии) возвращали в свои коробки.

Животных 2-й группы отлучали от корма за 2 часа до анестезии. Для анестезии использовали изофлуран в комбинации с фентанилом. Индукция: животное помещали в индукционную камеру размерами 32х32х20 см, подключенной к наркозному аппарату (Datex-Ohmedia, Aestiva-5), оборудованному испарителем для изофлурана. В камеру подавали 5 об% изофлурана ("Isoflurane USP" Piramal Enterprises Limited, Индия, № серии H01A18B) в потоке кислорода (2 л/мин) до потери двигательной активности. Далее крысу размещали на подогреваемый операционный столик и с помощью маски поддерживали анестезию с 2 об% изофлураном в потоке кислорода 1 л/мин в течение 2 ч. Также интрапе-

ритонеально (ИП) был введен фентанил (ООО «Харьковское фармацевтическое предприятие «Здоровье народу», Украина, № серии 02240717): 0,2 мг/кг сразу после индукции и 0,1 мг/кг каждые 30 мин (3-кратно).

У животных 3-й группы индукция в анестезию проводилась внутрибрюшинным введением кетами-на (Кетамин-ЗН, «Харьковское фармацевтическое предприятие «Здоровье народу», Украина, № серии 03471017) 100 мг/кг и фентанила 0,2 мг/кг. После потери двигательной активности крысу размещали на подогреваемый операционный столик и с помощью маски проводили инсуффляцию кислорода 1 л/мин. Поддержание анестезии включало повторное введение кетамина и фентанила в дозировках соответственно 50 кг и фентанила 0,1 мг/кг каждые 30 минут (3-хратно).

Во время анестезии проводился мониторинг частоты сердечных сокращений (ЧСС), сатурации кислорода (SpO2), частоты дыхания (ЧД) и температуры (MouseOx Plus, Starr Life Sciences Corp. USA). С целью профилактики кератита глаза животных были обработаны 1% тетраци-клиновой мазью (Karan healthcare, Индия) во время анестезии.

Нейрокогнитивное тестирование; изучение способности к обучению. Для изучения способности к обучению был использован водный лабиринт Морриса, который представляет собой цилиндровый металлический бассейн темно-синей окраски с диаметром 10,5 м и высотой 0,5 м, наполненный водой до половины. Внутри бассейна имеется платформа диаметром 12 см и высотой на 1 см ниже уровня воды. Платформа находилась в юго-западном квадранте бассейна. В комнате были наружные ориентиры (окно и настенные постеры) для ориентировочного запоминания расположения платформы. Температура воды поддерживалась на уровне 26±1оС. Начиная с 4-го дня после сеанса анестезии было проведено тестирование, которое включало 8 ежедневных сессий в течение 4 дней: крысы опускались в воду из 8 разных точек, регистрировалось время обнаружения

Таблица 1. Общая характеристика крыс

Показатель 1-я группа 2-я группа 3-я группа

Количество крыс 20 20 20

Возраст, мес. 8-10 8-10 8-10

Масса крыс, Mia: 1-й день, 279,8±17,8 277,9±18,3* 277,8±18,7*

6-й день 288,9±19,7 288,1±18,5* 286,2±17,7*

10-й день 299,6±21,6 304,3±21,5* 302,4±21,4*

Длительность адаптации, сут 1 1 1

Длительность приучения к руке, сут 5 5 5

Анестезия нет изофлуран/ фентанил кетамин/ фентанил

Примечание. М - среднее значение, а - стандартное отклонение. * - р>0,05 по сравнению с контрольной группой.

I (U

£0 S £ > п. а 1 2 3 4

* § s т X X X X X

К £0 S о X 1- и 5 Ct Ct Ct Ct

го у 1- > с т > X < о с; m с; m с; m с; m

*

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

День исследования

Рис. 1. Схема эксперимента (ВЛМ - водный лабиринт Морриса).

Рис. 2. Тестирование лабораторных крыс в водном лабиринте Морриса.

платформы (escape latency). В случае не обнаружения крысой скрытой платформы в течение 60 секунд плавания исследователь оказывал животным помощь в виде направляющих указаний. Видеорегистрация движений крыс во время тестирования проводилась камерой слежения, установленной над центром лабиринта и подключенной к компьютеру.

Сбор данных и статистическая обработка результатов. Время обнаружения платформы было извлечено из заранее зарегистрированного видеоматериала с помощью специальной программы для исследования когнитивных функций грызунов «Ethovision XT» (версия 11.5, Noldus, Нидерланды). Статистическая обработка данных проведена с помощью программы "Stata-12". Различия по критерию t считали значимыми при p<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Мониторинг и время пробуждения после анестезии. У животных 1-й группы мониторинг параметров жизненных показателей не проводился. Различия в средних показателях данных параметров животных 2-й и 3-й групп были статистически не значимыми (табл. 2).

Критерием полного пробуждения являлось появление целенаправленных движений у крысы (хождение, стремление к пище). Время до появления вышеуказанных активностей в 1-й и 2-й группах измерялось соответ-

ственно, начиная с отключения подачи изофлурана или с момента последней инъекции кетамина с фентанилом.

Таблица 2. Показатели мониторинга и время пробуждения крыс, M±a

Показатель 2-я группа 3-я группа

ЧСС, в мин 407,5±48,2 398,8±54,2*

ЧД, в мин 93,7±10,3 97,1±13,8*

SpO2, % 98,5±0,94 98,9±1,25*

Температура тела, оС 37,1±0,75 36,4±0,89*

Время пробуждения, мин 22,2±1,9 48,7±3,3

Примечание. М - среднее значение, а - стандартное отклонение. * -р>0,05 по сравнению со 2-й группой.

Нейрокогнитивное тестирование. Способность к обучению у животных проявлялась сокращением времени обнаружения скрытой платформы (появления пространственной памяти). По результатам тестирований в

Таблица 3. Время обнаружения (с) скрытой платформы, M±a

Группа День

1-й 2-й 3-й 4-й

1-я (контроль) 27,96±1,97 16,55±1,49 11,68±1,15 10,07±0,94

2-я 28,42±1,84* 16,87±1,42* 12,22i1,02* 10,50±0,86*

3-я 28,14±1,94* 17,06±1,18* 12,01±1,77* 10,38±1,27*

Примечание. М - среднее значение, а - стандартное отклонение. * - р>0,05 по сравнению с контрольной группой.

Рис. 3. Изменение времени обнаружения скрытой платформы (escape latency) по дням исследования.

последующие (2-й, 3-й и 4-й) дни исследования отмечалось достоверное уменьшение времени обнаружения скрытой платформы по сравнению с 1-м днём. Отмечалось более резкое уменьшение данного времени на 2-й день исследования по сравнению с 3-м и 4-м днями в среднем на 40,3, 57,5 и 63,4%, но в то же время статистически значимой разницы между группами не было. Среднее значение времени обнаружения платформы во 2-й и 3-й группах было больше, чем в контрольной группе, но различия были статистически незначимы (табл. 3, рис. 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В нашем исследовании общая анестезия изофлура-ном и кетамином не оказывала негативного влияния на изучаемую когнитивную функцию у лабораторных крыс, что отразилось на результатах теста водного лабиринта Морриса. Мы полагаем, что необходимы дальнейшие исследования с большим количеством животных и применением дополнительных нейрокогнитивных тестов

для окончательного утверждения о влиянии общей анестезии без хирургических вмешательств на нейрокогни-тивные функции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Овезов А.М., Пантелеева М.В., Князева А.В. и др. Когнитивная дисфункция и общая анестезия: от патогенеза к профилактике и коррекции. Неврол нейропсихиатр и психосоматика 2016; 3: 101-105.

2. Brambrink A.M., Evers A.S., Avidan M.S. et al. Isoflurane-

induced Neuroapoptosis in the Neonatal Rhesus Macaque Brain. Anesthesiology 2010; 4: 112.

3. Cibelli M., Fidalgo A.R., Terrando N., Ma D., Monaco C.,

et al. Role of interleukin-1beta in postoperative cognitive dysfunction. Ann Neurol 2010; 68: 360-8.

4. Cunningham C., Campion S., Lunnon K. et al. Systemic inflammation induces acute behavioural and cognitive changes and accelerates neurodegenerative disease. Biol Psychiatry 2009; 65: 304-12.

5. Dong Y., Wu X., Xu Z. et al. Anesthetic isoflurane increases phosphorylated tau levels mediated by cas-

pase activation and Aß generation. PloS one 2012; 7 (6): e386-93.

6. Eckenhoff R.G., Johansson J.S., Wei H. et al., Inhaled an-

esthetic enhancement of amyloid-beta oligomeriza-tion and cytotoxicity. Anesthesiology 2004; 101 (3): 703-9.

7. Hua N., Guoc D., Wang H. et al. Involvement of the blood-brain barrier opening in cognitive decline in aged rats following orthopaedic surgery and high concentration of sevoflurane inhalation. Brain Res 2014; 1551: 13-24.

8. Ingrid R. Postoperative Cognitive Dysfunction. Deutsch-

es Ärztarbeit International 2014; 111 (8): 119-25.

9. Kanbak M., Saricaoglu F., Akinci S. B. et al., The effects of isoflurane, sevoflurane, and desflurane anesthesia on neurocognitive outcome after cardiac surgery: a pilot study. Heart Surg Forum 2007; 10 (1): E36-E41.

10. Knipp S.C., Matatko N., Wilhelm H. et al. Cognitive outcomes three years after coronary artery bypass surgery: relation to diffusion-weighted magnetic resonance imaging. Ann Thorac Surg 2008; 85: 872-9.

11. Kofke W.A., Attaallah A.F., Kuwabara H. et al. The neuropathologic effects in rats and neurometabolic effects in humans of large-dose remifentanil. Anesth Analgesia 2002; 94: 1229-36.

12. Li X.M., Su F., Ji M.H. et al. Disruption of hippocampal neuregulin 1-ErbB4 signaling contributes to the hippocampus-dependent cognitive impairment induced by isoflurane in aged mice. Anesthesiology 2014; 121: 79-88.

13. Lindqvist M., Schening A., Granstrom A. et al. Cognitive recovery after ambulatory anaesthesia based on desflurane or propofol: a prospective randomised study. Acta Anaesth Scand 2014; 58 (9): 1111-20.

14. Newman M.F., Kirchner J.L., Phillips-Bute B. et al. Neurological Outcome Research Group and the Cardio-thoracic Anesthesiology Research Endeavors Investigators. Longitudinal assessment of neurocognitive

function after coronary-artery bypass surgery. New Engl J Med 2001; 344: 395-402.

15. Reinsfelt B., Ricksten S.E., Zetterberg H. et al. Cerebrospinal fluid markers of brain injury, inflammation, and blood-brain barrier dysfunction in cardiac surgery. Ann Thorac Surg 2012; 94 (2): 549-55.

16. Riedel B., Browne K., Silbert B. Cerebral protection: inflammation, endothelial dysfunction, and postoperative cognitive dysfunction. Curr Opin Anesth 2014; 27: 89-97.

17. Run X., Liang Z., Zhang L. et al. Anesthesia induces phosphorylation of tau. J Alzheimers Dis 2009; 16: 619-26.

18. Shen X., Dong Y., Xu Z. et al. Selective Anesthesia-induced Neuroinflammation in Developing Mouse Brain and Cognitive Impairment. Anesthesiology 2013; 118: 3.

19. Slikker W., Zou X., Hotchkiss C.E. et al. Ketamine-induced neuronal cell death in the perinatal rhesus monkey. Toxicol Sci 2007; 98: 145-58.

20. Stratmann G., Sall J.W., May L.D. et al. Beyond anesthetic properties: the effects of isoflurane on brain cell death, neurogenesis, and long-term neurocognitive function. Anesth Analg 2010; 110: 431-7.

21. Terrando N., Eriksson L.I., Ryu J.K. et al. Resolving postoperative neuroinflammation and cognitive decline. Ann Neurol 2011; 70: 986-95.

22. Uchimoto K., Miyazaki T., Kamiya Y. et al. Isoflurane Impairs Learning and Hippocampal Long-term Potentiation via the Saturation of Synaptic Plasticity. Anesthesiology 2014; 121: 302-10.23

23. Valentim A.M., Heber C.A., Olsson I.A., Antunes L.M. The effects of depth of isoflurane anesthesia ob the performance of mice in a simple spatial learning task. J Amer Assoc Lab Anim Sci 2008; 47 (3): 16-9.24

24. van Harten A. E., Absalom A.R. A review of postoperative cognitive dysfunction and neuroinflammation associated with cardiac surgery and anaesthesia. Anaesthesia 2012; 66: 280-93.7

КАЛАМУШЛАРДА УМУМИЙ АНЕСТЕЗИЯНИНГ УРГАНИШ ЦОБИЛИЯТИГА ТАЪСИРИ

В.Х. ШАРИПОВА, А.А. ВАЛИХАНОВ, А.Х. АЛИМОВ, Ф.С. ДЖУРАЕВ

Республика шошилинч тиббий ёрдам илмиймаркази

Жаррох,ликдан кейинги когнитив дисфункция (ЖККД) ривожланишида умумий анестезиянинг ах,амиятини урганиш учун каламушларда (n=60) экспериментал изланиш утказилди. Тадк;ик;отда умумий анестезия турларининг каламушларда урганиш кобилиятига таъсири сув лабиринти ёрдамида урганилди. Тадк;ик;отимизда изофлуран ёки кетамин билан утказилган умумий анестезия когнитив функцияларга сал-бий таъсир курсатмади.

Калит сузлар: жарро^ликдан кейинги когнитив дисфункция (ЖККД), нейрокогнитив тест,умумий анестезия, урганиш цобилияти, Моррис сув лабиринти.

Контакты:

Шарипова Висолат Хазмаевна, д.м.н, г.н.с. Руководитель отд. анестезиологии и реаниматологии РНЦЭМП.

Тел: 90 9821652 visolat_78@mail.ru.

Валиханов Аброр Алиханович, м.н.с РНЦЭМП.

Тел: 91 1910268 abror_27@mail.ru.

Алимов Азамат Хасанович. Базовый докторант РНЦЭМП.

Тел: 90 9815776 azamat.kh.alimov@gmail.com.

Джураев Фарход Салохитдинович. Клинический ординатор РНЦЭМП. Тел: 90 1208895