Влияние пропофола на гиппокамп развивающегося мозга

Влияние пропофола на гиппокамп развивающегося мозга

М.А. Лобов, А.А. Древаль, А.М. Овезов, М.В. Пантелеева, Н.Р. Пашина, А.В. Князев, М.Н. Борисова, А.В. Луговой

ГБОУ ВПО Российский научно-исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, кафедра гистологии; ГБУЗ МО Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского

Проблема нейротоксичности анестетиков и церебральной нейропротекции во время оперативных вмешательств является одной из наиболее значимых в современной анестезиологии. Установлено, что общая анестезия наряду с основным гипнотическим действием обладает рядом негативных эффектов и часто вызывают развитие послеоперационной когнитивной дисфункции, как проявление энцефалопатии. Наркоз на основе пропофола рассматривается как «золотой стандарт» тотальной внутривенной анестезии и часто используется при операциях у больных различного возраста. Проведено экспериментальное исследование влияния внутрибрюшинного введения пропофола на нейрональную популяцию гиппокам-па неполовозрелых крыс. Установлено, что при 30-минутной экспозиции пропофол оказывает негативное действие на нейроны гиппокампа, вызывая почти 2-кратное увеличение количества измененных клеток по сравнению с нормой, однако необратимых изменений (гибели) нейронов не наблюдается. Введение в периоперационном периоде этилметилгидроксипиридина сукцината нивелирует структурные изменения нейронов, что подтверждает нейропротективный эффект препарата.

Ключевые слова: пропофол, гиппокамп, нейрональная популяция, интраоперационная церебропротекция,

этилметилгидроксипиридина сукцинат

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Экспериментальная неврология

Введение

Ингаляционные и внутривенные анестетики уже более 160 лет применятся для обеспечения общего обезболивания при оперативных вмешательствах и выполнения различных диагностических процедур. Первые предположения о негативном влиянии наркоза на нейронные популяции в головном мозге и когнитивные функции появились еще более двух десятилетий назад, когда были получены данные о способности кетамина вызывать нейрональную дегенерацию у детенышей крыс [25]. На сегодняшний день имеются убедительные доказательства того, что широко применяемые внутривенные и ингаляционные анестетики, как по отдельности, так и в комбинациях, у различных видов животных, включая приматов, могут вызывать в развивающемся мозге значительную апоптотическую нейродегене-рацию, причем само воздействие носит строго возрастной и отчасти дозозависимый характер [11, 12, 17, 18, 21, 26]. Данные, накопленные в ходе проведенных крупномасштабных ретро- и проспективных клинических исследований, свидетельствуют о негативном влиянии наркоза на поведенческие и когнитивные функции у пациентов различного возраста [13, 14, 16, 20]. Совокупность факторов операционно-анестезиологического стресса, интраопера-ционные осложнения, сопутствующая патология, исходное состояние когнитивных функций, возраст пациента и ряд других факторов могут обуславливать возникновение интра- и послеоперационных церебральных осложнений. Постоперационная энцефалопатия клинически может проявляться делирием, астенией, аффективными расстройствами (дисфория, тревога) и, наиболее часто, послеоперационной когнитивной дисфункцией [1, 5, 7, 8, 23, 24].

Наиболее используемым до настоящего времени методом общего обезболивания остается тотальная внутривенная анестезия (ТВА). ТВА на основе пропофола и фентанила рассматривается как «золотой стандарт». Пропофол -

неингаляционное средство для наркоза, характеризуется быстрым и кратковременным действием, обеспечивает блокирование поступления информации в кору головного мозга за счет угнетения ретикулярной активирующей системы и имитирует ингибирующие эффекты гамма-ами-номаслянной кислоты.

Наши собственные исследования показали, что при ТВА на основе пропофола в периоперационном периоде развивается синдром «ишемии-реперфузии» мозга, двухволно-вая активация свободнорадикального процесса как проявление окислительного стресса в ранние сроки после операции, ускорение генетически детерминированного апоп-тоза, подтвержденное иммунологическими данными, что можно рассматривать в качестве вероятного патогенетического фактора развития постоперационной энцефалопатии, проявляющейся когнитивным дефицитом [2-4]. ПОКД развивается по нашим данным (при анестезии средней продолжительности): у взрослых пациентов в 50% случаев, у детей - в 62% в первые сутки после операции и у 30-40% через месяц, что подтверждает особую чувствительность развивающегося мозга к побочному влиянию наркоза, в частности, ТВА на основе пропофола [5, 6, 15], и необходимость проведения нейропротективной терапии в периоперационном периоде.

Целью нашего исследования явилась оценка влияния тотальной внутрибрюшинной анестезии на нейронную популяцию гиппокампа неполовозрелых крыс и нейропро-тективного потенциала этилметилгидроксипиридина сукцината (препарат «Мексидол»).

Материалы и методы_

Исследование проводили на самцах беспородных неполовозрелых крыс массой 60 г, которые содержались на стандартном рационе с соблюдением Хельсинкского постановления по обращению человека с лабораторными

животными. Животные рандомизированы на 5 групп (1 контрольная и 4 опытных) по 5 крыс в каждой. Всем опытным группам проводили тотальную внутрибрюшин-ную анестезию пропофолом в дозе 20 мг/кг, продолжительность наркоза - 30 мин. Животные 1-й группы получали только пропофол, 2-й - этилметилгидроксипиридина сукцинат внутримышечно в дозе 150 мг/кг 2-кратно: за 1 сутки и за 30 минут до анестезии. Крысам 3-й группы вводили этилметилгидроксипиридина сукци-нат внутримышечно в дозе 150 мг/кг 2-кратно: за 1 сутки и за 30 минут до анестезии, затем однократно в дозе 150 мг/кг в течение 3 суток. Крысам 4-й группы этилметилгидрокси-пиридина сукцинат вводили внутримышечно в дозе 150 мг/кг по завершении анестезии, затем однократно в дозе 150 мг/кг в течение 3 суток.

Материал для исследований от животных всех групп брали на 3-е сутки после проведения анестезии. Животных умерщвляли, извлекали головной мозг, выделяли соответствующую зону гиппокампа, кусочки мозга фиксировали в 10% нейтральном формалине и затем по стандартной прописи обрабатывали материал и заливали в парафин. Из парафиновых блоков готовили серийные срезы толщиной 6-8 мкм и монтировали их на стекла, обработанные смесью яичного альбумина и глицерина. Срезы окрашивали по методу Ниссля и гематоксилином и эозином. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что гиппокамп быстро и активно реагирует на медикаментозное воздействие по сравнению с другими зонами мозга и является одной из основных структур, используемых для скрининга биологически активных веществ.

На препаратах, окрашенных по Нисслю, проводили количественную оценку степени морфологических изменений нейронов пирамидного слоя гиппокампа в полях СА1 (под-поля а, в, с), СА2, САЗ (подполя а, в, с), СА4 во всех группах животных. Для этого использовали метод, разработанный А.В. Свищевым для количественной оценки состояния нейронов в органах ЦНС [6], согласно которому составляли таблицу и применяли специальную формулу. Степень морфологических изменений формации ЦНС определяли по формуле:

СИ _ (2б+3в+4г+5д+5е+6ж+6е) * 100% а+2б+3в+4г+5д+5е+6ж+6з

где СИ — степень изменений состояния нейронов; а, б, в ... з - количество нейронов соответствующих групп

таблица 1: Общая характеристика обследованных больных.

_ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. Экспериментальная неврология

Пропофол и развивающийся мозг

(табл. 1). Подсчет производили в 5 полях зрения 1 серийного среза при увеличении 10x10 и выражали в процентах. Полученные результаты морфологических изменений статистически обработаны с использованием параметрического критерия Стьюдента.

Препараты, окрашенные гематоксилином и эозином, использовали для определения общей численности популяции нейронов и количества погибших нейронов с помощью метода компьютерного морфометрического анализа.

Результаты_

В контрольной группе основная часть популяции нейронов пирамидного слоя гиппокампа представлена неизмененными структурами. Интенсивность окрашивания ядра и компонентов базофильной субстанции свидетельствовала об активном функциональном состоянии большинства клеток, что характерно для развивающегося мозга (рис. 1). Наряду с сохраненными выявлялись и измененные нейроны, состояние которых соответствовало группам П—У (табл. 1). Количество мелких гиперхромных нейронов (группа V) в среднем составляло от 4 до 6%, чаще всего они встречались в поле СА3 — около 10%, в полях СА1, СА2, СА4 — 2-3%. Общее количество измененных клеток в среднем составляло 18% всей нейронной популяции.

В 1-й группе общее количество измененных нейронов во всех полях зрения в 2 раза превышало норму. Выявленные

рис. 1: Группа сравнения. Нормальные нейроны (здесь и далее окраска по Нисслю).

Название группы (состояние нейронов) Группа Оценка состояния Количество нейронов

Нормальный нейрон I 1 а

Начальные явления набухания и тигролиза II 2 б

Выраженные явления набухания и тигролиза III 3 в

Набухший нейрон с гиперхроматозом IV 4 r

Дегидратированный гиперхромный нейрон V 5 д

Вакуолизированный нейрон VI 5 е

Атрофичный нейрон VII 6 ж

*Погибший нейрон 6 3

рис. 2: Группа 1. Наряду с нормальными нейронами обнаруживаются клетки с резко гиперхромной цитоплазмой. Гиперхромные нейроны с эктопией ядра и ядрышек.

Примечание. *Таких нейронов обнаружено не было, поэтому эта группа в подсчеты не вошла.

рис. 3: Группа 1. Гиперхромия нейронов с эктопией ядра, явления тяжелого хроматолиза (набухание тел нейронов, просветление цитоплазмы, эктопия ядер и ядрышек).

рис. 4: Группа 2 (Мексидол в/м в дозе 150 мк/кг 2-х кратно: за сутки и 30 мин до анестезии). Нейронная популяции в целом близка к норме. Выявляются единичные клетки с явлениями хроматолиза и гиперхрома-тоза.

признаки нарушения их структуры соответствовали состояниям, указанным для групп I—VI (табл. 1). При этом в большинстве измененных клеток (58%) обнаруживались начальные явления набухания и хроматолиза (группа II), 18% находились в состоянии, соответствующем группе IV, 21% - в состоянии, соответствующем группе III. Единичные нейроны имели резко вакуолизи-рованную цитоплазму (группа VI) (рис. 2, 3).

Во 2-й группе нейронная популяция в целом была близка к норме. При этом выявлялись малочисленные гиперхром-ные клетки (не более 12%, группа V (табл. 1). Около 28% составляли клетки с начальными явлениями набуханиями (группа IV) (рис. 4).

В 3-й группе нейронная популяция также приближалась к норме. Гиперхромные нейроны составляли не более 10%, нейроны группы II - не более 30% от общего числа измененных клеток (рис. 5).

В 4-й группе состояние большинства измененных нейронов соответствовало группам II-V (табл. 1), встречались гиперхромные клетки со сморщенным перикарионом (рис. 6).

рис. 5: Группа 3 (Мексидол в/м в дозе 150 мк/кг 2-х кратно: за сутки и 30 мин до анестезии, далее - однократно в дозе 150 мк/кг 3 сут). Нейронная популяции в целом близка к норме. Выявляются единичные клетки с явлениями хроматолиза и гиперхроматоза.

рис. 6: Группа 4 (Мексидол в/м в дозе 150 мк/кг по завершении анестезии, далее - однократно в дозе 150 мк/кг 3 сут). Нейронная популяции в целом близка к норме, выявляются одиночные гиперхромные нейроны со сморщенной сомой.

Таким образом, в нейронной популяции гиппокампа группы контроля и опытных группах животных грубых изменений и погибших нейронов не выявлено. Обнаруженные изменения имели, по-видимому, обратимый характер.

Результаты статистического анализа количества измененных нейронов гиппокампа для разных экспериментальных групп представлены на рис. 7. После наркоза достоверно (более чем в 2 раза) возрастает количество измененных нейронов гиппокампа. По данным компьютерной морфометрии, проводимой на препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, общая численность нейронной популяции во всех экспериментальных группах достоверно не различается, что совпадает с результатами, полученными на препаратах, окрашенных по Нисслю, при исследовании различных полей гиппокам-па: СА1, СА2, САЗ, СА4.

Введение этилметилгидроксипиридина сукцината в пери-наркозном периоде приводило к достоверному и существенному снижению среднего количества измененных

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. Экспериментальная неврология

Пропофол и развивающийся мозг

%

42,8 / iA 24, В -Щ- 25. НИ э в

Контроль Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4

рис. 7: Относительное количество измененных нейронов гиппокампа в норме и в эксперименте.

*р<0,001 по сравнению с контролем, + р<0,01 по сравнению с 1-й группой.

нейронов во 2-й, 3-й и 4-й группах по сравнению с 1-й группой. При сравнении результатов между подгруппами с различными схемами введения препарата, лучшие результаты получены во 2-й и 3-й группах по сравнению с 4-й.

Обсуждение_

Результаты многочисленных экспериментальных исследований показали, что головной мозг максимально уязвим для нейротоксического воздействия анестетиков в период пика синаптогенеза. Так, наркоз-индуцированная апопто-тическая нейродегенерация выявлялась только у 7-дневных особей (момент пика синаптогенеза для крыс), тогда как у 14-дневных детенышей признаков нейродегенерации обнаружено не было [11, 12]. В нашем исследовании при 30 минутной экспозиции анестетика необратимых изменений (гибели) нейронов также не наблюдалось, однако, несмотря на это, количество структурно измененных нейронов после анестезии возрастало в 2 раза, что может указывать на негативное влияние наркоза на головной мозг даже вне критического периода его развития. Экстраполируя данные экспериментальных работ на человеческую популя-

цию, ряд авторов предполагает, что период максимальной уязвимости мозга ограничен первыми двумя годам жизни ребенка [9, 14, 22]. Наши предыдущие работы показали однако наличие послеоперационного когнитивного дефицита у детей старшего возраста, оперированных в условиях минимальной хирургической и анестезиологической агрессии [2, 3, 15]. Вероятно, в этом случае негативный эффект общей анестезии реализуется главным образом за счет нарушения нейротрансмиттерной передачи и ряда других [10, 19]. В настоящем исследовании мы предприняли попытку церебральной медикаментозной протекции путем использования различных режимов ведения этилме-тилгидроксипиридина сукцината («Мексидол») - отечественного препарата, обладающего антиоксидантным и нейропротективным действием. Результаты, полученные в группах 2, 3 и 4, показали, что разброс данных по числу измененных и неизмененных нейронов в 3 группе животных меньше, чем во 2-й, и практически совпадает с показателями в группе сравнения, что свидетельствует о целесообразности введения препарата в течение всего периопера-ционного периода.

Результаты нашего исследования свидетельствует, таким образом, о нейротоксическом влиянии тотальной внутри-брюшной анестезии на основе пропофола на нейроны гип-покампа у неполовозрелых особей крыс. Изучение негативного воздействия пропофола на головной мозг, когнитивные и поведенческие функции в детской популяции требует проведения крупных долгосрочных популяцион-ных исследований. Фармакологическая защита мозга препаратами нейропротективного ряда целесообразна как на интраоперационном этапе, так и в пред- и послеоперационном периодах. На основании предварительно полученных данных изучения нейропротективной активности этилметилгидроксипиридина сукцината, его применение в течение всего периоперационного периода представляется оправданным, однако требующим подтверждения в контролируемых клинических исследованиях.

Список литературы

1. Большедворов Р.В., Кичин В.В., Федоров С.А., Лихванцев В.В. Эпидемиология послеоперационных когнитивных расстройств. - Анестезиология и реаниматология 2009; 3: 20-24.

2. Князев А.В. Церебральные и метаболические нарушения при оперативных вмешательствах под общим обезболиванием у детей. - Автореф. дисс. канд. мед. наук Москва, 2006.

3. Лобов М.А., Болевич С.Б., Дубовая Т.К. и др. К вопросу о необходимости нейропротекции при тотальной внутривенной анестезии у детей Журн. Эфферентная терапия 2009; 15: 120-122.

4. Лобов М.А., Овезов А.М., Пантелеева М.В. и др. Патофизиологические и морфологические основы церебропротекции в периоперационном периоде. Сборник материалов научно-практической конференции «Современные аспекты лечения заболеваний нервной системы», Тверь, 2010: 28-34.

5. Овезов А.М., Лобов М.А., Луговой А.В. и др. Ранняя послеоперационная дисфункция у детей: диагностика, методы коррекции. Материалы науч.-практ. конф. для врачей-неврологов «Актуальные проблемы практической неврологии». Калуга , 2012: 111-116.

6. Овезов А.М., Лобов М.А., Пантелеева М.В. и др. Коррекция ранних когнитивных нарушений у детей школьного возраста, опери-

рованных в условиях тотальной внутривенной анестезии. Журн. Анестезиология и реаниматология 2012; 3: 25-29.

7. Федоров С.А., Большедворов Р.В., Лихванцев В.В. Причины ранних расстройств психики больного после операций, выполненных в условиях общей анестезии. Вест. инт. терапии 2007; 4: 17-25.

8. Burkhart C.S. et al. Can postoperative cognitive dysfunction be avoided? Hosp pract (Minneap). 2012; 40 (1): 214-223.

9. Creeley C.E., Olney J.W. The young: neuroapoptosis induced by anesthetics and what to do about it. Anesth Analg 2010; 110: 442-448.

10. Ikonomidou C., Bosch F., Miksa M. et al. Blockade of NMDA receptors and apoptotic neurodegeneration in the developing brain. Science 1999; 283: 70-74.

11. Istaphanous K., Loepke A. W. General anesthetics and the developing brain. Curr Opin Anaesthesiol 2009; 22: 368-373.

12. Jevtovic-Todorovic V., Hartman R.E., Izumi Y. et al. Early exposure to common anesthetic agents causes widespread neurodegeneration in the developing rat brain and persistent learning deficits. J. Neurosci 2003; 23: 876-882.

13. Johnson T, Monk T, Rasmussen L.S. et al. Postoperative cognitive dysfunction in middle-aged patients. Anesteology 2002; 96: 1351-1357.

14. Kalkman C.J., Peelen L., Moons K.G. et al. Behavior and development in children and age at the time of first anesthetic exposure. Anesthesiology 2009; 110: 805-812.

15. Lobov M., Knyazev A., Ovezov A. et al. Perioperative prevention of early cognitive dysfunction in children. Intensive Care Medicine 2010; 36 (Suppl. 2): 276.

16. Moller J.T., Cluitmans P., Rasmussen L.S. et al. Long-term postoperative cognitive dysfunction in the elderly ISPOCD1 study. ISPOCD investigators. International Study of Post-Operative Cognitive Dysfunction. Lancet 1998; 351: 857-861.

17. NikizadH, Yon J-H, CarterL.B., Jevtovic-Todorovic V. Early exposure to general anesthesia causes significant neuronal deletion in the developing rat brain. Ann N Y Acad Sci. 2007 Dec; 1122: 69-82.

18. Perouansky M., Hemmings H.C. Neurotoxicity of general anesthetics. Anesthesiology 2009; 111: 1365-1371.

19. Pratico C., Quattrone D., Lucanto T. et al. Drugs of anesthesia acting on central cholinergic system may cause post-operative cognitive dysfunction and delirium. Med Hypotheses. 2005; 65 (5): 972-982.

20. Rasmussen L.S., Larsen K., Houx P. et al. ISPOCD group. The assessment of postoperative cognitive function. Acta Anaesth Scand 2001; 45: 275-289.

21. Stratmann G. Neurotoxicity of anesthetic drugs in the developing brain. Anesth Analg. 2011; 113 (5): 1170-1179.

22. Sun L. Early childhood general anaesthesia exposure and neurocog-nitive development British Journal of Anaesthesia 2010; 105 (S1): i61—i68.

23. Terri G., MonkB., Graig W. et al. Predictors of cognitive dysfunction after major noncardiac surgery. Anesteology 2008; 108: 18-30.

24. Thomas J., Crosby G., Drummond J.C. et al. Anesthetic neurotoxicity: a difficult dragon to slay. Anesth Analg 2011; 113: 5: 969-971.

25. Uemura E., Bowman R.E. Effects of halothane on cerebral synaptic density. Exp Neurol 1980; 69: 135-142.

26. Zou X., Patterson T.A., Divine R.L. et al. Prolonged exposure to ket-amine increases neurodegeneration in the developing monkey brain. Int J Dev Neurosci 2009; 27: 727-731.

Influence of propofol on hippocampus in developing brain: an experimental study

M.A. Lobov, A.A. Dreval, A.M. Ovezov, M.V. Panteleeva, N.R. Pashina, A.V. Knyazev, M.N. Borisova, A.V. Lugovoy

Moscow Regional Scientific Research and Clinical Institute; Russian Scientific Research Medical University

Key words: propofol, hippocampus, neuronal population, intraoperative cerebroprotection, ethylmethylhydroxypyridine succinate

Anesthetic neurotoxicity and intraoperative cerebral neuroprotec-tioan is one of the important issues in modern anesthesiology. General anesthesia, in addition to its hypnotic effect, is considered to cause postoperative cognitive dysfunction as a manifestation of encephalopathy Narcosis based on propofol is a "gold standard" of total intravenous anesthesia and is frequently used for surgery in patients of various ages. This experimental study investigates the

effects of propofol on neuronal population in hippocampus of immature rats. In propofol-anesthezied rats within 30 min of exposition, a two-fold increase of altered hippocampal neurons was detected compared to control animals, however no neuronal cell death was observed. Intraoperative use of ethylmethylhydroxypyridine succinate ameliorates propofol-induced neuronal damage that proves a neuroprotective effect of the drug tested.

Контактный адрес: Лобов Михаил Александрович - докт. мед. наук, проф., рук. отд. детской неврологии ГБУЗ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского. 129110, Россия, Москва, ул. Щепкина, д. 61/2 корпус № 10, отделение детской неврологии. Тел.: +7 (495) 631-72-57; e-mail: lobovma@mail.ru;

Древаль А.А. - доц. каф. гистологии лечебного факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова;

Овезов А.М. - рук. отд. анестезиологии ГБУЗ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского;

Пантелеева М.В. - науч. сотр. отд. детской неврологии ГБУЗ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского;

Пашина Н.Р. - асс. каф. гистологии лечебного факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова;

Борисова М.Н. - старш. науч. сотр. отд. детской неврологии ГБУЗ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского;

Луговой А.В. - мл. науч. сотр. отд. анестезиологии ГБУЗ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского.