Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

Bizenkova M.N.

При экспериментальной ишемии мозга крыс обнаружено     возрастание  уровня лактата, активности лактатдегидрогеназы, при одновременном снижении пирувата и активности сукцинатдегидрогеназы в гомогенатах мозга. В динамике реперфузии мозга к третьим суткам наблюдения нормализовалась активность лактатдегидрогеназы, реактивировалась сукцинатдегидрогеназа, уровень лактата превышал, а пирувата - был ниже показателей контрольной группы. Использование пирацетама и цитофлавина обеспечивало депотенцирование метаболических сдвигов,  возникающих в процессе реперфузии ишемизированного мозга.

Как известно, нервная ткань обладает  рядом метаболических особенностей, которые обуславливают тяжелые нарушения структуры и функции нервной системы при ограничениях кровотока.

Характерными особенностями метаболизма нервных клеток являются высокая интенсивность аэробных процессов и соответственно чрезвычайная чувствительность к развитию гипоксии, особенно, клеток коры головного мозга. Полное восстановление функций мозга возможно лишь в тех случаях, когда длительность ишемии не превышает 5-6 мин. Хотя следует отметить, что филогенетически  наиболее старые структуры более устойчивы к гипоксии.  Показано, что нейроны  дыхательного и сосудодвигательного  центров способны функционировать при гипоксии в течение  30 мин [2,5].

К общим закономерностям метаболических расстройств в органах и тканях, в том числе и нервной, при гипоксии различного генеза относятся активация анаэробных процессов, развитие метаболического ацидоза, интенсификация процессов липопероксидации, дестабилизация биологических мембран, в частности, цитоплазматической, митохондриальной, лизосомальной. При этом нарушаются электролитный баланс клеток, уровень их поляризации и возбудимости. Вследствие набухания митохондрий разобщаются процессы окислительного фосфорилирования и дыхания, подавляются все энергозависимые реакции. Следствием активации лизосом является развитие цитолиза и деградации соединительнотканных элементов [7].

Несмотря на довольно четкие представления о динамике метаболических сдвигов в условиях острой ишемии различных органов и тканей, в том числе и нервной, до настоящего момента остаются малоизученными характер и механизмы восстановления метаболических сдвигов в нервной ткани в условиях реперфузии.   Последнее делает очевидным факт целесообразности патогенетического обоснования способов фармакологической коррекции, направленной на депотенцирование вторичных метаболических расстройств,  в структурах центральной нервной системы при острых нарушениях локального, регионарного кровотока или системной гемодинамики.

Целью настоящей работы явилось изучение интенсивности гликолитических реакций и активности сукцинатдегидрогеназы - важнейшего фермента цикла Кребса при острой ишемии мозга, а также в динамике его реперфузии в сравнительных экспериментах с  использованием  различных способов медикаментозной коррекции расстройств метаболизма.

Материалы и методы исследования Эксперименты поставлены на  60 беспородных белых крысах -  самцах массой 250 - 300 г. Ишемическое повреждение мозга моделировали частичным  пережатием общих сонных артерий. Под эфирным наркозом проводили разрез кожи на передней поверхности шеи, освобождали от окружающих тканей общие сонные артерии и накладывали на них металлические зажимы, частично  ограничивая мозговой кровоток в течение 90 мин. Затем зажимы снимали, обеспечивая реперфузию мозга.

Изучение метаболических сдвигов проведено в тканях коры головного мозга спустя 90 мин. с момента развития ишемии мозга, а также в условиях реперфузии головного мозга спустя 24 и 72 часа после снятия зажимов.

Состояние энергетических процессов в мозге оценивали  по содержанию лактата и пирувата (Marbach E.P. et al., 1967), а также по  активности ферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и сукцинатдегидрогеназы (СДГ), определяемых по методу Ещенко Н.Д., 1982 [3,4].

В сравнительных сериях экспериментов на белых крысах с аналогичным моделированием ишемии мозга проведено исследование метаболических эффектов пирацетама и цитофлавина. Цитофлавин (НТФФ «Полисан», Санкт-Петербург) вводили внутрибрюшинно в дозе 1.5 мг/кг 2 раза в сутки. В качестве препарата сравнения изучен пирацетам (1.5 мг/кг 20 % раствор внутрибрюшинно  2 раза в сутки). Действие препаратов изучено спустя 24 часа и 72 часа после начала реперфузии.

Результаты исследований были подвергнуты статистическому анализу с помощью программ Statistica 99 (Версия 5.5 А, «Statsoft, Inc», г. Москва, 1999); «Microsoft Excel, 97 SR-1»  (Microsoft, 1997). Проведен расчет коэффициентов линейной корреляции     (Реброва О.Ю., 2003).

Результаты и их обсуждение  Как и следовало ожидать, в условиях ишемии мозга (90 мин. ишемии) возникала активация анаэробных гликолитических  реакций, о чем свидетельствовало резкое возрастание уровня лактата (почти в 3 раза) в гомогенатах мозга (р<0.001, рис. 2 ), при одновременном уменьшении уровня пирувата (р<0.001, рис. 1) и резкое возрастание коэффициента лактат / пируват  по сравнению с таковыми показателями ложнооперированных животных. Одновременно имело место резкое возрастание активности ЛДГ гомогенатов мозга (р<0.001, рис. 3).

p 

Рис. 1. Влияние медикаментозной коррекции на содержание пирувата в гомогенатах ишемизированного мозга и на фоне его реперфузии.

Примечание:  А - реперфузия 1 сутки, Б - реперфузия 3 суток. ЛОЖ - ложнооперированные животные.     

Как известно, ЛДГ катализирует обратимую реакцию взаимопревращения лактата и пирувата, не относится  к лимитирующим ферментам  гликолиза в связи с высокой активностью:

Лактат + NAD+↔  Пируват + NADH+ + Н+

В условиях недостаточной  оксигенации мозга и высокой активности ЛДГ возрастает скорость поглощения пирувата и трансформации его в лактат, что и определяет обнаруженное нами увеличение содержания лактата в условиях экспериментальной  ишемии мозга.

Спустя 90 мин. ишемии мозга возникало резкое подавление активности СДГ  (р<0.001, рис. 4). Как известно, СДГ - один из важнейших ферментов цикла  Кребса - флавопротеин, прочно связанный с внутренней митохондриальной мембраной, катализирующий дегидрирование сукцината с образованием фумарата.

Таким образом, как показали результаты проведенных нами исследований, СДГ является довольно чувствительным ферментом к ишемии мозга, обрывая цикл трикарбоновых кислот при гипоксических состояниях.  Аналогичный факт обнаружен нами и в условиях экспериментальной ишемии миокарда.

Спустя 1 сутки с момента реперфузии содержание лактата в гомогенатах мозга снижалось (р<0.01, рис. 2) по сравнению с предыдущим периодом наблюдения (90 мин. ишемии), превышая, однако, показатели интактных животных.  В то же время еще более снижалось содержание пирувата по сравнению с показателями группы интактных животных  (р<0.001, рис. 1), возникало дальнейшее возрастание показателя   -  лактат  / пируват.

p 

Рис. 2. Влияние медикаментозной коррекции на содержание лактата в гомогенатах ишемизированного мозга и на фоне его реперфузии.

Примечание:  А - реперфузия 1 сутки, Б - реперфузия 3 суток. ЛОЖ - ложнооперированные животные.                                             

Спустя сутки с момента развития реперфузии мозга активность ЛДГ (р<0.001, рис. 3) оставалась высокой, а СДГ - низкой по сравнению с таковыми показателями группы неишемизированных животных. В то же время активность СДГ несколько возрастала (р<0.001, рис. 4) по сравнению с соответствующими показателями предыдущего периода наблюдения (90 мин. ишемии).

В последующих экспериментах проведена сравнительная оценка метаболических эффектов пирацетама и цитофлавина в динамике реперфузии мозга.

Как известно, пирацетам - ноотропное средство, широко используется в клинической практике при гипоксических состояниях, интоксикациях, нарушениях мозгового кровообращения и т.д. Пирацетам  улучшает микроциркуляцию в ишемизированных зонах мозга, подавляет активированную агрегацию тромбоцитов, усиливает утилизацию глюкозы и т.д. [6].

Как оказалось, пирацетам проявлял положительные эффекты на изучаемые нами метаболические процессы в ишемизированном мозге спустя 1 сутки после его реперфузии. При этом установлено, что  содержание лактата в гомогенатах мозга (р<0.001, рис. 2)  снижалось по сравнению с показателями контрольной группы, где использовали плацебо, не достигая, однако, показателей группы ложнооперированных животных. В то же время уровень пирувата возрастал (р<0.001, рис. 1), а показатель лактат / пируват заметно снижался.

При этом достоверно возрастала активность СДГ (р<0.001, рис. 4), а ЛДГ      (р<0.001, рис. 3) снижалась по сравнению с показателями соответствующей группы наблюдения   (1 сутки реперфузии) без медикаментозной коррекции.

p 

Рис. 3. Влияние медикаментозной коррекции на активность ЛДГ в гомогенатах ишемизированного мозга и на фоне его реперфузии.

Примечание:  А - реперфузия 1 сутки, Б - реперфузия 3 суток. ЛОЖ - ложнооперированные животные.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволили выявить новые метаболические эффекты пирацетама при реперфузии ишемизированного мозга на клеточном уровне, свидетельствующие об активации аэробного окисления под влиянием указанного препарата и усилении вовлечения продуктов гликолитических реакций в цикл трикарбоновых кислот.

В последующих наблюдениях проведена сравнительная оценка метаболических эффектов цитофлавина в условиях реперфузии ишемизированного мозга.

Цитофлавин -  комплексный  препарат, разработанный  научно-технологической фармацевтической фирмой «Полисан»  (Санкт-Петербург, 2000г), включающий  в себя в качестве активных компонентов сукцинат натрия, никотинамид, рибоксин и  рибофлавин мононуклеотид [1].

Сравнительные  серии наблюдений, проведенные спустя 1 сутки после реперфузии ишемизированного мозга,  позволили  выявить положительные метаболические эффекты  цитофлавина более выраженные, чем у пирацетама по некоторым изучаемым  показателям.

Так, на фоне использования цитофлавина возникало резкое повышение активности СДГ (р<0.001, рис. 4), превышающее даже показатели контрольной группы неишемизированных животных.

p 

Рис. 4. Влияние медикаментозной коррекции на активность СДГ в гомогенатах ишемизированного мозга и на фоне его реперфузии.

Примечание:  А - реперфузия 1 сутки, Б - реперфузия 3 суток. ЛОЖ - ложнооперированные животные.                                                         

В то же время при введении цитофлавина спустя 1 сутки реперфузии мозга происходила достаточно выраженная нормализация гликолитических реакций, на что указывали выраженное снижение уровня лактата (р<0.001, рис. 2), возрастание уровня пирувата (р<0.001, рис. 1), снижение коэффициента   лактат / пируват, снижение активности ЛДГ (р<0.001, рис. 3) по сравнению с аналогичными показателями группы сравнения с использованием плацебо. Однако вышеуказанные показатели не достигали таковых в группе контроля (без ишемии мозга).

Далее предоставлялось целесообразным проследить в динамике реперфузии ишемизированного мозга (спустя 3 суток) характер нарушений метаболического статуса в гомогенатах мозга и дать оценку биологическим эффектам пирацетама и цитофлавина.

Как оказалось в указанный период наблюдения еще не возникало полной нормализации гликолитических реакций и реакций аэробного окисления.

В опытах  с введением плацебо отмечено, что уровень лактата в гомогенатах мозга (р<0.001, рис. 2), отношение лактат / пируват  превышали таковые показатели   в группе контроля (ложнооперированные, без экспериментальной ишемии). В то же время активность ЛДГ и СДГ практически нормализовалась (р<0.001, рис. 3 и 4).

Состояние метаболизма в гомогенатах мозга на фоне введения пирацетама в этот период наблюдения свидетельствовали о выраженной тенденции к нормализации. 

При этом уровень пирувата (р<0.001, рис.1) достигал показателей контроля (ложнооперированные, без экспериментальной ишемии), нормализовалась активность ЛДГ (р<0.001, рис. 3). Активность СДГ (р<0.001, рис. 4) была несколько снижена, а коэффициент лактат / пируват повышался по сравнению с показателями контроля, как и в группе животных без медикаментозной коррекции.

Эффекты цитофлавина на гликолитические реакции в мозге были более выраженными, чем эффекты пирацетама, о чем свидетельствовала нормализация уровня лактата и активности ЛДГ. Эффекты цитофлавина на активность СДГ и уровень пирувата в гомогенатах мозга были аналогичными таковым в группе животных с использованием пирацетама: активность СДГ, как и в опытах без медикаментозной коррекции была несколько ниже показателей контроля   (ложнооперированные, без экспериментальной ишемии), а содержание пирувата в гомогенатах мозга нормализовалось.

Выводы:

  1. В процессе экспериментальной ишемии возникают одномоментно активация гликолитических реакций и подавление цикла трикарбоновых кислот, на что указывают возрастание уровня лактата, активация ЛДГ при одновременном снижении содержания пирувата и активности СДГ в гомогенатах ишемизированного головного мозга белых крыс.
  2. Спустя 1 сутки с момента реперфузии мозга не отмечалось нормализации метаболизма в гомогенатах мозга предварительно ишемизированных животных.
  3. Спустя 3 суток с момента реперфузии имели место нормализация активности ЛДГ, возрастание активности СДГ, в то же время уровень лактата превышал, а пирувата - оставался сниженным по сравнению с показателями контроля.
  4. Пирацетам и цитофлавин оказывают депотенцирующий эффект на метаболические расстройства, возникающие при реперфузии предварительно ишемизированного мозга.
  5. Спустя 3 суток с момента реперфузии ишемизированного мозга обнаружены более выраженные эффекты цитофлавина по сравнению с пирацетамом на интенсивность гликолитических реакций гомогенатов мозга, о чем свидетельствовало большее снижение содержания лактата и его нормализация по сравнению с таковыми показателями, на фоне введения пирацетама.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Афанасьев В.В. Цитофлавин в интенсивной терапии: Пособие для врачей. - СПб. - 2005.- 36 с. - с. 9-30.
  2. Гусев Е.И., Скворцова В.И. Ишемия головного мозга. М: Медицина, 2001. - 327 с.
  3. Ещенко Н.Д., Прохорова М.И. Методы биохимических исследований - ЛГУ, Ленинград, 1982. - с.224-226
  4. Ещенко Н.Д., Вольский Г.Г., Прохорова М.И. Методы биохимических исследований - ЛГУ, Ленинград, 1982. - с. 210-212.
  5. Зайчик А.Ш., Гурилов Л.П. Основы общей патологии. Часть 2. / А.Ш. Зайчик, Л.П. Гурилов. - Основы патохимии. - СПб.: ЭЛБИ, 2000. - 687с. - с.363-364.
  6. Машковский М.Д. Лекарственные средства: В 2-х томах. - 14-е изд. - М.: Новая волна, 2000. - Т. 2. - с. 450.
  7. Типовые патологические процессы / Н.П. Чеснокова: Монография / - Издательство Саратовского медицинского университета. 2004. - 400 с. - с. 132-136.