С.А. Котов, И.В. Мухина, А.Н. Эделева

Государственная медицинская академия, Нижний Новгород

Влияние озона на метаболизм головного мозга при моделировании гипоксии и тревожного состояния у крыс

С целью изучения саногенетических механизмов озонотерапии при заболеваниях нервной системы проводился анализ биохимических показателей головного мозга крыс на фоне парентерального введения озона в норме и в условиях моделируемой патологии. В эксперименте использовались две модели: модель тревожного состояния и модель гипобарической гипоксии.

Выбор указанных моделей был неслучайным, так как психовегетативные реакции и гипоксия нейронов являются универсальными механизмами патогенеза неврологических расстройств. Как гипоксия, так и эмоциональный стресс опосредуют свое влияние на головной мозг через мембраны функционально активных клеток. Именно нейрональные мембраны служат местом реализации действия обоих факторов. Именно они в первую очередь вовлекаются в каскад патофизиологических и биохимических изменений, получивших название «оксидантного стресса» ¹. В этом процессе существенная роль отводится активации перекисного окисления липидов (ПОЛ ).

С другой стороны, биологические мембраны справедливо считаются основной точкой приложения биологических эффектов озона. От степени их стабилизации, восстановления нормальной структуры и функции во многом зависит эффективность озонотерапии, в том числе и у пациентов с заболеваниями нервной системы.

Материалы и методы.

При выборе животных моделей учитывалась относительность изоморфизма между экспериментальными и клиническими условиями, а также трудность определения в ряде случаев сходства между человеческой и животной патологией. Тем не менее использовавшиеся модели, на наш взгляд, приближаются к гомологичным, т.е. моделям, основанным на сходстве между процессами или причинами, которые лежат в основе человеческих состояний и животных ответов.

Эксперименты проводились на базе ЦНИЛ НГМА. В качестве объектов наблюдения были использованы 122 половозрелых самца беспородных крыс массой 180—220 г. Животные содержались в стандартных условиях вивария, в деревянных клетках (100360330 ), при естест­венной смене светового цикла, в условиях свободного доступа к еде и питью. С целью исключения влияния неблагоприятных геофизических факторов исследования не проводились в дни магнитных бурь. Обследование животных проводилось партиями по 4—5 крыс. В каждой из серий эксперимента участвовали крысы из контрольной и опытной групп.

Моделирование тревожного состояния у животных осуществлялось путем внутрибрюшинного введения лактата натрия в дозе 600 мг/кг массы, доведенного до объема 1 мл 5% раствором глюкозы ². Озонированный физиологический раствор (ОФР ) готовился с использованием озоно-кислородной смеси с концентрацией озона 1000 мкг/л. 1 мл ОФР вводили также внутрибрюшинно до и после лактатной инфузии с интервалом в 20 мин. В качестве плацебо использовались внутрибрюшинные инъекции 1 мл 5% раствора глюкозы. В гомогенате головного мозга 96 крыс, участвовавших в эксперименте, определялось содержание начальных и конечных продуктов ПОЛ, активность ферментов антиоксидантной защиты, показатели хемилюминесценции.

Оценка тревожно-фобического состояния у крыс проводилась многопараметровым методом, разработанным в лаборатории общей патологии нервной системы НИИ общей иммунологии и патологической физиологии РАМН ³.

Результаты и обсуждение.

Как показали результаты эксперимента, внутрибрюшинное введение лактата натрия на 5% растворе глюкозы увеличивало исходный уровень тревожности в 2—2,5 раза. У крыс, которым вводился только 5% раствор глюкозы, уровень тревожности был даже несколько ниже, чем у интактных животных. Этот факт подчеркивает специфическое кризогенное действие лактата натрия.

Предварительное, перед лактатной инфузией, введение ОФР значительно уменьшало выраженность тревожно-фобических расстройств у крыс, не предотвращая их полностью. Введение ОФР с целью купирования уже развившегося тревожного состояния приводило к достоверному (p<0,05) уменьшению уровня тревожности, уступая при этом по эффективности профилактическому введению препарата.

Проведенные биохимические исследования показали, что нормализация под влиянием ОФР эмоционального состояния и вегетативных показателей крыс, ухудшившихся вследствие лактатной инфузии, сопровождалась в мозге изменениями, характерными для стадии срочной адаптации к действию стрессового фактора — угнетением ПОЛ ⁴. При этом антиоксидантная активность оставалась на достаточно высоком уровне либо за счет ферментативных систем защиты (при профилактическом введении ОФР), либо за счет общего содержания антиоксидантов (при введении ОФР на фоне развившегося тревожного состояния). Очевидно, ОФР удлинял продолжительность этой стадии, тогда как у крыс с моделируемой патологией наблюдался переход к активации свободно-радикальных реакций.

Наиболее благоприятные сдвиги биохимических показателей были отмечены при предварительном введении ОФР. Проведенный корреляционный анализ выявил взаимосвязь между уровнем тревожности крыс и значением такого показателя, как Imax/S в гомогенате головного мозга животных (r=0,84; p<0,05). Выявленная корреляция свидетельствует о том, что предварительное введение ОФР вызывает не простое угнетение прооксидантной системы, а изменение соотношения между активностью ПОЛ в мембранах нейронов и антирадикальным «заслоном» в пользу последнего.

Следующий этап экспериментальных исследований был посвящен изучению действия озона на метаболические показатели головного мозга крыс в норме и в постгипоксическом периоде. В гомогенате головного мозга анализировалось содержание адениловых и гуаниловых нуклеотидов, циклических нуклеотадов, а также отдельных фракций липидов и фосфолипидов: холестерина, эстерифицированного холестерина, свободных жирных кислот, сфингомиелина, фосфатидилхолина, фосфоинозитола, фосфотидилэтаноламина.

Эксперимент был выполнен на 28 самцах белых нелинейных крыс. Моделирование гипобарической гипоксии осуществлялось следующим образом. Животных помещали в камеру компрессора, где постепенно создавали разряженную атмосферу, нагнетая отрицательное давление со скоростью 1 атм/мин до достижения 6 атм. В условиях гипобарической гипоксии животные содержались в течение 10 мин, после чего давление возвращалось к норме с аналогичной скоростью. Далее крыс наркотизировали путем внутрибрюшинного введения нембутала натрия (30 мг/кг). Озонированную аутокровь вводили внутриартериально как интактным животным, так и крысам, перенесшим острую гипоксию. С этой целью проводили препарирование сонной артерии, из которой с помощью тонкой канюли забирали 1 мл артериальной крови и смешивали ее с равным объемом озоно-кислородной смеси с концентрацией озона в газовой фазе 1200 мкг/л и медленно вводили обратно в сонную артерию.

В ходе эксперимента установлено, что введение интактным животным озонированной аутокрови сопровождалось достоверным повышением уровня ц-АМФ в головном мозге крыс (p<0,05), а также незначительным увеличением содержания АТФ. Одноразовый сеанс гипобарической гипоксии вызывал достоверные изменения в спектре липидов и фосфолипидов головного мозга животных, выражавшиеся в регрессе уровня ЭХС и СМ (p<0,05). Выявленные изменения свидетельствовали о значительной активации окислительных процессов в липидной фазе мембран, которая происходит в рамках компенсаторных реакций, возникающих в ответ на такую экстремальную ситуацию, каковой является для мозга гипоксия.

Течение постгипоксического периода характеризовалось резким нарушением регуляции метаболических процессов в нейронных структурах, проявлявшимся в разнонаправленных сдвигах таких вторичных мессенджеров, как ц-АМФ и ц-ГМФ. Если содержание первого нуклеотида имело тенденцию к росту, то уровень ц-ГМФ в гомогенатах головного мозга крыс был в 3 раза меньше, чем у интактных животных (p<0,05). Угнетение внутриклеточных энергетических процессов в условиях гипоксии выражалось в тенденции к снижению концентрации АТФ и ГТФ.

Озонирование аутокрови и внутриартериальное введение ее животным, перенесшим гипоксию, сопровождалось восстановлением содержания в гомогенате мозга наиболее лабильной липидной фракции — ЭХС (даже несколько выше уровня данного метаболита у интактных животных). Изменения в спектре фосфолипидов, вызванные гипоксией, значительно труднее подвергались обратному развитию при введении крысам озонированной аутокрови в постгипоксическом периоде.

Примечательным был факт достоверного повышения концентрации ГТФ и ц-АМФ. Содержание последнего в 4,5 раза превышало значение аналогичного показателя у крыс с моделируемой патологией и в 1,5 раза его содержание у интактных животных. Как известно, увеличение содержания ц-АМФ не только благоприятно отражается на реализации холинергической стимуляции нейронов и метаболических регуляторных механизмов, но и вызывает активацию соответствующей протеинкиназы, функция которой заключается в фосфорилировании ряда белков гладкой мускулатуры. Развивающийся при этом вазодилатационный эффект усиливает антигипоксическое действие озона ⁵.

Достоверное снижение соотношения ГДФ/ГТФ (p<0,05) также отмечалось не только по сравнению с его значением у крыс, участвовавших в моделировании гипоксии, но и по сравнению с таковым у интактных животных. Очевидно, что введение озонированной аутокрови в постгипоксическом периоде способствует активации цикла Кребса, а накапливающийся ГТФ может служить источником для образования АТФ, интенсивно затрачиваемого на обеспечение функций нейронов в условиях гипоксии.

Заключение.

Результаты проведенных экспериментов показали, что использование парентеральных методик озонотерапии позволяет протективно влиять на течение свободно-радикальных процессов в мозге, а следовательно, и на те патологические состояния, в патогенезе которых участвуют активация ПОЛ и «оксидантный стресс». С другой стороны, нивелирование вы­званных гипоксией нарушений энергетического метаболизма при введении в организм озона, зафиксированное в ходе эксперимента, может рассматриваться в качестве предпосылки для применения озонотерапии в комплексном лечении больных с острой и хронической цереброваскулярной недостаточностью.

Литература

1. Завалишин И.А., Захарова М.Н. Оксидантный стресс — общий механизм повреждения при заболеваниях нервной системы. Журн невропатол и психиатр 1996; 2: 111—114.

2. Shear M.K. Pathophysiology of panic: a review of pharmocologic provocative test and naturalistic monitoring data. J Clin Psychiat 1986; 47: 18—26.

3. Родина В.И., Крупина Н.А., Крыжановский Е.Н., Окнина Н.Б. Новый метод оценки тревожно-фобических состояний у крыс. Бюлл экспер биол и мед 1992; 7: 11—13.

4. Ерин А.Н., Еуляева Н.В., Никушин Е.В. Свободнорадикальные механизмы в церебральных патологиях. Бюлл экспер биол и мед 1994; 10 (118): 18 343—348.

5. Cochrane C.G. Mechanism of oxidant injury of cells. Molecular Aspects of Medicine 1991; 12: 137—147.