На правах рукописи

Абазова Инна Саладиновна

ДИНАМИКА НАПРЯЖЕНИЯ КИСЛОРОДА В СТРУКТУРАХ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРИРОДНОГО РЕЖИМА

АДАПТАЦИИ К ГИПОКСИИ

03.03. 01 – физиология

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

Краснодар – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (ФГБОУ ВПО КБГУ им. Х.М. Бербекова).

Научный руководитель: доктор биологических наук профессор

Шаов Мухамед Талибович

Официальные оппоненты:

Заболотских Игорь Борисович, доктор медицинских наук, профессор,

государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГБОУ ВПО КубГМУ Минздравсоцразвития России), заведующий кафедрой анестезиологии, реаниматологии и трансфузиологии ФПК и ППС;

Бутова Ольга Алексеевна, доктор медицинских наук, профессор,

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет», заведующая кафедрой анатомии и физиологии.

Ведущая организация – государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Защита состоится 21 ноября 2012 года в 16.00 час на заседании диссертационного совета Д208.038.01 на базе ГБОУ ВПО КубГМУ Минздравсоцразвития России (350063, Краснодар, ул. Седина, 4, ГБОУ ВПО КубГМУ Минздравсоцразвития России).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО КубГМУ Минздравсоцразвития России.

Автореферат разослан «_____» _____________________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

профессор Шейх-Заде Юрий Решадович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Проблема гипоксии, пронизывающей жизнедеятельность организма в условиях физических и психоэмоциональных напряжений, различных заболеваний и хирургических операций, высотных восхождений и полетов в стратосферу и космос, адаптации к условиям высокогорья, выдвинулось в число ведущих проблем современной физиологии и медицины, имеющих фундаментальное общебиологическое и большое социально – практическое значение (М.Т.Шаов,1995). Этим и определяется высокая актуальность исследований в области гипоксии.

Особое место в этой области науки занимает проблема адаптации интактной клетки к условиям гипоксии, что является одной из актуальнейших в современной адаптационной физиологии проблем. Ее решение позволяет не только адекватно представить себе тонкие физиологические и биофизические механизмы, лежащие в основе явления адаптации, но и активно изыскать способы защиты от кислородного голодания и повышения энергетического потенциала организма.

Изучение кислородного режима непосредственно в клетках очень важно для понимания целого ряда интимных механизмов биоэнергетики, биоэлектрогенеза, онкогенеза и компартментализации в биосистемах. Именно в отдельном нейроне при глубоких стадиях гипоксии наступает энергетическое голодание, которое четко отражается в изменении и исчезновении его импульсных электрических разрядов. В это время возникают напряжения регуляторных функций, а затем появляются первые признаки напряжения его структурных компонентов. Таким образом, изучение РO2 в отдельном нейроне позволяет подойти к главному звену в цепи последующих нарушений мозга – органа наиболее чувствительного к недостатку кислорода.

В этой связи, актуальность темы настоящей диссертационной работы «Динамика напряжения кислорода в структурах коры головного мозга под влиянием природного режима адаптации к гипоксии» определяется тем, что она посвящена изучению одной из глобальных проблем гипоксикологии – динамике нейрооксигенотопографии под влиянием нового горно – импульсно – гипоксического режима адаптации и вскрытию роли кислородзависимых процессов в механизмах протекции мозга.

Цель исследования - изучить нейрооксигенотопографические механизмы адаптации к импульсной гипоксии с помощью горно – импульсной гипоксии.

Задачи исследования:

1. Определить напряжение кислорода в примембранном пространстве нейронов различных слоев сенсомоторной зоны (СМЗ) коры головного мозга экспериментальных животных в условиях нормоксии.

2. Изучить действие горно-ступенчатой и горно-импульсной гипоксии на напряжение кислорода в примембранном пространстве нейронов СМЗ коры головного мозга экспериментальных животных.

3. Провести сравнительный анализ изменений напряжения кислорода в нервных клетках СМЗ коры головного мозга животных в условиях нормы, горно-ступенчатой гипоксии и горно-импульсной гипоксии.

4. Определить надежность (работоспособность) нервных клеток СМЗ коры головного мозга контрольных и адаптированных ГИГ животных.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В нейрооксигенотопографии СМЗ коры головного мозга животных наблюдается закономерное снижение уровня РО2 в примембранном пространстве нейронов от высших его значений в поверхностных структурах в сторону низких (критических) значений по мере приближения к белому веществу мозга.
2. Адаптация горно-ступенчатой гипоксией влияет на нейрооксигенотопографию СМЗ коры головного мозга животных – происходит сближение значений напряжения кислорода в поверхностных и срединных ее структурах.
3. Под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии в нейрооксигенотопографии СМЗ коры головного мозга адаптированных животных происходят: достоверное возрастание РО2 в поверхностных и срединных структурах, полное выравнивание в них значений РО2, возрастание наполняемости в целом нервной ткани молекулами кислорода, достоверное снижение частоты импульсных электрических разрядов нервных клеток.
4. Под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии надежность нервных клеток адаптированных животных в условиях глубокой гипоксии (10 – 11 км высоты) значительно возрастает, т.к. при этом в клетках возможности к энергопродукции увеличиваются (РО2), а процессы энергопотребления снижаются (ИЭА).
5. Вышеизложенные изменения (п.п.3,4) РО2 в нейрооксиногенотопографии и биоэлектрической активности клеток образуют один из механизмов стабилизации кислородного гомеостаза в нервной ткани и устойчивости мозга к гипоксии.

Новизна результатов исследования. С помощью комплексного электрофизиологополярографического метода впервые осуществлен анализ нейрооксигенотопографических изменений в примембранном пространстве нейронов различных слоев СМЗ коры головного мозга экспериментальных животных в условиях нормоксии, горно-ступенчатой гипоксии и горно-импульсной гипоксии. Впервые изучено влияние нового горно- импульсного режима адаптации на нейрооксигенотопографию СМЗ коры головного мозга животных и выявлено, что под его влиянием происходит качественное перераспределение структурной топографии РО2 в нервной ткани. Вскрыты оксигенотопографические и биоэлектрические механизмы возрастания надежности нервных клеток и их устойчивости к гипоксии под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии.

Теоретическая значимость исследования. Диссертационная работа имеет теоретическую значимость, т. к. в ней впервые на примере СМЗ коры головного мозга осуществлена стратегическая задача изучения оксигенотопографии мозга, поставленная Е.А.Коваленко (1972). Теоретическое значение работы состоит еще и в том, что она свидетельствует об эффективности природных импульсно-гипоксических адаптаций с целью коррекции кислородного режима в клетках, повышение энергетического потенциала организма и его защиты от агрессии со стороны патологических состояний.

Практическая значимость исследования. Практическое значение работы определяется тем, что методы определения РO2, ИЭА и надежности нейронов головного мозга и апробированный режим адаптации могут быть использованы в различных областях практики, в первую очередь, в системах здравоохранения для ускоренного повышения устойчивости организма к дефициту кислорода и к гипоксии различного происхождения.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах компьютерного текста и состоит из введения (общей характеристики), обзора литературы (глава I), методов исследования (глава II), результатов и обсуждения (глава III), заключения, выводов, библиографии (265 источника, из которых 207 на русском и 58 на иностранных языках) и приложения. Работа содержит 6 таблиц и 9 рисунков.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование было проведено на 215 белых лабораторных крысах линии «Вистар». Лабораторные крысы были разделены на две группы: 1 группа (контрольная) – 103 крысы – исследования проводили в г.Нальчике, высоту которого условно определили как «0» м над уровнем моря; 2 группа (опытная) – 112 крыс – исследования проводили на уровне 2100 и 3050 метров в горах Приэльбрусья (п.Чегет). У лабораторных крыс линии «Вистар» осуществлялось количественное определение РO2 в тканях методом калибровки в растворе сульфита натрия с соблюдением общепринятых правил.

В околомембранном пространстве нервных клеток соматосенсорной зоны коры головного мозга лабораторных крыс (600 – 900 мкм), определяемом по характеру импульсной электрической активности нейронов, РO2 регистрировали ультрамикроэлектродом (d = 1–2 мкм) на осциллографическом полярографе ПО – 5122 в дифференциальном режиме его работы в условиях электрофизиологического контроля локализации кончика ультрамикроэлектрода на соме нейрона.

В настоящем исследовании применялись не обычные стационарные, ступенчатые или интервально-ритмические нормобарические режимы адаптации, а принципиально новый вид адаптации гипоксией в импульсном режиме ее генеза, скопированном у живой природы – с нейронов коры головного мозга экспериментальных животных (О.В.Пшикова, 1999) и воспроизведенном нами с помощью подъемов и спусков экспериментальных животных на канатно-кресельной дороге в горах Приэльбрусья на высоту 2100 и 3050 метров над уровнем моря (п. Чегет, Кабардино-Балкария).

Амплитудно-частотные параметры естественной аутотренировки нейронов коры головного мозга животных удалось воспроизвести с помощью скоростной барофизиологической техники (О.В.Пшикова, 1999, 2000) и на основе этого был предложен новый импульсно-гипоксический режим адаптации организма гипоксией: максимальная высота «подъема» животных в барокамере – 5,3 км; скорость «подъема» - 160 м/с; импульс гипоксии - ±3 км; частота импульсов гипоксии – 2 раза в мин; количество сеансов гипоксии – 5 раз в сутки; интервалы между импульсами гипоксии – 20 минут.

Высота «подъема» животных в барокамере, равная 5,3 км, установлена на основании данных по динамике РО2 в околомембранной зоне нейронов по мере углубления тяжести острой гипобарической гипоксии – именно на высоте 5,3 км уровень РО2 снижался на 25-30% от исходного его значения, что соответствует уменьшению РО2 в условиях врожденной аутотренировки нейрона. Частота импульсов гипоксии в барокамере, равная 2 раза в минуту, воспроизводила нижние пределы частот флуктуации РО2 и их амплитуду ( 22% от исходного уровня) в условиях нормы при аутотренировках нейронов гипоксией. Таким образом, все составляющие показатели предложенного импульсно-гипоксического режима адаптации нейронов коры головного мозга животных позаимствованы у природы. При этом необходимо отметить одну важную особенность данного режима адаптации – взяты только нижние значения моделируемых от природы параметров: высотный потолок; частота (низкочастотные компоненты флуктуаций РО2) и амплитуда тренировочных импульсов гипоксии; интервалы между импульсами. Частота сеансов гипоксии была подобрана для моделирования с учетом того, что разрабатываемый режим должен был быть построен на одном из главнейших принципов адаптационной физиологии – принципе «мягких возмущений» (Л.Х.Гаркави, М.А.Уколова, Е.Б.Квакина, 1979; И.А.Аршавский, 1986; Л.Х. Гаркави, Е.Б.Квакина, Т.С.Кузьменко, 1998).

На основании вышеперечисленных результатов был создан новый, высокоэффективный метод адаптации человека к условиям гипоксии, который по предложению М.Т.Шаова назвали бионическим (М.Т.Шаов и соавт., 2003).

Разновидностью бионического метода является апробируемый нами режим адаптации. Его отличие состоит в том, что барофизиологическую технику мы заменили канатно-кресельным подъемником, а сама процедура адаптации осуществляется в условиях горной природы – п.Чегет, район Приэльбрусья. С учетом специфики контингента небольшим изменениям мы подвергли также скорость подъема на высоту и высотный потолок. После большой серии экспериментов на животных (крысы) и добровольцах предпочтительным оказался следующий режим адаптации горно-импульсной гипоксии (ГИГ): высота подъема – 3050 м, частота подъемов – 6 раз в сутки, скорость подъема – 0,9 м/сек, интервалы между подъемами – 15 минут, длительность адаптации – 7 суток.

Результаты исследования обработаны методами вариационной статистики с определением средней арифметической (М), стандартной ошибки (±m) и показателей достоверности различий (р < 0,05).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты всех серий исследования приведены в сводной таблице (таб.).

Таблица

Сводные данные серий экспериментов динамики РО2 в СМЗ коры головного мозга контрольных и адаптированных животных (М±n)

Погружение микроэлектрода, мкм	РО2, мм рт.ст.
	Не адаптированные животные	Адаптированные животные в условиях ГСГ	Адаптированные животные в условиях ГИГ
500	32,80±1,34	31,00±1,31	38,40±2,31
700	28,70±1,30	29,50±1,37	34,60±1,73
900	23,50±1,23	25,70±1,27	35,70±2,14
1100	12,60±0,75	12,30±0,73	15,80±1,35

Примечание: М – средняя величина; m – ошибка средней величины; * - р <0,05

В серии экспериментов с оксигенотопографией нейронов коры головного мозга животных до адаптации (контроль) напряжение кислорода (РО2) на соме нервных клеток сенсомоторной зоны (СМЗ) коры головного мозга экспериментальных животных определялось в условиях нормы (уровень г. Нальчика) на глубине погружения полярографического микроэлектрода от 500 до 1100 мкм (рис.1).

На глубине 500 мкм РО2 определялось в примембранной зоне 40 нервных клеток. На глубине 700 мкм РО2 удалось зарегистрировать у 38 нейронов. При погружении микроэлектрода на 900 мкм в ткань коры головного мозга исследуемых животных РО2 было зарегистрировано у 40 нервных клеток.

В структурах СМЗ коры мозга, соответствующих глубине 110 мкм, напряжение кислорода определялось у 39 нейронов. Всего у контрольных животных РО2 было зарегистрировано в примембранной зоне 157 нервных клеток. При определении РО2 на глубине 500 мкм его значение оказалось равным 32,80±1,34 мм рт. ст. На глубине погружения микроэлектрода, равной 700 мкм, РО2 составило 28,70±1,30 мм рт. ст. В структурах коры головного мозга, соответствующих 900 мкм, значение напряжения кислорода равнялось 23,50±1,23. В более глубоких слоях коры головного мозга животных, близких к белому веществу мозга, на уровне1100 мкм напряжение кислорода оказалось равным 12,60±0,75 мм рт.ст. Значение РО2 СМЗ коры головного мозга (/4) оказалось равным 24,40±1,14 мм рт.ст.

Как следует из данных этой серии экспериментов общая тенденция такова, что в ткани сенсомоторной зоны коры головного мозга крыс имеет место своеобразная оксигенотопография нейронов с максимумом, достигающим в поверхностных слоях 32,80±1,34 мм рт.ст., а в глубинных слоях – 12,60±0,75 мм рт.ст.

В этой серии экспериментов с оксигенотопографией нейронов коры головного мозга животных в условиях горно-ступенчатой гипоксии (ГСГ) исследовалась динамика напряжения кислорода в изучаемых слоях сенсомоторной зоны коры головного мозга опытных животных. Напряжение кислорода на глубине 500 мкм СМЗ определялось у 40 нервных клеток. На глубине 700 мкм РО2 было зарегистрировано на соме 39 нейронов. В структурах СМЗ коры головного мозга, соответствующих 900 мкм, напряжение кислорода также зарегистрировано у 39 нервных клеток. На глубине 1100 мкм РО2 было зарегистрировано в примембранной зоне 40 нервных клеток. Всего в этой серии опытов РО2 было зарегистрировано на 158 нейронах в 4-х слоях СМЗ коры головного мозга экспериментальных животных.

Полярографическое определение РО2 на платиновом ультрамикроэлектроде позволило обнаружить в исследуемых структурах СМЗ коры головного мозга следующие значения РО2. Так, на глубине 500 мкм значение РО2 оказалось ровным 31,00±1,31 мм рт.ст. (рис.2). При погружении микроэлектрода в ткань мозга на глубину 700 мкм значение зарегистрированных РО2 равнялось 29,50±1,37 мм рт.ст.

В слое СМЗ коры головного мозга животных, соответствующем 900 мкм, РО2 было равным 25,70±1,27 мм рт. ст. В глубоких структурах коры головного мозга (1100 мкм) значение зарегистрированных РО2 равнялось 12,30±0,73 мм рт.ст. Общее среднее значение РО2 для СМЗ коры головного мозга крыс (/4) в условиях действия горно-ступенчатой гипоксии оказалось равным 24,60±1,19 мм рт.ст.

Сравнительно-статистический анализ результатов двух серий опытов показывает, что в динамике РО2 во всех исследуемых слоях СМЗ коры головного мозга контрольных (рис.1) и опытных (рис.2) животных достоверных изменений нет (рис.4). Показатель надежности различия (tD) между средними значениями РО2 находится между 1,40 и 1,70, а уровень достоверности (p), как следствие этого, больше 0,05. Известно, что по принятым в биометрии нормам (Г.Ф.Лакин, 1990) также значения tD и p говорят о недостоверности обнаруженных в опытах изменений исследуемых показателей.

С другой стороны, следует отметить, что под влиянием ГСГ произошли некоторые качественные изменения в динамике РО2 в исследуемых слоях коры головного мозга. Так, на глубине 500 мкм абсолютное значение РО2 в этой серии опытов снизилось на 1,8 мм рт. ст. (32,80 – 31,00). В другом слое (700 мкм) наметилось возрастание РО2 с 28,70 до 29,50 мм рт. ст. На глубине 900 мкм произошло возрастание РО2 от 23,50 в контроле до 25,70 у опытных животных. Возрастание РО2 на 2,20 мм рт. ст. (25,70 – 23,50), хотя оно и недостоверно, может иметь реально положительное значение, т.к. известно, что митохондрии могут функционировать при РО2, равном 0,5 мм рт. ст.

В глубоких слоях СМЗ коры головного мозга, как показали наши опыты, не произошло даже качественных изменений в абсолютных значениях РО2 – в контроле было 12,60 мм рт. ст., у опытных животных – 12,30 мм рт. ст.

Следовательно, под влиянием горно-ступенчатой гипоксии достоверных количественных изменений в динамике РО2 мы не обнаружили. Однако на основании этого, видимо, нельзя однозначно отрицать влияние ГСГ на РО2 в исследуемых структурах коры головного мозга опытных животных. В пользу этого говорят видимые по РО2 качественные сдвиги в агрегатном состоянии молекул кислорода у опытных животных – на глубинах 500-700-900 мкм произошло усреднение значений РО2, что говорит о более равномерном распределении молекул кислорода в структурах СМЗ коры головного мозга. Под влиянием условий горно-ступенчатой гипоксии наметилась также тенденция к возрастанию РО2 в коре мозга и к снижению РО2 в тех ее структурах, которые ближе к белому веществу мозга.

Таким образом, под влиянием условий горно-ступенчатой гипоксии за 7 суток в структурах СМЗ коры головного мозга опытных животных, видимо, начинаются подготовительные физиологические процессы, которые в конечном итоге будут способствовать формированию состояния адаптации в организме.

В этой серии экспериментов влияние горно-импульсной гипоксии (ГИГ) на оксигенотопографию нервных клеток коры головного мозга животных путем измерения напряжение кислорода определялось в СМЗ коры головного мозга на глубине 500 мкм у 38 нейронов (рис.3). Значение РО2 оказалось равным 38,40±2,31 мм рт. ст. На глубине погружения микроэлектрода, равной 700 мкм, было исследовано 39 нейронов. Значение зарегистрированных РО2 на этой глубине равнялось 34,60±1,73 мм рт. ст. В структурах СМЗ коры головного мозга животных, соответствующих 900 мкм, было исследовано 40 нервных клеток. При этом значение зарегистрированных РО2 оказалось равным 35,70±2,14 мм рт. ст. На глубине погружения микроэлектрода до 1100 мкм РО2 было зарегистрировано у 39 нервных клеток. Значение всех зарегистрированных на этой глубине РО2 равнялось 15,80±1,35 мм рт. ст.

Всего в этой серии опытов было исследовано 156 нервных клеток. Общее значение всех зарегистрированных в структурах СМЗ коры головного мозга опытных животных РО2 оказалось равным 30,90±1,88 мм рт. ст.

- р<0,05

Сравнительно-статистический анализ (рис.5) результатов этой серии опытов и предыдущих серий выявил следующие изменения РО2. Так, возрастание РО2 на глубине 500 мкм до 38,40 мм рт.ст. оказалось достоверным по сравнению с контролем (tD = 2,07; р<0,05) и горно-ступенчатой гипоксией (tD = 2,75; р<0,05). Под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии напряжение кислорода на глубине 700 мкм увеличилось до 34,60±1,73 мм рт.ст. Статистический анализ показал, что это возрастание РО2 достоверно выше (tD = 2,40; р.<0,05), чем по сравнению с контролем и действием горно-ступенчатой адаптации (tD = 2,05; р<0,05).

На глубине 900 мкм, как показал статистический анализ, возрастание РО2 до 35,70 мм рт. ст. достоверно выше по сравнению с результатами действия горно-ступенчатой гипоксии (tD = 3,83; р<0,05) и данными у контрольных животных (tD = 4,70; р<0,01).

Как показали полярографические измерения РО2 нейронов коры головного мозга опытных животных, под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии напряжения кислорода в глубоких структурах исследуемой зоны коры головного мозга, соответствующих 1100 мкм, возросло до 15,80 мм рт. ст.

Однако, как показал статистический анализ, это возрастание РО2 оказалось недостоверным как по сравнению с контролем (tD= 1,56; р>0,05), так и по сравнению с результатами действия горно-ступенчатой гипоксии (tD =1,72; р>0,05).

Следовательно, под влиянием горно-импульсной гипоксии напряжение кислорода в структурах СМЗ коры головного мозга опытных животных достоверно возрастает в поверхностных (500 мкм) и средних (700-900 мкм) её слоях.

В глубоких же слоях (1100 мкм), близких к белому веществу мозга, достоверных изменений РО2 не обнаружено, хотя имеет место визуально наблюдаемое возрастание РО2 и в этих структурах.

Под влиянием горно-импульсной гипоксии достоверно возрастает также значение напряжения кислорода (/4) до 30,90±1,88 мм рт. ст. по сравнению с контролем (24,40±1,14 мм рт. ст.) и горно-ступенчатой гипоксией (24,60±1,19 мм рт. ст.), о чем говорят значения надежности различия (tD = 2,95) и уровня достоверности (р<0,05).

Кроме того, полученные в результате опытов значения РО2 во всех исследуемых слоях СМЗ коры головного мозга животных свидетельствуют о значительном перераспределении молекул кислорода в ткани мозга под влиянием горно-импульсной гипоксии.

Так, в условиях нормы (контроль) в исследуемых слоях коры головного мозга был обнаружен статистически достоверный градиент по абсолютным значениям РО2 (рис.1): между 700/500 мкм – (tD = 2,00; р<0,05); между 700/900 мкм - (tD = 2,30; р<0,05); между 900/1100 мкм - (tD = 5,33; р<0,01).

В условиях действия горно-ступенчатой гипоксии, как отмечено выше, высокий градиент РО2 в исследуемых структурах коры головного мозга резко снизился – различие между РО2 не достигает уровня значимости 0,05, т.е. статистически несущественно.

Такая же ситуация сложилась в исследуемой нервной ткани животных, адаптированных с помощью сеансов горно-импульсной гипоксии. Действительно, несмотря на высокий уровень РО2 в каждом из исследуемых слоев нервной ткани, различие между средними значениями РО2 в слоях 500-700-900 мкм не достигает уровня значимости 0,05, т.е. статистически опять несущественно.

Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что в структурах СМЗ коры головного мозга под влиянием сеансов горно-импульсной гипоксии произошло, кроме достоверного возрастания уровня РО2, новое качественное перераспределение молекул кислорода: возрастание насыщения кислородом и более равномерное распределение в структурах ткани.

По данным литературы возрастание РО2 в тканях, в том числе и в ткани мозга, является признаком адаптации животных к различным условиям гипоксии – высокогорным, барокамерным и т.д. Результаты настоящего исследования также показывают в целом достоверное возрастание уровня РО2 в исследуемых слоях коры головного мозга под влиянием условий горно-импульсной гипоксии.

В итоге адаптация к гипоксии, прежде всего, сохраняет и увеличивает поток О2 к ферментам в митохондриях, а это определяет ресинтез макроэргов (АТФ и КрФ). Наступает повышение энергетического и структурного адаптационного потенциала организма. Гипоксия при этом компенсируется. Происходит общее повышение функциональных возможностей и повышение устойчивости организма к различным экстремальным и патологическим факторам.

С целью выяснения кислородозависимых механизмов надёжности нейронов нервных клеток контрольных и адаптированных животных в гипобарических условиях, характера динамики РО2 в СМЗ коры головного мозга животных под влиянием условий горно-импульсной гипоксии (ГИГ) были проведены эксперименты в двух группах животных (крысы «Вистар») контрольной и опытной, в каждой из которых определялось РО2 в исследуемой ткани мозга под влиянием гипоксической барокамерной гипоксии и изменение частоты импульсной электрической активности нервных клеток.

У контрольных животных в условиях барокамерной гипоксии на «высоте» 4 км РО2 снизилось до 26,30±1,37 мм рт. ст. Снижение уровня РО2 в исследуемой ткани коры головного мозга продолжалось и на других высотах»: 6 км – 21,70±1,23 мм рт. ст., 8 км – 15,50±1,17 мм рт. ст., 10 км – 8,73±0,96 мм рт. ст. В целом от условий нормы («0» км – уровень Нальчика) до глубокой гипоксии, соответствующей 10 км «высоты» уровень РО2 в исследуемой ткани мозга контрольных животных снизился на 24,07 мм рт. ст. (32,8 – 8,73).

При определении РО2 у животных, адаптированных в условиях ГИГ, получены данные, которые резко отличаются от данных по РО2 у контрольных животных. Так, на «высоте» 4 км у опытных животных РО2 в исследуемой ткани мозга практически не меняется – отмечается только начало снижения РО2, но оно статистически недостоверно по сравнению с исходным значением РО2, но достоверно (р<0,05) выше по сравнению с РО2 у контрольных животных на «высоте» 4 км. На остальных исследуемых «высотах» 6 и 8 км также, кроме незначительных колебаний, РО2 в СМЗ коры головного мозга опытных животных каких-либо существенных изменений не претерпевает. Более того, на 8 км значение РО2 опять приближается к его исходному уровню. И только при достижении 10 км значение РО2 в ткани мозга адаптированных к условиям ГИГ животных составило 27,30±1,35 мм рт. ст., что достоверно ниже (tD = 4.10; р<0,001) его исходного значения, равного 38,40±2.31 мм рт. ст. В целом в условиях барокамерных «подъемов» от «0» до 10 км в исследуемом слое коры головного мозга этой группы животных происходит снижение РО2 на 11,10 мм рт. ст. (38,40– 27,30).

Данные этой серии опытов говорят о том, что у контрольных животных под влиянием гипоксической гипобарической гипоксии (10 км) напряжение кислорода в структурах коры головного мозга падает ниже критического «порога», равного 9-10 мм рт. ст. У опытных животных, перенесших гипоксические воздействия в режиме ГИГ, в этих же условиях (10 км барокамерных «подъемов») напряжение кислорода в целом на 18,30 мм рт.ст. (27,30 – 9,00) остается больше, чем его критическое значение, что в 2,1 раза превосходит значение РО2 в ткани мозга контрольных животных на «высоте» 10 км.

Таким образом по данным наших опытов у контрольных животных в критической ситуации (10 км «высоты» в барокамере) исследуемые структуры СМЗ коры головного мозга в своем распоряжении имеют только 8,73 мм рт. ст. по РО2, а у опытных животных, перенесших воздействия ГИГ, эта величина достигает в целом 27,30 мм рт. ст. Естественно предположить на фоне этого, что у опытных животных адаптационный потенциал нейронов головного мозга, по крайней мере, будет в 3,13 раза выше, чем у контрольных.

Подтверждением этого положения являются результаты специальной серии опытов по изучению динамики импульсных электрических разрядов отдельных нервных клеток в исследуемом слое – 500 мкм погружения микроэлектрода – коры головного мозга контрольных и опытных животных, подвергшихся гипоксическим воздействиям в режиме ГИГ (рис.5). Так, в условиях нормы, т.е. на уровне г.Нальчика и при дыхании атмосферным воздухом, у контрольных животных значение импульсной электрической активности нервных клеток в исследуемом слое коры головного мозга оказалось равным 9,51±1,28 имп/сек. «Подъемы» в барокамере сопровождались значительными колебаниями ИЭА нейронов со снижением частоты на «высоте» 7 км до 7,44±1,22 имп/сек. При достижении 10 км «высоты» происходило резкое возрастание биоэлектрической активности исследуемых нейронов, достигающее 16,50±2,13 имп/сек, а потом следовало резкое и однозначное снижение ИЭА нейронов с практически полным исчезновением частоты электрических разрядов на «высотах» 11-11,5 км. Следует отметить, что «высота» в 10 км является максимально критической. В группе животных, перенесших гипоксические воздействия в импульсном режиме (ГИГ), имело место достоверное снижение ИЭА нервных клеток с 9,51±1,28 (контроль) до 5,30±0,45 имп/сек.

С учетом этого снижение биоэлектрической активности нервных клеток под влиянием прерывистой гипоксии является признаком адаптации. В пользу этого говорит динамика ИЭА нервных клеток коры головного мозга опытных животных в условиях нарастающей барокамерной гипоксии. В этом случае также имели место небольшие колебания ИЭА, что было видно по ее величинам (рис.4) на исследуемых «высотах». Однако эти колебания были гораздо менее выражены по сравнению с контролем. И самое главное – возрастание частоты импульсных разрядов нервных клеток на «высоте» 10 км было в 2 раза меньше по сравнению с контролем (16,50 - 8,17), а в условиях глубокой гипоксии, соответствующей 11,5 км, ИЭА нейронов у этих животных еще сохранялась.

Следовательно, результаты исследования динамики PО2 и ИЭА нейронов коры головного мозга контрольных и опытных животных в условиях барокамерной гипоксии однозначно говорят о возрастании функциональной надежности (устойчивости) нервных клеток и об адаптационном характере тех изменений PО2, которые произошли под влиянием горно-импульсной гипоксии.

ВЫВОДЫ

1. По мере погружения полярографического ультрамикроэлектрода в ткань СМЗ коры головного мозга животных PО2 в примембранном пространстве нервных клеток снижается от 32,80±1,34 до 12,60±0,75 мм рт.ст.
2. Под влиянием горно-ступенчатой адаптации происходит сближение значений PО2 в исследуемых слоях СМЗ коры головного мозга экспериментальных животных.
3. Действие горно-импульсной гипоксии выравнивает значение PО2 в примембранном пространстве нервных клеток исследованных слоев СМЗ коры головного мозга.
4. Сеансы горно-импульсной гипоксии увеличивают общий уровень PО2 в исследуемых слоях СМЗ коры головного мозга животных с 24,40±1,44 в контроле до 30,90±1,88 мм рт.ст. у адаптированных.
5. Адаптированные в режиме горно-импульсной гипоксии животные приобретают значительный резерв PО2 в примембранном пространстве нейронов коры головного мозга и выраженную способность генерировать импульсные электрические разряды в условиях глубокой степени гипоксии соответствующей 10-11 км высоты.
6. Критериями адаптации в режиме горно-импульсной гипоксии являются возрастание потенциальной возможности энергопродукции и снижение энергопотребления в нервных клетках, о чем говорят увеличение PО2 и снижение ИЭА.
7. Нормализация оксигенотопографии нервных клеток при горно-импульсных гипоксических воздействиях может быть основой протекции мозга от дефицита кислорода в окружающей среде.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абазова, И.С. Защита мозга интервально-импульсными адаптациями в горах / И.С.Абазова, Х.М.Каскулов, М.Т.Шаов // Актуальные проблемы современной хирургии: сб. научных статей. - Нальчик, 2000. - Часть I. - С. 19 - 20.

2. Абазова, И.С. Механизмы протекции нервных клеток от внутримозговых опухолей гипоксическими адаптациями / М.Т.Шаов, Х.М.Каскулов, Л.Г.Шаова, И.С.Абазова // Тез. докл. ХVIII съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. - Казань, 2001.- С. 270.

3. Абазова, И.С. Влияние естественных антиоксидантов на тканевое напряжение кислорода / И.С.Абазова, О.В.Пшикова, Х.М.Каскулов // Материалы 8 Всерос. Съезда анестезиологов и реаниматологов. - Омск, 2002, - С. 292 - 293.

4. Абазова, И.С. Механизмы адаптационной перестройки антиоксидантной системы ферментов нервной ткани / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В.Пшикова // Актуальные вопросы хирургии, травматологии и анестезиологии – реаниматологии: материалы науч.- практич. конф. - Владикавказ, 2002, - С.68 - 69.

5. Абазова, И.С. Влияние горно – импульсно – гипоксического режима адаптации организма на восстановительные процессы мозга после удаления злокачественных опухолей / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В.Пшикова // Материалы конф., посвященной 80-летию И.А. Држевецкой. - Ставрополь, 2003. - С. 15 - 17.

*6. Абазова, И.С. Напряжение кислорода и изменение микрофизиологических показателей нейронов при импульсно – гипоксических адаптациях и механизмы протекции мозга нейрохирургических больных от злокачественных опухолей / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В.Пшикова // Вестник интенсивной терапии.- 2003.- №3. - С. 6 -7.

7. Абазова, И.С. Изменение нейрооксигенотопографии коры головного мозга под влиянием природной импульсной гипоксии / М.Т.Шаов, И.С.Абазова, Х.М.Каскулов, О.В.Пшикова // Успехи современного естествознания.- 2004.-№3. - С. 46 - 47.

8. Абазова, И.С. Нейросинергетические механизмы кислородного гомеостаза коры головного мозга при дефиците кислорода / М.Т.Шаов, О.В.Пшикова, Х.М.Каскулов, И.С.Абазова // Успехи современного естествознания.- 2004.- №3. - С. 46.

9. Абазова, И.С. Функциональные механизмы ускоренной адаптации к гипоксии нервной ткани / И.С. Абазова // Материалы 3-го съезда Федерации анестезиологов – реаниматологов ЮФО РФ. - Волгоград, 2008. - С. 5 - 7.

*10. Абазова, И.С. Кислородозависимые электрофизиологические и термодинамические механизмы протекции нервных клеток от гипоксии / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В.Пшикова // Кубанский научный медицинский вестник. - 2009. - № 3 (108). - С. 7 - 10.

11. Абазова, И.С. Механизмы надёжности нервных клеток контрольных и адаптированных животных в гипобарических условиях / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В.Пшикова // Новое в анестезиологии – реаниматологии и хирургии: материалы науч.- практич. конф. - Беслан; Владикавказ, 2011. - С. 4 - 6.

*12. Абазова, И.С. Определение надёжности адаптированных горно-импульсной гипоксией нейронов коры головного мозга в условиях гипобарической барокамерной гипоксии / И.С.Абазова, О.В. Пшикова // Кубанский научный медицинский вестник.-2011.- № 4 (127). - С. 156 - 159.

13. Абазова, И.С. Термодинамические механизмы протекции мозга от злокачественных опухолей импульсно-гипоксическими адаптациями / И.С.Абазова, М.Т.Шаов, О.В. Пшикова // Успехи современного естествознания.- 2012.-№1. - С. 41 - 44.

14. Абазова, И.С. Динамика параметров пульсовой волны человека под воздействием природных антиоксидантов / И.С. Абазова, О.В.Пшикова, М.Т.Шаов, И.И.Темботова // Вестник интенсивной терапии.- 2012.- №5. - С. 40 - 41.

* - работа, опубликована в журнале, включенном в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации.

Абазова Инна Саладиновна

ДИНАМИКА НАПРЯЖЕНИЯ КИСЛОРОДА

В СТРУКТУРАХ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА

ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРИРОДНОГО РЕЖИМА

АДАПТАЦИИ К ГИПОКСИИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

В печать 28.09.2012. Формат 60х84 1/16.

1.0 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 5826

Полиграфический участок ИПЦ КБГУ

360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.