Влияние гипербарической оксигенации в клинических режимах на перекисное окисление липидов и антиоксидантную защиту головного мозга здор

Таким образом, после 5 сеансов ГБО признаки окислительного стресса в головном мозге усиливались и носили некомпенсированный характер, в то время как в плазме крови сохранялось состояние компенсации. Сопоставляя реакции головного мозга и легких здорового организма на действие 5 сеансов ГБО, можно отметить, что рост содержания МДА в обоих органах-мишенях сопровождался различной реакцией со стороны АОС: в легких отмечалось ее снижение по сравнению с первым сеансом (Яковлев Н.В., 2004), в головном мозге, напротив, к ферментной защите присоединялось метаболическое звено. Возможно, большая устойчивость мозга обусловлена тем, что на пути между ним и гипероксией находятся несколько «линий защиты», представленных, в том числе, и легкими.

После 10 сеансов ГБО (4-я серия) в головном мозге наблюдалась нормализация содержания изученных продуктов ПОЛ. Значительную роль в этом процессе можно отвести полной мобилизации ферментного звена СОД-каталаза (рис. 3), эффективность которой подтверждают клинические и экспериментальные исследования (Hermes A., 2000; Nelson C.W. et al., 1992). Активность каталазы в ткани мозжечка и больших полушарий возрастала по сравнению с контролем, в стволе мозга – восстанавливалась до уровня интактных животных. В ткани ствола мозга и мозжечка наблюдалась активация неферментного звена АОС в виде повышения содержания мочевой кислоты. В плазме крови, благодаря активации СОД и повышенной концентрации мочевой кислоты, поддерживалось нормальное содержание продуктов ПОЛ. В эритроцитах на фоне повышенного уровня МДА отмечалась активация каталазы, важнейшего антиоксидантного фермента эритроцитов (Королюк М.А. и др., 1988; Agar N.S. et al., 1986; Mendiratta S. et al., 1998).

Таким образом, после 10 сеансов ГБО окислительный стресс в изученных отделах головного мозга и плазме крови носил характер компенсированного. Вновь обращаясь к состоянию системы ПОЛ-АОС легких (Яковлев Н.В., 2004), можно отметить сходный характер изменений в обоих органах-мишенях (нормализация содержания МДА на фоне активации как ферментов, так и метаболитов АОС), который свидетельствует, что курс данной продолжительности и в головном мозге, и в легких вызывает формирование адаптации к действию гипе роксии.

Исследования показывают (Меерсон Ф.З., 1993; Пшенникова М.Г., 2000), что необходимым условием формирования адаптационных изменений является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, обеспечивающая формирование системного структурного следа (комплекса структурных изменений, развивающихся в доминирующей системе за счет селективной экспрессии генов и роста клеточных структур). Данные литературы подтверждают справедливость этого заключения при окислительном стрессе (Болдырев А.А, 2000), как и результаты настоящей работы. В частности, длительное поддержание повышенной активности СОД и концентрации мочевой кислоты в отделах мозга предполагает повышенное их образование, что возможно только при участии генного аппарата клетки. Вероятно, экспрессия генов (процессы транскрипции и трансляции) дает возможность сделать функционирование метаболической АОС мозга более «экономным» и эффективным – кроме повышения активности каталазы, активация антиоксидантов не превышала уровня предыдущей серии.

После 18 сеансов ГБО (5-я серия) явления окислительного стресса в головном мозге уменьшались. Стабилизацию ПОЛ на уровне контроля и снижение активности АОС до контрольного уровня (рис. 4), как и повышенную по сравнению с контролем активность СОД в исследованных отделах головного мозга, можно рассматривать, как следствие формирования «структурного следа» (Меерсон, Ф.З., 1993). Низкий уровень ПОЛ в плазме крови обеспечивался повышением содержания мочевины и мочевой кислоты, обладающих способностью уменьшать число железосодержащих центров перекисного окисления (Кричевская А.А. и др. 1983; Whiteman M.A. et al, 2002). Наблюдалось снижение интенсивности ПОЛ эритроцитов (по МДА) до уровня контроля.

Таким образом, после 18 сеансов ГБО как в головном мозге, так и в крови окислительный стресс носил компенсированный характер. Интересно отметить, что в легких (Яковлев Н.В., 2004), в отличие от головного мозга, при данном режиме ГБО окислительный стресс носил некомпенсированный характер.

Последействие 1 сеанса ГБО (6 – 7-я серии). Через 5 и 10 суток после 1 сеанса ГБО в головном мозге наблюдалось нарастание признаков окислительного стресса, носившего некомпенсированный характер. Уровень МДА был значительно повышен, отмечалась активация ферментного (СОД) и неферментного (мочевина) звеньев АОС (рис. 5, 6). Явление усиления со временем изменений после 1 сеанса ГБО отмечали и другие авторы (Кимбаровская Е.М., 1971; Максимова И.Е., 1973).

Наличие некомпенсированного окислительного стресса в мозге через 5 и 10 суток после 1 сеанса ГБО показывает, что после однократного действия ГБО имеющиеся в организме антиоксидантные механизмы (функциональные, метаболические, структурные), не могли обеспечить в головном мозге совершенной адаптации к действующему экстремальному фактору – гипербарическому кислороду. В крови, в отличие от мозга, спустя 5 и 10 суток после 1 сеанса ГБО уровень МДА не превышал контрольного, однако стимуляция метаболического звена АОС (рис. 5, 6) свидетельствовала о наличии компенсированного окис лительного стресса.

Согласно концепции адаптационной медицины (Меерсон Ф.З., 1993), для формирования устойчивой адаптации необходима многократная реализация системы, ответственной за адаптацию. Решить вопрос, на каком этапе многократное действие ГБО позволяет достигнуть устойчивой адаптации, в определенной мере помогает изучение последействия 5 сеансов ГБО.

Последействие 5 сеансов ГБО (7-я серия). Нормализация уровня МДА и антиоксидантов, обнаруженная через 5 суток после 5 сеансов ГБО в стволе головного мозга и мозжечке, и снижение их содержания в больших полушариях (рис. 7), свидетельствовали о снижении генерации свободных радикалов в головном мозге крыс к этому сроку. В плазме и эритроцитах крови также наблюдалось снижение уровня МДА и антиоксидантов. Интересно, что при проведении курса ГБО в этот период в клинике наблюдали улучшение состояния пациентов (Женило В.М., 2002; Ерофеева Т.Н. и др., 2002).

Таким образом, через 5 дней после 5 сеансов ГБО в больших полушариях головного мозга проявления некомпенсированного окислительного стресса снижались, хотя сохранялись, в то время как в стволе мозга и мозжечке достигалось состояние компенсации, как и в крови. Результаты исследования подтверждают предположение, что в промежутке между 5 и 10 сеансами ГБО формируется устойчивая адаптация.

Содержание ВЭГ в плазме крови при ГБО после 1, 5, 10, 18 сеансов ГБО поддерживалось на контрольном уровне, что свидетельствовало о сохранении барьерной функции мембран эритроцитов и позволило отнести наблюдавшиеся изменения к дотоксическим (Мясников А.П., 1967).

Поведенческая активность животных при ГБО. После 1 сеанса ГБО (2-я серия) поведение животных в открытом поле активизировалось (рис. 8 А): возрастала двигательная (количество посещенных наружных квадратов) и исследовательская активность (число заглядываний в норки), время груминга (умывания) было ниже, чем у контрольных животных. Стимулирующий эффект 1 сеанса ГБО на поведение испытуемых в клинических условиях отмечали другие авторы (Мясникова Н.А., 1987; Фомин А.Н., 1997).

Увеличение гипероксической нагрузки до 5 сеансов ГБО (3-я серия) способствовало дальнейшему повышению активности: количество посещенных внутренних и наружных квадратов было выше контроля, отмечалось повышение числа стоек и заглядываний в норки. При этом время груминга было ниже показателей группы после 1 сеанса.

После 10 сеансов ГБО (4-я серия) при сохранении повышенной  двигательной активности, была повышена исследовательская активность: число стоек, заглядываний в норки. При этом время груминга повышалось по сравнению с предыдущей серией.

После 18 сеансов ГБО (5-я серия) число посещенных наружных квадратов не отличалась от контроля, число посещенных внутренних квадратов превышало показатели контроля, как и число норок, время груминга не отличалось от предыдущей серии.

Через 5 и 10 дней после 1 сеанса ГБО (6-я – 7-я серии) двигательная и исследовательская активность животных не отличались от контроля (рис. 8 Б); спустя 10 суток после 1 сеанса двигательная активность была ниже показателей животных после 1 и 10 сеансов, исследовательская – ниже по сравнению с 10 сеансами. Время груминга было выше по сравнению с животными после 5 сеансов ГБО.

Через 5 дней после 5 сеансов ГБО (8-я серия) двигательная активность была выше контрольной, но ниже, чем после 5 и 10 сеансов ГБО, как и исследовательская. Время груминга было выше показателей группы, исследованной сразу после 5 сеансов.

На протяжении исследования число актов дефекации (показатель, отражающий вегетативный компонент эмоции страха) оставалось стабильным. Повышение показателя отмечено через 10 дней после 1 сеанса в сравнении со всеми исследованными группами.

Рис. 8. Поведенческая активность белых крыс после сеансов ГБО (А) и в периоде последействия (Б).

Примечание: ВК – пересеченные внутренние квадраты открытого поля, НК – пересеченные наружные квадраты открытого поля; достоверность отличий – см. в тексте; контроль принят за 100 %.

Повышение поведенческой активности при действии ГБО можно рассматривать как усиление ориентировочной реакции на фоне стресса, связанного с пребыванием животных в гипероксической гипербарической среде. Ответ организма в виде усиления ориентировочной реакции при стрессе способствует эффективному формированию «образа среды», закреплению новых навыков и поведенческих реакций (Вартанян Г.А., 1989; Левшина И.П., 2002), свидетельствует об образовании в организме системы временных связей и является вполне закономерным (Меерсон Ф.З., 1993). Ослабление же активирующего влияния ГБО на двигательную активность животных без усиления эмоции страха после 18 сеансов можно рассматривать как следствие формирования устойчивой адаптации – исчез стресс-синдром, ставший излишним (Меерсон Ф.З., 1993), при этом повышение исследовательской активности сохранялось.

Принято считать, что возрастающее содержание продуктов ПОЛ приводит к неблагоприятным изменениям функций клеток (Камышников В.С, 2000;  Лукаш А.И. и др., 1998). Полученные данные показывают более сложные отношения между ПОЛ и функциональной активностью нейронов. Это вполне объяснимо, если принять во внимание, что в мозге при ГБО стимулируется, в первую очередь, аскорбат-зависимое ПОЛ (Клокова В.М., 1986), в которое вовлекаются жирные кислоты, не имеющие специфической локализации (Ланкин В.З. и др., 2000). Исследования показывают, что равномерная активация аскорбат- или НАДФН-зависимого ПОЛ в синаптических мембранах не сопровождается изменениями трансмембранного потенциала, хотя содержание продуктов ПОЛ может возрастать в 2,5-3 раза (Никушкин А.С., 1994), а генерация свободных радикалов может быть пропорциональна активации нейрона и не иметь отношения к гибели клетки (Smithies J., 1999; Болдырев А.А., 2003).

Подводя итог обсуждению действия ГБО (однократного и курсовых сеансов) на про- и антиоксидантные реакции в мозге, крови и поведенческую активность здоровых крыс, можно отметить, что развивавшиеся при действии ГБО признаки окислительного стресса носили фазный характер: некомпенсированный характер процесса после 1 и 5 сеансов сменялся компенсированным после 10 и 18 сеансов, при этом в разной степени стимулировалось поведение животных в тесте «открытого поля». За время 18-дневного курса ГБО организм здоровых животных адаптировался к действию ГБО, при этом формирование устойчивой адаптации и период оптимальной реакции АОС мозга наблюдался после 10 и 18 сеансов ГБО. Поддержание стабильного содержания ВЭГ плазмы крови свидетельствует об отсутствии грубых нарушений проницаемости мембран эритроцитов. Гипербарическая оксигенация оказывала выраженное последействие на про- и антиоксидантные процессы в головном мозге здоровых крыс в виде сохранения явлений окислительного стресса. При этом активация поведения животных уменьшалась.

Результаты, полученные в данной работе, свидетельствуют о «благоприятной» ситуации в отношении адаптивных возможностей головного мозга к длительным курсовым режимам ГБО по сравнению с легкими (с учетом данных Яковлева Н.В.). Однако остается открытым вопрос о возможности индукции апоптоза нейронов в этих гипероксических условиях, что, с учетом чрезвычайно низкой способности нейронов головного мозга к пролиферации, может иметь отрицательные последствия в отдаленные сроки после применения ГБО. Ответ на этот вопрос могут дать дальнейшие исследования.

ВЫВОДЫ

1. Применение ГБО в  терапевтическом режиме (2 ата, 50 мин, 1, 5, 10 и 18 сеансов) в отделах головного мозга (стволе, мозжечке и больших полушариях) здоровых белых крыс вызывало прооксидантные (повышение уровня МДА) и антиоксидантные реакции (увеличение активности СОД, каталазы и содержания мочевины, мочевой кислоты), динамика которых носила фазный характер, и сопровождалось активацией поведения животных.

2. После 1 сеанса ГБО  в мозжечке и больших полушариях  развивался некомпенсированный окислительный стресс (повышение содержания МДА на 57 и 64% соответственно на фоне стимуляции стресс-лимитирующей АОС в виде активации СОД на 38% и 47% соответственно). В стволе мозга, филогенетически более старом отделе, окислительный стресс носил компенсированный характер (активация СОД на 46% без повышения содержания МДА).

3. После 5 сеансов ГБО  в изученных отделах мозга  наблюдались признаки некомпенсированного окислительного стресса (в стволе мозга, мозжечке и больших полушариях увеличилось содержание МДА на 177%, 97% и 224% соответственно и  наблюдалась реакция АОС в виде роста содержания мочевой кислоты на 80%-84% и активации СОД на 66%, 38% и 50%).

4. После 10 сеансов ГБО  в головном мозге проявления  окислительного стресса свидетельствовали  о его компенсированном характере: нормализация содержания продуктов  ПОЛ на фоне повышенной активности СОД и каталазы в больших полушариях на 23% и 50%, каталазы в мозжечке на 58%, увеличения в стволе и мозжечке содержания мочевой кислоты на 76% и 72%. Состояние компенсации сохранялось и после 18 сеансов: содержание продуктов ПОЛ оставалось на уровне контроля на фоне повышенной активности СОД в стволе мозга, мозжечке и больших полушариях на 30%, 17% и 18%.

5. При действии указанных  режимов ГБО проявления окислительного  стресса в плазме крови носили  компенсированный характер (активация  ферментной и неферментной АОС препятствовала нарастанию содержания продуктов ПОЛ), в то время как в эритроцитах наблюдался фазный характер изменений, близкий по динамике изменениям в отделах мозга: некомпенсированный окислительный стресс после 5 и 10 сеансов сменялся состоянием компенсации после 18 сеансов ГБО. Поддержание концентрации ВЭГ на уровне контроля свидетельствовало об отсутствии грубых изменений проницаемости мембран эритроцитов для гемоглобина.