Автореферат и диссертация по медицине (14.03.03) на тему:Эффективность гиперкапнической гипоксии в повышении толерантности мозга к ишемии, профилактике и реабилитации экспериментального инсульта

4857960

ЯКУШЕВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИПЕРКАПНИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ В ПОВЫШЕНИИ ТОЛЕРАНТНОСТИ МОЗГА К ИШЕМИИ, ПРОФИЛАКТИКЕ И РЕАБИЛИТАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИНСУЛЬТА

14.03.03 - патологическая физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Барнаул-2011

4857960

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук, профессор Куликов Владимир Павлович Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор Антонов Александр Рудольфович Кандидат медицинских наук, доцент Шахматов Игорь Ильич

Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Защита диссертации состоится «_» октября 2011 года в_часов

на заседании диссертационного совета Д.208.002.03 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 40).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (656031, г. Барнаул, ул. Папанинцев, 126).

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор медицинских наук, профессор

Скударнов Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Высокая медико-социальная значимость заболеваний, сопровождающихся нарушением мозгового кровообращения, обусловлена их существенной долей в сгруюуре заболеваемости, инвалидизации и смертности населения [Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001, 2007; Липовецкий Б.М., 2007; Шахпаронова Н.В., Кадыков A.C., 2008]. Поэтому важнейшей задачей современной медицины является разработка и внедрение эффективных методов первичной и вторичной профилактической нейропротекции [Коваленко Н.Я., Мациевский Д. Д., Архипенко Ю.В.,2001; Kirino Т., 2002; Gidday J.M., 2006]. Особое место среди авторитетных нейропротекгоров занимают различные варианты гипоксического и ишемическо-го прекондиционирования, механизмы которых во многом сходны между собой и способствуют улучшению эффективности кровоснабжения мозга, увеличению мощности систем транспорта и утилизации кислорода в мозге [Sharp F.R., 2004; Manukhina Е.В., Downey H.F., Mallet R.T., 2006; Steiger HJ., Hanggi D., 2007]. Учитывая схожесть механизмов ишемического и гипоксического прекондиционирования, ряд авторов предлагают объединить эти два варианта одним термином - «ишемически-гипоксическое прекондиционирование» [Самойленкова Н.С., Гаврилова С. А., Кошелев В.Б., 2007, Самойленкова Н.С., 2008].

Предполагается, что механизмы нейропротекции в результате ишемиче-ски-гипоксического прекондиционирования опосредованы наличием не только дефицита кислорода, но и избыточным накоплением углекислого газа и непосредственным влиянием его на мозговую гемодинамику [Косицкий Г.И., 1993; Reddy G., Gootman N., Buckley N. et al., 1974; Edmunds N., Marshall J., 2001; Komori M., Katsumi T.,Yasuko T. et al., 2009].

Гиперкапния используется в медицине прежде всего как средство тестирования сосудистой мозговой реактивности [Куликов В.П., 2007]. Эффективность гиперкалнии для нейропротекции ишемических повреждений головного мозга на сегодняшний день является новым и малоизученным явлением по сравнению с гипоксией [Brambrink A., Orfanakis А., 2010]. При этом выражен-

ный эффект гиперкапнии на цереброваскулярную реактивность и мозговой кровоток (МК) позволяет предполагать возможность потенцирования гипер-капнией нейропротекторного эффекта гипоксии.

Немногочисленные работы, посвященные изучению эффектов сочетания гипоксии и гиперкапнии, свидетельствуют о возможном более выраженном их влиянии на функциональное состояние организма, чем изолированное воздействие [Агаджанян Н.И., Miliaru М., Koji I., Keisho К., Yasutake S., 2003]. Е.Е. Зверьковой (1982) и B.C. Сверчковой (1983) было показано положительное влияние гиперкап-нической гипоксии на сердечно-сосудистую систему, в частности - увеличение толерантности миокарда к ишемии. В литературе встречаются единичные работы, посвященные изучению влияния гиперкапнической гипоксии для повышения толерантности головного мозга к ишемии. В исследовании А.Г. Беспалова и В.П. Куликова (2004) было показано, что предварительные гиперкапнически-гипоксические тренировки приводят к выраженному пролонгированию периода жизни головного мозга в условиях тотальной ишемии. Все вышеизложенное предопределило цель настоящего исследования.

Цель исследования Исследовать эффективность гиперкапнической гипоксии в нейропро-текции, профилактике и реабилитации экспериментального инсульта.

Задачи исследования

1. Оценить эффективность гипоксического и гиперкапнически-гипоксического прекондиционирования в увеличении резистентности крыс к острой гипобарической гипоксии.

2. Исследовать эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией для предупреждения ишемического повреждения мозга в эксперименте.

3. Исследовать эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте,

4. Выявить возможные механизмы нейропротекции мозга к ишемическому повреждению при тренировках с гиперкапнической гипоксией.

5. Разработать устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии у людей, основанное на принципе изменения дополнительного объема «мертвого» пространства (ДОМП).

Научная новизна

1. Впервые показано, что гиперкапнически-гипоксические тренировки стимулируют более выраженное увеличение резистентности организма к действию экстремальной кислородной недостаточности по сравнению с использованием изолированной гипоксии.

2. Впервые установлено, что тренировки с гиперкапнической гипоксией являются эффективными для профилактики и реабилитации ишемиче-ского повреждения мозга при экспериментальном инсульте, а также приводят к выраженному снижению неврологического дефицита и степени двигательно-координационных нарушений, возникших вследствие ишемического повреждения головного мозга.

3. Впервые установлено, что важнейшим механизмом увеличения толерантности головного мозга к ишемии после гиперкапнически-гипоксических тренировок является активация ангиогенеза.

Практическая значимость

1. Установлено, что тренировки с гиперкапнической гипоксией приводят к выраженному снижению неврологического дефицита и степени двига-тельно-координационных нарушений, возникших вследствие ишемического повреждения головного мозга в эксперименте. Тренировки с гиперкапнической гипоксией могут быть перспективными для использования в качестве средства профилактики и лечения цереброваскулярных заболеваний.

2. Разработано устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии у людей, позволяющее проводить гиперкапнически-гипоксические тренировки.

Положения, выносимые на защиту

1. Сочетанное использование гипоксии и гиперкапнии обладает большим нейропротекторным потенциалом, по сравнению с изолированной гипоксией.

2. Тренировки с гиперкапнической гипоксией эффективны для профилактики и реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте.

3. Одним из механизмов повышения толерантности мозга к ишемии/гипоксии при гиперкапнически-гипоксических тренировках является стимуляция ангиогенеза.

Внедрение результатов исследования Основные положения диссертации внедрены в работу консультативно-диагностического центра ГБОУ ВПО АГМУ Минздравсоцразвигия России (г. Барнаул), используются в преподавании студентам, интернам, слушателям ФУВ ГБОУ ВПО «Алтайский государственный медицинский университет» Мин-здравсоцразвития России.

Апробация материалов диссертации Результаты исследования и основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры патофизиологии, функциональной и ультразвуковой диагностики ГБОУ ВПО АГМУ Минздравсоцразвигия России (2008, 2009, 2010, 2011 гг.), на I Всероссийской Бурденковской студенческой научной конференции (г. Воронеж), 23-24 апреля 2005 г.; на научно-практической конференции «Молодежь - Барнаулу» 14-18 ноября 2005 г.; на VI Сибирском физиологическом съезде (г. Барнаул) 25-27 июня 2008 г. на конференции, посвященной Дню науки в Алтайском государственном медицинском университете 4-6 февраля 2009 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, 5 из которых -в рецензируемых ВАК журналах. Получено 11 патентов Российской Федерации на изобретение,

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, включающих аналитический обзор литературы, материалы и методы исследования, анализ результатов собственных исследований, обсуждение результатов, а также выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 18 рисунками и 3 таблицами, список литературы содержит 230 источников (124 отечественных и 106 зарубежных авторов).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования были выбраны половозрелые крысы линии >№1аг мужского пола. Линия животных была выведена и выращена в виварии НИИ Цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск). Проводимые ранее исследования не обнаружили универсальной устойчивости той или иной линии крыс к различным стрессорным воздействиям [Серов В.В. и соавт., 1995; Юматов Е.А., 1995; Пшенникова М.Г. и соавт., 1996; Судаков К.В., 1997, Герштейн Л.М. и соавт., 1998].

В первом эксперименте, посвященном изучению сравнительной эффективности гипоксического и гиперкапнически-гипоксического прекондициони-рования в увеличении резистентности организма к острой гипобарической гипоксии, было использовано 60 крыс. Животные были разбиты на 3 группы по 20 в каждой: 1-я группа - тренировки с гипоксической гипоксией; 2-я группа -тренировки с гиперкапнической гипоксией; 3-я группа-контрольная.

Второе исследование - по оценке эффективности тренировок с гиперкапнической гипоксией для предупреждения ишемического повреждения мозга в эксперименте - проводилось на 40 крысах. Животные были разбиты на 2 группы по 20 в каждой: 1-я группа - тренировки с гиперкапнической гипоксией; 2-я группа - контрольная.

Третье исследование, посвященное изучению оценки эффективности тренировок с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического по-

вреждения головного мозга в эксперименте, было проведено на 50 крысах. Животные были разбиты на 2 группы по 25 в каждой: 1-я группа - тренировки с гиперкапнической гипоксией; 2-я группа - контрольная.

Четвертое исследование, посвященное изучению оценки ангиогенеза в головном мозге в результате гиперкапнически-гипоксического прекондицио-нирования, было проведено на 60 крысах. Животные были разбиты на 2 группы по 30 в каждой: 1-я группа - тренировки с гиперкапнической гипоксией; 2-я группа - контрольная.

Животные контрольных и экспериментальных групп в разных сериях статистически значимо не отличались по массе тела. Работу с крысами в экспериментах осуществляли в соответствии с Европейской конвенцией по охране позвоночных животных, используемых в эксперименте [European..., 1986], Директивами - 86/609/ЕЕС [Council..., 1986], а также с международными «Руководящими принципами ухода за животными и их использованием в эксперименте» [Руководящие..., 1990].

В пятом исследовании, посвященном изучению оценки эффективности работы устройства для создания дозированной гиперкапнической гипоксии, приняло участие 46 добровольцев (мужчины) в возрасте от 20 до 23 лет, не предъявлявших жалоб и не состоящих на диспансерном учете с патологией нервной, сердечно-сосудистой систем.

Для моделирования гипоксии и гиперкапнической гипоксии у лабораторных животных была сконструирована специальная установка. В основу технической конструкции была положена схема аналогичной камеры Института космической биологии и медицины [Низовцев В.П., 1973].

Основой для газовой смеси являлся атмосферный воздух, с которым в нужных пропорциях смешивали СОг и N2. Атмосферный воздух закачивали в камеру через ротаметр с помощью компрессора, со средней скоростью подачи 4 л/мин. Азот вытеснял из воздуха кислород и тем самым моделировался эффект гипоксии, искусственно закачиваемый С02 моделировал гиперкапнию.

Оценка газового состава камеры производилась с помощью газоанализатора «Микон» (Россия) и составляла 02 -12,0-13,0%, С02 - 0,01%.

Тренировки проводились в течение 30 дней по 20 минут ежедневно. До начала воздействия животные дважды помещались в хорошо вентилируемую камеру доя психоэмоциональной адаптации на 20 минут с интервалом 1-2 часа, что позволило максимально отделить влияние газовой нагрузки на результаты экспериментов от влияния эмоциональной нагрузки, вызванной ежедневным взятием животных в руки, пересадкой и нахождением их в барокамере. Животные контрольных групп также помещались в проточную камеру со свободным доступом атмосферного воздуха на аналогичный промежуток времени.

Методика моделирования ишемии головного мозга в эксперименте

Экспериментальная модель тотальной ишемии головного мозга создавалась по методу В.И. Тельпухова и соавт. (1985). Под тиопенталовым наркозом (50 мг/кг, внутрибрюшинно) осуществлялась перевязка магистральных артерий: справа -брахиоцефального ствола; слева - сонной и подключичной артерий в первом сегменте до отхождения позвоночной артерии. Перевязка артерий осуществлялась одномоментно. После полной перевязки магистральных артерий головы проводилась регистрация биоэлектрической активности головного мозга, частоты сердечных сокращений, частоты дыхания с помощью программного аппаратного комплекса «МБН - Нейрокартограф - 4» (Россия). Регистрация этих показателей осуществлялась до появления признаков смерти мозга (изолиния на электроэнцефалограмме), остановки дыхания и сердцебиения.

Экспериментальная модель ишемического повреждения головного мозга создавалась под тиопенталовым наркозом (50 мг/кг, внутрибрюшинно) путём перевязки правой общей сонной артерии [УапписЫ Я., То\уй§Ы Уапписа Б., 2004; ЯеЫ А.К. & а1., 2007].

Метод моделирования острой гипобарической гипоксии

Острая гипобарическая гипоксия у лабораторных животных моделировалась с помощью специальной барокамеры приточно-вытяжного типа, с общим объемом 52 л (5,2 л жизненного объема на животное), в которой с помо-

9

щью вакуумного электронасоса создавалось необходимое разряжение воздуха. Для точного поднятия животных на «высоту» 11500 м над уровнем моря барокамера была снабжена альтиметром (вакуумметром). В случае необходимости поступление атмосферного воздуха осуществлялось с помощью приточного клапана [Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004]. Расчет геометрической высоты производился через барометрическое давление по альтиметру согласно ГОСТ 4481-64 [Шевченко ЮЛ., 2000].

Для перевода «шкалы» высот на газовые смеси, обедненные 02, использовалась формула (1) [Малкин В.Б., 1977]:

2 5,-47 (1)'

где: 02 % - содержание 02 (в %) в газовой смеси, имитирующей высоту; 21 - приближенная величина процентного содержания 02 в атмосферном воздухе; В - величина барометрического давления в мм рт. ст. на имитируемой высоте; 47 - величина парциального давления (в мм рт. ст.) паров воды при / = 37 "С; /Л - величина барометрического давления, при котором проводился эксперимент. Острая гипобарическая гипоксия моделировалась путем помещения животных в барокамеру с последующим разряжением до 0,89 Атм, что соответствовало «высоте» подъема до 11500 м над уровнем моря [Шевченко Ю.Л., 2000; Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004; Lukyanova L.D., Dud-chenko A.M., Tsybina T.A., 2008]. Скорость подъема составляла 100 м/с. Газовая среда в барокамере при таком разряжении сравнима с газовой средой при нормальном атмосферном давлении 02, равном 6,0-6,5%, и С02 - 0,01%. Острая гипобарическая гипоксия моделировалась у животных как опытной, так и контрольной групп.

Методика оценки неврологического дефицита и степени выраженности двигателыю-координационных нарушений Неврологический статус животного определяли по максимальному баллу шкалы Menzies: 0 баллов - отсутствие неврологического дефицита; 1 балл -тоническая флексия передней контралатеральной лапы по отношению к сто-

10

роне окклюзии общей сонной артерии при подъеме крысы за хвост; 2 балла -отставание передней контралатеральной лапы по отношению к стороне окклюзии общей сонной артерии при потягивании крысы за хвост; 3 балла - движение крысы в сторону, противоположную окклюзии общей сонной артерии при удержании крысы за хвост; 4 балла - спонтанное вращение крысы в сторону, противоположную окклюзии общей сонной артерии [Menzies S.A., Hoff J.T., BetzL.A. 1992].

Двигательно-координационные нарушения у животных определяли по способности удерживаться на горизонтально вращающемся стержне диаметром 70 мм и длиной 200 мм, располагавшемся на высоте 800 мм от пола [Baldumi W., De Angelis V., Mazzoni E. et al., 2000]. При тестировании учитывалось количество времени пребывания животного на вращающемся стержне при скорости 21 об./мин.

Методы оценки процесса аигиогснеза в головном мозге крыс Головной мозг промывали физиологическим раствором и гомогенизировали в стеклянном гомогенизаторе в 10 мл 0,2 М трис-HCl буфера при pH 7,0. Гомогенат перемешивали на магнитной мешалке в течение 15 минут и центрифугировали 15 минут при 6 000 об./мин, после чего собирали супернатант.

Забранную из нижней полой вены кровь центрифугировали при 6000 об./мин с целью получения плазмы. В тканевых экстрактах и плазме крови методом иммуноферментного анализа измеряли содержание стимулятора неоваскулогенеза - ангиогенина. Иммуноферментный анализ проводился на анализаторе иммуноферментных реакций (АИФР-01) «Униплан» (Россия).

Устройство для создания дозируемой гиперкапнической гипоксии у людей Поскольку в настоящее время отсутствуют простые и точные методы моделирования гиперкапнической гипоксии, целью настоящего исследования была разработка простого, малогабаритного устройства для создания избыточной концентрации углекислого газа и дефицита кислорода во вдыхаемом воздухе у человека.

Рисунок 1. Общий вид устройства для создания дозированной гиперкапнической гипоксии (Патент РФ № 2301081).

1 - корпус устройства;

2 - центральная трубка;

3 - ячейки;

4 - отверстие ячеек;

5 - соединительное пространство;

6 - обтекатели;

7 - съёмный загубник;

8 - диафрагма

Разработанное устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии выполнено из медицинского пластика р представлено в виде корпуса (1) с центрально расположенной трубкой (2), с площадью поперечного сечения, близкой к площади поперечного сечения трахеи; корпус (1) разделен на ячейки (3), каждая диаметром 3 мм при длине 220 мм с общим объемом 740 мл, расположенные параллельно друг другу. Ячейки (3) сообщаются с внешней средой посредством отверстия (4), а друг с другом и центральной трубкой (2) - с помощью соединительного пространства (5). Для лучшего расслоения и снижения турбулентности потоков выдыхаемой газовой смеси в соединительном пространстве (5) напротив выхода из центральной трубки (2) располагаются обтекатели (6). Устройство оснахцено съёмным загубником (7). Для регулировки объема «мертвого пространства» и, соответственно, концентрации в альвеолярном воздухе углекислого газа и кислорода, устройство содержит диафрагму (8), выключающую из вентиляции часть ячеек и изменяющую объем «мертвого пространства» в диапазоне 500-800 мл. Устройство работает следующим образом (рис. 2).

Рисунок 2. Устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии. Схема движения воздуха

Дыхание осуществляют через загубник (7), а носовое дыхание отключают. Выдыхаемый воздух заполняет центральную трубку (2), затем соединительное пространство (5) и направляется при помощи обтекателей (6) в ячейки (3), заполняющие корпус (1), после чего выводится в атмосферу через отверстие (4). В конце выдоха в ячейках (3) остается обогащенный углекислым газом и бедный кислородом альвеолярный воздух. Движение воздуха во время вдоха осуществляется в обратном направлении по отношению к выдоху. При этом в легкие поступает альвеолярный воздух из ячеек (3) и центральной трубки (2), обогащенный углекислым газом и бедный кислородом. С целью регулировки концентрации газов в альвеолярном воздухе устройство содержит диафрагму (8), которая выключает из вентиляции часть ячеек (3) и изменяет объем «мертвого пространства» в диапазоне 500-800 мл, что создает концентрацию углекислого газа в альвеолярном воздухе в диапазоне 3-7% с дефицитом кислорода в диапазоне 0-11%.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Оценка эффективности гипоксического и гиперкапнически-гипоксического прекондиционирования в увеличении резистентности крыс к острой гипобарической гипоксии

Тренировки вызывали существенное увеличение резистентности животных к острой кислородной недостаточности по сравнению с контрольной группой. В первую очередь об этом свидетельствовали межгрупповые различия показателей времени потери позы животными с момента «достижения высоты» 11 500 метров над уровнем моря. Так, время потери позы животных, прошедших курс тренировок с гипоксией, превышало одноименный показатель контрольной группы в 2,4 раза. Время потери позы животных после гиперкапнически-гипоксического прекондиционирования превышало данный показатель контрольной группы в 3,3 раза. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Резистентность к острой гипобарической гипоксии при различных видах __прекондиционирования___

Показатели Ме Р25 Р75

Гиперкапническая гипоксия (1) ВПП, с. 212 166 249 187-234

ВЖ, с. 389 334 455 363-456

Гипоксическая гипоксия (2) ВПП, с. 161 141 170 145-167

ВЖ, с. 238 228 266 229-283

Контроль (3) ВПП, с. 64 57 73 55-73

ВЖ, с. 163 216 295 145-174

р1-2 ВПП р=0,027

ВЖ р=0,021

р2-3 ВПП р=0,008

ВЖ р=0,0029

р1-3 ВПП р=0,007

ВЖ р=0,009

Обозначения: ВПП - время потери позы, ВЖ - время жизни. Примечание: Ме - медиана; Г*25. Р75 - значения 25 и 75 процентилей соответственно, 01 - доверительный интервал. Для определения статистической значимости различий в группах применялся непараметрический [/-критерий Манна - Уитни. р - уровень статистической значимости различий сравниваемых показателей. Р1-2 - уровень статистической значимости различий показателей между 1 и 2 группой. Р2-3 - уровень статистической значимости различий показателей между 2 и 3 группой. Р1-3 - уровень статистической значимости различий показателей между 1 и 3 группой.

Об увеличении резистентности организма после тренировок с гипоксией и гипоксии в сочетании с гиперкапнией также свидетельствовал показатель времени жизни животных. Время жизни у животных, прошедших курс тренировок с гипоксией, было в 1,5 раза больше по сравнению с контрольной группой. При этом время жизни животных с момента достижения критической высоты после тренировок с гиперкапнической гипоксией превышало аналогичный показатель контрольной группы в 2,7 раза.

Резистентность тренированных крыс различалась не только по отношению к контролю, но и в зависимости от вида прекондиционирования. Так, время потери позы у животных, прошедших курс тренировок с ги-перкапнической гипоксией, было в 1,4 раза больше времени потери позы жи-вотных, прошедших курс тренировок с гипоксией. Время жизни животных после гипоксического и гипер-капнически-гипоксического прекондиционирования также было больше у крыс, тренированных с гиперкапнической гипоксией.

Таким образом, прекондиционирование с гиперкапнической гипоксией приводит к более выраженному увеличению резистентности организма к действию экстремальной кислородной недостаточности по сравнению с гипоксией.

Оценка эффективности тренировок с гиперкапнической гипоксией для предупреждения ишемического повреждения мозга в эксперименте

По окончанию тренировок с гиперкапнической гипоксией всем животным опытной и контрольной групп создавалась экспериментальная модель ишемии головного мозга. Эффективность тренировок оценивали на десятый день послеоперационного периода путем определения неврологического дефицита по максимальному баллу шкалы Мепг1ез и степени выраженности дви-гательно-координационных нарушений вследствие острого нарушения мозгового кровообращения. Животные контрольной группы помещались в камеру со свободным доступом атмосферного воздуха на аналогичные промежутки времени.

Результаты оценки неврологического дефицита в результате ишемиче-ского повреждения головного мозга после курса тренировок с гиперкапниче-ской гипоксией представлены на рисунке 3.

Баллы

2,5

2,0 1,5 1.0 0,5 0,0

Рисунок 3. Оценка неврологического дефицита по шкале Menzies (в баллах)

животных опытной и контрольной групп после курса тренировок с гиперкапнической гипоксией

Примечание: Данные представлены М±о. Статистическая значимость различий с данными контрольной группы р<0,001.

Как видно из рисунка 3, экспериментальное ишемическое повреждение головного мозга в конце десятидневного послеоперационного периода приводило к выраженному неврологическому дефициту у животных контрольной группы и составляло 1,8±0,1 балла по шкале Menzies. В отличие от этого у животных опытной группы, прошедших курс тренировок с гиперкапнической гипоксией, выраженность неврологического дефицита, оцененного по шкале Menzies, составляла 0,6±02 балла, что в 3 раза меньше по сравнению с животными контрольной группы.

Степень выраженности двигательно-координационных нарушений, возникших вследствие острого нарушения мозгового кровообращения, оценивали

т

* т

1

п Контрольная группа о Опытная группа

по способности животных удерживаться на вращающемся стержне. Результаты представлены на рисунке 4.

с. 70

50

50

40

30

20

10

О

а Контрольная группа а Опытная группа

Рисунок 4. Оценка выраженности двигательно-координационных нарушений у животных опытной и контрольной групп после ишеминеского повреждения головного мозга

Примечание: Данные представлены М±о. Статистическая значимость различий с данными контрольной группы р<0,001.

Из рисунка видно, что после ишемического повреждения головного мозга в конце десятидневного послеоперационного периода степень выраженности двигательно-координационных нарушений была существенно меньше у животных, прошедших курс тренировок с гиперкапнической гипоксией. Так, время пребывания животных опытной группы на вращающемся стержне составило в среднем 53,0±5,0 с, время контрольной - 7,0±1,0 с.

Таким образом, тренировки с гиперкапнической гипоксией являются эффективными для профилактики острого нарушения мозгового кровообращения, поскольку приводят к существенному снижению неврологического дефицита и степени выраженности двигательно-координационных нарушений, возникших вследствие ишемического повреждения головного мозга.

Оценка эффективности тренировок с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте

В настоящем разделе изложены результаты исследований, целью которых была оценка эффективности применения тренировок с гиперкапнической

Г-Н

ЯЙЯ

гипоксией для реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте.

Первоначально животным опытной и контрольной групп была создана экспериментальная модель ишемии головного мозга путём перевязки правой общей сонной артерии. На десятый день послеоперационного периода оценивали неврологический дефицит и степень выраженности двигательно-координационных нарушений, возникших в результате ишемического повреждения головного мозга. Эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией для реабилитации ишемического повреждения головного мозга оценивали путем повторной оценки степени выраженности неврологического дефицита и двигательно-координационных нарушений по окончанию периода тренировок. Животные контрольной группы помещались в камеру со свободным доступом атмосферного воздуха на аналогичные промежутки времени.

Результаты оценки неврологического дефицита в результате ишемического повреждения головного мозга до и после курса тренировок с гиперкапнической гипоксией представлены на рисунке 5..

* г+п

До тренироаю! После тренировки

■ Контрольная группа Q Опытная группа

Рисунок 5. Оценка неврологического дефицита по шкале Menzies (в баллах)

животных опытной и контрольной групп до и после тренировок

с гиперкапнической гипоксией

Примечание: Данные представлены М±о. Статистическая значимость различий с данными контрольной группы р<0,001.

Из рисунка 5 видно, что после ишемического повреждения головного мозга степень выраженности неврологического дефицита у животных опытной и контрольной группы значимо не различалась. Так, неврологический дефицит животных контрольной группы, оцененный по шкале Мепг1е5 в конце десятидневного послеоперационного периода, составлял 1,3±0,2 балла. Неврологический дефицит животных опытной группы составлял 1,8±0,3 балла по шкале Мепг1е5.

Повторное тестирование неврологического дефицита у животных на момент завершения курса тренировок с гиперкапнической гипоксией выявило существенные различия между опытной и контрольной группами по этому показателю. В динамике тренировок как до, так и после периода реабилитации у животных контрольной группы значимого снижения неврологического дефицита по шкале Мегшев не происходило. В отличие от этого неврологический дефицит крыс, прошедших курс гиперкапнически-гипоксических тренировок, практически устранялся.

Так, на тридцатый день реабилитации после ишемического повреждения головного мозга выраженность неврологических нарушений у животных контрольной группы составляла 1,3±0,3 балла по шкале Мегшез. В отличие от этого выраженность неврологического дефицита у животных опытной группы в динамике тренировок с гиперкапнической гипоксией снизилась более чем в 18 раз и на тридцатый день реабилитации составила 0,1±0,1 балла по шкале Меп^ея.

Время пребывания животных на вращающемся стержне, характеризующее выраженность двигательно-координационных нарушений в результате ишемического повреждения головного мозга, также различалось между животными опытной и контрольной групп на момент окончания тридцатого дня тренировки. Результаты оценки степени выраженности двигательно-координационных нарушений животных опытной и контрольной групп представлены на рисунке 6.

с 80

70

60

50

40

30

20

10

0

Рисунок 6. Время (в секундах) пребывания на вращающемся стержне животных опытной и контрольной групп после гиперкапнически-гипоксических тренировок

Примечание: Данные представлены М±ст. Статистическая значимость различий с данными контрольной группы р<0,001.

Из рисунка видно, что после окончания тренировок степень выраженности двигательно-координационных нарушений была существенно меньше у животных опытной группы, прошедших курс тренировок с гиперкапнической гипоксией, что подтверждается количеством времени пребывания животных на вращающемся стержне.

Так, на тридцатый день реабилитации после ишемического повреждения головного мозга время пребывания на вращающемся стержне животных опытной группы, прошедших курс тренировок с гиперкапнической гипоксией, составило 59,0±8 секунды. В отличие от этого время пребывания на вращающемся стержне животных контрольной группы было более чем в два раза меньше по сравнению с опытной группой и составило 24,0±8,0 секунды.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что тренировки с гиперкапнической гипоксией являются эффективными в реабилитации острого нарушения мозгового кровообращения, поскольку приводят к

20

* 59

24

r-tn

И

»Коктролная группа оОпытнэя группа

выраженному снижению неврологического дефицита и двигательно-координационных нарушений, возникающих вследствие ишемического повреждения головного мозга в эксперименте.

Исследование механизмов нейропротекции мозга к ишемическому повреждению при тренировках с гиперкапнической гипоксией

По окончании тренировок с гиперкапнической гипоксией в тканевых экстрактах головного мозга и штазме крови животных методом иммуноферментного анализа измеряли содержание стимулятора неоваскулогенеза- ангиогенина.

Результаты оценки уровня ангиогенина в супернатанте головного мозга и плазме крови животных, тренированных гиперкапнической гипоксией, и контрольной группы представлены на рисунке 7.

пг/мл 700,0 -] 600,0 — 500,0 — 400,0 — 300,0 — 200,0 —

100,0--

0,0--

Рисунок 7. Концентрация ангиогенина в тканевых экстрактах головного мозга крыс, тренированных гиперкапнической гипоксией. * - р<0,05

Концентрация ангиогенина в супернатанте головного мозга крыс, тренированных гиперкапнической гипоксией, была в 1,4 раза больше, чем в контрольной фуппе животных. В отличие от головного мозга концентрация ангиогенина в плазме крови крыс опытной и контрольной групп значимо не различалась, составляя соответственно 339,2±42,8 пг/мл и 437,2±52,9 пг/мл (р>0,05).

21

□ контрольная группа а опытная группа

Тестирование устройств для создания дозированной гиперкапнической гипоксии

В исследовании участвовало 46 добровольцев (мужчины) в возрасте от 20 до 23 лет, не предъявлявших жалоб и не состоящих на диспансерном учете с патологией нервной и сердечно-сосудистой систем. Дыхание через устройства проводилось в течение одной минуты. Для забора альвеолярного воздуха использовали трубку Пристли. Газоанализ проводили на газоанализаторе 8р'|го1у1-2 (Германия). Результаты сравнительной эффективности устройств представлены в таблице 2.

Таблица 2

Концентрация углекислого газа в альвеолярном воздухе при использовании устройства с дополнительным объемом «мертвого пространства» 2000 мл и устройства 800 мл

Концентрация СОг в альвеолярном воздухе (в %)

Исход (1) Устройство объёмом 2000 мл (2) Устройство объёмом 800 мл (3)

4,3 6,2 6,6

4,1 5,9 6,6

4,1 ' 6,1 6,5

3,4 6,3 6,8

3,3 6,0 6,5

3,5 5,9 6,9

3,0 6,2 6,6

3,9 6,1 6,5

Ме± 6 3,7± 0,5 6Д±0,1 6,6±0,1

Р (1-2) р<0,01

р(1-3) р<0,01

Р(2-3) р<0,01

Примечание: Ме - медиана; 5 - стандартное отклонение. Для определения статистической значимости различий в группах применялся непараметрический {/-критерий Манна - Уит-ни. р - уровень статистической значимости различий сравниваемых показателей, р 1-2 -уровень статистической значимости различий показателей между 1 и 2 группами, р 1-3 -уровень статистической значимости различий показателей между 1 и 3 группой, р 2-3 -уровень статистической значимости различий показателей между 2 и 3 группой.

Из таблицы видно, что разработанное устройство с объёмом «мертвого» пространства, равным 800,0 мл, создает в альвеолярном воздухе концентрацию углекислого газа и кислорода, идентичную по сравнению с устройством-

22

прототипом при значительно меньшем дополнительном объеме «мертвого пространства», равном 800 мл, против дополнительного объема «мертвого пространства» устройства-прототипа, равного 2000 мл. Эффективность заявляемого устройства достигается путем разделения дополнительного объема «мертвого пространства» на ячейки в соотношении объем ячейки - дополнительный объем «мертвого пространства» 1:500, что позволяет достичь большего расслоения выдыхаемого воздуха на порции и создать в альвеолярном воздухе эффективную концентрацию углекислого газа и кислорода при меньшем дополнительном объеме «мертвого пространства».

Таким образом, разработанное устройство позволяет создавать эффективную концентрацию углекислого газа и дефицита кислорода при меньшем объёме и малых габаритах.

Разработанное устройство прошло сертификацию и одобрено к применению Министерством здравоохранения и социального развития Российской Федерации как «Устройство для диагностики, лечения и профилактики заболеваний методом гиперкапнической гипоксии «Карбоник-01»:

регистрационное удостоверение № ФСР 2009/05033 от 10.06.2009 г., выдано Федеральной службой по надзору в сфере здравоохранения и социального развития РФ;

сертификат соответствия № РОСС 1Ш.ИМ25.В02375 от 19.06.2009 г. Все технические решения разработанного устройства защищены в соответствии с законодательством Российской Федерации 11 патентами РФ, его использование регламентировано медицинской технологией ФС N22011/213 от 28.07.2011.

В настоящий момент ЛДК «Карбоник» коммерциолизировано и реализуется на рынке медицинских изделий; используется во многих лечебных учреждениях России, в частности, в консультативно-диагностическом центре ГБОУ ВПО АГМУ Минздравсоцразвития России (г. Барнаул).

Выводы

1. Тренировки с гиперкапнической гипоксией приводят к более существенному - по сравнению с гипоксией - увеличению резистентности организма к действию экстремальной кислородной недостаточности.

2. Тренировки с гиперкапнической гипоксией являются эффективным средством профилактики ишемических повреждений мозга при экспериментальном инсульте, что проявляется в менее выраженных проявлениях неврологического дефицита и двигателыю-координационных нарушений у тренированных животных.

3. Тренировки с гиперкапнической гипоксией являются эффективным средством реабилитации после экспериментального ишемического повреждения головного мозга, что проявляется в выраженном снижении неврологического дефицита и двигательно-координационных нарушений у тренированных животных.

4. Одним из механизмов повышения толерантности мозга к ишемии/гипоксии при гиперкапнически-гипоксических тренировках является активация ангиогенеза.

5. Использование дополнительного объема «мертвого» пространства в виде микроячеистой структуры позволяет создавать у людей дозируемую ги-перкапническую гипоксию с максимальной концентрацией С02 в альвеолярном воздухе 6,6% и дефицитом кислорода до 10,2% при минимальном значении ДОМП в 800 мл.

Практические рекомендации

Разработано устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии у людей, позволяющее проводить гиперкапнически-гипоксические тренировки. Установлено, что тренировки с гиперкапнической гипоксией приводят к выраженному снижению неврологического дефицита и степени двига-тельно-координационных нарушений, возникающих вследствие ишемического повреждения головного мозга в эксперименте. Тренировки с гиперкапнической гипоксией могут быть перспективными для использования в качестве средства профилактики и лечения цереброваскулярных заболеваний.

ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В РЕКОМЕНДОВАННЫХ

ВАК ЖУРНАЛАХ

1. Волков, В.И. Некоторые варианты применения пористых и зернистых слоев в медицине / Волков В.И., Кандауров О.Н., Куликов В.П., Якушев H.H., Нечаев М.В. // Вестник уральской медицинской академической науки, 2005. - № 3. - С. 65-68.

2. Куликов, В.П. Состояние мозговой гемодинамики при долговременной адаптации к гиперкапнической гипоксии / В.П. Куликов, А.Г. Беспалов, H.H. Якушев // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. -2008.-№2.-С. 191-197.

3. Куликов, В.П. Эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте / В.П. Куликов, А.Г. Беспалов, H.H. Якушев // Вестник восстановительной медицины, - 2008. - № 2. - С. 59-61.

4. Якушев, H.H. Профилактика инсульта с помощью гиперкапнически-гипоксического прекондиционирования в эксперименте / H.H. Якушев,

А.Г. Беспалов, В.П. Куликов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2008.-М 9. - С. 261-264.

5. Куликов, В.Г1. Эффективность гиперкапнической гипоксии в повышении толерантности головного мозга к ишемии / В.П. Куликов, А.Г. Беспалов, H.H. Якушев // Вестник восстановительной медицины. - 2009. - №5.-С. 22-30.

ПЕРЕЧЕНЬ ПАТЕНТОВ РФ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. «Устройство для тренировки дыхания» (Патент на изобретение РФ № 2303465 от 14.06.2008 г.).

2. «Устройство для тренировки гипоксической гиперкапнией» (Патент на изобретение РФ № 2308979 от 14.06.2008 г.).

3. «Автоматизированная система дозирования гиперкапнической гипоксии по принципу биологической обратной связи» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008610785 от 15.02.2008 г.).

4. «Способ тренировки дыхания» (Патент на изобретение РФ № 2344807 от 23.04.2007 г.).

5. «Устройство для создания гипоксической гиперкапнии» (Патент на изобретение РФ № 2301081 от 22.04.2005 г.).

6. «Устройство для создания гипоксической гиперкапнии» (Патент на изобретение РФ № 2221597 от 28.01.2002 г.).

7. «Способ оценки сосудистой мозговой реактивности» (Патент на изобретение РФ № 2365336 от 17.03.2008 г.).

8. «Способ ингаляции лекарственных препаратов на фоне гиперкапнической гипоксии» (Патент на изобретение № 2377026 от 19.02.2008 г.).

9. «Устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии» (Патент на изобретение № 2383361 от 07.04.2008 г.).

10. «Устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии» (Патент на изобретение № 2383360 от 09.01.2008 г.).

11. «Способ лечения нарушений мозгового кровообращения» (Патент на изобретение № 2401096 от 10.03.2009 г.).

МЕДИЦИНСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

1. «Способ оценки сосудистой мозговой реактивности» (ФС №2011/213 от 28.07.2011).

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕЗИСОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

2. Якушев H.H. Устройство и способ создания гипоксической гиперкапнии // Материалы I Всероссийской Бурденковской студенческой научной конференции, 2005. - С. 403-405.

3. Беспалов А.Г. Некоторые тенденции разработки устройств по гипоксической гиперкапнии / Беспалов А.Г., Волков В.И., Куликов В.П., Кандауров О.В., Якушев H.H. // Материалы дальневосточной региональной конфе-

ренции с всероссийским участием «Новейшая физика и новейшие медицинские технологии». - Владивосток, 2005. - С. 104-108.

4. Якушев H.H. Устройство и способ создания гипоксической гиперкапнии для оценки перфузионного резерва мозгового кровообращения / Якушев H.H., Беспалов А.Г. // Материалы I (65) Всероссийской студенческой научной конференции. - Воронеж, 2005. - С.405-406.

5. Якушев H.H. Прогресс в разработке устройств для создания гипоксической гиперкапнии Н Материалы научно-практической конференции «Молодежь - Барнаулу» 14-18 ноября 2005 г. - С. 191-192.

6. Якушев H.H. Эффективность гипоксически-гиперкапнических тренировок в профилактике и реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте // Материалы научно-практической конференции «Молодежь - Барнаулу» 13-17 ноября 2006 г.-С. 200-201.

7. Куликов В.П. Гипоксическая гиперкапния как средство профилактики и реабилитации ишемических повреждений мозга // Куликов В Л., Беспалов А.Г., Якушев H.H., Труханов А.И. // Материалы IX Международной конференции «Высокие технологии восстановительной медицины: профессиональное долголетие и качество жизни». 13-19 мая 2006.- г. Сочи. -С. 14-16.

8. Якушев H.H. Эффективность гипоксически-гиперкапнических тренировок в реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте // Материалы юбилейной X итоговой открытой межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и студентов с международным участием «Молодежь и медицинская наука в XXI веке», посвященной 20-летию Кировской ГМА, 2007. - С.76-77.

9. Беспалов А.Г. Гиперкапническая гипоксия как средство повышения толерантности головного мозга к ишемии / Беспалов А.Г., Якушев H.H., Лепилов A.B., Куликов В.П. // В сб. краевой конференции: «Современные технологии восстановительной медицины», 15-16 ноября 2007 г. -Белокуриха. - С. 60-63.

10. Якушев H.H. Реакция мозговой гемодинамики и газообмен при срочной адаптации к гипоксической гиперкапнии // Материалы XII-ой межгородской научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» 24-25 апреля 2007 г. - С. 158-160.

11. Куликов В.П. Эффективность гиперкапнической гипоксии в повышении толерантности мозга к ишемии / Куликов В.П., Беспалов А.Г., Якушев H.H. // В сб. научно-практической конференции «Дизрегуляторная патология».-2007.-С. 14.

12. Куликов В.П. Оценка реактивности мозговой гемодинамики на гипер-капническую гипоксию / Куликов В.П., Беспалов А.Г., Якушев H.H. // Материалы VI-го Сибирского физиологического съезда 25-27 июня 2008 г.-С. 21.

13. Беспалов А.Г. Состояние мозговой гемодинамики при долговременной адаптации к гиперкапнической гипоксии / Беспалов А.Г., Якушев H.H. // Материалы VI-го Сибирского физиологического съезда 25-27 июня 2008 г. - С. 21-22.

14. Куликов В.П. Тренировки с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга / Куликов В.П., Беспалов А.Г., Якушев H.H. // Научно-практический журнал «Патогенез», Москва. - 2008. - № 3. - С. 70.

15. Куликов В.П. Гиперкапнически-гипоксические тренировки как перспективный метод реабилитации ишемического повреждения головного мозга / Куликов В.П., Беспалов А.Г., Якушев H.H. // В сб. научных статей по результатам научно-исследовательских работ «Наука - Алтайскому краю 2008», Барнаул. - 2008. - № 2. - С. 65-74.

16. Куликов В.П. Тренировки с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга / Куликов В.П., Беспалов А.Г., Якушев H.H. // Научно-практический журнал «Вестник Алтайской науки», Барнаул. - 2009. - № 1 (4). - С. 27-33.

17. Беспалов А.Г. Ангиогенез - один из механизмов увеличения толерантности головного мозга к ишемии при гиперкапнически-гипоксических тренировках / Беспалов А.Г., Якушев H.H., Касьянов A.A. // Российский кпинико-фармацевтический вестник. - 2009. - № 1. - С. 8.

18. Беспалов А.Г. Оценка реактивности мозговой гемодинамики на гиперкапни-ческую пробу / Беспалов А.Г., Куликов В.П., Якушев H.H., Касьянов A.A. // Российский кпинико-фармацевтический вестник. - 2009. -№ 1. - С. 9.

19. Беспалов А.Г. Реабилитация больных с ишемическим инсультом при помощи гиперкапнической гипоксии / Беспалов А.Г., Якушев H.H., Федюнина Н.Г., Куликов В.П. // Российский кпинико-фармацевтический вестник.-2009.-№ 1.-С. И.

20. Якушев H.H., Куликов В.П., Беспалов А.Г. Реабилитация инсульта с помощью гипоксически-гиперкапнического прекондиционирования в эксперименте // Российский клинико-фармацевтический вестник. - 2009. -№ 1.-С. 23.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ДОМП - дополнительный объем мертвого пространства

Подписано в печать 27.09.2011 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Гарнитура Тайме Нью Роман. Тираж 50 экз. Объем 1,0 п. л. Заказ № 106.

Алтайский государственный медицинский университет г. Барнаул, пр. Ленина, 40

Высокая медико-социальная значимость заболеваний, сопровождающихся нарушением мозгового кровообращения, обусловлена их существенной долей в структуре заболеваемости, инвалидизации и смертности населения [Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001, 2007; Липовецкий.Б.М., 2007; Шахпа-ронова Н.В., Кадыков A.C., 2008]. Поэтому важнейшей задачей современной медицины является разработка и внедрение эффективных методов первичной и вторичной профилактической нейропротекции [Коваленко Н.Я., Мациев-ский Д1 Д., Архипенко Ю.В.,2001; KirinoT., 2002; Gidday J.M., 2006]. Особое место среди авторитетных нейропротекторов занимают различные варианты гипоксического и ишемического прекондиционирования, механизмы которых во многом сходны между собой и способствуют улучшению эффективности кровоснабжения мозга, увеличению мощности систем транспорта и утилизации кислорода в мозге [Sharp F. R., 2004; Manukhina E. В., Downey H. F., Mallet R. Т., 2006; Steiger H.J., Hanggi D:, 2007]. Учитывая схожесть механизмов ишемического и гипоксического прекондиционирования, ряд авторов предлагают объединить эти. два' варианта» одним, термином1 - «ишемически-гипоксическое прекондиционирование» [Самойленкова Н.С., Гаврилова С.А., Кошелев В.Б., 2007, Самойленкова Н.С., 2008].

Предполагается, что механизмы нейропротекции в результате ишеми-чески- гипоксического прекондиционирования опосредованы наличием не только дефицита кислорода, но и избыточным накоплением углекислого газа и непосредственным влиянием его на мозговую гемодинамику [Косицкий Г.И., 1993; Reddy G., Gootman N., Buckley N. et al., 1974; Edmunds N., Marshall J., 2001; Komori M., Katsumi T.,Yasuko T. et al., 2009].

Гиперкапния используется в медицине прежде всего как средство тестирования сосудистой мозговой реактивности [Куликов В.П., 2007]. Эффективность гиперкапнии для нейропротекции ишемических повреждений головного мозга на сегодняшний день является новым и малоизученным явлением по сравнению с гипоксией [Brambrink A., Orfanakis А., 2010]. При этом выраженный эффект гиперкапнии на цереброваскулярную реактивность и мозговой кровоток (МК) позволяет предполагать возможность потенцирова-ниятиперкапнией нейропротекторного эффекта гипоксии.

Немногочисленные работы, посвященные изучению эффектов сочетания' гипоксии и гиперкапнии, свидетельствуют о возможном более выраженном1 их влиянии на функциональное состояние организма, чем изолированное воздействие [Агаджанян Н.И., Miliaru Ml, Koji I., Keisho К., Yasutake S., 2003]. E.E. Зверьковой (1982) и B.C. Сверчковой (1983) было показано положительное влияние гиперкапнической гипоксии на, сердечно-сосудистую систему, в частности - увеличение толерантности миокарда'к ишемии. В литературе встречаются единичные работы, посвященные изучению влияния гиперкапнической гипоксии для повышения толерантности головного мозга к ишемии.» В!исследовании А.Г. Беспалова и В.П. Куликова (2004) было показано, что предварительные гиперкапнически-гипоксические тренировки приводят к выраженному пролонгированию периода жизни головного мозга в условиях, тотальной ишемии. Все вышеизложенное предопределило цель настоящего исследования.

Цель исследования

Исследовать эффективность гиперкапнической гипоксии, в нейропро-текции, профилактике и реабилитации экспериментального инсульта.

Задачи исследования

1. Оценить эффективность гипоксического и гиперкапнически-гипоксического прекондиционирования в увеличении резистентности крыс к острой гипобарической гипоксии.

2. Исследовать эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией для предупреждения ишемического повреждения мозга в эксперименте.

3. Исследовать эффективность тренировок с гиперкапнической гипоксией в реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте.

4. Выявить возможные механизмы нейропротекции мозга к ишемическо-му повреждению при тренировках с гиперкапнической гипоксией.

5. Разработать устройство4 для-создания дозированной гиперкапнической гипоксии у людей, основанное на принципе изменения дополнительного объема «мертвого» пространства (ДОМП).

Научная новизна

1. Впервые показано, что- гиперкапнически-гипоксические тренировки . стимулируют более выраженное увеличение резистентности организма к действию экстремальной кислородной недостаточности по сравнению с использованием изолированной гипоксии.

2. Впервые установлено, что тренировки* с гиперкапнической гипоксией являются эффективными для профилактики и реабилитации ишемического í повреждения мозга при экспериментальном, инсульте, а также приводят к выраженному снижению неврологического дефицита и степени- двигательно-координационных нарушений-, возникших вследствие ишемического повреждения головного мозга.

3. Впервые установлено, что важнейшим механизмом увеличения толерантности головного мозга к ишемии- после гиперкапнически-гипоксических тренировок является активация ангиогенеза.

Практическая значимость

1. Установлено, что тренировки с гиперкапнической гипоксией приводят к выраженному снижению неврологического дефицита и степени двигательно-координационных нарушений, возникших вследствие ишемического повреждения головного мозга в эксперименте. Тренировки с гиперкапнической гипоксией могут быть перспективными для использования в качестве средства профилактики и лечения цереброваскуляр-ных заболеваний.

2. Разработано устройство для создания дозированной гиперкапнической гипоксии у людей, позволяющее проводить гиперкапнически-гипоксические тренировки.

Положения, выносимые на защиту

1. Сочетанное использование гипоксии и гиперкапнии обладает большим нейропротекторным потенциалом, по сравнению с изолированной гипоксией.

2. Тренировки с гиперкапнической гипоксией эффективны для профилактики и реабилитации ишемического повреждения головного мозга в эксперименте.

3. Одним из механизмов повышения толерантности мозга к ишемии/ гипоксии при гиперкапнически-гипоксических тренировках является стимуляция ангиогенеза.

Внедрение результатов исследования

Основные положения диссертации внедрены в работу консультативно-диагностического центра ГЪОУ ВПО «АГМУ» Минздравсоцразвития России (г. Барнаул), используются в преподавании студентам, интернам, слушателям ФУВ ГЪОУ ВПО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России.

Апробация материалов диссертации

Результаты исследования и основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры патофизиологии, функциональной и ультразвуковой диагностики ГБОУ ВПО «АГМУ» Минздравсоцразвития России (2008, 2009, 2010, 2011 гг.), на I Всероссийской Бурденковской студенческой научной конференции (г. Воронеж), 23-24 апреля 2005 г.; на научнопрактической конференции «Молодежь - Барнаулу» 14-18 ноября 2005 г.; на VI Сибирском физиологическом съезде (г. Барнаул) 25-27 июня 2008 г. на конференции, посвященной дню науки в Алтайском государственном медицинском университете 4-6 февраля 2009 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, 5 из которых -в рецензируемых ВАК журналах. Получено 11 патентов Российской Федерации на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, включающих аналитический обзор литературы, материалы и методы исследования, анализ результатов собственных исследований, обсуждение результатов, а также выводов: и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 18 рисунками и 3 таблицами, список литературы содержит 230 источников (124 отечественных и 106 зарубежных авторов).

ВЫВОДЫ

1. Тренировки с гиперкапничеекой гипоксией приводят к более существенному по сравнению с гипоксией увеличению резистентности организма к действию экстремальной кислородной недостаточности.

2. Тренировки с гиперкапничеекой гипоксией являются эффективным средством профилактики ишемических, повреждений мозга при экспериментальном инсульте, что проявляется в менее выраженных проявлениях неврологического дефицита и двигательно-координационных нарушений у тренированных животных.

3. Тренировки с гиперкапничеекой гипоксией являются эффективным средством реабилитации после экспериментального ишемического повреждения головного мозга, что проявляется в выраженном снижении неврологического дефицита и двигательно-координационных нарушений у тренированных животных.

4. Одним из механизмов повышения толерантности мозга к ишемии/гипоксии при гиперкапнически-гипоксических тренировках является активация ан-гиогенеза.

5. Использование дополнительного объема «мертвого» пространства в виде микроячеистой структуры позволяет создавать у людей, дозируемую ги-перкапническую гипоксию с максимальной концентрацией С02 в альвеолярном, воздухе 6,6% и дефицитом кислорода до 10,2% при минимальном значении ДОМП в 800 мл.