Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Показатели крови и глюкокортикоидные рецепторы в адаптационной профилактике геморрагического шока

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК НИИ ОБЩЕЙ ПАТОЛОГИИ И ПАТОФИЗИОЛОГИИ

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ЖУКОВА АННА ГЕННАДЬЕВНА

ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ И ГЛЮКОКОРТИКОИДНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ В АДАПТАЦИОННОЙ ПРОФИЛАКТИКЕ ГЕМОРРАГИЧЕСКОГО ШОКА

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 14.00.16 - ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: доктор биол. наук Архипенко Ю.В., доктор мед. наук, профессор Голиков П.П.

Москва -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

ВВДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12

1.1. Адаптация к стрессу и гипоксии 12

1.1.1. Адаптация к стрессорным воздействиям 13

1.1.2. Адаптация к гипоксии 19

1.2. Механизмы развития гипоксии при геморрагическом шоке 24

1.2.1. Причины и механизмы гибели клетки при гипоксии 28

1.3. Роль глюкокортикоидных рецепторов в стресс-реакции 31

1.3.1. Глкжокортикоидные механизмы реализации

стресса 37

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 43

2.1. Объекты исследования 43

2.2. Биохимические методы исследования 45 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 48

3.1. Нарушение газотранспортной функции крови и кислотно-основного состояния при геморрагическом шоке 48

3.1.1. Нарушение газотранспортной функции крови и кислотно-основного состояния при геморрагическом шоке у кон- 48 трольных животных

3.1.2. Нарушение газотранспортной функции крови и кислотно-основного состояния при геморрагическом шоке у 51 адаптированных к иммобилизационному стрессу животных

3.1.3. Нарушение газотранспортной функции крови и кислотно-основного состояния при геморрагическом шоке у 54 адаптированных к гипоксии животных

3.2. Функция глюкокортикоидных рецепторов II типа при гемор- 57 рагическом шоке

3.2.1. Влияние предварительной адаптации к иммобилизационному стрессу на функцию глюкокортикоидных рецепто- 57

ров при геморрагическом шоке

3.2.2. Влияние предварительной адаптации к гипоксии на функцию глкжокортикоидных рецепторов при геморрагическом шоке 58 ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 60 ВЫВОДЫ 73 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКТГ - адренокортикотропный гормон

АД - артериальное давление (мм рт.ст.)

цАМФ - циклический аденозинмонофосфат

АПФ - ангиотензинпревращающий фермент

АТФ - аденозинтрифосфат

БР - бензодиазепиновые рецепторы

БТШ - белки теплового шока

ГАМ К - гамма-аминомасляная кислота

Г - гематокритное число (%)

ГКГ - глюкокортикоидные гормоны

ГРК - гормон-рецепторный комплекс

ГР - глюкокортикоидные рецепторы

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

2,3-ДФГ - 2,3-дифосфоглицерат (ммоль/л)

КЕК - кислородна емкость крови (ммоль/л)

МФК I - митохондриальный ферментный комплекс

ОП - опиоидные пептиды

ОПС - общее периферическое сопротивление

ОЦК - объем циркулирующей крови

ПОЛ - перекисное окисление липидов

РНК - рибонуклеиновая кислота

С КГ - сродство гемоглобина к кислороду

СПР - саркоплазматический ретикулум

ЦВД - центральное венозное давление (мм рт.ст.)

ЦНС - центральная нервная система

ЦХО - цитохромоксидаза

ЧСС - частота сердечных сокращений (уд/мин)

ЭР - эндоплазматический ретикулум

а-лЮ02 - артерио-венозная разница по 02 (ммоль/л)

ВЕ - дефицит буферных оснований (ммоль/л)

НЬ - концентрация гемоглобина (г/%)

Ра02 - парциальное давление 02 в артериальной крови (мм рт.ст.) РаС02 - парциальное давление С02 в артериальной крови (мм рт.ст.) РУ02 - парциальное давление 02 в венозной крови (мм рт.ст.) РУС02 - парциальное давление С02 в венозной крови (мм рт.ст.) Р50 - показатель насыщения НЬ на 50% (мм рт.ст.) 31а02 - насыщение артериальной крови 02 (%) ЭШг - насыщение венозной крови 02 (%)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

В настоящее время известно, что один из десяти жителей земного шара ежегодно претерпевает травму. Это обусловлено увеличением частоты производственных и дорожно-транспортных аварий, которые, как и стихийные бедствия, являются причиной множественных травм с кровопотерей, часто приводящей к возникновению шока. Установлено, что тяжесть состояния организма при геморрагическом шоке определяется нарушением газотранспортной функции крови, в основе которой лежит падение объема циркулирующей крови, сердечного выброса, расстройства микроциркуляции [Кочетыгов Н.И., 1984; Долгушина А.Д., Горкун А.В., 1988; Рябов Г.А., 1994; Peitzman А.В. et al., 1995; Filos K.S. et al., 1996]. Гипоксия, развивающаяся вследствие нарушения перфузии тканей при шоке, вызывает изменения энергетического обмена. В результате последующего изменения метаболизма накапливаются недоокисленные продукты обмена, что ведет к развитию ацидоза и нарушению кислотно-основного состояния организма [Кочетыгов Н.И., 1984; Haljamae Н., 1993]. В конечном итоге эти нарушения приводят к цепи метаболических изменений как патогенетического, так и защитно-приспособительного характера.

Наряду с указанными, в начальных стадиях шока прослеживаются многие компенсаторные и адаптивные реакции, которые обеспечивают сохранение жизни в экстремальных условиях при действии на организм чрезвычайных раздражителей. Изучение механизмов, лежащих в основе повреждения систем, органов и клеток, а также механизмов выхода из шока позволяет выявить общебиологические закономерности развития адаптационных возможностей организма и его функционирование в экстремальных условиях.

В последние годы все большее распространение получают немедикаментозные методы лечения и профилактики различных заболеваний и патологических состояний. В частности, в этих целях применяют адаптацию к таким факторам среды как гипоксия, физическая нагрузка, стресс и другие. В ряде работ убедительно показано, что адаптация к кратковременным стрессорным воздействиям и к периодической гипоксии обладает защитным действием на сердечно-сосудистую систему. Применение методов

адаптационной медицины основано на перекрестном защитном эффекте, позволяющем добиться повышения резистентности организма к различным факторам среды (в том числе, патогенным) в результате направленной адаптации к одному из факторов. Ярким примером перекрестного защитного эффекта является развитие устойчивости к гипоксии у животных, адаптированных к кратковременным стрессам [Меерсон Ф.З. с соавт., 1993]. В основе этого защитного действия адаптации лежат нейрогуморальные и клеточные регуляторные изменения, развивающиеся в организме при повторных стрессорных воздействиях, которые, во-первых, ограничивают интенсивность и длительность самой стресс-реакции и, во-вторых, повышают резистентность органов-мишеней к действию стрессорных гормонов и медиаторов. Адаптация к гипоксии также способна ограничивать стресс-реакцию и сопровождается увеличением мощности стресс-реализующей и стресс-лимитирующей систем [Меерсон Ф.З., 1986]. В связи с этим естественно ожидать, что адаптация к стрессу и к гипоксии может оказать защитный эффект при геморрагическом шоке, в патогенезе которого нарушения сердечно-сосудистой системы и тканевая гипоксия играют ведущую роль.

При действии на организм шокогенных факторов происходит активация систем, осуществляющих стрессорные реакции. Глюкокортикоиды - одна из главных стресс-реализующих систем, участвующая в приспособлении организма к чрезвычайным условиям существования. Стероидные гормоны вызывают ферментативную перестройку и обеспечивают длительную мобилизацию энергетических ресурсов при переключении различных видов обмена на катаболизм [Коркач В.И., 1979; Сергеев П.В., Шимановский Н.Л., 1987; Теппермен Дж., Теп-пермен X., 1989]. Глюкокортикоиды широко используются в комплексной терапии и профилактике шока различной этиологии. Противошоковый эффект глю-кокортикоидов связан с их участием в регуляции сосудистого тонуса [Голиков П.П. с соавт., 1996], стабилизации проницаемости капилляров и мембранопро-текторном действии [Облывач A.B., 1978]. Глюкокортикоиды предупреждают повреждающее действие избытка адреналина и норадреналина на сосуды и сердце при шоке [Облывач A.B., 1978]. Первичным звеном в действии глюко-кортикоидов на клетки является их взаимодействие со специфическими рецепторами клеток органов-мишеней, после чего запускается каскад реакций, pea-

лизующих гормональный сигнал [Юдаев H.A. ссоавт., 1976; Agarwal М.К., 1977; Леви Д., 1979].

В связи с изложенным представляется принципиально важным изучение функции глюкокортикоидных рецепторов II типа, посредством которых реализуются молекулярные механизмы действия глюкокортикоидов, а также возможности немедикаментозной адаптационной профилактики шоковых состояний и участие в этом защитном эффекте глюкокортикоидной системы.

Одним из наиболее информативных методов оценки состояния организма при геморрагическом шоке является анализ гемодинамики и показателей крови. Вместе с тем, эти данные позволяют оценить компенсаторную реакцию организма в ответ на кровопотерю. Поэтому изучение возможности предупреждения с помощью предварительной адаптации к иммобилизационному стрессу и к периодической гипоксии нарушений в системе крови при геморрагическом шоке является важным.

Цели и задачи исследования.

Целью настоящего исследования является выявление основных закономерностей, лежащих в основе изменения функции газотранспортной системы крови и глюкокортикоидных рецепторов при шоке и в условиях предварительной адаптации к стрессу и гипоксии. Для реализации этой цели поставлены следующие задачи:

1. Установить возможность адаптационной профилактики нарушений при геморрагическом шоке.

2. Изучить состояние газотранспортной системы крови и кислотно-основного баланса организма при геморрагическом шоке у животных, адаптированных к иммобилизационному стрессу и периодической гипоксии.

3. Оценить роль глюкокортикоидных рецепторов II типа в адаптационной защите организма от нарушений, вызванных геморрагическим шоком.

4. Сравнить эффективность адаптации к стрессу и к гипоксии в профилактике геморрагического шока.

Научная новизна работы:

Впервые с целью профилактики нарушений газотранспортной функции крови при геморрагическом шоке использовали перекрестный защитный

эффект адаптации к кратковременным иммобилизационным стрессорным воздействиям и к периодической гипоксии.

Показано, что адаптация крыс к стрессу сопровождалась повышением исходного уровня АД, гематокритного числа, понижением Р02, увеличением кислородной емкости и концентрации буферных оснований в артериальной крови. Адаптация к стрессу также привела к понижению РС02, показателя Р50 и к повышению рН в венозной крови. Изменения указанных параметров происходили в сторону противоположную той, которая наблюдалась при геморрагическом шоке у неадаптированных животных. Адаптированные к стрессу крысы оказались более устойчивыми к кровопотере и для поддержания у них АД 40 мм рт.ст. требовалось произвести объем кровопускания на 40% больше, чем у контрольных животных. В условиях геморрагического шока у адаптированных к стрессу животных наблюдались более активные компенсаторные реакции на фоне менее выраженных показателей гипоксического повреждения тканей.

Показано, что адаптация к гипоксии привела к сдвигам показателей системы крови и гемодинамики в том же направлении, что и адаптация к стрессу. Однако, чрезмерное повышение гематокритного числа, концентрации НЬ и кислородной емкости в крови не является оптимальным путем увеличения снабжения тканей 02 в случае последующей кровопотери.

Адаптация как к кратковременным стрессорным воздействиям, так и к гипоксии ограничивала стресс-реакцию, что проявлялось в уменьшении концентрации кортикостерона в крови при шоке, а также препятствовала снижению числа мест связывания глюкокортикоидов с рецепторами II типа.

В результате проведенной работы выявлена противошоковая эффективность адаптации к кратковременным неповреждающим стрессорным воздействиям, что проявляется в лучшей выживаемости этих животных при сравнении с контрольными и адаптированными к гипоксии животными. Напротив, адаптация к гипоксии не оказывала защитного эффекта при геморрагическом шоке.

Теоретическое значение работы состоит в получении новых приоритетных данных о механизмах защитного эффекта адаптации к стрессу и к гипоксии

при геморрагическом шоке на уровне газотранспортной системы крови и глюко-кортикоидных рецепторов.

Практическое значение работы. Результаты исследования отвечают возрастающей потребности теоретической и практической медицины в разработке и применении новых методов повышения устойчивости организма к воздействию экстремальных факторов среды. Показана возможность профилактики нарушений, вызванных геморрагическим шоком, с помощью предварительной адаптации к кратковременным стрессорным воздействиям.

Положения, выносимые на защиту:

1. Адаптация к стрессу обладает защитным эффектом от нарушений в газотранспортной системе крови при геморрагическом шоке. Несмотря на потерю большего количества крови продолжительность жизни адаптированных к стрессу животных оказалась выше, чем у контрольных и адаптированных к гипоксии.

2. У адаптированных к гипоксии животных при геморрагическом шоке газотранспортная функция и кислотно-основное состояние крови хуже, чем у контрольных и адаптированных к стрессу животных. Это можно объяснить ухудшением реологических свойств крови в результате полицитемии, развивающейся при адаптации к гипоксии. Несмотря на высокий уровень кислородной емкости крови, доставка кислорода к тканям у адаптированных к гипоксии животных падает, вследствие чего развивается сильный метаболический ацидоз уже через 1 ч от начала кровопотери.

3. Адаптация к кратковременным стрессорным воздействиям ограничивает стресс-реакцию, что проявляется в уменьшении концентрации кортикостерона в крови при шоке, а также препятствует снижению числа мест связывания глюко-кортикоидов с рецепторами II типа при шоке. Влияние адаптации к стрессу на глюкокортикоидную систему способствует повышению устойчивости животных к шоку.

Апробация диссертации. Результаты работы были представлены на: Всероссийской конференции "Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция" (Москва, 1997), The first regional meeting on medical sciences: "The roles of free radicals in health and disease" (Jerusalem, 1998), III International Congress of Pathophysiology (Lahti, Finland, 1998), 8th Congress of the European Shock Society (La Hulpe, Belgium, 1998), National Conference on Physiology (Arad, Romania,

1998), Second World Congress on Stress (Melbourn, Australia, 1998), межлабораторных конференциях НИИ Общей патологии и патофизиологии. Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 94 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, описания собственных результатов и их обсуждения, выводов. Список литературы содержит 260 источника (119 отечественных и 141 иностранных). Диссертация содержит 6 таблиц.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Адаптация к стрессу и гипоксии

Универсальным способом, обеспечивающим сохранение гомеостаза при действии патогенных факторов, является развитие стресс-реакции, проявляющейся усилением функций на разных уровнях жизнедеятельности: органелла, клетка, орган, физиологическая система и организм [Кулинский В.И., Ольховский И.А., 1992]. В целом происходит мобилизация всех энергетических ресурсов и увеличение энергетических затрат. Это приводит к увеличению резистентности организма, а при длительных или повторных воздействиях - к устойчивой адаптации. Не менее разнообразны способы приспособления с помощью гипофункции биологических систем в условиях патологии. К таким формам можно отнести охранительное (запредельное) торможение центральных нейронов при шоке, некоторых обморочных состояниях, ограничение функции ряда физиологических систем (пищеварения, выделения, репродуктивной системы) в условиях гипоксии, ослабление работы ишемизированного участка сердца и т.п. В норме и патологии адаптация посредством гипофункции рассчитана на то, чтобы сохранить энергетические ресурсы, обеспечить восстановление сниженных резервных возможностей, а в ряде случаев избежать опасной ситуации и гибели [Хитров Н.К., Пауков B.C., 1991].

Адекватное приспособление организма к тем или иным патогенным ситуациям нередко достигается сочетанием гиперфункционального и гипофунк-ционального состояний биологических систем. Это осуществляется путем одновременного использования механизмов, стимулирующих и тормозящих деятельность разных клеток и органов [Шидловский В.А., 1982; Адрианов О.С., 1986; Ивашкин В.Т. ссоавт., 1987].

В процессе адаптации к любому фактору среды можно выделить два основных этапа: начальный этап - срочная, но несовершенная адаптация и последующий этап - долговременная, устойчивая адаптация [Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г., 1988]. Срочная адаптация реализуется мгновенно, но реакция организма протекает с утратой резервов, с кратковременным результатом и сопровождается выраженной стресс-реакцией. Долговременная, устойчивая адаптация характеризуется более с