Нарушение и восстановление микроциркуляции в мозге при глобальной ишемии

Ишемия головного мозга является важнейшим неврологическим заболеванием, занимающим одно из первых мест по частоте смертельных исходов. Причины ишемии мозга могут быть различными. В настоящей статье рассматривается одна из таких причин, заключающаяся в массовой адгезии лейкоцитов на внутренней стенке микрососудов мозга и окклюзии мозговых вен лейкоцитарными конгломератами. Эти, сравнительно недавно обнаруженные явления, вызывают серьезные нарушения кровообращения в мозге.

Как известно, объем лейкоцита примерно в 2-2,5 раза больше, чем объем эритроцита. Кроме того, благодаря ядру лейкоциты имеют более жесткую конструкцию клетки по сравнению с эритроцитами и более вязкую цитоплазму. Поэтому лейкоциты способны замедлить или даже приостановить кровоток в капилляре. Но, при выходе лейкоцита из капилляра в более широкую венулу, кровоток на короткое время ускоряется. Поскольку в норме в течение 10-15 с через каждый капилляр коры мозга человека и различных животных проходят 1-3 лейкоцита, скорость капиллярного кровотока испытывает постоянные довольно значительные колебания от 0,2-0,5 до 1,5-2,0 мм/с. Важно также принимать во внимание, что вхождение лейкоцитов в капилляр событие случайное, поэтому колебания скорости кровотока представляют собой нерегулируемый случайный процесс [1-4]. В норме эти колебания не нарушают транспорт кислорода и энергоносителей, поскольку замедление или даже приостановка кровотока в одном из капилляров компенсируется кровотоком в соседних капиллярах. В патологии ситуация может сложится иначе. В 1994 г. на конференции Американского физиологического общества по микроциркуляции был поднят вопрос о возможности адгезии лейкоцитов и эритроцитов к внутренней стенке мозговых микрососудов при гипоксии мозга [5, 6]. Было высказано предположение, что лейкоциты и эритроциты «загромождают» просветы капилляров и венул и замедляют кровоток. Впоследствии были получены соответствующие факты. Так, в 1996 г. F. Scheridan и соавт. [7] подтвердили, что при ишемии сердца происходит массовая адгезия лейкоцитов к внутренней поверхности коронарных сосудов, а A. Hudentz и соавт. [8] в том же году обнаружили массовую адгезию лейкоцитов к внутренним стенкам мозговых вен и венул при ишемии мозга.

Авторы настоящей работы [9-12] начали исследование по рассматриваемой проблеме в 2000 г. и показали, что в развитии явлений гипоксии мозга лейкоциты действительно играют важную роль. В норме процесс адгезии лейкоцитов к внутренним стенкам микрососудов необходим для перехода лейкоцитов из кровяного русла в окружающие ткани. Он регулируется несколькими активными веществами. При гипоксии происходит «разрегуляция» этого процесса и сравнительно редкие в норме акты адгезии приобретают массовый характер. В тяжелых случаях ишемии происходит адгезия лейкоцитов и друг к другу, что приводит к образованию лейкоцитарных конгломератов, которые вызывают окклюзию микрососудов, в основном венул и мельчайших вен.

При фокальной ишемии мозга лейкоциты, затрудняя или прекращая кровообращение в пенумбре, увеличивают очаг инфаркта. При глобальной ишемии (в эксперимент она достигается двусторонней перевязкой сонных артерий) лейкоциты вызывают закупорку мельчайших вен и венул по всему мозгу.

Е.И. Гусев и В.И. Скворцова [13] отмечают, что все методы восстановления функций головного мозга при фокальной и глобальной ишемии имеют относительное значение и ни один из них не может рассматриваться как абсолютно эффективный и надежный. С физиологической точки зрения этот пессимизм вполне понятен, поскольку введение нейропротекторов далеко не всегда оказывает действенную помощь при фокальной или глобальной ишемии. Дело в том, что запаса энергии в нервных клетках и в окружающих тканях мозга нет. АТФ в нейронах содержится в количестве, достаточном для нормальной жизнедеятельности клетки при аноксии в течение нескольких секунд [11]. Поэтому нейропротекторы не могут мобилизовать энергию на месте сосудистой катастрофы. Между тем, только энергия может спасти нервные клетки и другие ткани от разрушения и гибели. Это простейшее правило жизни и смерти клеток. Конечно, анаэробный гликолиз, происходящий в мозге при тяжелой гипоксии или аноксии, способен снабдить клетки некоторым количеством энергии. Этой энергии однако достаточно только для поддержания жизнеспособности клетки в течение некоторого времени, но недостаточно для обеспечения ее работоспособности и морфологической целостности.

В большом списке антиадгезивных соединений (естественных и искусственных), который приводит P. Lipton [14], практически нет препаратов, которые бы достаточно эффективно действовали на лейкоциты и предотвращали их адгезию. Поэтому в качестве средства борьбы с массовой адгезией лейкоцитов при глобальной и фокальной ишемии мы предлагаем «промывку» мозга через виллизиев круг. Для «промывки» предлагается плазмозаменитель полиглюкин, вязкость которого минимальна.

Цель настоящей работы - изучение процесса адгезии лейкоцитов при ишемии мозга и применению метода очистки микрососудов от лейкоцитов.

Работа выполнена на 7 крысах самцах линии Вистар массой тела от 200-250 г.

Животным под уретановым наркозом (30-40 мг/кг) проводилась перевязка двух сонных артерий. В одну из них выше места перевязки вставлялся тонкий полиэтиленовый катетер по направлению к мозгу. Затем в черепе животного с помощью зубного бора вырезалось «окно» размерами 4×4 мм. В пределах «окна» удалялась твердая мозговая оболочка.

Наблюдение за капиллярами и другими микрососудами проводилось с помощью контактного объектива микроскопа ЛОМО (Ст-Петербург) при увеличении примерно ×800. Использовалась миниатюрная телевизионная камера, укрепленная непосредственно на тубусе микроскопа. Сигнал подавался на видеомагнитофон и с него на экран телевизора. Съемки производились с монитора компьютера с помощью платы захвата кадров.

Когда в картине мозговой микроциркуляции начиналась массовая адгезия лейкоцитов или образовывались лейкоцитарные конгломераты, через 2 ч после перевязки сосудов производилось введение полиглюкина в мозг через каротидную артерию (в виллизиев круг). На протяжении нескольких минут вводилось 4 мл полиглюкина, что составляло примерно 25% объема крови животного. Изменения микроциркуляции наблюдались на экране телевизора и мониторе компьютера, фиксировались на бумаге с помощью принтера. Измеряли число актов адгезии на 100 мкм протяженности сосудов, частоту дыхания, частоту сердечных сокращений, давление крови в бедренной артерии, давление крови в виллизиевом круге, температуру тела до и после введения полиглюкина. По мере развития ишемии проводилось определение количества лейкоцитов в крови.

Процесс постепенного увеличения количества актов адгезии лейкоцитов к внутренним стенкам микрососудов, в основном венул и мельчайших вен, при развитии глобальной ишемии после перевязки у крысы двух каротид представлен на рис. 1.

Метод очищения микрососудов от лейкоцитов и лейкоцитарных конгломератов путем введения плазмозаменителя полиглюкина в сосуды виллизиевого круга был достаточно эффективным, поскольку адгезированные лейкоциты и лейкоцитарные конгломераты оказались довольно слабо фиксированными на стенках сосудов и потому довольно легко смывались кровью, разбавленной плазмозаменителем.

Из данных приведенных в табл. 1

Наблюдения состояния в микроциркуляции мозга после перевязки артерий до и после ведения полиглюкина говорят о том, что основные нарушения микроциркуляции происходят вследствие адгезии лейкоцитов к внутренним стенкам микрососудов венозной системы и друг к другу. Происходит замедление венозного кровотока как в венулах, так и в мельчайших венах. Возрастание количества актов адгезии лейкоцитов к внутренним стенкам микрососудов совпадает с увеличением числа лейкоцитов в крови. Далее адгезия лейкоцитов в сосудах мозга приобретает массовый характер, и в сосудах образуются лейкоцитарные конгломераты, которые блокируют венозный отток. На рис. 2

На рис. 3-5

Заметим, что улучшение кровообращения наступает почти сразу после введения полиглюкина. Однако затем через сравнительно короткое время - около 15-20 мин - адгезия лейкоцитов вновь усиливается. Конечно, такое быстрое возвращение микроциркуляции к прежнему патологическому состоянию снижает эффективность «промывания». Надо учесть, что в наших опытах мы использовали относительно малый объем полиглюкина. Дальнейшее усовершенствование метода позволит длительнее сохранять очищение микрососудов от лейкоцитов и, возможно, позволит восстановить полностью или частично микроциркуляцию в мозге за счет развития коллатерального кровообращения. Это может быть достигнуто за счет увеличения дозы плазмозаменителя до 50% общего объема крови или за счет более длительного вливания малых доз плазмозаменителя, возможно, с добавлением собственных эритроцитов животного для уменьшения анемии.

Гемодилюция принадлежит к методам, улучшающим течение инсульта. До настоящего времени механизм его был окончательно не ясен. Теперь есть основание считать, что гемодилюция смывает адгезированные лейкоциты и лейкоцитарные конгломераты и, таким образом, может восстанавливать микроциркуляцию. Становится ясным и происхождение эффекта «no reflow», то есть трудности или невозможности восстановить микроциркуляцию после тяжелой ишемии. Речь идет об окклюзии вен и венул лейкоцитарными конгломератами. Интенсивным промыванием микрососудов мозга можно справиться и с этой ситуацией. Дополнительно необходимо отметить, почему до сих пор роль лейкоцитов в нарушениях микроциркуляции была изучена недостаточно, так как на препаратах аутопсийного материала мозга лейкоциты почти не видны. Через некоторое время после окклюзии венул они вообще пропадают из поля зрения, также как и сами венулы, которые, не будучи наполнены кровью, сливаются с фоном. Преимущества наших наблюдений состояли в том, что благодаря контактному объективу и достаточно большому увеличению мы могли наблюдать развитие всех этих процессов непосредственно в микрососудах в течение относительно короткого времени. Использованные приборы давали возможность в пределах хорошей видимости препарата точно фиксировать в динамике адгезию лейкоцитов, образование лейкоцитарных конгломератов и смыв их разбавленной кровью.