Влияние прекондиционирования на морфофункциональные изменения внутренних органов при внутрибрюшной гипертензии в эксперименте

Резюме

Внутрибрюшная гипертензия (ВБГ) является независимым маркером риска развития полиорганной недостаточности. Были изучены повреждающее воздействие ВБГ и эффективность гипоксическо-гипероксического прекондиционирования для защиты органов брюшной полости при моделировании ВБГ в эксперименте. Проспективное исследование выполнено на кроликах (n=15). Животных разделили на 3 равные группы: 1-я группа - гипоксическо-гипероксическое прекондиционирование и ВБГ; 2-я группа - только ВБГ; 3-я группа - контрольная. Выявлено, что ВБГ у кроликов 10 мм рт.ст. в течение 4 ч приводит к функциональным и морфологическим изменениям почек и кишечника. Гипоксическо-гипероксическое прекондиционирование обеспечивает защиту органов брюшной полости при ВБГ, что доказывается меньшими нарушениями показателей функций почек и желудочно-кишечного тракта и подтверждается при микроскопическом исследовании.

Ключевые слова:внутрибрюшное давление, внутрибрюшная гипертензия, эксперимент, прекондиционирование

Для цитирования: Канева У.А., Подоксенов Ю.К., Мандель И.А., Свирко Ю.С., Дьякова М.Л., Роговская Ю.В., Шипулин В.М. Влияние прекондиционирования на морфофункциональные изменения внутренних органов при внутрибрюшной гипертензии в эксперименте // Клин. и эксперимент. хир. Журн. им. акад. Б.В. Петровского. 2019. Т. 7, No 2. С. 47-52. doi: 10.24411/2308-1198-2019-12006.

Статья поступила в редакцию 20.12.2017. Принята в печать 22.04.2019.

В исследовании S.A. Chadi и соавт. (2015) внутрибрюшная гипертензия (ВБГ) рассматривается как независимый маркер риска развития полиорганной недостаточности и летальности [1].

Увеличение давления при ВБГ в ограниченном пространстве брюшной полости ведет к гипоксии и расстройству функции расположенных в ней органов и тканей [2-4]. Известно, что при развитии ВБГ отмечается нарушение мезентериального кровообращения. Компрессия нижней полой вены приводит к снижению венозного возврата к сердцу и уменьшению сердечного выброса, а это в свою очередь вызывает нарушение системной гемодинамики и гипоперфузию внутренних органов. Длительная компрессия почечных вен и паренхимы почек приводит к повышению почечного сосудистого сопротивления и к значительному снижению их функции [5, 6]. Морфологически подтверждено влияние ВБГ на развитие раннего воспалительного ответа, гипоперфузии печени и некроза гепатоцитов [1]. В исследовании J. Kuteesa и соавт. (2015) у пациентов хирургического профиля выявлена статистически значимая связь между исходами лечения и ВБГ [6].

В эксперименте установлено, что спланхнический кровоток уменьшается на 40% при внутрибрюшном давлении (ВБД) 15 мм рт.ст. в течение 2 ч [7]. Микроскопическая оценка органов желудочно-кишечного тракта в данном исследовании показала развитие деструктивных изменений кишечной стенки уже через 6 ч ВБГ [7].

Прекондиционирование как умеренной гипоксией, так и гипероксией представляет собой эффективный немедикаментозный способ повышения резистентности организма к повреждающим воздействиям [8-10]. В различных вариантах защитное действие прекондиционирования описано для многих органов и организма в целом [11]. Ишемическое прекондиционирование значимо уменьшает повреждение внутренних органов, повышает выброс защитных факторов эндотелия при ВБГ в эксперименте [4]. Однако экспериментальные модели и методики защиты спланхнических органов до настоящего времени изучены мало.

Цель исследования - изучить повреждающее воздействие ВБГ и эффективность гипоксическо-гипероксического прекондиционирования (ГГП) для защиты органов брюшной полости при моделировании ВБГ в эксперименте.

Материал и методы

Проспективное исследование выполнено на 15 6-месячных кроликах-самцах массой 3-3,5 кг. Животные были разделены на 3 равные группы: 1-я группа - ГГП и ВБГ; 2-я группа - только ВБГ; 3-я группа - контрольная (без прекондиционирования и ВБГ). Все болезненные процедуры и выведение из эксперимента осуществляли на наркотизированных животных, согласно приказу Минздрава No 199н "Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики" от 01.04.2016, принципам надлежащей лабораторной практики (ГОСТ 33044-2014) и руководству [12].

Эксперимент начинали с вводной анестезии севофлюраном через маску, проводили интубацию трахеи по разработанной нами методике трубкой No 2,5, подключали адаптированный аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ) "PuritanBennett 760" (производство США). Дыхательный объем - 30-40 мл, частота дыхательных движений - 50- 55 в минуту, фракция кислорода на вдохе (FiO2) - 0,4. Анестезию продолжали севофлюраном 1,2- 1,5 об. % через испаритель "Vapor 2000" (Drager, Германия). Катетером 20G канюлировали бедренные артерию и вену. Для моделирования ГГП последовательно подавали в течение 10 мин гипоксическую (10% кислорода) и в течение 30 мин гипероксическую (90-95% кислорода) газовые смеси в дыхательный контур. Парциальное напря- жение кислорода в артериальной (paO2) и веноз- ной (pvO2) крови, сатурация артериальной (SaO2) и венозной (SvO2) крови, концентрации глюкозы и лактата оценивали на приборе "Stat Profile ССХ" фирмы "Nova Biomedical" (США) исходно, через 10 мин после достижения состояния гипоксии, через 10 мин после достижения состояния гипероксии, рассчитывали индекс экстракции кислорода:

O2EI = [(SaO- SvO2)/SaO2× 100.

На фоне ИВЛ в 1-й и во 2-й группах манжетой создавали наружную компрессию брюшной полости до ВБД 10 мм рт.ст. в течение 4 ч. Для измерения ВБД и контроля диуреза катетеризировали мочевой пузырь катетером 0,8F, через проксимальный порт катетера вводили 5 мл физиологического раствора. К дистальному порту подключали измерительную магистраль, соединенную с гидроманометром. Уровень ВБД оценивали по отношению к нулевой отметке - верхнему краю лонного сочленения. В 3-й группе проводили анестезию и ИВЛ в течение 4 ч. Затем животных выводили из экс- перимента и собирали материал для морфологического исследования.

В ходе эксперимента оценивали изменения пикового давления в дыхательных путях (РIP) и среднее артериальное давление (АДср.). Повреждение органов брюшной полости и эффективность методики ГГП оценивали по клиническим проявлениям: диурез (мл/кг в час), дефекация (г/ч), перистальтика кишечника визуально через переднюю брюшную стенку и по окончании эксперимента при лапаротомии (активная, медленная, очень медленная), регистрировали время затухания перистальтики исходно, через 1, 2 и 4 ч наблюдения. В начале эксперимента оцениваемые показатели были сопоставимы у всех животных.

По окончании эксперимента проводили забор материала и последующее морфологическое исследование легких, печени, почек и двенадцатиперстной кишки животных всех групп.

Статистический анализ данных выполнен в программе SPSS 23.00 (IBMSPSS Statistics, 2015). Количественные значения выражали в виде медианы и квартилей Ме [25; 75]. Количественные характеристики между группами сравнивали с помощью U-критерия Манна-Уитни, внутригрупповые сравнения проводили с помощью Т-критерия Вилкоксона, для оценки корреляции использовали коэффициент Спирмена. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты

В течение 40 мин ГГП происходило закономерное изменение газового состава крови, что подтверждало целевую FiO2. Однако уровень O2EI практически не изменялся в течение ГГП. Концентрации лактата и глюкозы крови статистически значимо не изменялись в течение всего этапа ГГП, что свидетельствует о стабильном состоянии метаболизма и безопасности процедуры ГГП (табл. 1).

В начале эксперимента, после перевода животного на ИВЛ и введения миорелаксанта, ВБД составляло 0-1 мм рт.ст. При моделировании ВБГ манжету раздували до создания ВБД 10 мм рт.ст. Динамика исследуемых показателей представлена в табл. 2.

Уже через 5 мин от начала развития ВБГ на фоне ИВЛ PIP статистически значимо увеличивалось и сохранялось высоким в 1-й и во 2-й группах, в 3-й группе оно оставалось без изменений. Статистически значимого различия между 1-й и 2-й группами не отмечено.

АДср. во 2-й группе статистически значимо снижалось непосредственно после развития ВБГ. В 1-й группе АДср. имело тенденцию к снижению к 4-му часу наблюдения. В 3-й группе АДср. также имело тенденцию к снижению к 4-му часу наблюдения, но в течение каждого часа эксперимента по сравнению с исходными данными статистической значимости различия не достигнуто (р>0,05).

Темп диуреза прогрессивно снижался за время эксперимента в 1-й и во 2-й группе, однако в 1-й группе статистически значимое снижение про- изошло только к 4-му часу ВБГ, а во 2-й группе - с 1-го часа ВБГ. В 3-й группе темп диуреза не имел существенной динамики во время прохождения эксперимента.

У животных 1-й и 2-й групп масса фекалий снизилась статистически значимо через 2 ч, причем во 2-й группе имела место более выраженная тенденция к снижению, чем в 1-й. В течение 1 ч наблюдения произошло снижение массы фекалий, через 2 ч масса фекалий снизилась до 2,0 [1,0; 2,5] г/ч. Через 4 ч отхождение фекалий прекратилось. У животных 3-й группы масса фекалий статистически значимо не снизилась.

В 3-й группе перистальтика кишечника оставалась активной, слизистая была розовая, блестящая при лапаротомии и сохранялась на протяжении 10±3 мин после прекращения кровообращения.

Визуально оцениваемая через переднюю брюшную стенку перистальтика у животных 1-й группы через 4 ч была более активной, чем во 2-й группе (p<0,001, критерий Тау-В Кендалла): у контрольных животных она была активной, у 2 медленной, в то время как во 2-й группе активной перистальтики не наблюдалось: у 2 животных перистальтика была медленной, а у 3 - очень медленной. После выведения животных 1-й группы из эксперимента и лапаротомии отмечалась медленная перистальтика петель кишечника, при этом кишечная стенка имела розовую окраску и сохраняла активность на протяжении 5±2 мин после прекращения кровообращения. После выведения животных 2-й группы из эксперимента и лапаротомии отмечалась очень медленная перистальтика петель кишечника, при этом кишечная стенка была отечной, имела бледно-розовую окраску и сохраняла активность на протяжении 3±1 мин после прекращения кровообращения.

Обнаружены статистически значимые корреляционные связи между АДср., PIP, массой фекалий и диурезом на 1-4 ч эксперимента. АДср. значимо коррелировало с диурезом: через 1 ч rho - 0,52 (p=0,048), через 2 ч rho - 0,7 (p=0,004), через 3 ч - rho 0,7 (p=0,003), а через 4 ч - rho 0,72 (p=0,003). Увеличение PIP сопровождалось не только нарушением диуреза (как снижение АДср.), но и угнетением работы кишечника, что выражалось в уменьшении массы фекалий. Так, коэффициенты корреляции Спирмена между PIP и диурезом составили rho= -0,67 (p=0,006) через 2 ч, rho= -0,85 (p<0,001) через 3 ч и rho= -0,86 (p<0,001) через 4 ч эксперимента; корреляция между PIP и массой фекалий: rho= -0,71 (p=0,003) через 3 ч и rho= -0,73 (p=0,002) через 4 ч эксперимента.

Рис. 1. Корковое вещество почки кролика из 1-й группы, ×200, окраска гематоксилином и эозином. По сравнению с контролем клубочки увеличены в размерах, кровенаполнение капилляров неравномерное (полнокровие одних капиллярных петель и запу- стевание других). Эпителиоциты проксимальных канальцев с набухшей зернистой цитоплазмой, во многих эпителиоцитах ядра смещены к центру. Мелкая артерия с признаками спазма

Fig. 1. Rabbit renal cortex (1st group), ×200, hematoxylin and eosin staining. As compared with the control group, glomeruli are enlarged, capillary blood filling is unequal (plethora of some capillary loops and a desolation of others). Epithelial cells of the proximal renal tubules with expanded granular cytoplasm. Nuclei of many epithelial cells are dislocated toward the center. Arteriolar spasm

Морфологическое исследование тканей внутренних органов показало, что ВБГ через 4 ч вызывала следующие выраженные изменения: в легких признаки венозного полнокровия, скопление жидкости в альвеолах, дистрофия паренхимы легких; в печени - дистрофические изменения паренхимы, выраженные расстройства микроциркуляции, очаги кровоизлияний, в двенадцатиперстной кишке - отек всех слоев кишечной стенки, очаги кровоизлияний. При этом изменения тканей в 1-й группе были менее выражены.

Рис. 2. Корковое вещество почки кролика из 2-й группы, ×200, окраска гематоксилином и эозином. По сравнению с контролем клубочки увеличены в размерах, большинство капиллярных петель пусты, кровенаполнение остальных капиллярных петель умеренное. Зернистая, гидропическая дистрофия эпителиоцитов проксимальных канальцев, некроз некоторых эпителиоцитов

Fig. 2. Rabbit renal cortex (2nd group), ×200, hematoxylin and eosin staining. As compared with the control group, glomeruli are enlarged, majority of the capillary loops are empty, blood filling of other capillary loops is moderate. Albuminous-hydropic degeneration of proximal tubule epithelial cells, necrosis of some epithelial cells

При исследовании ткани почек у животных 1-й группы обнаружены дистрофические изменения коркового вещества, нарушения микроциркуляции (полнокровие одних капиллярных петель и запустевание других, спазм артериол) (рис. 1), у животных 2-й группы данные изменения были более выра- жены - отмечаются очаги некроза (рис. 2). В 3-й группе нарушений морфологии коркового и мозго- вого вещества почек не отмечено, кровенаполнение капилляров умеренное, равномерное (рис. 3).

Рис. 3. Корковое вещество почки кролика из 3-й группы, ×200, окраска гематоксилином и эозином. Равномерное кровенаполнение капилляров клубочков. Эпителий проксимальных канальцев с компактной эозинофильной цитоплазмой и базально рас- положенными ядрами. Эпителий дистальных канальцев и собирательных трубок со светлой цитоплазмой, центрально расположенными ядрами. Кровенаполнение капилляров мозгового вещества умеренное, равномерное

Fig. 3. Rabbit renal cortex (3rd group), ×200, hematoxylin and eosin staining. Equal glomerular capillary blood filling. Proximal tubule epithelial cells with compact eosinophilic cytoplasm and basal nuclei. Distal tubules epithelial cells and collecting duct epithelial cells with optically clear cytoplasm and centrally located nuclei. Blood filling of medullary capillaries is moderate, equal

Обсуждение

В настоящем исследовании проведены оценка и сравнительный анализ повреждающего действия ВБГ на структуру и функцию внутренних органов и протективного влияния методики ГГП, основанной на изменении FiOв дыхательной смеси. В ряде исследований определили длительность ВБГ, ведущую к значимому негативному влиянию на кровоток в органах брюшной полости. В эксперименте установлено пороговое время негативного влияния ВБГ на кровоток органов брюшной полости 6 ч при 30 мм рт.ст. у свиней [5]. Мы выбрали ВБД 10 мм рт.ст., так как эта величина у кролика эквивалентна 13,6-19,6 мм рт.ст. у человека [13]. При ВБД 10 мм рт.ст. в течение 4 ч настоящего эксперимента наблюдались признаки повреждения функции и структуры кишечника и почек в виде статистически значимого снижения моторики кишечника и диуреза, что согласуется с данными других исследований [3, 5, 6]; стойкого и достоверного повышения PIP практически в 2 раза; тенденции к снижению АДср. Выявлено статистически значимое влияние сниженного АДср. на темп диуреза, моторику кишечника, скорости дефекации и массы фекалий у исследованных животных.

Показано, что активные формы кислорода играют триггерную роль в ишемическом и гипоксическом прекондиционировании [13]. Экзогенные активные формы кислорода имитируют защитный эффект прекондиционирования, что, возможно, лежит в основе одного из механизмов гипероксического прекондиционирования. В настоящем исследовании у животных 1-й группы после проведения ГГП снижение диуреза было статистически значимо ниже, чем в группе непрекондиционированных животных. По морфологическим данным в стенке тонкой кишки найдены признаки гипоперфузионного повреждения, значительно более выраженные у непрекондиционированных животных. Этот факт подтверждает опубликованные ранее данные об органопротективном влиянии ГГП.

В 1-й группе собственно гипоксии мы не наблюдали, так как не происходило увеличение лактата крови и не изменялось насыщение гемоглобина кислородом венозной крови, а также не менялся O2EI. Такой феномен можно считать гипоксемией, а не истинной гипоксией.

Ограничение исследования - отсутствие мониторинга показателей смешанной венозной крови (или крови верхней полой вены), а также сердечного выброса.

Заключение

ВБГ у кроликов 10 мм рт.ст. в течение 4 ч приводит к функциональным и морфологическим изменениям почек и кишечника.

ГГП обеспечивает защиту органов брюшной полости при ВБГ, что доказывается меньшими нарушениями показателей функций почек и желудочно-кишечного тракта и подтверждается при микроскопическом исследовании.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

1. Chadi S.A., Abdo H., Bihari A. et al. Hepatic microvascular changes in rat abdominal compartment syndrome // J. Surg. Res. 2015. Vol. 197, N 2. Р. R398- R404.

2. Абакумов М.М., Смоляр А.НЗначение синдрома высокого внутрибрюшного давления в хирургической практике (обзор литературы) // Хирургия. 2003.No 12. С. 66-72.

3. Avraamidou A., Marinis A., Asonitis S. et al. The impact of ischemic preconditioning on hemodynamic, biochemical and inflammatory alterations induced by intra-abdominal hypertension: an experimental study in a porcine model // Langenbecks Arch. Surg. 2012. Vol. 397, N 8. Р. 1333-1341.

4. Leventi A., Argyra E., Avraamidou A. et al. Attenuation of oxidative stress by ischemic preconditioning in an experimental model of intraabdominal hypertension // J. Invest. Surg. 2015. Vol. 28, N 5. P. 253-260.

5. Туктамышев В.С., Касатова Е.Ю., Няшин Ю.ИИсследование зависимости между давлением выдыхаемого воздуха и внутрибрюшным давлением человека // Росжурнбиомеханики. 2015. No 1. С. 73-78.

6. Kuteesa J., Kituuka O., Namuguzi D. et al. Intraabdominal hypertension; prevalence, incidence and outcomes in a low resource setting; a prospective observational study // World J. Emerg. Surg. 2015. Vol. 10.Р. 57.

7. Cheng J., Wie Z., Liu X. et al. The role of intestinal mucosa injury induced by intra-abdominal hypertension in the development of abdominal compartment syndrome and multiple organ dysfunction syndrome // Crit. Care. 2013. Vol. 17, N 6. Р. 283.

8. Мандель И.А., Подоксенов Ю.К., СуходолИ.В.и дрЗащита миокарда от ишемических и реперфузи-онных повреждений (экспериментальное исследование) // Бюлэкспербиол. 2017. Т. 164, No 7. С. 29- 34.

9. Маслов Л.Н., Лишманов Ю.Б., Крылатов А.В.и дрСравнительный анализ кардиопротекторной и антиаритмической эффективности раннего и позднего гипоксического прекондицинирования // Бюлэкспербиол. 2013. Т. 156, No 12. С. 705-708.

10. Hu L., Zhou L., Wu X. et al. Hypoxic preconditioning protects cardiomyocytes against hypoxia/reoxygenation injury through AMPK/eNOS/PGC-1α signaling pathway // Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2014. Vol. 11. P. 7378-7388.

11. Vesnina Zh.V., Kiĭko O.G. Effect of hypoxic preconditioning on the level of s-NGAL (lipocalin-2) in myocardial revascularization in the conditions of extracorporeal haemocirculation // Angiol. Vasc. Surg. 2013. Vol. 19, N 4. P. 7-13.

12. Garber J.C. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: 8th ed. National Academies Press, 2011.

13. Yellon D., Alkhulaifi A.M., Pugsley W.B. Preconditioning the human myocardium // Lancet. 1993. Vol. 342. Р. 276-277.