INFLUENCE OF CHRONIC HEMIC HYPOXIA ON ENDOTHELIAL FUNCTION AND INDICATORS OF AUTOREGULATION OF CEREBRAL HEMODYNAMICS IN RATS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.46.141
Issue: № 4 (46), 2016
Published:
2016/04/18
PDF

Abstract

This article dwells on the influence of chronic hemic hypoxia on endothelial function and indicators of autoregulation of cerebral hemodynamics. We confirmed the endothelium dysfunction of brain vessels in rats with chronic hemic hypoxia by reduction of reaction of endothelium-dependent vasodilation during intravenous administration of endogenous modulator of nitric oxide - acetylcholine and vasoconstriction during intravenous administration of endothelial NO-synthase inhibitor- L-NAME.The endothelium-dependent vasodilation was evaluated by an increase inblood flow velocity of brain during intravenous administration ofnitroglycerin.The autoregulation of cerebral hemodynamics was assessed byovershootcoefficientand force of autoregulation thatwere calculated from the results of the compression test.Results of the experiment showed that in rats with chronic hemic hypoxiais observed a reliable decrease of overshoot coefficient to the level 22.6% and force of autoregulation to the level 26.6%.

Воронков А.В.1, Лысенко А.С.2

1 доцент, доктор медицинских наук; 2 аспирант, Пятигорский медико-фармацевтический институт филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России

ВЛИЯНИЕ ХРОНИЧЕСКОЙ ГЕМИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ НА ФУНКЦИЮ ЭНДОТЕЛИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ АУТОРЕГУЛЯЦИИ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ У КРЫС

Аннотация

В статье рассмотрено влияние хронической гемической гипоксии на функцию эндотелия и показатели ауторегуляции церебральной гемодинамики. Дисфункцию эндотелия сосудов головного мозга крыс на фоне хронической гемической гипоксии подтверждали по уменьшению реакции эндотелий-зависимой вазодилатации на внутривенное введение модулятора эндогенного оксида азота – ацетилхолина и вазоконстрикции на внутривенное введение ингибитора эндотелиальной NO-синтазы – L-NAME. Об эндотелий-независимой вазодилатации судили по увеличению скорости мозгового кровотока на внутривенное введение нитроглицерина. Ауторегуляцию церебральной гемодинамики оценивали при помощи коэффициента овершута и силы ауторегуляции, которые  рассчитывали из результатов компрессионного теста. Результаты эксперимента показали, что у крыс на фоне хронической гемической гипоксии наблюдается достоверное снижение коэффициента овершута на 22,6% и силы ауторегуляции на 26,6%.

Ключевые слова: хроническая гемическая гипоксия, эндотелиальная дисфункция, ауторегуляция церебральной гемодинамики.

Voronkov А.V.1, Lysenko А.S.2

1 associate professor, MD; 2 postgraduate student, Pyatigorsk Medical-pharmaceutical Institute branch of Volgograd State Medical University

INFLUENCE OF CHRONIC HEMIC HYPOXIA ON ENDOTHELIAL FUNCTION AND INDICATORS OF AUTOREGULATION OF CEREBRAL HEMODYNAMICS IN RATS

Abstract

This article dwells on the influence of chronic hemic hypoxia on endothelial function and indicators of autoregulation of cerebral hemodynamics. We confirmed the endothelium dysfunction of brain vessels in rats with chronic hemic hypoxia by reduction of reaction of endothelium-dependent vasodilation during intravenous administration of endogenous modulator of nitric oxide - acetylcholine and vasoconstriction during intravenous administration of endothelial NO-synthase inhibitor- L-NAME.The endothelium-dependent vasodilation was evaluated by an increase inblood flow velocity of brain during intravenous administration ofnitroglycerin.The autoregulation of cerebral hemodynamics was assessed byovershootcoefficientand force of autoregulation thatwere calculated from the results of the compression test.Results of the experiment showed that in rats with chronic hemic hypoxiais observed a reliable decrease of overshoot coefficient to the level 22.6% and force of autoregulation to the level 26.6%.

Keywords: chronic hemic hypoxia, endothelial dysfunction, autoregulation of cerebral hemodynamics.

На сегодняшний день ауторегуляции отводят ключевую роль в поддержании постоянного мозгового кровотока. Одним из возможных механизмов влияния на ауторегуляцию является регулирование сосудистого тонуса за счет высвобождения вазоактивных факторов эндотелием сосудов [7]. Универсальной патогенетической причиной развития эндотелиальной дисфункции (нарушение функций эндотелия) считается активация перекисного окисления мембран эндотелиоцитов, в том числе при гемической гипоксии, развивающейся на фоне интоксикации окислителями различной природы: неорганическими и органическими нитритами [6, 1]. При этом деструкция мембран может приводить к снижению активности ферментных систем, нарушению энергопродукции клеток с последующей их гибелью, и, как следствие, нарушению эндотелий опосредованных механизмов регуляции кровотока и собственно ауторегуляции. В связи с этим разработка моделей воспроизведения нарушения ауторегуляции при эндотелиальной дисфункции является необходимым шагом при поиске препаратов, которые могут применяться для коррекции сердечно-сосудистых патологий.

Цель исследования заключалась в изучении влияния хронической гемической гипоксии (ХГГ) на функцию эндотелия и показатели ауторегуляции церебральной гемодинамики у крыс.

Материалы и методы

Эксперимент был выполнен на 12 крысах самках линии Wistar массой 250-300 г. Животные были разделены на 2 группы по 6 животных. 1-я группа интактная, 2-я группа – животные с хронической гемической гипоксией, которая моделировалась свободным доступом животных к 0,2% раствору натрия нитрита, вместо обычной воды в течение 2-х недель [2].

На 15-й день эксперимента у животных осуществляли оценку вазодилатирующей функции эндотелия путем регистрации изменения скорости кровотока в проекции среднемозговой артерии на внутривенное введение стимулятора выброса эндогенного оксида азота – ацетилхолина (АЦХ) (SIGMA-ALDRICH) в дозе 0,1 мг/кг, ингибитора eNOS-синтазы – L изомер нитроаргинина метиловый эфир (L-NAME) (SIGMA-ALDRICH) в дозе 10 мг/кг. Оценку эндотелий-независимой вазодилатации осуществляли путем регистрации изменения линейной скорости мозгового кровотока на внутривенное введение нитроглицерина (НГ) в дозе 0,007 мг/кг с помощью ультразвукового допплерографа, ММ-Д-К-Minimax Dopplerv.1.7. (Санкт – Петербург, Россия) [4,5].

Ауторегуляцию мозгового кровотока оценивали при помощи вазомоторной реактивности сосудов по результатам компрессионного теста. Известно, что кратковременное пережатие (10 сек.) общей сонной артерии приводит к снижению перфузионного давления и развитию преходящего гиперемического ответа после прекращения компрессии, что позволяет рассчитать коэффициент овершута (КО), характеризующий резервы ауторегуляции, и силу ауторегуляции (САР) [3]. КО величина равная отношению скорости кровотока после деокклюзии (V3) к фоновой скорости (V1). (См. формулу 1.)

image002                                                     (1)

Сила ауторегуляции равна частному от произведения скорости мозгового кровотока во время окклюзии (V2) на скорость кровотока после деокклюзии (V3) и фоновой скорости в квадрате (V1). (См. формулу 2).

image004                                                       (2)

Статистическую обработку данных проводили при помощи стандартного пакета Microsoft Office Excel 2010. Достоверность оценивали по критерию Стьюдента.

Результаты исследования

По результатам допплерографических исследований в группе животных с хронической гемической гипоксией на внутривенное введение модулятора эндогенного NO – АЦХ в дозе 0,1 мг/кг наблюдается увеличение скорости мозгового кровотока на 8,14%, что достоверно ниже в 3,4 раза показателей интактной группы, в которой увеличение скорости церебрального кровотока составило 28,13%. Внутривенное введение ингибитора e-NOS – L-NAME в дозе 10 мг/кг показало у животных с хронической гемической гипоксией снижение скорости мозгового кровотока на 8,11%, что в 2,6 раза меньше, чем в интактной группе. Уменьшение реакции вазодилатации и вазоконстрикции на внутривенное введение АЦХ и  L-NAME может быть связано с повреждением эндотелиоцитов и, как следствие, снижением ферментной активности в них.

Эндотелий-независимую вазодилатацию оценивали по приросту линейной скорости мозгового кровотока в проекции средне-мозговой артерии на внутривенное введение НГ в дозе 0,007 мг/кг. В группе с хронической гемической гипоксией увеличение линейной скорости мозгового кровотока на внутривенное введение НГ составило 39,17 %, что достоверно не отличается от показателей интактной группы животных, в которой этот показатель составил 37,63% (рисунок 1).

18-04-2016 11-20-34

Рисунок – 1. % изменения скорости мозгового кровотока на внутривенное введение АЦХ, L-NAME и НГ.

Примечание: * - достоверность относительно показателей интактной группы.

В ходе эксперимента у интактных животных сразу после декомпрессии общей сонной артерии наблюдалось резкое увеличение линейной скорости мозгового кровотока, формируя, так называемый, гиперемический ответ. В группе с хронической гемической гипоксией гиперемический ответ либо отсутствовал, либо был слабо выражен. Что свидетельствует о нарушении механизмов ауторегуляции.

По результатам компрессионного теста у животных с хронической гемической гипоксией КО был 0,96, что достоверно меньше на 22,6%, чем в интактной группе (рисунок 2).

18-04-2016 11-20-44

Рисунок – 2. Значение коэффициента овершута у животных на фоне хронической гемической гипоксии и интактных животных.

Примечание: * - достоверность относительно показателей интактной группы.

Сила ауторегуляции в группе с хронической гемической гипоксией составила 0,58, что достоверно ниже на 26,6%, чем в интактной группе (рисунок 3).

18-04-2016 11-20-52

Рисунок – 3. Значение силы ауторегуляции у интактных животных и на фоне хронической гемической гипоксии.

Примечание: * - достоверность относительно показателей интактной группы.

Выводы.

Таким образом уменьшение вазодилатации на внутривенное введение АЦХ и вазоконстрикции на внутривенное введние L-NAME в группе с ХГГ относительно интактной группы, при отсутствии различий эндотелий-независимой вазодилатации на введение НГ, говорит о развитии дисфункции эндотелия. Уменьшение значения КО на 22,6% и САР на 26,6 % позволяет предположить участие эндотелиальной дисфункции в нарушении ауторегуляции церебральной гемодинамики у крыс на фоне хронической гемической гипоксией.

Литература

  1. Зависимость между антиоксидантным действием флавоноидов и их влиянием на вазодилатирующую функцию эндотелия в условиях эндотелиальной дисфункции / И.Н. Тюренков, А.В. Воронков, А.А. Слиецанси др. // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2010. - Т. 73. № 10. - С. 14-16.
  2. Иванова А.С. Перетятко Л.П. Демидов В.И. Назаров С.Б. Влияние оксида азота на морфологию плаценты и активность плацентарных макрофагов при неосложненной беременности в эксперименте // Архив патологии. 2014. N 4. С.35-38.
  3. Лысенко А.С. Оценка ауторегуляции церебральной гемодинамики у крыс при экспериментально вызванной недостаточности половых гормонов // Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины: материалы 73-й открытой науч.-практ. конф. молодых ученых и студентов ВолгГМУ с междунар. уч., посвящ. 80-летию ВолгГМУ. – Волгоград, 2015. - С. 26-27.
  4. Муравьева, Н.А. Оценка работоспособности, поведенческого статуса животных и изменения вазодилатирующей функции эндотелия у крыс на фоне интенсивной физической нагрузки / Н.А. Муравьева, А.С. Лысенко // Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины: материалы 71-ой открытой науч.-практ. конф. молодых ученых и студентов ВолгГМУ с междунар. уч. – Волгоград, 2013. - С. 8-9.
  5. Тюренков, И.Н. Методический подход к оценке эндотелиальной дисфункции в эксперименте / И.Н. Тюренков, А.В. Воронков // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2008. - Т. 71, № 1. - С. 49-51.
  6. An S De Vriese1,Tony J. Verbeuren, Johan Van de Voorde, Norbert H Lameire and Paul M Vanhoutte Endothelial dysfunction in diabetes // British Journal of Pharmacology. 2009 130, Issue 5. Р. 963–974.
  7. Chen B. R., Kozberg M. G., Bouchard M. B., Shaik M. A., Hillman E. M. C. A critical role for the vascular endothelium in functional neurovascular coupling in the brain // J. Am. Heart Assoc. 2014 .3:e000787. 10.1161/JAHA.114.000787

References

  1. Zavisimost' mezhdu antioksidantnym dejstviem flavonoidov i ih vlijaniem na vazodilatirujushhuju funkciju jendotelija v uslovijah jendotelial'noj disfunkcii / I.N. Tjurenkov, A.V. Voronkov, A.A. Sliecansi dr. // Jeksperimental'naja i klinicheskaja farmakologija. - 2010. - T. 73. № 10. - S. 14-16.
  2. Ivanova A.S. Peretjatko L.P. Demidov V.I. Nazarov S.B. Vlijanie oksida azota na morfologiju placenty i aktivnost' placentarnyh makrofagov pri neoslozhnennoj beremennosti v jeksperimente // Arhiv patologii. 2014. N 4. S.35-38.
  3. Lysenko A.S. Ocenka autoreguljacii cerebral'noj gemodinamiki u krys pri jeksperimental'no vyzvannoj nedostatochnosti polovyh gormonov // Aktual'nye problemy jeksperimental'noj i klinicheskoj mediciny: materialy 73-j otkrytoj nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh i studentov VolgGMU s mezhdunar. uch., posvjashh. 80-letiju VolgGMU. – Volgograd, 2015. - S. 26-27.
  4. Murav'eva, N.A. Ocenka rabotosposobnosti, povedencheskogo statusa zhivotnyh i izmenenija vazodilatirujushhej funkcii jendotelija u krys na fone intensivnoj fizicheskoj nagruzki / N.A. Murav'eva, A.S. Lysenko // Aktual'nye problemy jeksperimental'noj i klinicheskoj mediciny: materialy 71-oj otkrytoj nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh i studentov VolgGMU s mezhdunar. uch. – Volgograd, 2013. - S. 8-9.
  5. Tjurenkov, I.N. Metodicheskij podhod k ocenke jendotelial'noj disfunkcii v jeksperimente / I.N. Tjurenkov, A.V. Voronkov // Jeksperimental'naja i klinicheskaja farmakologija. - 2008. - T. 71, № 1. - S. 49-51.
  6. An S De Vriese1,Tony J. Verbeuren, Johan Van de Voorde, Norbert H Lameire and Paul M Vanhoutte Endothelial dysfunction in diabetes // British Journal of Pharmacology. 2009 Vol. 130, Issue 5. R. 963–974.
  7. Chen B. R., Kozberg M. G., Bouchard M. B., Shaik M. A., Hillman E. M. C. A critical role for the vascular endothelium in functional neurovascular coupling in the brain // J. Am. Heart Assoc. 2014 .3:e000787. 10.1161/JAHA.114.000787