The influence of low intensity EMR on the state of tissue blood flow in the skin loskute of rats

Full Text

Введение Пластические процессы соединительной ткани происходят на фоне ее усиленного функционирования, что требует активизации тканевого кровотока [1]. В этой связи представляется актуальным вопрос о возможности целенаправленного запуска сосудистых реакций в ишемических зонах с помощью немедикаментозных методов стимуляции восстановительной регенерации поврежденных тканей, особенно при наличии ее дефицита. Особый интерес для воздействия на микро-циркуляторное русло представляет электромагнитное излучение (ЭМИ) крайне высокочастотного (КВЧ) и терагерцового (ТГЧ) диапазонов (10 ГГц-10 ТГц), которое генерируется живыми системами и используется в процессе «безпомеховых» межклеточных коммуникаций [2, 3]. Важным аспектом ТГЧ диапазона является наличие в нем частот межуровневых переходов некоторых неорганических веществ: линии воды, кислорода, CO, СО2, NO, а также больших органических молекул: ДНК, белка и т.д., что представляет особый интерес для организма [3-6]. В отечественной и зарубежной литературе опубликованы работы, в которых представлены биологические эффекты данного диапазона ЭМИ, развивающиеся в рамках общего адаптационного синдрома, в том числе спазмолитическое действие на гладкую мускулатуру сосудистых стенок [7-11]. Доказано, что наиболее эффективно воздействие на организм через точечные рефлексогенные зоны [12-14]. Определение направленности действия сигналов ЭМИ КВЧ и ТГЧ шумового режима излучения на микроциркуляцию с оптимизацией частотно-энергетических пара метров воздействия позволит более успешно применять их в клинике. Цель исследования - экспериментальное изучение влияния низкоинтенсивного электромагнитного излучения в диапазоне частот, содержащих спектры излучения и поглощения основных молекул-метаболитов, на состояние тканевого кровотока в пересаженном кожном лоскуте крыс. Материалы и методы Эксперимент проводился на лабораторных животных (крысах-самцах породы Wistar массой 410-460 г). Все крысы находились в одинаковых условиях. Эксперименты проводили в соответствии с требованиями Женевской конвенции «International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals» (Geneva, 1990). Нарушения во внутрисосудистом компоненте микроциркуляции моделировались с помощью модифицированной методики выкраивания дорзального кожного лоскута [15]. Под внутримышечным наркозом (золетил+ксила) на спинке крыс формировался кожный лоскут на питающей ножке с осевым типом кровообращения. Это приводило к возникновению острого нарушения кровообращения, что позволяло использовать данную модель для изучения как положительного, так и отрицательного влияния физических факторов на «выживаемость» лоскута. Животные (14 крыс) были разделены на две группы, одна из которых после операции не подвергалась воздействию и являлась контрольной. Животные второй (опытной) группы ежедневно облучались модифицированным прибором «Амфит» [16] с шумовым диапазоном Экспериментальные и доклинические исследования в восстановительной медицине 25 Вестник восстановительной медицины № 6·2014 частот (110-170ГГц), содержащим спектры излучения и поглощения молекул кислорода и оксида азота. Курсовое воздействие проводилось в течение семи дней, 1 раз в сутки. За сеанс животные получали дозу ЭМИ 1,2 мДж (в соответствии с 10-минутной экспозицией воздействия). Контактно облучалась зона основания перемещенного лоскута в затылочно-воротниковой области, где локализованы в большом количестве рецепторные окончания, сосуды микроциркуляторного русла, лимфатические сосуды, тучные клетки, которые считаются первичными мишенями для волн миллиметрового диапазона [14]. Предварительно за сутки до оперативного вмешательства и регистрации исходных данных кровотока проводилось выщипывание волосяного покрова. Операционное поле обрабатывалось спиртовым раствором хлоргексидина. После разметки на спинке крысы выкраивался лоскут, включающий в себя кожу и собственную мышцу кожи размером 3 см на 10 см с основанием на горизонтальной линии, соединяющей углы лопаток. Затем лоскут без натяжения укладывался на место и пришивался узловыми швами атравматичным шовным материалом 4.0. (рис. 1). Воздействие ЭМИ начинали в день оперативного вмешательства и продолжали ежедневно до седьмых суток. Во время операции и в ходе обследований (на 3 и 7 сутки) животные находились под внутримышечным наркозом. Во время облучения ненаркотизированв ные крысы фиксировались в пенале из органического стекла в положении лежа на животе. Перед операцией, после нее, на 3 и 7 сутки параллельно с облучением проводился клинический осмотр с регистрацией визуальной картины (фотоархивирование). Определение площади ишемических нарушений проводилось путем наложения прозрачного разлинованного трафарета. Контроль динамики микроциркуляции в оперированном лоскуте осуществлялся по данным тепловизи-онного (ТВ) метода и лазерной доплеровской флоуме-трии (ЛДФ). Несмотря на то, что тепловидение является методом косвенной оценки тканевого кровотока, многочисленными исследованиями последних лет он признан эффективным для неинвазивного отображения пространственно-временной карты микроциркуляторных реакций в участке коже на основе пространственного распределения температуры по ее поверхности [17, 18]. Исследование проводили с помощью тепловизора Thermo Tracer ТН-9100 WR (Nec, Япония) в помещении с постоянной температурой 20-22оС. Температура кожного лоскута измерялась в проксимальном (зона 2), срединном (зона 3) и дистальном (зона 4) отделах и сравнивалась с референтной областью (зона 1), локализованной вне лоскута. Полученные ТВ данные обрабатывали с помощью профессионального программного обеспечения Radiometric Complete Online D 5.1.1.011-23.01.2012. г Рис.1. Этапы операции дорзального кожного лоскута на питающей ножке с осевым типом кровообращения. А - разметка, Б - выкраивание и отсепаровка лоскута, В - укладывание лоскута, Г - фиксация кожного лоскута. 26 Экспериментальные и доклинические исследования в восстановительной медицине Вестник восстановительной медицины № 6·2014 Параллельно с ТВ исследованием в тех же областях кожного лоскута с помощью ЛДФ оценивали интегральный показатель микроциркуляции (ПМ), характеризующий степень перфузии ткани кровью с помощью лазерного анализатора кровотока ЛАКК-М (НПП «Лазма», Россия) с применением вейвлет-анализа, оценивали изменения микрокровотока [19]. Результаты и их обсуждение Перед операцией кожные покровы в зоне предполагаемого оперативного вмешательства, подготовленные путем эпиляции, визуально не были изменены, имели обычную окраску. Клинически в контрольной группе с первых суток наблюдалась ишемия кожных покровов в дистальном отделе выкроенного лоскута (примерно в половине лоскута), которая нарастала к 3 суткам, и к 7 суткам формировался некроз на 42,5-60% площади (в среднем 46,5%). В опытной группе клинически с первых суток наблюдалась краевая ишемия кожных покровов в дистальном отделе выкроенного лоскута, которая к 7 суткам формировалась в некрозы площадью от 10% до 41,67% (в среднем 26,33%), что свидетельствует об уменьшении нарушений микроциркуляции и выраженном сокра щении площади некроза в данной группе по сравнению с контрольной. В качестве иллюстративных примеров приводим фото, отражающие состояние кожного лоскута у крыс из контрольной (а) и опытной (б) групп. По ТВ данным, у большинства из оперированных животных контрольной группы в динамике отмечалось прогрессивное снижение температуры в области краев лоскута. На 7 сутки по сравнению с исходными данными увеличился разброс цифровых значений и перепад температур по длиннику лоскута. На 7 сутки у крыс данной группы регистрировались ТВ признаки начала формирования некроза, зона которого составила 30-45% площади дистальной части лоскута (рис. 3). Динамика ТВ данных (рис. 4), совпадая с клиническими, показала снижение температурных значений к 7 суткам, начиная с середины лоскута, с нарастанием в дистальном направлении. В плане оценки площади некроза ТВ метод оказался наиболее информативен на этом этапе эксперимента. В дальнейшем границы сформировавшегося некроза тепловизионно оказалось определить сложнее, так как процессы в подлежащих тканях вносят свой вклад в термопаттерн. а б Рис. 2. Клиническая картина состояния кожного лоскута на 7 сутки наблюдения в контрольной (А) и опытной (Б) группах. б а Рис. 3. Термокарты крысы контрольной группы. А - исходная до начала эксперимента. Б - на 7 сутки после операции. Области измерения: 1 - референтная, 2 - основание лоскута, 3 - середина лоскута, 4 - край лоскута. Область 1 на Б - контуры некроза (площадь 39% поверхности лоскута). В центре - шкала температур. Экспериментальные и доклинические исследования в восстановительной медицине 27 Вестник восстановительной медицины № 6·2014 Полученные данные ЛДФ по контрольной группе животных также совпали с клиническими результатами, согласно которым к 3 суткам после операции нарастали ишемические изменения (рис. 5). В среднем отделе лоскута регистрировалось снижение ПМ в 2 раза по сравнению с исходным значением (до оперативного вмешательства). К 7 суткам в этой группе животных в среднем отделе лоскута значения ПМ снизились еще в 2 раза. В дистальном отделе у всех животных обеих групп был зарегистрирован ПМ, равный нулю, что свидетельствовало о некротических изменениях в кожном лоскуте. Это совпадало с тенденцией, зарегистрированной с помощью ТВ контроля (см. рис. 3 Б). В опытной группе животных зарегистрирована иная динамика как температурных, так и микроциркулятор-ных изменений. По ТВ данным, на 7 сутки также отмечались признаки формирования зоны некроза, площадь которого, в среднем, оказалась меньше, чем в контрольной группе (рис. 6). Крысаконтрольной группы Рис. 4. Динамика температур на этапах эксперимента (исходно, 3, 7, 14 сутки) в референтной области и на участках лоскута (основание, середина, край) у крысы контрольной группы. Крыса контрольной группы - Референтная -Основание -Середина -Край Рис. 5. Динамика показателя микроциркуляции у крысы контрольной группы Рис. 6. Термокарта крысы опытной группы на 7 сутки после операции. Области измерения - см. рис. 3. Область 1 - контуры некроза (площадь 26% поверхности лоскута). Справа - шкала температур. 28 Экспериментальные и доклинические исследования в восстановительной медицине Вестник восстановительной медицины № 6·2014 В то же время, максимальное снижение температур имело место на 3 сутки после операции, а к 7 суткам произошло повышение температуры, наиболее выраженное в проксимальных отделах лоскута (рис. 7). По данным ЛДФ, в опытной группе на 7 сутки ПМ в среднем отделе лоскута по сравнению с исходным уровнем снизился незначительно, что свидетельствует о возможном адаптационном влиянии ЭМИ изучаемого диапазона (рис. 8). Сравнительный анализ результатов клинических, ТВ и ЛДФ методов показал, что в опытной группе животных, облучавшихся ЭМИ, в частотном диапазоне которого содержатся спектры основных молекул-метаболитов, степень необратимых сосудистых изменений в лоскуте менее выражена по сравнению с контролем. Поскольку наиболее общими среди всех микроцир-куляторных расстройств являются локальный спазм сосудов и снижение скорости кровотока, зарегистрированные данные подтверждают спазмолитический механизм действия электромагнитного излучения шумового диапазона 110-170ГГц на гладкомышечную сосудистую стенку животных. Дальнейшие эксперименты на животных позволят выявить комбинации частотно-энергетичских параметров излучения, способных наиболее точно и целенаправленно регулировать восстановительные реакции организма в микрососудистом русле в процессе заживления кожных ран. Заключение. Таким образом, на модели пересаженного кожного лоскута у крыс экспериментально зарегистрировано влияние электромагнитных волн терагер-цового диапазона, содержащего спектры излучения и поглощения основных молекул-метаболитов, в качестве управляющих сигналов для активизации процессов микроциркуляции. Результаты имеют важное прикладное значение для разработки способов стимуляции трофической поддержки репаративных процессов в очаге поражения у пациентов травматолого-ортопедического профиля. Крыса опытной группь ■ Референтная - Основание - Середина - Край Рис. 7. Динамика температур на этапах эксперимента (исходно, 3, 7, 14 сутки) в референтной области и на участках лоскута (основание, середина, край) у крысы опытной группы. Крыса опытной группы Референтная - Основание - Середина Край Рис. 8. Динамика показателя микроциркуляции в оперированном лоскуте у крысы опытной группы в течение недельного наблюдения. Экспериментальные и доклинические исследования в восстановительной медицине

About the authors

A. G Polyakova

«The Nizhny Novgorod Institute of Traumatology and Orthopedics»

Email: ag.polyakova@yandex.ru

J. E Sazonova

«The Nizhny Novgorod Institute of Traumatology and Orthopedics»

M. G Volovik

«The Nizhny Novgorod Institute of Traumatology and Orthopedics»

P. V Peretyagin

«The Nizhny Novgorod Institute of Traumatology and Orthopedics»

D. V Zakharova

«The Nizhny Novgorod Institute of Traumatology and Orthopedics»

References

Supplementary files