Влияние низкоинтенсивных ЭМИ на состояние тканевого кровотока в кожном лоскуте крыс

Полный текст

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

Об авторах

Алла Георгиевна Полякова

ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздра РФ

Email: ag.polyakova@yandex.ru

И. Е Сазонова

ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздра РФ

М. Г Воловик

ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздра РФ

П. В Перетягин

ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздра РФ

Д. В Захарова

ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздра РФ

Список литературы

Дополнительные файлы