Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Физиология и морфология мозговых барьеров 11
1.2. Патологическая анатомия черепно-мозговой травмы 15
1.3 Ведущие патогенетические факторы травматической болезни головного мозга 17
1.3.1 Системный воспалительный ответ 17
1.3.2 Иммунные реакции организма при ТЧМТ 18
1.3.3. Нарушения обмена веществ в патогенезе травматической болезни головного мозга 20
1.3.4 Нарушения терморегуляции 21
1.3.5 Отек головного мозга 21
1.3.6 Стресс-реакция в патогенезе травматической болезни головного мозга 22
1.3.7 Нарушение перекисного окисления липидов в патогенезе травматической болезни головного мозга 29
1.3.8 Нарушения системы регуляции агрегатного состояния крови при травматической болезни головного мозга 30
1.3.9 Эндогенная интоксикация и травматическая болезнь головного мозга 37
1.3.10 Механизмы компенсации при интоксикации 44
Глава 2. Материал и методы исследования 50
2.1 Исследуемая группа 50
2.2 Лабораторные исследования 52
2.3 Оценка тяжести состояния больных 56
2.4 Методы статистического анализа 56
Глава 3. Результаты собственных исследований 62
3.1 Эндотоксикоз и нарушения белкового обмена у больных с травматической болезнью головного мозга 62
3.2 Нарушения водно-электролитного обмена у больных с травматической болезнью головного мозга 69
3.3 Расстройства системы регуляции агрегатного состояния крови у больных с травматической болезнью головного мозга 74
3.4 Нарушения углеводного обмена у больных с травматической болезнью головного мозга 78
3.5 Взаимосвязь метаболических показателей при травматической болезни головного мозга 80
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 1 87
Выводы 101
Практические предложения 102
Указатель литературы 103
Приложение 1 149
- Физиология и морфология мозговых барьеров
- Ведущие патогенетические факторы травматической болезни головного мозга
- Лабораторные исследования
- Эндотоксикоз и нарушения белкового обмена у больных с травматической болезнью головного мозга
Введение к работе
Актуальность исследования 5
Цель исследования 8
Задачи
исследования 8
Научная новизна 9
Основные положения, выносимые на защиту 9
Физиология и морфология мозговых барьеров
Патология головного мозга нередко является следствием нарушения мозгового барьера. Нельзя рассматривать патогенез травматической болезни головного мозга в отрыве от структуры и функции барьера. Комплекс контрольных систем, поддерживающих постоянство внутренней среды нервной ткани и оптимальные условия для деятельности нейронов, является результатом перекрестного взаимодействия между нейронами, глией, кровью и спинномозговой жидкостью и называется мозговым барьером [26].
Морфофункционально система мозгового барьера включает: - Гематоэнцефалический барьер - барьер между кровью и нейроном. - Ликвороэнцефалический барьер - барьер между ликвором и нейронами. - Гематоликворный барьер - барьер между ликвором и кровью.
Постоянство внутренней среды нервной ткани обеспечивается как динамическим обменом веществ в ткани, так и наличием специфических транспортных механизмов, работающих на стыке между кровью, тканью и ликвором. Рассмотрим механизмы транспорта, действующие или самостоятельно, или в комбинациях на различных уровнях мозгового барьера.
1. Общий поток. Различных размеров молекулы движутся совместно с жидкостью, в которой они растворены. Ликвор циркулирует в системе желудочков и в подпаутинном пространстве и в этой форме абсорбируется в венозные синусы.
2. Диффузия - перемещение молекул растворенного вещества с места их более высокой концентрации к месту более низкой концентрации. Особенно важна диффузия через мембрану в эндотелии капилляров. Путем диффузии в мозг попадает вода, мочевина и газы (02 и СОг).
3. Эндоцитоз (пиноцитоз). Жидкость, содержащая крупные молекулы или частицы, окружена мембраной и в форме пузырьков переносится цитоплазмой клетки (везикуляция). Это сравнительно медленный процесс, и в капиллярах мозга он играет незначительную роль [175].
4. Опосредованный транспорт (облегчение диффузии) основан на существовании специфической молекулы-переносчика, имеющей специфические места связывания для транспортируемого вещества, которое она переносит через мембрану, обычно непроницаемую для данного вещества [175]. Транспорт происходит с места более высокой концентрации к месту более низкой и не нуждается в дополнительной затрате энергии. Как и ферментативная реакция, этот процесс может угнетаться химически и стерически близкими веществами. Этот механизм объясняет стереоспецифичность и независимость от концентрации транспорта аминокислот и гексоз [175].
5. Проникновение веществ против градиента концентрации происходит с помощью активного транспорта, который требует специфического переносчика и затрат энергии, получаемой в процессе метаболизма.
Представление о наличии в головном мозге специфического барьера между кровью и тканью сложилось на границе XIX—XX веков после классических опытов Erlich и Goldmann, которые впрыскивали в вену и в ликвор анилиновые красители (синь Эванса и трепановую синь). После внутривенного введения большая часть органов оказывалась окрашенной, но мозг, за исключением plexus chorioideus и циркумвентрикулярных органов, не окрашивался. Красители, введенные непосредственно в ликвор, проникали в мозг сравнительно легко.
Морфологически барьер состоит из следующих элементов [26]: 1. Эндотелий капилляра. 2. Базальная мембрана капилляра. 3. Астроцит. 4. Мембрана нейрона.
Химический состав межклеточной жидкости мозга и спинномозговой жидкости практически одинаков [26, 137].
Обмен веществ между кровью и ликвором осуществляется на границе между сосудами plexus chorioideus и мягкими оболочками мозга в обоих направлениях, тогда как между ликвором и сосудами твердой мозговой оболочки транспорт идет только в одном направлении (выход). С морфологической точки зрения, здесь имеют место структуры, отличающиеся от гематоэнцефалического барьера, однако и здесь работают те же механизмы [175].
В области plexus chorioideus барьер лежит на уровне клеток выстилки, секвестрирующих ликвор. В капиллярах plexus chorioideus имеется фенестрация эндотелия, так что вещества с крупной молекулой легко проникают в интерстиций. Ликвор содержит очень мало белков и по своему составу существенно отличается от плазмы. Резорбция ликвора происходит на нескольких уровнях и различными механизмами [26]. Ликвор как общий поток резорбируется, в первую очередь, в области сосудов твердой мозговой оболочки. Некоторые вещества резорбируются при помощи специальных транспортных механизмов [26]. Таким образом, спинномозговая жидкость выполняет дренажную функцию, позволяя устранить вещества, удаление которых в достаточной степени по кровеносному руслу ЦНС невозможно.
Хотя устойчивость гематоэнцефалического барьера к внешним воздействиям достаточно высока, однако некоторые экстремальные воздействия могут резко увеличивать его проницаемость [137].
Барьерные свойства капилляров головного мозга рассматриваются как проявление их филогенетической специализации. Таким образом, в случае увеличения проницаемости капилляров происходит их возврат к более простому и общему состоянию. Существуют следующие патогенетические факторы прорыва гематоэнцефалического барьера [26]: 1. Гиперкапния. Повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера при гиперкапнии связано с дилатацией церебральных сосудов и со сдвигом рН. 2. Судорожная активность. При судорожной активности резко увеличивается обмен в нейронах, что вызывает накопление вазоактивных метаболитов и тканевой ацидоз [26] . 3. Артериальная гипертензия обусловливает высокое давление в мозговых капиллярах, что вызывает дилатацию и повышение их проницаемости. 4. Осмотические сдвиги, прежде всего, гиперосмолярность плазмы. 5. Гипоксия и ишемия [26]. 6. Травма - механическая, термическая [26]. 7. Химические повреждения, в том числе мембранотоксичными веществами эндогенной природы — такими, как полипептиды средней молекулярной массы [26]. 8. Эмболия церебральных сосудов. 9. Воспаление.
Ведущие патогенетические факторы травматической болезни головного мозга
В норме, нервная ткань отделена от иммунной системы гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ), обеспечивающим сохранение гомеостаза головного мозга. При повреждении мозговой ткани, помимо разрушения нервной ткани, происходит повышение проницаемости ГЭБ и, как следствие, контакт иммунокомпетентных клеток с антигенами поврежденной коры головного мозга, являющимся аутоантигенами [133]. Контакт аутоантигенов с иммунокомпетентными клетками запускает в динамике целый каскад реакций, формирующий синдром острого воспалительного ответа [200]. У воспалительной реакции, возникающей при травме головного мозга, есть свои особенности, обусловленные особенностями структуры (макро- и микро-) и функции мозга. Воспалительная реакция разыгрывается на фоне: — высокого содержания липидов в мембранах нейронов и глиалъных клеток; — высокого уровня органного кровотока - головной мозг, составляя 2% от массы организма, потребляет 15—20% сердечного выброса; — высокого уровня тканевого обмена.
Следовательно, воспалительная реакция при ТЧМТ носит выраженный гиперергический характер [29, 64].
Острый воспалительный ответ приводит к синтезу и высвобождению цитокинов как в головном мозге, так и во всем организме [29]. Активируются и мобилизируются макрофаги головного мозга - астроциты, микроглия. Происходит миграция нейтрофилов к очагу размозжения. Высвобождаются многочисленные медиаторы, такие как интерлейкины, хемокины, TNF-d, интерфероны, факторы роста, что приводит к запуску огромного каскада воспалительных реакций, как местных, так и генерализованных [29], составляющих суть воспалительного процесса.
Важную роль в патогенезе воспаления при ТЧМТ принадлежит повреждению эндотелия сосудов. При этом высвобождаются многочисленные медиаторы как вазоконстрикции, так и вазодилятации, такие как простагландины, оксид азота (NO), эндотелины. Освобождаются сигнальные молекулы, участвующие во взаимодействии эндотелия и клеток крови [89].
Как уже отмечалось, детрит коры головного мозга содержит антигены, которые воспринимается иммунной системой в качестве аутоантигенов. В плазматических клетках начинается синтез противомозговых антител (IgG). Эти антитела связываются с мозговыми аутоантигенами. Возникающие циркулирующие иммунные комплексы фиксируются на эндотелии и при участии компонентов комплемента повреждают эндотелий сосудов различных органов, прежде всего, церебральных (вторая по значимости мишень -легочные сосуды). Затем активируется клеточное звено иммунной системы. Иммунные реакции тесно связаны с нарушением мозгового барьера и образуют порочный круг следующего вида [26]:
Кроме этого, циркулирующие иммунные комплексы инициируют свое патогенное действие, активируя фактор Хагемана, запуская каскад реакций, вызывающих диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови [235]. Иммунологические процессы при ТЧМТ носят выраженный стадийный характер. В остром периоде выделяют три фазы течения иммунного ответа [66]: - фаза стресс-реакции (первые — третьи сутки с момента травмы); - фаза максимальных изменений в иммунной системе (седьмые — двадцать первые сутки); - фаза нормализации.
Важнейшей особенностью иммунологических процессов в патогенезе травматической болезни головного мозга является то, что поражаются центральные органы регуляции иммуногенеза, такие как таламус, ретикулярная формация, лимбические структуры [200]. В эксперименте показано, в частности, что при повреждении передних отделов гипоталамуса происходит снижение интенсивности иммунных реакций. Иммунная реакция организма на черепно-мозговую травму носит ярко выраженный характер гиперчувствительности замедленного типа, илж аллергической реакции клеточно-опосредованного типа (IV тип по Gell et Coombs).
Основными антигенами, выявляемыми в крови, являются основной белок миелина - нейрональный маркер, и белки 14-3-2 и S-100, являющиеся маркерами глии [145]. При тяжелой черепно-мозговой травме преобладает антителообразование к нейрональному маркеру. Реакции гиперчувствительности замедленного типа, отражающие клеточную аутосенсибилизацию при тяжелой ЧМТ, наиболее выражены к основному белку миелина и белку 14-3-2, а при легком ушибе - к белку S—100 [145].
Сенсибилизация лимфоцитов к тканевым антигенам головного мозга начинется с первых суток посттравматического периода. Она достигает максимума на седьмые сутки [103].
Лабораторные исследования
Для анализа и разработки критериев эндотоксикоза у больных с ТБГМ использованы результаты клинических наблюдений и лабораторных исследований 150 больных в возрасте от 19 до 45 лет (82 мужчины и 68 женщин) с тяжелой черепно-мозговой травмой, находившихся на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии Городской клинической больницы скорой медицинской помощи №1 г. Омска в течение 2004-2005 годов. Средний возраст больных составил 32,9±7,99 года. Критерии включения: - Больные с изолированной черепно-мозговой травмой - Возраст 19 — 45 лет Критерии исключения: - Сочетанная и комбинированная травма - повреждения костного скелета, внутренних органов; - Сопутствующая тяжелая соматическая патология; - Сахарный диабет; - Алкогольное опьянение, другие экзогенные интоксикации, лабораторно подтвержденные; - Общее переохлаждение; - Возраст старше 45 лет и моложе 19 лет. По клиническим формам черепно-мозговой травмы больные распределились следующим образом (табл. 2):
Все больные получали стандартный комплекс интенсивной терапии травматической болезни головного мозга, включавший в себя нейровегетативную коррекцию, респираторную поддержку, инфузионно-трансфузионную терапию в режиме нормогидратации, при необходимости инотропную поддержку, противоотечную, антибактериальную и ноотропную терапию, коррекцию расстройств системы PACK, энтеральное питание.
Все больные были разделены на 3 группы. В группу А вошли больные (51 человек), погибшие в ранние сроки течения травматической болезни головного мозга- до 10 суток. В группу В включены 53 пациента, умершие в поздние сроки (более 10 суток) или выздоровевшие с формированием значительного неврологического дефицита. Группу С составили 46 больных, выздоровевших с умеренным неврологическим дефицитом или без него. Контрольную группу составили 30 человек - летный состав авиакомпании «Омскавиа», проходившие врачебную летно-экспертную комиссию в поликлинике АО «Омский аэропорт» и допущенные к летной работе без ограничений. Средний возраст контрольной группы 34,3 года.
Оценка степени эндотоксикоза осуществлялась с позиций системного анализа, когда органы и ткани рассматриваются как компоненты физиологических систем, которые в совокупности обеспечивают гомеостаз организма. Поэтому для решения поставленных задач использовался широкий спектр значимых с позиций гомеостаза лабораторных исследований.
Общий анализ крови включал в себя определение следующих показателей: содержание эритроцитов, тромбоцитов, гемоглобина в 1 литре крови, скорость оседания эритроцитов и лейкоцитарный индекс интоксикации. Содержание гемоглобина определяли методом Сали с использованием колориметра ГС-2. Лейкоцитарный индекс интоксикации определяли по методу Я.Я. Кальф-Калифа [Ю.В.Первушин, 1993]. Расчет ЛИИ не требует специальных методов окраски мазка. После определения лейкоцитарной формулы он рассчитывается по формуле: ЛИИ - (С + 2Д + 3/О + 4М,)ЧЯл + 0 Общий белок в плазме определяли унифицированным способом (биуретовый метод) с использованием набора реактивов фирмы "Lachema" (Чехия) [В.Г.Колб, В.С.Камышников, 1982]. Принцип данного колориметрического метода состоит в том, что белки сыворотки крови, реагируя в щелочной среде с сернокислой медью, образуют соединения, окрашенные в фиолетовый цвет. Пробы колориметрировали на ФЭК при зеленом светофильтре (максимум поглощения при 540 - 560 нм). Показатели оптической плотности учитывали в сравнении с таковыми контрольной пробы. Расчет вели по калибровочной кривой.
Концентрацию полипептидов средней молекулярной массы определяли методом, основанным на прямой спектрофотометрии при длине волны 254 нм депротеинизрованного супернатанта, полученного после осаждения белков 10% раствором трихлоруксусной кислоты [Н.И.Габриелян, Н.И.Липатова, 1984].
Мочевину определяли диацилмонооксимным способом с использованием набора реактивов фирмы "Lachema" (Чехия) [В.Г.Колб, В.С.Камышников, 1982]. Мочевина образует с диацетилмонооксимом в присутствии тиосемикарбазида и солей железа в кислой среде окрашенные вещества, интенсивность окраски которых пропорциональна содержанию мочевины в сыворотке крови и в моче. Измерение оптической плотности проб проводили на фотоэлектроколориметре при зеленом светофильтре (500 - 560 нм) относительно контрольной пробы (дистиллированная вода). В стандартной пробе вместо сыворотки использовали 0,2 мл стандартного раствора мочевины. Расчет проводили по формуле: X = - х 16,65, где Дет X - концентрация мочевины (ммоль/л) Доп - оптическая плотность опытной пробы Дет - оптическая плотность стандартной пробы 16,65 — концентрация мочевины (ммоль/л) в стандартном растворе
Креатинин определяли колориметрическим методом по цветной реакции Яффе (метод Поппера) с использованием набора реактивов фирмы "Lachema" (Чехия) [В.Г. Колб, B.C. Камышников, 1982]. Метод основан на том, что в результате реакции креатинина и пикриновой кислоты в щелочной среде образуется окрашенное соединение, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации креатинина. Пробы колориметрировали при длине волны 500 - 560 нм (зеленый светофильтр) относительно контрольных проб. Стандартную пробу проводили аналогично опытной, только вместо сыворотки брали 2 мл рабочего стандартного раствора. Содержимое пробирки не центрифугировали.
Концентрацию креатинина рассчитывали по формуле: ЛГ=Д х 0,088
Дет где X - содержание креатинина в сыворотке крови Доп — оптическая плотность опытной пробы Дет — оптическая плотность стандартной пробы 0,088 — концентрация креатинина в стандартной пробе
Содержание ионов хлора в сыворотке крови устанавливали с помощью меркуриметрического метода с индикатором дифенилкарбазоном с использованием набора реактивов фирмы "Lachema" (Чехия). [В.Г. Колб, B.C. Камышников, 1982]. При титровании сыворотки крови нитратом ртути в присутствии индикатора дифенилкарбазона образуется комплекс, окрашенный в си не-л иловый цвет.
Для определения концентрации натрия и калия в плазме крови использовали ионоселективный анализ. Определение содержания ионов натрия и калия проводили прямым (в неразведенной пробе) способом с использованием ионоселективных электродов, т.к. прямые методы не подвержены влиянию гиперпротеинемии и гиперлипидемии. Специфичность электродов для Na по отношению к К составляет 1:1000.
Эндотоксикоз и нарушения белкового обмена у больных с травматической болезнью головного мозга
В процессе исследований был изучен характер изменений показателей эндотоксикоза: динамика лейкоцитоза, лейкоцитарного индекса интоксикации (ЛИИ) и фракции средних молекул у больных с различными исходами травматической болезни головного мозга. Это касалось больных с ТЧМТ с летальным исходом (группа А), больных с тяжелой черепно-мозговой травмой с неблагоприятным (тяжелый неврологический дефицит) исходом (группа В), больных с ТЧМТ с благоприятным (незначительный неврологический дефицит или полное выздоровление) исходом (группа С).
Взаимосвязь между тяжестью травматической болезни головного мозга и метаболическими показателями была установлена с учетом характера ее изменений в течение периода наблюдения. Динамика тяжести состояния больных различных групп представлена в таблице 5.
Видно, что у пациентов группы А тяжесть состояния высокая при поступлении (большинство больных поступали в коме, на продленной ИВЛ, около 50% - в условиях инотропной поддержки гемодинамики), повышалась в динамике, достигая максимума к 4 - 5-м суткам. У пациентов группы В тяжесть состояния при поступлении на том же уровне, что у группы А, при этом на фоне проводимой терапии отмечалось медленное снижение тяжести состояния. У пациентов группы С отмечается при изначально менее тяжелом состоянии отчетливая положительная динамика.
Динамика лейкоцитоза представлена в таблице 6. Исходные значения составляют 15,5 10% в группе А; 15,21 10% - в группе В; 10,11 109/л - в группе С.
Примечание: Достоверные значения (Р 0,05) по сравнению с исходными л значениями, с контролем, меэюду подгруппами
Как следует из таблицы, у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой отмечался высокий нейтрофильный лейкоцитоз, начиная с первых часов травматической болезни головного мозга. В динамике наблюдалось повышение лейкоцитоза к 4-5-м суткам на 46,15% в группе А; на 34% - в группе В и на 50,6% - в группе С. После 5 суток наблюдения отмечалась тенденция к снижению количества лейкоцитов у пациентов групп В и С. У пациентов групп А и В выявлялся ядерный сдвиг нейтрофилов в лейкоцитарной формуле, у 14 больных группы А и 8 больных группы В к 5-м суткам наблюдалась токсическая зернистость в цитоплазме нейтрофилов и вакуолизация цитоплазмы. У контрольной группы показатели лейкоцитоза оставались в пределах нормативных значений.
Динамика лейкоцитарного индекса интоксикации представлена в таблице 7. Исходный уровень ЛИИ составил 5,5±0,41 в группе А; 3,5±0,24 - в группе В; 3,5±0,24 - в группе С, то есть, у всех больных с тяжелой черепно мозговой травмой уже с первых часов травматической болезни головного мозга отмечалась тяжелая воспалительная реакция и выраженный эндотоксикоз.
Отмечался высокий уровень ЛИИ с первых часов посттравматического периода у больных всех групп. Анализ полученных данных показал, что динамика ЛИИ во всех группах больных единообразна: наблюдалось повышение ЛИИ, достигавшее максимума к 4-5-м суткам посттравматического периода. Повышение составляет, в сравнении с 1-ми сутками наблюдения, 49,09% в группе А, 102,86% - в группе В, 48,57% - в группе С. В сравнении с контрольной группой - 400% в группе А, 218% - в группе В и 218% - в группе С. Таким образом, изменения уровней лейкоцитоза и ЛИИ имеют значительное сходство.
В связи с тем, что нарушения белкового обмена являются одним из ведущих факторов патогенеза эндотоксикоза, его исследование имеет принципиальное значение. Была изучена динамика уровня общего белка, фракции средних молекул, креатинина, мочевины у больных с различными-исходами травматической болезни головного мозга. Кроме того, в соответствии с задачами исследования была определена взаимосвязь между тяжестью состояния больного и исследуемыми показателями. Полученные данные, характеризующие изменения в содержании общего белка плазмы крови представлены в таблице 8.
У пациентов групп А и В содержание общего белка плазмы крови снижалось на 27,78% и 24,66% соответственно, начиная с первых суток травматической болезни головного мозга. Минимальный уровень отмечался во всех группах к 5-6-м суткам наблюдения. У пациентов группы С снижение содержания общего белка оказалось менее выраженым (на 13,89%). По отношению к контролю, снижение уровня общего белка плазмы составляет 28% в группе А, 24% - в группе В-и 14% - в группе С. Уровень общего белка в контрольной группе оставался в пределах нормативных значений.
