https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3983
УДК 612.592:612.2:612.15
ИССЛЕДОВАНИЕ КРОВОТОКА В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ КРЫС ПРИ ИММЕРСИОННОМ ОХЛАЖДЕНИИ И ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ
Н.Н. Мельникова, Н.К. Арокина
ФГБУН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург, Россия
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Цель работы — изучить изменения скорости кровотока в головном мозге крыс в момент холодовой остановки дыхания и при искусственной вентиляции легких.
Материалы и методы. Эксперименты проведены на 8 наркотизированных крысах-самцах линии Wistar. Через трахейную канюлю животных подсоединяли к аппарату искусственного дыхания. Прижизненную микроскопию кровотока в пиальных микрососудах осуществляли с помощью микроскопа ЛЮМАМ-1. Регистрировали частоту дыхания и сердечных сокращений (АЦП L-Card), ректальную температуру и температуру продолговатого мозга. В ходе эксперимента крысы находились в холодной воде (8–10 ºС), искусственную вентиляцию легких начинали через 1,5 мин после холодовой остановки дыхания. Всего исследовали 150 микровенул диаметром от 12 до
40 мкм, скорость кровотока в них измеряли в момент остановки дыхания, через 1, 3, 10, 30 и 60 мин и при практически полной остановке кровотока в венулах.
Результаты и обсуждение. Остановка дыхания происходила при снижении температуры тела животных до 19,40±0,54 ºС, продолговатого мозга — до 21,80±0,72 ºС. При этом частота сердечных сокращений понижалась до 36,30±8,27 уд./мин, мозговой кровоток также снижался. В течение 1 мин после начала искусственного дыхания у всех крыс частота сердцебиений возрастала до 50–70 уд./мин, скорость мозгового кровотока повышалась на ~20%. Такой уровень кровотока сохранялся в течение 10 мин, затем наблюдалось его постепенное замедление, происходившее параллельно снижению температуры крыс и частоты сердечных сокращений. Остановка кровотока происходила через 90 мин от начала искусственной вентиляции легких при температуре тела животных 11,30±0,77 ºС и температуре мозга 16,70±0,48 ºС.
Заключение. При глубокой гипотермии, вызывающей прекращение собственного дыхания, применение искусственной вентиляции легких значительно увеличивает время эффективной работы сердца, обеспечивающей поддержание мозгового кровотока.
Ключевые слова: крыса, гипотермия, мозговой кровоток, частота дыхания, частота сердцебиений, искусственная вентиляция легких.
Литература
1. Шевелев О.А., Бутров А.В., Билибин Д.П., Ходорович Н.А., Каленова И.Е., Шаринова И.А. Нейропротективные свойства гипотермии. Современные проблемы науки и образования. 2012; 3: 101–107.
2. Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л., Плотников Г.П., Тихонов Н.С. Терапевтическая гипотермия: возможности и перспективы. Клиническая медицина. 2014; 9 (92): 9–16.
3. Sidhu S.S., Schulman S.P., McEvoy J.W. Therapeutic hypothermia after cardiac arrest. Curr. Treat. Options Cardio Med. 2016; 18: 30–42.
4. Бокерия Л.А., Голухова Е.З., Полунина А.Г., Бегачев А.В., Журавлева С.В., Лефтерова Н.П. Церебральный кровоток при операциях с искусственным кровообращением. Креативная кардиология. 2010; 1: 97–108.
5. Иванов К.П. Основы энергетики организма: Теоретические и практические аспекты. Т. 4. Энергоресурсы организма и физиология выживания. СПб.: Наука; 2004. 254.
6. Бочаров М.И. Терморегуляция организма при холодовых воздействиях. Вестник Северного (Арктического) федерального университета. 2015; 1: 5–15.
7. Новиков В.С., Горанчук В.В., Шустов Е.Б. Физиология экстремальных состояний. СПб.: Наука; 1998. 247.
8. Чуйкин А.Е., Федорова Т.Е. Газообмен и транспорт газов у глубоко охлажденных крыс в процессе медленного и быстрого отогревания с применением искусственной вентиляции легких. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1996; 82 (5-6): 77–86.
9. Иванов К.П. Гипоксия мозга и роль активных форм кислорода и недостатка энергии в дегенерации нейронов. Успехи физиологических наук. 2012; 43 (1): 95–110.
10. Алябьев Ф.В., Парфирьева А.М., Чесалов Н.П., Шамарин Ю.А., Осипов А.И. Функционально-морфологические изменения сердца при гипотермии. Сибирский медицинский журнал. 2008; 1 (вып. 1): 68–71.
11. Mel`nikova N.N., Petrova L.A. Effect of hypothermia-induced respiratory arrest on cerebral circulation in rats. Bull. Exp. Biol. Med. 2016; 160 (5): 593–595.
12. Иванов К.П., Арокина Н.К. Поддержание сердечно-сосудистой функции у глубоко охлажденного гомойотермного организма физиологическими методами без внешнего отогревания. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015; 160 (10): 400–403.
13. Арокина Н.К. Восстановление жизнедеятельности у глубоко охлажденных животных физиологическими методами без отогревания. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2013; 99 (10): 1214–1222.
https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3983
CEREBRAL BLOOD FLOW IN RATS UNDER IMMERSION COOLING AND MECHANICAL VENTILATION
N.N. Melnikova, N.K. Arokina
Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences,
St. Petersburg, Russia
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
The work objective is to study the changes in the cerebral blood flow rate in rats under cold respiratory arrest and mechanical ventilation.
Materials and Methods. The experiments were carried out on anesthetized Wistar male rats (n=8). Animals were connected to artificial respirator via tracheal cannula. Intravital microscopy of blood flow in pial microvessels was observed under LUMAM-1 microscope. Respiration and heart rates were registered by analog-to-digital convertor L-Card. Rectal temperature and the temperature of medulla oblongata were also measured. During the experiment rats were placed in cold water (8-10°C). Artificial pulmonary ventilation was initiated 1.5 minutes after cold respiratory arrest. A total of 150 microvenules (12 to 40 µm in diameter) were observed. The rate of blood flow was measured at respiratory arrest, in 1, 3, 10, 30 and 60 minutes and at almost full cessation of blood flow in venules.
Results and Dicussion. Respiratory arrest occurred when the animal body temperature was reduced to 19.40±0.54°C, and the temperature of medulla oblongata — to 21.80±0.72°C. At the same time the heart rate decreased to 36.30±8.27 beats per minute. Cerebral blood flow decreased as well. Within 1 min after artificial respiration the heart rate of rats increased to 50–70 beats per minute. The rate of cerebral blood flow gained 20%. Such a level of blood flow was maintained for 10 minutes. Then its gradual slowdown was observed along with decrease in temperature and heart rate. Cessation of blood flow occurred 90 minutes after artificial pulmonary ventilation. The temperature of the animal's body was 11.30±0.77 ºC, and the brain temperature was 16.70±0.48 ºC.
Conclusion. Under deep hypothermia causing respiratory arrest artificial pulmonary ventilation significantly increases effective heart function, thus maintaining the cerebral blood flow.
Keywords: rats, hypothermia, cerebral blood flow, respiratory rate, heart rate, artificial pulmonary ventilation.
References
1. Shevelev O.A., Butrov A.V., Bilibin D.P., Khodorovich N.A., Kalenova I.E., Sharinova I.A. Neyroprotektivnye svoystva gipotermii [Neuroprotective properties of hypothermia]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012; 3: 101–107 (in Russian).
2. Grigor'ev E.V., Shukevich D.L., Plotnikov G.P., Tikhonov N.S. Terapevticheskaya gipotermiya: vozmozhnosti i perspektivy [Therapeutic hypothermia: potential and prospects]. Klinicheskaya meditsina. 2014; 9 (92): 9–16 (in Russian).
3. Sidhu S.S., Schulman S.P., McEvoy J.W. Therapeutic hypothermia after cardiac arrest. Curr. Treat. Options Cardio Med. 2016; 18: 30–42.
4. Bokeriya L.A., Golukhova E.Z., Polunina A.G., Begachev A.V., Zhuravleva S.V., Lefterova N.P. Tserebral'nyy krovotok pri operatsiyakh s iskusstvennym krovoobrashcheniem [Cerebral blood flow in on-pump operations]. Kreativnaya kardiologiya. 2010; 1: 97–108 (in Russian).
5. Ivanov K.P. Osnovy energetiki organizma: Teoreticheskie i prakticheskie aspekty. Energoresursy organizma i fiziologiya vyzhivaniya [Body power system. Theoretical and applied aspects. Vol. 4. Energy resources of an organism and physiology of survival]. St Petersburg: Nauka; 2004. 254 (in Russian).
6. Bocharov M.I. Termoregulyatsiya organizma pri kholodovykh vozdeystviyakh [Thermoregulation in cold environments]. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal'nogo universiteta. 2015; 1: 5-15 (in Russian).
7. Novikov V.S., Goranchuk V.V., Shustov E.B. Fiziologiya ekstremal'nykh sostoyaniy [Physiology of extreme conditions]. St Petersburg: Nauka; 1998. 247 (in Russian).
8. Chuykin A.E., Fedorova T.E. Gazoobmen i transport gazov u gluboko okhlazhdennykh krys v protsesse medlennogo i bystrogo otogrevaniya s primeneniem iskusstvennoy ventilyatsii legkikh [Gas exchange and transport of gases in cooled rats during slow and fast warming with artificial pulmonary ventilation]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 1996; 82 (5-6): 77–86 (in Russian).
9. Ivanov K.P. Gipoksiya mozga i rol' aktivnykh form kisloroda i nedostatka energii v degeneratsii neyronov [Brain hypoxia and role of active forms of oxygen and energy deficit in neuron degeneration]. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 2012; 43 (1): 95–110 (in Russian).
10. Alyab'ev F.V., Parfir'eva A.M., Chesalov N.P., Shamarin Yu.A., Osipov A.I. Funktsional'no-morfologicheskie izmeneniya serdtsa pri gipotermii [Functional and morphological changes of the heart in hypothermia]. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal. 2008; 1 (1): 68–71 (in Russian).
11. Mel`nikova N.N., Petrova L.A. Effect of hypothermia-induced respiratory arrest on cerebral circulation in rats. Bull. Exp. Biol. Med. 2016; 160 (5): 593–595.
12. Ivanov K.P., Arokina N.K. Podderzhanie serdechno-sosudistoy funktsii u gluboko okhlazhdennogo gomoyotermnogo organizma fiziologicheskimi metodami bez vneshnego otogrevaniya [Maintenance of cardiovascular function in deeply cooled animals by physiological methods without warming]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny. 2015; 160 (10): 400–403 (in Russian).
13. Arokina N.K. Vosstanovlenie zhiznedeyatel'nosti u gluboko okhlazhdennykh zhivotnykh fiziologicheskimi metodami bez otogrevaniya [Resuscitation of vital activity in intensively cooled animals by physiological methods without warming]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2013; 99 (10): 1214–1222 (in Russian).