Углеводный обмен мозга в условиях гипоксии

Т.Ю. Гусейнов

Анестезиология и реаниматология 3  стр. 14-17 (1991)

    Реферат

    Using the data of arteriovenous differences, it has been for the first time demonstrated that patients with severe craniocerebral trauma (SCST) are characterized by glucose release by brain tissue combined with (p less than 0.05) pyruvate consumption. The above phenomenon is more often (p less than 0.05) associated with a more favourable course of SCST. A hypothesis is suggested of carbohydrate synthesis in hypoxia-affected brain tissues as a natural compensatory process. Conditions for gluconeogenesis are formed round macro- and microareas of brain damage with anaerobic metabolism bordering on tissues with aerobic metabolism. The process is responsible for energy and metabolic integration of disintegrated structures. Biological expediency of gluconeogenesis is glucose supply of anaerobic metabolism area with utilization of toxic metabolites, indirect energy maintenance of the affected area. Literature data supporting the hypothesis are presented.

    Текст

    Т. Ю. Гусейнов
    УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН МОЗГА В УСЛОВИЯХ ГИПОКСИИ
    Кафедра анестезиологии и реаниматологии Московской меди­цинской академии им. И. М. Сеченова
    Известно, что гипоксия головного мозга со­провождается увеличением потребления его тканью глюкозы с соответствующим увеличением образования лактата и пирувата. Это находит отражение в оттекающей от мозга крови и про­является положительной артериовенозной раз­ностью (АВР) по глюкозе (АВРГ) и отрица­тельной АВР по лактату (АВРЛ) и пирувату (АВРП).
    Изучая метаболизм мозга у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой (ТЧМТ), мы получили парадоксальные результаты, которые можно трак-товать как выделение тканью мозга глюкозы и поглощение пирувата. Полученные результаты, как и объясняющая их гипотеза, вошли в ма­териалы нашей работы [11. В последнее время описанный феномен стал объектом внимания дру­гих исследователей [8], подтвердивших его ре­альность.
    Материал и методы. У 57 больных в период общей анестезии и операции по поводу ТЧМТ исследовали 144 пар­ные пробы артериальной (бедренная артерия) и оттекающей от мозга (луковица внутренней яремной вены) крови. Из них 30 больных оперированы в условиях комбинированной анестезии с предоперационной краниоцеребральной гипотермией (КЦГ) и 27 — в условиях комбинированной анестезии барбитуратами с фентанилом (доза тиопентал-натрия за пе­риод операции 1,83±0,08 г.). Практически одновременное, взятие артериальной и венозной крови проводили до наркоза и после операции, а в случае предоперационной КЦГ — также и после активной гипотермии. Содержание глюкозы определяли ортотолуидиновым методом, а в 24 случаях дублировали глюкозооксидазным методом с использованием реактивов фирмы «Фермогност» спектрофотометрически. Содержание лактата и пирувата определяли с помощью реактивов фирмы «Берингер» на спектрофотометр «Спектроном-201», кислотноосновное равновесие (КОР) крови :— микрометодом Астру па.
    Ушиб мозга средней и тяжелой степени на фоне его сдавления был у 89,4 % "больных, оперированных в условия КЦГ (летальность 54 %) и у 84,6 % больных, оперирован ных в условиях анестезии барбитуратами с фентанило-(летальность 46 %).
    Результаты обрабатывали статистически с использованием
    критериев Стьюдента, точного метода Фишера и Вилкоксона — Манна — Уитни.
    Результаты исследования. Для анализа резуль­татов исследований при каждой методике анесте­зии больных разделяли на 2 группы. У боль­ных 1-х групп по степени нарушения сознания и неврологической динамике до и после оператив­ного вмешательства можно было прогнозировать обратимые повреждения мозга и благоприятный клинический исход. Пять больных из этих групп погибли от отдаленных инфекционных последствий ТЧМТ (абсцессы мозга и легких, перитонит). Все больные 2-х групп погибли в послеопера­ционном периоде, не приходя в сознание, при явлениях прогрессирующей дисфункции головно­го мозга.
    У 31 из 57 больных на одном или нескольких этапах исследования (в том числе до наркоза) при обоих методиках анестезии отмечена пара­доксальная нулевая или отрицательная (до — 1,7 ммоль/л) АВРГ, Отрицательная АВРГ у больных 1-х групп встречалась в 2 раза чаще (р<0,05), чем у больных 2-х групп. В величи­нах АВРЛ и АВРП также зарегистрированы парадоксальные нулевые и положительные значе­ния. При анализе динамики АВРГ, АВРЛ и АВРП отмечено, что при обеих методиках анестезии у больных 1-х групп имеет место разнонаправленность изменений АВРГ относительно АВРП и АВРЛ (рис. 1), что не было выражено у боль­ных 2-х групп (рис. 2).Корреляционный анализ связанных парных значений АВРГ и АВРП (n=47) всех этапов исследования у больных 1-х групп, оперированных в условиях~ КЦГ ~и в условиях наркоза барбитуратами с фентанилом, выявил коэффициент корреляции -0,347, что сви­детельствовало об отрицательной связи (р<0,05) между АВРГ и АВРП у больных 1-х групп. Корреляции между АВРГ и АВРЛ не выявлено. Аналогичный анализ у больных 2-х групп корреляции между АВРГ, АВРП и АВРЛ также не выявил.
    К окончанию операции у больных 1-х групп выявлено уменьшение ацидоза (рН) в оттекающей от мозга крови с 7,204±0,026 (исходный уровень) до 7,27±0,016 (р<0,05) в условиях анестезии с КЦГ, и с 7,268±0,02 до 7,35±0,03 (р<0,05) в условиях анестезии барбитуратами с фентанилом.
    Обсуждение. Первоначально мы объясняли феномен выделения мозгом глюкозы снижением ее концентрации в артериальной крови относительно концентрации в мозговой ткани. Однако установ­лено, что содержание глюкозы в артериальной крови в период исследования или не менялось, или возрастало. Кроме того, это не объясняло результаты положительных значений АВРП и АВРЛ. Описанное явление не может быть и пря­мым следствием методики анестезии (хотя, воз­можно, ею стимулируется), так как встречалось до наркоза и при обеих его методиках.
    Рис. 1. Артериовенозные разности по глюкозе, лактату и пирувату на этапах оперативного вмешательства у боль­ных 1-х групп.
    Сплошная линия — АВРГ, пунктирная — АВРЛ, прерывистая с точками —
    АВРП.
    Здесь   и   на   рис.   2:   а   —   АВРГ,   АВРП   и   АВРЛ   в   условиях   анестезии
    барбитуратами   с   фентанилом,   б   —   в   условиях   анестезии   с   КЦГ.
    По   осям   абсцисс — этапы   исследования: 1 — до   наркоза,   2 — после   КЦГ.
    3_ после операции; по осям ординат: слева — АВРГ н АВРЛ (в ммоль/л),
    справа — АВРП (в мкмоль/л).
    Сопоставление полученных результатов с кли­нической картиной и с биохимическими крите­риями тяжести ЧМТ позволяет считать, что вы­деление мозгом глюкозы связано с благоприят­ным клиническим течением ТЧМТ, без грубых нарушений метаболизма.мозга.
    Рис. 2, Артериовенозные разности по глюкозе, лактату и пирувату на этапах оперативного вмешательства у боль­ных 2-х групп.
     
    В доступной литературе удалось найти един­ственное сообщение об отрицательной АВРГ у больных с ушибом мозга средней и тяжелой степени [3]. Причину явления автор считал неяс­ной. Анализ этой работы позволяет нам считать, что отмеченное выделение мозгом глюкозы также было у больных с благоприятным клиническим течением.
    Мы полагаем, что вероятной причиной отри­цательной АВРГ и связанной с ней положитель­ной АВРП может являться биосинтез глюкозы в ткани мозга из промежуточных метаболитов (пирувата, лактата, аминокислот и т. д.), т, е. глю-конеогенез.
    На возможность глюконеогенеза в интактном мозге животных и в условиях барбитурового нар­коза указания имеются [2, 7]. Показано нара­стание содержания глюкозы в ткани мозга с возможным выделением ее в кровь и удержа­нием из притекающей крови пирувата и лактата.
    Известно, что гипоксия мозга приводит к био­химическим сдвигам в его ткани (повышению суммы посредников гликолиза и цикла Кребса, соотношения НАД-/НАД+, снижению или отсут­ствию гликогена и глюкозы, снижению показа­теля рН и т. д.), при которых, согласно кине­тике ферментативных реакций, имеется боль­шинство факторов, являющихся отрицательны­ми модуляторами для гликолиза и положитель­ными для глюконеогенеза. Только отсутствие энергетического потенциала может ограничивать глюконеогенез. Однако макроэрги проявляют зна­чительную устойчивость к диффузной гипоксии [10] и быстро восстанавливаются даже после тотальной ишемии [11]. В этих условиях [14] в мозговой ткани снижается содержание лакта­та, возрастает уровень пирувата, а содержание глюкозы превышает исходный уровень, что позво­ляет предполагать [16] возможность биосинтеза углеводов в этих условиях.
    То, что в наших исследованиях отрицатель­ная АВРГ была достоверно связана с положи­тельной АВРП и не оказалась достоверной с АВРЛ, имеет определенную логику. Синтез угле­водов начинается именно с пирувата, через ко­торый могут включиться в процесс лактат и дру­гие предшественники. Согласно кинетике реак­ций, пока содержание пирувата в избытке, ис­пользование его для глюконеогенеза будет вероят­нее. Для утилизации лактата необходим доста­точно интенсивный и стабильный процесс синте­за углеводов.
    Увеличение рН оттекающей от мозга крови у больных 1-х групп при статистически незначи­мых изменениях в артериальной также может быть связано с предполагаемым феноменом.
    Анализ литературы по энергетическому обме­ну мозга [1] показывает, что в условиях диф­фузной умеренной гипоксии, восстановления после ишемии, фокальной гипоксии (в том числе и вследствие ЧМТ) биохимические события отличаются только степенью выраженности и локали зации. При этом накоплено большое количеств фактов, не получивших достаточного объяснение но, по нашему мнению, укладывающихся в рамки глюконеогенеза.
    В процессе эволюции установились 3 механима защиты тканей от повреждающего действия лактата [9]: наличие изоферментов лактатдегидрогеназы для контроля уровня лактата в данной ткани; вымывание лактата в кровяное русло с последующим буферированием; приспособление к метаболическому использованию лактата. Трудно представить, чтобы головной мозг с его особенностями углеводного обмена, наличием гематоэнцефалического барьера, затрудняющего выход лактата за пределы мозга, и отсутствием значительной буферной системы не решил проблем решаемой другими тканями. В этом плане интересны факты о наличии в нейронах головного мозга автономных глюкорегуляторных систем синтезирующих глюкагон и инсулин в количества превышающих уровень их в периферической крови [13].
    Какая же целесообразность одновременно производить и потреблять глюкозу в условиях нарушенного гипоксией метаболизма? Сущность и предназначение глюконеогенеза состоят в пространственном разобщении мест синтеза и повышейного использования углеводов, что обеспечивает энергетическую и метаболическую интеграцию. Мы полагаем, что вокруг областей повреждения ткани мозга с анаэробным обменом, на границе их с тканями, достаточно энергетически обеспеченными аэробным, обменом, могут создаваться условия, благоприятные для синтеза углеводов. В пользу нашей гипотезы свидетельству факт повышения содержания глюкозы по периферии области фокальной ишемии [15], что авторы связывают со способностью мозга к восстановлению. Выявлено накопление углеводов астроцитах областей, окружающих очаг повреждния [5, 12].
    Логично   по   степени   нарушения   метаболизма в области повреждения (ушиба, нарушения кровобращения, сдавления, отека   и т. д.)   выдели 3 зоны: зона некроза или будущего некроза; зона патологически измененного метаболизма; зона относительно интактного метаболизма. Первой зоне будет соответствовать клеточная дезорганизация; второй — разные степени гипоксии с метаболизмом, направленным исключительно на переживание. Это зона возможного восстановления. Третья зона может иметь сохранный кровоток и метаболизм, связанный, однако, с гуморальным влиянием из очага поражения. Эта зона может играть особую роль в восстановлении функций. Выше   перечисленное   может   быть   справедливо до   развития   вторичных   нарушений   кровообращения и метаболизма, дезорганизующих обмен мозга в целом.
    Предложенное вполне может быть справедливо и при диффузной гипоксии мозга и ее послед­ствиях. В связи с мозаичностью интенсивности метаболизма тканей, морфологически разной ее чувствительностью к гипоксии (вплоть до клеточ­ного уровня) пространственно разная степень по­вреждения неминуема. Установлено [17], что при диффузной гипоксии мозга повреждения его ткани носят микрогетерогенный характер. При фокаль­ной ишемии мозга метаболизм и в очаге, и вне его гетерогенен, с чередованием нормального и нарушенного [15].
    Глюконеогенез в этих условиях играл бы осо­бую роль: автономного снабжения глюкозой об­ласти анаэробного обмена и тем самым ее опосре­дованного энергетического поддержания, утили­зации токсичных продуктов из зоны ишемии, огра­ничения и отграничения поступления токсичных продуктов гликолиза в интактные зоны мозга.
    Отражаемость предполагаемого явления в отте­кающей от мозга крови связана с участием многих метаболитов и зависит от соотношения разнонаправленных процессов. Соотношение по­следних будет определяться величиной и степенью фокальных поражений, с одной стороны, и сте­пенью вторичных нарушений метаболизма в основ­ной массе ткани мозга — с другой. Клиническая картина и прогноз дополнительно к этому будут зависеть от локализации процесса, а исход за­болевания — от успеха профилактики вторичных нарушений кровообращения и судьбы зоны по­вреждения, способной к восстановлению.
    Результатом   подтверждения   нашей   гипотезы могли бы быть новые подходы в терапии забо­леваний уголовного мозга,   связанных с его гипоксией.   В этом   аспекте интересны сообщения [6] о положительном влиянии глюкагона на течение послеоперационного периода у больных с опухолями мозга и установление у барбитуратов эффекта стимуляции глюконеогенеза, а также и мнение,   что   последние   включают   естественные ; компенсаторные системы ткани мозга [4].

     

    ЛИТЕРАТУРА
    1.       Гусейнов Т. Ю. Барбитураты и краниоцеребральная гипотермия в анестезии и интенсивной терапии при тяжелой черепно-мозговой травме: Дис. ... канд. мед. наук.—М., 1984.
    2.       Иваненко Е. Ф. Биохимия мозга при наркозе.— Л., 1972.
    3.       Касумов Р. Д.   Состояние окислительно-восстановитель­

    ных процессов головного мозга   при закрытой черепно-

    мозговой травме:   Дис. ... канд.   мед.   наук.— Л.,   1973.

    4.       Розанов В. А. // Анест. и реаниматол.— 1989.— № 2.—

    С. 68-78.

    5.       Терещенко   Т.   К. // Конференция   молодых   нейрохирур­

    гов: Материалы.— М., 1970.— С. ,146—147.

    6.       Усватова В. А., Тендиева В.. Л., Арестов О. Г. // Анест.

    и реаниматол.— 1985.— № 6.— С. 27—32.

    7.   Хапий X, X., Грузман А. Б. // Там же.— 1990.— № 6.—

    С. 27—29.

    8.    Ханатрян Г. С. Биохимия головного мозга при нормальных    физиологических    условиях:    Гексомонофосфатный шунт в мозгу.— Ереван, 1967.

    9. Хочачка П., Сомеро Дж. Стратегия биохимической адаптации: Пер. с англ.— М., 1977.

    10. Berntman   L.,   Siesjo   B.    /(.//J.    Neurochem.— 1978.— Vol.31.— P. 1265—1276.
    11. Drewes L.   R.,   Gilboe D.   D.//J.   biol.   Chem.—1973.— Vol. 218.—P. 2489—2496.
    12.   Klutzo I. II Recent   Progress in Neurological   Surgery.— Amsterdam, 1973.—P. 300.
    13.   Leblanc H., Anderson J. R., Sigel M. B., Jen S. S. C. // J. clin. Endocr.— 1975.— Vol. 40.— P. 568—572.
    14.   Nordstrom C. H., Rehncrona S., Siesjo B. K. // J. Neuro­chem.— 1978.— Vol. 30, N 2.— P. 479—486.
    15. Ratcheson   R.   A.,   Ferrendelli   J.   A. // J.   Neurosurg.— 1980.—Vol. 52.—P. 755—763.
    16. Sikorska M., Bicz W., Smiatek M., Mossakowski M. Z. // Neuropat. pol.— 1974.—Vol.   12, N 3.—P. 387—396.
    13.       17.   Welsh F. A., Ginsberg M. D., Rieder W., Budd W. W. // Stroke.— 1980.—Vol. 11, N 4.— P. 355—361.
     

     

     


     
     
     
     


     

    Примечания

    Полный текст с таблицами находится в прикрепленном pdf файле. Полный текст дается из материалов, которые я отдал в издательство. Опубликованный вариант может отличаться компоновкой и мелкими редакционными правками

    Скачать

    Uglevodn obmen mozga v gipoksii.pdf

    16 просмотров