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 правкамиСкачать
Uglevodn obmen mozga v gipoksii.pdf669 просмотров