Гипоксия у крысы эксперимент
Нарушения кислотно-основного баланса осложняют течение многих заболеваний, являясь важнейшей составляющей самых разнообразных нозологических форм патологии, включающих такие типовые патологические процессы, как воспаление, лихорадка, шок и другие [2, 4, 12]. При дисфункции жизненно-важных систем организма – респираторной, сердечно-сосудистой и мочевыделительной, становится невозможной ауторегуляция баланса кислот, оснований, электролитов и воды. Расстройства, будучи не распознанными и нескорректированными, во многом определяют исход лечения основного заболевания [4, 8].
В процессе эволюции чувствительность человека и животных к абсолютным изменениям концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе сформировалась значительно выше, чем к изменениям концентрации кислорода. На начальном этапе дефицита кислорода и избытка углекислого газа увеличивается оксигенация жизненно важных органов, вследствие уменьшения сродства гемоглобина к кислороду, что облегчает переход кислорода в ткани [1, 2, 6] В то же время избыток углекислоты способствуют нейтрализации аммиака. Установлено, что у крыс при гипоксии гермообъема с увеличением концентрации углекислоты выше 40 мм рт. ст. газообмен улучшается [3]. Повышение концентрации углекислого газа в плазме на 8,0 об% приводит к увеличению на 10,66 мм.рт. ст. р СО2 и к сдвигу рН на 0,1 влево. Восстановительный период после острой гипоксии с гиперкапнией протекает в виде быстрого возвращения показателей кислотно-основного состояния к исходным величинам [1, 2, 6].
Как известно, многочисленные химические реакции в организме протекают с образованием или потреблением протонов (Н + ). Значительное количество протонов выделяется при образовании СО2 в процессе метаболизма, который взаимодействует с водой с образованием Н + протонов и НСО3 — . Изменение концентрации ионов водорода в среде сопровождается многочисленными сдвигами: изменяется насыщение протонакцепторных группировок в молекулах органических веществ, сродство между субстратом и ферментом и активность образуемого ими комплекса, стабильность структур макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов), направленность и скорость окислительно-восстановительных реакций, непременным участником которых является сам протон, а также стабильность золей, составляющих биологическую среду, межкатионных соотношений, определяющих возбудимость и специфические эффекты клетки и др. 10. Избыток СО2 и протонов выводится, в итоге, легкими и почками, поддерживая в организме постоянным уровень Н + . Различные буферные механизмы препятствуют сильному изменению концентрации [Н + ]. В стабилизации кислотно-щелочного равновесия и в транспорте конечных продуктов обмена к выделительным органам решающее значение придается буферным системам, называемыми также транспортными буферными, поскольку истинное назначение их не в коррекции КЩР, которое недостижимо без участия выделительных систем, а именно в смягчении (буферировании) нарушений на этапе транспортировки. Тем самым подразумевается зависимость буферных систем от состояния гидродинамики и органов выделения [9, 10]. В компенсации сдвигов рН всегда участвует внеклеточное пространство. Именно сюда из клетки поступают недоокисленные продукты обмена. В процессе водообмена кислые продукты разносятся по всему организму и перераспределяются в зоны с малой собственной продукцией протонов. В этом отношении значительной катионадсорбционной способностью обладает основное вещество соединительной ткани и коллагеновая сеть. Буферные свойства соединительной ткани могут существенно изменяться [12]. Сдвиги рН оказывают влияние на многие структурные и функциональные свойства клетки, однако особенно к изменениям рН чувствительна каталитическая активность ферментов. Особое значение приобретает исследование внутриклеточного рН. С помощью внутриклеточных рН индикаторов, ядерного магнитного резонанса и микроэлектродов, было показано, что в норме, рН колеблется от 7,0 до 7,4. Например, при температуре 20 0 С в мышце рН составляет 7,27, а при 37 0 С – 7.0. В настоящее время известны основные буферные системы клетки и механизмы регуляции кислотно-основного состояния внутриклеточной среды. Эти механизмы во многом аналогичны характеру поддержания рН внеклеточных жидкостей [11, 12]. Несмотря на низкую концентрацию протонов в жидкостях организма, они оказывают существенное влияние на структуру и функции биологических мембран. Даже слабые сдвиги рН оказывают значительное влияние на скорость метаболических процессов и стабильность белков. Поэтому все живые организмы поддерживают постоянство этой величины на определенном уровне [13].
В настоящей работе основной целью явилось изучение влияния дефицита кислорода на кислотно-основное состояние крыс в эксперименте.
Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на лабораторных крысах массой 100–140 грамм. Животные содержались в стандартных условиях ухода и диеты вивария. На модели гипоксии гермообъема или острой нормобарической гипоксической гипоксии с гиперкапнией (ОННГ) при помощи аппарата микро-Аструп (Дания) и привлечением номограмм Zigaard-Andersen нами изучено влияние данного вида гипоксии на кислотно-основное состояние (КОС) в ранний постгипоксический период (первые 3 часа извлечения крысы из гермообъема). Острую прогрессирующую нормобарическую гипоксическую гипоксию с гиперкапнией создавали для крыс возрастом 3–4 месяца массой 100 – 140 г в гермокамере объёмом 1000 мл в течение 40 мин (по М. В. Кораблеву и П. И. Лукиенко в модификации Ю. А. Белозерцева и Н. Д. Авсеенко (1995) [1].
Для характеристики кислотно-основного состояния (КОС) оценивались параметры: буферные системы крови уровень карбонатов (НСО3), стандартных бикарбонатов (SBС), общих карбонатов (tСО2), буферных оснований (BE), парциальное давление углекислого газа (рСО2), парциальное давление кислорода (рО2), щелочной резерв крови, концентрацию Н+-ионов рН, концентрацию молочной кислоты (анализатор газов и электролитов «ABL 800 Flex» Дания). При этом были использованы реактивы фирмы Radiometer, (Дания).
В работе с экспериментальными животными были соблюдены требования, изложенные в «Методических рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985). Статистическая обработка материала проводилась на IBM PC с использованием пакета программ Microsoft Excel 2007 для операционной системы Windows 7. Достоверность различий показателей в группах оценивали по величине t-критерия Стьюдента.
Результаты исследования и их обсуждение. Согласно результатам исследования после извлечения из гермокамеры, крысы по показателям КОС крови резко отличались от интактных животных. Отмечалось снижение рН крови до 6,66, что согласно литературным данным [1, 2, 5, 6] соответствует ацидозу тяжелой степени и приводит к смещению изоэлектрической точки эритроцитов. При этом резко возрастало парциальное напряжение углекислого газа (в 2,5 раза, при Р + и НСО — 3). Наблюдаемые сдвиги гомеостаза могут быть использованы в качестве показателей, характеризующих глубину дефицита кислорода у крыс. У интактных животных рН находится в пределах 7,26–7,30, тогда как после извлечения животного из гермокамеры происходило снижение рН до 6,7–6,98. Значения щелочного резерва крови (АВ, ВЕ, tСО2) изменялись соответственно имеющимся показателям основных составляющих в те же временные периоды (таблица).
Таким образом, при гипоксии данного вида у крыс, развивается респираторный ацидоз с метаболическим компонентом. В зависимости от длительного пребывания в гермокамере сдвиги кислотно-основного состояния крови имеет характерную картину. У крыс через 40 минут развивается состояние острого респираторного ацидоза с метаболическим компонентом, после 46-минутного пребывания в гермокамере, которое можно охарактеризовать как состояние декомпенсированного метаболического ацидоза наступала в 100% случаях летальность. Через 20 минут после гипоксического воздействия (40 минутной экспозиции ОНГГ) показатели кислотно-основного состояния приближаются к норме. Однако, спустя 2 часа после извлечения из гермокамеры появляется новое состояние, характеризующееся явлением гипероксии, что соответствует литературным данным. При нарастании концентрации углекислоты в тканях происходит закисление внутритканевой жидкости, что проявляется сдвигом рН в кислую сторону. Сдвиг внутриклеточного рН в сторону ацидоза оказывает положительное влияние на тканевой метаболизм мозга и снижает потребность мозга в кислороде [1, 2, 5, 6]. При изучении обменных процессов установлено, что острая гипоксия изменяет также активность трансаминаз АЛТ, АСТ [7].
Нормобарическая гипоксическая гипоксия с гиперкапнией является более физиологичной на начальной стадии своего развития по сравнению с гипоксической гипобарической гипоксией без избытка углекислоты в качестве повреждающего воздействия. Исходя из выше изложенного, можно утверждать, что в скрининговых исследованиях можно использовать модель острой нормобарической гипоксической гипоксии с гиперкапнией для изучения нарушений кислотно-основного состояния различной глубины и продолжительности.
Статья написана в рамках государственного задания Минобрнауки РФ по Вузу № 2707 – 2014-2016 гг.
Источник
Гипоксия у крысы эксперимент
Нарушения кислотно-основного баланса осложняют течение многих заболеваний, являясь важнейшей составляющей самых разнообразных нозологических форм патологии, включающих такие типовые патологические процессы, как воспаление, лихорадка, шок и другие [2, 4, 12]. При дисфункции жизненно-важных систем организма – респираторной, сердечно-сосудистой и мочевыделительной, становится невозможной ауторегуляция баланса кислот, оснований, электролитов и воды. Расстройства, будучи не распознанными и нескорректированными, во многом определяют исход лечения основного заболевания [4, 8].
В процессе эволюции чувствительность человека и животных к абсолютным изменениям концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе сформировалась значительно выше, чем к изменениям концентрации кислорода. На начальном этапе дефицита кислорода и избытка углекислого газа увеличивается оксигенация жизненно важных органов, вследствие уменьшения сродства гемоглобина к кислороду, что облегчает переход кислорода в ткани [1, 2, 6] В то же время избыток углекислоты способствуют нейтрализации аммиака. Установлено, что у крыс при гипоксии гермообъема с увеличением концентрации углекислоты выше 40 мм рт. ст. газообмен улучшается [3]. Повышение концентрации углекислого газа в плазме на 8,0 об% приводит к увеличению на 10,66 мм.рт. ст. р СО2 и к сдвигу рН на 0,1 влево. Восстановительный период после острой гипоксии с гиперкапнией протекает в виде быстрого возвращения показателей кислотно-основного состояния к исходным величинам [1, 2, 6].
Как известно, многочисленные химические реакции в организме протекают с образованием или потреблением протонов (Н + ). Значительное количество протонов выделяется при образовании СО2 в процессе метаболизма, который взаимодействует с водой с образованием Н + протонов и НСО3 — . Изменение концентрации ионов водорода в среде сопровождается многочисленными сдвигами: изменяется насыщение протонакцепторных группировок в молекулах органических веществ, сродство между субстратом и ферментом и активность образуемого ими комплекса, стабильность структур макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов), направленность и скорость окислительно-восстановительных реакций, непременным участником которых является сам протон, а также стабильность золей, составляющих биологическую среду, межкатионных соотношений, определяющих возбудимость и специфические эффекты клетки и др. 9. Избыток СО2 и протонов выводится, в итоге, легкими и почками, поддерживая в организме постоянным уровень Н + . Различные буферные механизмы препятствуют сильному изменению концентрации [Н + ]. В стабилизации кислотно-щелочного равновесия и в транспорте конечных продуктов обмена к выделительным органам решающее значение придается буферным системам, называемыми также транспортными буферными, поскольку истинное назначение их не в коррекции КЩР, которое недостижимо без участия выделительных систем, а именно в смягчении (буферировании) нарушений на этапе транспортировки. Тем самым подразумевается зависимость буферных систем от состояния гидродинамики и органов выделения [9, 10]. В компенсации сдвигов рН всегда участвует внеклеточное пространство. Именно сюда из клетки поступают недоокисленные продукты обмена. В процессе водообмена кислые продукты разносятся по всему организму и перераспределяются в зоны с малой собственной продукцией протонов. В этом отношении значительной катионадсорбционной способностью обладает основное вещество соединительной ткани и коллагеновая сеть. Буферные свойства соединительной ткани могут существенно изменяться [12]. Сдвиги рН оказывают влияние на многие структурные и функциональные свойства клетки, однако особенно к изменениям рН чувствительна каталитическая активность ферментов. Особое значение приобретает исследование внутриклеточного рН. С помощью внутриклеточных рН индикаторов, ядерного магнитного резонанса и микроэлектродов, было показано, что в норме, рН колеблется от 7,0 до 7,4. Например, при температуре 20 0 С в мышце рН составляет 7,27, а при 37 0 С – 7.0. В настоящее время известны основные буферные системы клетки и механизмы регуляции кислотно-основного состояния внутриклеточной среды. Эти механизмы во многом аналогичны характеру поддержания рН внеклеточных жидкостей [11, 12]. Несмотря на низкую концентрацию протонов в жидкостях организма, они оказывают существенное влияние на структуру и функции биологических мембран. Даже слабые сдвиги рН оказывают значительное влияние на скорость метаболических процессов и стабильность белков. Поэтому все живые организмы поддерживают постоянство этой величины на определенном уровне [13].
В настоящей работе основной целью явилось изучение влияния дефицита кислорода на кислотно-основное состояние крыс в эксперименте.
Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на лабораторных крысах массой 100–140 грамм. Животные содержались в стандартных условиях ухода и диеты вивария. На модели гипоксии гермообъема или острой нормобарической гипоксической гипоксии с гиперкапнией (ОННГ) при помощи аппарата микро-Аструп (Дания) и привлечением номограмм Zigaard-Andersen нами изучено влияние данного вида гипоксии на кислотно-основное состояние (КОС) в ранний постгипоксический период (первые 3 часа извлечения крысы из гермообъема). Острую прогрессирующую нормобарическую гипоксическую гипоксию с гиперкапнией создавали для крыс возрастом 3–4 месяца массой 100 – 140 г в гермокамере объёмом 1000 мл в течение 40 мин (по М. В. Кораблеву и П. И. Лукиенко в модификации Ю. А. Белозерцева и Н. Д. Авсеенко (1995) [1].
Для характеристики кислотно-основного состояния (КОС) оценивались параметры: буферные системы крови уровень карбонатов (НСО3), стандартных бикарбонатов (SBС), общих карбонатов (tСО2), буферных оснований (BE), парциальное давление углекислого газа (рСО2), парциальное давление кислорода (рО2), щелочной резерв крови, концентрацию Н+-ионов рН, концентрацию молочной кислоты (анализатор газов и электролитов «ABL 800 Flex» Дания). При этом были использованы реактивы фирмы Radiometer, (Дания).
В работе с экспериментальными животными были соблюдены требования, изложенные в «Методических рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985). Статистическая обработка материала проводилась на IBM PC с использованием пакета программ Microsoft Excel 2007 для операционной системы Windows 7. Достоверность различий показателей в группах оценивали по величине t-критерия Стьюдента.
Результаты исследования и их обсуждение. Согласно результатам исследования после извлечения из гермокамеры, крысы по показателям КОС крови резко отличались от интактных животных. Отмечалось снижение рН крови до 6,66, что согласно литературным данным [1, 2, 5, 6] соответствует ацидозу тяжелой степени и приводит к смещению изоэлектрической точки эритроцитов. При этом резко возрастало парциальное напряжение углекислого газа (в 2,5 раза, при Р + и НСО — 3). Наблюдаемые сдвиги гомеостаза могут быть использованы в качестве показателей, характеризующих глубину дефицита кислорода у крыс. У интактных животных рН находится в пределах 7,26–7,30, тогда как после извлечения животного из гермокамеры происходило снижение рН до 6,7–6,98. Значения щелочного резерва крови (АВ, ВЕ, tСО2) изменялись соответственно имеющимся показателям основных составляющих в те же временные периоды (таблица).
Таким образом, при гипоксии данного вида у крыс, развивается респираторный ацидоз с метаболическим компонентом. В зависимости от длительного пребывания в гермокамере сдвиги кислотно-основного состояния крови имеет характерную картину. У крыс через 40 минут развивается состояние острого респираторного ацидоза с метаболическим компонентом, после 46-минутного пребывания в гермокамере, которое можно охарактеризовать как состояние декомпенсированного метаболического ацидоза наступала в 100% случаях летальность. Через 20 минут после гипоксического воздействия (40 минутной экспозиции ОНГГ) показатели кислотно-основного состояния приближаются к норме. Однако, спустя 2 часа после извлечения из гермокамеры появляется новое состояние, характеризующееся явлением гипероксии, что соответствует литературным данным. При нарастании концентрации углекислоты в тканях происходит закисление внутритканевой жидкости, что проявляется сдвигом рН в кислую сторону. Сдвиг внутриклеточного рН в сторону ацидоза оказывает положительное влияние на тканевой метаболизм мозга и снижает потребность мозга в кислороде [1, 2, 5, 6]. При изучении обменных процессов установлено, что острая гипоксия изменяет также активность трансаминаз АЛТ, АСТ [7].
Нормобарическая гипоксическая гипоксия с гиперкапнией является более физиологичной на начальной стадии своего развития по сравнению с гипоксической гипобарической гипоксией без избытка углекислоты в качестве повреждающего воздействия. Исходя из выше изложенного, можно утверждать, что в скрининговых исследованиях можно использовать модель острой нормобарической гипоксической гипоксии с гиперкапнией для изучения нарушений кислотно-основного состояния различной глубины и продолжительности.
Статья написана в рамках государственного задания Минобрнауки РФ по Вузу № 2707 – 2014-2016 гг.
Источник