Динамическое изменение уровня парциального давления кислорода в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат на фоне гипероксигенации и после ее отмены

     В силу широкого применения оксигенотерапии в практике врачей различных специальностей в настоящее время актуальным остается вопрос токсического влияния активных форм кислорода в отношении тканей организма человека. Рядом исследователей доказано, что у недоношенных детей в силу незрелости ферментов антиоксидантной защиты активные формы кислорода могут индуцировать такие заболевания, как ретинопатию недоношенных (РН), бронхолегочную дисплазию, некротизирующий энтероколит и перивентрикулярную лейкомаляцию [2, 3, 6]. Внедрение в неонатологическую практику современных методов респираторной поддержки и строгое соблюдение протокола выхаживания позволяет контролировать парциальное давление кислорода в крови и насыщение гемоглобина кислородом [1, 7]. Однако клиницистам важно знать, как накапливается и перераспределяется кислород в тканях глаза, в частности в стекловидном теле.

    В литературе представлены единичные работы по изучению содержания кислорода в стекловидном теле у лабораторных животных [8, 10, 12] и у человека [4, 5, 9, 10, 11], но в них не отражена динамика изменения уровня кислорода в зависимости от периода гипероксигенации.

    Цель

    Изучить динамику изменения уровня парциального давления кислорода в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат на фоне гипероксигена-ции и после ее отмены.

    Материал и методы

    Данное экспериментальное исследование проведено в соответствии с «Международными рекомендациями (этический кодекс) по проведению меди-ко-биологических исследований с использованием животных» и с «Руководством по содержанию и использованию лабораторных животных» (National Academy press, 1996).

    Исследование проводилось на 23 крольчатах линии Шиншилла в возрасте одного месяца, весом 800-900 грамм. Крольчата помещались в герметичный пластмассовый контейнер размером 52х36 х35 см (объем 70 л), в котором с помощью кислородного концентратора New Life Intensity 10 (компания AirSep, США) создавалась определенная концентрация кислорода. Контроль поступления и уровня кислорода в контейнере осуществлялся с помощью портативного кислородного анализатора PrО2 Check Elite® SLC-10313 (компания Salter Labs, США). В зависимости от концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе, а также от длительности гипероксигенации крольчата были распределены на 2 экспериментальные группы.

    Животные 1 группы (10 особей, 20 глаз) дышали 60% кислородом в течение 24 часов, животные 2 группы (10 особей, 20 глаз) получали 99% кислород в течение 12 часов. После окончания дополнительной оксигенации крольчата обеих групп продолжали дышать атмосферным воздухом (21% кислорода) в течение еще 6 часов.

    Контрольная группа состояла из 3 крольчат (6 глаз), дышавших атмосферным воздухом (концентрация кислорода – 21%). Забор проб стекловидного тела и артериальной крови проводился у животных в условиях общей анестезии (раствор золазепама 10 мг/кг массы тела внутримышечно) и дополнительной местной анестезии (0,4% раствор инокаина эпибульбарно) в начале, середине и конце периода гипероксигенации, а также спустя 1, 3 и 6 часов после окончания гипероксигенации. Забор проб стекловидного тела (в объеме 0,2 мл) осуществлялся путем аспирации в одноразовый стерильный шприц объемом 1 мл через прокол склеры в 3-4 мм от лимба. Забор проб артериальной крови (в объеме 0,3 мл) осуществлялся путем пункции общей сонной артерии с помощью одноразовых стерильных шприцев объемом 2 мл.

    Исследование полученных образцов стекловидного тела и артериальной крови производили с помощью портативного газоанализатора Radiometer ABL80 FLEX (компания Radiometer, Дания). Уровень парциального давления кислорода (pO₂ , мм рт.ст.) в полученных образцах измеряли немедленно без доступа воздуха при температуре 37°С.

    Статистический анализ проводился с использованием пакета прикладных статистических программ STATISTICA 10.0. Для характеристики вариаци-онных рядов использовались такие показатели, как средняя величина (М) и ошибка средней величины (m). Уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимался равным 0,05. Ряд диаграмм и графических рисунков выполнены в программах Microsoft Exсel 2010 и Gnuplot 4.6.

    Результаты и обсуждение

     У крольчат 1 группы на протяжении 24 часов непрерывной гипероксигенации (концентрация кислорода – 60%), а также на протяжении еще 6 часов после отмены гипероксигенации (концентрация кислорода – 21%) уровень pO₂ в стекловидном теле колебался следующим образом: до начала гипероксигенации – 60±3,5 мм рт.ст., через 1 час после начала гипероксигенации – 70,3±7,2 мм рт.ст., через 6 часов – 90±4 мм рт.ст., через 12 часов – 98,5±3,8 мм рт.ст., через 24 часа (окончание гипероксигенации) – 117,5±6,7 мм рт.ст.; через 1 час после отмены гипероксигенации – 94,2±3 мм рт.ст., через 3 часа – 55,2±3,8 мм рт.ст. и через 6 часов – 45,7±3,3 мм рт.ст. (табл. 1).

    Уровень pO₂ в артериальной крови на протяжении эксперимента колебался следующим образом: до начала гипероксигенации – 61,3±6,6 мм рт.ст., через час после начала гипероксигенации – 65±4,2 мм рт.ст., через 6 часов – 96,7±2,7 мм рт.ст., через 12 часов – 115,8±3,6 мм рт.ст., через 24 часа (окончание гипероксигенации) – 125±1,4 мм рт.ст.; через час после отмены гипероксигенации – 86,7±1,1 мм рт.ст., через 3 часа – 54,2±1,7 мм рт.ст. и через 6 часов – 45,7±3,2 мм рт.ст. (табл. 1).

    Графическое изображение динамики изменения уровня pO₂ в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат на фоне гипероксигенации, а также после ее отмены представлено на рис. 1.

    Из полученных материалов отчетливо видно, что при дыхании 60% кислородом на протяжении 24 часов у крольчат отмечается постепенное нарастание уровня pO₂ как в стекловидном теле, так и в артериальной крови. Максимальные значения pO₂ в стекловидном теле и в артериальной крови спустя 24 часа эксперимента превышают исходные примерно в 2 раза (p<0,001). При этом кривая, обозначающая изменение pO₂ артериальной крови, имеет более крутой подъем и более выраженную амплитуду. Кривая, обозначающая изменение pO₂ в стекловидном теле, имеет более сглаженную форму с менее крутым подъемом и меньшей амплитудой. Это свидетельствует о том, что артериальная кровь быстрее накапливает в себе кислород, по сравнению с тканью стекловидного тела, достигая более высоких значений pO₂ в более короткие сроки: 2-кратное превышение уровня pO₂ регистрировалось в артериальной крови уже к 12 часу эксперимента (p<0,001), а в стекловидном теле – только к 24 часу эксперимента (p<0,001).

    После прекращения дыхания 60% кислородом уровни pO₂ в стекловидном теле и в артериальной крови у крольчат постепенно уменьшаются примерно в одинаковом темпе, возвращаясь к контрольным значениям спустя 3 часа после прекращения оксигенации: pO₂ стекловидного тела через 3 часа после отмены гипероксигенации по сравнению с контролем – 55,2±3,8 и 60±3,5 мм рт.ст. соответственно, p>0,05; pO₂ артериальной крови через 3 часа после отмены гипероксигенации по сравнению с контролем – 54,2±1,7 и 61,3±6,6 мм рт.ст. соответственно, p>0,05.

    Похожие результаты были получены и в 12-часовом эксперименте с 99% концентрацией кислорода во вдыхаемой смеси (табл. 2). Уровень pO₂ в стекловидном теле у крольчат 2 группы колебался следующим образом: до начала гипероксигенации – 60±3,5 мм рт.ст., через 1 час после начала гипероксигенации – 100,2±5 мм.рт.ст., через 6 часов – 123±3 мм рт.ст., через 12 часов (окончание гипероксигенации) – 128±2,3 мм рт.ст.; через 1 час после отмены гипероксигенации – 120,25±7,3 мм рт.ст., через 3 часа – 85±4,2 мм рт.ст. и через 6 часов – 59,8±6,8 мм рт.ст.

    Уровень pO₂ в артериальной крови на протяжении эксперимента колебался следующим образом: до начала гипероксигенации – 61,3±6,6 мм рт.ст., через 1 час после начала гипероксигенации – 135±1,3 мм рт.ст., через 6 часов – 159±3,2 мм рт.ст., через 12 часов (окончание гипероксигенации) – 120,25±2,1 мм рт. ст; через 1 час после отмены гипероксигенации – 90±4,7 мм рт.ст., через 3 часа – 56±1,9 мм рт.ст. и через 6 часов – 42±1,4 мм рт.ст.

    Графическое изображение динамики изменения уровня pO₂ в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат 2 группы на фоне гипероксигенации, а также после ее отмены представлено на рис. 2.

    Установлено, что при дыхании 99% кислородом на протяжении 12 часов у крольчат отмечается повышение уровня pO₂ в стекловидном теле примерно в 2 раза, а в артериальной крови примерно в 2,7 раза по сравнению с контрольными значениями (p<0,001).

    Кроме того, с увеличением концентрации кислорода во вдыхаемой смеси кривая, обозначающая изменение pO₂ в артериальной крови, приобрела еще более крутую форму с более резким подъемом и большей амплитудой. При этом пиковое значение pO₂ в артериальной крови было достигнуто уже через 6 часов после начала оксигенации (159±3,2 мм. рт.ст.), в то время как в стекловидном теле максимальное значение pO₂ регистрировалось только спустя 12 часов эксперимента (128±2,3 мм рт.ст.). Кривая, обозначающая изменение pO₂ в стекловидном теле, как и в предыдущем эксперименте, отличается более сглаженной формой с менее крутым подъемом и меньшей амплитудой.

    После прекращения дыхания 99% кислородом уровни pO₂ в стекловидном теле и в артериальной крови у крольчат снижались с различной скоростью: pO₂ стекловидного тела вернулось к контрольным значениям спустя 6 часов после прекращения гипероксигенации: 59,75±6,8 и 60±3,5 мм рт.ст. соответственно, p>0,05; а pO₂ артериальной крови снизилось до контрольных значений уже через 3 часа после прекращения гипероксигенации: 56±1,9 и 61,3±6,6 мм рт.ст. соответственно, p>0,05.

    Таким образом, результаты экспериментального исследования убедительно показали, что артериальная кровь более чувствительна к изменению режима оксигенации в отличие от стекловидного тела.

    Артериальная кровь быстрее накапливает в себе кислород по сравнению с тканью стекловидного тела, достигая более высоких значений pO₂ в более короткие сроки, а также быстрее восстанавливает исходный уровень pO₂ после прекращения гипероксигенации.

    Стекловидное тело медленнее и в меньшей степени накапливает в себе кислород, но дольше удерживает его в себе. Таким образом, стекловидное тело является своеобразным депо для кислорода, поступающего в организм в избыточной концентрации.

    Следовательно, даже после отмены гипероксигенации активные формы кислорода, которые неизбежно образуются в стекловидном теле, продолжают оказывать свое токсическое действие в отношении сетчатки глаза еще на протяжении 6 часов.

    Факт накопления и особого перераспределения кислорода в тканях глаза очень важен для неонатологов и офтальмологов, работающих с недоношен-ными детьми. Длительная циркуляция в стекловидном теле активных форм кислорода даже после отмены общей оксигенотерапии у таких детей может приводить к токсическому поражению сетчатки с развитием ретинопатии недоношенных.

    Заключение

    В ходе проведенного эксперимента показано, что во время проведения гипероксигенации организма стекловидное тело глаза превращается в область повышенного парциального давления кислорода, причем при увеличении длительности оксигенотерапии, а также концентрации кислорода во вдыхаемой смеси парциальное давление кислорода в стекловидном теле возрастает. После отмены гипероксигенации уровень кислорода в стекловидном теле постепенно снижается, возвращаясь к исходным значениям только через 6 часов.

    

    Сведения об авторе:

    Амханицкая Любовь Иосифовна– аспирант кафедры офтальмологии педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова.