Колебание уровня парциального давления кислорода в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат при моделировании различных режимов гипероксигенации.

Л.И. Амханицкая¹, Г.В. Николаева¹, Е.И. Сидоренко¹, Н.А. Соколова²

Кафедра офтальмологии педиатрического факультета ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, (научный руководитель - зав. кафедрой член-корр. РАМН, проф., д.м.н. Сидоренко Е. И.)¹ совместно с кафедрой клинической лабораторной диагностики факультета дополнительного профессионального образования ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова (зав. кафедрой проф., д.б.н. Щербо С. Н.)², 117997, Москва, Российская Федерация.

I.Введение

Метод оксигенотерапии стал широко применяться в клинической практике уже с середины XX века. Этот метод лечения стал использоваться при различных заболеваниях, сопровождающихся общей гипоксией организма, таких как сердечно-легочная патология, различные виды шока, острые и хронические нарушения мозгового кровообращения и др. [2, 4]. Исключительную важность имеет выбор адекватных параметров оксигенотерапии, максимально безопасных для пациента, поскольку кислород может оказывать токсический эффект на организм [3, 9]. У недоношенных детей применение газо-воздушной смеси с фракцией кислорода выше 85-90% индуцирует целый ряд заболеваний, в числе которых ретинопатия недоношенных [6], бронхолегочная дисплазия, ателектазы легких, кислородная пневмония и др. [5]. В настоящее время разработано много методов и подходов для тщательного контроля уровня парциального давления кислорода в крови недоношенных детей во время оксигенотерапии [1, 8]. Но до сих пор остается открытым вопрос о содержании кислорода непосредственно в тканях глаза во время проведения оксигенотерапии. В литературе представлены единичные работы по оценке содержания кислорода в тканях глаза у лабораторных животных [11] и у недоношенных детей [7, 10], но ни в одной из них не исследуется кислородный статус стекловидного тела при использовании различных режимов оксигенотерапии.

II. Цель исследования. Материалы и методы.

Целью исследования является изучение характера колебаний уровня парциального давления кислорода в стекловидном теле и в артериальной крови у крольчат в зависимости от концентрации кислорода во вдыхаемой смеси.

Данное экспериментальное исследование было проведено в соответствии с “Международными рекомендациями (этический кодекс) по проведению медико-биологических исследований с использованием животных” (1985 г) и с “Руководством по содержанию и использованию лабораторных животных” (National Academy press, 1996).

Исследование проводилось на 30 крольчатах мужского пола, линии Шиншилла, в возрасте 1 месяца, весом 800-900 грамм. Крольчата содержались в виварии ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, за которыми осуществлялся строгий ветеринарный контроль сотрудниками вивария.

Крольчата помещались в контейнер, в качестве которого использовалась пластмассовая коробка размером 52 х 36 х 35 см (объем 70 л) с герметичной крышкой. На противоположных боковых сторонах коробки были вырезаны два отверстия диаметром 10 мм, в одном из которых была герметично закреплена силиконовая трубочка кислородного концентратора, а второе отверстие оставалось свободным для создания однонаправленного воздушного потока. С помощью кислородного концентратора New Life Intensity 10 (AirSep, США) в контейнере создавалась определенная концентрация кислорода, а именно: 40%, 60%, 85% и 98-99%. Крольчата свободно дышали в контейнере диффузным кислородом без дополнительных специальных приспособлений в течение 6 часов. Контроль поступления и уровня кислорода осуществлялся с помощью портативного кислородного анализатора, PrО₂ Check Elite® SLC-10313 (Salter Labs, США).

В зависимости от режима оксигенации животные были разделены на группы: 1 группа – крольчата, дышавшие атмосферным кислородом (фракция кислорода – 21%) – контрольная группа; 2 группа - крольчата, дышавшие воздухом с фракцией кислорода 40%, 3 группа – крольчата, дышавшие воздухом с фракцией кислорода 60%, 4 группа - крольчата, дышавшие воздухом с фракцией кислорода 85% и 5 группа – крольчата, дышавшие воздухом с фракцией кислорода 98-99%. В каждую группу вошло по 6 особей животных.

У крольчат всех групп производился забор проб стекловидного тела и забор артериальной крови в условиях общей анестезии, которая достигалась с использованием раствора золазепама в дозе 10-15 мг/кг массы тела, и дополнительной местной анестезии, для чего применяли 0,4% раствор инокаина. Для аспирации стекловидного тела использовались одноразовые стерильные шприцы объемом 1 мл и векорасширители. После эпибульбарной анестезии 0,4% раствором инокаина производился прокол склеры в 4-5 мм от лимба и аспирация стекловидного тела в шприц в объеме 0,2 мл. Забор артериальной крови (0,3 мл) осуществлялся путем пункции внутренней сонной артерии с помощью одноразовых стерильных шприцев объемом 2 мл. С помощью портативного газоанализатора Radiometer ABL80 FLEX в полученных образцах немедленно производилось определение парциального давления кислорода (pO₂) без доступа воздуха при температуре , единицы измерения – мм.рт.ст.

Во время проведения процедур животные находились в условиях, исключающих болевую травму или иные неудобства (общее обезболивание).

После завершения эксперимента ни одно животное не пострадало физически или психически. Животные были переданы сотрудникам вивария, где они продолжили свое существование.

Статистическая обработка результатов, полученных в ходе исследования, производилась с помощью программы Statistica 10. Из статистических методов оценки достоверности полученных данных были применены следующие: двухвыборочный t-тест (тест Стьюдента) и дисперсионный анализ (ANOVA).

III. Результаты и обсуждение.

Через 6 часов после начала дополнительной оксигенации в стекловидном теле у крольчат были зарегистрированы следующие уровни pO₂: во 2 группе (40% кислорода) – 56,2 ± 8,4 мм.рт.ст.; в 3 группе (60% кислорода) – 90 ± 4 мм.рт.ст.; в 4 группе (85% кислорода) – 127,2 ± 4,6 мм.рт.ст.; в 5 группе (99% кислорода) – 123 ± 3 мм.рт.ст. Уровень pO₂ в стекловидном теле у крольчат 1 (контрольной) группы (21% кислорода) составил 60 ± 3,5 мм.рт.ст (рис. 1).

На рис. 1. отчетливо видно, что при дыхании кислородно-воздушной смесью с концентрацией кислорода > 60% у крольчат отмечено резкое повышение pO₂ в стекловидном теле по сравнению с контрольной группой (p<0,01). При этом, чем выше концентрация кислорода во вдыхаемой смеси, тем выше уровень pO₂ в стекловидном теле кролика.

Единственной группой, в которой уровень pO₂ в стекловидном теле практически не изменился по сравнению с контролем, оказалась группа 2, получавшая 40% кислород: pO₂ стекловидного тела во 2 группе - 56,2 ± 8,4 мм.рт.ст., а в контрольной группе - 60 ± 3,5 мм.рт.ст., p>0,05.

Аналогичные изменения спустя 6 часов дополнительной оксигенации были зарегистрированы и в артериальной крови у крольчат (таб. 1). Во 2 группе, получавшей 40% кислород, существенного изменения pO₂ в крови по сравнению с контролем не произошло: 61,2 ± 6,4 мм.рт.ст. и 61,3 ± 6,6 мм.рт.ст. соответственно, p>0,05. В 3 группе, получавшей 60% кислород, было отмечено увеличение уровня pO₂ в крови примерно в 1,5 раза по сравнению с контролем: 96,7 ± 2,7 мм.рт.ст. и 61,3 ± 6,6 мм.рт.ст. соответственно, p<0,01. В 4 группе, получавшей 85% кислород, уровень pO₂ в крови превысил контрольные значения примерно в 2,3 раза: 139 ± 0,6 мм.рт.ст. и 61,3 ± 6,6 мм.рт.ст. соответственно, p<0,001. В 5 группе, получавшей 99% кислород, уровень pO₂ в крови превысил контрольные значения примерно в 2,6 раз: 159 ± 3,2 мм.рт.ст. и 61,3 ± 6,6 мм.рт.ст. соответственно, p<0,001.

Таблица 1. Уровень pO₂ в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат через 6 часов от начала гипероксигенации

Группа животных	Группа 1 (контроль)	Группа 2	Группа 3	Группа 4	Группа 5
Фракция кислорода во вдыхаемой смеси	21%	40%	60%	85%	99%
Уровень pO2 в стекловидном теле, мм.рт.ст. (M ± m)	60 ± 3,5	56,2 ± 8,4	90 ± 4	127,2 ± 4,6	123 ± 3
Уровень pO2 в артериальной крови, мм.рт.ст. (M ± m)	61,3 ± 6,6	61,2 ± 6,4	96,7 ± 2,7	139 ± 0,6	159 ± 3,2
p*	-	p>0,05	p<0,01	p<0,001	p<0,001

Примечание - * - оценка достоверности различий между показателями pO₂ в контрольной и исследуемой группах.

Данные, представленные в сводной таблице 1, свидетельствуют о том, что артериальная кровь более чувствительна к изменению режима оксигенации, чем стекловидное тело. Уровень pO₂ в артериальной крови также возрастал по мере увеличения концентрации кислорода во вдыхаемой смеси, но по сравнению с тканью стекловидного тела, артериальная кровь накапливала в себе кислород в большей степени.

При проведении корреляционного анализа результатов эксперимента была выявлена очень сильная прямая корреляционная взаимосвязь между процентным содержанием кислорода во вдыхаемой смеси и уровнями pO₂ в стекловидном теле (r=0,95, p<0,05) и в артериальной крови (r=0,98, p<0,05). Это доказывает, что чем выше концентрация кислорода во вдыхаемой смеси, тем выше уровень pO₂ в стекловидном теле глаза и в артериальной крови у крольчат.

IV. Выводы.

Таким образом, в ходе эксперимента было установлено, что на фоне проведения дополнительной оксигенации организма стекловидное тело глаза превращается в своеобразный резервуар для хранения и накопления молекул кислорода. Чем выше концентрация кислорода во вдыхаемой смеси, тем выше степень насыщения кислородом крови и стекловидного тела. При этом 40% концентрация кислорода является условно “безопасной” в отношении тканей глаза. Все остальные концентрации (> 60%) приводят к кумуляции молекул кислорода в полости стекловидного тела.

Полученные результаты крайне важны для понимания патогенеза кислород-индуцируемых заболеваний глаз, в частности ретинопатии недоношенных. В условиях незрелости ферментных антиоксидантных систем у недоношенного ребенка создаются условия для токсического действия активных форм кислорода, находящихся в стекловидном теле, на сетчатку с дальнейшим развитием в ней экссудативно-пролиферативных процессов. Поэтому во время оксигенотерапии у недоношенных детей, по возможности, необходимо поддерживать уровень pO₂ в артериальной крови на нижней границе нормы, учитывая накопление и особое перераспределение кислорода в тканях глаза.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беляева И.А., Яцык Г.В., Одинаева Н.Д. и др. Современные проблемы выхаживания недоношенных детей: вопросы питания. Вопросы современной педиатрии. 2011; 1: 134-139.

2. Гордеев В.И., Бердиярова Г.С., Александрович Ю.С. Анестезиолого-реанимационный риск как показатель и предиктор тяжести состояния новорожденных в периоперационном периоде. Эфферентная терапия. 2008; 14 (3–4): 52-57.

3. Николаева Г.В., Гусева М.Р., Бесланеева М.Б. Анализ эффективности профилактики и антиоксидантной терапии у недоношенных детей. Вестник офтальмологии. 2012; 6: 57-61.

4. Никонов В.В., Павленко А.Ю., Белецкий А.В. Синдром полиорганной недостаточности: «шоковое легкое». Медицина неотложных состояний. 2011; 7-8: 38-39.

5. Охотникова Е.Н., Шунько Е.Е., Шарикадзе Е.В., Лакша О.Т. Бронхолегочная дисплазия как предиктор формирования хронической патологии органов дыхания у детей (обзор литературы). Здоровье Украины. 2009; 46-49.

6. Сидоренко Е.И., Дегтярев Д.Н., Дуленков А.Б., Аксенова И.И., Асташева И.Б., Воронцова Ю.Н. и др. Ретроспективный анализ факторов риска ретинопатии недоношенных. Российская педиатрическая офтальмология. 2010; 1: 13-16.

7. Сидоренко Е.И., Николаева Г.В., Амханицкая Л.И., Соколова Н.А., Павлова Т.В., Кузнецова Ю.Д. и др. Новые аспекты патогенеза ретинопатии недоношенных с позиции гомеостаза стекловидного тела. Российский офтальмологический журнал. 2012; 5 (3): 53-55.

8. Сурков Д.Н., Иванов Д.О., Оболонский А.И., Капустина О.Г., Волков Д.Г., Петренко Ю.В. Современные стратегии выхаживания недоношенных детей. Детская медицина Северо-Запада. 2012; 3 (1): 4-9.

9. Чистяков В.А. Неспецифические механизмы защиты от деструктивного действия активных форм кислорода. Успехи современной биологии, 2008; 128 (3): 301-308.

10. Sharifipour F, Idani E, Zamani M, Helmi T, Cheraghian B. Oxygen Tension in the Aqueous Humor of Human Eyes under Different Oxygenation Conditions. J Ophthalmic Vis. Res. 2013; 8 (2): 119-125.

11. Ying-Bo Shui, Jia-Jan Fu, Claudia Garcia, Lisa K. Dattilo, Ramya Rajagopal, Sam McMillan, Garbo Mak, Nancy M. Holekamp, Angie Lewis, David C. Beebe. Oxygen Distribution in the Rabbit Eye and Oxygen Consumption by the Lens. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2006; 47 (4): 1571-1580.

Рис. 1.

Подписи к рисунку.

Рис. 1. Парциальное давление кислорода в стекловидном теле у крольчат в зависимости от концентрации кислорода во вдыхаемой смеси.

Ось ординат: Величина показателя pO₂ стекловидного тела (мм.рт.ст.)

Ось абсцисс: Режим дополнительной оксигенации

Расположен на 3 странице рукописи.

Цифры для построения:

21% кислорода – 60 мм.рт.ст.,

40% кислорода – 56,2 мм.рт.ст.,

60% кислорода – 90 мм.рт.ст.,

85% кислорода – 127,2 мм.рт.ст.,

99% кислорода – 123 мм.рт.ст.

Подписи на графике: на каждом столбце указан номер экспериментальной группы, концентрация кислорода во вдыхаемой смеси (%) и уровень pO₂ стекловидного тела (мм.рт.ст.)

Колебание уровня парциального давления кислорода в стекловидном теле и артериальной крови у крольчат при моделировании различных режимов гипероксигенации.

Л.И. Амханицкая¹, Г.В. Николаева¹, Сидоренко Е.И.¹, Н.А. Соколова²

Кафедра офтальмологии педиатрического факультета ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, (зав. кафедрой член-корр. РАМН, проф., д.м.н. Сидоренко Е. И.)¹ совместно с кафедрой клинической лабораторной диагностики факультета дополнительного профессионального образования ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова (зав. кафедрой проф., д.б.н. Щербо С. Н.)².

Целью исследования является изучение характера колебаний уровня парциального давления кислорода (pO₂) в стекловидном теле и в артериальной крови кроликов при использовании различных режимов оксигенации. С помощью кислородного концентратора во вдыхаемой смеси создавались различные концентрации кислорода: 40%, 60%, 85% и 99%. В ходе исследования на фоне проведения дополнительной оксигенации было выявлено резкое повышение pO₂ в стекловидном теле и артериальной крови у животных. Была установлена прямая корреляционная связь между концентрацией кислорода во вдыхаемой смеси и уровнем pO₂ в стекловидном теле и артериальной крови: чем выше концентрация кислорода, тем выше уровень pO₂ в стекловидном теле (r = 0,95) и артериальной крови (r = 0,98) кроликов. Таким образом, в эксперименте было показано, что стекловидное тело может выступать в роли резервуара для молекул кислорода, накапливая и концентрируя их в себе. Этот факт чрезвычайно важен для понимания многих кислород-индуцируемых заболеваний глаз, в том числе ретинопатии недоношенных.

Ключевые слова: стекловидное тело, оксигенация, кислород, парциальное давление

Fluctuation of the level of oxygen partial pressure in the vitreous body and arterial blood in rabbits under different modes of hyperoxygenation.

L.I. Amkhanitskaya¹, G.V. Nikolaeva¹, Sidorenko E.I.¹ , N.A. Sokolova²

Department of pediatric Ophthalmology of N.I. Pirogov Russian National Research Medical University¹, Department of Clinical laboratory diagnostics of doctor’s upgrade faculty².

The purpose of this study is to evaluate the fluctuation of the level of oxygen partial pressure (pO₂) in the vitreous body and in the arterial blood in rabbits under different modes of oxygenation. Different concentrations of inspired oxygen (40%, 60%, 85% и 99%) were created by oxygen concentrator. The data resulting from the study showed a significant increase of the pO₂ in arterial blood and vitreous. The direct relationship was found between the concentrations of inspired oxygen and vitreous and arterial blood pO₂ level: the higher concentration of inspired oxygen provides the higher pO₂ level in the vitreous (r = 0,95) and arterial blood (r = 0,98) in rabbits. Thus, the vitreous body was shown to be the oxygen repository. Vitreous body accumulates and concentrates oxygen molecules during oxygenation. This fact is extremely important for understanding many oxygen-induced eye diseases, including retinopathy of prematurity.

Key words: vitreous body, oxygenation, oxygen, partial pressure

Благодарности.

Отдельную благодарность коллектив авторов выражает сотрудникам фирмы “Radiometer”, в особенности Беневоленскому Д.С., за возможность использования лабораторного оборудования (газоанализатор Radiometer ABL80 FLEX и комплектующие) для проведения экспериментальной части нашего исследования.

Информация об авторах для РИНЦ:

Амханицкая Любовь Иосифовна (Amkhanitskaya L.I.), аспирант кафедры офтальмологии педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1, 117997, тел.: 8 962 915 68 22, eidos_eidosovich@mail.ru

Николаева Галина Викторовна (Nikolaeva G.V.), к.м.н., доцент кафедры офтальмологии педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1, 117997, тел. 8 (499) 236 33 01, galina.nicolaeva@mail.ru

Соколова Наталья Александровна (Sokolova N.A.), к.м.н., доцент кафедры клинической лабораторной диагностики ФДПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1, 117997, тел.: раб. 8 (495) 434-61-45; моб. 8 916 105 62 84; sokolova.nat@mail.ru

Сидоренко Евгений Иванович (Sidorenko E.I.), д.м.н., член-корр. РАМН, профессор, зав. кафедрой офтальмологии педиатрического факультета РНИМУ им. Н.И. Пирогова, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1, 117997 , тел: раб. 8 (495)-236-33-01, sidorenkoei@mail.ru

Для корреспонденции: Амханицкая Любовь Иосифовна, eidos_eidosovich@mail.ru, тел: 8-962-915-68-22.