УДК 61:6П215]:616.831

АСИММЕТРИЯ В БИОСИСТЕМЕ ПОЛУШАРИЙ МОЗГА ПРИ ДЕЙСТВИИ ЭДЕМАТОЗНЫХ (ВОЗМУЩАЮЩИХ) ФАКТОРОВ

©1997 г. И. А. Платонов

Проведенный анализ полученных данных по основным физическим параметрам (влажности и плотности) ткани интактного мозга, являющихся отображением морфофункциональных изменений, выявил склонность биологической системы к рассогласованию. В подсистеме ткани мозга при действии возмущающих патогенных факторов наблюдается стремление к стабилизации изучаемых параметров. Каждый из возмущающих факторов вносит свой вклад в "работу" системы. Такой процесс асимметричен и явно происходит за счет "ресурсов" условно интактного полушария. Показатели влажности и плотности, как фундаментальные параметры мозговой ткани, являются отражением морфофункциональных изменений, происходящих под действием возмущающих факторов.

1. ВВЕДЕНИЕ

Отек-набухание головного мозга (ОНГМ) в современном понимании является сложной медико-биологической проблемой. Многие аспекты ее остаются нерешенными.

Под ОНГМ следует понимать комплекс морфофункциональных изменений, затрагивающих практически все системы организма, но наиболее сильно страдает нервная система. Именно с изменениями в нервной системе связывают термин "ОНГМ".

ОНГМ сопровождает многие патологические состояния и нередко приводит к летальному исходу. Тем не менее, лечение ОНГМ в большинстве случаев носит эмпирический характер. Это во многом связано с недостаточностью знаний о механизме патогенеза ОНГМ (Г.И. Мчедлишвили, 1986).

В развитии ОНГМ участвуют многие патогенетические факторы. В современной литературе, согласно классификации I. Klatzo (1967), все патогенетические механизмы ОНГМ разделяют на вазогенный и цитотоксический. Это деление не носит строгий характер, на что указывает и автор классификации.

При световой микроскопии доминирующим признаком ОНГМ любой этиологии является нарушение компактности коры и белого вещества головного мозга, выражающееся в существенном диффузном или локальном их разрыхлении. Один из наиболее частых признаков ОНГМ: расширение периваскулярных и перицеллюлярных пространств.

Такая морфологическая картина сопровождаются изменением основных фундаментальных показателей мозговой ткани: влажности и плотности. Эти показатели являются морфофункциональным выражением структурных нарушений в ткани мозга при формировании ОНГМ. Под действием возмущающих факторов как гистологические, так и физические показатели ткани мозга проявляют явную асимметрию (И.А. Платонов, 1995). В то же время в литературе отсутствует системный анализ асимметрии указанных функциональных показателей.

Целью данной работы является изучение системных параметров основных физических показателей ткани мозга (влажность и плотность), являющихся отображением морфофункциональных изменений, происходящих под влиянием возмущающих факторов: патогенных и лечебных.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Биологическое моделирование токсического ОНГМ (ТОНГМ) проводили на крысах линии Вистар по методике Laborit, Weber (1965). В качестве противоотечных средств при ТОНГМ животным за один час до одномоментной декапитации внутрибрюшинно вводили препарат ЛМ-1 (лабораторный шифр) в дозах 25, 50 и 100 мг/кг.

Забой осуществляли методом одномоментной декапитации. В каждом полушарии определяли влажность и плотность мозговой ткани (И.А. Платонов, 1982). Влажность целого мозга представляла среднее арифметическое суммы показателей влажности каждого полушария.

Системный анализ полученных результатов проводили по следующим статистическим параметрам: средней арифметической значений вариант ряда и средней квадратической ошибке (SX MX), коэффициентам асимметрии (AS) и эксцесса (ES), коэффициенту вариации (CV) и показателю точности (CS). Различия изучаемых показателей оценивали по критерию Стьюдента (T) при пороговом уровне значимости не менее p < 0.05, принятому в медико-биологических исследованиях (В.Ю. Урбах, 1975). Обработку цифрового материала проводили с использованием специально разработанного пакета компьютерных программ.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Критерии оценки противоотечной активности веществ по физическим параметрам

В мозге интактных животных отсутствует межполушарные различия влажности и плотности нервной ткани.

При моделировании ОНГМ, как показали собственные исследования и данные литературы, влажность мозга повышается, а плотность - снижается. Для оценки противоотечного действия препаратов требуется определить критерий-границу нормальных величин изучаемых физических параметров.

Данные эксперимента позволили выбрать критерием оценки противоотечного действия препаратов уменьшение показателя влажности мозговой ткани ниже 78.99%. Этот показатель выбран при доверительном уровне жесткости P=99.9% верхней границы интервала. При таком уровне нижней границей нормального показателя влажности нервной ткани служит величина 77.67%. Выбор такого высокого доверительного уровня обеспечивает надежность критерия отбора противоотечных препаратов. Нижней границей показателя нормальной плотности мозга считается величина 1.040 10³ кг/м³ (Г. Лабори, 1974).

В наших исследованиях уровень жесткости границы влажности выбран довольно высокий. В медико-биологической литературе этот уровень значительно ниже и считается достаточным при P = 95% (В.Ю. Урбах, 1975). При таком уровне значимости граница интервала показателя влажности нервной ткани сдвигается до 79.204%. При анализе противоотечного действия препаратов в отдельных случаях будет использован и этот уровень оценки.

Таким образом, на основании выбранных критериев противоотечным действием будут обладать препараты, которые способны в той или иной дозе удерживать изучаемые физические показатели в пределах обусловленных границ.

3.2. Изменение физических параметров нервной ткани при действии эдематозных факторов

Содержание общей воды в ткани мозга крыс по данным разных авторов колеблется в довольно широких пределах (Н.К. Хамзина, 1980; В.М. Самвелян и др., 1984; A. Baethmann, A. van Harreveld, 1973; S.D. Smith et all., 1982). По нашим ранее опубликованным данным влажность нервной ткани составила 78.43 0.102%. Плотность мозговой ткани в этом случае равнялась 1.0428 0.0000610³ кг/м³ (И.А. Платонов, 1982). Такие же данные физических параметров ткани мозга приводили другие авторы (B.B. Johansson, L-E. Linder, 1981; S. Levine et all., 1981).

При действии эдематозного фактора влажность мозговой ткани повышалась, а плотность - снижалась. Эти изменения расцениваются как проявление ОНГМ (С.Б. Вавилов, 1985; Т.М. Сергиенко и др., 1989; Z.M. Rap et al., 1981; P.A. Tornheim et al., 1984).

В приведенных исследованиях оценка физических параметров проводилась только для "пораженного", оперированного полушария мозга животных. По данным литературы, противоположное полушарие большинством авторов рассматривается в качестве контрольного и интактного. В то же время так называемое интактное полушарие могло также вовлекаться в патологический процесс.

В связи с этим на начальном этапе наших исследований проведено изучение состояния физических параметров условно интактного полушария мозга крыс. Такие исследования могут способствовать более корректной оценке противоотечной активности фармакологических препаратов.

3.3. Стохастическая оценка показателей влажности и плотности ткани мозга при моделировании ТОНГМ

Показатели влажности и плотности мозговой ткани интактных животных по стохастическим характеристикам отнесены к плосковершинному и левостороннему значительно выраженному типу распределения вариант (табл. 3.3.1). Эти показатели являются жестко детерминированными, точными и однородными.

При оценке ткани мозга интактных животных как биологической системы, наблюдается явная (уже обусловленная и заложенная в системе) тенденция к повышению показателя влажности. Эта тенденция наиболее выражена для левого полушария мозга.

Теперь оценим стохастические тенденции другого фундаментального физического параметра - плотности ткани мозга. Этот показатель также имеет явную тенденцию к нарастанию своей величины. Такую тенденцию к увеличению плотности ткани мозга следует в данной ситуации рассматривать как ключевую, а параметр как управляющий, способствующий стабилизации системы в целом. При этом межполушарная асимметрия практически нивелирована

Таблица 3.3.1.

Учитывая довольно выраженную плосковершинность и жесткую детерминированность по изучаемым физическим параметрам, следует предполагать возможность рассогласования такой системы в условиях действия определенных возмущающих факторов.

При формировании ОНГМ изучаемые параметры по стохастическим характеристикам по-прежнему следует отнести к показателям жестко детерминированным, точным и однородным (табл. 3.3.1.).

Под действием эдематозного фактора практически не изменяется тип распределения физических параметров влажности мозговой ткани левого, трепанированного полушария. При этом система в ответ на повышение оводнения полушария стремится несколько уменьшить данный показатель. В правом, условно интактном полушарии меняется левосторонний тип распределения параметров на правосторонний. Система в этом полушарии стремится к уменьшению показателя влажности ткани мозга.

Следовательно, можно четко наблюдать, что при действии возмущающего фактора, в данном случае неблагоприятного эдематозного, биосистема ткани мозга стремится к стабилизации одного из функциональных параметров - влажности. При этом четко наблюдается межполушарная асимметрия, прямо коррелируемая с объемом возмущающих факторов (левое полушарие является трепанированным).

Под влиянием эдематозного возмущающего фактора биосистема по параметру плотности нервной ткани в левом, трепанированном полушарии стремится к дальнейшему уменьшению данного показателя, что следует расценивать как неблагоприятный признак. В правом, условно интактном полушарии система выявляет стабилизацию и однородную концентрацию тенденций (резкий переход распределения к островершинности) к нарастанию параметра плотности ткани мозга.

Полученные результаты системного анализа поведения биосистемы ткани мозга полушарий в условиях возмущающего действия эдематозного, токсического фактора позволили установить значительный дисбаланс по основным изученным физическим параметрам. При этом четко прослеживается асимметрия в тенденциях показателей такого патологического процесса, связанного с дополнительным воздействием возмущающего фактора - трепанации. Морфологический базис данных изменений при трепанации черепа изучен нами ранее (И.А. Платонов и др., 1982).

На основании приведенных данных становится очевидным срыв адаптационных возможностей (декомпенсация) в биосистеме левого полушария мозга. В такой ситуации возможность восстановления и функционирования остается за условно интактным полушарием, хотя и его возможности резко ограничены. Это обуславливает необходимость лечебного воздействия не только на "пораженное" полушарие, но и в значительной мере на условно интактное.

3.4.Анализ стохастических характеристик показателей влажности и плотности ткани мозга
при введении ЛМ-1 на модели ТОНГМ

Изучаемые физические параметры по стохастическим характеристикам при введении ЛМ-1 в дозах 25-100 мг/кг на фоне действия эдематозного фактора относятся к показателям жестко детерминированным, точным и однородным (табл. 3.4.1).

Таблица 3.4.1

Изучаемый показатель влажности ткани мозга для левого, компрессированного полушария при введении препарата в дозах 25-50 мг/кг имеет тенденцию к повышению своей величины. Такая тенденция соизмерима с действием токсического фактора при моделировании ОНГМ. При введении ЛМ-1 в дозе 100 мг/кг тенденция изменения показателя влажности ткани мозга резко меняется на противоположную: биосистема направлена на снижение этого высокого показателя (табл. 3.4.1 и 3.6.2.).

В правом, условно интактном полушарии при введении ЛМ-1 дозах 25 и 50 мг/кг наблюдается явная направленность тенденции системы к снижению своего довольно высокого показателя влажности ткани мозга. При этом с увеличением дозы препарата проявляется четкое снижение активности системы по данной тенденции и уже при введении ЛМ-1 в дозе 100 мг/кг тенденция в работе системы резко меняется на противоположную: система стремится к увеличению патологически повышенного показателя влажности ткани мозга правого, условно интактного полушария (табл. 3.4.1. и 3.6.2).

Под действием препарата при формировании ТОНГМ нарастает плосковершинность распределения показателя влажности ткани мозга и формируется еще большая тенденция к "распаду" биосистемы. При этом стохастические характеристики данного физического параметра практически не изменяются по показателям точности и вариации.

В левом полушарии наблюдается определенный дозозависимый колебательный эффект в направленности тенденций показателя плотности в подсистеме ткани мозга: при введении ЛМ-1 в дозах 25 и 100 мг/кг она направлена к увеличению, а в дозе 50 мг/кг - к уменьшение уже патологически сниженного изучаемого показателя (табл. 3.4.1. и 3.6.2.). В этом полушарии мозга наблюдается не резко выраженная тенденция к преодолению рассогласования в данной биологической подсистеме.

В правом, условно интактном полушарии, в отличие от левого, работа подсистемы ткани мозга также носит дозозависимый характер и направлена на уменьшение величины показателя плотности. При этом значительно нарастает тенденция к рассогласованию подсистемы мозговой ткани правого полушария по данному показателю по сравнению с действием только эдематозного фактора (табл. 3.4.1.).

Подводя итог проведенному исследованию в тенденциях системы ткани мозга по нормализации изученных физических параметров становится очевидным, что ЛМ-1 не способствует усилению механизмов противостояния данной биосистемы к разрушению (распаду) при действии неблагоприятного возмущающего фактора (токсического эдематозного агента). Учитывая высокую жесткость (табл. 3.3.1.) системы мозговой ткани, такая ситуация является чрезвычайно неблагоприятной. И как показал проведенный анализ, система мозговой ткани явно "страдает" значительно больше под влиянием ЛМ-1 при формировании ОНГМ, чем при действии только эдематозного фактора (модель ОНГМ).

Таким образом, следует полагать, что ЛМ-1 является в определенной мере синергистом эдематозного фактора. При этом наблюдается явная асимметрия в работе подсистем полушарий мозга. Биологическая система в целом "пытается" восстановить тенденцию к нормализации физических параметров, но чаще всего за счет ограничения ресурсов и механизмов подсистемы мозговой ткани условно интактного полушария.

3.5. Показатели влажности и плотности ткани мозга при моделировании ТОНГМ

У интактных животных изучаемые физические показатели нервной ткани (табл. 3.5.1, 3.5.2) соответствуют литературным данным и согласуются с полученными нами ранее данными. С учетом статистических характеристик, представленных в таблицах, все они отнесены к одной генеральной совокупности (p > 0.05).

Таблица 3.5.1

При действии токсического эдематозного фактора наблюдается повышение влажности и снижение плотности ткани мозга (табл. 3.5.1, 3.5.2). Такие данные соответствуют литературным и позволяют констатировать развитие ОНГМ. Полученные результаты изменения изученных физических параметров статистически значимы как для мозга в целом, так и для каждого из полушарий (p < 0.001).

Таблица 3.5.2

Согласно проведенным исследованиям, статистически значимая межполушарная асимметрия интактного мозга (табл. 3.5.1.) по изучаемым физическим показателям не выявлена (p > 0.05). Токсический эдематозный фактор также не вызывает формирование латеропозиционной асимметрии по этим показателям (p > 0.05).

3.6.Изменение показателей влажности и плотности ткани мозга при введении ЛМ-1 на модели ТОНГМ

При введении ЛМ-1 на модели ТОНГМ наблюдается дозозависимое изменение показателя усредненной влажности мозговой ткани (табл. 3.6.1.). При анализе такой закономерности следует обратить внимание, что препарат только в дозе 50 мг/кг статистически значимо не изменяет показатель влажности целого мозга по сравнению с моделью. В то же время ЛМ-1 в дозе 25 мг/кг снижает, а в дозе 100 мг/кг - повышает анализируемый показатель. Кроме того, полученные результаты указывают на прямолинейную прямую зависимость между увеличением дозы препарата и показателем усредненной влажности мозга.

Таблица 3.6.1

Под действием токсического эдематозного фактора происходит нарастание общей воды в ткани мозга (p < 0.001). При этом, хотя наблюдается тенденция к нарастанию межполушарной асимметрии, но она так и не достигает статистически значимой границы (p > 0.05). Следует отметить, что эдематозный фактор не приводит к изменению знака латеропозиционной асимметрии полушарий (табл. 3.6.1.).

Под действием ЛМ-1 в дозах 25 и 50 мг/кг межполушарная разница в показателе влажности ткани мозга практически нивелируется и в тенденции оводнения начинает преобладать правое полушарие (знак латеропозиционной асимметрии меняется на противоположный). При увеличении дозы препарата до 100 мг/кг статистически значимо проявляется межполушарная асимметрия (p < 0.02), но знак латеропозиционной полушарной асимметрии по сравнению с моделью ТОНГМ не изменяется (табл. 3.6.1.).

Рассмотрим теперь изменение под действием ЛМ-1 на модели ТОНГМ изучаемых физических показателей в каждом полушарии головного мозга (табл. 3.6.2.). Восстановление данных показателей по избранному критерию, как видно из приведенной таблицы, достоверно (P=99.9 %) отсутствует.

Таблица 3.6.2

Введение ЛМ-1 приводит к дозозависимому повышению влажности и снижению плотности мозговой ткани левого, трепанированного полушария (p < 0.05). Такой эффект для показателя влажности имеет прямую, а для плотности - обратную зависимость.

Для правого, условно интактного полушария изменение физических параметров под действием препарата носит волнообразный (куполообразный) характер и точкой перегиба является доза 50 мг/кг (табл. 3.6.2.). Статистически значимым является только переход от дозы 25 мг/кг к дозе 50 мг/кг (p < 0.05).

4.  З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Проведенный анализ полученных данных по основным физическим параметрам - влажности и плотности мозговой ткани интактных животных выявил склонность данной биологической (морфофункциональной) системы к рассогласованию. Такое положение усугубляется тем, что система является жестко детерминированной. Все это обуславливает легкую "ранимость" данной системы. В биосистеме ткани мозга изначально заложена тенденция к повышению влажности. Этим, по-видимому, следует объяснять не специфичность ответа в виде развития отечной реакции мозга на разнообразные неблагоприятные воздействия на организм. Тенденция к повышению влажности асимметрична: в большей степени она проявляется в левом полушарии мозга. Плотность - один из фундаментальных показателей, имеет в интактном мозге также тенденцию к наращиванию своей величины. Такая тенденция показателя плотности ткани мозга является явно благоприятной и "работает" в системе как стабилизирующий фактор.

При моделировании ТОНГМ на систему ткани мозга действуют два возмущающих фактора: токсический эдематозный фактор и трепанация левого полушария. Каждый из них вносит свой вклад в "работу" системы. Результирующим действием является повышение влажности и снижение плотности мозговой ткани. При этом межполушарная асимметрия показателей нивелирована. В такой ситуации система стремится к уменьшению патологически повышенного показателя влажности. Особенно это четко прослеживается в правом, условно интактном полушарии. Следовательно, в работе системы все-таки проявляется скрытая асимметрия. Она также проявляется и при анализе стохастических характеристик плотности ткани мозга. Так, плотность в левом, трепанированном полушарии стремится к дальнейшему снижению (явно неблагоприятная тенденция !), а в правом - к стабильности и увеличению данного показателя.

Следовательно, в системе ткани мозга при действии возмущающих эдематозных факторов наблюдается стремление к стабилизации изучаемых параметров. Конечно, такой процесс асимметричен и явно происходит за счет "ресурсов" условно интактного полушария.

Введение в изучаемую систему еще одного фактора, предположительно лечебного, согласно полученным данным анализа, не способствовало усилению механизмов адаптации. Препарат ЛМ-1 дозозависимо даже усилил тенденции системы к распаду (разрушению). Это четко проявилось в наращивании системой тенденции к усилению патологического сдвига в изучаемых физических показателях.

Подводя итог проведенному анализу системы ткани мозга, следует полагать, что препарат ЛМ-1 в рабочем диапазоне доз 25 - 100 мг/кг можем проявить синергизм с эдематозными факторами.

Полученные данные по изменению изучаемых физических показателей ткани мозга совпадают с описанной ранее морфологической картиной при формировании ОНГМ (И.А. Платонов, 1995). Таким образом, показатели влажности и плотности мозговой ткани являются отражением морфофункциональных изменений, происходящих под действием возмущающих факторов.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Вавилов С. Б. // Научно-технический прогресс в неврологии. - Душанбе, 1985. - С.43-46.
2. Лабори Г. Метаболические и фармакологические основы нейрофизиологии. - М., 1974.
3. Сергиенко Т. М., Спасиченко П.В., Полищук Н.Е., Пономарев О.Ф. и др. // 8-й Всесоюзн. съезд невропат., психиатров и наркологов. - Москва, 1989 - Т. 3. - С. 459-460.
4. Отек головного мозга /Ред. и сост. Г.И. Мчедлишвили. //Матер. V симпоз. по мозговому кровообращению. - Тбилиси, 1986.
5. Платонов И.А. - Влияние производных фенотиазина и бутирофенона на развитие отека-набухания головного мозга: Дис. ... канд. мед. наук - Смоленск, 1982.
6. Платонов И.А., Яснецов В.С., Зарудин В.В. - Морфологические изменения при фармакологической коррекции отека-набухания головного мозга в эксперименте. - ВНИИМИ, 1982. - Д-4877.
7. Платонов И.А. - Фармакологическое обоснование применения ряда нейролептиков и регуляторных пептидов при отеке-набухании головного мозга. - Автореф. .. докт. мед. наук. Москва - 1995.
8. Платонов И.А. // Актуальные проблемы теоретической и прикладной токсикологии. - Санкт-Петерберг, 1995. - Ч.1. - С.75.
9. Самвелян В. М., Соцкий О. П., Квитницкий-Рыжов Ю. Н. и др. // Ж.экспер. и клин. мед.- 1984. - Т. 24. - № 1. - С.7-13.
10. Урбах В. Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях. - М.,1975.
11. Хамзина Н. К. Влияние ацидоза на формирование постреанимационного отека мозга. // Терминальные и экстремальные состояния. - Новосибирск, 1980. - С. 27-29.
12. Baethmann A., van Harreveld A. // J.Neuropathol. exp. Neurol. - 1973. - Vol.32. - P.397-407.
13. Johansson B.B., Linder L-E. //J.Neurol. - 1981. - Vol.44.- P. 402-406.
14. Klatzo I.//Neuropath.Exp.Neurol.-1967.-V.26.- №1.- P. 1-14.
15. Labori H., Weber B. //Agressologie. - 1965. - V.6. - № 6. - P. 743-759.
16. Levine S.Casner N. Compitello R. et all. // Exper. Neurol. - 1981. - Vol.74. - P. 370-378.
17. Rap Z.M.,Rusezewski P. //Neuropatol. pol. - 1981. - Vol. 19. - № 1. - P. 107-123.
18. Smith S.D., Cone J.B.,Bowser B.H. // J.Trauma. - 1982. - Vol. 22. - №7. - P. 588-590.
19. Tornheim P.A., McLaurin R.L. // Recent Progr. Study and Ther. Brain Edema. - London, 1984. - P. 81-82.

Кафедра фармакологии

Смоленская государственная медицинская академия

Поступила в редакцию 25.01.97.