Роль порушень кальцієвого гомеостазу в патогенезі розладів системної гемодинаміки в гострому періоді травматичної хвороби

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький державний медичний університет ім. М. Горького

УДК 616-001-036.11:[612.13-092+612.013:546.41]

14.03.04 - патологічна фізіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

РОЛЬ ПОРУШЕНЬ КАЛЬЦІЄВОГО ГОМЕОСТАЗУ В ПАТОГЕНЕЗІ РОЗЛАДІВ CИСТЕМНОЇ ГЕМОДИНАМІКИ В ГОСТРОМУ ПЕРІОДІ ТРАВМАТИЧНОЇ ХВОРОБИ

Піщуліна Світлана Володимирівна

Донецьк ? 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Центральній науково-дослідній лабораторії Донецького державного медичного університету ім. М. Горького МОЗ України

Науковий керівник: доктор медичних наук, старший науковий співробітник Зябліцев Сергій Володимирович, Донецький державний медичний університет ім. М. Горького, МОЗ України, завідувач відділу молекулярно-генетичних досліджень Центральної науково-дослідної лабораторії

Офіційні опоненти:

- доктор медичних наук, Нещерет Олександр Павлович, Інститут ендокринології і обміну речовин ім. В.П. Комісаренка АМН України, м. Київ, провідний науковий співробітник

- доктор медичних наук, старший науковий співробітник Золотухін Сергій Євгенович, Донецький державний медичний університет ім. М. Горького, МОЗ України, завідувач відділу лабораторії патологічної фізіології Науково-дослідного інституту травматології та ортопедії

Провідна установа: Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, відділ фізіології кровообігу, м. Київ

Захист відбудеться "16" лютого 2007 р. о 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.600.02 при Донецькому державному медичному університеті ім. М. Горького МОЗ України (83003, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного медичного університету ім. М. Горького (83003, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16).

Автореферат розісланий "15" січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор медичних наук, професор Г.А. Ігнатенко

Анотація

Піщуліна С.В. Роль порушень кальцієвого гомеостазу в патогенезі розладів системної гемодинаміки в гострому періоді травматичної хвороби. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата медичних наук за фахом 14.03.04 - патологічна фізіологія. - Донецький державний медичний університет ім. М. Горького МОЗ України, Донецьк, 2007.

У дисертації показано порушення гомеостазу кальцію в гострому періоді травматичної хвороби. Виявлено три групи тварин з гіпер-, еу- і гіпокальціємією. Різні типи порушень кальцієвого гомеостазу обумовлені різноспрямованою динамікою кальційрегулюючих гормонів. У тварин з гіперкальціємією спостерігалося значне превалювання рівня паратиреоїдного гормону над кальцитоніном протягом всього періоду спостереження і помірне підвищення вмісту КТ. Підвищення гормону паращитовидних залоз і зумовило розвиток гіперкальціємії. У групі тварин з еукальціємією односпрямована реакція обох гормонів забезпечувала підтримку рівня кальцію в крові в межах норми. У тварин з гіпокальціємією спостерігалося максимальне збільшення вмісту ПТГ і КТ у крові через 3 години після травми, але їх співвідношення показало істотне збільшення КТ, ніж ПТГ, що і сприяло розвитку гіпокальціємічної реакції. У зв'язку зі щільними анатомічними і функціональними відносинами щитовидної і паращитовидної залоз, було досліджено стан гіпофізарно-тиреоїдної системи. Встановлено, що у тварин з низьким рівнем кальцію формувався синдром низького трийодтироніну, який обтяжував перебіг гострого періоду травматичної хвороби.

Також встановлено, що найбільш несприятливим варіантом порушення гомеостазу кальцію є гіпокальціємія, яка супроводжувалася вираженим збільшенням питомого периферичного судинного опору, частоти серцевих скорочень і зниженням артеріального тиску. За допомогою кластерного аналізу на доказовому рівні встановлено, що найбільші відмінності по всіх параметрах як гормональних досліджень, так і системної гемодинаміки мають тварини з низьким рівнем кальцію. За допомогою програми моделювання нейромереж розроблений спосіб прогнозування завершення гострого періоду травматичної хвороби в експерименті.

Ключові слова: травматична хвороба, кальційрегулюючі гормони, системна гемодинаміка, кальцій.

Пищулина С.В. Роль нарушений кальциевого гомеостаза в патогенезе расстройств системной гемодинамики в остром периоде травматической болезни. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.04 - патологическая физиология. - Донецкий государственный медицинский университет им. М. Горького МЗ Украины, Донецк, 2007.

В диссертации показано нарушение гомеостаза кальция в остром периоде травматической болезни. Выявлены три группы животных с гипер-, эу- и гипокальциемией. Различные типы нарушений кальциевого гомеостаза обусловлены разнонаправленной динамикой кальцийрегулирующих гормонов. У животных с гиперкальциемией наблюдалось значительное превалирование уровня паратиреоидного гормона над кальцитонином в течение всего периода наблюдения и умеренное повышение содержания КТ. Повышение гормона паращитовидных желез и обусловило развитие гиперкальциемии. В группе животных с эукальциемией однонаправленная реакция обоих гормонов обеспечивала поддержание уровня кальция в крови в пределах нормы. У животных с гипокальциемией наблюдалось максимальное увеличение содержания ПТГ и КТ в крови через 3 часа после травмы, но их соотношение показало существенный рост КТ, что и способствовало развитию гипокальциемической реакции.

Поскольку летальность является наиболее информативным критерием оптимальности того или иного типа реагирования организма на травму, был произведен анализ летальности в выделенных по кальцию группах. Была выявлена четкая взаимосвязь между содержанием уровня Са²⁺ в сыворотке крови и сроком наступления гибели животного: чем ниже было содержание Са²⁺, тем выше была летальность. Максимальная летальность наблюдалась у животных с гипокальциемией. Через 48 часов после травмы в группе животных с низким уровнем Са²⁺ погибло 98 % животных, в группе с нормальным уровнем Са²⁺ ? 34 % животных, а в группе с повышенным уровнем Са²⁺ ? 47 %.

В связи с тесной анатомической и функциональной связью щитовидной и паращитовидной желез, было исследовано состояние гипофизарно-тиреоидной системы и ее связь с кальцийрегулирующими гормонами. Состояние гипофизарно-тиреоидной системы проявлялось активацией как центрального, так и периферического звена в остром периоде травматической болезни у животных всех трех групп. В группах с эу- и гиперкальциемией эффект тиреоидных гормонов направлен на стабилизацию гемодинамики. Уже через 3 часа с момента травмы было отмечено значительное увеличение уровней тиреотропного гормона и тироксина. При этом максимальная активация центрального звена гипофизарно-тиреоидной системы наблюдалась в группе с гипокальциемией. Уровень трийодтиронина существенно не изменялся, что, видимо, было обусловлено его преимущественно периферическим происхождением в результате дейодирования тироксина в тканях. Изменения паратиреоидного гормона и кальцитонина коррелировали с изменениями тиреоидного статуса организма. В остром периоде травматической болезни наблюдалась неспецифическая активация гипофизарно-тиреоидной системы, направленная на активацию метаболических реакций, усиление экспрессии генов, активацию аденилатциклазной системы. В группе с гипокальциемией формировался синдром низкого трийодтиронина, который отягощал течение острого периода травматической болезни и приводил животных к гибели.

Динамика содержания в крови циклических нуклеотидов отличалась в выделенных группах. У животных с гипокальциемией наблюдалось устойчивое доминирование цАМФ над цГМФ. В остром периоде травматической болезни формирование различных типов нарушений кальциевого гомеостаза сопровождалось формированием различных гемодинамических реакций. Наиболее неблагоприятным вариантом являлся гипокальциемический тип, который сопровождался снижением сердечного выброса, повышением удельного периферического сопротивления и падением артериального давления. Гемодинамические расстройства у животных этой группы отягощались гормональными нарушениями. Высокий уровень паратиреоидного гормона и низкий уровень трийодтиронина были факторами, которые усугубляли декомпенсацию гемодинамики и гибель животных.

С помощью кластерного анализа на доказательном уровне установлено формирование 3-х типов нарушений кальциевого гомеостаза в остром периоде травматической болезни, которые имели отличия между собой по параметрам системной гемодинамики и гормональной регуляции. Наибольшие отличия по всем параметрам были у животных с низким уровнем кальция.

С помощью метода нейросететвого моделирования выявлены наиболее значимые критерии для определения прогноза острого периода травматической болезни в эксперименте. Ими выявились: уровень ионизированного кальция в сыворотке крови, частота сердечных сокращений, удельное периферическое сопротивление, среднединамическое давление и сердечный индекс. На основе выделенных параметров с помощью регрессионного анализа был разработан способ прогнозирования исхода острого периода травматической болезни в эксперименте. При Y>0,624 прогноз являлся благоприятным. В случае получения прогностического коэффициента Y<0,624 гибель животных наблюдалась в 98,9 % случаев.

Ключевые слова: травматическая болезнь, кальцийрегулирующие гормоны, системная гемодинамика, кальций.

Pishchulina S.V. The role of calcium homeostasis violations in pathogenesis of systemic hemodynamics disoders in the acute period of traumatic disease. Manuscript.

Thesis for the scientific degree of medical sciences candidate in speciality 14.03.04 ? Pathological Physiology. Gorky State Medical University, Donetsk, Ukraine, 2007.

The subject of the dissertation is the role of calcium homeostasis violations in the acute period of traumatic disease. Three groups of animals are distinguished with hypercalciemia, eucalciemia and hypocalciemia. Different types of calcium homeostasis violations are conditioned by different dynamics of calcium-regulatory hormones. At animals with hypercalciemia there was the considerable prevailance of parathyroid hormone levels over calcitonin and a moderate increase of the calcitonin maintenance during the whole investigation period. Increase of parathyroid glands hormone stipulated the development of hypercalciemia. In the group of animals with eucalciema the unidirectional reaction of both hormones provided support of calcium levels in blood within the limits of norm. In animals with hypocalciemia the maximal increase of the parathyroid hormone and calcitonin maintenance in blood was found 3 hours after an injury, but their correlation showed a substantial increase of calcitonin compared to parathyroid hormone, that led to the development of hypocalciemical reaction. In the connection with close dense anatomic and functional relations of the thyroid and parathyroid glands, the state of the hypophysarno-thyroid system was investigated. It is stated that in animals with low calcium levels the syndrome of low triiodothyronine was formed and worsened the course of the acute period of traumatic disease.

It is also stated, that hypocalciemia is the most unfavorable variant of calcium homeostasis violations, accompanied by an expressed increase of a specific peripheral vascular resistance, frequencies of cardiac contractions and decrease arterial pressure. By means of the cluster analysis it is stated at evidential level, that most differences on all parameters of both hormonal researches and parameters of systemic hemodynamics have animals with low level of calcium. With the help of the neuronet design program the method of prognostication of the acute period completion of traumatic disease was developed in the experiment.

Key words: traumatic disease, calcium-regulatory hormones, systemic hemodynamics, calcium.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Актуальність дослідження травматичної хвороби (ТХ) обумовлена високим рівнем травматизму і летальності. В економічно розвинених країнах травматизм є головною причиною смертності та інвалідності в осіб молодого, найбільш працездатного віку (Селезньов С.О., 2002). Особливо актуальною ця проблема є на Донбасі, що пов'язано з високим рівнем шахтного травматизму (Єльський В.М., 2002). Проблемі ТХ і шоку присвячено багато робіт, що говорить про незадоволеність науковців отриманими результатами. Із зростанням кількості техногенних катастроф та масової загибелі людей, питання про проведення патогенетичного лікування в достатньому обсязі все більш цікавить клініцистів, оскільки рівень загибелі постраждалих з важкими травматичними пошкодженнями залишається високим (Золотухін С.Є., 2000).

ТХ характеризується порушеннями всіх регуляторних систем, але особливо ? серцево-судинної, нервової та ендокринної, що обумовлює порушення функціонування життєво важливих органів (Єльський В.М., 2004). При ТХ істотно зменшуються функціональні резерви міокарда, формується кардіодепресія (Никонов В.В. і співавт., 2003, Борисенко А.П., 1990). Основними патогенетичними чинниками формування кардіодепресії є гіпоксія, порушення біоенергетики, надмірна активація процесів перекисного окислення ліпідів, ендотоксемія, ацидоз, мембранодеструкція (Сагач В.Ф. і співавт., 2004, Нещерет О.П. і співавт., 2003). Показана роль тиреоїдних гормонів у функціонуванні серцево-судинної системи (Аметов А.С., Балашова Н.В., Гиляревський С.Р., 2003, Семененя І.М., 2004). Особливе значення для системної гемодинаміки має кальцій, оскільки він бере участь у формуванні базального тонусу судин (Коломієць В.В., 2003, Білоус А.М., Малахов В.А., 2001) і в регуляції серцевої діяльності (Довгих В.Т., 2002).

Кальцій є внутрішньоклітинним посередником, впливає на функцію практично всіх органів і систем: бере участь у генерації і передачі нервових імпульсів, регулює діяльність серцево-судинної системи, впливає на скоротність міокарда і тонус судин, бере участь в обміні речовин, активації ферментів і продукуванні гормонів та біологічно активних речовин (Костюк П.Г. і співавт., 2003, Радловська З.Т., 2001). Роль порушень кальцієвого гомеостазу у формуванні компенсаторних реакцій серцево-судинної системи на важку механічну травму вивчена недостатньо (Селезньов С.О., 2001). Отримання нових знань про розлади кальцієвого гомеостазу доповнить розуміння складного механізму патогенезу ТХ і дасть основу для розробки нових лікувальних заходів у гострому періоді ТХ з метою корекції порушень системної гемодинаміки і зниження летальності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана як частина комплексної науково-дослідної роботи "Антиоксидантна корекція ліпопероксидації в печінці при синдромі тривалого роздавлювання", номер держреєстрації 0100U000011 у 2000-2002 рр., яка була проведена на кафедрі патологічної фізіології Донецького державного медичного університету ім. М. Горького, а також є фрагментом науково-дослідної роботи "Експериментальний аналіз стану системної гемодинаміки при вибуховій шахтній травмі і при дії на організм компонентів шахтного вибуху", яка виконувалася відповідно до плану науково-дослідних робіт Донецького державного медичного університету ім. М. Горького на кафедрі патологічної фізіології в 2002-2004 рр., номер держреєстрації 0101U007999 і фрагментом науково-дослідної роботи "Дисфункція гуморальної регуляції в патогенезі травматичної хвороби", яка виконується відповідно до плану науково-дослідних робіт Донецького державного медичного університету ім. М. Горького в Центральній науково-дослідній лабораторії в 2006-2008 рр., номер держреєстрації 0105U008712. Дисертант є співвиконавцем тем.

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження - встановити патогенетичну роль порушень кальцієвого гомеостазу у формуванні розладів системної гемодинаміки для прогнозування завершення гострого періоду ТХ.

Для досягнення мети дослідження були поставлені задачі:

Вивчити комплексно в динаміці гострого періоду ТХ типи реакцій кальцієвого гомеостазу за вмістом загального та іонізованого кальцію в сироватці крові.

Вивчити стан кальційрегулюючих гормонів і їх зв'язок з рівнем кальцію в сироватці крові в динаміці гострого періоду ТХ.

Встановити зв'язок кальційрегулюючих гормонів і гіпофізарно-тиреоїдної системи в динаміці гострого періоду ТХ.

Встановити зв'язок порушень кальцієвого гомеостазу і циклічних нуклеотидів у гострому періоді ТХ.

Вивчити комплексно стан системної гемодинаміки і встановити патогенетичну роль виявлених порушень кальцієвого гомеостазу у формуванні гемодинамічних розладів.

Розробити за допомогою методу моделювання нейромереж і регресійного аналізу критерії прогнозу гострого періоду ТХ.

Об'єкт дослідження - 214 білих безпородних щурів-самців з травмою за моделлю Кенона у модифікації Штихно Ю.М. і співавт. (1979), 50 контрольних і 10 інтактних тварин.

Предмет дослідження. Летальність, рівень загального та іонізованого кальцію (Са²⁺), вміст кальційрегулюючих гормонів: паратиреоїдного гормону (ПТГ) і кальцитоніну (КТ); тиреоїдних гормонів: тиреотропного гормону (ТТГ), тироксину (Т ₄) і трийодтироніну (Т ₃); циклічних нуклеотидів (ЦН) у сироватці крові, параметри системної гемодинаміки.

Методи дослідження - біохімічні (визначення загального й іонізованого кальцію), радіоімунологічні й імуноферментні (визначення вмісту гормонів і циклічних нуклеотидів), фізіологічні (дослідження параметрів системної гемодинаміки), математичні (варіаційний, регресійний, кореляційний і кластерний аналіз).

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше проведено комплексну оцінку кальцієвого гомеостазу в гострому періоді ТХ. Виявлено три типи порушень кальцієвого гомеостазу: гіпер-, еу- і гіпокальціємія. Встановлено, що в основі формування типів кальціємії лежала реакція кальційрегулюючих гормонів: значне підвищення рівня ПТГ при практично незмінному вмісті КТ зумовило формування гіперкальціємії, односпрямована реакція обох гормонів забезпечувала підтримку рівня Са²⁺ у крові в межах норми (еукальціємії), гормональний дисбаланс і максимальне підвищення кальцитоніну обумовлювали гіпокальціємію. Вперше показано взаємозв'язок порушень гомеостазу Са²⁺ й реакції гіпофізарно-тиреоїдної системи. Встановлено, що в основі розладів системної гемодинаміки лежать різноспрямовані порушення гомеостазу Са²⁺. Методом багатофакторного кореляційно-регресійного аналізу визначена залежність між тяжкістю перебігу ТХ та станом гомеостазу Са²⁺, а також розроблено критерії прогнозу завершення гострого періоду ТХ.

Практичне значення отриманих результатів. Показано значення порушень кальцієвого гомеостазу для формування різних типів гемодинамічних реакцій і летальності в гострому періоді ТХ. Розроблена модель для прогнозу завершення гострого періоду ТХ. На основі виділених параметрів за допомогою регресійного аналізу було розроблено спосіб прогнозування завершення гострого періоду ТХ в експерименті. За наявності Y>0,624 прогноз був сприятливим. У разі отримання прогностичного коефіцієнта Y<0,624 загибель тварин спостерігалася в 98,9 % випадків. Результати дослідження впроваджені в науковий і навчальний процеси в Центральній науково-дослідній лабораторії, на кафедрах патологічної фізіології, травматології й ортопедії, анестезіології та інтенсивної терапії, Інституті травматології й ортопедії Донецького державного медичного університету ім. М Горького, в Інституті невідкладної і відновлювальної хірургії ім. В.К. Гусака (м. Донецьк), на кафедрах патологічної фізіології Запорізького, Одеського, Луганського, Буковинського державних медичних університетів.

Особистий внесок здобувача. Інформаційний пошук й аналіз наукової літератури з проблеми ТХ і гомеостазу Са²⁺, постановка мети й завдань дослідження, експериментальна частина роботи проведені здобувачем самостійно. Дослідження вмісту гормонів, циклічних нуклеотидів, загального та іонізованого кальцію у сироватці крові проведено на базі Центральної науково-дослідної лабораторії радіоімунологічним, імуноферментним і біохімічним методами. Здобувач самостійно обробив одержаний матеріал статистично, написав всі розділи дисертації і зробив висновки. Дисертантом не було використано результатів та ідей співавторів публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації оприлюднені й обговорювалися на конференції "Сучасні аспекти патологічної анатомії і патофізіології центральної нервової системи" (Запоріжжя, 2002), на науково-практичній конференції з міжнародною участю, присвяченій пам'яті проф. Я.Д. Киршенблата (Чернівці, 2003), на науково-практичній конференції "Травматична хвороба" (Маріуполь, 2003), на міжнародній науково-практичній конференції "Політравма", присвяченій 50-річчю Донецькій обласній травматологічній клініці (Донецьк, 2003), на IV національному конгресі патофізіологів України з міжнародною участю (Чернівці, 2004), на Українській конференції з міжнародною участю "Нейроендокринні й імунні механізми регуляції гомеостазу в нормі і патології" (Запоріжжя, 2005), Всеукраїнській конференції з міжнародною участю "Критичні стани: патогенез, діагностика, сучасні методи лікування" (Запоріжжя, 2005), на XVII З'їзді українського фізіологічного суспільства з міжнародною участю (Чернівці, 2006).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 наукових робіт, з них 5 статей в журналах і 5 у збірках наукових праць, визнаних ВАК України, 3 тез, одержано 1 деклараційний патент.

Структура та обсяг дисертації. Робота викладена українською мовою на 170 сторінках, із них 145 сторінок основного тексту та 25 сторінок ? список використаних джерел, проілюстрована 24 рисунками і 25 таблицями. Дисертація складається зі вступу, аналітичного огляду літератури, 3 розділів власних досліджень, аналізу та узагальнення результатів дослідження, висновків, практичних рекомендацій і списку літератури з 218 найменувань, з них 148 вітчизняних і 70 зарубіжних джерел.

Основний зміст роботи

Матеріал і методи дослідження. Дослідження проведено на 274 білих щурах-самцях, які були розподілені на дві серії. У 1-й серії було використано 128 тварин, які були травмовані за моделлю Кенона в модифікації Штихно Ю.М. і співавт. (1979 р.). У цій серії через 3, 12, 24 і 48 годин після травми вимірювали показники системної гемодинаміки, тварин декапітували під ефірним наркозом і визначали вміст загального і іонізованого кальцію, циклічних нуклеотидів, гормонів. Контрольну групу для першої серії склали 40 тварин, яких піддавали тим же заходам, за винятком нанесення травми. У 2-й серії у 86 тварин пысля травми були вивчені стан системної гемодинаміки, рівень Са²⁺ у сироватці крові та летальність. Контрольну групу для 2-ої серії склали 10 тварин.

Підготовка тварин до експериментів, травматична дія, інвазивні втручання і виведення з експерименту здійснювалися згідно вимогам Міжнародних принципів Європейської конвенції (Страсбург, 1985), ухвали Першого національного конгресу з біоетики (Київ, 2000) та узгодженню із комісією з питань біоетики ДонДМУ. Вимірювання параметрів системної гемодинаміки здійснювали методом тетраполярної імпедансної грудної реографії за допомогою реоплетизмографа РГ-2-01 і самописця Н 338/6. Системну гемодинаміку оцінювали за такими показниками: об'ємна швидкість викиду крові (ОШВ), ударний індекс (УІ), серцевий індекс (СІ), середньодинамічний артеріальний тиск (СДТ), частота серцевих скорочень (ЧСС), питомий периферичний судинний опір (ППСО).

У сироватці крові фотометричним методом за допомогою набору хімічних реактивів виробництва фірми "La Chema" (Чехія, Брно), визначали вміст загального кальцію, за допомогою іонселективних електродів на аналізаторі "Експерт-001" визначали вміст іонізованого Са²⁺ в сироватці крові. Вміст загального кальцію в інтактній групі склав 1,46±0,04 (ммоль/л), Са²⁺- 0,63±0,03 (ммоль/л). Радіоімунологічним методом з використанням наборів реактивів Immunotech (Франція) визначали вміст у крові циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ), циклічного гуанозинмонофосфату (цГМФ), ТТГ, Т ₄ та Т ₃. Радіометричні дослідження проводили на лічильнику гамма-імпульсів "ГАММА-800" (КПО "Медапаратура", Україна). Вміст у інтактних тварин склав: цАМФ - 13,7±0,41 (нмоль/мл), цГМФ - 3,46±0,29 (нмоль/мл), ТТГ - 0,148±0,026 мМО/л, Т ₄ - 40,18±12,17 нмоль/л, Т ₃ - 2,56±0,29 нмоль/л. З використанням наборів реактивів DSL (США) імуноферментним методом визначали рівні КТ і ПТГ. Ферментативну реакцію кількісно оцінювали на ридері PR2100 SANOFI DIAGNOSTIC PASTEUR (Франція). Вміст у інтактних тварин: ПТГ - 48,3±18,94 пкг/мл, КТ - 20,26±5,12 пкг/мл.

Результати досліджень оброблено за допомогою ліцензійних пакетів Statistica 5.5 (Stat Soft Rus), Statistica Neural Networks (Statsoft Inc) і Stadia 6.1. При нормальному законі розподілу розраховували такі показники: середню арифметичну, стандартну помилку, середньоквадратичне відхилення. Під час порівняння показників декількох груп використовували критерії Крускала Уолліса і Дана. Для визначення зв'язків між досліджуваними параметрами застосовували коефіцієнти кореляції Пірсона і Спірмена. Аналіз даних у багатовимірному просторі проводили за допомогою методу кластерного аналізу, для визначення прогнозу був використаний регресійний аналіз і метод моделювання нейромереж (Казаков В.М., Лях Ю.Є., 2001).

Результати дослідження та їх обговорення. Після травми показники кальціємії коливалися в широких межах: від 0,15 (ммоль/л) до 3,19 (ммоль/л), при цьому коефіцієнт варіації склав 85-90 %. У зв'язку з високою варіабельністю вмісту рівня кальцію в сироватці крові тварини було розподілено на три групи: 1-а ? з підвищеним вмістом кальцію (гіперкальціємія), 2-а ? з нормальним вмістом кальцію (еукальціємія), 3-я ? з пониженим вмістом кальцію (гіпокальціємія) (табл. 1).

Таблиця 1 Вміст загального кальцію (ммоль/мл) у сироватці крові і розподіл тварин за групами, M±m

Динаміка рівня Са²⁺ була тотожня динаміці загального кальцію (табл. 2). У зв'язку з тим, що зміни концентрації іонізованого кальцію є більш інформативними, ніж загального, то для подальшого аналізу були враховані саме значення вмісту в сироватці крові Са²⁺.

Таблиця 2 Вміст іонізованого кальцію (ммоль/л) у сироватці крові, M±m

У 2-ій серії на 86 тваринах було вивчено летальність. У гострому періоді ТХ загинуло 48 щурів, що склало 56 %. Виявлено чіткий взаємозв'язок між вмістом рівня Са²⁺ у сироватці крові і терміном початку загибелі тварини: чим нижче був вміст Са²⁺, тим вище була летальність (r=0,91, р<0,05). Максимальна летальність спостерігалася у тварин з гіпокальціємією. Через 24 години після травми в цій групі тварин летальність склала 62 %. У тварин з нормальним вмістом Са²⁺ летальність склала 21 %. Серед тварин з підвищеним вмістом Са²⁺ летальність склала 29 %. Через 48 годин після травми в 1-й групі загинуло 47 % тварин, у 2-й ? 34 %, а в 3-й ? 98 % тварин.

Рівень ПТГ у сироватці крові у контрольній групі тварин склав 49,1±5,9 пкг/мл, КТ ? 20,81±3,6 пкг/мл. Вміст ПТГ у травмованих тварин через 3 години з моменту травми був значно підвищений у всіх виділених групах тварин у порівнянні з контрольною групою (табл. 3). При цьому максимальні значення спостерігалися у 3-й групі: рівень ПТГ був підвищений у 4,5 рази (р<0,05). Рівень КТ також був підвищений у тварин всіх груп, максимальне збільшення у 2,9 рази (р<0,05) в порівнянні з контрольними значеннями було відмічено в 3-й групі. Через 12 годин концентрація ПТГ дещо знизилася у всіх трьох групах, у групі з гіпокальціємією рівень ПТГ як і раніше залишався найвищим. Вміст КТ зменшився несуттєво. Через 24 години після травми концентрація ПТГ зменшилася в 1-й групі на 8,3 %, в 2-й групі? на 29,5 % (р<0,05), а в 3-й групі ? на 59,2 % (р<0,05) у порівнянні з рівнем 12 годин. Вміст КТ був підвищений у 2-й і 3-й групах, а в 1-й групі знизився до контрольної величини.

Таблиця 3 Вміст паратиреоїдного гормону і кальцитоніну у сироватці крові, M±m

Рівень ПТГ протягом подальшого періоду спостереження був підвищений у всіх виділених групах (див. табл. 3). Рівень КТ через 48 годин у 1-й і 2-й групах тварин знаходився в межах контрольних значень, а в 3-й групі - збільшився у 3,9 рази (р<0,05) у порівнянні з контрольним рівнем. Аналіз отриманих даних показав, що реакція гормонів у виділених групах була різноспрямованою. Формування різних типів кальціємії було обумовлене різноспрямованою динамікою кальційрегулюючих гормонів. У тварин з гіперкальціємією спостерігалося значне превалювання рівня ПТГ над КТ протягом всього періоду спостереження і помірне підвищення вмісту КТ. Саме активація синтезу ПТГ зумовила розвиток гіперкальціємії. У групі з еукальціємією односпрямована реакція обох гормонів забезпечувала підтримку рівня Са²⁺ у крові в межах контрольних величин. У тварин з гіпокальціємією спостерігалося максимальне збільшення вмісту ПТГ і КТ у крові через 3 години після травми, але їх співвідношення показало істотне збільшення КТ, ніж ПТГ, що і сприяло розвитку гіпокальціємічної реакції.

У контрольній групі тварин рівень ТТГ склав 0,147±0,016 мМО/л, Т ₄ ? 41,21±5,17 нмоль/л. Т ₃ ? 2,69±0,19 нмоль/л. Дослідження гіпофізарно-тиреоїдної системи (ГТС) свідчило про її активацію в гострому періоді ТХ: вже через 3 години з моменту травми було одержано значне збільшення рівнів ТТГ і Т ₄. Також необхідно відзначити, що максимальна активація центральної ланки ГТС спостерігалася в групі з гіпокальціємією. Рівень Т ₃ істотно не змінювався, що обумовлено його переважно периферичним походженням в результаті дейодування Т ₄ у тканинах. Динаміка рівня в крові ТТГ у подальші терміни мала тенденцію до зниження. При цьому в групах з гіпер- і еукальціємією вміст гормону залишався підвищеним. У групі з гіпокальціємією рівень ТТГ не перевищував контрольні значення до кінця 1-ї доби з моменту травми. Рівень Т ₄ залишався підвищеним у 1-й і 2-й групах протягом 48 годин після травми, не зважаючи на зниження концентрації ТТГ. Це могло бути обумовлено зменшенням тканинного метаболізму гормону, оскільки в умовах посттравматичної гіпоксії тканин відбувається зниження активності обмінних процесів, направлене на економію внутрішньоклітинної енергії. У 3-й групі спостерігалося підвищення функціональної активності периферичної ланки ГТС внаслідок надмірної активації центральних регулюючих механізмів через 3 години після травми з подальшим зниженням до контрольних величин через 48 годин після травми. Динаміка рівня Т ₃ в групах була неоднозначною і носила різноспрямований характер. В 1-й і 2-й групах протягом перших 12 годин спостереження вміст гормону знаходився в межах контрольних величин. В 3-й групі спостерігалася тенденція до зниження концентрації гормону вже з перших годин після травми. Через 24 години спостереження було відмічено зниження рівня Т ₃ у всіх групах, що, ймовірно, було взаємопов'язано з активацією метаболічних процесів у цей період. Надалі, вміст гормону знову повертався до початкових величин у 1-й і 2-й групах, а в 3-й групі мав подальше зниження.

Динаміка рівнів ЦН (табл. 4) через 3 години носила односпрямований характер у 1-й і 2-й групах: спостерігалося підвищення як цАМФ, так і цГМФ. Досить значущим був приріст цАМФ, що об'єктивно могло відображати вплив активації адренергічної системи. У 3-й групі спостерігалося максимальне підвищення цАМФ (на 99,3 %, р0,05) в порівнянні з контрольними величинами. Рівень цГМФ у 2-й групі знаходився в межах контрольного рівня. Через 12 годин після травми рівень цАМФ продовжував збільшуватися: у 1-й групі на 94,9 % (р0,05), у 2-й групі - на 84,9 % (р0,05), а в 3-й групі ? на 189,2 % (р0,001) в порівнянні з контрольною групою. Приріст цГМФ був значущим у 2-й і 3-й групах ? на 41,3 % (р0,05) і 29,4 % (р0,05) в порівнянні з контрольними величинами, відповідно.

Таблиця 4 Динаміка вмісту циклічних нуклеотидів у сироватці крові щурів, M±m

Через 24 години вміст цАМФ продовжував підвищуватися у 1-й та 3-й групах і знизився на 26,8 % (р0,05) в порівнянні з рівнем 12 годин у тварин 2-ї групи. В той же час підвищення цГМФ було більш виражене в 2-й і 3-й групах на 85,8 % (р0,05) і 98,8 % (р0,05) в порівнянні з контрольним рівнем, відповідно. Через 48 годин стійке підвищення ЦН спостерігалося у всіх групах, але у тварин 3-ї групи було відмічено зниження цГМФ на фоні максимального збільшення цАМФ.

Отримані дані показали, що динаміка ЦН у виділених групах істотно відрізнялася, особливо вираженими ці відмінності були з 24 годин після травми. Са²⁺ і ЦН мали тісний взаємозв'язок, зміна вмісту одного месенджера спричиняла за собою зміни рівня іншого.

У контрольній групі тварин показники системної гемодинаміки були наступними: СДТ ? 98,1±1,3 мм рт. ст., ППСО ? 0,288±0,04 мм рт. ст/мл/кг, СІ ? 316,5±8,1 мл/хв/кг. Дослідження параметрів системної гемодинаміки через 3 години у тварин 1-ї групи (табл. 5) показало збільшення СДТ на 10 % і СІ у порівнянні з контрольною групою тварин на 12 % (р<0,05). Показники серцевої діяльності - ОШВ, УОК й УІ знаходилися в межах контрольних величин. ЧСС збільшилася на 12 %. Статистично достовірного підвищення ППСО не спостерігалося. У даній групі тварин як компенсаторна реакція на зниження ОЦК внаслідок травми і крововтрати спостерігалося збільшення ХОК за рахунок збільшення СІ. Зміни параметрів системної гемодинаміки у цих тварин свідчили про достатню компенсацію кровообігу.

Таблиця 5 Показники системної гемодинаміки, M±m

Через 12 годин з моменту травми у тварин цієї групи спостерігалося зниження продуктивності серця: ОШВ знизилася на 14 % (р<0,05), УОК зменшився на 15 % (р<0,05), а УІ - на 8 %. ЧСС залишалася підвищеною на 14 % (р<0,05), рівень СДТ дещо знизився. СІ був підвищений переважно за рахунок тахікардії. Як компенсаторна реакція на зниження ОЦК ППСО підвищився на 10 %.

Через 24 години після травми спостерігалося подальше зниження ОШВ - на 20 % (р<0,05), СІ ? до контрольних величин, ППСО не змінювався, була відмічена тенденція до зниження СДТ, ЧСС залишалася підвищеною. Підтримка гемодинамічних реакцій в цей період досягалася більшою мірою за рахунок збільшення частоти, а не сили серцевих скорочень. Те, що ППСО не підвищувався, свідчило про достатню адаптацію серцево-судинної системи.

Через 48 годин ЧСС залишалася підвищеною на 16 %. Рівень СДТ практично не змінився, а ППСО підвищився на 16 % (р<0,05) в порівнянні з контрольними величинами. Показник СІ знизився на 23 % (р<0,05) у порівнянні з параметрами через 3 години після травми. Оскільки СІ може служити інтегративним показником адекватності функціонування серцево-судинної системи можна говорити про те, що первинна компенсаторна реакція у тварин цієї групи в гострому періоді ТХ перебігала за гіпердинамічним типом, але згодом перейшла на менш раціональний спосіб підтримки ОЦК - шляхом підвищення судинного тонусу. Кількість тварин з цим типом гемодинамічної реакції склала 29,4 %.

Аналіз параметрів системної гемодинаміки у тварин 2-ї групи (див. табл. 5) показав збільшення ЧСС на 14 % (р<0,05) і ППСО на 9 % через 3 години після травми. Показники серцевої діяльності - ОШВ, УОК й УІ були декілька знижені, але зберігалися в межах контрольних величин. ЧСС була підвищена на 14 % (р<0,05). СДТ був трохи підвищений.

Через 12 годин СДТ істотно не змінився, зберігалася тахікардія. Показники роботи серця мали тенденцію до зниження: ОШВ зменшилася на 11 %, УОК - на 15 % (р<0,05), УІ - на 11 %. ППСО і СІ були трохи підвищені. У цій ситуації можна було говорити про напруження компенсаторних механізмів системної гемодинаміки в цій групі тварин, оскільки підтримка артеріального тиску досягалася як за рахунок зростання ЧСС, так і за рахунок збільшення судинного опору. Це супроводжувалося збільшенням постнавантаження і створювало передумови для погіршення стабільної роботи серця.

Через 24 години з моменту травми спостерігалося подальше зниження показників продуктивності серця: ОШВ зменшилася на 14 % (р<0,05), УОК - на 20 % (р<0,05), УІ - на 15 % (р<0,05) в порівнянні з контрольною групою. ЧСС була підвищена на 16 % (р<0,05), за рахунок чого СІ зберігався в межах контрольних величин, ППСО був підвищений на 11 %, а СДТ знаходився в межах норми.

Через 48 годин всі показники гемодинаміки стабілізувалися. Підвищилися значення ОШВ і УІ, дещо знизилися ЧСС і ППСО. СДТ і СІ були в межах контрольних величин. Не дивлячись на те, що безпосередньо після травми у тварин даної групи спостерігалося напруження компенсаторних реакцій гемодинаміки (тахікардія, зростання ППСО, зниження показників роботи серця), через дві доби після травми серцево-судинна система у тварин цієї групи стабілізувалася і виявилася стійкою до травми.

У тварин 3-ї групи через 3 години після травми (див. табл. 5.) спостерігалося зниження ОШВ на 36 % (р<0,05), УОК - на 45 % (р<0,05), УІ - на 39 % (р<0,05) в порівнянні з контрольними величинами. Не дивлячись на зростання ЧСС на 23 % (р<0,05), СІ був знижений на 26 % (р<0,05), а ППСО - був збільшений на 54 % (р<0,05). У тварин цієї групи спостерігався найнесприятливіший тип компенсаторної реакції системної гемодинаміки, який виявлявся підвищенням судинного опору. Тварини цієї групи склали 17,7 % від загальної кількості, і саме вони починали гинути з перших годин травматичної дії.

Через 12 годин після травми зберігалося стійке підвищення ЧСС на 23 % (р<0,05) і ППСО - на 58 % (р<0,05). Показники продуктивності роботи серця продовжували знижуватися: ОШВ зменшилася на 42 % (р<0,05), УОК - на 48 % (р<0,05), УІ - на 46 % (р<0,05) і СІ - на 34 % (р<0,05) в порівнянні з контрольними величинами. Зважаючи на важливу роль у формуванні недостатності кровообігу таких екстракардіальних факторів, як дефіцит об'єму циркулюючої крові, порушення властивостей реології крові і гемоконцентрація, не слід недооцінювати значення пошкоджень самого серцевого м'яза в розвитку синдрому низького серцевого викиду, характерного для посттравматичної міокардіодистрофії. У тварин цієї групи в гострому періоді ТХ істотно знижувалися функціональні резерви міокарда оскільки внаслідок зростання ЧСС скорочувався час діастоли, відповідно, погіршувалося поповнення енерговитрат кардіоміоцитів, а із зростанням ППСО збільшувалося постнавантаження. У подальші терміни у тварин 3-ї групи спостерігалася декомпенсація системної гемодинаміки. Тахікардія і підвищення ППСО не компенсували зниження продуктивності серця, що в результаті призводило до зниження СДТ, а надалі ? і до зниження ППСО і ЧСС. Через 48 годин практично всі тварини цієї групи загинули. Це свідчило про украй несприятливий варіант перебігу гострого періоду ТХ у цих тварин.

Для інтегральної характеристики стану тварини після травми був проведений кластерний аналіз, який описувався значенням параметрів у 9-мірному просторі (Казаков В.М. і співавт., 2001). Для проведення кластерного аналізу був використаний метод побудови самоорганізуючих карт Кохонена, який дозволяє розпізнавати кластери (об'єкти, близькі за сукупністю властивостей у багатомірному просторі ознак), а також встановлювати ступінь їх близькості і, таким чином, покращує розуміння структури даних (рис. 1.).

Для проведення аналізу була побудована нейронна сітка з 9 нейронами на вході (відповідають досліджуваним параметрам) і 4-а нейронами у вихідному шарі (відповідають 4 групам тварин, одержаним у результаті кластеризації). В результаті проведення кластерного аналізу результатів дослідження в дев'ятимірному просторі ознак встановлено:

1) за сукупністю досліджуваних ознак стан контрольних тварин - 4-й кластер істотно відрізнявся від стану тварин через 3 години після травми;

2) стан травмованих тварин визначався вмістом Са²⁺: тварини зі зниженим вмістом Са²⁺ (<0,6 ммоль/л) - 2-й кластер, відрізнялися за своїми властивостями від інших кластерів; тварини з підвищеним вмістом Са²⁺ (>0,8 ммоль/л) - 3-й кластер, відрізнялися від інших кластерів і були близькі до тварин, із вмістом Са²⁺ 0,65-0,75 ммоль/л - 1-й кластер.

Таким чином, встановлено, що вміст Са²⁺ був визначальним маркером стану травмованих тварин, який описувався сукупністю дев'яти вивчених показників. Для виявлення зв'язку між показниками, які описували стан травмованої тварини і показниками виживання була побудована множинна регресійна модель прогнозування виживання тварин залежно від значень показників Ca²⁺ і параметрів системної гемодинаміки, зміряних після травматичної дії. Під час побудови моделі вважалося, що результат є сприятливим у разі, коли тварина після отримання травми прожила більше 48 годин (Y=1) і несприятливим, якщо тварина прожила менше 48 годин (Y=0).

Рис. 1. Архітектура нейронної сітки Кохонена для проведення кластерного аналізу результатів дослідження. Трикутниками позначені нейрони вхідного, кухлями - вихідного шару

Модель будувалася на результатах спостереження за 96 тваринами, причому для оцінки адекватності моделі всі випадки (з використанням генератора випадкових чисел) були розділені на 3 множини: повчальна множину (на якій вироблявся розрахунок параметрів моделі) - 60 тварин, контрольну множину (яка використовувалася для оптимізації порогу дискримінації моделі, проводилась методом аналізу її операційних характеристик - ROC процедури) ? 10 тварин, тестову множину (яка використовувалася для перевірки прогностичної здатності моделі на нових даних і для побудови не використовувалася) - 26 тварин. Одержана в результаті розрахунків дискримінантна модель описувалася таким рівнянням:

Y=?0,305Ca²⁺?0,0101ЧСС-0,0218СДТ+11,3ППСО+0,0167СІ?1,77 (1),

Де Y ? прогностичний коефіцієнт, Са²⁺ ? рівень іонізованого кальцію (ммоль/л), ЧСС - частота серцевих скорочень (уд/хв), СДТ - середньодинамічний артеріальний тиск (мм рт.ст.), ППСО - питомий периферичний судинний опір (мм рт.ст.·кг/мл·хв), СІ - серцевий індекс (мл·хв/кг).

При оптимізації порогу ухвалення рішення моделі було набуте значення Ycrit=0,624. У разі, коли в результаті розрахунків за формулою (1) набуте значення Y<0,624 прогнозували несприятливий результат. У разі Y>0,624 прогноз був сприятливим. На повчальній множині чутливість моделі склала 100 % (інтервальна оцінка 92,0 % - 100 %), специфічність - 97,7 % (інтервальна оцінка 90,9 % - 100 %), частка хибно-позитивних прогнозів - 0 % (інтервальна оцінка 0 % - 4,5 %), частка хибно-негативних прогнозів - 4,2 % (інтервальна оцінка 0 % - 16,4 %). Таким чином за допомогою методу моделювання нейромереж були визначені критерії прогнозу завершення гострого періоду травматичної хвороби в експерименті, а саме ? показники системної гемодинаміки та рівень іонізованого кальцію.

Висновки

гіпокальціємія гомеостаз гормон травматичний

У дисертаційній роботі представлено теоретичне узагальнення наукової проблеми порушень регуляторних механізмів кальцієвого гомеостазу в гострому періоді травматичної хвороби. В результаті аналізу проведеного комплексного експериментального дослідження доведена принципова відмінність розладів параметрів гормональної регуляції і системної гемодинаміки у виділених за рівнем Са²⁺ групах. На підставі одержаних даних була побудована множинна регресійна модель прогнозування виживання тварин залежно від значень показників Ca²⁺ і параметрів системної гемодинаміки, зміряних після травматичної дії.

1. При нанесенні стандартної дозованої механічної травми формувалися різні типи порушень кальцієвого гомеостазу. У 29,4 % випадків розвивалася гіперкальціємія. У 52,9 % спостерігався розвиток еукальціємії й в 17,7 % - гіпокальціємії. За вмістом Са²⁺ виділені групи статистично достовірно відрізнялися між собою у всі терміни спостереження (р<0,05).

2. Встановлено, що різні типи порушень кальцієвого гомеостазу були обумовлені різноспрямованими зрушеннями кальційрегулюючих гормонів. Гіперкальціємічна реакція розвивалася при переважному підвищенні (на 263 %, р<0,05) паратиреоїдного гормону. Еукальціємічна реакція при ? односпрямованій реакції як паратиреоїдного гормону, так і кальцитоніну. Гіпокальціємічна реакція розвивалася при максимальному підвищенні кальцитоніну (на 186 %, р<0,05).

3. Зміни паратиреоїдного гормону і кальцитоніну корелювали із змінами тиреоїдного статусу. У гострому періоді травматичної хвороби спостерігалася неспецифічна активація гіпофізарно-тиреоїдної системи, а при гіпокальціємії формувався синдром низького трийодтироніну, який обтяжував перебіг гострого періоду травматичної хвороби.

4. Динаміка вмісту в крові циклічних нуклеотидів відрізнялася у виділених групах: при гіпокальціємії спостерігалося виражене домінування цАМФ над цГМФ, тоді як при гіперкальціємії ? у бік переважання цГМФ.

5. Зміни параметрів системної гемодинаміки залежали від рівня Са²⁺ у крові. При гіперкальціємії стабілізація середньодинамічного тиску реалізувалася за рахунок збільшення продуктивності серця. Параметри системної гемодинаміки при еукальціємії характеризувалися стабільністю і відновленням до кінця гострого періоду. При гіпокальціємії компенсація гемодинаміки досягалася за рахунок зростання периферичного судинного опору, що на фоні зниження продуктивності серця призводило до декомпенсації.

6. За допомогою методу моделювання нейромереж виявлені найзначущі критерії прогнозу завершення гострого періоду травматичної хвороби в експерименті, а саме рівень Са²⁺ у сироватці крові та показники системної гемодинаміки. При Y>0,624 прогноз був сприятливим. У разі отримання прогностичного коефіцієнта Y<0,624 загибель тварин спостерігалася у 98,9 % випадків.

Перелік наукових праць, опублікованих за темою дисертації

1. Пищулина С.В. Состояние гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы и кальциевого гомеостаза в раннем посттравматическом периоде. // Запорожский медицинский журнал. ? №3, 2002. - С.46-48. Пищулина С.В. Гомеостаз кальция и циклические нуклеотиды в раннем посттравматическом периоде // Буковинський медичний вісник. - 2003. - Т.7, №1-2. - С.126-128.

2. Піщуліна С.В. Функціональна активність щитовидної та паращитовидної залоз при травматичній хворобі // Травма. - 2004. - Т.5, №1. - С.25-29.

3. Ельский В.Н., Зяблицев С.В., Пищулина С.В. Гемодинамические аспекты нарушений гомеостаза кальция в остром периоде травматической болезни // Клінічна та експериментальна патологія. - 2004. - Т.3, №2, Ч.2. - С. 303-305.

4. Піщуліна С.В. Прогнозування завершення гострого періоду травматичної хвороби за допомогою методів математичного моделювання // Травма - 2006. - Т.7, № 3. - С. 402-406. (Роботу виконано самостійно).

5. Зяблицев С.В., Пищулина С.В. Состояние кальциевого гомеостаза при травматической болезни // Сб. статей "Вопр. эксп. и клин. медицины" - Донецк: ООО "Лебедь", 1999. - Вып. 3, Т.1.? С.68-70

6. Пищулина С.В., Зяблицев С.В., Кишеня М.С. Нарушения центральной гемодинамики и кальциевого гомеостаза при травматической болезни и травматическом шоке // Сб. статей "Вопросы экспериментальной и клинической медицины". ? Донецк: ДонГМУ, 2002. - Вып.6, Т.1. - С. 31-33.