Последействие ГБО на перекисное окисление липидов и ферментные антиоксиданты головного мозга: проспективное экспериментальное исследование

ЦЕЛЬ. Изучить влияние однократного и многократного применения гипербарической оксигенации (ГБО) в терапевтическом режиме на процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) и ферменты антиоксидантной защиты филогенетически различных структур головного мозга в период ближайшего и отдаленного последействия экспозиций.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Опыты проведены на 87 белых нелинейных крысах-самцах массой 180–230 г. Гипербарическую оксигенацию выполняли медицинским кислородом в экспериментальной барокамере в «мягком» режиме (2 ата, 50 мин изопрессии), 1 сеанс в сутки в утренние часы. Исследования проводили после 1, 5, 10 сеансов, через 5 и 10 дней после 1 сеанса и через 5 дней после 5 сеансов ГБО. В стволе, мозжечке и больших полушариях головного мозга определяли содержание малонового диальдегида (МДА). Состояние ферментного звена антиоксидантной защиты оценивали по активности супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Установлено, что воздействие кислорода под повышенным давлением вызывало в мозге увеличение интенсивности процессов ПОЛ, которое прогрессирует от 1-го до 5-го сеансов. При этом изменения МДА в стволе мозга обнаруживались позднее, чем в полушариях и мозжечке. Интенсификация ПОЛ в мозге протекала на фоне повышения активности СОД. После 10 сеансов ГБО интенсивность ПОЛ уменьшалась, что подтверждалось снижением содержания МДА и активности СОД в исследованных тканях мозга. Активность каталазы снижалась в стволе после 5 сеансов и увеличивалась в мозжечке и полушариях после 10 сеансов ГБО. Последействие 1 сеанса ГБО характеризовалось стойким повышением концентрации МДА в отделах мозга, которое обнаруживалось через 5 и через 10 сут после воздействия и сопровождалось повышенной активностью СОД на фоне снижения активности каталазы. Через 5 сут после 5 сеансов повышение содержания МДА и активация СОД наблюдались только в ткани больших полушарий.

ОБСУЖДЕНИЕ. Применение ГБО в режиме 2 ата, 50 мин стимулирует в мозге реакции свободно-радикального окисления (СРО). Динамика их развития при продолжении экспозиций показывает, что ресурсов антиоксидантной защиты мозга достаточно для компенсации гипероксической нагрузки, включая 10-кратные экспозиции, и истощения резервов ферментного антиоксидантного звена в мозге не наблюдается. После однократного воздействия гипербарического кислорода активация СРО сохраняется на протяжение 10 дней, что можно заключить из повышенного уровня МДА и увеличенной активности СОД во всех отделах мозга на фоне снижения активности каталазы стволовых структур и мозжечка. Повторяющиеся 5-кратные экспозиции имеют менее выраженный метаболический «след»: через 5 сут явления ПОЛ и активация СОД выражены менее, чем в периоде последействия 1 сеанса как через 5, так и через 10 сут.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Терапевтический «мягкий» режим ГБО (2 ата, 50 мин, 1 сеанс в сутки) вызывает в ткани мозга экспериментальных животных активацию СРО. Ее интенсивность контролируется активацией механизмов ферментной защиты, которой достаточно, чтобы компенсировать изменения СРО при данном режиме гипероксической нагрузки. После прекращения экспозиций более выраженное последействие ГБО в отделах мозга обнаруживают после 1 сеанса по сравнению с 5 сеансами.

морская медицина, гипербарическая оксигенация, мозг, последействие, супероксиддисмутаза, антиоксиданты, перекисное окисление липидов

1. Bennett M. The evidence basis of diving and hyperbaric medicine: A synthesis of the high level clinical evidence with meta-analysis. VDM Verlag, 2009, 668 p.

2. Hyperbaric Oxygen Treatment in Research and Clinical Practice - Mechanisms of Action in Focus. Hyperbaric Oxygen Treatment in Research and Clinical Practice – Mechanisms of Action in Focus / Drenjančević I. London: InTech Open, 2018. doi: 10.5772/intechopen.70322

3. Pekovic S., et al. Hyperbaric Oxygen Therapy in Traumatic Brain Injury: Cellular and Molecular Mechanisms. In: Hyperbaric Oxygen Treatment in Research and Clinical Practice – Mechanisms of Action in Focus. Tech, 2018. doi: 10.1179/016164107X181798

4. Халимов Ю. Ш., Ткачук Н. А., Жекалов А. Н. Организация и оказание терапевтической помощи в современных локальных войнах и вооруженных конфликтах // Военно-медицинский журнал. 2014. Т. 8. С. 16–24 [Khalimov Iu. Sh., Tkachuk N.A., Zhekalov A.N. Organization and delivery of therapeutic care in modern local wars and armed conflicts. Voen Med Zh, 2014, Vol. 8, pp. 16–24 (In Russ.)].

5. Susta D., Dudnik E., Glazachev O.S. A programme based on repeated hypoxia–hyperoxia exposure and light exercise enhances performance in athletes with overtraining syndrome: a pilot study // Clin. Physiol. Funct. Imaging, 2017, Vol. 37, № 3, pp. 276–281. doi: 10.1111/cpf.12296

6. Cardinale D.A., Ekblom B. Hyperoxia for performance and training // J. Sports Sci. Routledge, 2018, Vol. 36, № 13, pp. 1515–1522. doi: 10.1080/02640414.2017.1398893

7. Marchetti E. Hyperbaric Exposure of Scuba Divers Affects the UrinaryExcretion of Nucleic Acid Oxidation Products and Hypoxanthine // Int. J.Environ. Res. Public Health., 2022, Vol.19, № 3005б doi:10.3390/ijerph19053005

8. Wingelaar T.T., van Ooij P.J.A.M., van Hulst R.A. Oxygen Toxicity and Special Operations Forces Diving: Hidden and Dangerous // Front. Psychol. Front Psychol., 2017, Vol.8, № 25, 1263. doi: 10.3389/fpsyg.2017.01263

9. Alva R. Oxygen toxicity: cellular mechanisms in normobaric hyperoxia // Cell Biol. Toxicol. Springer Science and Business Media, 2022, Vol. 39, № 1, pp. 111–143. doi: 10.1007/s10565-022-09773-7

10. Ay H. Persistence of hyperbaric oxygen-induced oxidative effects after exposure in rat brain cortex tissue // Life Sci., 2007, Vol. 80, № 22, pp. 2025–2029. doi: 10.1016/j.lfs.2007.03.002.

11. Fenton L.H., Robinson M.B. Repeated exposure to hyperbaric oxygen sensitizes rats to oxygen-induced seizures // Brain Res., 1993, Vol. 632, № 1–2, pp. 143–149. doi: 10.1016/0006-8993(93)91149-m.

12. Simsek K. Evaluation of the Oxidative Effect of Long-Term Repetitive Hyperbaric Oxygen Exposures on Different Brain Regions of Rats // Sci. World J., 2012, Vol. 2012, 849183. doi: 10.1100/2012/849183

13. Глазачев О. С. Интервальные гипоксически-гипероксические тренировки в реабилитации спортсменов с синдромом хронической перетренированности (пилотное исследование) // Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2010. Т. 2, № 74. С. 19–25 [Glazachev O.S. et al. Periodic hypoxic-hyperoxic training in the rehabilitation of sportsmen with the chronic hyper-training syndrome (a pilot study). Exercise therapy and Sports Medicine, 2010, Vol. 2, № 74, pp. 19–25 (In Russ.)].

14. Туровский В.Ф. Влияние гипероксической газовой смеси на состояние нервно-мышечного аппарата и гемодинамики футболистов. // Научные труды СибГУФК. 2016. № 2016. С. 68–72 [Turovskij V.F. The effect of hyperoxic gas mixture on the state of the neuromuscular apparatus and hemodynamics of football players. Scientific works of the Siberian state university of physical culture and sports, 2016, pp. 68–72 (In Russ.)].

15. Петриков С.С. Гипербарическая оксигенация в терапии пациентов с COVID-19 // Общая реаниматология. 2021. Т. 16, № 6. С. 4–18. doi:10.15360/1813-9779-2020-6-4-18 [Petrikov S. S. Hyperbaric oxygenation therapy in patients with COVID-19. General reanimatology, 2021, Vol. 16, № 6, pp. 4–18 (In Russ.)]. doi:10.15360/1813-9779-2020-6-4-18

16. Radchenko A.S., Shabanov P.D. Hyperoxia and hypoxia influence to adaptive processes at muscular work // Rev. Clin. Pharmacol. Drug Ther., 2018, Vol. 16, № 3. С. 68–77. doi:10.17816/RCF16368-77

17. Хачатурян М. Л. Влияние сезона года на показатели перекисного окисления липидов миокарда животных с различной устойчивостью к гипоксии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1995. № 7. С. 87–90 [Khachatur’ian M.L. The effect of season on lipid peroxidation indicators in the myocardium of animals with varying resistance to hypoxia. Biull Eksp Biol Med, 1995, Vol. 120, № 7, pp. 87–90 (In Russ.)].

18. Пашков А. И., Романов А. Ю. Применение хемилюминисцентного анализа для определения активности СОД // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1990. № 7. С. 92–94 [Pashkov A. I., Romanov A. Yu. Application of chemiluminescent analysis to determine the activity of SOD. Biull Eksp Biol Med, 1990, № 7, рр. 92–94 (In Russ.)].

19. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. Т. 1, № 16–19 [Korolyuk M.A. Method for determining of catalase activity. Clinical Laboratory Diagnostics, 1988, № 1, рр. 16–19 (In Russ.)].

20. Андреева Л. И, Кожемякин Л. А., Кишкун А. А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лабораторное дело. 1988. Т. 11. С. 41–43 [Andreeva L.I., et al. Modification of the method for determining lipid peroxides in a test with thiobarbituric acid. Clinical Laboratory Diagnostics, 1988, № 11, рр. 41–43 (In Russ.)].

21. Jakovlev V.N., Savilov P.N., Bulgakova Y.V. Glutamate metabolism in brain structures in experimental hemorrhagic shock // General reanimatology, 2017, Vol. 13, № 1, pp. 6–16. doi:10.15360/1813-9779-2017-1-6-16

22. Булгакова Я.В., Савилов П.Н. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная система головного мозга крыс при адаптации к гипероксической нагрузке // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2022. Т. 66, № 3. С. 80–90. doi 10.25557/0031-2991.2022.03.80-90 [Bulgakova Y.V., Savilov P.N. Lipid peroxidation and the antioxidant system of the rat brain during adaptation to hyperoxic load. Pathological Physiology and Experimental Therapy, 2022, Vol. 66, № 3, pp. 80–90 (In Russ.)]. doi 10.25557/0031-2991.2022.03.80-90