Кровопотеря при травмах  —  одна из основных причин повышенного уровня смертности как среди гражданских лиц, так и среди военнослужащих [1, 2]. В большинстве случаев тяжелое состояние пациентов с геморрагией усугубляет непреднамеренная гипотермия организма [3–5].

Согласно существующим рекомендациям по лечению травм с кровотечением, гипотермию следует избегать [6, 7]. Однако еще в начале 2000-х гг. в ряде зарубежных исследований были проведены эксперименты на животных с моделированием геморрагического шока и с использованием охлаждения. Большинство исследований, выполненных на различных видах животных, было сфокусировано на влиянии разных температур на выживаемость. Так, у крыс, подвергшихся летальному неконтролируемому кровотечению, охлаждение поверхности тела до 34 и 30 °C приводило к увеличению выживаемости (119 и 132 мин соответственно против 51 мин) по сравнению с нормотермными крысами [8]. Аналогичные результаты показаны для крыс, подвергшихся контролируемому геморрагическому шоку и охлажденных до 34 °C  в течение 12 ч во время реанимации [9]. Терапевтическая легкая гипотермия (34 °C) при отсроченной ограниченной инфузионной терапии улучшала выживаемость крыс после неконтролируемого геморрагического шока [10].

Модели геморрагического шока на свиньях также продемонстрировали улучшение выживаемости при гипотермии. Так, поверхностное охлаждение до Тр 34 °C улучшает выживаемость свиней, подвергшихся длительному геморрагическому шоку с регулируемым объемом и разрыву селезенки [11]. Глубокое гипотермическое искусственное кровообращение может улучшить выживаемость у свиней со смертельным неконтролируемым кровотечением [12]. Изучение травматического неконтролируемого геморрагического шока у кроликов показало, что легкая гипотермия (ректальная температура, или ТР, — 34 °C) после возобновления кровообращения улучшает раннюю выживаемость с улучшением работы органов без нарушений гомеостаза [13].

В дальнейшем были предприняты попытки изучения нейропротекторных механизмов гипотермии. В одном из последних обзоров приведены доказательства эффективности использования терапевтической гипотермии при операциях на сердце, при черепномозговых травмах и неонатальной энцефалопатии как в исследованиях на животных, так и в клинических испытаниях [14].  Основным результатом использования гипотермии является предотвращение необратимого некроза нейронов и ишемического повреждения головного мозга.

Применение терапевтической гипотермии в клинической практике при геморрагическом шоке и реанимации может быть эффективным в снижении образования активных форм кислорода и уменьшении проницаемости сосудов [15], что способствует более успешной реанимации пациентов. Доказано, что терапевтическая гипотермия до 34 °C при контролируемом или неконтролируемом геморрагическом шоке у крыс уменьшает кровопотерю и потребление кислорода и не вызывает коагулопатии [16]. На модели овец показано, что применение умеренной гипотермии у здоровых животных ассоциировалось со значительным снижением плотности подъязычных капилляров при отсутствии выраженных изменений системной гемодинамики [17].

Подтверждено позитивное влияние легкой гипотермии на микроциркуляцию коры головного мозга, измеряемую с помощью многоканальной лазерной флоуметрии, на модели остановки сердца у кроликов [18]. Подобный эффект улучшения церебрального микроциркуляторного кровообращения наблюдали у крыс, получавших раннюю легкую гипотермию всего тела во время реанимации после остановки сердца [19]. В то же время, легкая гипотермия снижала как церебральный кровоток в микрососудах свиней, так и церебральный метаболизм после восстановления циркуляции крови по сравнению с нормотермическими животными [20, 21]. Общий эффект заключался в том, что во время гипотермии улучшалось соотношение потребности и снабжения мозга кислородом.

Пилотное исследование, оценивающее влияние системной гипотермии на микроциркуляцию при тяжелом геморрагическом шоке, было осуществлено в 2021 г. [22]. В нем показано, что, хотя геморрагия вызывает серьезные нарушения микроциркуляции в сублингвальной области, в ворсинках кишечника и в коре почек овец, последующее снижение ректальной температуры до 33–34 °C улучшает микроциркуляторное кровоснабжение этих областей. 

В нашей предыдущей работе иммерсионное охлаждение организма усугубляло микроциркуляторную дисфункцию, вызванную острой массивной кровопотерей [23]. При таком быстром охлаждении крыс на стадии умеренной гипотермии наблюдалось аддитивное влияние гипотермии и геморрагии на вазоконстрикторные реакции церебральных микрососудов. Для установления картины взаимовлияний гипотермии и кровопотери была поставлена цель  —  изучить воздействие легкой гипотермии при предварительно вызванной кровопотере средней степени на микрососудистое русло коры головного мозга крыс.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проводили на самцах крыс линии Wistar (n = 23) массой 280–310 г из биоколлекции «Коллекция лабораторных млекопитающих разной таксономической принадлежности» Института физиологии им. И. П. Павлова РАН.

Наркотизацию животным осуществляли с помощью раствора уретана (в/б, 1000 мг/кг). Для исследования in vivo церебральных микрососудов производили краниотомию теменных костей размером 7– 5 мм, в пределах окна удаляли твердую мозговую оболочку. В левую бедренную артерию вставляли катетер, заполненный гепаринизированным (40 Ед/мл) физиологическим раствором, для прямого измерения артериального давления, а в правую бедренную артерию — для отбора крови. Во время операций у крыс поддерживали Тр на уровне 37–38 °С с помощью электрической грелки для мелких животных.

При проведении эксперимента животных случайным образом распределяли на три группы. Животных 1-й группы (n = 7) охлаждали до Тр 34 °С, затем температуру поддерживали на этом уровне на протяжении 3,5 ч эксперимента. У животных 2-й группы (n = 6) моделировали кровопотерю из расчета 20% от ОЦК, в дальнейшем животное с начальной Тр 37 °С находилось при комнатной температуре 20–22 °С на протяжении 3,5 ч эксперимента. Животных 3-й группы (n = 10) после предварительно вызванной кровопотери (из расчета 20% от ОЦК) охлаждали в воздушной среде до Тр 34 °С, которую поддерживали на протяжении 3,5 ч.

Отбор артериальной крови осуществляли из расчета 1,2 мл на 100 г веса животного или 20% от ОЦК, что приравнивается к кровопотере средней тяжести, т. е. у крысы с весом 300 г доза эксфузии крови составляла 3,6 мл. Время забора крови составляло около10 мин, средняя скорость эксфузии — 0,36 мл/мин. 

Охлаждение крыс до Тр 34 °С осуществляли в воздушной среде при обычной комнатной температуре путем частичного смачивания спины животного и использования направленного потока воздуха с помощью бытового вентилятора. Длительность охлаждения составляла около 30 мин.

Порядок воздействий в каждой группе во время эксперимента представлен на рис. 1.

Визуализацию и мониторинг микрососудистого русла мягкой (сосудистой) оболочки коры головного мозга осуществляли на установке витальной микроскопии, в состав которой входили микроскоп ЛЮМАМ К-1 («ЛОМО»; Россия) с контактным темнопольным объективом и цветная видеокамера ACUMEN AiP-B84A (ACUMEN Int. Corp.; Тайвань). Полученное изображение обрабатывали на компьютере в пакете программ Pinnacle Studio. Калибровку измерений производили при помощи стандартного объектмикрометра ОШ-1 (цена деления  — 10 мкм).

После предварительных процедур (охлаждение / эксфузия / их совместное воздействие) на протяжении 3,5 ч эксперимента каждые 15 мин регистрировали реакции пиальных артериальных сосудов. Исходный диаметр микрососудов составлял 10–40 мкм, большинство артерий имели диаметр порядка 20–25 мкм. В каждой серии эксперимента на каждом временном отрезке делали по 50–90 измерений на идентичных участках сосудов. После окончания экспериментов животных усыпляли передозировкой раствора уретана.

Непрерывно регистрировали частоту сердечных сокращений по ЭКГ, среднее артериальное давление (прямое измерение через катетер от бедренной артерии) и частоту дыхания (угольный датчик). С помощью АЦП Е-154 (L-Card; Россия) аналоговые сигналы оцифровывали и записывали в памяти компьютера.

При статистической обработке данных использовали пакет программ STATISTICA 6.0, достоверность различий внутри каждой группы оценивали с помощью непараметрического критерия Уилкоксона, для выявления различий между группами использовали непараметрический критерий Манна–Уитни, уровень достоверности различий — р < 0,05. Все экспериментальные данные представлены как средняя ± ошибка средней (M ± SE).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Показатели функционального состояния организма до начала воздействия (обозначены как норма) были одинаковыми (р ˃ 0,05) во всех экспериментальных группах (таблица). Во 2-й и 3-й группах предварительная эксфузия крови, эквивалентная 20% ОЦК, приводила к резкому снижению САД на 60% (р ˂ 0.001), небольшому снижению ЧСС на 5–7 % (р ˂ 0,05), однако ЧД оставалась без изменений (р ˃ 0,05). В 1-й и 3-й группах при достижении к началу наблюдений Тр 34 °С (обозначено как фон) показатель САД был ниже значений нормы на 11% (р ˂ 0,05) и на 30% (р ˂ 0,001) соответственно, ЧСС снижался на 16–17% (р ˂ 0,01) в обеих группах, ЧД на 5% (р ˃ 0,05) в 1-й группе и на 24% (р ˂ 0,01) — в 3-й группе. Во 2-й группе к началу наблюдений (фон) показатель САД увеличился на 29% (р ˂ 0,01) от зафиксированного минимального САД во время забора крови, а значения ЧСС и ЧД несколько уменьшились (р ˃ 0,05), при этом Тр составляла 37,1 ± 0,2 °С. Таким образом, к началу наблюдений (фон) физиологические показатели животных достигали определенных значений, отличающихся от параметров нормы, после чего в течение 3,5 ч в 1-й и 3-й группах у животных поддерживалась нужная по условиям эксперимента Тр 34 °С, а животные 2-й группы находились при комнатной температуре.

В 1-й группе (рис. 2) на 15-й минуте гипотермического состояния крысы САД несколько повышалось до 107,7 ± ± 5,7 мм рт. ст. (р ˂ 0,05), но в дальнейшем находилось в интервале 85–98 мм рт. ст.  ЧСС у животных этой группы в течение первых 1,5 ч наблюдений была несколько выше фона, а затем  — на его уровне, но до значений нормы не поднималась. Попарное сравнение ЧД в 1-й группе показало небольшое статистически значимое различие между этим показателем в норме и при гипотермическом состоянии животного (р ˂ 0,05) на протяжении всего эксперимента.

Во 2-й группе на всем этапе экспериментального наблюдения животных Тр снижалась и к концу наблюдений (через 3,5 ч) достигала значения 34,3 ± 0,3 °С. САД равномерно поднималось в течение 1 ч до значений

80 мм рт. ст. (р ˂ 0,01), затем оставалось на этом уровне до конца наблюдений. ЧСС имела тенденцию к снижению на всем периоде наблюдений, в конце этого периода значение ЧСС было на 16% ниже нормы и на 9% ниже фона (р ˂ 0,01). ЧД удерживалась на уровне фоновых значений.

В 3-й группе САД к моменту начала охлаждения животных поднялось до уровня 53,9 ± 3,7 мм рт. ст., при дальнейшем охлаждении продолжило увеличение до 72,4 ± 4,7 мм рт. ст. в точке начала наблюдений и имело максимальное значение после кровопотери на 15-й минуте наблюдений 92,1 ± 4,2 мм рт. ст. (р ˂ 0,001). ЧСС и ЧД на всем периоде наблюдений находились на уровне фона.

На рис. 3 представлены результаты прямых измерений диаметра пиальных артерий в мкм.

На этапе эксперимента от исходного состояния животного до фоновых значений в начале наблюдения изменение диаметра сосудов рассчитывали в процентах от исходного диаметра (норма). Вазоконстрикцию наблюдали во всех трех группах, как при предварительной эксфузии крови, так и при охлаждении животных. В момент минимального САД сужение сосудов составило 9% во 2-й группе и 4% в 3-й группе. После охлаждения животных к началу наблюдений уменьшение диаметра составило в 1-й группе 17,2 ± 2,8%, в 3-й – 18,4 ± 2,3% от нормы (р ˂ 0,001).

Для объективной оценки дальнейших изменений микрососудистого русла в ходе экспериментального наблюдения за 100% взяли величину диаметра сосудов в начале этого этапа (фон).  Эти изменения показаны на рис. 4. При продолжающемся гипотермическом состоянии организма (1-я группа) происходило первоначальное уменьшение диаметра, а затем его восстановление до уровня фона через 2 ч. Во 2-й группе в ходе экспериментального наблюдения при комнатной температуре диаметр церебральных микрососудов продолжил уменьшаться на протяжении первого часа, а затем оставался на уровне 80% от фона, не демонстрируя тенденции к восстановлению. Сужение артерий у животных 3-й группы, подвергшихся сочетанному воздействию кровопотери и гипотермии, за первые 45 мин экспериментальных наблюдений было в 2 раза меньше, чем у животных 2-й группы, в дальнейшем это соотношение увеличивалось.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Основными факторами синдрома острой кровопотери являются уменьшение ОЦК, изменения сосудистого тонуса и снижение сердечного выброса [7, 24]. Считается, что при кровопотере 15% ОЦК действует компенсаторный механизм, но при большей кровопотере для предотвращения прогрессирующей гипотонии он оказывается несостоятельным. В нашей работе была использована модель острой кровопотери средней степени для мелких животных (средняя скорость эксфузии составляла 0,36 мл/мин) при общей кровопотере 20% ОЦК, которая приводила к снижению САД до значений ≈ 40 мм рт. ст. В дальнейшем при нормотермии происходила незначительная компенсация давления: к началу наблюдений во 2-й группе САД поднялось до 55 ± 3,5 мм рт. ст., а затем плавно увеличивалось во времени до 70–80 мм рт. ст. При гипотермическом воздействии на фоне кровопотери (3-я группа) компенсаторное увеличение САД наступало раньше и было более значительным (до 90 мм рт. ст.). На основании этих результатов можно отметить, что в условиях острой кровопотери 20% ОЦК компенсация САД происходила быстрее и эффективнее при гипотермии легкой степени, чем при нормотермии.

Безусловно, артериальное давление служит лишь средством энергообеспечения тканей и не отражает в полной мере гипоперфузию тканей, возникающую при острой потере части ОЦК, тем не менее, по изменению величины САД можно ориентировочно оценить состояние тканевого кровотока. Считается, что при САД более 80 мм рт. ст. капиллярный кровоток сохранен, при САД ниже 55 мм рт. ст. прекращается ауторегуляция в органах, а критическое нарушение перфузии головного мозга возникает при САД ниже 35 мм рт. ст. [24]. Поскольку в нашем исследовании при использовании гипотермии наблюдалась более быстрая компенсация САД до 90 мм рт. ст. и его последующее поддержание на уровне 75–80 мм рт. ст., можно предположить, что гипотермическое воздействие легкой степени предотвращает или существенно снижает риск развития гипоксии органов.

Результаты данной экспериментальной работы подтверждают, что легкая степень гипотермии как при средней степени кровопотери, так и без нее однозначно влияет на изменение состояния микроциркуляторного русла у наркотизированных крыс. Мы наблюдали вазоконстрикцию по сравнению с исходными показателями у животных всех экспериментальных групп (рис. 3). На протяжении 3,5 ч наблюдений были отмечены лишь небольшие различия в показателях ЧСС и ЧД у крыс разных экспериментальных групп в первые 90 мин, а на заключительном этапе эти показатели не отличались (р > 0,05), более того, и различия в значениях САД между всеми группами в конце наблюдений не были статистически достоверны. Таким образом, было показано, что экспозиция животных в течение 3,5 ч при гипотермии, при нормотермии после кровопотери и при сочетанном воздействии кровопотери и гипотермии не приводила к существенным отличиям САД, ЧСС и ЧД на заключительном этапе, однако сопровождалась изменением диаметра пиальных артерий у крыс всех исследуемых групп.

Компенсация при кровопотере возникает в том числе в результате рефлекторной симпатикоопосредованной артериолярной вазоконстрикции, вызванной катехоламинами, действующими на α1-рецепторы [7]. В нашей работе показано, что происходит спазм не только переферических, но и церебральных артериальных сосудов, по крайней мере, в изучаемой нами теменной области коры. Считается, что основная роль в перераспределении крови для обеспечения адекватного кровоснабжения ткани мозга принадлежит именно пиальным артериям [25].

 При гипотермии с самого начала процесса охлаждения нами зарегистрированы микроциркуляторные нарушения, что согласуется  с существующими исследованиями. Так, при изучении влияния умеренной степени гипотермии на динамику показателей микроциркуляторного русла зоны проекции хвостовой вены крыс были показаны развитие вазоконстрикции и снижение показателей микроциркуляции [26]. Эксперименты на сосудах мозга показали ту же зависимость: во время охлаждения кровоток в церебральных микрососудах прогрессивно снижается [21]. Микроциркуляция может играть решающую роль, когда клеточный метаболизм адаптируется к колебаниям температуры. При снижении температуры и, соответственно, скорости метаболизма, сужаются прекапиллярные резистивные сосуды, уменьшая кровоток, что приводит к менее эффективной перфузионной способности микроциркуляции [20, 21]. Тем не менее, в этих работах показано, что охлаждение не приводило к ухудшению снабжения мозга кислородом, поскольку при снижении перфузии церебральных сосудов концентрация кислорода оставалась стабильной или даже повышенной. Этот важный факт свидетельствует, что при гипотермии соотношение потребности и снабжения мозга кислородом улучшается.

Взаимосвязь гипотермии и геморрагии неоднократно изучали в различных условиях, однако число исследований, оценивающих влияние системного гипотермического воздействия на микроциркуляторное русло головного мозга при острой кровопотере, невелико. Модели геморрагического шока на различных видах животных продемонстрировали улучшение выживаемости при гипотермии [8–13]. Было показано улучшение микроциркуляторного кровоснабжения головного мозга при сердечно-легочной реанимации с помощью легкой гипотермии [18, 19, 27]. Наше исследование также показало, что использование гипотермии легкой степени улучшало состояние микроциркуляторного русла коры головного мозга крыс после острой умеренной кровопотери. Это согласуется с  результатами исследований, показавших, что при геморрагическом шоке системное переохлаждение организма защищало от  дальнейших нарушений  в области микрососудистого русла коры почек, ворсинок кишечника и сублингвальной области [22].

В нашем предыдущем исследовании при непрерывном иммерсионном охлаждении животных до гипотермической остановки дыхания в период глубокой гипотермии происходило сужение сосудов примерно на 20% от нормы, а при предварительно вызванной кровопотере (35% ОЦК) и последующем охлаждении сужение сосудов составляло более 30% [23]. В этой работе охлаждение до столь низких температур не проводили, охлаждение животных 1-й и 3-й групп выполняли лишь до Тр 34 °С, а величина эксфузии крови составляла 20% от ОЦК. При таких более мягких условиях сужение менее выражено, что свидетельствует о прямой зависимости величины вазоконстрикции от степени воздействия негативных факторов на организм.

Нейропротекторные механизмы гипотермии при использовании ее после нарушений церебральной микроциркуляции до конца не изучены. Легкая гипотермия после реперфузионного повреждения снижает повышенный коэффициент экстракции кислорода в головном мозге [19]. В обзоре, посвященном влиянию терапевтической гипотермии при неврологических состояниях, отмечалось, что определяющим механизмом протекторного действия гипотермии служат замедление скорости метаболизма и снижение потребности мозга в кислороде и глюкозе [28]. Можно предположить, что именно снижение потребности в кислороде лежит в основе компенсации гипотермией сниженного мозгового кровотока после острого геморрагического воздействия. 

ВЫВОДЫ

Результаты исследования свидетельствуют, что в условиях гипотермии легкой степени, геморрагии 20% ОЦК и их сочетанном воздействии в пиальных микрососудах наркотизированных крыс наблюдались преимущественно вазоконстрикторные эффекты. Использование легкой гипотермии приводило к существенному сокращению вазоконстрикторного влияния острой кровопотери средней степени на церебральные микрососуды. Необходимо отметить, что на сегодняшний день, несмотря на обширные исследования в области применения гипотермии в медицинской практике, данные относительно использования гипотермии в моделях травмы и геморрагии животных и человека довольно немногочисленны. Необходимы дальнейшие исследования для определения возможности и наиболее эффективных схем применения гипотермии при травматическом повреждении и кровопотере.