Явление поляризации тканей при их взаимодействии с внешним электрическим током широко используется для изучения их структурных особенностей и определяется емкостными свойствами мембран, перестройками белковых комплексов и перераспределением электрических зарядов внутри и вне клетки [7, 9, 11]. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о высокой информативности и значимости поляризационных свойств тканей для диагностики функциональных состояний, в частности, коэффициента поляризации (Кп). Чем он выше, тем интенсивнее обмен веществ в исследуемом органе [3, 4]. Исследование коэффициента поляризации позволяет более четко представлять, что именно происходит с изучаемым объектом, каким конкретно образом происходит количественное изменение соотношения жидкость – белковые структуры с течением времени, либо при иных воздействиях, сопровождающихся его структурными реорганизациями.
Принято считать, что способность к поляризации присуща только живым тканям, между тем уровень Кп некоторое время после гибели объекта поддерживается на сравнительно высоком уровне и становится равным единице только при полном разрушении структуры ткани. Как правило, при аутолизе сопротивление тканей токам высокой частоты длительное время (до 30 ч и более) после смерти может сохраняться практически неизменным, и снижение Кп определяется в основном поведением низкочастотного сопротивления. Снижение Кп тканей в пределах 70–80 % в последующие сутки приводит к практическому отсутствию частотного градиента электропроводности, свидетельствуя о полном разрушении структуры тканей.
Эти обстоятельства позволили использовать на практике показатели электрического импеданса для определения времени наступления смерти [1, 2, 4].
Однако в ряде случаев изменения электропроводности тканей в раннем посмертном периоде наблюдали на обеих частотах, что может быть, по нашему мнению, связано с тем фактом, что любые прижизненные экзо- и эндогенные факторы, вызывающие морфологические изменения в тканях, например, алкогольная интоксикация, приводят к изменениям импеданса на обеих частотах и снижению Кп по сравнению с тканями интактных животных [6, 8]. То есть исходные значения показателей электропроводности в этих случаях должны быть различны. Для проверки нашего предположения необходимо провести дополнительные специальные эксперименты.
Цель настоящего исследования – изучение поляризационных характеристик тканей внутренних органов трупов лабораторных животных с учетом фактора прижизненной алкогольной интоксикации.
Материал и методы исследования
В экспериментах использованы ткани внутренних органов мышей-самцов линии СВА (n = 14), подвергнутых при жизни действию принудительной алкогольной нагрузки (10 % раствор этанола в виде питья) в сочетании с низко-белковой диетой [6]. Эксперименты проведены в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите животных (Страсбург, 1986) и одобрены биоэтическим комитетом ФГБУ «НИИ региональной патологии и патоморфологии» СО РАМН.
Исследовали ткани почки, печени, сердца, легкого, селезенки и надпочечника. Электрические параметры образцов тканей трупов (n = 6) размером 2×1×1 мм и целого надпочечника измеряли в первые сутки после смерти животного с помощью стандартного электроимпедансометра «Тонус-2» последовательно на низкой (10 кГц) и высокой (1 мГц) частотах. Активный измерительный электрод был выполнен в виде иглы с диаметром кончика 60 мкм, индифферентный – диаметром 10 мм.
Образец ткани помещали в центре индифферентного электрода, затем с помощью микрометрического винта подводили активный электрод до касания с образцом, обеспечивая надежный электрический контакт. Осуществляли три последовательных измерения показателей с их последующим усреднением. Затем рассчитывали соотношение импедансов тканей на этих частотах – коэффициент поляризации Кп, по величине которого судили о поляризационных свойствах тканей [7, 8]. Контролем служили ткани внутренних органов мышей, содержавшихся в тех же условиях (n = 8), но извлеченные непосредственно после забоя животного. Полученные результаты сравнивали с данными электропроводности тканей внутренних органов мышей СВА, содержавшихся на стандартном рационе и свободном доступе к воде (n = 4).
Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Значимыми считали различия при р < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате проведенного анализа электрических параметров тканей погибших животных установлено снижение в первые сутки коэффициента поляризации всех исследованных органов относительно контрольной группы и группы сравнения, который, однако, оставался выше единицы, что свидетельствовало о частичной сохранности частотного градиента электропроводности и, следовательно, структуры тканей. Так, изменение Кп почки, печени, сердца и легкого экспериментальных животных относительно интактных составило в среднем 15, 22, 24 и 16 % соответственно (р < 0,05), что находится в удовлетворительном согласии с данными литературы [2, 3, 6]. При этом надпочечник и селезенка значительнее страдали от литических изменений – снижение Кп достигало 55 и 70 % [6, 8].
Известно [10], что непосредственно после извлечения органа из тела животных уровень электрического импеданса его тканей, как правило, возрастает по сравнению с показателями, полученными in vivo, из-за уменьшения количества внеклеточной жидкости и отсутствия кровотока. При этом в результате тепловой ишемии наблюдается дисбаланс концентрации ионов между внутри- и внеклеточной средами, вызванный увеличением осмотического давления и отеком клеток, что также изменяет электропроводность тканей. Характерно, что рост электрического импеданса сердца после его извлечения опережает во времени изменения в других органах.
Электропроводящие свойства тканей органов в течение некоторого времени после их извлечения (1–2 часа) остаются неизменными, после чего, если не принять мер консервации, происходит необратимое повреждение мембран клеток, способствующее снижению импеданса на низких частотах. И только спустя сутки начинается изменение (в среднем на 40–50 %) и выравнивание импедансов тканей уже на обеих частотах, Кп приближается к единице, что и зафиксировано нами. По нашим данным, изменение электрического импеданса тканей трупов на высоких и низких частотах составило для почки в среднем 50 %, печени – 20 и 22 %, сердца – 52 и 23 % соответственно. Импеданс селезенки на низких частотах изменился на 20 %, а на высоких составил всего 60 % относительно контроля (р < 0,05). Показатели надпочечника трупов на обеих частотах изменились в среднем на 22 % и имели больший разброс, чем у других органов, возможно, вследствие большей чувствительности ткани к посмертным изменениям.
Мы полагаем, что зарегистрированная нами динамика электрического импеданса тканей внутренних органов трупов связана с изменениями их структуры в результате прижизненного воздействия этанола – частичным склерозированием стенок сосудов, нарушением электролитного обмена [1, 5]. Вследствие этого наблюдается изменение импеданса не только на низких частотах, но и генерализованная реакция возрастания импеданса тканей всех исследованных органов на высокой частоте [6], сопровождающая морфологические изменения. Так, по сравнению с контролем возрастает их электрическое сопротивление токам высокой частоты (р < 0,05), свидетельствуя об изменении свойств клеточных и внутриклеточных мембран и цитоплазмы клеток.
Кп почки, сердца и печени снизился незначительно (до 15 %), поскольку наряду с ростом сопротивления на высокой частоте (от 30 до 45 %) наблюдали его увеличение и на низкой частоте (в среднем на 23 %). Снижение поляризационных характеристик надпочечника и селезенки было более существенно по сравнению с другими органами и достигало 35–40 %. Структурные изменения в тканях свидетельствовали о развитии в организме стресс-реакции, заметнее всего выраженной в адреналовых железах. По нашему мнению, изменение линейных размеров коры надпочечника (рост) и соотношения между ее зонами вследствие воздействия этанола и делипидизации цитоплазмы адренокортикоцитов пучковой зоны (острый стресс) напрямую способствовали росту сопротивления надпочечника токам высокой частоты до 55 % и снижению Кп.
Мы полагаем, что зарегистрированные нами особенности электрофизических характеристик исследованных тканей могут быть следствием воздействия гидрофобных соединений, каковыми являются неполярные этиловые группы, хорошо растворяющие липиды и проникающие в клетку. При этом возможно нарушение баланса ионов в цитоплазме и изменение трансмембранной разности потенциалов. Как следствие, меняется проницаемость клеточных и внутриклеточных мембран, возрастает влияние содержимого клетки на электрофизические свойства тканей, что и зафиксировано нами. Систематический прием даже слабых растворов и доз этанола вызывает компенсаторную перестройку метаболизма, патологический тип обменных процессов при этом закрепляется. Индивидуальные тканевые особенности, влияющие на характер частотной зависимости импеданса, мы связываем с размерами и формой клеток, биохимическими и биофизическими свойствами цитоплазмы.
Полученные данные находятся в удовлетворительном соответствии с известными результатами оценки проницаемости клеточных мембран и их емкостных свойств при изменении пищевого рациона и алкогольной интоксикации. Есть основания полагать, что зарегистрированная нами динамика градиента электропроводности тканей (коэффициента поляризации) экспериментальных животных является универсальной стрессовой реакцией организма – аналогичная динамика поляризационных свойств мышечных тканей отмечена при экстремальных термических воздействиях [2, 5].
Факт развития генерализованной электрической реакции в организме животного в ответ на воздействие этанола согласуется с результатами исследования нейроэндокринных механизмов поддержания гомеостаза в процессе адаптации и позволяет предполагать их участие в формировании электрических параметров тканей.
Следовательно, исходные (предсмертные) значения показателей импеданса у этих животных уже существенно отличаются от нормы. Проведенное нами сравнение данных электроимпедансометрии тканей трупов с таковыми для животных, подвергавшихся при жизни воздействию алкогольной нагрузки, свидетельствует о том, что общая тенденция к снижению Кп в течение первых суток после гибели животного и в этом случае сохраняется, изменяются только его численные значения. В результате прижизненной алкогольной интоксикации организма снижается уровень Кп за счет изменения импеданса на обеих частотах [6], что способствует более раннему по сравнению с интактными животными развитию необратимых изменений тканей внутренних органов. Это и зафиксировано нами в настоящих экспериментах.
Так, Кп тканей трупов относительно тканей животных, подвергавшихся при жизни стрессирующему воздействию алкогольной нагрузки, в среднем составил для печени – 89 %, сердца – 86 %, селезенки – 60 %, почки 90 % (р < 0,05). Изменение Кп легкого находилось в пределах ошибки измерения, надпочечника – составило 14 %, но по уровню Кп был значительно ниже, чем у других органов, кроме селезенки, и имел разброс значений от 1,5 до 1,9 (у интактных животных Кп = 3,47 ± 0,04), свидетельствуя о необратимых изменениях и нежизнеспособности ткани. Для сравнения – значения Кп печени, сердца, почки и легкого поддерживались в первые сутки после смерти в интервале 3,5–2,3.
Эти факты, по нашему мнению, следует принимать во внимание при определении времени наступления смерти и сохранения жизнеспособности (по показателям электроимпедансометрии) образцов тканей трансплантируемых органов. Естественно, что динамика электрических параметров трансплантатов при хранении и консервации специфична для каждого органа. Например, ткани почки хранятся дольше, чем печени и сердца [5, 10]. Согласно нашим данным, необратимое разрушение структуры тканей селезенки, надпочечника и сердца в постмортальном периоде, сопровождающееся снижением Кп, наступает раньше, чем у почки и легкого, что также следует учитывать на практике.
Полученные нами результаты находятся в соответствии с данными литературы, свидетельствуя о связи показателей импеданса тканей внутренних органов в раннем постмортальном периоде с состоянием прижизненной алкогольной интоксикации животного.
Рецензенты:
Волков А.М., д.м.н., заведующий лабораторией патоморфологии и электронной микроскопии, ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина» МЗ РФ, г. Новосибирск;
Меньщикова Е.Б., д.м.н., руководитель группы свободнорадикальных процессов, ФГБУ «Научный центр клинической и экспериментальной медицины» Сибирского отделения РАМН, г. Новосибирск.
Работа поступила в редакцию 31.05.2013.
Библиографическая ссылка
Торнуев Ю.В., Колдышева Е.В., Глухов Б.М., Кулешов В.М., Исаенко В.И., Семенов Д.Е., Чурин Б.В. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТКАНЕЙ МЫШЕЙ ЛИНИИ СВА ПРИ АЛКОГОЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ В РАННЕМ ПОСТМОРТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-3. – С. 580-583;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32323 (дата обращения: 16.04.2024).