Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

РЕОРГАНИЗАЦИЯ СОСУДИСТОГО РУСЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА У КРЫС ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ХРОНИЧЕСКОГО ТАБАКОКУРЕНИЯ

Захарчук Н.В. 1 Невзорова В.А. 1 Гончар Е.Ю. 1
1 ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России
Изучено состояние сосудистого русла головного мозга и клеток нейроглии в условиях экспериментального моделирования табакокурения. Исследование проведено на 10 крысах-самцах линии Vistar, разделенных на две группы. Контрольная группа животных дышала атмосферным воздухом, а экспериментальную группу ежедневно обкуривали табачным дымом в ингаляционной камере в течение 6 месяцев согласно протоколу H. Zheng и колл. После декапитации животных изготавливались гистологические препараты головного мозга. Срезы головного мозга толщиной 10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, затем оценивали плотность распределения капилляров, удельную плотность распределения клеток глии и индекс Керногана (соотношение толщины стенки артерии к диаметру её просвета). У животных экспериментальной группы установлено достоверное уменьшение количества капилляров в головном мозге. Одновременно с этим отмечается уменьшение числа клеток в веществе мозга, о чем говорит достоверное снижение удельной плотности распределения клеток нейроглии. Эти изменения приводят к повышению сосудистого сопротивления и способствуют структурной перестройке артерий в виде сужения их просвета и утолщения стенки за счёт гипертрофии, о чем свидетельствует увеличенный индекс Керногана в экспериментальной группе.
табакокурение
головной мозг
сосудистое ремоделирование
нейроглия
крысы
1. Невзорова В.А., Захарчук Н.В., Агафонова И.Г., Сарафанова Н.С. Особенности развития дисфункции сосудов головного мозга при артериальной гипертензии и табакокурении // Тихоокеан. мед. журн. – 2013. – № 4 (54) – С. 9–16.
2. Bulnes S., Argandona E.G., Bengoetxea H. et al. The role of eNOS in vascular permeability in ENU-induced gliomas // Acta Neurochir. – Suppl 2010. – Vol. 106. – Р. 277–282.
3. Feihl F., Liaudet L., Waeber B. et al Hypertension. A disease of the microcirculation? // Hypertension – 2006. Vol. 48. – P.1–7.
4. Fried P.A. Watkinson B., Gray R. Neurocognitive consequences of cigarette smoking in young adults-A comparison with pre-drug performance // Neurotoxicol. Teratol. – 2006. – Vol. 28. – P. 517–525.
5. Furchgott R.F., Vanhoutte P.M. Endothelium-derived relaxing and contracting factors // FASEB J. – 1989. – Vol. 3. – P. 2007–2018.
6. Greene A.S., Tonellato P.J., Lui J. et al. Microvascular rarefaction and tissue vascular resistance in hypertension // Am J Physiol. – 1989. – Vol. 256. – P. 126–131.
7. Hajós M., Hurst R.S., Hoffmann W.E. et al The selective alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist PNU-282987 [N-[(3R)-1-Azabicyclo[2.2.2]oct-3-yl]-4-chlorobenzamide hydrochloride] enhances GABAergic synaptic activity in brain slices and restores auditory gating deficits in anesthetized rats // J. Pharmacol. Exp. Ther. – 2005. – Vol. 312. – P. 1213–1222.
8. Heeschen C., Jang J.J., Weis M. et al. Nicotine stimulates angiogenesis and promotes tumor growth and atherosclerosis // Nat Med. – 2001. – № 7. – P. 833–839.
9. Hongao Zheng, Yuening Liu, Tian Huang et al. Development and characterization of a rat model of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) induced by sidestream cigarette smoke // Toxicology Letters. – 2009. – Vol. 189. – P. 225–234.
10. Li X.W. Non-neuronal nicotinic alpha 7 receptor, a new endothelial target for revascularization / Li X.W., Wang H // Life Sci. – 2006. – Vol. 78. – P. 1863–1870.
11. McCarron R.M., Chen Y., Tomori T. et al. Endothelial-mediated regulation of cerebral microcirculation // J. Physiol. Pharmacol. – 2006. – Vol. 57 (11). – P. 133–144.
12. Neal L. Benowitz. Pharmacology of Nicotine: Addiction, Smoking-Induced Disease, and Therapeutics // Annu Rev Pharmacol Toxicol. – 2009. – Vol. 49. – P.57–71.
13. Somers M.J., Harrison D.G. Reactive oxygen species and control of vasomotor tone // Curr Hypertens Rep. – 1999. – № 1. – P. 102–108.
14. Spilich G.J., June L., Renner J. Cigarette smoking and cognitive performance // Br. J. Addict. – 1992. – Vol. 87. – P. 1313–1326.
15. Weiser M., Zarka S., Werbeloff N. et al. Cognitive test scores in male adolescent cigarette smokers compared to non-smokers: A population-based study // Addiction. – 2010. Vol. 105. – P. 358–363.

Согласно данным ВОЗ установлена тесная связь между курением табака и преждевременной смертью более чем 6 миллионов человек в год. Прогнозные исследования свидетельствуют об увеличении до 10 % к 2030 году вклада никотин-ассоциированных заболеваний в общую смертность населения стран с различным уровнем экономики. В составе табачного дыма присутствуют около 4000 химических веществ, 250 из которых имеют токсические эффекты, а 50 признаны канцерогенами. Тем не менее наиболее изученным и активно обсуждаемым компонентом табачного дыма является никотин. Реализация эффектов никотина происходит через никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (нАХР), многочисленные подтипы которых представлены в различных отделах нервной системы. α4β2-подтип нАХР рецепторов преимущественно определяется в центральной нервной системе и имеет связь с развитием никотиновой зависимости [12]. α7-подтип нАХР рецепторов участвует в обеспечении скорости синаптической передачи, реализации когнитивных функций [7] и наряду с α4β2-подтипом обеспечивает процессы вазорегуляции и контрактильной активности миокарда. Помимо присутствия в различных отделах нервной системы экспрессия нАХР установлена в эндотелиоцитах сосудов и направлена на синтез, транспортировку и метаболизм ацетилхолина. Предполагается, что эндотелиальный пул нАХР обеспечивает участие никотина в ангиогенезе, эффекты которого зависят от продолжительности воздействия стимула и могут иметь разнонаправленный характер. Так, при краткосрочных эффектах никотина наблюдается усиление процессов неоангиогенеза посредством стимуляции эндотелиальных нАХР. В то же время при длительной стимуляции никотиновых рецепторов в серии экспериментальных исследований у крыс установлено подавление активности α7-нАХР, сопровождающееся замедлением процессов неоангиогенеза [8].

Очевидно, что курение является значимым фактором развития эндотелиальной дисфункции и одним из триггеров возникновения патологического каскада, запускающего необратимые процессы морфофункциональных изменений сосудистого русла. В литературе достаточно данных о роли патофизиологических эффектов табачного дыма на организм человека, особенно при развитии онкологических, сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. В то же время мало освещен вопрос об изменениях цереброваскулярной системы при табакокурении.

Нам представилось интересным изучение влияния табачного дыма на структурную реорганизацию сосудистого русла головного мозга.

Материалы и методы исследования

Материалом исследования послужили 10 крыс-самцов линии Вистар 8-недельного возраста массой 230–250 г, разделенные произвольно на 2 группы, одна из которых дышала атмосферным воздухом (контрольная группа; 4 крысы), а другую (экспериментальная группа; 6 крыс) – обкуривали табачным дымом. Эксперименты проводились в соответствии с Хельсинкской декларацией 1975 года и ее пересмотренным вариантом от 2008 года. Экспериментальная модель табакокурения выполнена в соответствии с протоколом H. Zheng и колл. (2009) [9]. Группу крыс-курильщиков помещали в специальную камеру для ингаляции, где они подвергались воздействию табачного дыма в течение 1 часа утром и 1 часа днем, 7 дней в неделю в течение 6 месяцев. Через 6 месяцев животных обеих групп фиксировали и анестезировали путем внутрибрюшинного введения рометара (Xylazinum, «Spora», Praha) в концентрации 5,5 мг/кг. Затем производилась декапитация животных и изготавливались гистологические препараты головного мозга. Для общеморфологического анализа парафиновые срезы головного мозга толщиной 10 мкм депарафинировали и окрашивали гематоксилином и эозином по стандартной методике, затем оценивали плотность распределения капилляров на 1 мм2 (мкм/мм2), удельную плотность распределения клеток глии на 1 мкм2 и индекс Керногана (соотношение толщины стенки артерии к диаметру просвета). Гистологические препараты просматривали в световом микроскопе AxioScope A1 (Carl Zeiss, Германия) и фотографировали при помощи цифрового фотоаппарата AxioCam ICc3 (Carl Zeiss, Германия). Обработку результатов осуществляли с помощью программ Adobe Photoshop 7.0 и Image J. Достоверность различий между группами (при p < 0,05) оценивали с помощью коэффициента Манна – Уитни.

Результаты исследования и их обсуждение

Нами обнаружено, что при длительном табакокурении морфометрические параметры микроциркуляторного русла головного мозга имеют выраженное отличие от группы контроля (рис. 1).

Удельная плотность распределения капилляров на площади в 1 мм2 при воздействии табачного дыма составила 115,8 ± 9,7 мкм, что было достоверно меньше, чем в контрольной группе, – 455,4 ± 18,9 мкм (р < 0,001). Уменьшение количества капилляров может свидетельствовать о нарушении процессов ангиогенеза, который регулируется балансом ангиогенных и ангиостатических факторов. При этом компоненты табачного дыма (никотин, нитрозамины, фенолы, формальдегид и т.д.) могут влиять на ангиогенез посредством стимуляции как ангиогенных, так и ангиостатических факторов.

pic_12.tif

Рис. 1. Распределение капилляров в головном мозге крыс контрольной группы (А) и у животных с моделью хронического табакокурения (Б). Окраска гематоксилином и эозином, ув. х20; стрелками указаны капилляры

Большинство публикаций в этой области посвящены влиянию никотина на ангиогенез. Данные литературы говорят о том, что изменения в сосудистом русле зависят от продолжительности курения. Ангиогенный эффект никотина опосредуется эндотелиальными нАХР, наиболее распространенными из которых являются α7-нАХР. Указанные рецепторы играют важную роль в ангиогенезе и активируются в эндотелии в условиях гипоксии и ишемии. Известно, что в клинически значимых дозах острое воздействие никотина увеличивает пролиферацию эндотелиоцитов, их миграцию и образование новых капилляров в условиях in vitro. Краткосрочная экспозиция никотина у животных in vivo усиливает процессы васкуляризации опухолей, неоваскуляризации атеросклеротических бляшек и ангиогенеза сетчатки. По данным Li X.W. и др. активация нАХР может повысить образование капилляров в зоне экспериментального инфаркта миокарда [10]. Напротив, длительное воздействие табачного дыма подавляет капиллярный рост. В серии экспериментов, проведенных Hakuoh Konishi и др., показано, что у животных, подвергавшихся в течение 52 недель воздействию никотина, нарушен эндотелиальный рост сосудистых сегментов аорты. Данный факт авторы связали с угнетением синтеза белков-переносчиков α7-нАХР и соответственно подавлением активности рецепторов α7-нАХР. Таким образом, «острый ангиогенный эффект» никотина в виде увеличения плотности капилляров утрачивается при его хроническом воздействии [8].

Основной функцией капилляров является обеспечение обмена метаболитами между тканями и кровью. Проявление микрососудистого разрежения, или рарефикации, ухудшает перфузию головного мозга, особенно белого вещества, так как в нём, в отличие от большинства других тканей, отсутствует резерв капилляров, т.е. определенное количество капилляров, потеря которых не отражается на перфузии ткани. В белом веществе также слабо развита система анастомозов между капиллярами [3]. Мы обнаружили, что при длительном курении одновременно с обеднением микрососудистого русла отмечается и уменьшение количества клеточных элементов в веществе мозга, о чем говорит достоверное снижение удельной плотности распределения клеток нейроглии до 16,9 ± 1,2 клеток/мкм2 по сравнению с группой контроля (37,1 ± 3,4 клеток/мкм2; р < 0,01) (рис. 2).

Рарефикацию капилляров и уменьшение клеточных элементов нейроглии следует рассматривать в качестве взаимосвязанных процессов. Уменьшение плотности капиллярного русла значительно снижает доставку кислорода и питательных веществ к тканям с возникновением «энергетического» дефицита, в условиях которого гибнет часть клеток нейроглии. Можно провести параллель между полученными нами результатами в виде потери нейронов и установленным в клинических исследованиях ухудшением когнитивных функций у курильщиков. Например, у курящих подростков хуже показатели вербальной памяти, устного счета, словарного запаса [4], скорости обработки информации [14] и общий интеллект [15] по сравнению с некурящими сверстниками.

pic_13.wmf

Рис. 2. Удельная плотность распределения клеток нейроглии при экспериментальном моделировании табакокурения (Примечание. ⃰ – различия между группами при р ˂ 0,01)

Уменьшение плотности капилляров и артериол обусловливает повышение сосудистого сопротивления в данном бассейне и обеднение микрососудистого русла [6]. Росту сосудистого сопротивления могут способствовать и структурные изменения в мелких артериях, которые выражаются в сужении просвета и увеличении соотношения между толщиной стенки и диаметром сосуда в результате гиперплазии и гипертрофии гладких миоцитов. Действительно, согласно полученным нами результатам индекс Керногана (соотношение толщины стенки артерии к диаметру просвета) достоверно выше у животных экспериментальной группы, чем в контроле (соответственно 1,59 ± 0,07 и 0,98 ± 0,06; р ˂ 0,001) (рис. 3).

pic_14.tif

Рис. 3. Артериолы головного мозга у крыс контрольной группы (А) и у животных с моделью хронического табакокурения (Б). Окраска гематоксилином и эозином, ув. х20; стрелками указаны артериолы головного мозга

 

Артериолы головного мозга, имеющие толстые гладкомышечные стенки, являются резистивными сосудами, способными при сокращении изменять величину просвета, что является основным компонентом регуляции кровоснабжения органов в ответ на гемодинамические стимулы. Главная функция гладкомышечных волокон состоит в создании активного напряжения сосудистой стенки (сосудистого тонуса) и в изменении величины просвета сосудов в соответствии с физиологическими потребностями кровоснабжаемой области. При курении в результате вазоспазма происходит сокращение гладких мышц артериол и их радиус уменьшается, за счет чего снижается напряжение в стенке. Сначала это служит адаптивным механизмом, однако в дальнейшем при длительном воздействии табачного дыма приводит к стойкому и прогрессирующему изменению архитектоники артерий и сосудистому ремоделированию концентрического типа, при котором происходит уменьшение просвета сосуда за счет утолщения его мышечного компонента. Данное ремоделирование сосудистой стенки может приводить к нарушению вазомоторных реакций в церебральных артериях [1].

Таким образом, в условиях хронического табакокурения регистрируется изменение градиента ангиогенеза в сторону уменьшения плотности капилляров в головном мозге. Одновременно с этим отмечается снижение количества клеток нейроглии. Обеднение микрососудистого русла может быть одной из причин структурного ремоделирования артерий вследствие повышения сопротивления в данном сосудистом басейне.

Рецензенты:

Дубиков А.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой факультетской терапии, ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Владивосток;

Котельников В.Н., д.м.н., доцент, руководитель учебного военного центра, ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 24.02.2015.



Библиографическая ссылка

Захарчук Н.В., Невзорова В.А., Гончар Е.Ю. РЕОРГАНИЗАЦИЯ СОСУДИСТОГО РУСЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА У КРЫС ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ХРОНИЧЕСКОГО ТАБАКОКУРЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 1-2. – С. 270-274;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36885 (дата обращения: 09.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074