ВЛИЯНИЕ ИММЕРСИОННОЙ ГИПОТЕРМИИ НА СКОРОСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОРТИКО-ЦЕРЕБРАЛЬНОГО КРОВОТОКА У КРЫС

Основные положения

• Скорость кортико-церебрального кровотока при общей прогрессирующей гипотермии организма, измеряемая с помощью ультразвуковой допплерографии у анестезированных крыс, изменяется нелинейно.
• Начало охлаждения организма (снижение ректальной температуры до 35 °C) характеризуется повышением пиковой систолической скорости кровотока, средней скорости за сердечный цикл и конечной диастолической скорости, при этом индекс STI показывает тенденцию к увеличению, что в совокупности увеличивает риск нарушений мозговой гемодинамики.
• Легкая стадия гипотермии (ректальная температура 32–35 °C) при стабильной пиковой систолической и средней за сердечный цикл скоростях кровотока и уменьшением индекса резистентности RI и индекса пульсации PI представляется наиболее предпочтительной с точки зрения использования в клинической практике.
• Самое значительное снижение показателей скорости кортико-церебрального кровотока происходит при тяжелой и глубокой степенях гипотермии.

Резюме

Цель. Определение и анализ величин линейных скоростей и индексов кровотока коры и подкорковых структур полушарий головного мозга крыс при иммерсионной гипотермии методом ультразвуковой допплерографии.

Материалы и методы. Наркотизированным (уретан, в/б, 1 000 мг/кг) крысам линии Wistar массой 300–320 г (n = 11) проводилась трепанация черепа и удаление твердой мозговой оболочки. Во время охлаждения животных в воде с добавлением льда (температура смеси порядка 10 °C) измеряли скоростные показатели церебрального кровотока методом ультразвуковой допплерографии и непрерывно регистрировали параметры среднего артериального давления, частоты дыхания и частоты сердечных сокращений. Крыс охлаждали до ректальной температуры 17 °C за ~80 мин со средней скоростью охлаждения 0,25 °C/мин.

Результаты. Было обнаружено разнонаправленное изменение скоростных показателей мозгового кровотока. В начале охлаждения происходит усиление перфузии лобной и затылочной областей полушарий головного мозга за счет повышения пиковой систолической (на 15%, p = 0,005) и средней за сердечный цикл (на 41,5%, p = 0,001) скоростей кровотока. При легкой и умеренной гипотермии повышенная перфузия сохраняется за счет поддержания высокой пиковой систолической скорости в теменной области мозга. На стадии тяжелой и глубокой гипотермии организма происходит значительное понижение церебрального кровоснабжения, на что указывает уменьшение значений пиковых и средней за сердечный цикл скоростей кровотока, происходящее во всех исследуемых областях.

Заключение. На различных этапах прогрессирующей иммерсионной гипотермии у крыс отмечаются изменения скоростных параметров кортико-церебрального кровотока, которые носят нелинейный характер: на начальном этапе охлаждения скорость кровотока увеличивается, а при дальнейшем охлаждении наблюдается ее уменьшение.

1. Paal P., Pasquier M., Darocha T., Lechner R., Kosinski S., Wallner B., Zafren K., Brugger H.. Accidental hypothermia: 2021 update. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19(1):501. doi: 10.3390/ijerph19010501.

2. Wang Q., Miao P., Modi H.R., Garikapati S., Koehler R.C., Thakor N.V. Therapeutic hypothermia promotes cerebral blood flow recovery and brain homeostasis after resuscitation from cardiac arrest in a rat model. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2019;39(10):1961-1973. doi: 10.1177/0271678X18773702.

3. Бутров А.В., Торосян Б.Д., Чебоксаров Д.В., Махмутова Г.Р. Терапевтическая гипотермия при поражениях головного мозга различного генеза. Вестник интенсивной терапии им. А.И.Салтанова. 2019;2:75-81. doi: 10.21320/1818-474X-2019-2-75-81.

4. Xu W., Geng X., Fayyaz A.I., Ding Y. The modulatory role of hypothermia in post-stroke brain inflammation: mechanisms and clinical implications. Cerebrovascular Diseases. 2024;Jan29. doi: 10.1159/000536384.

5. Liu H., Zhou M. The utility of therapeutic hypothermia on cerebral autoregulation. Journal of Intensive Medicine. 2022;3(1):27-37. doi: 10.1016/j.jointm.2022.08.004.

6. Kobata H. Therapeutic hypothermia for severe traumatic brain injury: an overviews of reviews and future prospects. Preprints. 2024; 2024041171. doi: 10.20944/preprints202404.1171.v1.

7. Kuluz J.W., Prado R., Chang J., Ginsberg M.D., Schleien C.L., Busto R. Selective brain cooling increases cortical cerebral blood flow in rats. American Journal of Physiology. 1993; 265(3Pt2):H824-827. doi: 10.1152/ajpheart.1993.265.3.H824.

8. Frietsch T., Krafft P., Piepgras A., Lenz C., Kuschinsky W., Waschke K.F. Relationship between local cerebral blood flow and metabolism during mild and moderate hypothermia in rats. Anesthesiology. 2000;92(3):754-763. doi: 10.1097/00000542-200003000-00019.

9. Niwa K., Takizawa Sh., Takagi Sh., Shinohara Y. Mild hypothermia disturbs regional cerebrovascular autoregulation in awake rats. Brain Research. 1998;789(1):68-73. doi: 10.1016/s0006-8993(98)00013-4.

10. Walter B., Bauer R., Kuhnen G., Fritz H., Zwiener U. Coupling of cerebral blood flow and oxygen metabolism in infant pigs during selective brain hypothermia. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2000;20(8):1215-1224. doi: 10.1097/00004647-200008000-00007.

11. LaRovere K.L., Tasker R.C., Wainwright M., Reuter-Rice K., Appavu B., Miles D., Lidsky K., Vittner P., Gundersen D., O'Brien N.F.; Pediatric Neurocritical Care Research Group (PNCRG). Transcranial Doppler ultrasound during critical illness in children: survey of practices in pediatric neurocritical care centers. Pediatric Critical Care Medicine. 2020;21(1):67-74. doi: 10.1097/PCC.0000000000002118.

12. Norcliffe-Kaufmann L., Galindo-Mendez B., Garcia-Guarniz A.L., Villarreal-Vitorica E., Novak V. Transcranial Doppler in autonomic testing: standards and clinical applications. Clinical Autonomic Research. 2018;28(2):187-202. doi: 10.1007/s10286-017-0454-2.

13. Bjertnaes L., Næsheim T., Reierth E., Suborov E.V., Kirov M.Y., Lebedinskii K.M., Tveita T. Physiological changes in subjects exposed to accidental hypothermia: an update. Frontiers in Medicine. 2022;9:824395. doi: 10.3389/fmed.2022.824395

14. Бояринцев В.В., Журавлев С.В., Ардашев В.Н., Шевелёв О.А., Стулин И.Д., Шаринова И.А., Каленова И.Е. Особенности мозгового кровотока в норме и при патологии на фоне краниоцеребральной гипотермии. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019;53(4):59-64. doi: 10.21687/0233-528X-2019-53-4-59-64.

15. Hoffman W., Albrecht R., Miletich D. Regional cerebral blood flow changes during hypothermia. Cryobiology. 1983;19:640-645. doi: 10.1016/0011-2240(82)90193-6.

16. Filseth O.M., Hermansen S.E., Kondratiev T., Sieck G.C., Tveita T. Cooling to hypothermic circulatory arrest by immersion vs. cardiopulmonary bypass (CPB): worse outcome after rewarming in immersion cooled pigs. Frontiers in Physiology. 2022;31(13):862729. doi: 10.3389/fphys.2022.862729.

17. Guan J., Zhang S., Zhou Q., Li C., Lu Z. Usefulness of transcranial Doppler ultrasound in evaluating cervical-cranial collateral circulations. Interventional Neurology. 2013;2(1):8-18. doi: 10.1159/000354732.

18. Nicoletto H.A., Burkman M.H. Transcranial Doppler series part III: interpretation. American Journal of Electroneurodiagnostic Technology 2009;49:244–259. doi: 10.1080/1086508X.2009.11079725.

19. Omileke D., Pepperall D., Bothwell S., Mackovski N., Azarpeykan S., Beard D.J., Coupland K., Patabendige A., Spratt N.J. Ultra-short duration hypothermia prevents intracranial pressure elevation following ischaemic stroke in rats. Frontiers in Neurology. 2021;12:684353. doi: 10.3389/fneur.2021.684353.

20. Lutsenko D.G. Rat`s brain microhemocirculation after hypothermic effect. Problems of Cryobiology. 2008;18(1):81-84.

21. Crouch A.C., Batra A., Greve J.M. Hemodynamic response to thermal stress varies with sex and age: a murine MRI study. The International Journal of Hyperthermia. 2022;39(1):69-80. doi: 10.1080/02656736.2021.2018510.

22. Fedinec A.L., Liu J., Zhang R., Harsono M., Pourcyrous M., Parfenova H. The cold receptor TRPM8 activation leads to attenuation of endothelium-dependent cerebral vascular functions during head cooling. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2021;41(11):2897-2906. doi: 10.1177/0271678X211018035.

23. Li M., Miao P., Zhu Y., Tong S. Functional laser speckle imaging of cerebral blood flow under hypothermia. Journal of Biomedical Optics. 2011;16(8):086011. doi: 10.1117/1.3610995.

24. Бонь Е.И., Максимович Н.Е. Морфологические представления о кровообращении головного мозга крысы. Вестник ВГМУ. 2018; 17(2):30-36. doi: 10.22263/2312-4156.2018.2.30.

25. Шевелев О.А., Петрова М.В., Саидов Ш.Х., Ходорович Н.А., Прадхан П. Механизмы нейропротекции при церебральной гипотермии (обзор). Общая реаниматология. 2019;15(6):94-114. doi: 10.15360/1813-9779-2019-6-94-114.

26. Dietrich W.D., Bramlett H.M. Temperature Control and the role of therapeutic hypothermia in traumatic brain injury. In: Traumatic brain injury. Hot topics in acute care surgery and trauma. Springer Cham; 2024; 311–329. doi: 10.1007/978-3-031-50117-3_18.