Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Метаболические интегральные индексы эндотоксикоза

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Степанова, Ирина Петровна, Омск

и } """ / и \

ч ' ' / I ч./

I ' ч/ ~ - -

Омская государственная медицинская академия

На правах рукописи

Степанова Ирина Петровна УДК 577.121:612.06/.017

МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

ИНДЕКСЫ ЭНДОТОКСИКОЗА

* * ■*

03.00.13 - Физиология человека и животных 03.00.04 - Биохимия

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор В. Е. Высокогорский

доктор медицинских наук, профессор А.Г. Патюков

Омск - 1999

Список сокращений и условных обозначений

НЬ - гемоглобин

II - интегральный индекс интоксикации

8ад. - среднеквадратичное отклонение дисперсии адекватности

8воспр - среднеквадратичное отклонение дисперсии

воспроизводимости

Б2ад. - дисперсия адекватности

82воспр - дисперсия воспроизводимости

ао - свободный член регрессии

аь а.2 ... - параметры модели

Хь Х2 - факторы модели

КОС - кислотно-основное состояние

ЛИИ - лейкоцитарный индекс интоксикации

ОПН - острая почечная недостаточность \

СМ - «средние молекулы» •

СОЭ - скорость оседания эритроцитов

СЭИ - синдром эндогенной интоксикации

ЦНС - центральная нервная система

Оглавление

1. Введение.................................................................... 4

2. Обзор литературы....................... ................. ............. 8

2.1.Механизмы развития и биохимические проявления при эндогенной интоксикации................................................... 8

2.2.Механизмы компенсации при интоксикации........................ 18

2.3 .Лабораторная диагностика эндогенной интоксикации........... 23

2.3.1.Определение "средних молекул".................................... 23

2.3.2.Оценка транспортной функции сывороточных альбуминов.. 30

2.3.3 .Определение биохимических показателей эритроцитов....... 31

2.3.4.Определение лейкоцитарных показателей интоксикации..... 38

2.3.5. Определение интегральных индексов интоксикации........... 39

3. Материалы и методы исследования................................ 43

4. Результаты собственных исследований........................... 56

4.1.Показатели азотисто-белкового обмена при эндогенной интоксикации.................................................................. 56

4.2.Состояние водно-электролитного обмена при эндотоксикозе.. 77

4.3. Изменения показателей общего анализа крови и мочи при эндотоксикозе.................................................................. 88

4.4.Взаимосвязь метаболических показателей при эндогенной интоксикации................................................................... 101

5. Обсуждение результатов и заключение............................. 124

6. Выводы..................................................................... 148

7. Список литературы..................................................... 150

Приложение............................................................... 169

Введение

Актуальность исследования. В настоящее время происходит возвращение «великой традиции» физиологии - системной физиологии (Э. Р. Вейбл, 1998; А. Д. Ноздрачев, А. Т. Марьянович, 1998). Вопросы лабораторной диагностики, в частности, степени эндотоксикоза, невозможно решать без представления системной структуры общих механизмов гомеостаза, без учета роли и места анализируемых показателей в деятельности различных функциональных систем организма. В связи с этим особый интерес представляет использование методов физиологического анализа (П. К. Анохин, 1975) для изучения закономерностей взаимодействия функциональных систем при достижении целей адаптации, компенсации и поддержания гомеостаза в динамике различных заболеваний. В результате подобного подхода сложились представления о клинической физиологии как системе физиологических знаний, используемых в клинике для диагностики и лечения. (А. П. Зильбер, 1995.) Такой подход диктует необходимость применения математического моделирования, которое широко используется для выявления межсистемных связей в здоровом организме. Однако в клинической практике, несмотря на несомненное достоинство, методы математического анализа не нашли должного применения.

Синдром эндогенной интоксикации неизбежно сопровождает критические состояния организма, в том числе острую почечную недостаточность (ОПН). Он во многом определяет тяжесть состояния больного и исход болезни (летальность при ОПН достигает 50%) (R. Thadhani, J. V. Bonventre, 1996). На современном этапе научно-технического прогресса используются разнообразные лабораторные показатели для диагностики степени токсемии (Z. Zhang, S. D. Barnhill, 1995; В. Holger, 1996). Однако они не всегда объективно отражают тяжесть состояния больного, поскольку в большинстве случаев критерии

эндотоксикоза разработаны на основе описательного исследования гомеостаза. Сущность гомеостатического регулирования сводится при этом к «сервомеханизму», контуру регулирования с обратной связью одного показателя по одному эффектору. Такой подход заведомо не отражает системности механизмов гомеостаза (К. В. Судаков, 1987). Интегральные метаболические индексы, рассмотренные в литературе, разработаны на основе ограниченного числа лабораторных показателей крови (Ю. В. Первушин, 1993). Отсутствуют данные об интегральных индексах эндогенной интоксикации при ОПН, разработанных с использованием методов математического моделирования исходя из правила необходимости и достаточности показателей для представительного выражения данной функциональной системы в конкретном ее состоянии.

В то же время внедрение в комплексную терапию острой почечной недостаточности экстракорпоральных методов детоксикации (гемофильтрация, гемодиализ, гемосорбция, плазмаферез,

ксеногепатоперфузия, ультрафильтрация) [S. Pastan, J. Bailey, 1998] требует разработки объективных методов диагностики тяжести интоксикации на основе базисных принципов функционирования физиологических систем организма для решения вопроса о показаниях к применению методов детоксикации и оценки их эффективности.

Цель исследования. Оптимизация метаболической оценки степени эндотоксикоза при острой почечной недостаточности.

Задачи исследования.

1. Изучить взаимосвязь между показателями азотисто-белкового обмена и степенью эндотоксикоза в динамике ОПН в стадии олиго-, анурии.

2. Исследовать взаимосвязь параметров водно-минерального обмена и степени эндогенной интоксикации в динамике ОПН в стадии олиго-, анурии.

3. Изучить изменения показателей общего анализа крови и мочи при различной степени эндотоксикоза в динамике ОПН в стадии олиго-, анурии.

4. С помощью методов математического моделирования оценить значимость отдельных метаболических звеньев в патогенезе эндогенной интоксикации и разработать интегральные индексы эндотоксикоза при ОПН.

Научная новизна. В работе комплексно изучена взаимосвязь гематологических и биохимических показателей белкового, пигментного и водно-солевого обмена в патогенезе эндотоксикоза при помощи современных методов статистической обработки лабораторных данных и соответствующих программных продуктов. Создан банк клинико-лабораторных данных крови и мочи больных с ОПН. Разработан пакет программ по статистической обработке биохимических параметров. Установлена корреляция между метаболическими показателями и степенью эндотоксикоза. Впервые при помощи математического моделарования дана оценка значимости рутинных лабораторных показателей при различном уровне эндогенной интоксикации и разработаны достоверные интегральные критерии степени тяжести последней. Получены новые данные о механизмах компенсации возникающих при ОПН нарушений, которые могут быть использованы для конкретизации принципов функционирования физиологических систем организма у пациентов с низкой степенью эндотоксикоза.

Практическая значимость. Интегральные линейные и квадратичные модели оценки эндогенной интоксикации организма при ее различном уровне могут быть использованы в практическом здравоохранении. Эти критерии позволят оптимизировать комплексную терапию при ОПН, оценить ее эффективность, прогнозировать течение и исход заболевания.

Результаты исследований использованы при написании учебного пособия «Биоорганическая химия» (Омск, 1998). Основные положения, выносимые на защиту.

1. Спектр коорелируемых физиологических и биохимических параметров у пациентов с ОПН в стадии олиго-, анурии варьирует в зависимости от степени эндотоксикоза.

2. Наиболее адекватным критерием эндогенной интоксикации является линейная пятифакторная модель, включающая следующие показатели: число эритроцитов в единице объема крови, содержание креатинина, фракции «средних молекул» (СМ) сыворотки крови, концентрация ионов натрия плазмы крови, суточный диурез.

3. Значения интегрального индекса, разработанного при помощи регрессионного анализа, позволяют объективно оценить степень эндотоксикоза у больных с ОПН в стадии олиго-, анурии.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на отчетных научно-практических конференциях института ветеринарной медицины ОмГАУ (1995-1997), на заседаниях Омского отделения Биохимического Общества РАН (1997, 1998), Омского отделения Физиологического Общества РАН 191998), на конференции «Актуальные вопросы здоровья и болезней» (Омск, 1998). Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 45 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, изложения материалов и методов исследования, четырех глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и приложения. Библиографический указатель содержит 121 отечественных и переводных, 70 зарубежных источников литературы. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

2. Обзор литературы

2.1. Механизмы развития и биохимические проявления при эндогенной интоксикации

Фундаментальные положения современной физиологии и биохимии составляют основу концепции «общих механизмов токсичности». Учения о гомеостазе и адаптации определяют условия и возможности взаимодействия живого организма и его функциональных систем с различными химическими веществами [С.Н. Голиков, И.В. Саноцкий, Л.А. Тиунов, 1986].

Острый эндотоксикоз представляет собой типовой патологический процесс, являющийся структурно-функциональным ответом организма на острую токсическую агрессию, как эндогенной, так и экзогенной природы. С более узкой практической точки зрения его можно охарактеризовать как клиническое проявление, прежде всего, острой эндогенной интоксикации, которая не сдерживается механизмами адаптации и компенсации токсической информации [А.И. Карпищенко, 1997].

Имеющийся в организме очаг поражения клеток и тканей вызывает образование и выделение первичных токсинов (рис. 1) [A.M. Уманский, Л.Б. Пинчук, В.Г. Пинчук, 1979]. Они образуются при частичном гидролизе белков под влиянием поступивших в цитоплазму лизосомальных ферментов. Кроме этого, в очаге поражения образуется большое количество биогенных аминов, продуктов перекисного окисления липидов. Эти вещества, поступая из клеток в межклеточное пространство и затем в сосудистое русло, вызывают местные нарушения транскапиллярного обмена и микроциркуляции, что, в свою очередь, увеличивает зону поражения за счёт реакции окружающих тканей и приводит к освобождению из клеток ещё большего количества токсических веществ.

Рис. 1. Схема развития синдрома эндогенной интоксикации

Поступление токсинов в общий кровоток вызывает генерализацию интоксикации, в результате чего возникает "дистанционное поражение органов, клеток и тканей". Одновременно в клетках и тканях образуются вторичные токсины, выделение которых способствует генерализованному нарушению микроциркуляции в организме и шунтированию капиллярного кровотока. Эти нарушения гемодинамики приводят, с одной стороны, к централизации кровообращения, с другой - к его недостаточности, а, следовательно, ишемии периферических органов [B.D. Myers, 1986; A.F. Suffredini, R.E. Fromm, 1989]. Кроме того, на данной стадии токсины воздействуют на центральную нервную систему, вызывают активацию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (ГГНС) и симпатоадреналовой

систем (САС). Это ведёт к освобождению большого количества различных биологически активных веществ, в том числе и гормонов, имеющих своей точкой приложения микроциркулярное русло и способствующих развитию генерализации микрососудистых нарушений. К ним относятся закись азота, образующаяся из L - аргинина под влиянием NO-синтетазы, производные арахидоновой кислоты (простагландины, лейкотриены, тромбоксаны) и др. В условиях физиологической «нормы» они служат регуляторами местного кровообращения, транскапиллярного обмена, а при эндотоксемии вызывают неконтролируемое расширение сосудов, повышение проницаемости капиллярной стенки, возникновение микротромбозов [J.M. Klausner, LS. Paterson, G. Goldman, 1989; А.П. Зильбер, 1995]. Сопутствующее повышение проницаемости сосудистого русла вызывает поступление альбуминов во внесосудистое пространство, гипоальбуминемию, изменение коллоидно-осмотического давления и, как следствие, перераспределение жидкости [R.S. Hoffman, M.J. Smilkstein, 1993].

Микроциркулярные нарушения и ишемия способствуют выделению из тканей лизосомальных ферментов, пирогенов, катехоламинов. В связи с накоплением катехоламинов и ишемией тканей активируется аденилатциклазный механизм клеток. Это приводит к переходу АТФ в АМФ, а затем в аденозин и гипоксантин. Под действием ксантиноксидазы образуется перекись водорода и атомарный кислород, вызывающие перекисное окисление липидов, белков, полисахаридов. Следствием переокисления является деструкция мембран и органелл клеток [Е.М. Fish, В.А. Molitoris, 1994].

Происходит активация калликреин-кининовой системы, вследствие чего существенно изменяется свёртываемость крови и фибринолиз. Создаются условия для развития синдрома диссеминированного внутрисосудистого свёртывания. Повышение активности фибринолити-ческой системы приводит к появлению продуктов катаболизма фибриногена

и фибрина (а также частично альбуминов), т.е. пептидов, также обладающих токсическими свойствами.

Важным моментом в развитии синдрома эндогенной интоксикации (СЭИ) является поражение эндотоксинами печени и почек (при отсутствии их первичного поражения) - органов, выполняющих в организме основные дезинтоксикационные функции, вследствие чего происходит генерализация интоксикации.

Отдельно следует выделить значение метаболических сдвигов, происходящих в значительной степени вследствие активации симпато-адреналовой системы. Повышение содержания катехоламинов, а далее уровня циклического аденозинмонофосфата в клетках приводит к усилению глюконеогенеза и распаду гликогена. Это вызывает как гипергликемию, так и уменьшение энергетических запасов клетки. Гипергликемия, повышение концентрации продуктов азотистого обмена, а также гипернатриемия (из-за активации ренин-ангиотензиновой системы) приводят к увеличению осмоляльности крови. Резко усиливается липолиз. В клетках происходят значительные сдвиги в процессах тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, связанные как с нарушением транспорта кислорода, так и с ингибирующим действием токсинов на ферменты цепи тканевого дыхания, возрастающим ацидозом. Данные изменения приводят к резкому снижению энергетического потенциала клеток. Особую роль в активации обменных процессов имеет кальциевый парадокс. В связи с повреждением мембран и изменением их проницаемости для основных ионов увеличивается содержание ионов кальция в цитозоле. Они стимулируют все процессы обмена клеток [A.Kribben, E.D. Wieder, 1994; А.П.Зильбер,1995].

Одним из существенных моментов развития СЭИ является нарушение белкового обмена. Именно белки служат основным источником токсинов на всех уровнях катаболической цепи [J.E. Parillo, 1993]. На верхнем уровне это

денатурированные белки - источники антигенной инвазии, вызывающие

и

выработку аутоантител, резкий сдвиг в иммунном статусе и сопутствующую блокаду ретикуло-эндотелиальной системы. Выраженное влияние на иммунный статус организма оказывают избыточно выделяющиеся цитокины, хемокины, интерлейкины и другие медиаторы клеточных иммунных реакций и воспаления [J.F. Bazan, К.В. Bacon, G. Hardimari, 1997; D.L. Andrew, 1998]. На среднем уровне - токсичные олигопептиды. На нижнем уровне - конечные продукты деградации белков - креатинин и мочевина (табл. 1.).

Таблица 1

Основные компоненты, вызывающие эндотоксемию

Общая характеристика веществ Представители данной группы

1. Промежуточные и конечные продукты нормального обмена в аномально высоких концентрациях Лактат, пируват, мочевина, креатинин, билирубин

2. Продукты извращённого обмена Альдегиды, кетоны, высшие спирты, карбоновые кислоты

3. Иммунологически чужеродные продукты расщепления пластического материала Продукты протеолиза и гидролиза гликопротеинов, липопротеинов, фосфолипидов

4. Компоненты и эффекторы регуляторных систем организма, накапливающиеся в патологических концентрациях Ферменты свёртывания и фибрино-лиза, калликреин-кининовой системы, антитела, иммунн