+ All Categories
Home > Documents > FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ -...

FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ -...

Date post: 07-Feb-2018
Category:
Upload: duongphuc
View: 294 times
Download: 5 times
Share this document with a friend
40
147 FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ STUDIUL PERIOADEI POSTHIPERVENTILATORII LA PACIENŢI CU TULBURARE PANICĂ Tudor Beşleagă 1 , Victor Vovc 1 , Ion Moldovanu 1 , Pascale Calabrese 2 1 Universitatea de Stat de Medicină şi Farmacie „N Testemiţanu” , R. Moldova 2 Laboratorul TIMC-IMAG, Universitatea Joseph Fourier, Franţa Summary Study of posthyperventilatory period in panic disorder patients Our study involves two lines of research: the impact of anxiety on the symptoms that occur during voluntary hyperventilation test and on the respiratory characteristics following overbreathing. The study was performed on the 24 healthy volunteers and 26 panic disorder patients. 23% of patients continued to hyperventilate at the begin of posthyperventilatory period and they presented higher level of symptoms caused by hyperventilation, higher values of state anxiety compared to other panic patients. Our finding confirms the idea about existence of the “respiratory” subgroup of panic disorder patients. Rezumat Studiu nostru presupune două direcţii de cercetare: impactul anxietăţii asupra simptomelor ce apar în timpul testului cu hiperventilaţie voluntară, cât şi repercusiunile anxietăţii asupra indicilor respiratorii în perioada posthiperventilatorie. Studiul a fost efect uat pe un lot de 24 persoane sănătoase şi un lot de 26 pacienţi suferind de tulburare panică. 23% de pacienţi ce au continuat să hipeventileze după perioada de hiperventilaţie au arătat scoruri mai ridicate a simptomelor provocate de hiperventilaţie şi valori mai elevate ale anxietăţii situaţionale comparativ cu restul pacienţilor. Rezultatele confirmă idea despre existenţa unui subgrup respiratorde pacienţi suferind de tulburare panică. Întroducere Dispnea de diferită intensitate apare adesea în timpul atacurilor de panică şi împreună cu anxietatea şi interpretarea eronată a senzaţiilor corporale poate constitui un adevărat cerc vicios anxiogenic şi generator de simptome noi. Discomfortul respirator şi tulburarile pattern-ului respirator par a avea origine în patogeneza tulburării panice: activarea sistemul central de alarmă de sufocare [1,2], interpretarea catastrofală [3,4] a simptomelor produse de o hiperactivitate a structurilor vegetative suprasegmentare şi de o posibilă hiperventilaţie [5]. Hipocapnia totuşi s-a dovedit de a nu fi obligatorie şi unii cercetători prezintă dovezi contra specificităţii testului de hiperventilaţie pentru tulburarea panică [6,7]. Aceste dubii pot avea mai multe origini- mulţi cercetători par a fi axaţi pe simptomele produse de hipocapnie şi alcaloză respiratorie şi pe faptul că hiperventilaţia produce atacuri de panică la un procent redus de pacienţi comparativ cu inhalarea amestecurilor găzoase îmbogăţite cu CO 2 şi de posibilitatea de dezvoltare a simptomelor la o hiperventilaţie normocapnică [7]. Studiile ce ţin de studiul modului ventilator la pacienţii anxioşi în cadrul testului cu hipeventilaţie prezintă o menţinere prelungită a hipocapniei posthipeventilatorii [8,9], fenomen explicat de influienţe stimulatorii suprapontine şi/ sau de un fenomen de potenţiere la nivel de structuri reglatoare tronculare. Ţelul cercetării nostre ţine de studiul modului ventilator la pacienţi suferind de tulburare panică şi la persoane sănătose în cadrul unei hiperventilaţii moderate ce nu produce atacuri de
Transcript
Page 1: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

147

FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ

STUDIUL PERIOADEI POSTHIPERVENTILATORII

LA PACIENŢI CU TULBURARE PANICĂ

Tudor Beşleagă1, Victor Vovc

1, Ion Moldovanu

1, Pascale Calabrese

2

1 Universitatea de Stat de Medicină şi Farmacie „N Testemiţanu” , R. Moldova

2 Laboratorul TIMC-IMAG, Universitatea Joseph Fourier, Franţa

Summary

Study of posthyperventilatory period in panic disorder patients

Our study involves two lines of research: the impact of anxiety on the symptoms that

occur during voluntary hyperventilation test and on the respiratory characteristics following

overbreathing. The study was performed on the 24 healthy volunteers and 26 panic disorder

patients. 23% of patients continued to hyperventilate at the begin of posthyperventilatory period

and they presented higher level of symptoms caused by hyperventilation, higher values of state

anxiety compared to other panic patients. Our finding confirms the idea about existence of the

“respiratory” subgroup of panic disorder patients.

Rezumat Studiu nostru presupune două direcţii de cercetare: impactul anxietăţii asupra

simptomelor ce apar în timpul testului cu hiperventilaţie voluntară, cât şi repercusiunile anxietăţii

asupra indicilor respiratorii în perioada posthiperventilatorie. Studiul a fost efectuat pe un lot de

24 persoane sănătoase şi un lot de 26 pacienţi suferind de tulburare panică. 23% de pacienţi ce au

continuat să hipeventileze după perioada de hiperventilaţie au arătat scoruri mai ridicate a

simptomelor provocate de hiperventilaţie şi valori mai elevate ale anxietăţii situaţionale

comparativ cu restul pacienţilor. Rezultatele confirmă idea despre existenţa unui subgrup

„respirator” de pacienţi suferind de tulburare panică.

Întroducere

Dispnea de diferită intensitate apare adesea în timpul atacurilor de panică şi împreună cu

anxietatea şi interpretarea eronată a senzaţiilor corporale poate constitui un adevărat cerc vicios

anxiogenic şi generator de simptome noi. Discomfortul respirator şi tulburarile pattern-ului

respirator par a avea origine în patogeneza tulburării panice: activarea sistemul central de alarmă

de sufocare [1,2], interpretarea catastrofală [3,4] a simptomelor produse de o hiperactivitate a

structurilor vegetative suprasegmentare şi de o posibilă hiperventilaţie [5]. Hipocapnia totuşi s-a

dovedit de a nu fi obligatorie şi unii cercetători prezintă dovezi contra specificităţii testului de

hiperventilaţie pentru tulburarea panică [6,7].

Aceste dubii pot avea mai multe origini- mulţi cercetători par a fi axaţi pe simptomele

produse de hipocapnie şi alcaloză respiratorie şi pe faptul că hiperventilaţia produce atacuri de

panică la un procent redus de pacienţi comparativ cu inhalarea amestecurilor găzoase îmbogăţite

cu CO2 şi de posibilitatea de dezvoltare a simptomelor la o hiperventilaţie normocapnică [7].

Studiile ce ţin de studiul modului ventilator la pacienţii anxioşi în cadrul testului cu

hipeventilaţie prezintă o menţinere prelungită a hipocapniei posthipeventilatorii [8,9], fenomen

explicat de influienţe stimulatorii suprapontine şi/ sau de un fenomen de potenţiere la nivel de

structuri reglatoare tronculare.

Ţelul cercetării nostre ţine de studiul modului ventilator la pacienţi suferind de tulburare

panică şi la persoane sănătose în cadrul unei hiperventilaţii moderate ce nu produce atacuri de

Page 2: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

148

panică. O altă direcţie a studiului ţine de unele aspecte psihofiziologive ce pot avea legătură cu

modul ventilator din perioada posthiperventilatorie – anxietatea şi simptomele produse de

hiperventilaţie.

Materiale şi metode

Au fost evaluaţi 26 de pacienţi suferind de tulburare panică de la Institutul Naţional de

Neurologie din Moldova (12 pesoane de gen masculin) cu vârsta medie de 32 ± 9,98 ani

(cuprins între 20-54 ani) şi 24 voluntari sănătoşi cu vârsta între 24-54 ani constituind în medie

26,3 ± 3,9 ani. Evaluarea psihofiziologică ce a precedat înregistrarea a inclus evaluarea

scorurilor de anxietate personală şi situaţională (Spielbergher). Protocolul experimental a inclus

înregistrarea timp de 5 min în condiţii de repaus; 3 min de hiperventilaţie voluntară gidată cu

ajutorul metronomului la frecvenţa respiratorie de repaus, subiectul era îndemnat să sporească

de 2 ori volumul curent comparativ cu cel iniţial şi 9 min de recuperare după hiperventilaţie. Au

fost înregistrate debitul respirator instantaneu cu ajutorul pneumotahografului SS11LA conectat

la convertisorul analogic numeric Biopac- MP100. După finalizarea testului au fost evaluate

simptomele produse de hiperventilaţie, inclusiv şi cele respiratorii cu ajutorul chestionarului

Nijmegen.

Analiza respiraţiei ciclu cu ciclu a fost efectuată cu ajutorul unor programe în Matlab

elaborate în lab TIMC-IMAG şi a inclus calculul variabilelor: volum curent –Vt; duratele

inspiraţiei (Ti), expiraţiei (Te) şi ciclului respitator (Ttot), viteza fluxului inspirator (Vt/Ti) şi

minut volumul ventilaţiei pulmonare (Ve). În studiul dat noi prezentăm rezultatele analizei a

prerioadelor de repaus (REP), hiperventilaţie (HV) şi a primelor trei minute de recuperare

(REC3m). Rata de variaţie a vitezei fluxului inspirator comparativ cu perioada de reaus - dVt/Ti

REC3m a fost calculată (diferenţa între valorile varibilelor Vt/Ti a perioadei evaluate şi ale celei

de repaus raportată la valoarea de repaus). Adiţional cu ajutorul datelor antropometrice au fost

calculate ventilaţia alveolară în l.min-1

şi referită la suprafaţa corpului (l.min-1

/m2).

Rezultate

Valorile medii ale variabilelor respiratorii cu devierile standard şi deosebirile

semnificative determinate prin comparările impare sunt prezentate în tabelul n°1. Deosebiri

semnificative au fost deteminate în primele trei minute de recuperare după hiperventilaţie:

pacienţii au arătat valori mai importante ale caracteristicilor Ve, Va, Vt/Ti comparativ cu lotul

martor. Rata variaţiei a fluxului inspirator (dVt/Ti REC3m) se asememea a fost semnificativ mai

mare la pacieţi. Şase pacienţi din cei 26 (23%) şi o persoană din 24 (4 %) a lotului martor au

arătat valori pozitive ale dVt/Ti REC3m.

Tabelul n°1 Caracteristicele ventilatorii în cele două loturi în cadrul testului cu hiperventilaţie

REP HV REC 3m

(C) (TP) (C) (TP) (C) (TP)

Ttot (sec) 4,6±1,13 4,22±1,46 4,57±1,20 5,07±1,93 4,64±1,30 4,67±2,66

Ti (sec) 1,96±0,46 1,83±0,49 1,96±0,47 2,21±0,88 1,99±0,52 1,95±1,13

Te (sec) 2,63±0,71 2,39±1,0 2,59±0,80 2,86±1,11 2,71±0,85 2,72±1,57

Ti/Ttot 0,43±0,03 0,45±0,04 0,44±0,04 0,44±0,06 0,43±0,05 0,43±0,04

Vt (l) 0,61±0,13 0,62±0,15 1,08±0,32 1,16±0,42 0,5±0,13 0,62±0,38

Vt/Ti (l/sec) 0,32±0,06 0,35±0,08 0,56±0,15 0,58±0,22 0,26±0,05 0,33±0,09*

Ve (l.min-1

) 8,23±1,70 9,3± 2,21 14,68±4,23 14,62±4,39 6,87±2,0 8,44±2,63*

Va (l.min-1

) 4,4±1,11 4,99±1,65 10,83±3,80 10,93±3,97 3±1,37 4,26±2,35*

Va (l.min.-1

/m2) 2,57±0,53 2,79±0,89 6,3±2,0 6,11±2,11 1,74±0,75 2,39±1,30*

Asterixul prezintă deosebirile semnificative (p<0.05)

Page 3: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

149

Scorurile de simptome provocate de hiperventilaţie (numărul total şi numărul de simptome

respiratorii), valorile anxietăţii situaţionale şi celei personale au fost semnificativ mai înalte la

lotul TP (figurele n°1a şi 1b).

Figura n°1 Scorurile de anxietate şi simptome produse de hipeventilaţie- comparări între loturi

a: valorile medii cu devierile standard anxietăţii situaţionale (AE) şi personale (AT), b: scorurile

simptomelor produse de hiperventilaţie (SH) şi simptomelor respiratorii (SHr) –sub formă de

mediane cu cuartile; valorile maxime şi minime apar pentru toate variabilele reprezentate.

Asteriscul reprezintă diferenţa semnificativă între grupe (*p<0,05; **p<0,01; ***p<0,001)

Compararea celor şase pacienţi ce au prezentat valori pozitive ale dVt/Ti REC3m cu

restul pacienţilor a arătat scoruri mai înalte a anxietăţii situaţionale a scorurilor de simptome

provocate de hiperventilaţie – totale şi cele respiratorii (figura n°2).

Figura n°2 Scorurile de anxietate şi simptome produse de hipeventilaţie- comparări făcute între

pacienţi

a- 6 din 26 pacienţi cu valori pozitive a dVt/Ti REC3m au constituit grupul „TP resp”, restul 20 de

pacienţi - „TP nonresp” Mediane cu cuartilele superioare şi inferioare, valorile minime şi maxime

pentru anxietate de stare AE şi cea personală AT (b), scorurile de simptome produse de

hiperventilaţie SH şi cele respiratorii SHr (c). Asteriscul reprezintă deosebire semnificativă

(*p<0,05 **p<0,01)

Discuţii şi concluzii

Rezultatele noastre confirmă idea despre eterogenitatea pacienţilor cu tulburare panică şi

existenţa unui subgrup respirator [10,11] cu un dicomfort respirator vădit, ce prezintă un nivel

scăzut de CO2 în aerul expirat în repaus. Aceşti pacienţi prezintă adesea simptome de agarofobie

şi sunt mai sensibili la testul provocator cu hipeventilaţie hipocapnică. Scorurile sporite de

Page 4: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

150

simptome produse de hiperventilaţie şi ventilaţia sporită la începutul perioadei de recuperare la o

parte de pacienţi poate fi legată influienţele stimulatorii sporite ale structurilor anxiogene.

Testul provocator cu hiperventilaţie voluntară asociat cu înregistrare unor caracteristici

psihofiziologice pare a fi util în aprecierea gradului de activitate a structurilor vegetative

suprasegmentare.

Bibliografie

1. Klein, DF. (1993). False suffocation alarms, spontaneous panics, and related conditions. An

integrative hypothesis. Arch Gen Psychiatry; 50(4):306-17.

2. Preter, M., Klein, D. F. (2008). Panic, suffocation false alarms, separation anxiety and

endogenous opioids. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry; 32(3): 603–12.

3. Clark, D.M. (1993). Cognitive mediation of panic attacks induced by biological challenge

tests. Adv Behav Res Ther; 15:75-84.

4. Clark, D.M. (1986). A cognitive approach to panic. Behav Res Ther; 24 (4): 461-470.

5. Cowley D.S., Roy- Burne P.P. (1987). Hyperventilation and panic disorder. Am J Med 83(5):

929-37.

6. Hornsveld, H., Garsen, B., Spiegel, P. (1995). Voluntary hyperventilation: the influence of

duration and depth on the development of symptoms. Biol Psychol; 40 (3): 299-312.

7. Hornsveld, H.K., Garssen, B., Dop, M.J., Van Spiegel, P.I., De Haes, J.C. (1996). Double-

blind placebo-controlled study of the hyperventilation provocation test and the validity of the

hyperventilation syndrome. Lancet; 348 (9021): 154-8.

8. Hardonk, H.J., Beumer, H.M. (1979). Hyperventilation syndrome. In: Handbook of Clinical

Neurology. Vol 38. Neurological Manifestations of System Disease. ed. VIKEN P.I., BRUYN

G.W.; Amsterdam, Nord Holland Publ: 309-360.

9. Wilhelm, F. H., Gerlach, A.L., Roth, W.T. (2001). Slow Recovery From Voluntary

Hyperventilation in Panic Disorder. Psychosom Med; 63: 638 – 649.

10. Nardi, A.E., Valenca, A.M., Lopes, F.L., Nascimento, I., Mezzasalma, M.A., Zin, W.A.

(2004). Clinical features of panic patients sensitive to hyperventilation or breath-holding

methods for inducing panic attacks. Braz J Med Biol Res; 37(2): 251-257.

11. Moynihan, J.E., Gevirtz, R.N. (2001). Respiratory and cognitive subtypes of panic.

Preliminary validation of Ley's model. Behav Modif ; 25(4): 555-83.

MODOFICAREA VARIABILITĂŢII CARDIACE ŞI A PATERNULUI RESPIRATOR

PRIN STĂRI PSIHOEMOŢIONAL EVOCATE

Victor Vovc, Ion Moldovanu, Ludmila Sidorenko, Andrei Ganenco

Catedra Fiziologia omului şi Biofizică a USMF “Nicolae Testemiţanu”

Summary

Changes in Heart Rate Variability and Respiratory Patterns

Influenced by Evocked Psychoemotional States

The present study included the examination of 37 people, basically healthy. The results of

the study show that in 85% of cases prevails the cognitive component of emotions’ perception in

psychoemotional evoked states (SPE) – positive or negative, was observed a reduction of heart

rate variability. By method of imagining we've caused the required psychoemotional state

specifically- happiness and fear (real and virtual fear). The presence of the mentioned emotions

we have confirmed using the following questionnaires - The Oxford Happiness Questionnaire

(OHQ) (for joy) and the Spielberger-Hanin State and Trait Anxiety Questionnaire (for fear). The

effected study shows, that emotions of happiness do not always provoke an increase of HCV and

Page 5: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

151

fear does not always decrease HCV. Respiratory pattern reacts very sensitive by changes, on

components of the corresponding emotions - the cognitive and affective component. In

continuation of our investigation we will study every component separately, in reference to

the changes in respiratory pattern.

Rezumat

Studiul prezent efectuat a cuprins examinarea a 37 de persoane, practic sănătoşi.

Rezultatele studiului au arătat, că în 85% de cazuri cu predominarea componentei cognitive în

percepţia emoţiilor, în stari psihoemoţionale evocate (SPE) - pozitive si negative, s-au observat

scăderea variabilităţii ritmului cardiac. Prin metoda de imaginarea noi am provocat stările SPE

necesive, anume – bucuria şi frica (reală şi virtuală). Prezenţa emoţiilor a fost confirmată cu

ajutorul chestionarelor - The Oxford Happiness Questionnaire (OHQ) (pentru bucuria) şi Spielberger-Hanin State and Trait Anxiety Questionnaire (pentru frică). Studiu dat va arăta, că

sentimentele de bucurie nu provoacă mereu creşterea , iar cele de frica nu provoaca mereu

scăderea VRC. Paternul respirator reacţionează foarte sensibil şi în mod diferit la schimbările

componentelor stărilor de frica si bucurie, anume componenta cognitivă şi cea afectivă. În

continuare vom studia mai detaliat fiecare componenta aparte, în raport cu schimbările paternului

respirator.

Introducere

Variabilitatea ritmului cardiac (VRC) reprezinta schimbarea duratei intervalelor R-R

urmînd ciclurile contracţiilor cardiace într-o perioadă anumită de timp. VRC- este expresia

variaţiei frecvenţei contracţiilor cardiace în referinţă la nivelul mediu, dependenta de schimbările

paternului respirator şi SNV(11).

Paternul respirator reprezintă o concordanţă dintre parametrii volumetrici şi temporali, care

caracterizează structura ciclului respirator şi ventilaţia alveolară completă. Acesta poate fi studiat

prin parametrii următori: frecvenţa respiratorie,durata ciclului respirator,volumul respirator

,minut volumul,ventilaţia maximă ,volumul inspirator şi expirator de rezervă, capacitatea vitală.

Fiecare stare a conştiinţei, fiecare stare psihoemoţională sunt legate printr-un patern

anumit. Schimbarea conştientă a paternului respirator ne induce într-o stare dorită, această

metodă poate fi utilizată în psihoterapie, ţinînd cont de mechanismele bio-feed-back. (10)

Stările psihoemoţional evocate (SPE), pot fi pozitive sau negative. Pentru a induce o

anumită SPE cercetătorii de la catedrele Universităţii din Leuven pentru studiile în domeniu

psichofiziologiei , folosesc tehnica imaginilor prezentate sau imaginarea(2). Un reprezentant al

SPE pozitive este bucuria, care prezintă o emoţie cu două componente majore, independente pînă

la un nivel anumit – cognitiv şi afectiv(3). Acest tip de SPE poate fi apreciat prin chestionarul

din Oxford pentru aprecierea fericirii (the Oxford Happiness Inventory (OHI), Argyle, Martin,

& Crossland, 1989). Pentru SPE negativă a fost selectată emoţia fricii, care la fel are două

componente – cognitivă şi afectivă(3). Anxietatea, fiind componenta obligatorie a fricii (5),

poate fi apreciată cu Testul Anxietăţii Spielberger-Hanin.

Prin mecanismele bio feed-back ,studiate profund în lucrările lui Boiton (10), respiraţia şi

psihicul sunt strîns legate, acţionînd asupra stării emoţionale şi funcţionale a organismului

întreg. Starea funcţională a organismului poate fi apreciată prin VRC, indicator obiectiv, care

acţionează sensibil la schimbările în lanţul bio-feed-back a respiraţiei şi psihicii.(4)

Deseori tratamentul medicamentos al problemelor legate cu stresul sunt îneficiente. Chiar

şi tratamentul psihoterapeutic şi metoda respiraţiei învăţate ce se utilizează pe larg nu dau

rezultatele aşteptate. Motivul acestei probleme fiind cunoaşterea insuficientă a nivelului

rezervelor adaptaţionale a organismului şi de ce are nevoie individul la momentul dat- sedaţie

sau activare, mobilizare. Informaţia despre aceasta ne este oferită de către studiul VRC şi a

paternului respirator- în primul rînd în starea de fon iar mai apoi cum reacţionează la diferite

Page 6: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

152

SPE şi doar după poate fi selectată metoda individuală a psihoterapiei corectă din punctul de

vedere a SNV si VRC.

Sarcinele Determinarea modificării variabilităţii cardiace şi a paternului respirator prin stări

psihoemoţionale evocate.

Obiectivele .............................................................................................................

1. Înregistrarea parametrilor variabilităţii cardiace şi a paternului respirator în stare de repaus şi

după schimbări psihoemoţionale evocate..........................................................................................

2. Depistarea imaginilor individuale, care pot provoca starea psihoemoţională pozitiv evocată şi

cea negativă. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .....................

3. Efectuarea chestionarului cu scop de a obiectiviza stările evocate.

Materiale şi metode ..................... ..................... ..................... .....................

Studiul a inclus 37 persoane. Participanţii, care au fost incluşi în studiu, au fost de ambele sexe,

cu vîrste cuprinse între 18 şi 28 ani, vîrsta medie fiind 23 ani. Selecţia participanţilor a fost

efectuat conform cerinţelor a Task Force of the European Society of Cardiology and the North

American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability. Standarts of

Mesurements//Circulation 1996. Cercetarea a fost realizată la Catedra Fiziologia omului şi

Biofizică a USMF “Nicolae Testemiţanu” în perioada de octombrie 2011 – mai 2012.

Metodele de cercetare utilizate în studiu au fost:

1. Evaluarea VRC prin intermediul probelor cardioritmografice, care includ proba de fon în

poziţia orizontală şi proba ortostatică activă. Pentru prelucrarea indicilor, care constitue

VRC, au fost utilizaţi parametrii statistici următori:

a) Parametrii pentru analiza ritmogramei - au fost calculaţi prin compararea parametrilor

următori: Time domain şi freqency domain metode. SDNN şi TP reflectă variabilitatea generală,

SDNN fiind dependentă de HF şi LF (analiza spectrală), şi este proporţional egal cu RMSSD şi

pNN50. Pentru a aprecia componentul de frequenţa înaltă (contribuţia parasimpatică în sructura

ritmului) – pNN50, RMSSD; HF. HF are legaturi de corelaţie mai strînse, decît LF cu time

domain a VRC, reflectînd influenţa parasimpatică asupra VRC şi VRC generală. RMSSD este

proporţional egal cu SDNN şi pNN50, precum şi HF, TP. VLF din puterea totală a spectrului,

reflectă influenţa structurelor suprasegmentare şi umorale asupra ritmului cardiac CV –

coeficient de corelaţie. RRNN – durata medie intervalelor R-R, valoarea inversă a lui este FCC.

b) Parametrii pentru analiza spectrală – puterea totala a spectrului, din care fac parte

componente HF, LF, VLF, coeficientul 30:15, creşterea procentuală a raportului LF/HF.

2. Efectuarea probei informaţionale prin intermediul stresului mental dirijat cu scop de a

declanşa o starea psihoemoţional necesară:

a) Imaging - desene a fricii real suportate (amintiri) şi a fricii virtuale (imaginarea)

b) Demonstrarea desenelor, care provoacă starea psihoemoţional pozitivă

3. Evaluarea obiectivităţii stărilor psihoemoţional induse, prin intermediul:

a) Monitoringului schimbărilor pe ritmogramă

b) Chestionarelor - The Oxford Happiness Questionnaire (OHQ) (pentru bucurie) şi

Spielberger-Hanin State and Trait Anxiety Questionnaire (pentru frică)

4. Parametrii pentru analiza paternului respirator:

Vt – volum inspirator, Ve - volum expirator V diferenţa dintre volum inspirator şi expirator

Ti perioada inspirului Te perioada expirului T = Ti+Te perioada ciclului PhiAT diferenţa

dintre respiraţia toracală şi abdominală FR – frecvenţa respiratorie TIT % - raportul

procentual a inspirului către ciclului respirator întreg VITI drive respirator VIF volum

minut respirator.

Page 7: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

153

Studiul a fost efectuat în 2 etape. Prima etapă – provocarea stărilor psihoemoţional

negative şi etapa a doua– celor pozitive. Timpul necesar între etapele a fost respectat. Etapa întîi

şi a doua au avut loc în zilele diferite.

Prima etapa a studiului a inclus paşii următori:

1. Prima inregistrarea a VRC + respiraţie în starea de repaus (poziţia orizontală şi proba

ortostatică) + chestionarul Spielberger-Hanin (anxietatea personală şi situativă)

2. Vizualizarea fricii real suportate + înregistrarea a doua + chestionarul Spielberger-Hanin

(anxietatea situativă)

3. Defalcarea psihoemoţională (subiectivă, prin schimabarea atenţiei de către cercetător şi prin

semne obiective pe ECG) pentru adaptare psihoemoţională.

4. Imaginarea fricii virtuale (în realitate nesuportată) + înregistrarea a treia + chestionarul

Spielberger-Hanin (anxietatea situativă)

Etapa a doua a avut scop de a declanşa starea psihoemoţională pozitivă prin emoţia de

bucurie. Realizarea probei cu starea psihoemoţională pozitiv indusă a avut loc prin selectarea

emoţiei de bucurie (Diener, Suh, Lucas, & Smith, 1999). Pentru a introduce persoana în starea

corăspunzătoare, au fost selectate preferinţele individuale prin discuţia individuală despre

obiectele şi fenomenele naturii, care declanşează bucuria la persoana dată. Au fost găsite

desenele corăspunsătoare. Pentru convingerea, că persoana a intrat în starea dată, toţi participanţi

au fost evaluaţi cu OHQ după o vizualizare test a slide-show-ui individual creat. The Oxford

Happiness Questionnaire a fost elaborat de către psihologii Michael Argyle şi Peter Hills de la

Oxford University. Acesta oferă posibilitatea de a obţine informaţia despre nivelul de bucurie şi

fericire curentă. Este valabil şi recomandabil pentru comparaţia stărilor de bucurie în diferite

perioade ale vieţii, pentru comparaţia stărilor cu intervalul de timp scurt sau lung (Andrews &

McKennell, 1980). Dacă rezultatele chestionarului au arătat schimbarea stării psihoemoţionale

spre bucurie, în comparaţie cu starea psihoemoţională înainte de slide-show, acest slide-show a

fost folosit în timpul înregistrării VRC şi a paternului respirator. Evaluarea stării cu OHQ a treia

dată a fost efectuată deodată după investigaţie de control, ce dovedeau că persoana dată a fost în

starea psihoemoţională necesară pe tot parcursul investigaţiei.

Proba cu starea psihoemoţională pozitiv indusă pe etape:

1. Prima înregistrare a VRC + paternului respirator în starea de repaus + chestionarul OHQ

2. Selectarea imaginilor individuale, crearea slide-show-ului, vizionarea test a slide-show-

ului individual creat + chestionarul OHQ

3. Inregistrarea a doua + slide-show + OHQ ...........................................................................

Rezultatele şi discuţii

Caracteristica persoanelor investigate

Conform rezultatelor obţinute a parametrilor de analiza spectrală a ritmului cardiac,

după prima investigaţie, toate persoane au fost subdivizaţi în grupe. În dependenţa de

predominare a componentelor HF, LF şi VLF din spectru total: VLF+LF, VLF+HF, LF, HF.

Aceste parametre s- au corelat cu datele de la Chestionarul de Anxietate Spielberger-Hanin,

unde s-a evidenţiat o distincţie statistică semnificativă (vezi tab.1).

Tabelul 1

Repartizarea persoanelor după predominarea structurilor segmentare şi suprasegmentare

în reglarea variabilităţii ritmului cardiac, corelate cu datele de la Chestionarul de

Anxietate Spielberger-Hanin Indice VLF+LF

N=14

VLF+HF

N=5

LF

N=10

HF

N=8

Anxietate personală 48,7±1,5 63, 2±0,8 42,1 ±0,9 27, 0±1,9

Anxietate situativă în repaus 56,3±1.3 31,6 ±2,8 48,1±1,8 16,1±3,2

Anxietate situativă în frica reală 59, 2±0,8 35,4±1,1 59,5±1,5 44,2±1,2

Anxietate situativă în frică virtuală 65,9 ±1,6 57, 7±1,9 52,7±1,3 37, 7±1,5

Page 8: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

154

După cum se vede din tabelul 1 repartizarea persoanelor după predominarea structurilor

segmentare – (parasimpatice -HF sau simpatice -LF ) în reglarea variabilităţii ritmului cardiac

sau suprasegmentare (componenta VLF). Grupa persoanelor cu predominarea componentelor HF

se divizează în două subgrupe .Prima grupă se caracterizează prin predominarea structurilor

segmentare în reglarea VRC anume prin HF ,care corelează negativ cu anxietatea personală (r= -

0.70; р<0.001) şi după cum se vede ca fiind cea mai mică din cele patru grupe, la fel, în această

grupă se observă anxietatea situativă în repaus joasă . Anxietatea situativă cea mai înaltă în

această grupă este anxietatea situativă în condiţii de frica reală, comparativ cu ASR(р<0.01)

Grupa a doua( VLF+HF) este reprezentată de predominarea relativă a componentei HF

din cauza micşorării marcate a componentei LF pe fon de epuizare a structurilor segmentare în

reglarea VCR cu creşterea ulterioară a componentelor VLF ,ceea ce ne vorbeşte despre

includerea mecanismelor de rezervă, şi anume, a celor umoral-metabolice(12). Observăm că pe

fon de anxietatea personală înaltă anxietatea situativă în repaos şi în starea de frică deja

suportată ca fiind joase ceea ce se reflectă în corelaţia negativă între anxietatea personală şi

ASR(r= -0.57; р<0.001) la fel AP şi ASFR(r= -0.49; р<0.001) în această grupă de subiecţi,

indicînd tendinţa spre starea areactivă cu nivel de motivare joasă care are ca bază mecanismele

de epuizare a componentului simpatic(8). ..................... ..................... ..................... .....................

Grupul persoanelor cu predominarea componentelor LF se divizează la fel în 2

subgrupe,prima fiind cu predominarea componenetei LF cu corelaţia pozitivă între AP şi

ASR(r=0.27; р<0.05). În această grupă anxitatea cea mai înaltă se observă în condiţii de frica

real suportată, în comparaţie cu ASR şi AFV cu ASR (р <0.05) . Grupa a doua cu predominarea

relativă a LF pe fond de scaderea marcată a HF cu includerea componentelor suprasegmentare ca

sursă compensatorie(11), corelează pozitiv cu AP(r=0.39; р<0.01). AS fiind cea mai înaltă în

condiţii de frică virtuală, în comparaţie cu ASR şi AFR cu ASR (р <0.01) .

Deci, cum au arătat datele statistce semnificative susdescrise, putem spune în concluzie,

că se observă o corelaţie pozitivă între AP si componenta VLF în ambele grupe a componentei

suprasegmentare şi componentei LF în grupa cu reglarea segmentară iar cea negativă între

componenta HF din această grupă. În tabel se observă corelaţia pozitivă dintre AP şi ASR în

grupele HF, LF şi VLF+LF şi negativă în grupa VLF +HF care ne indică epuizarea vegetativă pe

fon de componenta LF (1, 11). .............. ....... ..................... .....................

Anxitatea personală se caracterizează prin predispoziţia stabilă de a percepe multe situaţii

ca fiind ameninţătoare şi de a reacţiona la aceste situaţii cu stare de anxietate (4). Deoarece la

persoanele cu AP mărit, în situaţii de frică virtuală este mărit şi AS. AP foarte înaltă corelează

direct cu conflictele nevrotice şi maladiile psihosomatice(7) . Această situaţie se observă la

persoanele din grupul VLF mai ales în grupul VLF+HF ce presupune includerea mecanismelor

suplimentare în caz de epuizare a conturului principal de reglare-segmentar . Valoarea AP

caracterizează experienţa precedentă a individului adică, frecvenţa AS trăite . Persoana care

suportă foarte des AS, reacţionează la frica suportată mai puţin pronunţat, pînă la areactivitate

(vezi tab.1,gr. VLF +HF ,frica reală) decît la frica încă nesuportată (tab.1 ,gr.

VLF+HF,VLF+LF-frică virtuală). ..........................................................................................

În calitate de stare psihoemoţională negativ indusă a fost aleasă frica condiţionată care

are 2 componente - frica emoţională şi cea cognitivă, astfel poate fi explicată reacţia diferită la

grupele de persoane sus numite în condiţii de diferite tipuri de frică . În cazul grupei HF LF

anxietatea situativă este mai mare în frica relă fiindcă în reacţia persoanelor din această grupă

prevalează frica emoţională .Asociaţiile cheie declanşează amintiri emoţionale (3), care sunt frica

învăţată şi răspunsul anxios (Blackwood ,1996) În grupul VLF+HF ,VLF+HF prevalează frica

cognitivă care se datorează controlului suprasegmentar..În caz de frică condiţionată un element

important este amigdala, care participă în sistemul. memorie emoţionale. Cortexul şi hipocampul

sînt părţi ale sistemului contextualizării şi. memoriei cognitive. Aceste sisteme sînt divizate

ambele nu numai anatomic, dar şi comportamental şi la nivel cognitiv (Lang et al., 1998). Cît

Page 9: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

155

prima atît şi a doua imagine produc diferite feluri de trăiri şi manifestări emoţionale sub forma

schimbării paternului respirator. La vizionarea manuală a rezultatelor a fost vizibil cum o

imagine a schimbat profunzimea, frecvenţa şi caracterul respiraţiei, chiar şi perioade de apnee la

unii subiecţi.Cealaltă provocînd efecte. opuse sau schimbarea paternului respirator asemănător

cu cel iniţial (starea de repaus) de aceea. la prelucrarea statistică a înregistrării complete a

respiraţiei la vizionarea imaginilor, schimbarea,. contradicţiile reciproce în suma se egalau, astfel

rezultate statistic veridice a schimbării. paternului respirator nu au fost obţinute. .....................

Valorile chestionarului Oxford Happiness după a treia oară de completare de către

subiecţi, adică după inregistrări trebuia sa fie mai mare sau egal cu valorile vizionării de testare

a imaginilor, adică a doua oară de completare. Aceasta ne spunea ca s-a reuşit menţinerea stării

de bucurie, indusă de vizionarea imaginilor pentru perioada întreagă a înregistrării. Dacă nivelul

de bucurie după a treia oară de completare, adică după înregistrării a fost mai puţin, decît

valorile vizionării de testare a imaginilor sau chiar mai puţin sau egal cu prima completare,

înregistrarea a fost nevalabilă, fiindcă, scopul nu a fost distins. Imaginea a fost socotit ca

valabilă, dacă după vizionare, rezultatele a OHQ se încadrau minim în scorul de punctaj 4.

Valorile nivelului de bucurie vizionării imaginilor la sfîrşîtul înregistrării probelor,

evaluate conform chestionarul The Oxford Happiness, comparativ cu datele vizionării de testare

(p≤0,001): La 10 persoane s-a menţinut aceeaşi nivel de bucurie, ca în vizionării de testare, la 20

– cu un scor de punctaj mai mare, la 5 – cu 2 scoruri de punctaj mai mare, la 2 – cu 3.

Modificările VRC în condiţii de SPE negativ evocată. ..................... ..................... .........

Repartizarea subiecţilor în dependenţa de VRC iniţială şi modificările VRC sub infuenţa

stării de frică. Scăderea VRC, ca o reacţie la frica reală, s-a observat la subiecţii de la grupele:

70% LF, 60%HF, 40% VLF+HF (р<0.001). Scăderea VRC, ca o reacţie la frica virtuală, s-a

observat la subiecţii de la grupele 80% VLF+LF, 30% LF, 10% HF (р<0.01). Ridicarea VRC, ca

o reacţie la frica virtuală, s-a observat la subiecţii de la grupele 60% VLF+HF, 30%HF

(р<0.001). La restul de la grupul VLF+LF schimbările nu s-au deosebit statistic semnificativ.

După rezultatele obţinute putem menţiona, că reacţia la frica reală şi cea virtuală, emoţiile cu

care noi confruntem zi de zi, fiind situauţii din trecut sau situaţiile, bazate pe procese de

dezinformaţie, ca cauza a FR, este individuală şi depinde de starea vegetativă predominantă,

nivel de activitate a structurelor suprasegmentare şi VRC iniţiale. Astfel, reacţia la frică nu este

totdeauna micşorarea a VRC. Au fost subiecţi la care s-a determinat ridicarea VRC (grupul HF şi

VLF+HF). Datele despre reacţiile individuale la frică ne oferă posibilităţi de a aprecia reacţia

subiectului la stresurile psihoemoţionale şi de a găsi metode de psihoterapie individuală, bazată

pe mechanismele bio-feed-back, prin respiraţia învăţată, imagini, găsite individual, în

dependenţa de scop – de a calma persoana dată, sau invers de a mări activitatea proceselor

vegetative, sau chiar de a mobiliza mechanismele de rezervă de adaptare.

Modificările VRC în condiţii de SPE pozitiv evocată. Cît frica atăt şi bucuria au

componente cognitive de aceea reacţia din punct de vedere a VRC nu tot timpul a fost obţinut

un efect pozitiv al imaginilor ce provoacă bucuria, adică nu tot timpul provoca creşterea VRC.

Astfel încît a fost posibil analiza separata a datelor înregistrate a VRC sub influenţa imaginilor ce

provocau bucurie, putem spune, că două imagini cu context de bucurie individuală la una şi

aceea persoana au provocat efecte diferite, din punctul de vedere a modificărilor VRC. În aşa

mod după rezultatele obţinute imaginile se subdivizau în doua grupuri mari în dependenţă de

efectul indus: Imaginile, care provocau dorinţa de interacţiunea activă cu contextul imaginilor

date, s-au deosebit prin creşterea statistic semnificativă VRC în grupul HF (р<0.001). Iar

creşterea VRC în grupele VLF+LF şi LF s-au observat la imaginii de obseraţie calmă (р<0.001).

Grupul VLF+HF a reacţionat prin creşterea a VRC după vizionarea sumară ambelor imaginii –

prima imagine de interacţiunea activă şi alta - obseraţie calmă (р<0.05). Adică, după reacţiile

subiecţilor la imagini, putem spune, că la persoanele, la care predomină componenta cognitivă în

percepţia bucuriei, creşterea VRC s-a observat numai la vizionarea imaginilor de obseraţie

Page 10: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

156

calmă nu la vizionarea imaginilor, care provocau dorinţa de interacţiune activă cu contextul

imaginilor date. ..................... ..................... ..................... .....................v..................... ...............

Astfel, ieşind din rezultatele obţinute, valoarea aplicativă a lor constă în posibilitate

aplicării psihoterapiei individuale de scop, anume,în dependenţă de scopul ce trebuie să fie atins

în momentul dat. Dacă persoana va necesită calmarea stării psihoemoţionale, atunci vom aplica

imaginea, care provoacă starea de observaţie calmă. Iar dacă persoana va necesită activarea

tonusului proceselor de excitaţie şi mobilizarea surselor de adaptare, vom aplica imaginile, care

provoacă dorinţa de interacţiune activă cu contextul imaginilor la persoana dată. În continuare

studiu va cerceta mai detaliat paternul respirator în diferite stări psihoemoţionale. Deoarece, cînd

vom găsi schimbări paternului respirator, ce apar la vizionarea imaginilor, legate cu starea

psichoemoţională anumită, vom putea aplica cu scop psihoterapeutic imagina necesară împreună

cu includerea în aceeaşi moment a paternului de respiraţie, care corăspunde acestei imagine în

timpul vizionării test. Conform mechanismelor de bio-feed-back, la persoana se va restabili

starea, care a fost creată în condiţii de test şi vom putea provoca stări psihoemoţionale dorite şi

de evitat sau corija pe cele negative.

Concluzii

1. Rezultatele studiului au arătat, că în 85% de cazuri cu predominarea componentei

cognitive în percepţia emoţiilor în starea emoţională positv sau negativ evocată, s-au observat

scăderea variabilităţii ritmului cardiac, ce reprezintă un factor nefavorabil.

2. Au fost găsite imaginii pentru starea psihoemoţională pozitiv evocată, ce provoacă

reacţie individuală sub forma de observaţie calmă sau interacţiune activă. Conform

mehanismelor de bio-feed-back, ele pot fi utilizate împreună cu schimbări paternului respirator,

ce apar la vizionarea imaginilor, şi pot fi aplicată în domeniu psihoterapiei.

Bibliografie

1. Akselrod, S., Gordon, D., Ubel, F.A., Shannon, D.C., Barger, A.C., Cohen, R.J.: Power

spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular

control. Science, 1981, 213, s.220-222.

2. HAN Jiang-na, ZHU Yuan-jue, LUO Dong-mei, LI Shun-wei, Ilse Van Diest, Omer Van den

Bergh, Karel P Van de Woestijne:Fearful imagery induces hyperventilation and dyspnea in

medically unexplained dyspnea, 2008;121(1):56-62

3. Lang P. What are the data of emotion? In: Hamilton V, Bower GH, Frijda N, eds. Cognitive

perspectives on emotion and motivation. Boston: Marinus Nijhoff; 1988: 173-191.

4. Murray NP, Russoniello C. Acute Physical Activity on Cognitive Function: A Heart Rate

Variability Examination. [JOURNAL ARTICLE] Appl Psychophysiol Biofeedback

2012 Apr 29.

5. Pagani, M., Rimoldi, O., Pizzinelli, P., Furlan, R., Crivellaro, W., Liberati, D., Cerutti, S.,

Malliani, A., 1991. Assesment of the neural control of the circulation during psychological

stress. J. Auton. Nerv. Syst. 35, 33-42.

6. Shea SA. Behavioural and arousal-related influences on breathing in human. Exp Physiol

1996; 81: 1-26.

7. Spielberger CD, Gorsuch RL, Lushene RE. Manual for the state-trait anxiety inventory. Palo

Alto, CA: Consulting Psychologists Press; 1970: 1-23.

8. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing

and Electrophysiology. Heart rate variability. Standards of measurement, physiologic

interpretation, and clinical use. Circulation 1996; 93:1043-1065.

9. Van Diest I, Winters W, Devriese S, Vercamst E, Han JN, Van de Woestijne KP, et al.

Hyperventilation beyond fight/flight: respiratory responses during emotional imagery.

Psychophysiology 2001; 38: 961-968.

Page 11: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

157

10. Vlemincx E, Van Diest I, Van den Bergh O. Imposing Respiratory Variability Patterns.

[JOURNAL ARTICLE] Appl Psychophysiol Biofeedback 2012 Mar 15.

11. Кушкова Н.Е. Исследования влияния дыхательного паттерна на деятельность

сердечно-сосудистой системы/Н.Е. Кушкова, Н.С. Гурьева, О.В. Зайцева, Н.Л.

Кодочигова// Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной и

клинической медицины: материалы 41-й Всероссийской научной конференции

студентов и молодых ученых. – Тюмень, 2007. – С.196-197.

12. Гурьева Н.С. Изменения гемоднамики при пробах с управляемым дыханием/ Н.С.

Гурьева, Н.Л. Кодочигова, Н.Е. Кушкова// Тезисы 81-й Всероссийской студенческой

научной конференции , посвященной 150-летию В.М. Бехтерева – Казань, 2007.С.121-

122.

DISHOMEOSTAZII INDUSE DE ALCOOLUL ETILIC ÎN CADRUL ŞOCULUI

HEMORAGIC EXPERIMENTAL

Anatolie Vişnevschi, Stela Todiraş

Catedra Fiziopatologie şi fiziopatologie clinică, USMF „Nicolae Testemiţanu”

Summary

Dyshomeostasis induced by alcohol in experimental hemorrhagic shock

Morbidity and mortality following traumatic injury and hemorrhagic shock are

exacerbated in the alcohol-intoxicated individual. The impact of alcohol intoxication on the

immediate pathophysiologic response to injury has not been closely examined. The present

results provide concrete evidence for multifactorial effects of acute alcohol intoxication on the

counterregulatory response to hemorrhagic shock. These results show hemodynamic, metabolic,

and inflammatory effects of acute alcohol intake associated with hemorrhagic shock. Taken

together, these alterations in metabolic and inflammatory responses to hemorrhage are likely to

impair immediate outcome and predispose to tissue injury.

Rezumat

Rata morbidităţii şi mortalităţii în cadrul leziunilor traumatice şi a şocului hemoragic este

crescută la persoanele cu intoxicaţie cu etanol. Impactul intoxicaţiei cu alcool asupra răspunsului

organismului la leziuni este studiat insuficient. Rezultatele prezentate furnizează dovezi

concrete asupra efectelor multifactoriale ale intoxicaţiei cu alcool asupra şocului hemoragic.

Aceste rezultate demonstrează efecte hemodinamice, metabolice şi proinflamatorii ale alcoolului

asupra şocului hemoragic. Modificările apreciate sunt susceptibile de a deregla răspunsul

organismului în şocul hemoragic şi a amplifica leziunile celulare.

Actualitatea

Rol important în creşterea mortalităţii persoanelor cu diverse leziuni traumatice (în

particular la persoanele tinere) este atribuit intoxicaţiei cu alcool. Prevalenţă traumelor şi

hemoragiilor în asociere cu intoxicaţia acută cu alcool etilic este documentată şi este mai mare

decât la persoanele neintoxicate [7]. Aproximativ 25% din leziunile traumatice însoţite de şoc

hemoragic se dezvoltă pe fondal de intoxicaţie acută cu etanol. Impactul intoxicaţiei acute cu

alcool asupra organismului în cadrul traumatismelor de diferită origine însoţite de şoc

hemoragic contribuie la creşterea ratei mortalităţii la aceste persoane datorită dezvoltării

leziunilor severe [11, 14].

În pofida multiplelor investigaţii, sunt insuficient cunoscute mecanismele patogenetice

implicate în dereglarea homeostaziei în şocul hemoragic la persoanele cu intoxicaţie acută cu

Page 12: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

158

etanol. Datele din literatură relevă că intoxicaţia acută cu alcool interferează reacţiile de răspuns

ale organismului la pierderile de sânge şi influenţează negativ tonusul vascular şi nivelul

presiunii arteriale. Alcoolul şi metaboliţii acestuia deteriorează funcţiile de bază ale sistemului

nervos central, inclusiv controlul nivelului presiunii arteriale şi perfuzia adecvată a organelor.

Reglarea vasomotricităţii şi prin urmare a debitului sanguin regional este realizată în bună

parte prin sinteza locală de către endoteliocite a factorilor cu acţiune vasorelaxantă şi a celor cu

efect vasoconstrictor; echilibrul acestora determină, în final, tonusul vascular şi nivelul de

perfuzie tisulară.

Abuzul acut de alcool induce modificări marcante atât în homeostazia organismului

integru cât şi la nivel celular. Mai mult, în timp ce unele dintre efectele intoxicaţiei acute cu

alcool pot fi uşor detectabile, altele se pot manifesta numai pe fondal de provocare suplimentară

din partea organismului gazdă. Aprecierea gradului de leziune a organelor de importanţă vitală în

evoluţia şocului hemoragic pe fondal de alcoolemie prezintă o problemă dificilă a medicinii de

urgenţă şi limitează promovarea eficientă a măsurilor de corecţie adecvată a leziunilor celulare

dezvoltate în această situaţie.

Studii efectuate in vivo şi in vitro demonstrează că alcoolul utilizat în doze mari inhibă

producerea de citokine proinflamatorii ca răspuns la acţiunea componenţilor microbieni. Etanolul

inhibă sinteza de TNF şi IL-1β de către macrofagele alveolare indusă de lipopolizaharidele

microbiene [5, 10, 18]. Prin reducerea sintezei TNF etanolul dereglează procesul de interacţiune

dintre leucocite şi celulele endoteliale, rezultând recrutarea inadecvată a leucocitelor în focarul

inflamator. În cadrul expunerii acute a organismului la doze mari de etanol are loc atenuarea

răspunsul inflamator, dar totuşi acest tip de consum al alcoolului este asociat cu un risc crescut

de dezvoltare a unor boli de origine inflamatoare. Acest efect paradoxal poate fi determinat de

inducerea sintezei proteinelor fazei acute (care sunt marcheri ai reacţiei inflamatorii) în cadrul

consumului etanolului în doze moderate; pe când persoanele care nu utilizează alcool şi cei care

fac abuz de alcool prezintă nivel redus al acestor marcheri proinflamatori [2, 15].

Obiective

1. Estimarea leziunilor structurale în miocard, rinichi, ficat şi plămâni, a indicilor

hemodinamici a enzimemiei şi citokinemiei în cadrul şocului hemoragic (timp de 120').

2. Aprecierea leziunilor structurale în miocard, rinichi, ficat şi plămâni, a indicilor

hemodinamici, a enzimemiei şi citokinemiei pe fondal de intoxicaţie acută cu alcool.

3. Explorarea modificărilor biochimice -markerilor inflamaţiei, enzimemiei (rezultante a

citolizei) şi a indicilor hemodinamici în cadrul şocului hemoragic pe fondal de intoxicaţie

acută cu alcool.

Material şi metode

Pentru realizarea experimentelor au fost utilizaţi 40 şobolani albi. Animalele au avut

condiţii standarde de întreţinere: temperatura mediului constantă (21-22°C), umiditatea aerului

stabilă, regimul întuneric-lumină (12:12 ore), plasate solitar în cuşcă. Pentru obţinerea

aclimatizării, cu o săptămână înainte de efectuarea experimentului, animalele au fost plasate în

camera de carantină. Şobolanii au fost anesteziaţi (administrare i/p) cu soluţie de cloral hidrat 4%

(350mg/kg). Prin abord inghinal pe dreapta au fost detectate artera şi vena femurală, care au fost

separate şi ligaturate distal. Cateterele folosite pentru canulare au fost confecţionate din tub de

polietilena PE 20 inserat în PE 50 (Sigma) şi heparinizate (10 IU/ml). După ce au fost introduse

in arteră şi venă, capătul distal al cateterelor, prin tunel subcutanat a fost exteriorizat în aria

interscapulară.

În urma restabilirii postoperatorii (72 ore), capătul distal al cateterului arterial a fost

conectat la sistemul de monitorizare a indicilor hemodinamici. Perioada de aclimatizare a

Page 13: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

159

constituit 30-60 min. Toate experimentele au fost efectuate strict între orele 11 şi 16, pentru a

evita diferenţele indicilor cardiovasculari dictate de modificările ciclurilor circadiene.

Evaluarea indicilor hemodinamici a fost efectuată cu ajutorul sistemului computerizat

TSE (Technical & Scientific Equipment, Bad Homburg, Germany), programul de lucru BM.

Nivelul citokinelor pro- şi antiinflamatoare a fost apreciat cu utilizarea sistemului

semiautomat RAYTO READER (China) prin metoda imunoenzimatică.

Activitatea enzimelor organospecifice a fost apreciat cu utilizarea sistemelor automat HITACHI

902 şi FALCOR 300.

Investigaţiile morfologice: de la animalele sacrificate s-au prelevat fragmente din

plămâni, ficat, rinichi şi miocard. Fragmentele tisulare au fost fixate în soluţie 8% de formol şi

incluse în parafină, iar secţiunile histologice - colorate cu hematoxilină-eozină şi cu picrofucsină

metoda van Gieson şi studiate la microscopul optic.

Şocul hemoragic (ŞH) a fost reprodus prin efuzia a 30% din volumul total de sânge din

vena femurală. Intoxicaţia acută cu alcool a fost modelată prin administrarea intraperitoneală a

etanolului de 20% în doză de 3g/kg cu 60 minute până la hemoragie (nivelul alcoolemiei 170

+/- 50 mg/dL).

În funcţie de sarcinile abordate au fost delimitate 4 loturi:

Lotul I (n=10)- lotul martor.

Lotul II (n=10)- animalele supuse şocului hemoragic timp de 120 minute.

Lotul III (n=10)- animalele supuse intoxicaţiei acute cu alcool timp de 60 min.

Lotul IV (n=10)- animalele pe fondal de intoxicaţie acută cu alcool (60 min.) supuse

şocul hemoragic (120 min.).

Datele obţinute au fost prelucrate computerizat, cu aplicarea setului de programe

statistice Microsoft Excel.

Rezultatele Rezultatele studiului efectuat au stabilit că presiunea arterială medie bazală (până la

efuzie) la animalele intoxicate cu etanol constituia 98,1±4,97 mmHg (-10%) comparativ cu

presiunea arterială medie la animalele din lotul martor - 107,6 ±3,1 (fig.1.). La sfârşitul perioadei

de efuzie, PAM la animalele intoxicate cu etanol a înregistrat o descreştere semnificativă cu 65

% (p<0,05). Scădere semnificativă a presiunii arteriale medii la şobolanii cu şoc hemoragic şi

intoxicaţi cu etanol a fost determinată pe toată durata de observaţie: 5 min.- (-54%, p<0,05); 60

minute- (-46%, p<0,05); 120 minute- (-29%, p<0,05) în raport cu nivelul bazal al presiunii

arteriale medii. Alcoolul exacerbează efectul hipotensiv indus de şocul hemoragic, comparativ

cu nivelul presiunii arteriale medii la animalele cu şoc hemoragic fără alcoolemie. Aşadar, PAM

determină o reducere cu 14% (p<0,05); 7%; 10% (p<0,05) şi 17% (p<0,05) la perioada iniţială

după efuzie; 5 minute; 60 minute şi 120 minute a şocului hemoragic comparativ cu valoarea

PAM la animalele şocate dar nesupuse intoxicaţiei cu etanol.

După 60 minute de la intoxicaţia cu etanol, frecvenţa contacţiilor cardiace la şobolani

constituia 460 ± 12,4 bătăi pe minut versus 425± 7,6 bătăi pe minut la animalele nesupuse

intoxicaţiei cu alcool. La sfârşitul perioadei de efuzie, frecvenţa contracţiilor cardiace la

şobolanii cu alcoolemie constituia 480±24,5 bătăi pe minut (+13%; p<0,05) în raport cu

frecvenţa contracţiilor cardiace la animalele din lotul martor. La min 5 al şocului hemoragic pe

fondal de alcoolemie frecvenţa contracţiilor cardiace a constituit 525±25,9 bătăi pe minut

(+24%; p<0,05 comparativ cu lotul martor, şi +39%; p<0,05 în raport cu lotul animalelor cu şoc

hemoragic). Şocul hemoragic pe durata a 60 min la animalele intoxicate cu etanol a indus o

creştere veridică a frecvenţei contracţiilor cardiace (+26%; p<0,05) comparativ cu rata

contracţiilor cardiace determinată în lotul martor şi un increment nesemnificativ de (+3%)

comparativ cu FCC in lotul animalelor cu şoc hemoragic. La încheierea perioadei de 120 minute

a şocului hemoragic asociat cu etanolism, frecvenţa contracţiilor cardiace avea valoarea de

Page 14: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

160

541±20,8 bătăi pe minut (+27%; p<0,05) versus frecvenţa cardiacă iniţială. Comparativ cu

valoarea acestui indice hemodinamic la animalele şocate dar nesupuse intoxicaţiei cu etanol s-a

apreciat un decrement cu 12%.

0

20

40

60

80

100

120

pre-şoc şoc iniţial 5 min 60 min 120 min

Timpul

PA

M m

mH

g

Martor

Şoc

Şoc + Alcool

¤¤

*

Figura 1. Dinamica nivelul presiunii arteriale medii în şocului hemoragic

pe fondal de alcoolemie.

Legendă: *- discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul martor;

¤ - discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul şoc hemoragic.

Activitatea serică a ALT – enzimă localizată cu predilecţie în hepatocite a prezentat o

creştere cu 10% la animalele din lotul cu alcoolemie şi o creştere cu 42% (p<0,05) în lotul

animalelor cu şoc hemoragic pe fondal de alcoolemie în raport cu activitatea acesteia la

animalele din lotul martor (tabelul 1.). Activitatea ALT la animalele cu şoc hemoragic şi

intoxicate cu etanol a crescut cu 17% (p<0,05) în comparaţie cu activitatea acestei enzime la

animalele cu şoc dar fără alcoolemie.

Alcoolul de sine stătător nu a modificat activitatea AST, dar pe fondal de şoc hemoragic

durata de 120 minute a prezentat o creştere semnificativă cu 43% (p<0,05) comparativ cu lotul

control şi o tendinţă nesemnificativă de creştere cu 8% în raport cu lotul animalelor cu şoc

hemoragic. Activitatea enzimei membranare hepatocitare- GGTP- a crescut veridic cu 31%

(p<0,05) la şobolanii cu alcoolemie şi cu 100% (p<0,05) la animalele cu şoc pe fondal de

intoxicaţie cu etanol în raport cu activitatea apreciată la animalele din lotul control. Aceeaşi

creştere cu 18% (p<0,05) s-a determinat în lotul cu şoc hemoragic cu alcoolemie comparativ cu

valoarea din lotul cu şoc hemoragic fără alcoolemie.

O creştere semnificativă a fost apreciată şi asupra activităţii serice a glutamat

dehidrogenazei. Alcoolul a determinat un spor cu 38% (p<0,05), iar şocul hemoragic cu

etanolism acut o creştere cu 102% (p<0,05) comparativ cu activitatea iniţială a acestei enzime.

Etanolul a crescut revelator activitatea GLDH cu 17% (p<0,05) în lotul animalelor cu şoc

hemoragic în raport cu activitatea din lotul cu şoc nesupus intoxicaţiei cu etanol. Lactat

dehidrogenaza – enzima care catalizează conversia lactatului la piruvat a apreciat un spor

nesemnificativ de 14% în serul sanguin la animalele intoxicate cu etanol şi o creştere apreciabilă

cu 100% (p<0,05) în şocul hemoragic cu alcoolemie comparativ cu activitatea iniţială şi o

progresie de 14% comparativ activitatea din lotul cu şoc hemoragic.

Page 15: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

161

Tabelul 1. Activitatea enzimatică şi nivelul glicemiei în

şocul hemoragic pe fondal de alcoolemie

Niv

elu

l en

zim

elor

seri

ce

(U/L

) şi

a g

lice

mie

i (m

mol/

L)

Lotul

experimental Martor Şoc hemoragic

Etanol

Şoc hemoragic+

Etanol

ALT

59±1,68 72±1,74*

65±3,68* 84±3,2*¤

GGTP 13±0,89 22±1,72**

17±0,79 26±1,23*

AST 175±2,76 232±13,3*

175±5,4 251±12,2

GLDH 13,8±1,15 24±1,62**

19±1,88* 28±2,44*¤

Amilaza 1561±128 2719±379**

2096±131* 2993±144*

Lipaza 113±2,43 181±19,5**

147±9,5* 199±7,9*

LDH 1154±82 2035±443**

1310±100 2317±106*¤

CK 2710±342 10200±1502***

6238±453* 9224±724*¤

Glucoza 11±0,54 19,8±1,73**

9,75±0,7 19±2,58*

Legendă: *,**,***- discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul martor

(p<0,05; p<0,01; p<0,001); ¤- discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul cu şoc

hemoragic.

Creatinkinaza localizată în citoplasma şi mitocondriile din miocard, muşchi scheletici şi

creier, a urmat o creştere semnificativă cu 130% (p<0,05) şi o sporire cu 240% (p<0,05) în lotul

animalelor intoxicate cu alcool şi supuse şocului hemoragic comparativ cu activitatea iniţială.

Enzimele pancreatice lipaza şi amilaza au prezentat augmentare semnificativă a activităţii

cu 30% (p<0,05) şi 34% (p<0,05) în lotul cu intoxicaţie cu etanol şi un spor cu 76% (p<0,05) şi

91% (p<0,05) în lotul cu şoc hemoragic pe fondal de intoxicaţie acută cu alcool.

La animalele cu şoc hemoragic şi intoxicate cu etanol s-a apreciat o creştere semnificativă

cu 42% a nivelului glicemiei comparativ cu valorile iniţiale şi o tendinţă spre micşorare a

glicemiei comparativ cu nivelul la animalele din lotul cu şoc hemoragic.

Nivelul citokinelor pro- şi antiinflamatoare precum şi nivelul seric al proteinei C- reactive

prezentate in figura 2, atestă deviaţii semnificative de la valorile normale atât la intoxicaţia cu

etanol cât şi în şocul hemoragic cu alcoolemie.

Aşadar, nivelul seric al IL-6 la animalele cu alcoolemie prezintă o creştere cu 16%

(p<0,05) comparativ cu nivelul seric al acestea la animalele din lotul martor. În lotul animalelor

cu şoc hemoragic pe fondal de alcoolemie valoarea IL-6 creşte cu 85% (p<0,05) şi 12% (p<0,05)

respectiv în raport cu valoarea acesteia la animalele din lotul martor şi lotul cu şoc hemoragic

fără alcoolemie. Nivelul IL-1α în serul sanguin la animalele intoxicate cu etanol a prezentat

valoare de 62± 6,5 versus 49± 10 valoarea la lotul martor - un spor cu 27% (p<0,05). În lotul

şobolanilor cu şoc hemoragic cu etanolism acut nivelul IL-1α a prezentat o augmentare cu 187%

(p<0,05) şi respectiv cu 14% (p<0,05) comparativ cu valoarea din lotul martor şi lotul cu şoc

hemoragic fără alcoolemie.

Page 16: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

162

0

50

100

150

200

250

300

350

400

IL-6 (pg/mL) IL-1(pg/mL) IL-10 (pg/mL) TNFα (pg/mL) CR-pr. (mg/dL)

Martor

SH

Alcool

SH + Alcool

**¤

**¤

* * *

* *

*

*

*

Figura 2. Modificarea nivelului citokinemiei şi a proteinei C- reactive

în şocul hemoragic cu alcoolemie.

Legendă: *- discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul martor;

¤- discrepanţă semnificativă comparativ cu valoarea din lotul cu şoc hemoragic.

Nivelul IL-10 urmează o dinamică inversă conţinutului citokinelor proinflamatoare,

manifestată prin reducerea nivelului seric al acestea la animalele cu intoxicaţie acută cu etanol cu

49% (p<0,05) şi o reducere cu 45% (p<0,05) în lotul cu şoc hemoragic cu alcoolemie

comparativ cu valoarea din lotul martor. Cantitatea serică a TNFα a prezentat o creştere veridică

cu 27% (p<0,05) şi cu 45% (p<0,05) atât în lotul cu alcoolemie cât şi în lotul cu şoc hemoragic

cu alcoolemie, comparativ cu cantitatea acesteia în serul sanguin la animalele din lotul martor.

Etanolul a sporit nivelul seric al TNFα cu 45% (p<0,05) la animalele cu şoc hemoragic în raport

cu nivelul TNFα la animalele şocate fără alcoolemie Estimarea nivelului proteinei C-reactive la

animalele cu intoxicaţie acută cu etanol nu relevă varietăţi veritabile, dar numai tendinţă spre

creştere comparativ cu nivelul acestea la animalele din lotul martor. În lotul cu şoc hemoragic pe

fondal de alcoolemie nivelul proteinei C- reactive a crescut cu 26% (p<0,05) comparativ cu

valoarea din lotul control.

La examenul morfologic în lotul animalelor cu şoc hemoragic pe fondal de etanolism acut

s-au depistat leziuni microcirculatorii şi alterative severe în toate organele studiate.

Microscopic în ficat s-au constată modificări distrofice severe, difuze ale hepatocitelor şi

tulburări circulatorii. Citoplasma hepatocitelor este vacuolizată, predomină distrofia vacuolară

microveziculară. Leziunile respective au caracter uniform, difuz, exprimate atât în centru, cât şi

la periferia lobulilor hepatici. În majoritatea celulelor hepatice vacuolele sunt localizate

perinuclear, în unele hepatocite vacuolele se contopesc, ceea ce duce la balonizarea citoplasmei –

aşa numitele hepatocite clare.

În ţesuturile miocardului s-a constatat distrofia proteică, predominant granulară a

cardiomiocitelor, exprimată prin tumefierea celulelor, eozinofilia şi picrinofilia neomogenă a

sarcoplasmei, focare de dispariţie a striaţiei transversale. Concomitent, se observă infiltraţia

plasmatică a pereţilor arterelor coronariene. Tulburările circulatorii au fost mai importante la

nivelul sistemului microcirculator. S-a observat edem stromal, dilatarea şi hiperemia neuniformă

a vaselor, stază în capilare, hemoragii multiple de diferite dimensiuni atât interstiţiale cât şi

subepicardiale.

Modificările histologice ale ţesutului pulmonar se manifestă prin tulburări

microcirculatorii grave- dilatarea şi hiperemia capilarelor septurilor interalveolare, edem

interstiţial, hemoragii de diferit grad de intensitate şi extindere în alveole şi bronhiole. În unele

Page 17: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

163

alveole se depistează depozite de fibrină, pe-alocuri în formă de membrane hialine, intumescenţa

fibrinoidă pronunţată a septurilor. Se constată la fel şi focare de edem alveolar.

La animalele cu şoc hemoragic pe fondal de alcoolemie în stratul cortical al rinichilor se

constată dilatarea capilarelor glomerulare, hiperemia capilarelor peritubulare. În epiteliul tubilor

contorţi s-a depistat distrofia granulară şi vacuolară pronunţată, unele nefrocite cu aspect

balonizat datorită confluării vacuolelor. Celulele epiteliale sunt tumefiate, lumenul tubilor

stenozat, în lumen apar mase proteice colorate eozinofil (proteinurie). Se observă focare de

dezintegrare ale celulelor epiteliale. Nucleele celulare sunt colorate mai palid decât în celulele

nealterate.

Discuţii

Rezultatele studiului au demonstrat că alcoolul interferează negativ homeostazia

hemodinamică manifestată prin exacerbarea semnificativă a hipotensiunii arteriale medii [1].

Acest fenomen se datorează implicării etanolului în dereglarea homeostaziei tensionale.

Hipotensiunea apreciată în cadrul intoxicaţiei acute cu alcool se poate datora vasodilataţiei

sistemice, creşterii diurezei şi scăderii debitului cardiac, depresiei contractilităţii miocardului şi

dereglării reactivităţii vasculare la acţiunea factorilor presori. Este evident faptul, că alcoolul

compromite mecanismele compensatorii care se includ în cadrul hemoragiei iar gradul

compromiterii este direct proporţional nivelului alcoolemiei. Insuficienţa mecanismelor

compensatorii în cadrul intoxicaţiei cu etanol este determinată de acidoza metabolică instalată,

de micşorarea contractilităţii cardiace, relaxarea miocitelor vasculare, de dereglarea funcţionării

sistemului endocrin [17].

Studiul efectuat relevă că intoxicaţia acută cu etanol induce leziuni celulare asociate cu

creşterea activităţii enzimatice în serul sanguin. Mai mult decât atât, alcoolul sporeşte

semnificativ leziunile celulare în organele de importanţă vitală manifestate prin augmentarea

nivelului enzimemiei fenomen ce poate culmina cu dezvoltarea insuficienţei poliorganice. Unul

din factorii patogenetici de bază prin intermediul căruia etanolul îşi exercită efectele toxice

asupra celulelor organismului uman sunt radicalii liberi.

Contribuţie majoră în dezvoltarea leziunilor celulare cauzate de stresul oxidativ indus de

etanol, este atribuită compromiterii sistemului antioxidant. Importanţa menţinerii homeostaziei

glutationului în prevenirea leziunilor celulare oxidative mediate de etanol este susţinută de

sursele literare care indică că suplinirea rezervelor de glutation previne leziunile hepatice induse

de alcool [3,4].

Majorarea în serul sanguin a activităţii amilazei pancreatice şi a lipazei indică asupra

debutului pancreatitei acute care acompaniază evoluţia şocului hemoragic pe fondal de

intoxicaţie cu etanol. În şocul hemoragic asociat cu etanolism acut se disting doi factori care

acţionează concomitent asupra parenchimului pancreatic: hipoxia/ischemia din cadrul şocului şi

efectul toxic al etanolului. Ambii factori au ca ţintă primară celulele acinare. Rolul major în

patogenia pancreatitei acute este atribuit tripsinei, care în normă este sintetizată sub forma

inactivă de tripsinogen. În momentul activării, tripsina induce activarea altor proenzime aşa ca:

profospolipaza, procolagenaza şi proelastaza care participă în procesul de autodigestie

pancreatică. Enzimele active care sunt generate, provoacă dezintegrarea structurilor lipidice şi

lezarea fibrelor elastice ale vaselor sanguine. Tripsina lezează celulele endoteliale şi mastocitele

rezultând eliberarea histaminei. Histamina fiind un mediator al procesului inflamator, creşte

permeabilitatea vasculară contribuind la formarea edemului şi provocând durerea. Tripsina de

asemenea contribuie la activarea sistemului kalikrein- kininic (cu formarea de peptide vasoactive

şi kinine), activarea factorului Hageman şi sistemul complementului. Lizolecitina eliberată prin

activarea fosfolipazei posedă efect citotoxic şi hemolitic [9].

Rezultatele studiilor prezentate demonstrează că etanolul administrat animalelor de

laborator are tendinţa de a micşora nivelul glicemiei. Acest fenomen poate fi lămurit prin faptul

Page 18: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

164

că etanolul creşte sinteza locală de NO care provoacă vasodilataţie preferenţială cu creşterea

perfuziei celulelor β pancreatice şi respectiv creşterea secreţiei de insulină. Alcoolul induce

modificări semnificative în nivelul citokinemiei, a proteinei C-reactive şi amplifică dezechilibrul

dintre citokinele pro- şi antiinflamatoare în cadrul şocului hemoragic. Creşterea nivelului IL-6 şi

a TNFα in şocul hemoragic cu alcoolemie este un predictor al augmentării leziunilor hepatice

care poate culmina cu dezvoltarea Sindromului inflamator sistemic [6, 8, 13, 20] .

Modificările morfologice decelate sunt în relaţie directă cu gradul enzimemiei şi a

citokinemiei apreciate în lotul animalelor cu şoc hemoragic şi etanolism acut. Etanolul poate fi

consemnat ca factor etiologic şi patogenetic care amplifică leziunile celulare în organele de

importanţă vitală în cadrul şocului hemoragic şi contribuie la dezvoltarea

disfuncţieie/insuficienţei poliorganice [16, 19].

Concluzii

1. Alcoolul etilic a influenţat negativ homeostazia hemodinamică la şobolanii cu ŞH,

determinând potenţarea hipotensiunii arteriale datorită compromiterii mecanismelor

compensatorii.

2. În cadrul şocului hemoragic, etilismul acut, amplifică semnificativ leziunile celulare în

ficat, cord, plămâni şi rinichi fenomen ce corelează cu gradul creşterii activităţii

enzimatice.

3. Alcoolul la şobolanii cu şoc hemoragic, induce modificări semnificative în conţinutul

seric de citokine pro-şi antiinflamatoare şi a proteinei C reactive în favoarea citokinelor

proinflamatoare.

4. Şocul hemoragic pe fondal de alcoolemie dezvoltă sindromul inflamator sistemic care

poate culmina cu insuficienţa poliorganică.

Bibliografie

1. Vişnevschi A., S. Vişnevschi, S. Todiraş. Etanolul amplifică hipotensiunea arterială

indusă de şocul hemoragic la şobolani. Arta Medica. 2009, nr.3 (36 supp) p.74.

2. Vişnevschi Anatolie, Stela Todiraş. Modificarea nivelului citokinemiei în cadrul şocului

hemoragic pe fundal de alcoolemie. Clasic şi modern în explorarea convenţională şi

neconvenţională din patologie. 2009, p.47.

3. Altavilla D, Saitta A, Guarini S, Galeano M, Squadrito G, Cucinotta D. Oxidative stress

causes nuclear factor kappa B activation in acute hypovolemic hemorrhagic shock. Free

Radic Biol Med. 2001, vol 30(10), p. 1055-1066.

4. Albano Emanuele. Alcohol, oxidative stress and fre radical damage. Proceeding of the

Nutrition Sicieti. 2006, vol. 65, p. 278-290.

5. Angele MK, Faist E: Clinical review: Immunodepression in the surgical patient and

increased susceptibility to infection. Crit Care. 2002, vol 6, p. 298–305.

6. Antonio Gonza´lez, Ana M. Nu´n˜ez, Marı´a P. Granados. Ethanol impairs CCK-8-

evoked amylase secretion through Ca21- mediated ROS generation in mouse pancreatic

acinar cells. Alcohol. 2006, vol. 38 , p. 51–57.

7. Bagshaw SM, Bellomo R: The influence of volume management on outcome. Curr Opin

Crit Care. 2007, vol.13, p. 541-548.

8. Baue AE: MOF, MODS, and SIRS: what is in a name or an acronym? Shock. 2006, vol.

26, p.438- 449.

9. Bryan A. Cotton, Jeffrey S. Guy, John A. Morris Jr., The cellular, metabolic, and

systemic conseguences of aggressive fluid resuscitation strategies. Shock. 2006, vol. 26,

nr. 2, p. 115-121.

10. Choudhry MA, Bland KI, Chaudry IH: Trauma and immune response: effect of gender

differences. Injury. 2007, vol. 38, p.1382-1391.

Page 19: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

165

11. Daniel S, Bereczki D: Alcohol as a risk factor for hemorrhagic stroke. Ideggyogy Sz.

2004, vol. 57, p.247-256.

12. Frangogiannis NG: Chemokines in ischemia and reperfusion. Thromb Haemost. 2007,

vol. 97, p. 738-747.

13. Fulton T. Crews, Rabih Bechara, Lou Ann Brown. Cytokines and Alcohol. Alcohol Clin

Exp Res. 2006, vol. 30, nr. 4, p. 720–730.

14. Kauvar DS, Lefering R, Wade CE: Impact of hemorrhage on trauma outcome: an

overview of epidemiology, clinical presentations, and therapeutic considerations. J

Trauma 2006, vol. 60, p.S3-S11.

15. Kelly A. Nordyke Messingham , Douglas E. Faunce, Elizabeth J. Kovacs. Alcohol,

injury, and cellular immunity. În: Alcohol. 2002, vol. 28, p. 137–149.

16. Lee HT, Park SW, Kim M, D’Agati VD: Acute kidney injury after hepatic ischemia and

reperfusion injury in mice. Lab Invest. 2009, vol. 89, p.196-208.

17. Paulo F.D. Baua, Claiton H.D. Bauc, Guido A. Rosito. Alcohol consumption,

cardiovascular health, and endothelial function markers. Alcohol. 2007. vol. 41, p. 479-

488.

18. Thomas J. Waldschmidta, Robert T. Cooka, Elizabeth J. Kovacs. Alcohol and

inflammation and immune responses: summary of the 2006 Alcohol and Immunology

Research Interest Group (AIRIG) meeting. Alcohol. 2008, vol. 42, p. 137-142.

19. Vanlangenakker N, Berghe TV, Krysko DV, Festjens N, Vandenabeele P. Molecular

mechanisms and pathophysiology of necrotic cell death. Curr Mol Med. 2008, vol. 8,

p.207- 220.

20. Zhen Huang and Åke Sjo¨holm. Ethanol Acutely Stimulates Islet Blood Flow, Amplifies

Insulin Secretion, and Induces Hypoglycemia via Nitric Oxide and Vagally Mediated

Mechanisms. Endocrinology. 2008, vol. 149, nr. 1, p.232–236.

CORELAŢII DINTRE ACTIVITATEA PROTEINEI C -REACTIVE ŞI

CERULOPLASMINEI ÎN ŞOCUL HEMORAGIC RESUSCITAT CU ACID

HIALURONIC

Victoria Rotaru, Corneliu Hangan, Eleonora Borş, Veronica Cernit, Iuliana Feghiu

Catedra Fiziopatologie şi fiziopatologie clinică, USMF “Nicolae Testemiţanu”

Summary

Correlation between activity of C- reactive protein (CRP) and ceruloplasmine

in haemorrhagic shock revived with hyaluronic acid

Haemorrhagic shock is manifested through local and diffuse inflammatory process. The

pathogenetic factors of systemic inflammation are acute phase proteins and oxygen free radicals.

CRP and ceruloplasmine are recognized as markers of loyal local and diffuse inflammatory

process. Postinfusionale syndrome triggers a set of tissue damages additional to hypovolemic

impact, which are assign to reperfuse syndrome, and are mediated by oxidative stress, and

respectively , detremental affected by acute phase proteins, proinflammatory cytokines, metals

and modulators proteins of oxidative stress ( transferine-iron, ceruloplasmine-copper).

Rezumat

Şocul hemoragic se manifestă prin proces inflamator local şi difuz. Factorii patogenetici

ai inflamaţiei sistemice sunt proteinele fazei acute şi radicalii liberi de oxigen. PCR şi

ceruloplasmina sunt recunoscuţi drept markeri fideli ai procesului inflamator local şi difuz.

Sindromul postinfuzional declanşează un set de alterări tisulare adiţionale impactului

Page 20: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

166

hipovolemic, care sunt atribuite efectului de reperfuzie şi sunt mediate predilect prin stresul

oxidativ şi, respectiv, influenţate detrimental de către proteinele fazei acute, citokinele

proinflamatoare, metalele şi proteinele modulatoare a stresului oxidativ (transferina – fierul,

ceruloplasmina – cuprul).

Actualitatea

Şocul hemoragic se caracterizează prin modificarea concentraţiei proteinelor fazei acute

cauzate de alterările primare şi/sau secundare a celulelor, structurilor extracelulare [1]. Proteina

C reactivă (PCR) este o proteină plasmatică sintetizată de ficat şi de adipocite. Ea este un marker

al inflamaţiei sistemice a organismului, ce participă la eliminarea substanţelor necrotice din

organism fixând lipoproteidele cu densitate joasă şi foarte joasă. Manifestând funcţie

imunomodulatoare, interacţionează cu Fc-receptorii de pe suprafaţa celulelor imunocompetente -

monocite, T-killeri, T-supresori şi participă la fixarea ligandului cu activarea complementului.

Proteina C-reactivă inhibă eliberarea citokinelor proinflamatorii prin mecanism de fixare a

fosfolipidelor membranare.

Stresul oxidativ joacă un rol esenţial în patogenia şocului hemoragic şi în evoluţia

sindromului de disfuncţie poliorganică. Radicalii liberi de oxigen posedă acţiune alterativă

directă asupra membranei celulare, dar realizează şi acţiune stimulatoare independentă asupra

eliberării mediatorilor inflamatori. Ceruloplasmina se impune prin diminuarea ratei formării

radicalilor liberi de oxigen, capabilă să declanşeze procese oxidative. Efectele oxidative pot avea

impacte benefice, mai ales în cadrul şocului hemoragic şi anume formarea stocului de nitrit

(NO2-), o rezervă biologică a NO, care se formează prin oxidarea NO în prezenţa

ceruloplasminei [5]. Nitritul este redus până la NO prin intermediul dioxihemoglobinei, ceea ce

majorează conţinutul de monoxid de azot în condiţiile de ischemie şi hipoxie.

Obiectivul actualei lucrări este estimarea corelaţiei dintre activitatea proteinei C -

reactive şi ceruloplasmină pe parcursul şocului hemoragic pînă şi după resuscitare cu soluţie

acid hialuronic.

Material şi metode

În experienţele proprii şocul hemoragic a fost reprodus la iepuri masculi de laborator

(masa corporală 2,3-2,5 kg), utilizând modelul clasic [3].

Aplicând anestezie locală cu Sol. Novocaină 5%-10 ml, a fost preparată vena femurală.

Sângele a fost exfuzat în 3 prize (câte 15-20 ml la fiecare) la intervale de 15-20 min, volumul de

sânge pierdut fiind de circa 45-55 ml (5-7% din masa corpului), ceea ce constituie aproximativ

40% din volumul total de sânge. Presiunea sanguină finală a fost menţinută la nivel de şoc sever

- 40±5 mm Hg. Aceste valori au fost menţinute prin efuzii şi reinfuzii repetate de sânge pe o

perioadă până la 24 ore. Estimările biochimice ale sângelui s-au efectuat iniţial, la sfârşitul

perioadelor de 90 min, 5 ore şi 24 ore ale evoluţiei şocului hemoragic.

Primele 5 ore animalele rămâneau fixate pe măsuţe. După aceasta animalele erau

eliberate şi întreţinute în condiţii identice la temperatura de 25-30°C cu acces liber la apă şi

hrană pentru a studia durata vieţii animalelor din fiecare lot Pe tot parcursul vieţii se studia

starea generală a animalelor. La finele experienţelor animalele au fost sacrificate prin eutanazie.

Concentraţia proteinei C-reactive plasmatice ( mg/dl) a fost determinată prin metoda

Slide-format (latex).

Concentraţia ceruloplasminei plasmatice (mg/dl) a fost determinată prin metoda

imunoturbidimetrică.

Page 21: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

167

Rezultatele şi discuţii

Valorile markerilor inflamaţiei sistemice şi stresului oxidativ pe parcursul şocului hemoragic

pîna şi după resuscitare cu acid hialuronic sunt redate în tabelul 1.

Tabelul 1. Valorile serice ale PCR şi ale ceruloplasminei (mg/dl) pe perioada sindromului

postinfuzional în resuscitarea cu soluţie acid hialuronic

Indice Iniţial Nivel

preinfuzional

Sindromul postinfuzional

90 min 5 ore 24 ore

PCR

n=8

48,6±

3,2

61,2±3,6

+26% vs iniţial

p<0,05

+10% vs

preinfuzie

p>0,05

-11% vs –AH,

p>0,05

-7% vs –AH,

p>0,05

Ceruloplas

mina

n=8

4,8 ±

0,23

6,3±0,3

+31% vs iniţial

p<0,05

+3% vs nivel

preinfuzional

p>0,05

-8% vs –AH,

p>0,05

-16% vs –AH,

p>0,05

Legendă:

p – valoarea semnificaţiei comparativ cu indicele iniţial sau cu indicele preinfuzie;

% - diferenţa relativă a indicelui respectiv faţă de valoarea lui iniţială (până la

hemoragie) sau cea preinfuzională (până la resuscitare, deci la min 90 al ŞH) sau faţă de valoarea

postinfuzională, când resuscitarea ŞH s-a efectuat fără acid hialuronic (-AH)

Valorile serice ale PCR au scăzut pe fondalul resuscitării cu sol. AH . Astfel la min 90 a

sindromului postinfuzional PCR a crescut nesemnificativ cu 10%, ceea ce reprezintă un

increment cu circa 1/3 mai mic faţă de nivelul preinfuzional. Către ora 5 valoarea absolută a

PCR la această perioadă este cu 11% (p>0,05) mai mică vis-a-vis indicelui de referinţă. De

menţionat că la sfârşitul perioadei de 24 ore valoarea absolută a PCR este cu 7% (p>0,05) sub

valoarea de referinţă.

Aşadar, resuscitarea ŞH prin infuzia cu sol.AH a fost asociată şi de un grad notabil mai

mic al creşterii nivelelor circulante ale PCR, datorită stimulării sintezei hepatice reduse a

proteinei C reacitve.

Or terapia infuzională a ŞH cu acid hialuronic atenuează incrementul PCR, atenuează

intensitatea răspunsului inflamator sistemic şi, respectiv, intensitatea sindromului postinfuzional.

Deorece sindromul inflamaţiei sistemice este pârghia fiabilă a sindromului postinfuzional, a

alterării şi disfuncţiei organice inerente perioadei de reperfuzie utilizarea AH este patogenetic

argumentată [2].

Dinamica ceruloplasminei a demonstrat un diapazon de creştere mai constrâns în special

la ora 5 a sindromului postinfuzinal, când aceasta elevă semnificativ în serul sanguin la cote

maxime (tab.1). În cadrul acestui interval de timp incrementul ceruloplasminei a măsurat

aproximativ 2/3 din rata de referinţă a creşterii şi nivelul seric atestat crescut cu 3% faţă de cel

preinfuzional, avea o marjă de eroare nesemnificativă. Şi la sfârşitul orei 24 conţinutul seric al

ceruloplasminei era notabil mai mic (cu 16%) decât cel din lotul fără acid hialuronic. Mai mult,

la sfârşitul sindromului postinfuzional ceruloplasmina a fost individualizată la valori aproape

similare celor normale, în timp ce dinamica de referinţă se impune prin valori veritabil crescute.

În ansamblu, datele obţinute validează capacitatea acidului hialuronic de a atenua

răspunsul inflamator sistemic în cadrul sindromului postinfuzional şi efect antioxidant prin

prevenirea creşterii sanguine a ceruloplasminei, ultima fiind estimată şi drept o proteină-marker a

fazei acute.

Page 22: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

168

Concluzii

1. Răspunsul inflamator sistemic în şocul hemoragic se manifestă prin creşterea

nivelelor serice a PCR pe perioada de 5 ore a şocului hemoragic.

2. Ceruloplasmina manifestă ocreştere negativă pe parcursul a 5 ore de şoc hemoragic .

3. Inflamaţia sistemică pe fondal de ŞH se caracterizează prin creşterea corelativă a

proteinei C reactive şi ceruloplasminei.

4. Resuscitarea ŞH prin infuzie de acid hialuronic a condus la o atenuare notabilă a

creşterii concentraţiei PCR şi ceruloplasminei , diminuînd răspunsul inflamator sistemic şi

stresul oxidativ din cadrul sindromului postinfuzional.

Bibliografie

1. DUTTON R. Current concepts of hemorrhagic shock. Anesthesiology Clinic, 2007, 25: 23-

34.

2. KLABUNDE RE. The pathophysiology of hemorrhagic shock. PPT, 2004.

3. MAURITZ JL, Renedo J, Barrion JP et al. Experimental models of hemorrhagic shock. Nutr

Hosp, 2007, 22: 190-8.

4. LIU LL, Dubick MA. Hemorrhagic shock-induced vascular hyporeactivity in the rat:

Relationship to gene expression of nitric oxide synthase, endothelin-1, and select cytokines in

corresponding organs. The Journal of surgical research. 2005, 125(2): 128-136.

5. PHILLIPS CR, Wong CN, Oyama TT et al. Nitrite consumption and production in the

cardiopulmonary circulation during hemorrhagic shock and resuscitation. Critical Care, 2008,

12(Suppl 2): 383-9.

ACŢIUNEA OXIHIPERBARIEI ASUPRA PROCESULUI DE DEZAMINARE

OXIDATIVĂ ÎN CREIER LA COMPRIMAREA ÎNDELUNGATĂ

A ŢESUTURILOR MOI

Corneliu Hangan, Eleonora Borş, Victoria Rotaru, Veronica Cernit, Iuliana Feghiu

Catedra Fiziopatologie şi fiziopatologie clinică USMF „Nicolae Testemiţanu”

Summary

Oxydative deamination in brain in conditions of crushing of soft tissues and

hyperbaric oxygenation

Decreasing of L-glutamate contents in the brain tissue during crush-syndrome was

discovered. Alsothe increasing of &-ketoglutarate contents was observed. Including of L-

glutamate in energy dependent system "ammoniac-ketoglutarate-glutamate-glutamine" has a

protective effect on the nervous system. Hyperbaric oxygenation may restore L-glutamate

contents in the brain and normalize &-ketoglutarate metabolism and improve the nervous system

function.

Rezumat

La animalele cu CÎŢM hiperoxibaria contribue la mărirea cantităţii de L-glutamat în

creier, care se include activ în mecanismele de apărare a sistemului nervos faţă de efectele

nefaste prin detoxicarea amoniacului în sistemul energodependent amoniac-&-cetoglutarat-

glutamat-glutamină, tinde să normalizeze nivelul &-cetoglutaratului, stimulează reacţiile de

oxido-reducere. În acelaşi rând oxihiperbaria, este probabil o veriga, care uneşte metabolismul

aminoacizilor cu ciclul acizilor tricarboxilici în creier.

Page 23: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

169

Actualitatea

Actualmente oxigenarea hiperbarică (OHB) tot mai mult se aplicării atât în studiul

patogeniei diferitelor stări patologice, cât şi în utilizarea ei cu scop terapeutic. În aşa fel,

diapazonul larg de folosire a OHB a dat naştere unei concepţii noi în medicină - medicina

hiperbarică. [4, 7].

Corijarea dereglărilor de bază ale traumatismului grav, inclusiv la comprimarea

îndelungată a ţesuturilor moi (CÎŢM), caracterizat prin hipoxia de tip mixt asociată cu dereglări

grave de metabolism şi deficit energetic, în pofida prezenţei investigaţiilor clinice şi

experimentale, până în prezent nu este determinată pe deplin [2 3]. După părerea noastră, este

inevitabilă aplicarea OHB, ce posedă proprietăti antihipoxice şi mrtabolice modulatoare.

Proprietăţi universale adaptogene a oxigenului hiperbaric se manifestă prin efecte de

substituire, stimulatoare sau de inhibiţie asupra proceselor metabolice. Pe de altă parte, OHB

poate fi apreciat şi ca un factor stresant [5], deoarece în procesul evoluţiei, omul nu a fost supus

influenţei oxigenului comprimat. Oxigenul sub presiune poate fi privit ca excitant specific

pentru menţinerea funcţiilor sistemelor oxigendependente de oxidoreducere şi ca factor

nespecific, care mobilizează procesele universale adaptiv-protectoare atât în stare normală, cât şi

în diferite patologii cu caracter hipoxic [1].

Obiectivele de bază ale lucrării este aprecierea stării reacţiilor dezaminării oxidative în

creier la comprimarea îndelungată a ţesuturilor moi în condiţii atmosferice obişnuite şi pe

fondalul oxihiperbariei, precum şi determinarea impactului OHB în acest traumatism grav.

Materialul şi metodele

Reieşind din scopul de bază animalele experimentale au fost devizate în 4 loturi: I lot -

martor, lotul II – animalele supuse traumei mecanice grave, III lot - animalele supuse OHB, lotul

IV – animalele supuse traumei mecanice grave pe fondalul oxihiperbariei. În total au fost folosiţi

64 şobolani masculi de rasă Vistar. Ca material de studiu a servit ţesutul creierului în care a fost

determinată activitatea glutamatdehidrogenazei (GDH) după metoda propusă de Асатиани В.C.

(1969), cantitatea de &-cetoglutarat şi L-glutamat determinate după Радомская В. М. (1974).

Rezultatele obţinute au fost prelucrate statistic după criteriul parametric Student.

Ca model al traumatismuli grav a servit compresiunea a ţesuturilor moi ale membrelor

posterioare ale şobolanilor elaborat de colaboratorii catedrei de fiziopatologie a Academiei

medico-militare din Sankt-Peterburg sub conducerea profesorului Кулагин В.К. în 1965. Pentru

comprimare s-au folosit menghine speciale cu plata de 5 cm, având decupări pe partea interioară

cu scopul de a preîntâmpina traumatizarea oaselor. Menghinele au fost fixate timp de 90 min.

Pentru a evita perioada de toxemie apărută în urma pătrunderii în sănge a produşilor toxici,

formaţi în rezultatul traumatizării ţesuturilor moi şi pentru a aprecia cît mai exact devierile

metabolice menginele s-au menţinut pe tot parcursul experimentelor.

Oxigenarea hiperbarică s-a efectuat în barocamera laboratorului de oxigenare hiperbarică

a catedrei de farmacologie a USMF "Nicolae Testemiţanu" cu folosirea oxigenului medicinal.

După amenajarea animalelor în barocameră şi închiderea ermetică a acesteea, timp de 5 min se

efectua purjarea cu oxigen curat în volum de 4-5 ori mai mare decât volumul barocamerei,

ceea ce presupunea înlociurea aerului din barocameră cu oxigen. Presiunea a fost marită cu

viteza de 1013 gPa în 2 min pâna la nivelul de 2 ata. În timpul expoziţiei barocamera se ventila

permanent pentru a preîntâmpina acumularea bioxidului de carbon şi a vaporilor de apă.

Animalele se expuneau hiperoxibariei timp de 60 min, după ce se efectua decompresia cu

viteza de 1013 gPa timp de 2 min.

Page 24: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

170

Rezultate şi discuştii

Datele experimentale prezentate în tabela 1, atestă, că conţinutul de L-glutamat şi &-

cetoglutatrat în ţesuturile creierului la acţiunea oxigenului comprimat suferă modificări

neesenţiale, totodată, activitatea GDH-NAD dependentă scade la şobolanii supuşi OHB cu 25%

faţă de animalele din lotul martor. Înhibiţia acestei enzime sub influenţa oxigenului hiperbaric

este cauzată, probabil, de acţiunea lezantă directă a acestuia asupra fermentului [6].

Se poate afirma, că modificările proceselor de dezaminare oxidativă în creier, poartă rol

patogenetic secundar important apărut în urma reacţiei de răspuns a organismului la acţiunea

oxigenului comprimat manifestată prin incetinirea proceselor de dezaminare oxidativă [5].

Cu totul alt caracter au modificările componentelor studiate a dezaminării oxidative în

sistemul nervos central sub acţiunea factorului traumatizant. Astfel, la animalele din lotul supus

CÎŢM în creier nu se modifică activitatea GDH; cantitatea de L-glutamat se micşorează cu 15%

iar conşinutul de &-cetoglutarat se măreşte cu 97% faţă de cel la animalele din lotul martor

(tab. 1). Aceste rezultate ne permit să conchidem, că la CÎŢM are loc intensificarea dezaminării

oxidative, însă, totuşi, nu se poate de exclus şi aportul proceselor de transaminare cu participarea

L-glutamatului ambele contribuind la acumularea &-cetoglutaratului. Nu-i exclus, că în CÎŞM

acumularea &-cetoglutaratului este cauzată de dereglarea proceselor lui de metabolizare.

În acelaş timp se poate presupune, că micşorarea cantităţii de L-glutamat conduce la

diminuarea cantităţii de acid gama-aminobutiric, predecesorul căruia este acidul glutamic.

Aceasta, la rândul său, poate servi cauza dereglărilor proceselor de frânare şi excitare în neuronii

sistemului nervos central şi apariţiei convulsiilor [4, 7].

Studiul nostru demonstrează, că oxigenul hiperbaric în asociere cu CÎŢM conduce la

micşorarea în ţesutul creierului a activităţii GDH cu 28% faţă de cea la animalele traumatizate şi

cu 31% faţă de cea din lotul martor (tab. 1). Astfel, oxigenul comprimat capătă rol de înhibitor al

GDH ceea ce poate cauza diminuarea vitezei reacţiei de dezaminare oxidativă a L-glutamatului

şi astfel se micşorează formarea de NH3 foarte toxic pentru SNC. Deci, OHB în condiţiile CÎŢM

îşi păstrează influenţa sa înhibitorie asupra proceselor de dezaminare oxidativă în creier, prin

intermediul GDH.

Tabelul 1

Modificarea activităţii glutamatdehidrogenazei, cantităţilor de &-cetoglutarat şi l-glutamat în

creier la comprimarea îndelungată a ţesuturilor moi în condiţii atmosferice obişnuite şi pe

fondalul oxigenării hiperbarice

GDH

(Mmol/s.g)

L-glutamatul

(Mmol/g.ţ)

&-cetoglutaratul

(pmol/g)

Intacţi

26,00,77

(100%)

0,550,023

(100%)

146,412,92

(100%)

OHB

19,52,53 *

(75%)

0,500,048

(92%)

173,712,83

(109%)

CÎŢM

25,01,25

(97%)

0,470,020 *

(85%)

288,127,30 ***

(197%)

CÎŢM+OHB

18,00,39 ***

(61%); p1<0,05

0,500,026

(92%); p1<0,05

200,110,06 **

(136%); p1<0,05

NOTĂ: * - modificări veridice în comparaţie cu martorul cînd p<0,05; **- tot aceea

cînd p<0,01; *** - cînd p<0,001; p1 – veridicitatea între grupele animalelor cu CÎŢM în

condiţii normobarice şi pe fondalul hiperoxibariei.

Cantitatea de L-glutamat la CÎŢM pe fondalul hiperoxibariei capătă o tendinţa de

creştere, apropiindu-se de valorile lotului martor. Totodată, OHB scade cantitatea de &-

Page 25: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

171

cetoglutarat cu 31% faţă de cea la animalele supuse traumatizării, însă, totuşi, cantitatea acestui

metabolit este mai mare în asemenea condiţii cu 36% faţă de nivelul acestuia în lotul martor. În

condiţiile combinate se determină un impact cert benefic asupra proceselor metabolice în care

este implicat &-cetoglutaratul, cantitatea lui scade cu 61% în comparaţie cu nivelul instalat în

CÎŢM, apropiindu-se de nivelul stabilit la şobolanii intacţi şi a celor supuşi numai OHB, iar faţă

de lotul martor cantitatea &-cetoglutaratului este mai mare cu 36%. Aceste date ne dau

posibilitate să concluzionăm ca în condiţii combinate CÎŢM + OHB se ameliorează reacţia de

oxido-reducere ai ciclului Krebs. În acelaşi timp, diminuarea cantiatativă a &-cetoglutaratului

ne indică despre intensificarea proceselor de neutralizare a NH3 în ţesuturile creierului [6]. Datele prezentate ne atestă ca acest decalaj este insuficient în condiţiile când OHB este dupa

unica folosinţă.

Astfel, oxigenul hiperbaric în condiţiile CÎŢM restabileşte în ţesutul nervos cantitatea de

L-glutamat, cu neutralizarea concomitentă a NH3 şi probabil, contribuind la formarea acidului

gama-aminobutiric, ceea ce permite creierului să-şi păstreze activitatea sa integrativă în

condiţiile hipoxice.

Concluzii Se poate concluziona, că la animalele cu CÎŢM hiperoxibaria contribue la mărirea

cantităţii de L-glutamat în creier, care se include activ în mecanismele de apărare a sistemului

nervos faţă de efectele nefaste prin detoxicarea amoniacului în sistemul energodependent

amoniac-&-cetoglutarat-glutamat-glutamină, tinde să normalizeze nivelul &-cetoglutaratului,

stimulează reacţiile de oxido-reducere. În acelaşi rând oxihiperbaria, este probabil o veriga, care

uneşte metabolismul aminoacizilor cu ciclul acizilor tricarboxilici în creier.

Bibliografie

1. Greensmith JE. Hyperbaric oxygen therapy in extremity trauma. J Am Acad Orthop Surg.

2004 Nov-Dec;12(6):376-84.

2. Greaves I, Porter K, Smith JE; The Voluntary Aid Societies; The Ambulance Service

Association; The British Association for Immediate Care; British Association for Emergency

Medicine; Faculty of Accident and Emergency Medicine; The Royal College of

Anaesthetists; The Royal College of Physicians; The Royal College of Surgeons of

Edinburgh; The Intensive Care Society; The Royal College of Nursing; The Military; The

Faculty of Pre-hospital Care. Consensus statement on the early management of crush injury

and prevention of crush syndrome. J R Army Med Corps. 2003 Dec;149(4):255-9.

3. Hayrapetyan HL, Khachatryan HF, Mardanyan SS, Sargisova YG, Kevorkyan GA.

Activity of enzymes of adenyline compounds metabolism during crush and decompression of

muscle tissue. Part II. Adenosine deaminase activity at experimental crush syndrome.

Med Sci Monit. 2000 Nov-Dec;6(6):1068-76.

4. Porter K, Greaves I. Crush injury and crush syndrome: a consensus statement. Emerg Nurse.

2003 Oct;11(6):26-30

5. Демуров Е. А. Патофизиологические аспекты воздействия ГБО на организм.// Журнал

Патол. физиол. и экспер. мед. – 1990. – N5. – С. 5-10.

6. Леус И.Ф. Уровень никотинамидных коферментов и активность ферментов их

биосинтеза и распада в тканях животных при воздействии экстремальных и

патогенных структур .// Украин. Биохим. Журнал.-1986.-Т.58.-N1.-С .21-25

7. Фоменко А.И, Пархомец П.К. и др. Взаимодействие НАД с ГАМК-ергической системой

головного мозга крыс.// Вопр. Мед.химии 1993.-Т.39.-N 2.-С.21-23.

Page 26: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

172

INTRODUCERE ÎN MODELELE MATEMATICE

ŞI SIMULĂRILE CINETICE A PROCESELOR BIOLOGICE

(Revista literaturii)

Viorel Munteanu

Laboratorul Inginerie Tisulară şi Culturi Celulare, USMF "Nicolae Testemiţanu"

Summary

An introduction to mathematical models and kinetic simulations of biological processes

The function of living cells is controlled by complex regulatory networks that are built of a

wide diversity of interacting molecular components. Recent technological developments have

enabled single-cell measurements of cellular macromolecules which can shed new light on

processes underlying gene expression. Correspondingly, there is a need for the development of

theoretical tools to quantitatively understand gene expression and its consequences for cellular

processes. The review focuses attention on the necessity of modeling and mentions the basic

stages in the mathematical dynamical modeling in biological processes.

Introducere

Modelele matematice dinamice a reţelelor biochimice şi genetice reprezintă abstracţii a

realităţii, fiind construite în special pentru a ne ajuta a înţelege. Toate modelele sunt construite cu

accent spre înţelegerea anumitor aspecte a obiectelor de studii, celelalte fiind abstractizate.

Cercetătorii regular utilizează modele reale pentru cercetări, acestea pot fi mai simple sau

mai complexe, precum organismele model sau modelele patologice. Cercetătorii la fel utilizează

modelele conceptuale, acestea reprezentînd descrieri verbale a sistemelor şi a operării acestora,

deseori fiind comunicate prin diagrame care ilustrează un set de componenţi şi calea prin care

aceştia interacţionează. Aceste diagrame a interacţiunilor sau modelele „proiectate” joacă rolul

central în reprezentarea cunoştinţelor proceselor celulare. Dezavantajul acestor modele

„proiectate” este că acestea pot fi lipsite de caracteristici importante privind operarea şi evoluţia

sistemului, în special cînd reţeaua de interacţiuni implică feedback-urile. Utilizarea descrierilor

matematice a sistemelor permite eliminare incertitudinilor din operarea modelului, precum şi

permite reprezentarea cantitativă a fiecărui component din sistem. Astfel, cunoscînd datele

cantitative, diagrama de interacţiuni poate fi folosită pentru a formula modelul matematic

dinamic.

Descrierile cantitative a interacţiunilor moleculare de obicei apelează la legile fizicii şi

chimiei. Modelele rezultate sunt mecanistice – acestea descriu mecanismele care guvernează

operarea sistemului. Modelele mecanistice pot fi contrastate cu modelele statistice care sunt

îndreptate spre caracterizarea unui set de date (denumite de obicei şi modele descriptive). Fiecare

componentă a modelului mecanistic reprezintă unele aspecte a sistemului care urmează a fi

studiate, modificările în operarea modelului, astfel, mimică modificările în sistemul real.

Investigarea modelelor matematice urmează prin două părţi complementare. Metoda cea

mai directă este simularea modelului, în care modelul este utilizat pentru a prezice

comportamentul sistemului, în anumite condiţii. Simulările se referă la experienţele in silico,

acestea se efectuează pe baza calculatorului pentru a explora comportamentul sistemelor

biologice. Aceste simulări sunt executate de diverse pachete de software, care permit efectuarea

diferitor analize a proprietăţilor sistemului.

O alternativă a simulărilor este investigarea directă a modelelor care oferă informaţii şi

cunoştinţe privind potenţialul comportament a acestora. Această metodă de analiză a modelelor

implică în general tehnici matematice sofisticate.

Aceste tehnici permit înţelegerea comportamentului (existenţei) sistemului, ceea ce nu

poate fi obţinut prin simulările simple. Dacă simulările arată cum se comportă un sistem, analiza

Page 27: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

173

modelului ne oferă informaţii privind de ce sistemul se comportă în modul dat. Aceste analize

pot să releveze conexiunile ne-intuitive dintre structurile sistemului şi comportamentul acestora.

În acest articol ne propunem să aducem o introducere generală privind sistemele biologice

şi simulările acestora, necesitatea simulărilor şi etapele de bază în planificarea unui studiu de

simulare.

1. Necesitatea modelelor matematice dinamice

Precum s-a menţionat, digramele de interacţiuni, tipic, omit ambiguităţi cu respect la

comportamentul sistemului, mai ales cînd sunt implicate mecanismele feedback. Cu atît mai

mult, odată cu creşterea elementelor ce interacţionează în reţea, devine foarte dificil de a avea şi

menţine o înţelegere intuitivă a comportamentului global a sistemului. Aceasta este o provocare

a biologiei sistemelor şi este concisă prin expunerea ”celulele sunt sisteme complexe”.

Termenul de sistem are sensul de ceva context-dependent, însă tipic se referă la o colecţie

de componente ce interacţionează. Termenul de sistem presupune ”orice ce-şi vorbeşte” (Kevin

Kelly’s în Out of Control).

Printre numeroasele componente ce interacţionează, o altă trăsătură definitorie a sistemului

este hotarul (marginea). Un sistem constă dintr-un set de componente; oricare alt element ce nu

face parte din acest set de componente, nu este parte a sistemului şi reprezintă o parte a

„mediului extern”. În cazul reţelelor de reglare genetice, sistemul este definit exclusiv de

elemente ce interacţionează între ele şi comunică în acelaşi timp cu „mediul extern” constituind

sisteme de intrare-ieşire.

Sistemele sunt mai complexe, odată ce comportamentul global a acestora nu pot fi intuitiv

înţeles sau prezis, în termeni de interacţiune sau componente individuale. O trăsătură definitorie

a sistemelor complexe este că natura calitativă a comportamentului acestora poate să depindă de

diferenţele cantitative în structura modelului. Două trăsături esenţiale a sistemelor complexe sunt

interacţiunile ne-liniare şi buclele feedback (negative şi pozitive).

2. Utilizarea modelelor matematice dinamice

Modelele matematice dinamice servesc ca ajutor în numeroase tipuri de investigaţii

biologice. Procesul de proiectare şi construire a modelului necesită consideraţii critice a

mecanismului care stă la baza procesului biologic. Aceasta echivalează cu un proces reflectiv

riguros, care poate să conducă la evidenţierea unor contradicţii în modelul proiectat şi

evidenţierea unor lacune în cunoştinţele existente. Odată ce modelul a fost construit, acesta

serveşte drept o descriere transparentă a sistemului şi poate fi fără echivoc comunicat. Astfel, un

model trebuie să recapituleze comportamentul unui sistem şi să însumeze concis cunoştinţele

acumulate privind acesta, în plus modelele trebuie să poată să fie expuse reproducerii.

Atît modelul proiectat cît şi modelul matematic reprezintă manifestări a ipotezelor: acestea

corespund descrierilor posibile a sistemelor şi operărilor acestora. Avantajul modelului

matematic este că acesta este o „ipoteză în acţiune”, în sensul că starea dinamică a acestuia poate

fi nemijlocit investigată. Simulările modelului nu pot înlocui experienţele de laborator, însă

modelul permite testarea operării sistemului, ceea ce cel mai des nu este posibil de efectuat în

condiţii de laborator. Simulările pot fi efectuate rapid (cel mai des în secunde sau minute) şi nu

suportă costuri reale. Comportamentul sistemului poate fi explorat în condiţii care niciodată nu

ar fi putut obţinute în laborator şi fiecare aspect a comportamentului sistemului poate fi observat

în orice moment de timp. În plus, analiza modelului permite observările dintre calea de evoluţie a

sistemului şi motivele trecerii prin aceste stări, astfel asigurînd o legătură dintre structura reţelei

şi comportamentul sistemului.

Deoarece modelul reprezintă o ipoteză, rezultatele investigaţiilor modelului reprezintă la

fel ipoteze. Simulările nu pot definitiv prezice comportamentul celulelor, însă acestea pot servi

drept un ghid preţios pentru planificarea experienţelor, indicînd căile promiţătoare pentru

Page 28: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

174

investigaţii, sau indicînd asupra contradicţiilor dintre înţelegerea noastră a sistemului (încorporat

în model) şi observaţiile din laborator. De fapt, identificarea acestor contradicţii reprezintă

beneficiul prioritar a modelării: deoarece un model poate fi exhaustiv investigat, aceasta rezultă

în faptul că rezultatul negativ – incapacitatea modelului de a reproduce observaţiile

experimentale – pot fi considerate ca falsificări a ipotezelor pe care a fost construit modelul.

Astfel ducînd la o revedere (revizuire), analiză şi rafinare a ipotezelor biologice şi consecutiv o

alegere corectă a modelului, care poate fi apoi testat în contextul experienţelor adiţionale. Acest

proces iterativ conduce la o îmbunătăţire continuă a înţelegerii sistemului, proces numit „ciclu

virtual”. Scopul final al eforturilor de modelare este descrierea predictivă a sistemului; simulările

constituind reprezentări precise a comportamentului real.

În biologia sintetică o aplicare tot mai largă o are proiectarea bazată pe modele (model-

based design). Deşi modelele reţelelor celulare posedă o putere de prezicere limitată, acestea

sunt de mare folos şi preţ pentru ghidarea alegerii componentelor şi sugerarea experienţelor celor

mai efective pentru testarea performanţei sistemului.

3. Modelarea cinetică a sistemelor biologice

Reacţiile care au loc între un grup de reactanţi definesc reţeaua reacţiilor cinetice.

Tradiţional, setul de reacţii este descris de ecuaţii ordinare neliniare sau ecuaţii diferenţiale

parţiale, soluţiile cărora reprezintă dinamica acestor procese. Mărimea acestor reţele poate să

varieze considerabil, în unele cazuri, sute de mii de reacţii sunt necesare pentru a descrie

complexitatea fenomenelor cuplate.

Reţelele biologice deseori prezintă bucle feedback, bifurcări şi oscilaţii, fenomene care

conduc la stări dinamice foarte variate şi complexe. Deşi prezintă numeroase asemănări, două

aspecte în particular deosebesc reţelele biologice de reţelele întîlnite în alte domenii. În primul

rînd, în sistemele biologice, numărul (cantitatea) unor specii moleculare este foarte mic, în al

doilea rînd, sistemele biologice tind să aibă structuri ierarhizate bine organizate.

Calea tradiţională de modelare a evoluţiei în timp a populaţiilor moleculare în sistemul de

reacţii este utilizarea ecuaţiilor diferenţiale ordinare (EDO) de ordinul unu, numite şi ecuaţii de

viteză a reacţiilor (EVR). EVR sunt de obicei inferate din argumente fenomenologice cu

presupunerea (ipoteza) că sistemul este bine omogenizat sau spaţial omogen. Aceste ecuaţii sunt

neliniare în prezenţa reacţiilor bimoleculare, ceea ce este aproape întotdeauna. Din cauza ratelor

foarte diferite, EVR pot manifesta diferite scări de timp, condiţie cunoscută ca rigiditate

dinamică. Uneori, în cazul unor presupuneri, cu scopul simplificărilor, precum stările de

echilibru sau echilibrul parţial, EVR pot fi reduse la un sistem de ecuaţii diferenţiale algebrice

(EDA).

Utilizarea metodei deterministe poate fi insuficientă pentru sistemele celulare, cînd

problema de bază este de natură stohastică. Fluctuaţiile concentraţiilor moleculelor pot fi destul

de mari şi acesta necesită o tratare specială a reţelelor biologice [1-4]. Acestea sunt adevărate şi

se referă în special la speciile moleculare implicate în reglarea transcripţională a expresiei

genelor. În unele astfel de cazuri, la atingerea unei limite (număr mic de copii de molecule),

modelele bazate pe ecuaţiile diferenţiale nu pot fi utilizate, întrucît presupunerea concentraţiilor

moleculare în dinamică nu mai este validă. În aceste cazuri o abordare mai generală, bazată pe

metodele stohastice, în care fluctuaţiile naturale sunt tratate în direct într-un mod explicit este

susţinută de analizele cantitative a reţelelor biologice [5-7]. Aceste cercetări au arătat că

abordările stohastice discrete sunt, cel mai des, mai potrivite pentru studierea sistemelor

biologice. Deşi simulările stohastice discrete oferă un cadru de modelare mai realistic, acestea

sunt de obicei foarte lente şi costisitoare în resurse informatice. În baza primelor lucrări din acest

domeniu [1, 2, 8] au fost dezvoltate noi metode matematice şi algoritme numerice pentru a

depăşi unele probleme de calcul [5, 6, 9-23].

În linii generale, simularea cinetică a sistemelor biologice implică următoarele etape:

Page 29: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

175

i. Identificarea problemei cinetice. Acestă etapă implică determinarea variabilelor de

intrare şi de ieşire, precum şi a celor intermediare. Sunt determinate şi tabelate speciile

de bază a moleculelor implicate.

ii. Formularea modelului. Cele mai multe studii utilizează EVR pentru modelarea

sistemelor biochimice. Aceste ecuaţii pur şi simplu definesc schimbările în concentraţii

(sau echivalent în numărul de molecule) în funcţie de timp şi locaţie.

iii. Alegerea unei metode. La această etapă se decide asupra alegerii formulării

deterministe sau stohastice. Mai rar se alege o abordare hibridă dintre aceste modele.

iv. Simularea. Integrarea deterministă a EVR implică alegerea unui algoritm adecvat dintr-

o gamă largă de metode numerice pentru EDO şi EDA. Pentru acesta, sunt disponibile o

gamă largă de softuri înalt eficiente şi de încredere.

v. Analizele traiectoriei. Cursul timpului obţinut din simulări este catalogat şi combinat

pentru a deriva distribuţia statistică a cantităţilor de ieşire şi intrare, monitorizarea

concentraţiilor speciilor şi fluxul maselor în sistem sau probabilitatea distribuţiei

reacţiilor. Se acordă atenţie la studiul senzitivităţii la variaţiile parametrilor.

Comportamentul primar a modelului matematic dinamic corespunde speciilor moleculare

în diagrama de interacţiuni corespunzătoare. Abundenţa fiecărei specii este atribuită la starea

variabilei din model. Colecţia tuturor acestor stări a variabilelor reprezintă starea globală a

sistemului. Aceasta oferă o descriere completă a condiţiilor sistemului la orice moment de timp,

astfel, comportamentul dinamic a modelului reprezintă o colecţie de-a cursul timpului a stărilor

variabilelor.

În afară de stările variabilelor, modelele includ şi parametri. Parametrii modelului

caracterizează interacţiunile dintre componentele sistemului precum şi dintre acestea cu mediul.

Comportamentul stărilor variabilelor este astfel dependent de valorile parametrilor modelelor.

Exemple de parametri a modelelor includ constantele de asociere, ratele de expresie maximală,

ratele de degradare şi concentraţiile moleculare tampon. O modificare în valoarea parametrului

modelului corespunde unei schimbări în condiţiile mediului sau în interiorul sistemului. În

consecinţă, parametrii modelului sunt de obicei considerate valori constante pe parcursul

simulărilor, acestea putînd varia numai pentru extrapolarea şi studiul comportamentului

sistemului în condiţii de perturbaţii sau condiţii externe alterate (ex. condiţii experimentale

diferite).

Simulările modelelor dinamice ne arată în ce mod sistemul se modifică pe parcursul

timpului. Modelele proceselor biologice, aproape întotdeauna ajung pînă la urmă în stările de

echilibru. Cel mai frecvent, modelele prezintă o stare operatorie persistentă, denumită stare de

echilibru, la unele sisteme, acesta fiind reprezentată de oscilaţii. Perioada de timp care conduce

de la starea iniţială la această stare îndelungată (starea asimptotică), se referă la perioada

tranzientă. Această perioadă merită o atenţie deosebită, deoarece aceasta reflectă răspunsul

imediat a sistemului la perturbaţii. Merită de atras atenţie şi la stările de echilibru a sistemului,

deoarece acestea reflectă condiţiile predominante a sistemului peste perioade semnificative de

timp.

O relaţie dintre componentele sistemului este numită liniară dacă reprezintă o simplă

proporţionalitate. De exemplu, variabila x şi y sunt în relaţie liniară determinată de ecuaţia x=ky,

unde k este o constantă fixă. În această relaţie o dublare a lui x va conduce la o dublare a lui y,

indiferent de valoarea acestuia, ceea ce indică asupra unui grad de extrapolare a stărilor acestora.

Relaţiile liniare care implică mai mult decît două variabile sunt la fel transparente, de ex. x = k1y

+ k2z. Un model matematic dinamic este numit liniar, dacă toate interacţiunile dintre

componentele acestuia sunt în relaţie liniară. Aceasta este o condiţie puternic restrictivă, în

consecinţă modelele liniare prezintă o gamă îngustă de stări.

Orice relaţie care nu face parte din cele liniare, se referă la cele neliniare. Relaţiile neliniare

nu urmează un patern specific, prin urmare sunt imprevizibile şi dificil asociate cu o generalitate.

Page 30: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

176

Nelinearitatea care apare cel mai des în interacţiunile biochimice şi genetice se referă la saturaţie,

în care o variabilă se găseşte în creştere împreună cu alta, cu o rată în descreştere, astfel,

variabila dependentă tinde spre o valoare limitatoare sau asimptotică. Două tipuri de saturaţie

sunt pe larg răspîndite în reţelele genetice şi cele metabolice, saturaţia hiperbolică, în care odată

cu valoarea lui x creşte şi y, însă cu o rată în descreştere. Valoarea lui y astfel apropiindu-se de

valoarea de limită sau asimptotică. În saturaţiile sigmoidale, y mai întîi creşte foarte încet,

împreună cu x, apoi trece printr-o perioadă de creştere rapidă, înainte de saturaţie după care rata

creşterii scade.

Modelele matematice dinamice neliniare prezintă de obicei o gamă largă de stări. În cele

mai multe cazuri, o analiză detaliată a comportamentului în ansamblu, global, a acestor modele

este de obicei dificilă şi foarte imensă. În schimb, ne putem adresa atenţia spre aspecte specifice

a stării sistemului, în particular prin limitarea atenţiei spre starea şi comportamentul domeniilor

de operare particulare, în acelaşi timp ne putem folosi de avantajul faptului că neliniarităţile pot

fi aproximate prin relaţii liniare pe fragmente mici. Această aproximare locală ne permite

aplicarea instrumentelor de analiză locală pe aceste domenii limitate. Stările globale a sistemului

deseori sunt constrînse şi determinate de un număr mic de puncte operatorii; analiza globală a

acestor puncte ne oferă o viziune şi înţelegere în comportamentul global a sistemului.

Aproximările locale sunt în particular utilizate în modelările biologice deoarece sistemele auto-

reglabile (de ex. cele homeostatice) petrec cel mai mult timp operator în jurul acestor condiţii

nominal specifice.

La moment, dintre modelele existente, cele mai utilizate în procesele de simulări dinamice

sunt modelele deterministe şi cele stohastice. Noţiunea de determinism deduce

reproductibilitatea operaţiunii (comportamentului) şi reprezintă o fundaţie pentru numeroase

investigaţii ştiinţifice. Un model matematic este determinist dacă comportamentul acestuia este

exact-reproductibil. Deşi comportamentul de operare a modelului determinist este dependent de

un set specific de condiţii, alte forţe nu au nici o influenţă asupra acestuia, astfel, repetiţiile

simulărilor în aceleaşi condiţii sunt întotdeauna într-un acord perfect (replicări perfecte). În

contrast, modelele stohastice conduc la fenomenele aleatorii în comportamentul acestora.

Comportamentul modelelor stohastice sunt determinate atît de condiţiile specificate cît şi de

forţele imprevizibile.

4. Probleme de viitor a biologiei sistemelor

Deşi, pînă în prezent s-au obţinut realizări importante în domeniul biologiei sistemelor,

numeroase aspecte a modelărilor rămîn a fi studiate. Acestea se referă în primul rînd la

eficacitatea şi efectul presupunerilor (ipotezelor) la trecerea în activităţile practice, de ex. celulele

vii. La fel rămîn a fi găsite metode eficiente de studiu a reţelelor care implică intersecţia mai

multor bucle feedback, precum şi interpretarea rolului acestora în aceste sisteme. În fine rămîne

de elucidat rolul şi importanţa spaţiului fizic în modelarea comportamentului şi evoluţiei

reţelelor biologice.

Bibliografie

1. Gillespie DT (1976) A general method for numerically simulating stochastic time

evolution of coupled chemical-reactions. Journal of Computational Physics 22, 403–

434.

2. Gillespie DT (1977) Exact stochastic simulation of coupled chemical-reactions. Journal

of Physical Chemistry 81, 2340–2361.

3. Gillespie DT (1977) Concerning validity of stochastic approach to chemical-kinetics.

Journal of Statistical Physics 16, 311–318.

4. Gillespie DT (1992) A rigorous derivation of the chemical master equation. Physica A

188 , 404–425.

Page 31: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

177

5. Arkin A, Ross J, and McAdams HH (1998) Stochastic kinetic analysis of developmental

pathway bifurcation in phage lambda-infected Escherichia coli cells. Genetics 149 ,

1633–1648.

6. McAdams HH and Arkin A (1997) Stochas-tic mechanisms in gene expression.

Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 94, 814–819.

7. McAdams HH and Arkin A (1999) It’s a noisy business! Genetic regulation at the

nanomolar scale. Trends in Genetics 15, 65–69.

8. Bortz AB, Kalos MH, and Lebowitz JL (1975) New algorithm for Monte-Carlo

simulation of Ising spin systems. Journal of Computational Physics 17, 10–18.

9. Endy D and Brent R (2001) Modelling cellular behaviour. Nature 409 , 391–395.

10. Gibson MA and Bruck J (2000) Efficient exact stochastic simulation of chemical

systems with many species and many channels. Journal of Physical Chemistry A 104 ,

1876–1889.

11. Goss PJE and Peccoud J (1998) Quantita-tive modeling of stochastic systems in mole-

cular biology by using stochastic Petri nets. Proceedings of the National Academy of

Sciences, USA 95, 6750–6755.

12. Kastner J, Solomon J, and Fraser S (2002) Modeling a Hox gene network in silico using

a stochastic simulation algorithm. Developmental Biology 246 , 122–131.

13. Kepler TB and Elston TC (2001) Stochasticity in transcriptional regulation: Origins,

consequences, and mathematical representations. Biophysical Journal 81, 3116–3136.

14. Rao CV and Arkin AP (2003) Stochastic chemical kinetics and the quasi-steady-state

assumption: Application to the Gillespie algorithm. Journal of Chemical Physics 118,

4999–5010.

15. Simpson ML, Cox CD, and Sayler GS (2003) Frequency domain analysis of noise in

autoregulated gene circuits. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

100, 4551–4556.

16. Smolen P, Baxter DA, and Byrne JH (1999) Effects of macromolecular transport and

stochastic fluctuations on dynamics of genetic regulatory systems. American Journal of

Physiology-Cell Physiology 277 ,C777–C790.

17. Levchenko A (2003) Dynamical and integrative cell signaling: challenges for the new

biology. Biotechnol Bioeng 84, 773–782.

18. Haseltine EL and Rawlings JB (2002) Approximate simulation of coupled fast and slow

reactions for stochastic chemical kinetics. Journal of Chemical Physics 117, 6959–

6969.

19. Haseltine EL and Rawlings JB (2005) On the origins of approximations for stochastic

chemical kinetics. Journal of Chemical Physics 123 , 164115.

20. Puchalka J and Kierzek AM (2004) Bridging the gap between stochastic and

deterministic regimes in the kinetic simulations of the biochemical reaction networks.

Biophysical Journal 86, 1357–1372.

21. Fricke T and Wendt D (1995) The Markov Automaton – A new algorithm for

simulating the time-evolution of large stochastic dynamic-systems. International

Journal of Modern Physics C-Physics and Computers 6, 277–306.

22. Elf J, Doncic A, and Ehrenberg M (2003) Mesoscopic reaction-diffusion in intracellular

signaling. In: SPIE’s First International Symposium on Fluctuations and Noise, pp.

114–124.

23. Elf J and Ehrenberg M (2003) Fast evalua-tion of fluctuations in biochemical networks

with the linear noise approximation. Genome Research 13, 2475–2484.

Page 32: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

178

STIMULAREA ELECTRICĂ FUNCŢIONALĂ

Radu Breahnă, Irina Turtureanu

(Conducător ştiinţific: S. Lozovanu, conf. universitar, V. Ojog, asistent universitar)

Catedra Fiziologia Omului şi Biofizică (şef-V. Vovc, prof. universitar)

Summary

Functional electrical stimulation

This paper is focused on Functional Electrical Stimulation, a technique that uses electrical

stimuli to reestablish the normal activity of organs deprived of nervous control. The concept

itself is described along with information about its origin, history, current application and future

development. The paper also presents a FES device, developed by the authors, and the

experimental results of its testing.

Rezumat

Lucrarea dată abordează Stimularea Electrică Funcţională, o tehnică ce utilizează stimuli

electrici pentru a restabili activitatea organelor lipsite de control nervos. Este descris conceptul

prorpiu-zis, originea lui, datele istorice de referinţă, aplicarea curentă şi viitoare. Totodată, este

prezentat proiectul unui dispozitiv SEF realizat de autori şi rezultatele testării sale experimentale.

Introducere

Stimularea Electrică Funcţională (SEF)- sau electrostimularea funcţională este o

tehnică care utilizează curentul electric pentru excitarea nervilor extremităţilor afectate de

paralizie în urma leziunii măduvii spinării, a capului, ischemie cerebrală, şi alte afecţiuni

neurologice. SEF este primordial utilizată pentru restabilirea funcţionalităţii persoanelor cu

dizabilităţi. Uneori mai este numită Stimularea Electrică Neuromusculară (SENM).

SEF iniţial a fost cunoscută sub denumirea de Electroterapie Funcţională, termen propus

de Liberson [1]. De abia în 1967 a apărut denumirea de Stimulare Electrică Funcţională, noţiune

utilizată de Moe şi Post într-un patent intitulat “Stimularea electrică a muşchiului deprivat de

controlul nervos cu scopul obţinerii contracţiei musculare şi asigurării unei mişcări funcţionale

şi utile”. Primul aparat comercial SEF trata flexiunea dorsală deficitară a piciorului în timpul

mersului, prin stimularea nervului peronier. Liberson a comunicat o îmbunătăţire semnificativă a

mersului pacienţilor hemiplegici care au testat acest tip de neuroproteză. Ideea a fost preluată şi

de către alte centre de cercetare (University Rehabilitation Institute – Ljubljana, Rancho Los

Amigos, Downey, USA, etc) [2,3]. Au avut loc cercetări asidue, finalizîndu-se cu diverse

prototipuri de neuroproteze. Din păcate, puţine au depăşit stadiul cercetărilor şi au ajuns în

clinici pentru tratamentul curent al pacienţilor.

Stimularea electrică funcţională urmăreşte coordonarea activării grupelor musculare

vizate, astfel încît mişcarea rezultată la nivelul membrelor inferioare sau superioare să

corespundă celei normal voluntare.

Pacienţii care pot beneficia de tratamente bazate pe stimulare electrică funcţională:

Pacienţii cu accident vascular cerebral (primele 6 luni sunt hotărîtoare în

recuperare)

Pacienţii cu scleroză multiplă (îmbunătăţeşte calitatea mişcărilor)

Pacienţii cu Parkinson (calitatea mersului se îmbunătăţeşte semnificativ)

Pacienţii paralizaţi (exerciţii de întreţinere) [4,5].

Stimularea electrică se realizează cu electrozi plasaţi la suprafaţa pielii sau implantaţi.

Electrozii de suprafaţă sunt mai uşor de aplicat, dar induc probleme legate de conductivitatea

electrică şi selectivitatea muşchilor. În plus, mişcîndu-se odată cu pielea se poate ajunge la o

diminuare a contracţiei musculare în timpul mişcării funcţionale [6].

Page 33: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

179

Electrozii implantaţi necesită o operaţie de montare mai laborioasă, pot conduce la infecţii, dar

odată plasaţi în vecinătatea nervului motor permit o mai bună selectivitate şi activare a muşchilor

vizaţi. Evoluţiile recente în domeniul microelectronicii au permis realizarea unor electrozi

implantabili miniaturizaţi.

Stimularea electrică se realizează cu impulsuri de curent de formă dreptunghiulară. În

cazul muşchilor avînd neuronul motor intact, stimulaţi cu electrozi de suprafaţă, semnalul

electric se constituie într-un tren de impulsuri dreptunghiulare cu o frecvenţă între 20 Hz – 40 Hz

şi o durată a pulsului între 5 µs şi 350 µs, intensitatea fiind între 20 mA şi 100 mA [5].

În cazul stimulării electrice cu electrozi implantaţi, contracţia musculară maximă se poate obţine

pentru valori de aproximativ 20 mA şi o durată de 200 µs a impulsului dreptunghiular [7].

Muşchii denervaţi necesită un stimul electric cu o durată a pulsului dreptunghiular de ordinul a

150 ms, pentru obţinerea contracţiei.

Cercetările în domeniul neuroprotezelor au rezultat în următoarele aplicaţii:

Neuroproteze pentru controlul urinării şi defecaţiei

Proteze implantate în braţe pentru controlul funcţiei de apucare

Neuroproteze ajutătoare în funcţii de transfer scaun rotile-toaletă, scaun-pat ale

pacienţilor paraplegici

Neuroproteze pentru mers etc. [8-13].

Un sistem implantat denumit “Free Hand”, îmbunătaţeşte semnificativ abilităţile

funcţionale în utilizarea mînii în cazul pacienţilor tetraplegici cu leziuni ale coloanei vertebrale la

nivel C5-C6.

La nivel mondial sunt aproximativ 150 de pacienţi ce beneficiază de pe urma implantării acestui

sistem. Totuşi, puţine sunt neuroprotezele integrate în tratamentul clinic uzual.

Evoluţia ştiinţifică şi dezvoltarea rapidă a tehnicii de calcul în ultimii 10 ani a dus la

apariţia unor platforme simple şi accesibile, capabile de realizarea funcţiilor complexe de altfel

imposibile sau dificile în deceniile precedente.

Obiectivele

Realizarea unui dispozitiv pentru ilustrarea conceptului de stimulare electrică funcţională

Demonstrarea eficienţei şi accesibilităţii metodei date în modularea funcţiilor fiziologice

normale ale organismului

Materiale şi metode

Aparatele SEF au două componente esenţiale : un stimulator şi un controller

Stimulatorul este sursa impulsurilor electrice, la el se conectează electrozii, care mai apoi sunt

inseraţi în organul corespunzător.

Controller-ul este analog unui aparat de calcul (computer). Rolul lui este de a dirija lucrul

stimulatorului. Acesta poate fi programat sa declanşeze diverşi algoritmi de stimuli electrici

predefiniţi sau poate fi setat să citească informaţia de pe un aparat de introducere (telecomanda)

şi să acţioneze în conformitate cu comenzile date de utilizator.

Stimulatorul utilizat a fost proiectat cu intenţia de a controla concomitent patru grupe

musculare. Astfel, el prezintă patru perechi de electrozi fiecare conectat la cîte un circuit dirijat

de un tranzistor. Toate circuitele au fost asamblate pe aceeaşi placă, au un întrerupător şi o sursă

de alimentare (9V) comună. De stimulator este ataşat un potenţiometru pentru controlul tensiunii

iar în timpul lucrului opţional se conectează şi un multimetru pentru vizualizarea tensiunii în

timp real.

Electrozii

Ace din oţel inoxidabil conectate cu stimulatorul prin fire izolate de cupru.

Page 34: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

180

Controller-ul

Microcontroller-ul utilizat se numete Arduino, a fost creat în 2005 de Institutul de Proiectare

Interactivă din Ivrea, Italia cu scopul de a oferi studenţilor posibilitatea de a realiza lucrări mai

uşor şi la un preţ redus.

Software

Mediul Arduino reprezintă o platformă hibridă bazată pe limbajul Java şi constă dintr-un

redactor de cod, un compilator şi un modul de transfer al datelor spre controller. A fost creat în

jurul proiectului Wiring început în 2003 de Hernando Barragan şi este destinat artiştilor,

designerilor, studenţilor şi tuturor celor pasionaţi de crearea dispozitivelor interactive.

În cadrul experienţelor, controller-ul a fost programat să comunice cu stimulatorul, activînd sau

dezactivînd fiecare pereche de electrozi într-o anumită succesiune specificată de progam. Pentru

realizarea programării controller-ul este conectat la un calculator prin interfaţa USB.

Parametrii stimulului

Parametrii stimulului au fost obtinuţi din rezultatele cercetărilor privind contracţia muşchiului de

broască, efectuate la laboratorul de mecatronică în cadrul universitaţii Northwestern, SUA.

(Fig.1)

Fig.1 Dependenţa contracţiei musculare de frecvenţă

Astfel pentru experiment a fost aleasă frecvenţa stimulului de 41.6 Hz şi intervalul de tensiune 3-

6 V

Unda dreptunghiulară utilizată are un duty cylce (ciclu de lucru) de 50% şi o frecvenţă de

41.6 Hz. Ciclul de lucru reprezintă cît timp semnalul se află la tensiune maximă faţă de timpul în

care acesta este la tensiune minimă.

Un impuls cu ciclul de lucru 50% va avea aceste valori egale între ele (unda sub forma de pătrat).

Frecvenţa de 41.6 Hz a fost obţinută în cadrul programului care specifică menţinerea tensiunii la

nivel maxim şi minim timp de 12 ms. Stimulul dat avea o perioadă de 24 ms şi respectiv o

frecvenţă de 41.6 Hz.

Rezultate şi discuţii

Studiul s-a efectuat preponderent cu muşchii gastrocnemian şi tibial anterior ai gambei şi

grupul muscular posterior al coapsei membrului de broască. Rezulatele au fost înregistrate în

format video.

Preparatul

În toate experimentele a fost utilizată o broască cu măduva spinării distrusă, obţinîndu-se o

paralizie completă a membrelor posterioare. Pielea membrului în care sa făcea inserţia

electrozilor se exciza în unele experiemente, în altele se păstra intactă. Diferenţe esenţiale între

aceste 2 tipuri de preparate nu au fost observate, în ambele avînd loc inserţia intramusculară a

electrozilor.

Page 35: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

181

Experimentul Nr. 1

Stimularea unui singur muşchi

Cu uşurinţă a fost realizată stimularea unui singur muşchi cuplată cu mişcarea membrului

în direcţia contracţiei. Alternînd programele utilizate, s-au obţinut contracţii succesive cu diverse

pauze între contracţii 1.6s - 3.6s.

Experimentul Nr. 2

Stimularea alternativă a 2 muşchi

Analog primului experiment a fost realizată contracţia musculară, însă deja a 2 muşchi

antagonişti (gastrocnemian şi tibial anterior). Mişcarea observată a fost o flexie şi extensie a

labei piciorului, care avea loc în strictă concordanţă cu algoritmul contracţiei specificat de

program.

Experimentul Nr. 3

Flexia în genunchi

Dificultatea realizării acestui tip de mişcare constă în izolarea corectă a flexorilor din

grupul muscular posterior al coapsei. Inserţia simplă a unei perechi de electrozi a rezultat într-o

mişcare neclară, predominant de adducere a coapsei. Pentru soluţionarea problemei date a fost

utilizată o “izolare electrică a muşchilor”. Astfel, primul electrod se insera în acest grup

muscular, pe cînd electrodul doi se inseră mai jos de articulaţia genunchiului (în cazul dat a fost

ales capul gastrocnemianului). În acest mod se utilizează inserţia mai jos de articulaţia

genunchiului a flexorilor drept o cale de conducere a stimulului electric, realizîndu-se contracţia

doar acestor muşchi, evitînd contracţia adductorilor care se inseră mai sus de articulaţia dată.

Experienta Nr. 4

Contracţia a patru grupe musculare

În încercarea de a utiliza aparatul la capacitate maximă şi de a controla concomitent 4

grupe musculare, a fost depistată o eroare în proiectarea stimulatorului. Nu a fost asigurată

izolarea stimulilor, astfel în loc de o mişcare fluentă a întregului membru a avut loc contracţia

haotică a tuturor muşchilor utilizaţi din cauza interferenţei stimulilor. Problema tehnică de acest

gen urmează să fie soluţionată prin modificarea circuitului stimulatorului.

Interfaţa Creier-Calculator

Viitorul tehnicii SEF se regăseşte în conceptul de BCI (brain-computer interface), (Fig.2)

Studiile în acest domeniu caută o modalitate de a utiliza activitatea nevoasă a scoarţei pentru a

comunica cu dispozitive externe.

Fig. 2 Principiul funcţionării Fig. 3 Aplicarea BCI

Interfeţei creier-calculator

În lucrarea publicată în anul 2008 de către Departamentul de Neurobiologie a

Universităţii Pittsburgh, Pennsylvania SUA, se prezintă un experiment(Fig.3) în care savanţii au

Page 36: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

182

reuşit să realizeze o interfaţă care permitea unei maimuţe să controleze o mînă robotică pentru a

se alimenta. Electrozi de înregistrare amplasaţi pe scalpul maimuţei înregistrau activitatea

nervoasă, astfel fiecare mişcare a mînii robotice era declanşată de un stimul nervos voluntar,

conştient.

Astfel, utilizarea interfeţei creier-calculator ar permite aparatului SEF să execute comenzi

ce nu fac parte dintr-un program, ci sunt alese de către utilizator.

Concluzii

1. SEF este o metodă eficientă de tratament în cazul lipsei controlului nervos.

2. Dispozitivele SEF contemporane sunt uşor de proiecat, fabricat şi implementat.

3. Necesitatea continuării cercetărilor în domeniul BCI sunt esenţiale pentru perfecţionarea

tehnicii SEF.

Bibliografie

1) Liberson W, Holmquest H, Scott M. (1961). Functional electrotherapy: Stimulation of the

common peroneal nerve synchronised with the swing phase of gait of hemiplegic subjects.

Arch Phys Med Rehabil 42. 202-205.

2) Malezic M, Trnkoczy A, Rebersek S, et al. (1978). Advanced cutaneous electrical stimulators

for paretic patients personal use. Advances in External Control of Human Extremities VI,

Dubrovnik, Yugoslavia, 150-167.

3) Waters R, Bowman B, et al. (1981). Treatment of hemiplegic upper extremity using electrical

stimulation and biofeedback training. Advances in External Control of Human Extremities

VII, Dubrovnik, Yugoslavia.

4) Rushton DN (1997). Functional Electrical Stimulation, Physiological Measurement 18(4),

1997, 241-275.

5) Taylor PN, Burridge JH, Dunkerley AL, Lamb A, Wood DE, Norton JA, Swain ID. (1999)

Patient's Perceptions of the Odstock Dropped Foot Stimulator (ODFS). Clin. Rehabil 13:

333-340.

6) Loeb GE, Peck RA, Moore WH, Hood K (2001). BION system for distributed neural

prosthetic interfaces, Medical Engineering&Physics 23: 9-18.

7) Popovic D, Sinkjaer T (2000). Control of Movement for the Physically Disabled, Springer-

Verlag London, 2000.

8) Rijkhoff NJM, Wijkstra H, van Kerrebroeck PEV, Debruyne FMJ (1997). Urinary bladder

control by electrical stimulation: Review of electrical stimulation techniques in spinal cord

injury. Neurourol Urodyn 16: 39-53.

9) Riedy L, Bruninga K, Walter J, Keshavarzian A (1997). Direct electrical stimulation for

constipation treatment sfter spinal cord injury. Proc. 19th Int Conf IEEE/EMBS, Chicago,

1799-1802.

10) Taylor P., Esnouf J., Hobby J (2000). Clinical Experience of the NeuroControl Freehand

System, Proc 5th IFESS Conference, Aalborg, Denmark, June 2000.

11) Poboroniuc, M.S., Fuhr, T., Riener, R., Donaldson, N. (2002). Closed-Loop Control for FES-

Supported Standing Up and Sitting Down. Proc. 7th Conf. of the IFESS; Ljubljana,

Slovenia, pp. 307-309.

12) Poboroniuc, M.S., Fuhr, T., Wood, D., Riener, R., Donaldson, N. (2002): Functional FES

supported standing in paraplegia: Current Research and Perspectives, MASCIP Conference

2002, Warwick, UK, November 14th, 2002.

13) T. Fuhr, J. Quintern, R. Riener, G. Schmidt (2001) "Walk! - Experiments with a Cooperative

Neuroprosthetic System for the Restoration of Gait", Proc. 6th Conf. Of the IFESS,

Cleveland, OH, USA, pp. 1-3.

Page 37: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

183

ALBUMINA ÎN DISFUNCŢII PULMONARE ACUTE (ALI/ARDS) CAUZATE DE

POLITRAUMATISM

Eugeniu Coreţchi (Conducător ştiinţific: Arnaut Oleg, asistent universitar)

Catedra Fiziologia Omului şi Biofizică,

Catedra Anestezie şi Reanimatologie nr.1 ”Valeriu Ghereg”

Summary

Albumin in accute pulmonary disfunction (ALI/ARDS) caused by polytrauma

Polytrauma is a major problem and requires management improvement. ALI/ARDS is a

serious complication of the polytrauma, which influences mortality. In our study we analyzed

albumin as a prognostic factor in patients with ALI/ARDS caused by polytrauma.

Rezumat

Politraumatismele sunt o problemă majoră care necesită îmbunătăţiri manageriale.

ALI/ARDS reprezintă o complicaţie gravă a politraumatismelor ce influenţeaza letalitatea. În

studiul nostru am evaluat albumina ca factor de prognostic la pacienţii cu ALI/ARDS cauzată de

politraumatism.

Actualitatea

Politraumatismele sunt o problemă majoră social - econimică, mortalitatea fiind de 30-

50 % din numarul total de pacienţi şi reprezintă o provocare pentru personalul medical,

necesitind resurse uriaşe şi eforturi considerabile, iar optimizarea îngrijirii pacienţilor

politraumatizaţi - un accent mare pentru cercetarea ştiinţifică. [1]

Termenul de politraumă este folosit în general pentru descrierea pacienţilor ce comportă

leziuni multiple în regiunile corpului sau cavităţilor fiind o posibilă cauză a disfuncţiilor

organelor nelezate. Aceşti pacienţi sunt expuşi la un risc major de morbiditate şi mortalitate

decît sumaţia aşteptată de morbiditate şi mortalitate o leziunilor individuale. Pacienţii

politraumatizaţi prezintă leziuni majore dar pot fi potenţial salvaţi cu triaj eficient şi specialişti

focusaţi pe tratarea traumelor în instituţii specializate [2].

Politrauma este un echivalent verbal scurt, utilizat pentru pacienţii grav răniti cu leziuni

asociate (ex: două sau mai multe leziuni grave în cel putin două zone ale corpului) sau multiple

(ex: două sau mai multe leziuni în aceeaşi parte a corpului). O condiţie importantă pentru

utilizarea acestui termen este incidenţa de soc traumatic şi/sau ipoteza hemoragică ce pune în

pericol una sau mai multe funcţii vitale ale organismului.[3]

După analizarea datelor din litereatura Nerida et all în 2009 a propus următoarele criterii

pentru termenul politraumatism - leziunea a cel puţin două regiuni ale corpului cu AIS

(Abbreviated Injury Scale) ≥ 3, cu prezenţa SIRS (sindrom inflamator sistemic) în timpul

primelor 72 de ore după impactul trumatic.

Disfuncţii pulmonare acute (ALI/ARDS) – este termenul folosit pentru a descrie

răspunsul pulmonar la o gamă largă de patologii, care duc la anomalii în oxigenare, shimbari

radiologice a plămânilor fiind difuze, care de obicei necesită ventilaţie mecanică şi apare în

absenţa insuficienţii cardiace. Pentru ALI/ARDS a fost elaborate urmatoarele criterii:

• prezenţa bilaterală a opacităţilor radiografice în absenţa insuficienţei cardiace

• presiunea parţială a sângelui arterial/fracţia de oxigen inspirat mai puţin de 300mm/Hg pentru

ALI şi 200mm/Hg pentru ARDS [4].

Disfuncţiile pulmonare acute se caracterizează prin infiltrarea ţesutului pulmonar de către

celule imunocompetente (neutrofile), edem interstiţial şi alveolar şi hemoragie intra-alveolară.

Iniţierea leziunii inflamatorii acute în plămâni apare datorită unui complex de evenimente

activate în serie, care produc mediatori proinflamatori cu activarea adeziunii moleculelor (pentru

Page 38: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

184

leucocite) la endoteliul vascular şi la epiteliul distal al căilor respiratorii şi procesul de recrutare

a neutrofilelor în compartimentul alveolar şi activarea macrofagelor din plămâni. Câţiva

inhibitori naturali sunt produşi în timpul reacţiilor inflamatorii. Aceşti inhibitori reprimă

producerea de mediatori proinflamatori. Rezultatul răspunsului inflamator depinde de balanţa

dintre mediatorii proinflamatori şi anti-inflamatori [5].

Rezultatele pentru ALI si ARDS s-au imbunătăţit în ultimele două decenii cu rata

mortalităţii de 35-45%. Supravieţuitori au afecţiuni multiple şi numai jumătate din ei sunt

capabili să revină ca ocupanţi ai forţei de muncă. Testarea funcţiei pulmonare timp de un an

prezintă defecte persistente în capacitatea de difuzie a plămânilor. Cât timp volumele plămânilor

revin la normal, asemănător cu aparenţele radiografice, care sunt în normă în aproximativ 80%

din supravieţuitori.Alte complicaţii comune extrapulmonare includ miopatii, polineuropatii şi

stenoză traheală. Sechele psihologice includ insuficienţa cognitive,stres post-traumatic şi

depresie [3].

Albumina este investigaţie de rutină, reprezintă o grupă a proteinelor simple distribuite

pe scară largă în ţesuturile umane, o putem identifica în sânge ca albumină serică, în lapte ca

lactalbumină, în ouă ca ovalbumină. În sânge are funcţie de transportor de alte molecule şi

menţine volumul de sânge. Principala funcţie a albuminei este de a furniza presiunea coloid-

osmotică, prevenind pierderile de apă din capilare. Albumina este sintetizată exclusiv în ficat la

o rată de 150-200mg/kg/zi, concentratia fiind 35-40 g/l. Perioada de viaţă a albuminei este de

17-20 zile dar poate fi redusă cu pierderi excesive din organism (gastroenteropatii, proteinurie

masivă). Status-ul nutriţional este primul factor la care sinteza albuminei este foarte sensibilă în

funcţie de disponibilitatea de aminoacizi, în special triptofanului. Alţi factori ce reglează sinteza

de albumină sunt: balanţa hormonală (datorită efectului anabolic al insulinei, corticosteroizii,

hormonul de creştere şi hormonul tiroidian stimulează sinteza albuminei în timp ce glucagonul

are un efect antianabolic micşorează sinteza albuminei) şi presiunea osmotică. Cele 12g de

albumine sintetizate zilnic reprezintă 25% din cantiatea totală proteinelor sintetizate de ficat [6].

Nivelul de albumină descreşte datorită aportului insuficient (malabsorbţia - lipsa aminoacizilor

necesari pentru sinteza proteinelor), scăderea sintezei de catre ficat (boli cronice şi acute ale

ficatului (ex.alcoolism,ciroză,hepatită) evidenţiate prin scăderea funcţiei normale ale ficatului,

analbuminemia genetica, amiloidoza, infecţii bacteriene, neoplasm, infecţii parazitare, ulcer

peptic, imobilizare îndelungată, boli reumatoide, boli severe de piele), scaderea nivelului de

albumină din cauza arsurilor, enteropatiilor, hemoragii, boli renale, pre-eclampsii, boala Cushing

( cantitatea crescută de cortizol care duce la distrugerea proteinelor), disfuncţii tiroidiene

(creşterea nivelului de albumină legat de hormonii tiroidieni), insuficienţă cardiacă congestivă(e

vorba despre efectul dilutiv), sarcina. Putem creşte nivelul de albumină prin administrarea

preparatelor ca: Carbamazepin, Furosemid, Phenobarbital. Putem descreşte nivelul de albumină

cu ajutorul Acetaminophen, Amiodaron, Asparaginaza, Dextran, estrogeni, Ibufren, Niacin,

Nitrofurantoi [6]. Albumina se foloseşte la pacienţii cu şoc hemoragic şi nonhemoragic

incluzând şi şocul septic, pentru pacienţii cu arsuri, ca un adjuvant pentru a trata edemele la

pacienţii cu nefroză acută şi în transplanturile renale împreună cu cristaloizi, pentru a

preveni depleţiunea centrală de volum după paracenteza la adulţi cu ciroză, în combinaţie cu

vasoconstrictoarele pentru tratamentul de tip I a sindromului hepatorenal, la pacienţii

supusi rezecţiei hepatice, în caz de hipoproteinemii, în tratamenul sindromului de hiperstimulare

a ovarelor, la pacienţii cu intervenţii chirurgicale cardiace pentru a restabili echilibrul fluidelor în

timpul intervenţiei chirurgicale şi în perioada postoperatorie, pentru hemodilutie cu scopul de a

menţine sau îmbunătăţi perfuzia cerebrală,în tratamentul de hemoragie subarahnoidiană, accident

vascular cerebral ischemic, leziuni cerebrale traumatice, precum şi intervenţiile

neurochirurgicale. [7].

Page 39: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

185

Obiectivele

Evaluarea albuminei la pacienţii cu disfuncţii pulmonare acute, cauzate de

politraumatism. Presupunem că albumina poate fi utilizată ca un factor de prognostic pentru

aceasta categoria de pacienţii.

Materiale şi metode

• Studiul este prospectiv, datele sunt obtinute din CNSPMU, dep. Clinica Anesteziologie şi

Reanimare. Datele pacientilor au fost colectate în perioada 01.2011-01.2012

• Au fost studiaţi 40 de pacienti dintre care 75%/25% barbaţi/femei

• În acest studiu au fost incluşi pacienţii cu disfuncţii pulmonare acute cauzate de

politraumatism; fiind divizaţi în două categorii(grupe): decedaţi şi supravieţuitori.

• Pentru fiecare pacient am colectat câte 4 probe (la 12, 24 ,48 , 72 ore după traumatism).

• Din studiu au fost excluşi pacientii cu traumatism vertebro-medular şi traumatism cranio-

cerebral grav.

• Datele statistice au fost analizate în programul SPSS 17.

Rezultate obţinute [Tabelul 1]

Grupele sunt comparabile dupa vârstă (p=0,149) şi sex (p=0,706), diferenţa fiind

nesemnificativă. Valoarea albuminei la pacienţii supravieţuitori e mai mare în toate loturile (la

12, 24, 48, 72 ore), dar statistic semnificativ doar la 12 ore (p=0,005). Durata tratamentului

deasemanea este mai mare la cei supravietuitori, raspectiv 5,5 si 4, cu p=0,121.

Concluzii

• Am evaluat valoarea albuminei a pacienţilor cu disfuncţii pulmonare acute cauzate de

politraumatisme.

• În grupele comparabile am găsit că valoarea albuminei în primele 12 ore după traumatism este mai

mare la cei ce au supravieţuit, diferenta fiind semnificativă, ce sugerează că valoarea albuminei în

primele 12 ore poate fi folosită ca factor de prognostic pentru pacienţii respectivi.

Tabel 1 Virsta SEX Albumina

(12 ore)

Albumina

(24 ore)

Albumina

(48 ore)

Albumina

(72 ore)

Durata

tratamentului

(zi)

DECEDAŢI

Nr. 14 14 14 14 14 14 14

Media ,7143 33,1429 33,1571 32,9714 33,1643

Deviaţia

standartă 7,79405 4,69143 1,10553 2,52605

Med.

Mediană 24 4

SUPRAVIETU

ITORI

Nr. 26 26 26 26 26 26 26

Media ,6538 38,7692 35,7846 34,9923 34,2442

Deviaţia

standartă 4,05273 4,80297 4,32388 4,63893

Med.

Mediană 35 5,5

p 0,149 0,706 0,005 0,104 0,096 0,425 0,121

Page 40: FIZIOLOGIE, FIZIOPATOLOGIE, BIOFIZICĂ - …library.usmf.md/old/downloads/anale/vol_1_xiii/xiii_1...biofizica.pdf · 147 fiziologie, fiziopatologie, biofizicĂ studiul perioadei posthiperventilatorii

186

Bibliografie 1. www.jurnaldechirurgie.ro

2. Nerida Butcher, Zsolt J Balogh, The definition of politrauma:the need for international

consensus;Injury, Int. J. Care Injured (2009) 40S4, S12– S22

3. Rabinder Randhawa,Geoff Bellingan, Acute lung injury, Anaesthesia and intensive care

medicine 8:11,477-480

4. Marius Keel ,Otmar Trentz,Pathophysiology of polytrauma,division of Trauma Surgery,

University Hospital Zurich, Raemistrasse 100, CH-8091 Zurich, Switzerland; Injury, Int. J.

Care Injured (2005) 36, 691—709

5. Ward P.A. Acute lung injury: how the lung inflammatory response works; Eur Respir J 2003;

22: Suppl. 44, 22s–23s

6. Seymour M. Sabesin , Liver, biliary tree, and pancreas - physiologic, biochemical, and

immunologic principles;chapter 348 Hepatic Metabolism

7. Roth KS, Amaker BG, Chan JCM, Nephrotic syndrome: pathogenesis and management;

Pediatr Rev. 2002;23:237-247.


Recommended