Проницаемость гемато-энцефалического барьера для пенициллина при нормальных и патологических условиях
В. В. Кованов
Из факультетской хирургической клиники I Московского ордена Ленина медицинского института, дир. клиники — акад. Н. Н. Бурденко
Хирургия 1947г,
Акад. Л. Штерн и Готье показали, что, благодаря существованию гемато-энцефалического барьера, не все вещества, введенные в общее кровяное русло в нормальных условиях, могут быть обнаружены в спинномозговой жидкости. Благодаря наличию барьера, одни вещества, циркулирующие в крови, могут беспрепятственно проходить в спинномозговую жидкость, другие же задерживаются в крови и через барьер не проходят. Пропуская одни вещества и задерживая другие, гемато-энцефалический барьер тем самым регулирует их непосредственное действие на нервные элементы центральной нервной системы.
В образовании этого барьера, функционирующего наподобие фильтра, по данным акад. Л. Штерн и ее сотрудников, принимают участие почти все анатомические образования черепной и спинномозговой полости, причем наибольшая роль в этом отводится эндотелию сосудистых сплетений.
Установлено, что различные вещества, введенные в организм, действуют на нервные элементы только в том случае, если они переходят в спинномозговую жидкость. Это в одинаковой мере относится как к кристаллоидам, так и к коллоидам.
Рядом работ (Баатер, Штерн, Локшина, Кассиль, Цейтлин, Колпиков и др.) доказано, что сопротивляемость гемато-энцефалического барьера прохождению ряда веществ может изменяться под влиянием различных физиологических и патологических факторов. У животных, отравленных бактериальным токсином (дифтерийным или столбнячным), хотя анатомические элементы барьера при этом и сохранены, сопротивляемость его все же значительно ослаблена. При отравлении туберкулином также отмечается понижение сопротивляемости барьера, особенно заметное в период повышения температуры. Хроническое отравление алкоголем, морфином и мышьяком не вызывает увеличения проницаемости.
В терапевтических целях весьма важно, чтобы лекарственное вещество, направленное против той или иной инфекции в мозговой ткани, могло пройти гемато-энцефалический барьер и оказать необходимое действие на патогенную флору в течение самого процесса. Исходя из этого, акад. Н. Н. Бурденко разработал метод введения сульфаниламидов в сонную артерию при черепно-мозговых ранениях, осложненных инфекцией.
Экспериментальные данные Парамонова на животных и лабораторное исследование крови и спинномозговой жидкости у больных показали, что при введении 10% раствора сульфидина в сонную артерию (из расчета 0,3 на 1 кг веса) мы можем довести концентрацию сульфидина в крови мозга до 28 мг%, а в спинномозговой жидкости — до 20 мг%. При внутривенном введении того же раствора сульфидина его концентрация в крови равна всего 5 мг% и в спинномозговой жидкости — 2 мг%.
Об успешной интракаротидной терапии гнойных инфекций мозга препаратами сульфидина писали Бурденко, Парамонов, Терепан, Егоров, Кованов и др.
С появлением новых антибиотиков, выделенных из бактерий и плесневых грибков, значительно расширяется арсенал средств борьбы с гнойной инфекцией ран. В противоположность химиопрепаратам антибиотики обладают одинаково выраженным действием как in vivo, так и in vitro. Установлено, что антибиотики в основном только задерживают рост бактерий, но не убивают их. Механизм действия антибиотиков различен. Он сводится либо к нарушению роста и деления клеток, либо к изменению ферментативной деятельности и других процессов метаболизма. Антибиотики могут действовать в тесном сочетании или в антагонизме с гормонами, энзимами и другими веществами (Ваксман, 1946).
Антибиотики характеризуются еще тем, что не отличаются органотропностью, не дают кумулятивного действия и не влияют на красные и белые кровяные тельца. Недаром про пенициллин говорят, что он не имеет «потолка» доз.
Пенициллин широко вошел в практику лечения гнойных инфекций. Наряду с подкожным, внутримышечным и внутривенным введением, пенициллин начинают применять и внутриартериально. В мировой литературе до сих пор была неизвестна методика введения пенициллина в сонную артерию. Этот метод введения пенициллина в Советском Союзе впервые предложен акад. Бурденко при различного рода инфекционных поражениях мозга (менингит, менинго-энцефалит, абсцесс мозга и др.). Введение пенициллина этим методом применялось у раненых и больных с тяжелыми инфекционными осложнениями черепно-мозговых ранений. Пенициллин вводился в сонную артерию в дозе 10 000 единиц один раз в день, при одновременном внутримышечном введении 40 000 единиц в день.
Клинически в течении болезни при применении пенициллина указанным методом отмечалось: снижение температуры, уменьшение цитоза и исчезновение флоры в ликворе, ослабление менингеальных явлений с последующим выздоровлением.
Корнянский (1946) сообщает, что из 16 тяжело больных с менингитом и менинго-энцефалитом, леченных введением пенициллина в сонную артерию по Бурденко, умерло всего двое. У остальных больных наступило клиническое выздоровление; длительность наблюдений — 6—8 месяцев после вмешательства.
Каких-либо побочных явлений как в момент введения пенициллина в сонную артерию, так и после автор не отмечает.
Егоров (1946) на большом материале Нейрохирургического института также пришел к заключению, что интракаротидный метод введения антисептиков и антибиотиков является наиболее действенным в лечении септических осложнений, гнездящихся в рубцовой ткани мозга после огнестрельного повреждения. По его данным, комбинированный метод дал 62,5% хороших результатов и 37,5% смертельных исходов, в то же время при интракаротидном введении получено хороших исходов 87,6% и смертельных — 12,4%.
Положительные данные, полученные в клинике от применения пенициллина внутриартериально при инфекционных осложнениях со стороны мозга после черепно-мозговых ранений, побудили нас, по предложению акад. Н. Н. Бурденко, провести ряд экспериментальных исследований, чтобы выяснить, при каких условиях пенициллин лучше проходит гемато-энцефалический барьер.
При этом важно было установить влияние на проходимость барьера различных концентраций (доз) пенициллина, вводимых внутриартериально. Для этих целей были взяты следующие дозы пенициллина (американская серия 496): 10 000, 30 000, 60 000, 100 000 единиц, которые обычно растворялись в 10 см³ дестиллированной воды и вводились однократно в сонную артерию животным.
Эксперименты проводились на собаках примерно одного веса. Всего поставлено 14 опытов, из них в 6 опытах пенициллин вводился в сонную артерию после трепанации черепа, причем в двух опытах — непосредственно после операции и в четырех — через сутки и трое суток после произведенной трепанации.
Определение пенициллина в крови и спинномозговой жидкости методом серийных разведений
Для определения специфической активности пенициллина применяется метод серийных разведений: к 5 мл сахарного бульона, содержащего пенициллин в разведении от 1 : 100 и выше, добавляют 0,1 мл суточной агаровой культуры золотистого стафилококка, содержащего 10 000 000 микробных тел в 1 мл. В контрольной пробирке прибавляют к 5 мл сахарного бульона 0,1 мл той же культуры. После 18-часовой инкубации при 37° определяют то наибольшее разведение пенициллина, при котором еще наблюдается задержка роста стафилококка.
Например, задержка роста наблюдается при наибольшем разведении 1 : 1 000. Следующее в ряду разведение дает явную муть. Следовательно, активность данного препарата пенициллина по методу серийных разведений соответствует 1 : 1 000. Как правило, данную активность принято выражать в оксфордских единицах. Для выражения величины активности, полученной методом разведений, в оксфордских единицах следует наибольшее разведение, дающее задержку роста стафилококка, разделить на 50, т. е. в данном случае 1000/50 = 20. Число 20 соответствует содержанию 20 оксфордских единиц в 1 мл препарата. Определение следует вести параллельно со стандартным пенициллином.
Методика постановки опыта
Под морфином собаку фиксировали на спине к столу. Обнажали сосуды одной половины шеи и бедра. Затем в обнаженную сонную артерию медленно (1—2 минуты) вводили испытуемый раствор пенициллина. После этого проколом подмозжечковой цистерны производили взятие спинномозговой жидкости в количестве 2 см³ (через 5, 15, 30 минут и 1 час после введения пенициллина). Из обнаженных вен шеи и бедра через те же промежутки времени брали кровь по 5 см³. Взятую в стерильные пробирки спинномозговую жидкость и венозную кровь направляли в лабораторию проф. Ермольевой, где доктор Уразова определяла количество пенициллина в данных жидкостях.
Для того чтобы ответить на вопрос, какое влияние оказывает на проходимость гемато-энцефалического барьера величина применяемых доз пенициллина, было поставлено 8 опытов, данные представлены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что при введении в сонную артерию животного 10 000 и 30 000 единиц пенициллина (американского) проницаемость гемато-энцефалического барьера для него ограничена. Пенициллин в этих опытах обнаруживается в спинномозговой жидкости в ничтожно малых количествах (0,2—0,4 единицы) при высоком уровне его в венозной крови (6—12 единиц).
Некоторое уменьшение резистентности барьера по отношению пенициллина в опытах № 1 и 4 наступало через 5 минут после введения препарата и в опытах № 2 и 3 — только через 30 минут. Разница в количестве пенициллина в венозной крови после интраартериального введения 10 000 и 30 000 единиц весьма незначительна. Уровень пенициллина в крови намного выше, чем в ликворе.
Проницаемость гемато-энцефалического барьера для пенициллина заметно выше в опытах № 5, 6, 7 и 8, где в сонную артерию вводили однократно 60 000 и 100 000 единиц пенициллина. Уровень пенициллина в спинномозговой жидкости в этих опытах достигал в среднем 1,6 единицы, а в опыте № 7 он был равен 3 единицам.
Наибольшее количество препарата обнаруживали в ликворе через 15 минут—1 час, меньше всего — в первые минуты после инъекции. Только в опыте № 7 пенициллин был обнаружен в спинномозговой жидкости в количестве 1,6 единицы уже через 5 минут, а через 15 минут его оказалось 3 единицы.
Следовательно, пенициллин, применяемый даже в такой концентрации, как 100 000 единиц, не в состоянии быстро «пробить» существующий барьер. Требуется известное время и изменение условий для того, чтобы препарат смог частично пройти гемато-энцефалический барьер.
Количество пенициллина в венозной крови и здесь во много раз больше, чем в ликворе. Высокий уровень пенициллина в венозной крови (12 единиц) сохранялся в продолжение всего опыта. Особой разницы в количестве пенициллина в венозной крови в опытах с введением 60 000 и 100 000 единиц нет. Разница незаметна даже при сравнении этих данных с опытами, где мы вводили в артериальное русло 10 000 и 30 000 единиц пенициллина. Отсюда можно заключить, что увеличение количества пенициллина, вводимого в сонную артерию, мало отражается на повышении его уровня в венозной крови. Во всех опытах не выявлялось разницы в содержании пенициллина в крови вен шеи и бедра. Следовательно, пенициллин, попадая в общее кровяное русло, равномерно распределяется в массе циркулирующей крови.
Таблица 1
Содержание пенициллина (в единицах) в спинномозговой жидкости, в крови вен шеи и бедра собак при введении различных доз препарата в общую сонную артерию/
Учитывая важную роль пенициллина в терапии инфекционных заболеваний мозга, мы считали необходимым изучить некоторые факторы, могущие изменить сопротивляемость гемато-энцефалического барьера по отношению к этому препарату.
В связи с этим было поставлено 6 опытов, где мы, прежде чем ввести животному пенициллин, производили трепанацию черепа с частичным нарушением целости коры головного мозга (1 × 1 см). После этого в разные промежутки времени в сонную артерию вводили пенициллин и брали на исследование спинномозговую жидкость и венозную кровь.
Данные опытов приведены в табл. 2.
Из приведенных данных видно, что содержание пенициллина в спинномозговой жидкости в опытах № 9 и 10 не увеличилось после оперативного вмешательства на черепе. В этих опытах пенициллин, введенный в сонную артерию непосредственно после трепанации, обнаруживался в ликворе в небольших количествах (0,2—0,4 единицы) через 30 минут после вливания. В то же время уровень пенициллина в крови держался на высоких цифрах (12 единиц) в течение всего опыта.
Таблица 2
Содержание пенициллина (в единицах) в спинномозговой жидкости, в крови вен шеи и бедра у оперированных собак
Следовательно, оперативное вмешательство прямого действия на функциональное состояние гемато-энцефалического барьера не оказывает и не изменяет его проходимости по отношению к пенициллину.
В опытах № 11 и 12 после операции на черепе прошло 24 часа. За это время в сосудах мозга выявилась воспалительная реакция, заметно повлиявшая на сопротивляемость гемато-энцефалического барьера. Количество пенициллина в ликворе через 5 минут после вливания в опыте № 12 равнялось 6,4 единицы, затем уровень его постепенно падал и в конце опыта он был равен 1,6 единицы. В опыте № 11 количество пенициллина в ликворе возросло от 0,2 через 5 минут после вливания до 6 единиц под конец опыта.
Аналогичные данные в отношении проницаемости барьера получены в опытах № 13 и 14, где воспалительная реакция на месте операции более выражена и заметно отразилась на общем состоянии животных (повышение температуры до 41°, частый пульс — 140 в минуту, рвота, отказ от приема пищи и т. д.).
Уровень пенициллина в спинномозговой жидкости в опыте № 14 через 5 минут после вливания был равен 3,2 единицы, в опыте № 13 — 0,8 единицы, а через 15 минут он в обоих опытах находился на одном уровне (3 единицы), причем это количество пенициллина в ликворе в опыте № 13 оставалось без изменения в продолжение часа.
Следовательно, наличие выраженного воспалительного процесса после операции вызвало понижение защитной функции гемато-энцефалического барьера, в результате чего содержание пенициллина в спинномозговой жидкости резко увеличилось.
Количество пенициллина в венозной крови неодинаково. В опытах № 12 и 14 уровень пенициллина в ликворе был выше, чем в крови вен шеи и бедра. В опытах же № 11 и 13 количество пенициллина в венозной крови намного превышало его содержание в ликворе.
Выводы
1. Проходимость гемато-энцефалического барьера для пенициллина при введении в сонную артерию 10 000 или 30 000 единиц животным в нормальных условиях ограничена.
2. При увеличении дозы пенициллина до 60 000—100 000 единиц отмечается уменьшение сопротивляемости гемато-энцефалического барьера и появление препарата в спинномозговой жидкости в количестве 0,8—1,6 единицы.
3. Оперативное вмешательство на черепе прямого влияния на состояние гемато-энцефалического барьера не оказывает. Пенициллин и при этом проходит в ликвор в таких же небольших количествах (0,2—0,4 единицы), как это имеет место в опытах, поставленных в обычных условиях.
4. Наличие воспалительного процесса в мозгу после трепанации заметно понижает сопротивляемость гемато-энцефалического барьера, в результате чего количество пенициллина в спинномозговой жидкости увеличивается до 3—6,4 единиц.
5. Уровень пенициллина в венозной крови у оперированных животных ниже, чем в опытах, где трепанация не производилась.
ЛИТЕРАТУРА
Штерн Л., Гемато-энцефалический барьер. Сборник работ Л. Штерн и сотрудников, 1935. — Ермольева, Пенициллин, М., 1946.
