Данный обзор посвящен анализу существующих представлений о различных аспектах криовоздействия на поджелудочную железу, а также представляет авторскую точку зрения на патофизиологические механизмы криовоздействия на ткань этого органа. Обоснование и интерпретация криовоздействия на поджелудочную железу в различных работах имеют чрезвычайно широкий спектр: от криовоздействий лечебного характера [1, 2, 24] до целенаправленного криоповреждения ткани железы [4, 5, 10].
Сопоставить эти точки зрения сложно, прежде всего, по причине разнородности исходных логических позиций. Однако противоречивость этих позиций – кажущаяся, так как она отражают прежде всего разные цели криовоздействия, а не его механизмы, в которых всегда основным фактором является криоповреждение ткани поджелудочной железы. Если это ткань патологически измененная в результате травмы органа, развития панкреонекроза, опухолевого процесса, либо иных причин, то криодеструкция, либо криоэкстирпация такой ткани, безусловно, направлена на получение лечебного эффекта. Воздействие холодом на неповрежденную здоровую ткань железы имеет место в экспериментальных исследованиях с целью моделирования патологических процессов по типу острого панкреатита или панкреонекроза.
В лечебных и экспериментальных целях криовоздействие на поджелудочную железу получило достаточно широкое распространение.
В экспериментальных и клинических исследованиях для криовоздействия на поджелудочную железу чаще всего применяют криоаппликаторы криохирургических комплексов и устройств, использующих в качестве хладоагента жидкий азот [4, 13, 8] либо орошение поверхности железы струей хлорэтила [3, 15, 21].
Криоаппликация поджелудочной железы проводится с целью остановки кровотечения при травме органа, для прекращения аутолиза в месте повреждения и подавления экзосекреторной функции, предотвращения формирования свищей и кист, развития ферментативного перитонита, ограничения панкреонекроза и снижения эндогенной интоксикации, что в целом позволяет добиться эффективного лечения заболеваний железы [1, 12, 19].
При этом наиболее обсуждаемыми вопросами методических аспектов охлаждения ткани органа являются параметры криовоздействия – время и температура, до которой необходимо охладить ткань железы для достижения необходимого эффекта, а также количество циклов и локализацию точек криоаппликации. Утверждается, что холодовая деструкция ткани поджелудочной железы возможна лишь при ее охлаждении до температуры –20 °С [22].
Охлаждение всей ткани железы в температурном диапазоне от 0 до –20 °С приводит к образованию зон глубокой гипотермии без формирования локусов крионекроза. В экспериментальных исследованиях по определению оптимального времени криоаппликации [7] показано, что криовоздействие на ткань поджелудочной железы следует производить с такой экспозицией воздействия криоаппликатора, которая позволяет добиться снижения температуры задней поверхности органа до –20 °С.
Лишь в этом случае регенерация фокуса криоаппликации протекает в асептических условиях, не сопровождаясь лейкоцитарной инфильтрацией. Оптимальной оказалось экспозиция в 120 секунд воздействия криоаппликатора в каждой точке при условии, что рабочая температура наконечника криоаппликатора – 195 °С
В экспериментальных исследования на крысах [8, 9, 10] оценивалось эффективность криогенного способа моделирования патологии поджелудочной железы. Локальное охлаждение железы производили путем соприкосновения криохирургического наконечника в течение 60 секунд при температуре –20° С, –60 °С, –100 °С, –140 °С и –180°С. Структурные изменения, вызванные криовоздействием, определены как стадии развития острого панкреатита (при воздействии в диапозоне –20 °С и –60 °С) с распространением поражения панкреатической клетчатки, большого сальника и брыжейки кишок (при гипотермии в температурных режимах –100°С и 148°С) и развитием геморрагического панкренекроза и серезно-геморрагического перитонита при охлаждении ткани железы при температуре –180°С.
Что касается моделирования острого экспериментального панкреатита с использованием криоповреждения ткани поджелудочной железы, то многие исследователи, упоминавшие в публикациях воспроизведения острого «холодового» экспериментального панкреатита, либо панкреонероза не углубляются в обсуждение патогенеза и патофизиологических механизмов, что в конечном итоге и не очень существенно. Важен факт совершенно доказанной результативности и стабильности этого методического приема моделирования патологии пожелудочной железы [8,11,14].
От криохирургии заболеваний поджелудочной железы до их криомоделирования целеполагающая дистанция не близкая, но это не отрицает очевидность и необходимость существования и того, и другого. Более того, очевидная необходимость понимания патофизиологических механизмов криовоздействия на поджелудочную железу во всех случаях однозначно определяет целесообразность их исследования, так как медицинские проблемы, связанные с патологией поджелудочной железы, далеки от полного решения и имеют тенденцию ко все большей актуализации.
Одно из первых объяснений механизма повреждающего действия глубокого охлаждения ткани поджелудочной железы базировалось на представлениях о физических явлениях при замерзании воды в тканях органа и механических воздействиях на ткань формирующихся кристаллов льда. Считается, что в механизме повреждающего действия криовоздействия на живые ткани существенную роль играют изменения, происходящие с водой, находящейся внутри клеток и вне клеток [2]. Основными повреждающими факторами при замораживании является образование внутриклеточного льда и обезвоживание клетки. Образование внутриклеточного льда характерно для большой скорости охлаждения (более 10 К/мин). Кристаллизация внутриклеточной воды приводит к увеличению объема мембранных структур (ядро, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, эндоплазматическая сеть, цитоплазматическая мембрана и пр.). Эти структуры разрушаются. Обезвоживание клетки характерно для небольшой скорости охлаждения (менее 10 К/мин). Потеря клеткой воды происходит вследствие вымораживания воды во внешней среде и повышения концентрации растворенных в ней веществ. При охлаждении клетка может потерять до 80-90 % воды, при этом разрушаются гидратированные комплексы с макромолекулами, что приводит к так называемой «криоденатурации» – потере биологическими полимерами (прежде всего белками и белковыми комплексами) третичной и четвертичной структуры, что приводит к необратимой утрате функций этих полимеров [27,30]. Фазовый переход, наступающий при превращении воды в лед, увеличивает объем воды почти на 10 % как внутри клетки, так и в околоклеточном пространстве, что оказывает повреждающее действие на клеточные мембраны [9]. Сначала замерзает межклеточная жидкость, затем внутриклеточная вода. Образующиеся и растущие по мере углубления охлаждения кристаллы льда совершают вращательное движение вокруг центров кристаллизации. При этом кристаллы льда повреждают, «режут» клеточные и внутриклеточные мембраны [20].
Повреждение клеточных мембран и структурных компонентов клетки приводит к осмотическим сдвигам по типу осмотического шока, изменениям рН и содержания электролитов, что сопровождается денатурацией и изменениям биомакромолекул и субклеточных структур, а также прекращением подвижности протоплазмы клеток и развитием термального шока.
Патомофоз криоиндуцированных панкреатических эффектов представлен в научной литературе многими исследователями [6,21,9], но патофизиологические аспекты проблемы в большинстве работ представлены цитированием публикации о роли панкреатических гидролаз в аутолизе ткани поджелудочной железы и факторах, запускающих этот процесс [9,18,13].
Повреждение мембран ацинарных клеток поджелудочной железы лежит в основе развития острого панкреатита (20, 2, 6), вызывая усиленный приток внеклеточных ионов Са2+ , которые инициируют процессы внутриклеточной активации трипсиногена при участии лизосомального катепсина Б [28, 29]. Поврежедение панкреацитов сопровождается выделением активированных гидролаз и запуском процесса аутолиза ткани железы [18].
В развитии криоповреждения ткани поджелудочной железы существенным фактором является нарушение кровообращения в замороженных тканях [1,23]. В результате криовоздействия на период промерзания ткани полностью прекращается кровообращение и лимфоток. К тканям не поступает кислород и развивается их ишемия, полностью тормозятся все обменные процессы, останавливаются биохимические и физиологические реакции, включая энергетические процессы в митохондриях. После криовоздействия на поджелудочную железу магистральные сосуды органа не изменяют свою структуру, в средних и мелких – развиваются явления стаза и тромбоза с последующей реканализацией. В нервных структурах органа имеют место выраженные дегенеративные и деструктивные изменения, присущие частичной холодовой денервации поджелудочной железы [11]. Утверждается, что в основе развития патологии поджелудочной железы и экспериментального ее повреждения криовоздействием лежат общие патогенетические механизмы [10].
Все вышеизложенное не подвергается сомнению и, тем более, отрицанию, но, по-нашему мнению, может быть дополнено новыми представлениями, являющимися результатом анализа данных, полученных в ходе многолетних исследований по различным аспектам эффектов криовоздействия на поджелудочную железу в эксперименте. Это в первую очередь касается роли ишемически-реперфузионного повреждения ткани поджелудочной железы после ее глубокого охлаждения и сопутствующих этому патофизиологическому процессу многогранных изменений системы про/антиоксиданты, цитокинового статуса, инициации окислительного повреждения тканей, накоплению в них активированных нейтрофилов и других проявлений реакции поджелудочной железы на криовоздействие.
Мы моделировали по методу П.С. Симаворяна «холодовой» острый панкреатит у крыс, многократно в ходе различных исследований на протяжении 35 лет с высокой воспроизводимостью верифицированной последующими морфологическими исследованиями.
По этой методике, у крыс, находящихся под наркозом, в асептических условиях, используя хирургический доступ к органам брюшной полости, воспроизводят острый панкреатит средней тяжести путем орошения струей хлорэтила обеих поверхностей селезеночной части поджелудочной железы до появления налета инея. Ткань орошенного участка железы при этом промерзает, а ее температура понижается до -25-30 °С. После спонтанного оттаивания витальная картина охлажденного участка очень существенно отличается от вида ткани поджелудочной железы, не подвергавшейся орошению хлорэтилом.
Макроскопическая и гистологическая картина ткани поджелудочной железы в наших исследованиях в большой мере соответствовала описанию патоморфологических изменений железы, представленных в доступной литературе, что позволяет не детализировать полученные нами [6, 14, 15, 16], а также другими авторами [5, 9, 17] результаты светооптических исследований, а сфокусироваться на их анализе в ракурсе обсуждения патофизиологической роли реперфузионного повреждения ткани поджелудочной железы в процессе развития острого экспериментального панкреатита, воспризведенного по «холодовой» модели. В известных нам публикациях, проанализированных по итогам тщательного поиска в ведущих мировых базах научных данных, такого обсуждения ранее не проводилось. Сам факт ишемически реперфузионного повреждения ткани поджелудочной железы зафиксирован в научных публикациях неоднократно и его реальность сомнений не вызывает [25,26].
В процессе анализа событий в ткани поджелудочной железы крыс в период глубокого охлаждения локуса ее селезеночного сигмента мы за отправной момент приняли очевидный факт прекращения циркуляции крови и лимфы в этом участке ткани железы на время от ее промерзания до момента спонтанного оттаивания. Длительность однократного криовоздействия хлорэтилом на обе поверхности селезеночного сегмента составляла 2-3 минуты, а спонтанное оттаивание промерзшего участка происходило через 5-7 минут. В ряде экспериментов мы производили повторное орошение хлорэтилом этого же локуса железы после его оттаивания. В целом, период прекращения циркуляции крови и лимфы в охлажденном участке железы и, соответственно, период ее ишемизации продолжался 8-10 минут. После оттаивания ткани железы в участке, подвергнутом криовоздействию, кровоток возобновлялся, то есть имела место реперфузия локуса ткани железы, подвергнутого глубокому охлаждению.
Таким образом, в процессе моделирования «холодового» острого экспериментального панкреатита имело место ишемически-реперфузионное воздействие на ткань поджелудочной железы.
По нашему мнению, именно это обстоятельство во многом определяет последующее развитие патоморфологических изменений поджелудочной железы по типу острого панкреатита. Ишемически-реперфузионное повреждение поджелудочной железы начинает формироваться уже в первые часы после моделирования «холодового» острого панкреатита и, по сути, является пусковым моментом патоморфоза железы и определяет последующие события, когда развиваются выраженные структурные и функциональные нарушения, имеющие множественные разнообразные, характерные для острого экспериментального панкреатита, проявления.
Все вышесказанное позволяет заключить, что эффекты криовоздействия на ПЖ в значительной степени определяются патофизиологическими реакциями процесса ишемии-реперфузии как ответа организма на действие повреждающего фактора – глубокого охлаждения ткани органа. Механизмы этого патофизиологического процесса у живых существ генетически детерминированы и реализуются во взаимосвязи множества проявлений ответа организма на агрессию, которой и является криовоздействие на ткани и органы.