Модели доклинического изучения ишемического и геморрагического инсультов

Введение

Инсульт в настоящее время является второй причиной смертности (около 7 миллионов) и третьей причиной инвалидизации населения [1]. По прогнозу Комиссии по неврологии WSO/Lancet по инсульту в период с 2020 по 2050 годы смертность от инсульта увеличится на 50 % (с 6,6 млн человек в год до 9,7 млн). Ишемический инсульт (ИИ) составляет 65,4 %, внутримозговое кровоизлияние (ВМК) — 28,8 %, а субарахноидальное кровоизлияние (САК) — 5,8 % от числа случаев инсульта [2]. Причинами ишемического инсульта (ИИ) являются стеноз, тромбоэмболия или тромбоз мозговых сосудов, а геморрагического инсульта (ГИ) — разрыв кровеносного сосуда в структуре мозга или под оболочкой мозга, а также геморрагическая трансформация ИИ (от небольших петехиальных диапедезных кровоизлияний до внутримозговой гематомы).

Ишемический инсульт

Около 50 % случаев ИИ вызваны атеросклерозом крупных сосудов и разрывом атеросклеротической бляшки, около 20 % вызваны кардиоэмболией и около 25 % ИИ проявляются лакунарными инфарктами из-за заболевания мелких сосудов и окклюзии глубоких перфорирующих артерий [3], а 5 % составляют васкулит или расслоение экстракраниальной артерии [4].

Факторами риска ИИ являются гипертония, сахарный диабет, заболевания сердца, курение, гиперхолестеринемия. Кардиоэмболический ИИ становится наиболее частым подтипом с увеличением возраста, в то время как заболевание мелких сосудов головного мозга является причиной ИИ у молодых людей [5], но также увеличивается с возрастом — от 5 % у людей в возрасте 50 лет и почти до 100 % у людей старше 90 лет [6]. Кроме того, существуют различия в распределении подтипов ИИ среди разных этнических групп [7]. Наконец, не всегда ИИ может быть с известной этиологией, поэтому следует иметь в виду, что определённое число случаев ИИ имеют неустановленную причину и называются криптогенными инсультами [8].

В то время как атеросклероз и кардиоэмболия часто вызывают инфаркты как в сером, так и в белом веществе мозга, лакунарные инфаркты обычно наблюдаются только в подкорковом белом или глубоком сером веществе мозга. Поэтому основные подтипы ИИ существенно различаются по профилям экспрессии РНК в крови [9].

В результате ишемического поражения мозга у пациентов с ИИ наблюдается повреждение нейронов, глиальных клеток и кровеносных сосудов. Нейроны в центре ишемической области (ядро инфаркта) подвергаются колликвационному некрозу, процессу, при котором тело и аксоны нейронов исчезают [10, 11]. В крупных нейронах наблюдается отёк, вакуолизация нейроплазмы и исчезновение ядра и ядрышка. Формы более мелких нейронов искажаются, а ядро клетки уплотняется. Эти симптомы указывают на серьёзное повреждение органелл, включая митохондрии, которые больше не функционируют должным образом и не могут производить энергию для клетки, а также поражения выявляются в глиальных клетках, астроцитах, олигодендроцитах и микроглиальных клетках [12].

Полутень или пенумбра, которая содержит жизнеспособные нейроны, окружающие ишемическую область, также отличается тем, что в ней имеются так называемые «красные нейроны» или «ишемические нейроны». Эти нейроны характеризуются несколькими факторами, такими как ацидофильная цитоплазма, изменения нейрональных белков и распад эндоплазматических рибосом и телец Ниссля [13].

Большинство случаев ИИ вызвано преходящей или постоянной окклюзией церебрального кровеносного сосуда, которая и приводит к инфаркту мозга. Окончательный размер инфаркта и неврологический исход зависят от множества факторов, таких как этиология и локализация инфарктов, длительность и тяжесть ишемии, наличие коллатералей и уровень системного артериального давления, а также от возраста, пола, сопутствующих заболеваний с соответствующей медикаментозной терапией пациента и его генетическим фоном [14]. Таким образом, ИИ — чрезвычайно сложное и гетерогенное заболевание.

Главным подходом при лечении ИИ, возникающего в результате тромбоза сосудов мозга, является использование тромболитиков (плазминоген tPA), которые разрушают тромб и являются единственным одобренным FDA терапевтическим средством для лечения ИИ. Также используется механическое удаление тромба — тромбоэкстракция или тромбоэктомия. Однако эти способы лечения ограничены во времени и составляют 3–4,5 часа с момента появления симптомов инсульта. Реканализация (тромболизис, тромбоэкстракция и тромбоэктомия) за пределами этого терапевтического временного окна часто приводит к геморрагической трансформации, которая может вызвать дополнительные повреждения мозга, такие как патехиальные кровоизлияния вдоль границ ишемии, сливные патехиальные кровоизлияния в зоне ишемии, паренхиматозные гематомы, дессекцию артерий [15–17].

Реперфузия играет важную роль в исходах у пациентов, перенёсших ИИ, поскольку она способствует восстановлению нормального уровня мозгового кровотока и позволяет избежать прогрессирования событий в ядра инфаркта. Однако реоксигенация во время реперфузии часто усугубляет ишемическое повреждение, прежде всего из-за индукции окислительного стресса [18], тем самым способствуя дополнительной гибели нейронов [19]. Поэтому важное значение приобретает нейропротекторная терапия препаратами, обладающими цереброваскулярными, антиоксидантными свойствами [20–22].

Для поиска новых подходов и препаратов для лечения ИИ необходимы доклинические исследования на адекватных моделях на животных. Моделирование ИИ на животных служит незаменимым инструментом для изучения механизмов ишемического повреждения головного мозга, а также для разработки новых противоишемических препаратов.

Большинство моделей ИИ проводятся на грызунах, и каждая модель имеет свои сильные и слабые стороны. Воспроизведение всех проявлений инсульта, наблюдаемых у человека, в одной модели на животных невозможно, поскольку ИИ является гетерогенным заболеванием. Экспериментальные модели инсульта могут охватить лишь отдельные специфические аспекты этого многогранного заболевания.

Согласно нашим представлениям, модель церебральной ишемии на животных должна отвечать следующим критериям: ишемические процессы и патофизиологические реакции должны быть релевантны инсульту у человека, размер ишемического поражения должен быть воспроизводимым, методика, используемая для выполнения моделирования, должна быть минимально инвазивной, физиологические переменные могут контролироваться и поддерживаться в пределах нормы, образцы мозга должны быть легко доступны для измерения результатов, таких как гистопатологическая, биохимическая и молекулярно-биологическая оценка. Эти критерии изучения ИИ в эксперименте используются также и в зарубежных исследованиях ИИ [23, 24].

Моделирование ишемического инсульта

Модели ишемического инсульта in vitro

Существуют два основных in vitro способа вызвать ишемию клеток — путём дефицита кислорода и глюкозы, либо химической или ферментативной блокадой клеточного метаболизма. Наиболее часто используемой in vitro моделью церебральной ишемии является комбинированная кислородно-глюкозная депривация. Для этого в инкубаторе с культивируемыми клетками или срезами мозга заменяют атмосферу. Обычная среда, уравновешенная О2/СО2, заменяется на среду, уравновешенную N2/СО2, в гипоксической камере, в которой отсутствует глюкоза. Основными клеточными платформами являются: органотипические срезы мозга и первичные клеточные культуры соответственно. Органотипический срез мозга имеет преимущество функциональной системы с сохранением нейронной морфологии и наличием глиальных клеток и сетевых связей и позволяет отделить ишемические эффекты для нейрональной ткани от эффектов, вызванных воздействием на цереброваскулярную систему.

Для моделирования in vitro ИИ используются модели нейроваскулярной единицы (НВУ)/гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), воспроизводящие межклеточные взаимодействия и имитирующие кровоток и анатомические особенности мозга. Достоинство модели in vitro заключается в отражении основных механизмов и молекулярных путей гибели клеток в условиях ишемии, а также в части возможности работать с человеческими клетками. Последние достижения наблюдаются в области моделей НВУ, напечатанных на 3D-принтере, которые, как ожидается, станут многообещающей системой для более надёжных механистических исследований и доклинического скрининга лекарственных средств для лечения ИИ [25].

Основным ограничением in vitro моделей ишемии мозга является отличие фактического ответа отдельных типов клеток, составляющих часть мозговой ткани, от объединённого ответа пораженной инсультом ткани на моделях инсульта in vivo у грызунов.

Модели ишемического инсульта in vivo

Все используемые модели ИИ in vivo можно разделить по характеру распространения поражения на модели глобальной ишемии и модели локальной ишемии, а по времени окклюзии сосудов — на модель постоянной ишемии и модели транзиторной ишемии. Следует отметить, что в моделях на животных в основном выполняются транзиторные проксимальные окклюзии, тогда как у пациентов чаще наблюдаются постоянные проксимальные, а также постоянные дистальные окклюзии [26].

Модели фокальной ишемии мозга

В экспериментальных исследованиях широко используется модель фокальной ишемии мозга, при которой кровоток снижается в определённой области мозга. Модели фокальной церебральной ишемии осуществляются путём механической окклюзии сосудов или методами эмболизации [27]. В настоящее время эта модель используется в 5 вариантах: транскраниальная окклюзия, эндоваскулярная нитевидная окклюзия средней мозговой артерии (СМА), эмболическая окклюзия, модель фототромбоза, окклюзия эндотелином-1 (эндогенный пептид с мощными и длительными вазоконстрикторными свойствами).

Поскольку СМА поражается у больных чаще всего (почти в 50 %), большинство моделей фокальной ишемии связаны с окклюзией этой артерии. Окклюзия СМА в основном приводит к повреждениям коры и полосатого тела, но выраженность инфаркта зависит от локализации и продолжительности окклюзии, а также от количества коллатерального кровоснабжения СМА. Наиболее часто используется эндоваскулярная модель с использованием филаментов, с помощью которых можно моделировать как постоянную, так и транзиторную локальную ишемию [28, 29]. Размер ишемического поражения значительно варьирует в зависимости от длительности ишемии. Для получения воспроизводимых объёмов инфаркта требуется 90–120 мин ишемии. Поражение, вызванное фокальной ишемией более чем 3 часа, необратимо.

При реканализации окклюдированной артерии с использованием модели транзиторной церебральной ишемии, как это происходит при транзиторных ишемических атаках у людей или после терапевтической реканализации, можно оценить последствия реперфузии на ишемической территории (реперфузионное повреждение) [30, 31].

Достоинствами моделей фокальной ишемии мозга являются чёткая локализация инфаркта (в основном СМА), наличие полутени, повреждения гематоэнцефалического барьера, воспалительных процессов. К недостаткам модели можно отнести: наличие больших инфарктов, имитирующих злокачественный инфаркт [32], быстрая реперфузия за счёт удаления нити [33], неравномерное снижение мозгового кровотока [34].

Модели тромбоэмболического инсульта мозга

Преимуществами моделей тромбоэмболии являются возможность тестировать тромболитические препараты, оценивать ишемическое поражение, подвергшееся тромболизису и изучать комбинированную терапию тромболитическими препаратами и нейропротекторами.

Хотя стандартизированная модель тромбоэмболии на животных до сих пор отсутствует, но полученные данные на моделях тромбоэмболической фокальной ишемии наглядно демонстрируют важность изучения формирования и состава эмболов, используемых для индукции стойкого снижения мозгового кровотока и воспроизводимых поражений, при этом обструктивные эмболы должны располагаться в проксимальном сегменте крупной питающей артерии [35, 36]. Характеристики эмболов (сгустков) могут влиять на эффективность метода механической тромбэктомии и тромболизиса.

Многие соединения и искусственные эмболические материалы используются для индукции ишемии путём инъекции в общую сонную или внутреннюю сонную артерии, чаще всего у крыс, но также и у более крупных животных, в том числе у приматов. Для получения эмболии применяются вязкий силикон [37], коллаген [38], поливинилсилоксан [39] и гетерологичные атероэмболы [40].

Среди моделей эмболии без образования тромба более изученной моделью является микроэмболизация, вызванная микросферами [41, 42]. Развитие поражения, вызванного микросферами, происходит медленно, увеличиваясь в размере в течение 24 часов после инъекции. Эта модель может обеспечить более широкое терапевтическое окно для тестирования лекарственных средств при инсульте, а также вызывает мультифокальные и гетерогенные поражения [43]. Достоинствами метода являются: наличие тромбоэмболических инфарктов, перманентной ишемии, полутени, ишемической гибели клеток, наличие воспаления. К недостаткам этой модели относится постоянная ишемия без возможности реперфузии, множественная закупорка сосудов, артериол и капилляров, что приводит к перераспределению кровотока, нарушению гематоэнцефалического барьера и вазогенному отёку [44].

К тромбоэмболическим моделям относится модель с использованием фототромбоза, когда кортикальный инфаркт вызывают путём системной инъекции фотоактивного красителя (чаще всего бенгальского розового) в сочетании с облучением световым лучом определённой длины волны. Образование синглетного кислорода приводит к очаговому повреждению эндотелия, активации тромбоцитов и агрегации как в пиальных, так и в интрапаренхиматозных сосудах в пределах облучённой области [32, 45–47]. Область облучения может быть определена таким образом, чтобы вызвать ишемическое поражение в любой желаемой области коры. Преимущество этой модели заключается в том, что она решает вопросы, связанные с исследованиями лекарств и оценкой восстановления нейронов. К другим преимуществам этой модели относятся минимальное хирургическое вмешательство, высокая воспроизводимость поражений и низкая смертность животных.

Однако фототромботическое ишемическое поражение не имеет полутени, поскольку вазогенный отёк и разрушение ГЭБ в очаге поражения происходят в течение нескольких минут. Другим недостатком модели фототромбоза является то, что повреждение, вызываемое этим методом, носит окклюзионный характер и устойчиво к терапии, основанной на усилении коллатеральной перфузии.

В последних сообщениях литературы представлена минимально инвазивная модель тромботического инсульта с помощью доставки магнитных частиц, которая не требует краниотомии, поддаётся реперфузионной терапии, может комбинироваться с методами визуализации in vivo и может быть выполнена на бодрствующих мышах [48]. Модель основана на доставке пегилированных магнитных наночастиц, которые притягиваются к средней мозговой артерии (СМА) магнитом, размещённым на черепе. Модель приводит к воспроизводимым кортикальным инфарктам в бассейне СМА с цитологическими и иммунными изменениями, аналогичными наблюдаемым при более инвазивных моделях.

Модель окклюзии средней мозговой артерии с использованием эндотелина-1

Эндотелин-1 (ET-1) — это мощный вазоконстриктор, продуцируемый эндотелиальными клетками [49]. Окклюзия артерии достигается путём инъекции ET-1 непосредственно в СМА или рядом с ней, что приводит к локальной ишемии коры и полосатого тела. Эта модель вызывает длительную вазоконстрикцию, что приводит к инфаркту. Размер инфаркта зависит от концентрации ET-1 [50]. Преимущества модели: простота, минимальная инвазивность, отсутствие необходимости в краниотомии, возможность проводить поведенческие тесты сразу после вмешательства. Модель хорошо подходит для изучения долгосрочных последствий ишемии и восстановительных процессов. Недостатки: вариабельность размера инфаркта, необходимость стереотаксической инъекции [51].

Модели глобальной ишемии мозга

Модель двухсосудистой окклюзии (модель 2-VO)

Модель перманентной двусторонней окклюзии общих сонных артерий (2-VO) приводит к хронической церебральной гипоперфузии. Эта модель широко используется для изучения сосудистой деменции и когнитивных нарушений при хронической ишемии мозга. У крыс после 2-VO наблюдается снижение мозгового кровотока на 40–60 % в коре и гиппокампе, что сохраняется в течение нескольких месяцев. Модель характеризуется избирательной уязвимостью нейронов гиппокампа (поля CA1), нарушениями обучения и памяти [52, 53]. Важно отметить, что 2-VO сама по себе может не вызывать явного инфаркта, но приводит к стойким изменениям электрофизиологической активности мозга [54], нейропатологических изменений и постоянного окислительного стресса [53]. Кроме того, данная модель даёт возможность изучать ишемические повреждения белого вещества мозга и при ишемической болезни глаз.

Модель 2-VO на крысах можно использовать для разработки нейропротективных стратегий не только при ИИ, но и при других нейродегенеративных заболеваниях, в том числе, связанных с когнитивной дисфункцией при старении и болезни Альцгеймера [53, 55–58].

Последствиями 2-VO являются избирательная уязвимость нейронов коры головного мозга (гибель пирамидных нейронов 3–4 слоев неокортекса, гранулярного слоя неокортекса (2 слой) и общая дезорганизация нейрональных слоев коры), нейронов гиппокампа (гибель пирамидных нейронов поля CA1 и CA3 и зубчатой зоны гиппокампа), а также уязвимость мелких и средних нейронов дорсовентрального стриатума [59]. Кроме того, уровни экспрессии hnRNPA2/B1 и GABAAR-α1 значительно снижены в гиппокампе у крыс с 2-VO [60].

Модель четырёхсосудистой окклюзии (модель 4-VO)

Модель 4-VO на крысах заключается в электрокоагулировании позвоночных артерий между первым и вторым поперечными отростками через дорсальный разрез с временной двусторонней окклюзией общих сонных артерий микрососудистыми клипсами через 10, 20 или 30 минут после окклюзии позвоночных артерий [61]. Однако невизуальная электрокоагуляция позвоночных артерий часто приводит к неполной окклюзии, что может помешать созданию успешной модели.

Глобальная преходящая ишемия

Для изучения нарушений мозгового кровообращения используют глобальную преходящую ишемию (ГПИ) методом транзиторной двусторонней окклюзии сонных артерий в сочетании со снижением среднего артериального давления до 50 мм рт. ст., что достигается кровопусканием с последующей реперфузией и реинфузией, которая представляет собой ишемическую модель переднего мозга. Авторадиографические измерения локального мозгового кровотока показали, что в этих условиях снижается мозговой кровоток в неокортексе, гиппокампе и хвостовом ядре до значений, близких к нулевым, при этом скорость кровотока в ряде подкорковых областей вариабельна [62].

С использованием лазерной допплеровской флоуметрии показано, что после глобальной преходящей ишемии и реперфузии кровоток в коре головного мозга крыс снижается на 30–40 % от исходного уровня и остаётся сниженным в течение всего времени наблюдения [63]. В условиях ГПИ в полосатом теле мозга наблюдается повышение содержания глутамата и понижение уровня ГАМК [64], снижение активности каталазы, усиление свободно-радикального окисления, а также достоверное уменьшение содержания фактора роста нервов NGF в гиппокампе, повышение уровня стресс-белка HSP70 [65, 66]. В рамках этой модели также показано, что гипоперфузия ухудшает исследовательское поведение животных в тесте закрытого крестообразного лабиринта [63].

Модель стеноза сонных артерий

Одной из моделей, близкой к клиническим проявлениям ишемического поражения мозга, является модель стеноза сонных артерий (ССА), которая заключается в частичной перевязке сонных артерий, когда просвет сосуда остаётся в пределах 30–50 %, наблюдается нарушение двигательных и когнитивных функций, морфологические изменения в ткани мозга, а также снижение уровня ГАМК А R-α1 в гиппокампе [60, 67].

Модель ССА была использована в наших исследованиях для изучения как нарушений мозгового кровотока, так и неврологических изменений поведения и когнитивных функций. Кровоток в коре мозга крыс в условиях ССА снижается в среднем на 30 %, а через неделю у этих животных на фоне лечения нейропротекторами когнитивные функции улучшаются, а также активируется ГАМК-ергическая система [68, 69].

Модель гравитационных перегрузок

Одним из методов глобальной ишемии мозга является модель гравитационных перегрузок, которая моделирует глобальную преходящую ишемию и последующее реперфузионное повреждение головного мозга [70–73].

Достоинство модели заключается в том, что эксперименты проводятся на бодрствующих животных (не требуются операционные вмешательства) и имеется возможность создания как острого мозгового нарушения, так и хронического в зависимости от величины перегрузок. Модель даёт возможность изучать влияние различных уровней гипергравитации на нейрональную активность мозга, иммунную систему, физиологические функции и взаимодействия между физиологическими системами [74, 75].

Одним из важных фактов при ишемическом инсульте у человека, игнорируемым в большинстве доступных моделях на животных, является возникновение спонтанной реперфузии, которая наблюдается в течение первых часов после начала инсульта [76]. В начале развития ИИ ядро инфаркта необратимо повреждается, а полутень расширяется примерно в течение 3 часов на 2/3 от максимально возможной площади, поэтому ранняя реперфузия может частично восстановить даже сердцевинную ткань с вторичным отсроченным повреждением, развивающимся до 3 недель после начала инсульта в зависимости от ишемического интервала [33]. Периинфарктный кровоток также может поддерживаться коллатералями через виллизиев круг и/или лептоменингеальные анастомозы. Поэтому важное значение имеет раннее восстановление кровообращения.

Кардиогенные инсульты

По данным литературы, частота сочетания инфаркта миокарда и церебрального инсульта у больных в клинике колеблется от 1,3 до 12,8 %, чаще это наблюдается в первые 2 недели заболевания [77–80]. По данным медицинских регистров (12 регистров ССЗ), созданных под руководством НМИЦ ТПМ Минздрава России, доля лиц, перенёсших инсульт на фоне инфаркта, составляет около 20 %. За 10 лет смертность таких пациентов (госпитализированных) достигает 69 %, относительно пациентов с ИИ (46,4 %) и с инфарктом миокарда (47 %) [81].

Учитывая распространённость сосудистой коморбидности инфаркта и инсульта в клинике, разработана модель сочетанной сосудистой патологии мозга. У крыс сначала воспроизводится инфаркт миокарда путём перевязки нисходящей коронарной артерии. Через трое суток после установления экспериментального инфаркта, который подтверждается данными с регистрацией электрокардиограммы крыс во II стандартном отведении, у животных с подтверждённым инфарктом проводится глобальная преходящая ишемия, которая осуществляется путём окклюзии сонных артерий в течение 10 минут с параллельным понижением артериального давления путём забора крови из бедренной артерии до уровня давления в 50 мм рт. ст. После снятия зажимов с сонных артерий и реинфузии крови проводится наблюдение изменений мозгового кровотока и артериального давления. В этих условиях при изучении противоишемических препаратов оказалось, что происходит изменение их цереброваскулярной активности, у одних препаратов сосудистый эффект усиливается, а у других, наоборот, исчезает [82–85].

Моделирование геморрагического инсульта

Субарахноидальное кровоизлияние

Субарахноидальное кровоизлияние (САК) — это кровоизлияние в полость между паутинной и мягкой мозговыми оболочками, которое может произойти спонтанно, обычно вследствие разрыва артериальной аневризмы, или в результате черепно-мозговой травмы [86]. При САК резко возрастает внутричерепное давление, развивается отёк и ишемия головного мозга. Следствием кровоизлияния может стать угнетение сознания, паралич и даже летальный исход. После САК почти 15 % пациентов умирают до госпитализации, и только менее 50 % выживших, получивших адекватное профессиональное лечение, могут вернуться к своей прежней жизни, а остальные 50 % пациентов страдают от проявлений неврологического дефицита, что делает их зависимыми от посторонней помощи на всю оставшуюся жизнь [87]. Серьёзным осложнением САК является вазоспазм сосудов мозга, приводящий к снижению кровотока. Симптоматический церебральный вазоспазм (30 % больных) — основная причина последующей инвалидизации и смертности у больных с разрывом аневризмы [88].

Для исследования патофизиологии САК существует несколько хорошо изученных моделей на животных, которые используются в течение последних 40 лет. Модели с использованием перфорации внутрисосудистой нити внутричерепной артерии (Виллизиева круга) или прямая инъекция крови в большую цистерну или прехиазмальную цистерну являются наиболее часто используемыми процедурами [89–91]. Преимущество инъекционной модели заключается в том, что объём крови при САК можно контролировать [92]. Однако эта модель, хотя и отображает более «естественный» путь этого заболевания, недостаточно точно имитирует острые патофизиологические изменения и имеет высокий уровень смертности.

Модели внутримозгового кровоизлияния

Внутримозговое кровоизлияние (ВМК) обусловлено разрывом патологически изменённых стенок церебральных сосудов или диапедезом (процесс выхода форменных элементов крови через стенки кровеносных сосудов в ткань мозга в результате воспаления тканей, окружающих сосуды). Причиной кровоизлияния в головной мозг чаще всего является гипертоническая болезнь (80–85 % случаев). Реже кровоизлияния связаны с атеросклерозом, заболеваниями крови, воспалительными изменениями мозговых сосудов, интоксикацией, авитаминозами и другими причинами.

Повреждение головного мозга после ВМК бывает первичным и вторичным. Первичное повреждение головного мозга возникает в острейшей стадии ВМК и включает механическое повреждение ткани перигематомы. Степень первичного повреждения зависит от местоположения и объёма гематомы. Чаще всего ВМК располагается в базальных ганглиях, таламусе и внутренней капсуле, которые богаты волокнами белого вещества и легко повреждаются механическим напряжением гематомы [93]. Вторичное повреждение головного мозга после ВМК — сложный процесс, который включает такие процессы, как нейровоспаление, окислительный стресс, отложение железа (в виде гемосидерина), отёк мозга и повреждение гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) [94]. Повреждение белого вещества приводит к неврологическим расстройствам, таким как сенсорные нарушения, двигательные дисфункции, когнитивные нарушения и эмоциональные расстройства [95–97]. Функциональные нарушения также тесно связаны с локализацией внутримозгового кровоизлияния и расширением гематомы [98].

Для моделирования ВМК используются различные виды животных: грызуны, кролики, кошки, собаки, свиньи, приматы. Экспериментальные модели ВМК доступны с 1960-х годов и включают внутримозговую инъекцию в головной мозг аутологичной крови [99] или бактериальной коллагеназы [100], раздувание баллона [101, 102] или разрыв мозгового кровеносного сосуда [103].

Модель внутримозгового кровоизлияния с использованием однократного введения аутокрови

Наиболее широко используемым методом для образования в мозге экспериментального животного гематомы является однократная инъекция аутокрови в головной мозг. Кровь берут из поверхностного сосуда и стереотаксически вводят в полосатое тело для создания модели гематомы. Быстрое накопление интрапаренхиматозной крови имеет значение для внутримозгового кровоизлияния у пациентов [104, 105].

Установлено, что в условиях модели ВМК церебральный кровоток снижается как вокруг гематомы, так и в окружающем мозге. Это изменение существенно зависит от объёма гематомы и не сопровождается значительными изменениями церебрального перфузионного давления [106, 107]. Объём вводимой крови варьирует в разных исследованиях и соответствует среднему размеру гематомы у человека [108]. Для хорошей воспроизводимости объёмов гематомы рекомендуется медленное введение 50 мкл крови шприцем Гамильтона в течение 5 минут [109]. Некоторые исследователи проводят двойные или множественные инъекции, что вызывает стойкий неврологический дефицит, отёк мозга и кортикальную гипоперфузию [110, 111]. Эта методика была адаптирована для мышей [110]. Преимуществом метода является высокая воспроизводимость, а недостатком то, что модель не воспроизводит разрыв кровеносных сосудов и не позволяет оценить повторное кровотечение.

Модель внутримозгового кровоизлияния с использованием коллагеназы

Модель ВМК, индуцированного коллагеназой, имитирует спонтанное внутрипаренхиматозное кровоизлияние, которое возникает у пациентов с внутримозговым кровоизлиянием [112]. Коллагеназа — белок, который разрушает коллаген в базальном слое ГЭБ, что в конечном итоге приводит к микрососудистому разрыву вблизи места инъекции. Расширение гематомы и вазогенный отёк после ВМК считаются результатом повышенной локальной концентрации коллагеназы, высвобождаемой из повреждённых клеток. Инъекция коллагеназы приводит к непрерывному кровоизлиянию в мозг в более короткие сроки и одновременно позволяет избежать операционных осложнений [94, 113]. Однако коллагеназа повреждает множество кровеносных сосудов, что приводит к обширному кровоизлиянию. Кроме того, образуются дегенерированные эритроциты и воспалительные клетки, что приводит к более серьёзным воспалительным реакциям [114].

Модель ВМК, индуцированного коллагеназой, используется для изучения спонтанного внутримозгового кровотечения, которое развивается в течение нескольких часов [115, 116].

Модель внутримозгового кровоизлияния с использованием механического повреждения мозга с последующим введением аутокрови в зону повреждения

Макаренко А.Н. с соавт. (2002 г.) была разработана комбинированная модель ВМК с повреждением ткани мозга с помощью специального устройства (мандрен-ножа), стереотоксически вводимого в область внутренней капсулы или полосатого тела, и дальнейшего введения аутокрови в зону повреждения [103, 117]. Данная модель наиболее полно отражает ситуацию, наблюдаемую в клинике, и воспроизводит основные диагностические критерии острого нарушения мозгового кровообращения. Модель удобна для воспроизведения поражений различных отделов мозга в нейрофизиологических и фармакологических исследованиях и предоставляет возможность регистрации мозгового кровотока [118]. В экспериментальных исследованиях на крысах показано, что модифицированная модель ВМК с повреждением внутренней капсулы приводит к долгосрочному повреждению аксонов, неврологическому дефициту и гистопатологическим и электрофизиологическим нарушениям [98].

В наших исследованиях показано, что в условиях данной модели у крыс наблюдаются выраженные нарушения двигательной активности, развитие неврологического и когнитивного дефицитов, отмечаются парезы и параличи конечностей на контрлатеральной стороне от очага поражения [119–122].

Морфологические исследования показали, что таким способом достигается локальный аутогеморрагический латеральный инсульт в области внутренней капсулы без существенных повреждений выше расположенных образований мозга [123].

Barth A и соавт. (2007) предложили модификацию метода ВМК у крыс, согласно которой в полосатое тело взрослых крыс стереотаксически вводится канюля и затем создаётся повреждение паренхимы с помощью вращающегося микрокатетера, введённого через канюлю, затем проводится медленная инфузия 30 мкл аутологичной крови в течение 5 минут. Объём и морфологию гематомы оценивают количественно, а поведение животных анализируют с помощью стандартизированных тестов [117].

Модель ВМК с деструкцией мозговой ткани используется также для изучения нарушений кровоснабжения мозга. С помощью метода лазерной допплеровской флуометрии в наших исследованиях показано, что при ВМК наблюдается снижение мозгового кровотока в среднем на 40 % как в зоне повреждения, так и в контрлатеральном полушарии, который увеличивается при применении нимодипина, используемого в клинике у больных с ГИ [124, 125].

Модель сочетанного поражения мозга с использованием стеноза сонных артерий и внутримозгового кровоизлияния

Одним из побочных эффектов тромболитического лечения инсульта или тромбоэмболэктомии является трансформация его в геморрагический [126, 127].

Нами разработана модель сочетанного цереброваскулярного поражения мозга: через несколько дней после стеноза сонных артерий проводится геморрагическое повреждение мозга у крыс по методу А.Н. Макаренко [103]. Данная модель позволяет оценить особенности гемодинамики при геморрагической трансформации ишемического инсульта и разрабатывать новые медикаментозные подходы лечения. Показано, что цереброваскулярные препараты, которые улучшают кровоснабжение мозга при ИИ и ГИ, в рамках этой модели увеличивают мозговой кровоток в большей степени, чем при каждой сосудистой патологии в отдельности [125, 128].

Модель спонтанного ВМК, связанного с гипертонией

Гипертония является одним из основных факторов риска ВМК. Для изучения особенностей ВМК, связанных с гипертонией, используют трансгенных мышей с повышенной экспрессией ренина и ангиотензиногена [79]. В этой модели для индукции ВМК требуется добавление особой диеты с высоким содержанием соли и ингибирование синтазы оксида азота. Для создания модели гипертонии на мышах используют также подкожное введение ангиотензина II и ингибирование синтазы оксида азота, а также острые инъекции ангиотензина для дальнейшего повышения артериального давления. Разработаны также модели, воспроизводящие церебральную амилоидную ангиопатию (ЦАА) на трансгенных мышах с повышенной экспрессией белка-предшественника амилоида. У мышей с развивающейся ЦАА наблюдается спонтанное ВКМ [129].

Заключение

Патофизиология инсульта мозга сложна и включает в себя множество взаимосвязанных процессов, таких как нарушение целостности гематоэнцефалического барьера, энергетический сбой с последующим развитием энергетического дефицита и оксидативного стресса, нарушение ионного гомеостаза клеток, повышение уровня внутриклеточного кальция с развитием эксайтотоксичности и цитотоксичности, активация астроглии и микроглии, инфильтрация лейкоцитами очага поражения и т. д. Эти взаимосвязанные процессы приводят к гибели клеток, прежде всего, в центральной части очага поражения — в зоне, в которой наблюдается наиболее резкое снижение кровотока (близкое к «0») и в зоне пенумбры, которая функционально неактивна из-за снижения кровотока, но ещё остаётся метаболически активной. В связи с этим основные стратегии разработки средств лечения инсультов мозга направлены на создание соединений с противоишемическим, нейропротективным типом действия с целью восстановления работы нейронов, прежде всего, в зоне пенумбры.

Основные молекулярные, нейрохимические и биохимические каскады развития ишемического повреждения мозга у человека и животных (крысы) во многом совпадают. В частности, показано, что, как и у человека с ишемическим инсультом, максимальный отёк мозга у крыс развивается через 24 часа после моделирования ишемического инсульта, а разрешение отёка мозга наблюдается к концу 3-х суток. В случае геморрагического инсульта как у человека, так и у крыс наблюдается вторая волна неврологических осложнений на 5–6 сутки после создания патологии, в период разложения гемоглобина и отложении гемосидерина в тканях мозга.

Можно полагать, что экспериментальные модели инсультов мозга в определённой степени трансляционны с инсультами у человека. Понимание преимуществ и недостатков экспериментальных методов воспроизведения цереброваскулярных поражений позволяет моделировать инсульты мозга с различной этиологией и патогенезом и оценивать постинсультные осложнения, включающие неврологические, когнитивные и эмоциональные нарушения, и на этой основе разрабатывать средства лечения инсульта и постинсультных осложнений.