Результаты локальной криодеструкции головного мозга млекопитающих

Во время проведения экспериментов нами отмечен нелинейный характер снижения температуры в зоне криовоздействия (рис. № 2). Общей закономерностью в период заморозки на всех измеряемых расстояниях была высокая скорость охлаждения тканей до момента замерзания (-2,9±3⁰С) и выраженное снижение скоростных характеристик дальнейшего охлаждения в образовавшемся ice-ball.

Рис. № 2. Изменения температуры мозга на расстоянии 5 мм от края рабочей части криоинструмента в период криовоздействия (заморозка).

Скорость снижения температуры до 0⁰С на расстоянии 3 мм от криозонда составляла 1⁰/сек, на расстоянии 5 мм была 0,5−0,6⁰/сек, а на расстоянии 8 мм и далее скорость снизилась до 0,16⁰/сек.

Мы не выявили зависимости длительности формирования зоны замораживания от глубины погружения криозонда (р<0,5).

Температура мозга в зоне криодеструкции на расстоянии от 3 мм до 11 мм относительно криоизонда составляла от -142⁰С до -5,3⁰С.

При этом скорость продвижения ледяного фронта в наших экспериментах достигала 2,7 мм/мин, что приводило к внутриклеточному формированию кристаллов льда, как основного повреждающего клетку фактора.

Таким образом температура по периферии ледяного шара достигала -5,3⁰С, что приводило к некрозу мозговой ткани (рис. № 3). Ледяной шар по периферии окружал тонкий слой (2 мм) зоны перехода фаз, в котором внутриклеточная вода формировала кристаллы льда.

Радиус ледяного шара 11 мм, суммарный диаметр ледяного шара с учетом толщины криозонда 26 мм (11мм+11мм+4мм). Температура на периферии ледяного шара достигает — 5,3 градуса Цельсия. В зоне перехода фаз происходит процесс кристаллизации внутриклеточной воды.

В проводимом эксперименте мы не получили зависимости скорости снижения температуры в промораживаемой ткани мозга от глубины погружения криозонда (p>0,08).

Измеряя температуру при помощи четырех термопар, погруженных на разных расстояниях от криозонда (3мм, 7 мм, 9 мм и 11мм), мы получили достоверную зависимость изменения температуры в ледяном шаре в зависимости от расстояния до криозонда (р<0,04). Чем ближе к криозонду располагалась зона промораживания, тем ниже была в ней температура. Наиболее высокая температура, как и ожидалось, была на границе ледяного шара и нормальной ткани мозга (-9,3 градуса Цельсия).

Оттаивание ice-ball происходило пассивно за счёт двух источников подвода тепла: основной — внутренняя температура животного и второстепенный — температура окружающей среды. Скорость разморозки во всех экспериментах была достаточно низкой: 0,085±0,015⁰/_сек (5,1±0,9⁰/_мин).

Для безопасного извлечения криозонда из ледяного шара после окончания цикла заморозки производили активный отогрев рабочего наконечника при помощи прокачки горячего сухого азота.

Ультрасонографические результаты криодеструкции головного мозга млекопитающих

Процесс контроля за введением криозонда и формированием ледяного шара проводили с использованием интраоперационной сонографии. Нами проведена оценка результатов использования ИС в экспериментах на головном мозге крупных млекопитающих (свиньи) во время формирования ледяного шара с определением его эхогенности, выявлением его границ и контуров, ИС контроля глубины погружения криозонда и степени разморозки ледяного шара. При ИС ледяной шар представлял гипоэхогенную структуру, с гиперэхогенным контуром по фронту заморозки. При проведении исследования во время формирования ледяного шара, края его были четкими и ровными. При сонографии криозонд выглядел гиперэхогенным, за ним — гиперэхогенное усиление, как за всеми металлическими предметами. В период начала заморозки вокруг криозонда появлялись гиперэхогенные включения, что соответствовало изменениям в веществе головного мозга при снижении температуры. Образовавшийся ice-ball выглядел как зона гипоэхогенной ткани, прилежащей к зонду. По периферии этой зоны определяли ткань повышенной эхогенности (гиперэхогенная), толщиной 2−3мм. (гиперэхогенный контур). По данным ультрасонографии во время формирования ледяного шара четко визуализировали увеличение его размеров по мере роста гипоэхогенной зоны. Нами отмечено соответствие между ультрасонографическими признаками формирования границ ледяного шара и данными инвазивного измерения температуры по периферии зоны промораживания.

Использование интраоперационной сонографии во время криоэксперимента позволило:

• 1) контролировать направление и глубину погружения криозонда;
• 2) контролировать размеры формирующегося ледяного шара;
• 3) контролировать процесс размораживания ледяного шара и отсоединение криозонда от ледяного шара.

МРТ результаты криодеструкции головного мозга млекопитающих

При проведении магнитно-резонансной томографии после криоэксперимента мы определяли в зоне криовоздействия участок гиперинтенсивного МР-сигнала на Т2-ВИ и Flair и слабо гипоинтенсивного сигнала на Т1-ВИ с достаточно четкими и ровными контурами, овальной формы, что можно интерпретировать как МР-признаки локального отёка-ишемии в зоне криовоздействия. Участков кровоизлияния не выявлено.

При этом нужно отметить, что границы замороженной зоны, определяемые при ИС, практически совпадали с размерами зоны криодеструкции полученными по результатам послеоперационных МРТ исследований.

Морфологические результаты криодеструкции головного мозга млекопитающих

При проведении морфологического исследования препаратов после острых экспериментов отмечены очаги деструкции вещества головного мозга с кровоизлияниями по ходу мелких сосудов. В составе тканевого детрита определяли единичные глиальные элементы. Зону некроза окружала широкая зона выраженных дистрофических изменений нейронов без четких границ между ними. В кровеносных сосудах всех калибров отмечали полнокровие и явления стаза. В зоне сохранной мозговой ткани визуализировали периваскулярный и перицеллюлярный отек, полнокровные, расширенные сосуды с явлениями стаза. Четкой границы от зоны некроза и дистрофических изменений не прослеживали.

В хронических экспериментах при морфологическом исследовании картина менялась — с первых суток отчетливо начинали выделяться четыре зоны:

• 1. полных некротических изменений (26 мм);
• 2. выраженного отёка (2 мм);
• 3. слабо выраженного отёка (4 мм);
• 4. незначительных дистрофических изменений (4мм).

В зоне полных некротических изменений наблюдали тотальный некроз мозговой ткани, среди которого сохранялись некоторые сосуды и элементы глии с состоянием выраженной дистрофии. Имелись очаговые кровоизлияния.

Некротические изменения были выражены в случае с более длительной экспозицией криовоздействия, а зона отёка была более обширна.

Между зоной некроза и зоной выраженного отека, начиная с первых суток, формировался демаркационный лейкоцитарный вал. Данный процесс нарастал к третьим суткам и постепенно уменьшался к концу второй недели. Стоит отметить, что в области сосудов лейкоцитарный вал был более выражен.

Зона выраженного отёка характеризовалась дистрофическими изменениями большинства нейронов и некрозом отдельных клеток.

В зоне слабо выраженного отёка отмечали дистрофические изменения нейронов, а некротические изменения встречали крайне редко.

Для зоны незначительных дистрофических изменений был характерен слабый периваскулярный и перицеллюлярный отёк. Данная зона без четкой границы переходила в интактный мозг.

Мы отметили, что размеры некротических изменений в зоне заморозки соответствовали размерам зон криодеструкции, полученным по результатам ИС и МРТ исследований. Это свидетельствовало о высокой эффективности криодеструкции, как метода достижения тотального холодового некроза ткани мозга в заданном объеме.