Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

"Child`s Health" 4 (47) 2013

Back to issue

Вивчення впливу ексайтотоксичних амінокислот на ступінь порушення свідомості при гнійних менінгітах у дітей

Authors: Пипа Л.В., Свістільнік Т.В., Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

Проведене дослідження показало вірогідний зворотний і сильний кореляційний зв’язок між рівнем збуджуючих нейромедіаторних амінокислот глутамату, аспартату в сироватці крові й рівнем свідомості за шкалою коми Глазго. При збільшенні концентрації глутамату й аспартату рівень свідомості за шкалою коми Глазго вірогідно знижується і свідчить про значний вплив ексайтотоксичних амінокислот на розвиток порушення свідомості в дітей, хворих на гнійні менінгіти. Виявлено прямий сильний кореляційний зв’язок між концентраціями глутамату й аспартату. При збільшенні концентрації глутамату також збільшується концентрація аспартату в сироватці крові, що свідчить про значний взаємний вплив цих нейромедіаторів на концентрації один одного, не виключений взаємопотенціюючий вплив на ступінь порушення свідомості у дітей, хворих на гнійні менінгіти.

Проведенное исследование показало достоверную обратную и сильную корреляционную связь между уровнем возбуждающих нейромедиаторных аминокислот глутамата, аспартата в сыворотке крови и уровнем сознания по шкале комы Глазго. При увеличении концентрации глутамата и аспартата уровень сознания по шкале комы Глазго достоверно снижается, что свидетельствует о значительном влиянии эксайтотоксических аминокислот на развитие нарушения сознания у детей с гнойными менингитами. Выявлена прямая сильная корреляционная связь между концентрациями глутамата и аспартата. При увеличении концентрации глутамата также увеличивается концентрация аспартата в сыворотке крови, что свидетельствует о значительном взаимном влиянии этих медиаторов на концентрации друг друга, не исключено взаимопотенцирующее влияние на степень нарушения сознания у детей с гнойными менингитами.

The study revealed a strong and significant inverse correlation between the level of excitatory neurotransmitter amino acid of glutamate, aspartate in the blood serum and level of consciousness according to Glasgow Coma Scale. When the concentration of glutamate and aspartate increase, levels of consciousness on Glasgow Coma Scale was significantly reduced, indicating a significant effect of excitotoxic amino acids on the development of cognitive disorders in children with purulent meningitis. There were also found a strong direct correlation between the concentrations of glutamate and aspartate. In increase of glutamate concentration, aspartate concentration in in blood serum increases too, indicating a significant mutual influence of these mediators on the concentration of each other, mutually potentiating effects on the degree of impairment of consciousness is possible in children with purulent meningitis.


Keywords

менінгіт, глутамат, аспартат, порушення свідомості.

менингит, глутамат, аспартат, нарушение сознания.

meningitis, glutamate, aspartate, impairment of consciousness.

Вступ

Бактеріальний менінгіт — найбільш тяжка й поширена інфекційна патологія центральної нервової системи (ЦНС), що, незважаючи на використання досить ефективної антибіотикотерапії, є фатальною в 5–25 % хворих і викликає неврологічні ускладнення в 30 % пацієнтів [4].

Як відомо, порушення свідомості є досить частим симптомом, що спостерігається при нейроінфекціях [8]. Біохімічна основа порушення свідомості при різних станах може базуватись на порушенні обміну нейромедіаторних амінокислот (глутамат/ГАМК) і моноамінів (допамін/норадреналін і серотонін) [6].

Нейротрансмітери (нейромедіатори) — це речовини, що забезпечують передачу нервового імпульсу. Існує значна кількість медіаторів: дофамін, серотонін, норадреналін, ацетилхолін, глутамат, ГАМК та ін. [1]. Найбільш поширеним збуджуючим нейромедіатором ЦНС є амінокислота глутамат [9]. У нормі всі медіаторні системи знаходяться у взаємно збалансованих співвідношеннях. У гострий період церебральної катастрофи спостерігається підвищення продукції більшості з медіаторів. Найбільш небезпечним є надмірне виділення збуджуючої нейромедіаторної амінокислоти глутамат. Цей медіатор відповідає за перезбудження уражених нейронів, що визначає розвиток ексайтотоксичності або нейротоксичності (англ. to excite — збуджувати). Глутамат надмірно збуджує N-метил-D-аспартатні рецептори (NMDA), сприяючи неконтрольованому входу кальція в нейрони, активуючи процеси перекисного окислення ліпідів, процеси протеолізу й апоптозу [1, 12].

Аспартат, як і глутамат, відноситься до збуджуючих амінокислот у ЦНС і здатний також активувати рецепторы NMDA, беручи участь в ексайтотоксичності [10, 11].

Виявлено, що глутаматна ексайтотоксичність відіграє патогенетичну роль у церебральному пошкодженні при гнійному менінгіті (ГМ) [4]. Кореляцію між рівнем глутамату та тяжкістю ГМ з виникненням неврологічних ускладнень було продемонстровано в декількох дослідженнях. Так, у дослідженні Sprangera М. et al. (1996) висока концентрація глутамату чітко корелювала з низьким рівнем свідомості. Значним і додатковим джерелом глутамату під час ГМ виявлялися моноцити, які проникали в субарахноїдальний простір під час розвитку захворювання [7].

Було встановлено також, що концентрація глутамату в лікворі чітко корелює з концентрацією глутамату в сироватці крові при ГМ, що досягається за рахунок проникнення мозкового глутамату в кров через великий градієнт концентрації та через пошкоджений гематоенцефалічний бар’єр, що може використовуватися для вивчення впливу глутамату на перебіг захворювання [5].

Мета дослідження — визначити залежність порушення свідомості в дітей, хворих на ГМ, від концентрації ексайтотоксичних амінокислот у крові.

Матеріали та методи

Проведено дослідження зразків крові 33 дітей із ГМ, які лікувалися в Хмельницькій інфекційній лікарні з 2010 по 2012 рік та 15 здорових дітей віком від 1 місяця до 18 років. Визначення в сироватці крові в 1-шу добу після госпіталізації ексайтотоксичних амінокислот глутамату й аспартату проводилось методом іонообмінної рідинно-колонкової хроматографії в Інституті біохімії ім. О.В. Паладіна НАН України (м. Київ). Ступінь порушення свідомості визначали за допомогою дитячої шкали коми Глазго. Обробку результатів проводили за допомогою критерію Стьюдента і побудови 95% довірчого інтервалу (ДІ) для різниці середніх, а також методами кореляційного й регресивного аналізу з побудовою ДІ для коефіцієнта кореляції.

Результати дослідження та обговорення

Порушення свідомості спостерігалось в 11 (33,3 %) хворих, із яких у 3 (27,3 %) визначалось оглушення, у 7 (63,6 %) сопор і в 1 (9,1 %) — кома. За шкалою коми Глазго хворі діти з порушенням свідомості розподілилися так: 14 балів — у 2 хворих, 12 балів — у 2 хворих, 11 балів — у 2 хворих, 10 балів — у 2 хворих, 9 балів — у 2 хворих і 8 балів — в 1 хворого.

Рівні глутамату й аспартату у хворих із порушенням свідомості вірогідно були більшими порівняно з хворими без порушення свідомості, що відображено в табл. 1.

У здорових дітей рівень глутамату становив 68,5 ± 21,1 мкмоль/л і був вірогідно меншим, ніж у хворих дітей із порушенням свідомості (95% ДІ 156,6–342,9 мкмоль/л) (р < 0,001) та без порушення свідомості (95% ДІ 37,4–106,5 мкмоль/л) (р < 0,001).

У здорових дітей рівень аспартату становив 15,6 ± 8,2 мкмоль/л і був вірогідно меншим, ніж у хворих дітей із порушенням свідомості (95% ДІ 54,4–83,1 мкмоль/л) (р < 0,001) та без порушення свідомості (95% ДІ 20,2–46,2 мкмоль/л) (р < 0,001).

Для визначення взаємозв’язку між концентра­цією збуджуючих амінокислот і ступенем порушення свідомості, що визначався за дитячою шкалою коми Глазго, нами було використано кореляційний і регресивний аналізи.

Однак якщо кореляційний зв’язок і дисперсійний аналіз дають відповідь на питання, чи існує взаємозв’язок між перемінними, то регресивний аналіз назначений для того, щоб знайти явну залежність. Регресивний аналіз — метод статистичної обробки даних, що дозволяє за середньою величиною однієї ознаки визначити середню величину іншої ознаки, кореляційно зв’язаної з першою. Рівняння регресії — математичне рівняння, що описує залежність між ознаками, які зв’язані між собою. Наприклад, у простій лінійній регресії (регресія однієї змінної за іншою) передбачається, що залежна змінна g є лінійною функцією g = ax + b від незалежної змінної х. Необхідно знайти значення параметрів а і b, при яких пряма ax + b буде найкращим чином описувати (апроксимувати) експериментальні точки (x1, g1), (x2, g2), …, (xn, gn) [2].

Для характеристики якості апроксимації в регресивному аналізі використовується коефіцієнт детермінації R2, тобто квадрат коефіцієнта кореляції, що вимірюється в процентах від 0 до 100 % і характеризує ту частку змін залежної змінної, яка пояснюється моделлю. Чим вище значення коефіцієнта детермінації, тим краща модель [2].

Простим візуалізаційним способом виявити наявність взаємозв’язку між кількісними перемінними можна, побудувавши діаграму розсіювання лінійної регресії. Вона характеризується тим, що сума квадратів відстані від точок на діаграмі до цієї лінії мінімальна (порівняно з усіма можливими лініями). Коефіцієнт парної кореляції r приймає значення в діапазоні від –1 до +1. Чим вище за модулем значення коефіцієнта кореляції, тим сильніший зв’язок між ознаками. Вважається, що коефіцієнти кореляції, що за модулем більші за 0,7, свідчать про сильний зв’язок (при цьому коефіцієнт детермінації > 50 %, тобто ознака визначає другу більше ніж на половину). Коефіцієнти кореляції, які за модулем менше 0,7 і більше 0,5, свідчать про зв’язок середньої сили (при цьому коефіцієнт детермінації менше 50 %, але більше 25 %). Коефіцієнти кореляції, що за модулем менші від 0,5, вказують на слабкий зв’язок (при цьому коефіцієнт детермінації менший від 25 %) [2, 3].

Якщо значення коефіцієнта кореляції визначено за даними вибірки, то для оцінки його значення в генеральній сукупності зазвичай будується довір­чий інтервал. Якщо нуль не входить у ДІ, значить, із високою ймовірністю в генеральній сукупності не може бути нульового значення коефіцієнта кореляції, тобто зв’язок між ознаками існує і в генеральній сукупності. У такому випадку коефіцієнт кореляції є статистично значимим [2, 3].

На рис. 1 побудована діаграма лінійної регресії, що показує прямий зворотний зв’язок між концентрацією глутамата в сироватці крові і ступенем порушення свідомості за шкалою коми Глазго.

Аналіз діаграми (рис. 1) засвідчив певні особливості взаємозв’язку між глутаматом і рівнем свідомості. Визначений коефіцієнт детермінації R2 = 0,603 свідчить, що в 60,3 % випадків зміни концентрації глутамату призводять до зміни рівня свідомості за шкалою коми Глазго. Розрахований коефіцієнт кореляції становить rрозр = –0,77, де rкрит при n-2 = 0,60, тобто rкрит < rрозр, що є статистично значимим (р < 0,05) (95% ДІ для r від –1,09 до –0,44). Отримані дані з використанням критерію Стьюдента [tрозр = 4,68 (tкрит для a = 0,05 % становить 2,26), відповідно, rкрит < tрозр] також свідчать про значимість коефіцієнта кореляції.

Таким чином, виявлено вірогідний зворотний і сильний кореляційний зв’язок між рівнем глутамату й рівнем свідомості за шкалою коми Глазго, тобто при збільшенні концентрації глутамату рівень свідомості знижується, що свідчить про значний вплив глутамату на розвиток порушення свідомості у дітей, хворих на ГМ.

На рис. 2 подана діаграма лінійної регресії, що засвідчує прямий зворотний зв’язок між концентрацією аспартату в сироватці крові і ступенем порушення свідомості за шкалою коми Глазго.

За аналізом діаграми (рис. 2), в 60,1 % випадків зміна концентрації аспартату призводить до зміни рівня свідомості, про що свідчить коефіцієнт детермінації R2 = 0,601. Розрахований коефіцієнт кореляції становить rрозр = –0,77, де rкрит при n-2 = 0,60, тобто rкрит < rрозр, що є статистично значимим (р < 0,05) (95% ДІ для r від –1,09 до –0,44). Перевірка даних із використанням критерію Стьюдента [tрозр = 4,68 (tкрит для a = 0,05 % становить 2,26), відповідно, rкрит < tрозр] також свідчить про значимість коефіцієнта кореляції.

Отже, виявлено вірогідний зворотний і сильний кореляційний зв’язок між рівнем аспартату й рівнем свідомості за шкалою коми Глазго, тобто при збільшенні концентрації аспартату рівень свідомості знижується і свідчить про значний вплив аспартату на розвиток порушення свідомості в дітей, хворих на ГМ.

Таким чином, і глутамат, і аспартат мають майже ідентичний вплив на ступінь порушення свідомості, не виключений потенціюючий вплив один одного. Кореляційний аналіз із використанням коефіцієнта рангової кореляції Спірмена виявив вірогідний прямий високий кореляційний зв’язок між концентраціями глутамату й аспартату, де rрозр = 0,86 (rкрит = 0,60), тобто rкрит < rрозр, що є статистично значимим (р < 0,05) (95% ДІ для r від 0,72 до 1,0), отже, при збільшенні концентрації глутамату також збільшується концентрація аспартату в сироватці крові, що свідчить про значний взаємний вплив цих нейромедіаторів, не виключений взаємопотенціюючий вплив на ступінь порушення свідомості у дітей, хворих на ГМ.

Висновки

При збільшенні концентрації глутамату й аспартату в сироватці крові рівень свідомості у дітей, хворих на ГМ, за шкалою коми Глазго знижується, про що свідчать зворотні і вірогідно сильні кореляційні зв’язки між показниками на діаграмах регресії, де в обох випадках коефіцієнт кореляції r становить –0,77 (р < 0,05).

При збільшенні концентрації глутамату також збільшується концентрація аспартату в сироватці крові, що свідчить про значний взаємний вплив цих нейромедіаторів на концентрації один одного, не виключений взаємопотенціюючий вплив на ступінь порушення свідомості у дітей, хворих на ГМ, про що свідчить вірогідний прямий високий кореляційний зв’язок між концентраціями глутамату й аспартату, де коефіцієнт кореляції r = 0,86 (р < 0,05).

Високі рівні глутамату й аспартату роблять значний внесок у розвиток порушення свідомості у хворих на ГМ, тому блокування їх дії з використанням антагоністів NMDA-рецепторів може сприяти відновленню свідомості у хворих і покращувати перебіг захворювання.


Bibliography

1. Нейрореаниматология. Выход из комы (терапия посткоматозных состояний) / О.С. Зайцев, С.В. Царенко. — М.: Литасс, 2012. — 120 с.

2. Статистические методы в медико-биологическом эксперименте (типовые случаи): [метод. рекоменд.] / Д.А. Новиков, В.В. Новочадов. — Волгоград: Издательство ВолГМУ, 2005. — 84 с.

3. Регрессионный анализ в медико-биологических исследованиях: методические рекомендации / С.А. Мун, А.Н. Глушков, Т.А. Штернис, С.А. Ларин, С.А. Максимов; ГБОУ ВПО КемГМА Минздравсоцразвития России. — Кемерово: КемГМА, 2012. — 115 с.

4. Blockade of NMDA receptor subtype NR2B prevents seizures but not apoptosis of dentate gyrus neurons in bacterial meningitis in infant rats / A. Kolarova, R. Ringer, M. G Täuber, S.L. Leib // BMC Neuroscience. — 2003. — Vol. 4. — P. 21.

5. Brain neuroprotection by scavenging blood glutamate / A. Zlotnik, B. Gurevich, S. Tkachov // Experimental Neurology. — 2007. — Vol. 203. — P. 213-220.

6. Clauss R.P. Neurotransmitters in coma, vegetative and minimally conscious states, pharmacological interventions / R.P. Clauss // Med. Hypotheses. — 2010. — Vol. 75. — P. 287-90.

7. Excess glutamate in the cerebrospinal fluid in bacterial meningitis / M. Sprangera, S. Krempiena, S. Schwaba [et al.] // Journal of the Neurological Sciences. — 1996. — Vol. 143. — P. 126-131.

8. Fitch M.T., van de Beek D. Emergency diagnosis and treatment of adult meningitis // Lancet Infect. Dis. — 2007. — Vol. 7, № 3. — P. 191-200.

9. Homeostasis of glutamate in brain fluids: an accelerated brain-to-blood efflux of excess glutamate is produced by blood glutamate scavenging and offers protection from neuropathologies / V.I. Teichberg, A.K. Cohen-kashi-malina, A.I. Coopera, A. Zlotnik // Neuroscience. — 2009. — Vol. 158. — P. 301-308.

10. Ncm-D-aspartate: A novel caged D-aspartate suitable for activation of glutamate transporters and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors in brain tissue / Y.H. Huang, S. Muralidharan, S.R. Sinha [et al.] // Neuropharmacology. — 2005. — Vol. 49. — P. 831-842.

11. Marcaggi P. Release of L-aspartate by reversal of glutamate transporters / P. Marcaggi, N. Hirji, D. Attwell // Neuropharmaco­logy. — 2005. — Vol. 49. — P. 843-849.

12. Zhang X.-M. Kainic acid-induced neurotoxicity: targeting ­glial responses and glia-derived cytokines / Xing-Mei Zhang, Jie Zhu // Current Neuropharmacology. — 2011. — Vol. 9. — P. 388-398.


Back to issue