ПОЛИТРАВМА / POLYTRAUMA

Черепно-мозговые травмы, вызванные ударной воздушной волной (УВВ), составляют до 22% боевых потерь и ассоциированы с развитием посттравматической энцефалопатии (ПТЭ). Отсутствие стандартизированных моделей с задокументированными параметрами волны препятствует верификации биомаркерных панелей как в лабораторных, так и в клинических условиях.

Цель исследования — верификация оригинальной пневматической установки с геометрически стандартизированной камерой и оценка динамики поведенческих, гематологических и молекулярных показателей нейровоспаления (Il1b, Il6, Ccl2, Hmgb1 в гиппокампе) на 2-е и 7-е сутки после воздействия УВВ.

Материалы и методы. В исследование включены 43 самца крыс линии Wistar, разделенные на три группы: интактную (n = 7), контрольную (n =  16) и опытную (n = 20). Воздействие УВВ моделировали с помощью оригинальной пневматической установки, представляющей собой цилиндрическую камеру из стали Ст3 (внутренний диаметр — 200 мм, длина — 500 мм, объем — 15,7 л, толщина стенки — 3 мм, болтовое соединение М8 по DIN 933/934 с уплотнительной прокладкой); источником давления служили строительные патроны Hilti D4. Параметры волны регистрировали пьезоэлектрическим датчиком: пиковое избыточное давление составило125 ± 8 кПа, длительность положительной фазы — 4,2 ± 0,3 мс, импульс — 262 ± 18 кПа·мс). Неврологический дефицит оценивали по шкале НПД (0–14 баллов) непосредственно после воздействия. На 2-е и 7-е сутки выполняли тест «Открытое поле» (EthoVision XT v.16), клинический анализ крови и ПЦР в реальном времени (2^−ΔΔCT, референсные гены Actb/Gapdh, эффективность 92–103 %, RIN > 8,2). Статистический анализ: однофакторный дисперсионный анализ (one-way ANOVA) с апостериорным критерием Тьюки, для попарного сравнения групп — критерий Уэлча. Данные представлены в виде медианы и межквартильного размаха (Me [Q1; Q3]), рассчитаны размеры эффекта (r) и 95% доверительные интервалы — 95% ДИ (бутстреп, 5000 итераций); критический уровень значимости p < 0,05. Исследование выполнено в соответствии с рекомендациями ARRIVE 2.0.

Результаты. Непосредственно после воздействия УВВ балл по шкале НПД в опытной группе значимо превышал показатели контроля и интактных животных (9,7 ± 1,0 против 6,5 ± 0,7 и 0,8 ± 0,1 соответственно; H = 31,4; p < 0,001; r = 0,86 [95% ДИ: 0,78–0,92]). В тесте «Открытое поле» на 2-е сутки у опытных крыс зарегистрировано снижение общей двигательной активности (Me = 42 [30; 50] с против 55 [50; 60] с в интактной группе; p = 0,023; r = 0,42 [95% ДИ: 0,15–0,65]). К 7-м суткам выявлены гиперактивность (Me = 75 [30; 90] с; p = 0,005; r = 0,68 [95% ДИ: 0,41–0,85]) и нарастание тревожности (Me = 50 [30; 85] с; p = 0,011; r = 0,59 [95% ДИ: 0,28–0,79]); исследовательское поведение достоверно не изменялось.

На 2-е сутки отмечено снижение количества эритроцитов (9,76 ± 0,53 × 10¹²/л против 11,31 ± 1,19 × 10¹²/л в контроле; t = 3,168; p = 0,013) и гематокрита (33,57 ± 1,15% против 38,47 ± 4,50%; t = 2,792; p = 0,028) при одновременном повышении содержания лимфоцитов (8,21 ± 1,03 × 10⁹/л против 4,19 ± 1,83 × 10⁹/л; t = 5,074; p = 0,0006) и моноцитов (0,44 ± 0,05 × 10⁹/л против 0,24 ± 0,04 × 10⁹/л; t = 8,948; p < 0,0001; η² = 0,877).

В гиппокампе на 2-е сутки зафиксировано снижение уровня мРНК Il6 (в ~2,0 раза). К 7-м суткам выявлено статистически значимое повышение экспрессии всех четырех исследуемых генов: Il1b — в ~2,2 раза F_3,26 = 69,73; η² > 0,9), Hmgb1 — в ~2,6 раза (F_3,24 = 12,44; η² = 0,609), Ccl2 — в ~3,4 раза (F_3,24 = 4,27; p = 0,015), Il6 — в ~2,3 раза (F_3,26 = 10,65; p < 0,0001).

Заключение. Разработанная установка с документированными геометрическими и физическими параметрами позволяет воспроизводить биологически значимую двухфазную нейровоспалительную реакцию с пиком на 7-е сутки. Панель транскриптов Il1β/Il6/Ccl2/Hmgb1 перспективна для ранней диагностики ПТЭ, а пик их экспрессии на 7-е сутки является оптимальной временной точкой для оценки эффективности нейропротекции в последующих исследованиях.

Siedhoff HR, Chen S, Song H, Cui J, Cernak I, Cifu DX, et el. Perspectives on primary blast injury of the brain: translational insights into non-inertial low-intensity blast injury. Front Neurol. 2022;12:818169. DOI: 10.3389/fneur.2021.818169

De Gasperi R, Gama Sosa MA, Perez Garcia GS, Perez GM, Abutarboush R, Kawoos U, et al. Progressive transcriptional changes in the amygdala implicate neuroinflammation in the effects of repetitive low-level blast exposure in male rats. J Neurotrauma. 2023;40(5-6):561-577. DOI: 10.1089/neu.2022.0282

Heyburn L, Abutarboush R, Goodrich S, Urioste R, Batuure A, Wheel J, et al. Repeated low-level blast acutely alters brain cytokines, neurovascular proteins, mechanotransduction, and neurodegenerative markers in a rat model. Front Cell Neurosci. 2021;15:636707. DOI: 10.3389/fncel.2021.636707

Halicki MJ, Hind K, Chazot PL. Blood-based biomarkers in the diagnosis of chronic traumatic encephalopathy: research to date and future directions. Int J Mol Sci. 2023;24(16):12556. DOI: 10.3390/ijms241612556

Bergauer A, van Osch R, van Elferen S, Gyllvik S, Venkatesh H, Schreiber R. The diagnostic potential of fluid and imaging biomarkers in chronic traumatic encephalopathy (CTE). Biomed Pharmacother. 2022;146:112602. DOI: 10.1016/j.biopha.2021.112602

Ge X, Guo M, Li M, Zhang S, Qiang J, Zhu L, et al. Potential blood biomarkers for chronic traumatic encephalopathy: the multi-omics landscape of an observational cohort. Front Aging Neurosci. 2022;14:1052765. DOI: 10.3389/fnagi.2022.1052765

Amlerova Z, Chmelova M, Anderova M, Vargova L. Reactive gliosis in traumatic brain injury: a comprehensive review. Front Cell Neurosci. 2024;18:1335849. DOI: 10.3389/fncel.2024.1335849

Xu K, Wang M, Wang H, Zhao S, Tu D, Gong X, et al. HMGB1/STAT3/p65 axis drives microglial activation and autophagy exert a crucial role in chronic stress-induced major depressive disorder. J Adv Res. 2024;59:79–96. doi:10.1016/j.jare.2023.06.003

Posti JP, Tenovuo O. Blood biomarkers for traumatic brain injury: a narrative review of clinical utility and future directions. Brain Neurorehabil. 2024;17(1):e8. DOI:10.12786/bn.2024.17.e8

Hubbard WB, Banerjee M, Vekaria H, Prakhya KS, Joshi S, Wang QJ, et al. Differential leukocyte and platelet Profiles in distinct models of traumatic brain injury. Cells. 2021;10(3):500. DOI: 10.3390/cells10030500

NIH. Consideration of Sex as a Biological Variable in NIH-Funded Research. NOT-OD-22-055. 2022. https://grants.nih.gov/grants/guide/notice-files/NOT-OD-22-055.html

Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−ΔΔCt) method. Methods. 2001;25(4):402–408. DOI:10.1006/meth.2001.1262

Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. 7th ed. Academic Press, 2013. 160 p.

Kovalov GA, Chizh NA, Volina VV, Belochkina I, Mikhailova I, Musatova I. Morphological investigation of tissues following experimental mine-blast trauma. Morphologia. 2019;13(2):45–53. DOI:10.26641/1997-9665.2019.2.45-53