Влияние холодной плазмы на диэлектрические свойства и состояние микроциркуляции кожи крыс: экспериментальное доклиническое рандомизированное исследование

ВВЕДЕНИЕ

Плазменная медицина — активно развивающееся последние два десятилетия научное направление, находящееся на стыке биомедицины и физики [1–5]. За это время исследователями из разных уголков мира были накоплены убедительные данные о реакции разнородных биологических систем на различные виды плазмы [3][6–10]. Термин «холодная плазма» используется для характеристики ионизированной газовой смеси, принудительно охлажденной до температуры тела теплокровных животных и человека (36–38 °С) [10]. Классический плазменный поток, в свою очередь, имеет температуру 3000–5000 °С [10][11], которая обуславливает его неприменимость к исследованиям на биологических объектах. Именно поэтому для биомедицинских целей такой поток дополнительно охлаждают, делая его готовым к использованию [12]. Ключевой особенностью холодной плазмы является наличие в ее составе большого количества заряженных частиц в сочетании с ее суммарной нейтральностью [5][10][13], что и определяет ее специфическую биологическую активность.

Предшествующие исследования подтвердили, что холодная плазма является универсальным биорегулятором [14–16] с широким спектром оказываемых эффектов, таких как антибактериальная активность [5][17–19], противовирусное и фунгицидное действие [8][20–22], активация процесса гемокоагуляции [23][24], ускорение заживления ран (регенеративное действие) [6][10][25] и др. Эти свойства открывают перспективы для использования холодной плазмы в биомедицине.

Однако плазменная биомедицина все еще остается малоизученным научным направлением, в котором по сей день существует ряд нерешенных вопросов, таких как биофизические аспекты взаимодействия плазмы с живыми организмами, молекулярные механизмы процесса, установление лимитирующих параметров для регулировки степени воздействия на объекты. К основным лимитирующим параметрам, требующим конкретизированных исследований, можно отнести технические характеристики плазмы (тип генерации, способ ионизации, используемое напряжение), вклад модуляторов (использование инертных газов или атмосферного воздуха, количественное значение посторонних примесей), экспозицию обработки (регулирование времени воздействия). Исходя из этого вопросы оптимальных режимов применения холодной плазмы для различных видов задач остаются дискутабельными.

Для полноценного изучения влияния вышеуказанных факторов становится необходимой разработка высокоинформативных методов диагностики. Одним из примеров таких методов может выступать ближнепольное резонансное СВЧ-зондирование. Оно позволяет осуществить послойное исследование тканей (томографию) и интегрально изучить структуру тканей [26–28]. На практике метод уже доказал свою эффективность в диагностике состояния кожных покровов при дерматозах, опухолевых поражениях, ожогах и др. [26][28] и в связи с этим может быть использован для оценки действия холодной плазмы в in vitro и in vivo экспериментах [28].

Цель исследования — оценка влияния аргона и аргоновой холодной плазмы на диэлектрические параметры и состояние микроциркуляции выбранного биологического объекта (кожи крыс).

МЕТОДЫ

Экспериментальные животные

Исследование выполнено на 40 половозрелых самцах генетически контролируемой закрытой колонии нелинейных крыс Wistar массой тела 200–250 г в возрасте 90–100 дней. Животные получены в весенний период из филиала «Столбовая» федерального государственного бюджетного учреждения науки «Научный центр биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства» (г. Чехов, Россия).

Размещение и содержание

Все животные, включенные в эксперимент, прошли 2-недельный карантин в условиях вивария федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Нижегородский государственный агротехнологический университет имени Л.Я. Флорентьева» (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ им. Л.Я. Флорентьева). Условия содержания в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р-33044-2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики», «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (1986 г.) и директивы 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22.09.2010 по охране животных, используемых в научных целях, включали: режим освещения 12/12 часов; температурный режим 20–22 °С; влажность воздуха 50–70%; стандартный водный и пищевой рацион со свободным доступом; чистка клеток ежедневная. В каждой клетке размещалось по две особи.

Дизайн исследования

Дизайн — экспериментальное доклиническое рандомизированное исследование. Все манипуляции выполнялись в условиях вивария ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ им. Л.Я. Флорентьева. Анализ и интерпретация результатов осуществлялась на базе Лаборатории интегрального здоровья человека федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» (ННГУ им. Н.И. Лобачевского). Блок-схема дизайна исследования представлена на рисунке 1.

Объем выборки

Животные были распределены на 4 группы по 10 особей в каждой. Первая группа (контрольная) (n = 10), в ней с животными не производили никаких манипуляций, кроме однократного замера диэлектрических свойств кожи и измерения состояния микроциркуляции. Остальные три группы были опытными (n = 10 для каждой группы), животные этих групп ежедневно в течение 10 дней получали для предварительно эпилированного участка кожи спины (площадь 1×1 см) обработку исследуемыми агентами. 2-я группа — неионизированным аргоном (экспозиция — 1 минута), 3-я и 4-я группы — аргоновой холодной плазмой (экспозиция — 1 и 2 минуты соответственно).

Оценка нормальности распределения возраста и массы животных до начала манипуляций проводилась и по критерию Колмогорова — Смирнова, и по критерию Шапиро — Уилка. Было установлено, что распределение по возрасту и массе во всех группах соответствует нормальному закону числового распределения (нулевая гипотеза не отклонена при р > 0,05).

Для подтверждения сопоставимости групп по возрасту и массе использовали и параметрический однофакторный дисперсионный анализ по критерию Фишера (получены результаты: по возрасту р = 0,897 и по массе р = 0,981), и непараметрический дисперсионный анализ по критерию Краскела — Уоллиса (получены результаты: по возрасту р = 0,930 и по массе р = 0,970).

Проверку однородности дисперсий проводили по стандартному критерию Левена, используя средние арифметические (получены результаты: по возрасту р = 0,580 и по массе р = 0,780), и по критерию Левена с медианами (получены результаты: по возрасту р = 0,460 и по массе р = 0,642). Результаты проверки однородности центров числовых значений и их отклонений от центров для групп представлены в таблице 1.

Для возраста и для массы различия в средних значениях и в значениях медиан для различных групп крыс статистически не значимы: р > 0,05 для всех случаев и критериев.

Критерии соответствия

Критерии включения

В исследование включались крысы-самцы линии Wistar с массой тела 200–250 г, возраст особей — 3 месяца (90–100 дней). Также критерием к включению являлось отсутствие у животных видимых травм и патологий физического развития.

Критерии невключения

Агрессивное или неактивное поведение животного.

Критерии исключения

Гибель животного; травмирование и/или инфекционное поражение обрабатываемого участка кожи в течение всего периода наблюдения.

Рандомизация

При формировании групп исследования применяли простую рандомизацию с помощью метода «конвертов». В соответствии с критериями включения было отобрано 40 особей крыс. Каждой особи присваивали номера от 1 до 40. Предварительно были подготовлены закрытые конверты, в которых были помещены записки с указанием четырех групп: группа 1, группа 2, группа 3 и группа 4. Для каждого номера крысы случайным образом изымался конверт, в котором указывалась группа нахождения особи. Процедуру случайного отбора в группы проводил один человек, остальные исследователи не были информированы о соответствии номера особи и номера группы.

Обеспечение анонимности данных

Доступ к информации о распределении животных по группам имел только руководитель исследования А.К. Мартусевич. Анализ данных и оценка результатов выполнялась коллективом авторов без привлечения сторонних специалистов.

Итоговые показатели (исходы) исследования

Основными исходами исследования явились оценка диэлектрических характеристик и анализ состояния микроциркуляторного русла кожи крыс.

Экспериментальные процедуры

Для генерации холодной плазмы использовали оригинальную установку, в работе которой используется принцип высокочастотной (ВЧ) ионизации газового потока аргона при атмосферном давлении, использовали частоту 2,64 МГц. В результате образуется неравновесная плазма, в которой температура тяжелых частиц (газа) близка к комнатной, а энергия электронов достигает 1–10 эВ, что обеспечивает генерацию реактивных частиц (атомарный кислород, NO•-, OH•-радикалы) без термического повреждения тканей. Расстояние от сопла до кожи составило 15 мм. При осуществлении процедур строго конт­ролировали скорость подачи газа, равную 2 л/мин. В эксперименте использовали аргон высокой чистоты (99,99%) для исключения искажения примесями эффектов монокомпонентной плазмы. Измерение температуры обрабатываемой поверхности в точке контакта осуществляли с применением портативного инфракрасного (ИК) термометра «Fluke 59 Max+» (погрешность ±1,5 °C) (Fluke, США). Колебание температуры было 37–38 °С. Неионизированный аргон подавали через ту же газовую магистраль без включения ВЧ-разряда, при идентичных расходе, расстоянии и экспозиции. Во время процедуры животное фиксировали в специальном контейнере без наркоза, газовый поток направляли перпендикулярно поверхности кожи.

Оценку диэлектрической проницаемости и проводимости проводили после завершения курса воздействий при помощи программно-аппаратного комплекса для ближнепольного резонансного свервысокочастотного (СВЧ) зондирования биологических тканей при частоте 570–760 МГц [28–30]. Метод основан на измерении изменения резонансной частоты и добротности коаксиального четвертьволнового резонатора при его контакте с исследуемой тканью. Диэлектрические параметры ткани определяют по величине сдвига резонансной частоты (Δf) и изменению добротности (Q). В частности, данным способом были измерены диэлектрическая проницаемость среды и проводимость, которую рассчитывали по степени сдвига резонансной зондирующей частоты [28][29]. Зондирование выполняли интегральным датчиком на глубину 5 мм под поверхность кожи. Зондирование выполняли однократно на эпилированном участке кожи спины (1×1 см) в месте воздействия (для контрольной группы — на симметричном участке). Измерения проводили при комнатной температуре (22 ± 1 °C) и относительной влажности 50–60% после 15-минутной адаптации животного. Датчик приводили в контакт с кожей с постоянным давлением (без дополнительного сжатия).

Оценку микроциркуляции выполняли, используя метод лазерной доплеровской флоуметрии на аппарате «ЛАКК-М» (НПО «Лазма», Москва)¹. Длина волны лазера: 0,63 мкм (красный He-Ne лазер). Мощность на выходе: ≤2 мВт (класс 1 по безопасности). Диаметр измерительной зоны: ~1 мм. Калибровка прибора: 1 ПФЕ (перфузионная единица) соответствует сигналу от стандартного раствора полистирольных латексных частиц с концентрацией 0,5% и коэффициентом диффузии 10⁻⁸ см²/с (калибровочный сертификат завода-изготовителя).

Ключевыми параметрами оценки, применяемыми в данном методе, являются: усредненная интенсивность кровотока по сосудам малого диаметра (по показателю микроциркуляции), относительная активность регуляторных факторов (на основе амплитудно-частотного спектра), степень участия шунтирующих путей микроциркуляции (показатель шунтирования)² [31–33]. Сигнал ЛДФ подвергали спектральному анализу с помощью быстрого пре­образования Фурье. В качестве активных факторов регуляции кровотока рассматривали эндотелиальный компонент, реализующийся за счет высвобождения оксида азота эндотелиоцитами; нейрогенный компонент, отражающий уровень нейрогенной стимуляции тонуса микроциркуляторного русла; миогенный компонент (вклад мышечного тонуса и роли сфинктерного аппарата)³. Пассивными регуляторами кровотока выступали дыхательный (вклад дыхательных волн) и сердечный (роль пульсовых волн) компоненты. Для проведения анализа полученных результатов были использованы значения частотных диапазонов, скорректированные для крыс [33].

Измерения выполняли в утренние часы (9:00–11:00) при комнатной температуре (22 ± 1 °C) после 15-минутной адаптации животного к условиям измерительной камеры. Зонд фиксировали на предварительно эпилированном участке кожи спины (1×1 см) в зоне воздействия с помощью двустороннего адгезивного кольца (без дополнительного давления). Длительность непрерывной записи — 5 минут (для получения стабильного спектра). Артефакты, связанные с движением животного, исключали визуально; зашумленные фрагменты удаляли (<5% от общей записи).

Уход за животными и мониторинг

Животные содержались в условиях вивария со свободным доступом к пище и воде, ежедневно проводился внешний осмотр на наличие травм и повреждений.

По завершении исследования крыс выводили из эксперимента под общей анестезией. Комбинация используемых препаратов включала в себя Золетил (дозировка 60 мг/кг) и ксилазина гидрохлорид (6 мг/кг), внутримышечно.

Статистические процедуры

Принципы расчета размера выборки

Предварительный расчет размера выборки проводился вначале с помощью программы StatTech версия 4.14.3 («Статтех», Россия), а затем с помощью программы G*Power версии 3.1.9.7 (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Германия). Из ранее опубликованных исследований по воздействию холодной плазмы гелия было обнаружено большое влияние плазмы на различие показателей в виде показателя Коэна, превышающего значение единицы. По программе StatTec, в которой максимальный эффект мог быть равным только 0,5, мы, при начальной погрешности первого рода, равной р = 0,05, мощности исследования, равной β = 80%, и сравнении 4-х групп, получили объем-вариант в одной группе, равный 12 особей. Однако при использовании программы G*Power мы при начальной погрешности первого рода, равной р = 0,05, мощности исследования, равной β = 80%, сравнении 4-х групп и показателе эффекта Коэна, равным 1,5, получили объем-вариант в одной группе, равный 8 особей. С учетом множественности сравнений и возможных потерь остановились на объеме выборки в количестве 10 крыс в каждой группе, или всего 40 особей во всех группах.

Статистические методы

При работе с первичными данными в виде значений веса, возраста крыс, показателей диэлектрической проницаемости, проводимости и микроциркуляции кожи крыс, показателей различных компонент микроциркуляции кожи применяли статистические методы и критерии исходя из типа экспериментальных данных, из видов числовых выборочных распределений и начальных условий (количество вариантов в группе, количество групп и другие условия). Вышеперечисленные данные нами были отнесены к количественным данным.

Установление соответствия выборочных законов распределений закону Гаусса проводили через критерий Колмогорова — Смирнова и критерий Шапиро — Уилка. Если нулевая гипотеза о нормальности распределения не была отклонена, то описательная статистика была представлена в виде среднего (М) и стандартного отклонения (SD) или кратко в виде М ± SD. Виды анализов дисперсионного сравнения гипотез для этих выборок выполняли с помощью параметрических критериев: однофакторный дисперсионный анализ по критерию Фишера, попарное сравнение по критерию Стьюдента (для независимых и зависимых групп), для множественности сравнений применяли поправки по критерию Тьюки. Если нормальность выборочного распределения не подтверждалась, то описательная статистика была представлена в виде медианы (Me), первой (Q1) и третьей (Q3) квартилей, или кратко в виде Me (Q1; Q3). Дальнейший статистический анализ был проведен с использованием непараметрических методов и критериев: ранговый однофакторный анализ по критерию Краскела — Уоллиса, попарное сравнение по критерию Манна — Уитни — для независимых выборок и по критерию Вилкоксона — для зависимых групп, при множественности сравнений применяли поправки по критерию Холма.

Уровень статистической значимости определяли как р ≤ 0,05. При расчетах использовали программный пакет MS Office 2016 (Microsoft Corporation, США) и Statistica, v. 12 (StatSoft, США).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Установлено, что исследуемые физические факторы воздействия на подготовленную кожу животных оказывают разнонаправленное влияние на диэлектрические параметры кожи крыс (табл. 2). Обработка неионизированным аргоном приводила к статистически значимому снижению диэлектрической проницаемости на 10,6% по сравнению с контрольной группой (p < 0,05). В группе животных, получавших обработку аргоновой холодной плазмой в течение 1 минуты, значение проницаемости не отличалось от контроля (статистически незначимое уменьшение составило 1,5%, p > 0,05). Увеличение экспозиции до 2 минут вызывало умеренное, но статистически значимое повышение проницаемости на 8,4% относительно контроля (p < 0,05).

Однофакторный дисперсионный анализ выявил статистически значимые различия между всеми группами (по критерию Фишера p < 0,001). Пост-хок сравнение с использованием критерия Тьюки показало, что группа 2 значимо отличается от всех остальных групп (p ≤ 0,0003). Группа 4 также значимо отличается от групп 1, 2 и 3 (p ≤ 0,0005). Различия между группой 3 и конт­рольной группой не достигли статистической значимости (p = 0,737). Таким образом, наибольший эффект наблюдается в группе 4, наименьший — в группе 2, а группа 3 и контроль статистически неразличимы (рис. 2).

Наиболее выраженные изменения зафиксированы для удельной проводимости (табл. 2). Воздействие неионизированным аргоном сопровождалось снижением в 4,17 раза (p < 0,05). При обработке холодной плазмой в течение 1 минуты проводимость снижалась на 20,5% относительно контроля (p < 0,05), тогда как 2-минутное воздействие не приводило к значимому изменению относительно контроля (снижение на 6,5%, p > 0,05).

Однофакторный дисперсионный анализ выявил статистически значимые различия между группами (p < 0,001). Пост-хок сравнение с использованием критерия Тьюки показало, что группа 2 значимо отличается от всех остальных групп (p < 0,001) (рис. 3). Группа 3 также значимо отличается от групп 2, 4 и контроля (группа 1) (p ≤ 0,0003). Различия между группами 4 и 1 не достигли статистической значимости (p = 0,061).

По авторскому мнению, хоть динамика выявленных изменений и имеет однонаправленную тенденцию, в ее основе лежат разные механизмы возникновения. Использование неионизированного аргона влечет за собой устойчивое снижение кровенаполнения тканей и, как следствие, падение их проводимости. Таким образом, потенциальная возможность локальной гиперциркуляции не реализуется в полной мере и итоговый эффект проявляется в выраженном снижении проводимости тканей.

Воздействие аргоновой холодной плазмой провоцирует умеренные изменения показателя проводимости, которые можно рассматривать как адаптивную реакцию тканей в ответ на курсовое применение выбранного агента, выраженную в их локальном уплотнении. Причем данное утверждение будет справедливо и для короткой, и для более длительной экспозиции (1 и 2 минуты). Таким образом, на основании полученных данных оптимальным режимом для обработки можно считать одноминутное воздействие аргоновой холодной плазмой. Аргументами для выбора такого режима служат стабилизация защитных функций кожных покровов и отсутствие стойкой местной гипе­ремии. Однако для более глубокого объяснения сути возникающих эффектов появляется необходимость к проведению дополнительных исследований, включающих оценку состояния микроциркуляторного русла и изучения активности кровотока по сосудам малого диаметра. Это позволит полноценно раскрыть механизмы функционально-морфологических перестроек, индуцированных воздействием исследуемых физических факторов.

Поскольку диэлектрические показатели неотъемлемо связаны с морфоструктурными характеристиками тканей и степенью гидратации, можно предположить возникновение следующих эффектов. Неионизированный аргон способен локально влиять на циркуляцию в обработанной области. Аргоновая холодная плазма, напротив, способна либо поддерживать ее исходный уровень (при коротком воздействии), либо умеренно стимулировать ее при увеличении длительности воздействия (2 минуты). Для подтверждения этого эффекта нами и было изучено состояние микроциркуляции в зоне обработки.

Результаты лазерной доплеровской флоуметрии представлены на рисунке 4. Установлено, что все виды обработки вызывают снижение показателя микроциркуляции (ПМ). Наиболее выраженное снижение зафиксировано в группе неионизированного аргона — на 28,1% относительно контроля (p < 0,05). В группе холодной плазмы (1 мин) снижение составило 8,7% (p < 0,05), а при 2-минутной экспозиции — 16,9% (p < 0,05). Во всех группах холодной плазмы значения ПМ были статистически значимо выше, чем при обработке неионизированным аргоном (p < 0,05).

Однофакторный дисперсионный анализ выявил статистически значимые различия между группами (p < 0,001). Пост-хок сравнение с использованием критерия Тьюки показало, что все четыре группы значимо отличаются друг от друга (p < 0,001 для всех пар). Наибольшее значение зафиксировано в контрольной группе 1, затем следуют группа 3, группа 4 и наименьшее — в группе 2. Таким образом, все группы статистически различны, при этом контрольная группа демонстрирует максимальные показатели, а группа 2 — минимальные.

Из вышеописанного следует, что аргоновая холодная плазма (независимо от продолжительности воздействия) обеспечивала статистически значимо более высокий уровень микроциркуляции по сравнению с воздействием не­ионизированного газового потока.

Далее для уточнения выявленных эффектов была про­анализирована активность регуляторных факторов микроциркуляции (рис. 5 и 6). Установлено, что одноминутная обработка аргоновой холодной плазмой в 2 раза повышает участие эндотелиального компонента в регуляции кровотока относительно контрольной группы (p < 0,05). Двухминутная обработка также повысила данный показатель, но 1,41 раза (p < 0,05) относительно контроля. Активность нейрогенного компонента осталась практически неизменной при всех режимах воздействия (рис. 5). Миогенный компонент продемонстрировал наибольшую стабильность, его амплитуда изменилась не более чем на 20% (p < 0,05) относительно интактных животных при всех вариантах обработки. Пассивные факторы регуляции кровотока проявили устойчивую тенденцию к снижению своего вклада в регуляцию микроциркуляции — дыхательный компонент снизился на 40% (p < 0,05), а сердечный (пульсовый) компонент уменьшился на 37% (p < 0,05) (рис. 6). Таким образом, воздействие аргоновой холодной плазмой вызывает умеренное снижение показателя микрокровотока, которое оказалось менее выраженным, чем при использовании неионизированного аргона. При этом активизация эндотелиального компонента указывает на формирование адаптивной реакции в сосудистом эндотелии. Наибольшую стабильность продемонстрировал миогенный фактор регуляции, а пассивные механизмы (дыхательный и сердечный компоненты) показали заметное ослабевание своего активного участия в процессе микроциркуляции.

Третьей оцениваемой характеристикой состояния микроциркуляции явилась задействованность шунтирующих путей в обеспечении микрокровотока (рис. 7), устанавливаемая по уровню показателя шунтирования. Обнаружено, что после курса воздействия аргоновой холодной плазмы имеет место повышение указанного параметра, степень которого непосредственно зависит от времени обработки (на 37,7 и 18,0% по сравнению с интактными крысами для 1 и 2 минут соответственно; р < 0,05). Это указывает на повышение роли шунтирующих механизмов в регуляции тока крови по мелким сосудам при применении аргоновой холодной плазмы.

Наконец, оценка поверхностной температуры участков кожи до начала эксперимента и в процессе обработки холодной плазмой позволила установить, что рассматриваемый фактор не способствует значимому нагреванию поверхности. Так, исходная температура поверхности кожи крыс составляла 28,7 ± 1,2 °С, а по завершении сеанса воздействия аргоновой холодной плазмы — 29,3 ± 1,5 °С (p > 0,05).

ОБСУЖДЕНИЕ

Интерпретация / научная значимость

Холодная плазма как активный физико-химический агент, обладая высокой концентрацией ионизированных частиц [34][35], при контакте с биологическим объектом провоцирует генерацию в нем активных форм кислорода и азота [14][15][36], которые, согласно предложенной авторами концепции универсального метаболического «сенсора» [10], инициируют формирование разноплановых ответных функционально-метаболических каскадов. В первую очередь эти реакции затрагивают поверхностные слои кожи, обеспечивая развитие быстрых и отсроченных процессов. На уровне покровных тканей наиболее быстрый ответ связан с сосудистым руслом и прежде всего — с системой микроциркуляции, а также состоянием и проницаемостью сосудистой стенки в соответствующей области воздействия холодной плазмы. На этом основании в рамках настоящего исследования были осуществлены мониторинг реактивности микроциркуляции методом лазерной доплеровской флуометрии и оценка уровня гидратации тканей путем применения технологии ближнепольного резонансного СВЧ-зондирования в условиях локального воздействия ионизированного и неионизированного газового монокомпонентного (аргонового) потока.

Выявлено, что процедура ионизации аргона, приводящая к генерации холодной плазмы, вызывает выраженный функционально-метаболический ответ, однако его характеристики непосредственно зависят от особенностей используемого газового потока. В частности, установлено, что любой из изученных вариантов обработки снижает интенсивность кровотока по сосудам малого диаметра, однако мы предполагаем, что в основе этого эффекта лежат различные механизмы. Так, при использовании неионизированного аргона угнетение микроциркуляции потенциально связано с вазоспазмом, о чем свидетельствует снижение эндотелиального и нейрогенного компонентов регуляции, протекающее на фоне существенного прироста активности миогенного фактора. Данный факт сопоставляется и с локальным снижением диэлектрической проницаемости, указывающим на уменьшение количества жидкости в соответствующей области.

Напротив, при воздействии холодной плазмы снижение показателя микроциркуляции сопровождается преимущественным нарастанием амплитуды эндотелиального компонента, который зависит от темпов высвобождения монооксида азота, наиболее значимого вазорелаксирующего агента, эндотелиоцитами. При этом другие внутрисосудистые факторы регуляции практически сохраняются на исходных значениях, что косвенно свидетельствует об увеличении диаметра и просвета сосудов микроциркуляторного русла и, как следствие, относительного снижения линейной скорости перемещения крови по ним. Дополнительно это доказывает динамика действительной части диэлектрической проницаемости тканей, демонстрирующая иной характер ответа по сравнению с обработкой неионизированным аргоном, причем он зависит от времени контакта биообъекта с холодной плазмой. В частности, в случае одноминутного воздействия диэлек­трическая проницаемость сохраняется на уровне конт­рольных животных, а при увеличении экспозиции фактора до двух минут наблюдали статистически значимое повышение значения показателя, что указывает на нарастание гидратации тканей и, следовательно, их кровенаполнения.

Все вышеперечисленное в сочетании с отсутствием сдвигов поверхностной температуры в области обработки позволяет охарактеризовать реакцию на 10-дневное воздействие газовых потоков как адаптивную, причем особенности адаптации определяются наличием ионизации газового потока и продолжительностью контакта с биологическим объектом.

Ограничения исследования

В рамках проведенного исследования авторами проводилась комплексная неинвазивная оценка параметров кожи крыс в едином режиме. Данный протокол обработки основывался на данных предшествующих исследований, выполненных на различных моделях in vitro и in vivo [10][29]. В то же время также представляется значимым изучить особенности структурно-функционального ответа кожи и подкожных тканей при действии аргоновой холодной плазмы и неионизированного аргона при иных режимах (в частности, при варьирующих времени экспозиции и расстоянии биообъекта и края плазменного факела). Это и предстоит исследовать в дальнейших экспериментах. Дополнительно следует отметить, что широкое внедрение методов плазменной медицины в рутинную клиническую практику требует создания способов персонификации воздействия и текущего контроля биобезопасности.

Обобщаемость / экстраполяция

Результаты настоящего экспериментального исследования позволяют раскрыть клеточно-тканевые механизмы ответа биотканей на воздействие холодно-плазменного газового потока, что дает возможность рассматривать этот вариант лечения в качестве способа локальной обработки ожоговых и механических ран для ускорения протекания процессов регенерации [37]. Известно, что в большинстве случаев подобные раны исходно контаминированы патогенной микрофлорой, положительным фактором в пользу выбора изучаемой лечебной технологии служит присутствие у холодной плазмы высокой антибактериальной и противовирусной активности, полноценно продемонстрированной в отечественной и зарубежной литературе [13][34][38–40].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных экспериментов показано, что десятидневное воздействие газовых аргон-содержащих потоков обеспечивает поликомпонентный локальный функционально-метаболический ответ покровных тканей крыс, характер которого непосредственно детерминирован составом и свойствами применяемого экзогенного фактора. В частности, неионизированный поток аргона способствует лишь компенсаторному вазоспазму, сопровождающемуся умеренным угнетением кровотока и снижением степени гидратации участка кожи в обрабатываемой области. Напротив, перестройка состояния микроциркуляции при использовании холодной плазмы включает физиологическую вазодилатацию с пропорциональным снижением линейной скорости микрокровотока и увеличением уровня кровенаполнения в области, в которой осуществляли воздействие. При этом приведенный эффект зависит от времени обработки кожи холодной плазмой: наиболее физиологичный характер реактивности фиксировали при одноминутной обработке, максимально приближенной к интактному состоянию, тогда как при удлинении времени экспозиции фактора до двух минут уровень гидратации тканей превышает значения, установленные для интактных животных. По нашему мнению, полученные результаты создают фундаментальные перспективы для персонификации локальной холодно-плазменной терапии ран и ожогов у человека и животных.