Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Регионарный кровоток и ведущие патогенетические факторы микроциркуляторных нарушений при острой кровопотере (обзор литературы) 11
1.1. Микроциркуляция и регуляция сосудистого тонуса 11
1.2. Вазомоции и флаксмоции 14
1.3. Методы исследования микроциркуляции 17
1.4. Особенности микроциркуляции в головном мозге и коже 19
1.5. Роль нарушений микроциркуляции в патогенезе острой кровопотери 23
1.6. Микроциркуляция в коже и периферических тканях при кровопотере 26
1.7. Микроциркуляция в головном мозге при кровопотере 30
1.8. Применение гелофузина и перфторана при острой кровопотере 34
Глава 2. Материал и методы исследования 37
2.1. Общий план исследования 37
2.2. Экспериментальная модель острой кровопотери 38
2.3. Методы исследования микрогемоциркуляции в коже и мозге крысы 40
2.4. Методы прямого измерения артериального давления, газового состава и кислотно-основного состояния крови 43
2.5. Статистическая обработка результатов исследования 44
Глава 3.Результаты собственных исследований 46
3.1. Нарушения микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере . 46
3.2. Результаты исследования нарушений микроциркуляции в коже при циркуляторной и гемической гипоксии 50
3.3. Результаты исследования влияния перфторана на микроциркуляцию в коже и головном мозге при острой кровопотере 55
3.4. Результаты исследования влияния гелофузина и аутогемотрансфузии на газовый состав и КОС крови при острой кровопотере 60
Глава 4. Обсуждение результатов 63
4.1. Обсуждение результатов исследования микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере 63
4.2. Обсуждение результатов исследования нарушений микроциркуляции в коже при циркуляторной и гемической гипоксии 71
4.3. Обсуждение результатов исследования влияния перфторана на микроциркуляцию в коже и головном мозге при острой кровопотере 79
4.4. Обсуждение результатов исследования влияния гелофузина и аутогемотрансфузии на газовый состав и КОС крови при острой кровопотере 83
Заключение 86
Выводы 90
Список сокращений и условных обозначений 92
Список литературы 93
- Особенности микроциркуляции в головном мозге и коже
- Нарушения микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере
- Обсуждение результатов исследования микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере
- Обсуждение результатов исследования влияния гелофузина и аутогемотрансфузии на газовый состав и КОС крови при острой кровопотере
Особенности микроциркуляции в головном мозге и коже
Система микроциркуляции, несмотря на описанные выше общие черты, имеет свою органную специфику. Относительная роль конкретного механизма регуляции сосудистого тонуса отличается в разных органах. С точки зрения регуляции регионарного кровотока можно условно выделить:
1) группу органов: головной мозг, сердце и в некоторой степени скелетные мышцы, в которых доминирующее значение имеют локальные метаболические механизмы;
2) группу органов: кожа, почки, ряд органов брюшной полости, в которых преобладают нейрогенные симпатические влияния [132].
В органах первой группы базальный тонус артериол обычно высокий, а кровоток в покое лишь незначительно превышает минимальные значения, необходимые для удовлетворения метаболических потребностей этих органов.
Изменения импульсной активности симпатических нервов оказывают незначительные воздействия на кровоток в данных органах по сравнению с воздействиями, обусловленными изменением их метаболической активности. Напротив, увеличение интенсивности метаболических процессов может вызвать значительное повышение кровотока за счет уменьшения тонуса артериол. Хорошо развитая метаболическая и миогенная регуляция тонуса церебральных и коронарных сосудов определяет выраженную способность мозга и сердца к ауторегуляции кровотока в них, т.е. поддерживать его на относительно постоянном уровне в широком диапазоне изменений перфузионного давления [120].
В органах второй группы кровоток в покое существенно превышает их минимальные метаболические потребности. Артериолы кожи и органов брюшной полости, с одной стороны, обладают небольшим базальным тонусом, поэтому кровоток в них увеличивается почти до максимума при отсутствии воздействий симпатических нервов. С другой стороны, активация симпато-адреналовой системы ведет к существенному снижению кровотока в данных органах, что играет важную роль в развитии централизации кровообращения при острой кровопотере. При этом даже редуцированный таким образом кровоток достаточен для обеспечения минимальных метаболических потребностей, а преходящие перебои в перфузии и оксигенации этих тканей не имеют существенного клинического значения [68; 132].
Влияние нейрогенных и гормональных факторов на органный кровоток в значительной степени зависит от типа рецепторов, их плотности и распределения в сосудистой системе [120]. Например, кровотечение, являясь мощным стрессирующим фактором, может значительно снизить перфузию кожи и скелетных мышц из-за высокой плотности -адренорецепторов и V1 вазопрессиновых рецепторов в артериолах.
Головной мозг, чувствительный к гипоксии и с хорошо развитыми механизмами ауторегуляции кровотока, относится к первой группе «жизненно важных» органов. Напротив, кожа является органом второй группы, поскольку может переносить достаточно длительную ишемию, и при развитии компенсаторно-приспособительных реакций часто «приносится в жертву» для поддержания перфузии органов первой группы в интересах целого организма.
Кожный кровоток характеризуется значительными колебаниями в зависимости от участка тела, температуры кожного покрова и функционального состояния организма: покой, стресс, гиповолемия и др. [65; 66; 132]. Изменение кожного кровотока является основным механизмом поддержания температурного гомеостаза в организме. Сосуды кожи акральных участков тела (кисти, стопы, губы, мочки ушей) содержат много артериоло-венулярных анастомозов и богато иннервированы симпатическими адренергическими сосудосуживающими волокнами, что приводит к выраженному влиянию вегетативного статуса организма на кровоток в этих участках [23; 32].
Когда артериоло-венулярные анастомозы открыты, нутритивный кровоток через капилляры снижается в значительной степени, то облегчается теплоотдача. Кожа туловища и неакральных отделов конечностей содержит мало артериоло-венулярных анастомозов, но артериолы и поверхностные венозные сплетения в этих участках также хорошо иннервированы симпатическими адренергическими волокнами [68]. Участие неакральных участков кожи в теплообмене обусловлено не только пассивной вазодилатацией при снижении симпатической импульсации, но и активным расширением поверхностных сосудов во время потоотделения [6; 132].
Венулы подсосочкового сплетения кожи имеют относительно большую емкость, что определяет их важную роль в компенсаторно-приспособительных реакциях организма при гиповолемии. Помимо существенных различий кровоснабжения и иннервации акральных и неакральных участков кожи, пространственная гетерогенность ее перфузии обусловлена неравномерным распределением микрососудов в ней с формированием двух артериолярных и венулярных сплетений, а также хорошо и плохо васкуляризированных участков [80]. Клинически это проявляется «мраморностью» кожного покрова при шоке и других критических состояниях. В определенных условиях в коже возникает ряд сосудистых эффектов, таких как феномен холодовой вазодилатации и «тройной ответ» на механические и другие повреждения [23; 66; 132].
Средняя объемная скорость мозгового кровотока составляет примерно 13% от сердечного выброса и отличается постоянством, поскольку в мозге существует постоянно высокий уровень метаболической активности. Однако функциональная активность определенных отделов мозга изменяется во времени, вследствие чего кровоток в них также изменяется, при этом общий мозговой кровоток меняется незначительно [6]. Кровоснабжение головного мозга регулируется преимущественно местными метаболическими и миогенными механизмами [3; 140]. Тонус церебральных сосудов в значительной степени зависит от рСО2 и pH ликвора, а также от рО2 крови. Оксид азота (NO) как важнейший эндотелиальный фактор регуляции микроциркуляции оказывает вазодилатирующее действие на пиальные артериолы и играет важную роль в поддержании мозгового кровотока при артериальной гипотензии [55; 90].
Церебральные сосуды получают как симпатическую сосудосуживающую, так и парасимпатическую сосудорасширяющую иннервацию, но, как уже указывалось выше, в норме мозговой кровоток меняется очень слабо под действием этих факторов [132; 137]. Симпатическая иннервация артериальных сосудов мозга может иметь протективное значение при внезапном повышении АД, оказывая синергичное действие с миогенным ответом. Церебральные сосуды, расположенные на поверхности мозга, иннервируются периферическими нервными ганглиями: верхним шейным, крыловидно-небным, ушным и тройничным ганглием. Но после вхождения в вещество мозга церебральные артерии теряют периферическую иннервацию и получают ее от нейронов, расположенных в самом мозге: базальное ядро, голубое пятно и ядро шва [106]. От этих нейронов отходят волокна как к микрососудам коры мозга, так и к окружающим их астроцитам. Выделяемые периваскулярно медиаторы и нейротрансмиттеры (ацетилхолин, норадреналин, серотонин, NO) могут активировать рецепторы как на клетках самих сосудов, так и на клетках астроглии для изменения тонуса сосудов мозга. Такая концепция функциональной нейрососудистой единицы хорошо объясняет тесное сопряжение перфузии с нейрональной активностью в тех или иных отделах головного мозга [106].
Известной особенностью мозгового кровообращения является хорошо развитый гематоэнцефалический барьер, благодаря которому химический состав интерстиция и ликвора регулируется в определенной степени независимо от состава плазмы и других жидкостных компартментов организма. В частности, гематоэнцефалический барьер ограничивает действие ряда циркулирующих гормонов и препаратов на нейроны и гладкомышечные клетки церебральных сосудов [14; 132].
Нарушения микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере
Основные результаты данного раздела исследования приведены в таблице 2. В исходном состоянии на фоне нормального для крысы АДср значения М в мозге были почти в 3 раза выше, чем в коже. Вейвлет-анализ ЛДФ-грамм в исходном состоянии выявил различия между амплитудно-частотными характеристиками колебаний кровотока на уровне микроциркуляции в коже и мозге. Как Аmax, так и соответствующая ей Fmax в мозге оказались выше, чем в коже.
На рисунках 3 и 4 представлены характерные примеры ЛДФ-грамм в коже и мозге в исходном состоянии.
На постгеморрагическом этапе отмечалось развитие выраженной артериальной гипотензии: АДср снизилось до 41 (35; 46) мм рт. ст. На этом фоне М в коже уменьшилось на 65% от исходных значений, в то время как в мозге только на 17%. В то же время отмечалась однонаправленная динамика амплитудно-частотных характеристик флаксмоций: в обоих исследуемых органах после кровопотери происходило резкое увеличение Аmax и снижение Fmax. Другими словами, колебания локального кровотока на уровне микроциркуляции усиливались по амплитуде и замедлялись по времени. ЛДФ-грамма в этом периоде в большинстве случаев характеризовалась появлением высокоамплитудных («медленно волновых») колебаний, которые при вейвлет-анализе проявлялись высокими «пиками» в большинстве случаев в рамках нейрогенного частотного диапазона (рис. 5 и 6).
На постгеморрагическом этапе происходило не только «замедление» флаксмоций, но и их синхронизация в относительно узкой полосе частот: для кожи около 0,04 Гц, для мозга около 0,09 Гц. Так коэффициент вариации для Fmax в исходном состоянии составил 83±0,9% и 53±1,2% в коже и мозге, соответственно. В постгеморрагическом периоде это показатель снизился до 35±0,2% в коже и 21±0,3% в пиальных сосудах (p 0,001).
В таблице 3 представлены максимальные амплитуды колебаний локального кровотока (флаксмоций) в частотных диапазонах, которые соответствуют эндотелиальному, нейрогенному и собственно миогенному факторам регуляции микроциркуляции. Как в исходном состоянии, так и после кровопотери амплитуда флаксмоций во всех указанных диапазонах в мозге оказалась выше, чем в коже. На постгеморрагическом этапе отмечалось выраженное увеличение амплитуды флаксмоций в нейрогенном частотном диапазоне (Ан) в обоих исследованных органах, в то время как амплитуда флаксмоций в других частотных диапазонах не претерпевала статистически значимых изменений.
Обсуждение результатов исследования микроциркуляции в коже и головном мозге при острой кровопотере
Полученные в данном разделе исследования различия в перфузии кожи и мозга ожидаемы и соответствуют известным анатомо-функциональным особенностям их кровоснабжения [66; 132]. В частности, мозговой кровоток поддерживается на относительно высоком уровне даже в состоянии функционального покоя и наркоза ввиду постоянно высоких энергетических потребностей головного мозга. Кожный кровоток, напротив, избыточен по отношению к низким метаболическим потребностям самой кожи.
Слабо выраженное различие кожи и мозга по Аmax в исходном состоянии, по-видимому, связано с тем, что абсолютная величина Аmax во многом определяется анатомо-функциональными особенностями исследуемого органа, в частности, различиями в величине перфузии органов и ее гетерогенностью. Для нивелирования данного обстоятельства многие исследователи используют «нормирование» амплитуд колебаний кровотока по величине средней перфузии или среднеквадратичному отклонению, а также применяют другие расчетные величины и индексы [32; 35]. В данной работе основной акцент был сделан на анализе первичных, непосредственно измеряемых физиологических параметров, а использование расчетных показателей и индексов минимизировано, поскольку не всегда ясна и обоснована целесообразность их применения.
Примечательным оказалось различие исследуемых органов по доминирующей частоте флаксмоций в исходном состоянии: 0,06 (0,03; 0,17) Гц в коже и 0,16 (0,1; 0,24) Гц в мозге. Для интерпретации полученных данных нами использована методика анализа колебаний кровотока в специфических диапазонах частот (Аэ, Ан и Ам) [2; 96]. В этой связи можно предположить, что в условиях общей анестезии доминирующим фактором регуляции микроциркуляции в коже являются симпатические адренергические влияния, в то время как в мозге доминирующей является собственно миогенная регуляция сосудистого тонуса. Полученные данные в целом соответствуют общепринятым представлениям об особенностях регуляции сосудистого тонуса в коже и мозге [132; 140]. Тем не менее, стоит отметить ряд ограничений указанной выше методики при ее применении для анализа флаксмоций в эксперименте на лабораторных животных:
– относительная условность выделения специфических диапазонов; например, симпатическая денервация кожи в эксперименте на крысах приводила к снижению энергии колебаний кровотока во всём «активном» частотном диапазоне, а не только в нейрогенном [165];
– в некоторых работах границы частотных диапазонов для кожи крыс несколько отличаются от использованных в данном исследовании [75; 165], а анализ флаксмоций в мозге часто ограничивается только узким диапазоном частот – нейрогенным [107; 112];
– если при вейвлет-анализе ЛДФ-граммы частота максимальной амплитуды флаксмоций находится на границе частотных диапазонов, то возникают сложности с отнесением данной колебательной активности к тому или иному фактору регуляции микроциркуляции.
В данной серии экспериментов Fmax иногда находилась на границе диапазонов, например, в мозге в исходном состоянии (на границе нейрогенного и миогенного диапазонов) и в коже в постгеморрагическом периоде (на границе эндотелиального и нейрогенного диапазонов). Такая ситуация может возникать при переходных динамических процессах в регуляции микроциркуляции [32]. Кроме того, в исходном состоянии высокоамплитудные «резонансные» колебания кровотока были не характерны ни для кожной, ни для церебральной микроциркуляции.
С учетом приведенных ограничений методики суждение о доминирующем механизме регуляции сосудистого тонуса в коже и головном мозге в исходном состоянии неоднозначно.
Динамика локального кровотока в исследуемых органах на постгеморрагическом этапе (снижение в коже на 65%, а в мозге только на 17%) указывает на относительную сохранность церебральной микроциркуляции в этих условиях и хорошо согласуется с результатами другой экспериментальной работы, в которой с помощью ортогональной поляризационной спектроскопии (разновидность видеомикроскопии) сравнивалась микроциркуляция в пиальных сосудах и слизистой щеки [164].
Интерпретируя изменения М в головном мозге при развитии гипотензии, следует учитывать, что, по данным разных авторов, нижняя граница ауторегуляции мозгового кровотока находится на уровне АДср 50–60 мм рт. ст. и зависит от ряда факторов [90; 140]. В частности, использование барбитуратов в экспериментальной модели острой кровопотери смещало нижнюю границу ауторегуляции до 40 мм рт. ст., т.е. повышало устойчивость мозгового кровотока к артериальной гипотензии [95]. В настоящей работе на постгеморрагическом этапе АДср снижалось в среднем со 105 до 41 мм рт. ст. Использование пентобарбитала в качестве анестетика в данной экспериментальной модели, возможно, стало дополнительным фактором поддержания мозгового кровотока при развитии выраженной артериальной гипотензии.
Несмотря на очевидные различия в способности кожных и пиальных сосудов к ауторегуляции кровотока (разная степень снижения локального кровотока при одинаковом уровне гипотензии), в постгеморрагическом периоде отмечалась однонаправленная динамика спектральных характеристик колебаний кровотока: в обоих исследуемых органах происходило резкое увеличение Аmax и снижение Fmax с появлением в большинстве случаев высокоамплитудных относительно медленных колебаний кровотока, часто синусоидальной формы.
Здесь уместно еще раз подчеркнуть, что ввиду отсутствия единой общепринятой методики описания и анализа колебательных процессов на уровне МЦР сопоставление результатов исследований разных авторов часто затруднено. Многие исследователи считают вазомоции/флаксмоции неотъемлемым атрибутом нормальной микроциркуляции [27; 33; 84]. Например, в коже вазомоции присутствовали у животных в сознании, но исчезали у анестезированных независимо от типа анестетика [84]. Несомненно, что колебательные процессы, в т.ч. на уровне микроциркуляции, имеют большое значение в функционировании организма и его адаптации к меняющимся условиям среды [32]. Однако во многих экспериментальных работах нет достаточного описания характеристик вазомоций/флаксмоций и условий, в которых они возникали, а также не указывается, колебания какого типа являются вариантом нормы.
С другой стороны, в ряде экспериментальных и клинических работ было установлено, что в большинстве сосудистых бассейнов вазомоции/флаксмоции слабо выражены у здоровых анестезированных животных и человека, но значительно усиливаются при ряде метаболических нарушений (ацидоз) и артериальной гипотензии, в том числе вызванных острой кровопотерей [115; 153]. В этих исследованиях флаксмоции были низкоамплитудными и неритмичными в исходном состоянии, если анестезия хорошо контролировалась. Однако гипоперфузия и метаболические изменения, возникающие в результате кардиоресираторной депрессии при глубокой анестезии или после кровопотери, могут стимулировать вазомоции. В последнем случае, чаще всего говорят о «медленно волновых» колебаниях синусоидальной формы [158; 169], которые часто регистрировались в нашем исследовании в постгеморрагическом периоде.
Важная роль в появлении такого рода колебаний в МЦР отводится процессам синхронизации вазомоций в отдельных артериолах сосудистого бассейна под действием нейрогенных и гуморальных факторов регуляции [25; 144; 151]. В нашей работе в постгеморрагическом периоде происходило не только «замедление» и усиление флаксмоций, но и их синхронизация в относительно узкой полосе частот: для кожи около 0,04 Гц (на границе эндотелиального и нейрогенного диапазона), для мозга около 0,09 Гц (нейрогенный диапазон).
А.И. Крупаткин связывает появление таких синхронизированных резонансных колебаний кровотока с изменением режима реализации информационного процесса в МЦР, с переходом системы от многоканального (мультистабильного) режима регуляции к резонансному режиму [34]. В частности, автор указывает, что «…резонанс может рассматриваться не только как обеднение общей информации, но и как создание смысловой доминанты, концентрация смыслового содержания информации в одном частотном диапазоне, способствующая росту детерминизма в управлении системой. В этих случаях важное значение имеет смысловое содержание сигнала, которое определяется по физиологическому значению того частотного диапазона, к которому принадлежит пиковая амплитуда колебаний» [34].
Обсуждение результатов исследования влияния гелофузина и аутогемотрансфузии на газовый состав и КОС крови при острой кровопотере
Исследование газового состава и КОС артериальной крови дает ценную информацию о состоянии газообмена и метаболизма организма при критических состояниях, в частности при кровопотере и ее восполнении различными инфузионными средами. Большинство исследователей используют экспериментальные модели с объемом кровопотери 40% ОЦК и выше, поскольку такая кровопотеря приводит к развитию тяжелого геморрагического шока с выраженными нарушениями гомеостаза и высоким уровнем летальности [100; 154]. В настоящем исследовании эксперимент носил острый характер, и задача оценки летальности не ставилась. При этом тяжесть кровопотери определялась не только ее объемом, но и скоростью забора крови (30% ОЦК за 12 мин), о чем свидетельствуют выраженная артериальная гипотензия и снижение кожного кровотока более чем в два раза на постгеморрагическом этапе (табл. 4).
Наблюдавшиеся в исходном состоянии гиперкапния и компенсированный респираторный ацидоз, с одной стороны, могут быть связаны с угнетающим действием пентобарбиталового наркоза на дыхательный центр, что в условиях самостоятельного дыхания животных приводило к гиповентиляции. С другой стороны, рН артериальной крови оставалось в пределах нормальных значений за счет повышения ВЕ, что, в свою очередь, можно объяснить щелочной реакцией применявшегося раствора пентобарбитала (рН около 9,5–10).
Острая кровопотеря и сопровождающая ее циркуляторная гипоксия способствовали развитию метаболического ацидоза (о чем свидетельствует снижение как рН, так и ВЕ), а также включению компенсаторных реакций в виде снижения рСО2. При этом факт сохранения на постгеморрагическом этапе частоты дыхания на исходном уровне позволяет полагать, что снижение рСО2 и повышение рО2 и SaO2, по-видимому, обусловлены увеличением дыхательного объема, раскрытием ранее не вентилируемых альвеол и улучшением вентиляционно-перфузионного соотношения в легких.
На реперфузионном этапе в обеих группах выявлялись однонаправленные сдвиги в КОС и газовом составе крови: до исходного уровня снизились показатели оксигенации крови; увеличились рСО2 (с превышением исходных значений в контрольной группе) и ВЕ с минимальным изменением рН. Однако, несмотря на то, что в группе с инфузией гелофузина рН и ВЕ не вернулись к своим исходным значениям, данные показатели были сопоставимы между группами, а выявленные межгрупповые различия в значительной степени объясняются разным биохимическим составом инфузируемых сред: аутокровь содержит анестетик и буферные основания, а гелофузин вызывает снижение концентрации этих веществ за счет гемодилюции.
Как на реперфузионном этапе, так и на этапе гемодилюции в группе с восполнением кровопотери гелофузином относительно благоприятный профиль КОС и газового состава крови сочетался с восстановлением кожной перфузии и исследуемых показателей микроциркуляции. Несмотря на выраженную гемодилюцию (Ht 19%) и умеренную артериальную гипотензию (АДср 88 мм рт.ст.) на этапе гемодилюции кожный кровоток и амплитудно-частотные характеристики его колебаний не различались между группами. Как уже обсуждалось в главе 4, поддержание перфузии при гемодилюции коллоидными растворами в значительной степени обусловлено улучшением реологических свойств крови (снижение вязкости, уменьшение агрегируемости эритроцитов и улучшение их деформируемости), а умеренное увеличение относительно исходных значений Amax является специфической реакцией МЦР на сохраняющуюся после восполнения кровопотери гипоксию, уже гемического типа.
В экспериментальных и клинических исследованиях была показана хорошая эффективность восстановления микроциркуляции с помощью инфузии различных коллоидных препаратов [130; 154]. Однако растворы модифицированного жидкого желатина, в отличие от декстранов и ГЭК могут применяться в больших дозах и характеризуются наименьшей вероятностью развития дилюционной коагулопатии при кровопотере и травме [79; 141]. Тем не менее, есть работы, в которых применение растворов желатина при геморрагическом шоке не имело преимуществ перед сбалансированными кристаллоидными растворами [87; 94]. В этих же работах показано неоднозначное влияние растворов желатина на показатели оксигенации внутренних органов – снижение в мозге и повышение в тонкой кишке. Таким образом, восполнение острой кровопотери гелофузином, несмотря на развитие гемодилюции, гемической гипоксии и неполное восстановление артериального давления, сопровождается сопоставимыми с реинфузией аутокрови изменениями КОС и газового состава артериальной крови. При этом инфузия как аутокрови, так и гелофузина характеризуется восстановлением перфузии кожи и отсутствием межгрупповых различий по амплитудно-частотным характеристикам флаксмоций. Динамика амплитудно-частотного спектра колебаний кожного кровотока указывает на снижение напряженности активных механизмов регуляции микроциркуляции после восполнения кровопотери как аутокровью, так и гелофузином. Однако в данном исследовании применялся острый эксперимент без оценки отсроченного влияния кровопотери и инфузионной терапии на выживаемость и показатели гомеостаза организма. Поэтому экстраполировать эти результаты на клиническую практику следует с осторожностью.