Введение к работе
Актуальность проблемы. В 1979 году Смиешко, Хаютнн и соавторы установили, что артерии расширяются при увеличении в них скорости кровотока и суживаются при ее уменьшении. Очевидно, что для осуществления такой регуляции просвета артерий необходимо, чтобы стенка этих сосудов обладала способностью каким-то образом "измерять" скорость кровотока и регулировать соответственно этой скорости тонус гладких мышц. Предположение о том, каким образом могла бы осуществляться такая регуляция было высказано С.Родбардом (Rodbard, 1966) еще до того, как сама эта регуляция была экспериментально выявлена. Родбард предположил, что клетки эндотелия способны воспринимать действующую на них со стороны движущейся крови гидродинамическую силу (напряжение сдвига) и снижать тонус гладких мышц тем в большей степени, чем больше эта сила. Действительно, напряжение сдвига (т) при ламинарном стационарном течении жидкости в цилиндрической трубке определяется следующим соотношением:
т =32nQ/Jtd3 (1),
где т] - вязкость жидкости, Q - ее объемная скорость, d - внутренний диаметр трубки. Видно, что напряжение сдвига пропорционально расходу, и, значит, вполне может служить мерой скорости тока жидкости. Однако в то время, когда эта гипотеза была сформулирована, не было практически никаких оснований считать, что тонус сосудов регулируется соответственно напряжению сдвига на стенке. Тем менее можно было подозревать участие в такой регуляции эндотелия, который считали лишь атромбогенной пленкой, выстилающей поверхности, контактирующие с кровью.
Однако вслед за обнаружением чувствительности артерий к скорости кровотока было установлено, что эти сосуды расширяются также з ответ на повышение вязкости текущей по ним жидкости (Мелькумянц, 1982; Балашов, 1987). Поскольку, как видно из формулы (1), напряжение сдвига пропорционально, не только расходу, но и вязкости, этот факт свидетельствовал в пользу предположения о том, что напряжение сдвига на стенке действительно влияет на тонус сосудистых гладких мышц.
Примерно в то же время произошли кардинальные изменения но взглядах на функцию эндотелия. Фурчгот и Завадский (1980) показали, что эндотелий действительно участвует в регуляции тонуса гладких мышц. Они установили, что ацетилхоліні расслабляет гладкие мышцы сосудов не непосредственно, а лини, потому, чіо эндотелиоциты выделяют при действии па них ацетплхолина вещество, снижающее тонус гладких мышц и названное эндогелиальным фактором расслабления (ЭФР) Вслед за этой работой Смиешко (1983) и его коллеги выяснили, что ди-лататориый ответ бедренной артерии на повышение в ней расхода кропи осуществляется лишь к сосуде с интактимм эндотелием. Этот факт, до-
казывающий, что чувствительность артерий к скорости течения крови опосредуется эндотелиальными клетками, был подтвержден другими авторами (Holtz et al, 1983; Pohl et al, 1986; Балашов, 1987). Наконец, было показано, что реакции артерий на изменения вязкости крови также реализуются лишь в сосудах с интактным эндотелием (Melkumyants et al, 1989). Все эти результаты, взятые вместе, доказывали, во-первых, существование ранее неизвестного вида регуляции артериальных сосудов - их способности приспосабливать свой просвет к величинам скорости течения и вязкости крови, и, во-вторых, что эта регуляция определяется способностью эндотелиоцитов изменять тонус гладких мышц соответственно напряжению сдвига.
Как показали дальнейшие исследования, механочувствительность эндотелия обеспечивает весьма значительные изменения сосудистого сопротивления. Выяснилось, что диаметр артерий увеличивается при увеличении в них скорости течения крови настолько, что падение давления на этих сосудах практически не меняется даже при многократнем увеличении кровотока (Никольский, 1987; Khayutin et al, 1993). Эти данные с несомненнностыо доказывают, что чувствительность эндотелия к напряжению сдвига является важным фактором регуляции сосудистого сопротивления, способным значимо участвовать в регуляции кровообращения.
В рамках исследования роли эндотелия в регуляции сосудистого тонуса было выяснено, что эндотелиоциты способны значительно ослаблять констрикторные реакции артериальных сосудов. Оказалось, что артерии с удаленным или поврежденным эндотелием суживаются под действием констрикторных стимулов значительно сильнее, чем эти же сосуды с интактным эндотелием (Verrecchia et al, 1984; Lamping et al, 1985; Young a Vatner, 1986; Никольский, 1987). Этот феномен, как правило, объясняют тем, что агонисты, вызывающие сокращение гладких мышц, действуя одновременно на специфические рецепторы эндотелиоцитов, вызывают выделение ЭФР, который и ослабляет это сокращение. Однако возможна и иная интерпретация этих результатов. Действительно, эксперименты указывают на то, что в ответ на повышение напряжения сдвига эндотелиоциты также выделяют ЭФР (Pohl et al, 1986; Rubanyi et al, 1986; Tesfamariam a Cohen, 1988). Поскольку напряжение сдвигі обратно пропорционально третьей степени внутреннего диаметра, то любое уменьшение диаметра при неизменном кровотоке значительно увеличивает напряжение сдвига на стенке, что должно приводить к выделении: дополнительного количества ЭФР, ослабляющего вазоконстрикцик (Khayutin, 1990). Как показывают расчеты, ослабление констрикцин обусловленное механоцептивной функцией эндотелия должно быть весь ма значительным. Таким образом, механочувствительность эндотелш может являться не только фактором, обусловливающем расширение ар терпи при увеличении в них кровотока, но и фактором, ослабляющи>
констрикторные реакции сосудов и, таким образом, препятствующим развитию сосудистого спазма
Отметим, что, хотя твердо установлено наличие химического посредника между эндотелием и гладкими мышцами, обеспечивающего расслабление последних при повышении напряжения сдвига, фактор, выделяемый при этом эндотелиоцитами, не идентифицирован. Принято счи-іать, что ЭФР, выделяющийся в ответ на повышение напряжения сдвига, идентичен фактору, выделяющемуся при действии на эндотелиоциты фармакологических агентов, таких как ацетилхолин, АТФ, брадикинин и т.д., и представляющему собой оксид азота (NO). Хотя некоторые экспериментальные данные позволяют считать, что в ответ как на механический, так и на химический стимулы эндотелиоциты выделяют одно и то же вещество, расслабляющее гладкие мышцы, ряд фактов наводит на мысль о том, что ЭФР, выделяющийся в ответ на повышение напряжения сдвига отличен от оксида азота.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в том, чтобы, во-первых, выявить и количественно оценить антиконстрикторный эффект механочувствительности эндотелия и, во-вторых, выяснить является ли NO медиатором реакции артерий при увеличении напряжения сдвига на их стенке. Конкретно, мы намеревались:
-
доказать, что механочувствительность эндотелия является фактором, ослабляющим констрикцню сосудов;
-
оценить, сколь значим вклад механочувствительности эндотелия в ослабление вазоконстрикции по сравнению с другими опосредуемыми эндотелием механизмами;
-
определить, является ли оксид азота медиатором опосредуемой эндотелием дилатации артерий на повышение скорости кровотока. Научная новизна. Экспериментально доказано, что чувствительность эндотелия к напряжению сдвига обусловливает ослабление констрикции сосудов, независимо от природы констрикторного стимула. Показано, что этот антиконстрикторный эффект механочувствительности эндотелия весьма значителен: он ослабляет констрикторные реакции сосудов в большей мере, чем остальные обусловленные функцией эндотелия механизмы вместе взятые. Эти результаты позволяют связать склонность сосудов с поврежденным эндотелием к развитию спазма именно с нарушением механоцептипной функции эндотелия.
Установлено, что пнгпбирование синтеза NO в зндотслпопитах магистральных артерий кошки ослабляет отпеты на действующие через эндотелий фармакологические агенты, но, тем не менее, не вызывает ослабление реакций этих сосудов на повышение скорости кровотока. Эти данные позволяют заключить, что в ответ на повышение напряжения сдвига эндотелиоциты способны выделять ЭФР, отличный от NO. Научно-практическая значимость. Исследование антиконстрикторного действия механочувствительности эндотелия существенно для понимания
общих принципов функционирования и регуляции системы кровообращения, развития сосудистого спазма, а также для изучения патогенеза атеросклероза, гипертонической болезни и других заболеваний сердечнососудистой системы. Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на:
научных конференциях молодых ученых МФТИ, Москва, 1992, 1994;
Европейском физиологическом конгрессе, Прага, 1991;
XYII Европейской конференции по микроциркуляции, Лондон, 1992;
Международной биофизической школе-семинаре, Пущино, 1993;
Всероссийском семинаре по биомеханике, Санкт-Петербург, 1995. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (Глава I), изложения методики опытов (Глава II), результатов опытов (Глава III), их обсуждения (Глава IV) и выводов.