Введение к работе
Актуальность проблемы. Колебательные процессы, присущие широкому классу объектов живой и неживой природы, в системе кровообращения обеспечиваются сократительной деятельностью сердца и являются естественным, непрерывно действующим на сосудистую систему фактором. Циклическая работа сердца, приводящая к изменению артериального и трансмурального давлений, поддерживает постоянно меняющееся за время сердечного цикла (пульсовое) механическое растяяеиие кровеносных сосудов, воздействующее на нервные и гладкомышечные образования их стенок.
Открытие на границе- XI Х- XX вв. чувствительности гладких сосудистых мышц к растяжению позволило сформулировать в 1902 г. У. Бейлиссу миогенкую гипотезу (Bayltss V.М. ,1902), которая предполагала участие .в формировании сосудистого тонуса собственных механизмов гладких мышц, реагирующих сокращением на растяжение внут-рисосудистым давлением и расслаблением на его снижение. Позднее/-миогенная гипотеза была подтверзвдена результатами многих экспериментальных исследований, материалы которых представлены в ряде обзорных работ (Конради Г. П. ,1973; Шэндеров С. М. , Рогоза А. Е ,1979; Хаотин ам. , Рогоза А. Н. ,1986; Johnson Р. С. ,1980).
Интерес физиологов к изучению действия механогенных стимулов на сосудистое русло обусловлен их участием в формировании базального тонуса сосудов, обеспечении баланса фильтрационно-абсорбцион-ных процессов в ткани на капиллярном уровне, развитии рабочей и реактивной гиперемий; а также решением вопросов, связанных с разработкой и эксплуатацией аппаратов "искусственное сердце", использованием перфузионной техники в клинике и лабораторных условиях.
Большое количество рабог, исследующих сосудистые механогенные реакции, проводили в условиях, при которых входное воздействие ' имитировали изменением средней величины внутрисосудистого давления (Хагатан В. М. ,1979; Johnson Р. С, Intaglietta V. Д976; Grande P.-О. .Borgstrom P. , Kfellander S. ,1979). В значительно меньшей степени в литературе представлены данные о действии на сосуды быстроменяющегося (пульсового) внутрисосудистого давления.
Крайне малочисленны и фрагментарны публикации о действии пульсовых характеристик кровотока (давления) - амплитуды и частоты - на системную и регионарную гемодинамику (Осадчий Л.И., Пуговкин А. П. ,1985; Speden R. N. , Warren D. М. ,1987). В них приводятся данные о влиянии одного из пульсовых параметров (амплитуды либо частоты) на исследуемые показатели (как правило, один - два) сосудистого
русла.
Изучению органного кровообращения в литературе уделяется много внимания (Джонсон П. ,1982; Ткаченко В. И. ,1986). Отмечается, что в настоящий момент акцент исследований переносится с микроуровня (начиная с молекулярного) на макроуровень - органный, системный (FolkowB. ,1994). В организме, среди других органов, важная роль в исследованиях отводится скелетной мускулатуре , сосуды которой имеог решающее значение в регуляции объема циркулирующей крови, распределении сердечного выброса И формировании венозного возврата крови к сердцу (Фолков Б., Нил 3. ,1976; Ыелландер С. ,1977).
Традиционно анализ влияния пульсаций на сосудистую систему проводится путем сравнения действия пульсирующего и непульсирующего кровотока на исследуемые гемодинамические Параметры (Mel lander S. .Arvidsson S. ,1974; Taguchi S. et al. ,1988; Mendelovttz D., S9her A. M., 1988; 1990). Оценка изменений резистивнои функции сосудов скелетной мышцы (или какого-либо другого органа) при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии проводится, как правило, по поведению интегрального сопротивления (Mellander S., Arvidsson S. ,1974; Jonhson P.S. ,1980). В литературе отсутствуют данные о вкладе в свиги интегрального сопротивления в ответ на включение пульсаций последовательно расположенных сегментов сосудистого русла, хотя такие сведения могли бы оказать помощь в расшифровке механизмов формирования сосудистого тонуса с учетом специфики участия в этом процессе различных отделов исследуемого региона.
В настоящее время не вызывает сомнения немаловажная роль венозных сосудов в регуляции органного и системного кровообращения (Ткаченко Б.И.. 1979). Установлено (Ткаченко В.И., 1986), что в отличие от артериальных сосудов, обладающих в основном резистивнои функцией, венозным сосудам прИрущи две важнейшие функции - ре-зистивная, участвующая в обеспечении обменных процессов на органном уровне, и емкостная, направленная на формирование возврата крови к сердцу. Скелетная мускулатура за счет своей большой массы играет доминирующую роль в проявлении сдвигов венозной емкости (Мелландер С. ,1977). Исследованию влияния пульсирующего кровотока на венозный отдел сосудистого русла в литературе уделяется мало внимания; считалось, что поскольку величина амплитуды пульсаций в венах мала (Фолков Б. , Нил 3. .1976). то они (пульсации) практически не влияют на функционирование венозних сосудов. Отмечается в литературе и существование трудностей анализа методического харак-
тера, в частности, существенная роль нелинейности вен при рассмотрении колебательных процессов в них (Каро К. и др. ,1981). Сосуды скелетной мышцы участвуют в регуляции объема циркулирующий крови как посредством изь*енения емкости сосудистого русла, так и путем изменения фильтрационио-абсорбционных взаимоотношений на микроцир-куляторном уровне (Ткаченко ЕЙ. ,1979; Дмэнсон П. ,1982). Среди факторов, участвующих в формировании объема плазмы в системе кровообращения, ванная роль принадлежит изменениям капиллярного гидростатического давления, площади и проницаемости капиллярного русла. Существенную роль в этой регуляции сердечно-сосудистой системы имеют сдвиги названных параметров в скелетной мускулатуре В силу ее относительно большой массы в организме (Eliassen Е. et al. ,1974).
Литературные данные о действии пульсаций на регионарную мик-рогемодичамику носят Противоречивый характер. Одни авторы отмечают, что перфузия пульсирующим кровотоком увеличивает количество внесосудистой жидкости (Наиге A., Nicolaysen G.,1979), другие (Taguchi S. et al. ,1988) наблюдали противоположный эффект. Как следует из анализа литературы , исследование одновременного действия амплитуды и частоты пульсаций на резистивную, емкостную и сб^енную функции сосудов скелетной мышцы (как и других регионов) не .проводилось.
Известно (Интеграция... ,1984), что наиболее адекватным аналитическим подходом для расшифровки механизмов регуляции регионарной макро- И микрбгейздияашкй является Использование в исследованиях двух режимов перфузии - при постоянном расходе и постоянном давлении. В литературе отсутствуют данное о влиянии режима перфузии на изменение темодинамических параметров при переходе от Непульсирующего к пульсирующему кровотоку.
Всесторонняя оценка реакций сердечно-сосудистой системы и составляющих её регионов на Наносимое воздействие достигается при одновременной регистрации И изучении статических. {в установившемся состоянии) и динамических (в переходном режиме) характеристик исследуемых гемоДинамических показателей (Йовосельцей В. Н. ,1978). Сведений о работах, в которых проводилось бы Изучение действия пульсаций одновременно на статические и динамические характеристики сосудистого русла, в литературе не обнаружено. .
Таким образом, в литературе не представлены данные, позволяющие дать комплексную оценку действия пульсаций на сопряженные (ре-
вистивную, емкостную, обменную) функций регионарных сосудов вообще и скелетной мышцы в частности. Отсутствуют работы, рассматривающие совместное действие амплитуды и частоты пульсаций на сосудистое русло, хотя правомерность и актуальность постановки такой задачи несомненна, поскольку в естественных условиях функционирования организма любая нагрузка на сердечно-сосудистую систему сопровождается изменением амплитуды и частоты сердечных сокращений. Проведение подобных исследований позволило бы в единых методических условиях выявить специфику действия пульсаций на работу последовательных участков сосудистого русла (артерии, капилляры, вены); степень их участия в формировании сосудистого тонуса, сдвигах фильтрацион-но-абсорбционного равновесия сосудистого русла, ведущих к измене-ниг его кровенаполнения и приводящих в ряде случаев к возникновению различных патологических состояний.
В свете вышеизложенного представляется актуальным, проведение исследования, направленного на выяснение ранее неизвестной роли и физиологической значимости пульсаций в функционировании системы кровообращения, в обеспечении ее главной задачи - транспортной функции; такое исследование ориентировано на решение вопросов фундаментальной физиологии, чрезвычайно вадных для широкого спектра теоретических и прикладных задач медицинской науки.
Рель исследования. Установление роли и значимости амплитуды и частоты пульсаций в обеспечении резистивной, емкостной и обменной функций сосудов децентрализованной скелетной мышцы, определение амплитудно-частотных характеристик гемодинамических параметров этих функций.
Конкретные задачи исследования:
-
Разработать метод и установку, позволяющую осуществлять непульсирующую И пульсирующую с модуляцией-по амплитуде и частоте кровотока или давления перфузию.
-
Получить статические и динамические амплитудно-частотные характеристики интегрального (суммарного) сопротивления сосудов скелетной мышцы.
-
Определить вклад последовательно расположенных (лре- и посткапиллярного) отделов сосудистого русла скелетной мышцы в сдвиги его интегрального сопротивления при амплитудно-частнотной модуляции перфузионного кровотока или давления. /
4. Изучить влияние амплитуды и частоты пульсаций на емкостную функцию сосудос.
- Б -
Б.. Выяснить зависимость обменной функции сосудоа скелетной мышцы от амплитуды и частоты пульсирующего кровотока или давления.
б. Провести сравнительный анализ влияния режима пгрфуаии (постоянный расход или давление) на сдвиги резистивной и обменной функции сосудов при иэшнении амплитуды и частоты пульсаций.
Научная новизна проведенных исследований заключается в оОна-ружйнии ранее неизвестных закономерностей участия пульсовых характеристик кровотока в обеспечении резистивной, еюязстаой и обменной функций сосудов скелетной мышцы.
Работа ашолнена с помощью разработанного оригинального метода и созданой экспериментальной установки, позволяющий при изучении сопряженных функций регионарных сосудов модулировать амплитуду и частоту пульсаций кровотока или давления без изменения аначения их средней величины.
Показано, Что в режиме перфузии постоянным расходом роет суммарного сопротивления обусловлен увеличением посткапиллярного сопротивления, а его снижение - уменьшением прекапиллярного сопротивлении. При перфузии постоянным давлением сдвиги суммарного сопротивления в ответ на изменение амплитуды и частоты пульсаций были выражэны в большей степени, чем в условиях перфузии стабилизированным кровотоком, но были однонаправленными - в сторону увеличения, причем это увеличение было обусловлено ростом прекапиллярного сопротивления.
Впервые установлено, что условия перфузии определяют характер Изменения сопротивлений последовательно расположенных участков сосудистого русла. В условиях стабилизированного кровотока переход к пульсирующей перфузии в зависимости от значений амплитуды и частоты пульсаций мог приводить к достоверному снижению прекапиллярного сопротивления на фоне увеличений посткапиллярного; а при стабилизированном давлений вызывать рост прекапиллярного, не влияя На посткапиллярное сопротивление.
При изучении Действия пульсаций на емкостну» функция сосудов скелетной МышцЫ при Перфузии постоянным расходом обнаружено, что высокоамплитудная пульсация приводит к снижению кровенаполнения органа, связанного, возможно, с увеличением тонуса Посткапилляров.
Впервые показано, Что Переход к пульсирующей Перфузии при определенных сочетаниях амплитуды й Частоты пульсаций вызывает рост коэффициента капиллярной фильтраций - показателя площади поверхности и проницаемости микрососудов,. т.е. приводит к увеличению
- б -
скорости транскапиллярного перемещения жидкости. В условиях стабилизации перфузионного кровотока рост коэффициента капиллярной фильтрации более выражен, чем при стабилизации давления и происходит на фоне увеличения среднего капиллярного гидростатического давления, что приводит к ведущего смешении фильтрационно-абсорбционного равновесия в сторону фильтрации.
Исследование динамики развития сосудистых реакций на переход от непульсирующей к пульсирующей перфузии выявил преобладание во время переходного процесса дилататорных ответов. Обнаружено, что изменения интегрального сопротивления сосудов скелетной мышцы имеют выраженный амплитудозависимый характер. Показало, что установившаяся после переходного процесса величина интегрального сопротивления в зависимости от сочетаний значений амплитуды и частоты пульсаций могла быть больше, меньше или равна своему фоновому значении. Таким образом, при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии величина и направленность сдвигов гемодинамических параметров, характернауиаих резистивную, емкостную и обменную функции сосудов скелетной мышцы, определялись значениями амплитуды и частоты пульсирующего кровотока (давления), причем сдвиги интегрального сосудистого сопротивления и коэффициента капиллярной фильтрации в каждом эксперименте на одном животном могли быть разнонаправленными: либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения.
Разработанные методы исследования совместного действия раз
личных пульсовых характеристик (амплитуды и частоты) кровотока на
последовательно расположенные участки (артериальный, капиллярный,
венозный) органного сосудистого русла, полученные на их основе
экспериментальные материалы, являются обоснованием нового направ
ления исследований в области физиологии кровообращения. Задача но
вого направления состоит в расшифровке механизмов действия пульсо
вых характеристик кровотока на различные сегменты кровеносной се
ти, выяснении степени их участия в реализации резистивной, емкост
ной и обменной функции кровеносных сосудов при. физиологических и
патологических состояниях, поиске новых информативных признаков
состояния системы кровообращения и методов ее диагностики.
Научно-практическая значимость. /
Полученные в работе ранее неизвестнее данные об основных закономерностях влияния амплитуды и частоты пульсаций кровотока
(давления) на резистивную и емкостную функции органных сосудов, их взаимосвязь с транскашіллярньш обменом жидкости относятся к области фундаментальных физиологических разработок.
Результаты исследований позволили выявить особенности изиенения параметров микро- и макрогемодинамики, транскапиллярного пере-гангэиия жидкости в скелетной мышце при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока (давления), что способствует выяснению характера и механизмов регуляции резистивноя, емкостной и сб-н»н»;сп фужсции сосудов на регионарной уровне.
Прикладное значение результатов проведенной работы состоит в возможности учета Неоднозначности влияния амплитуды и частоты пульсаций на сопротивление последовательно расположенных участков сосудистого русла скелетной мыащы; в возможности изменением амплитуды и частоты пульсаций влиять на сосудистое сопротивление, транскапиллярное перемещений „жидкости и кровенаполнение исследуемого региона.
Основное Практическое значение полученные результаты имеот в связи с широким применением з практике искусственного кровообращения (аппарат "искусственное сердце" з клинике, перфузионнал техника в экспериментальных исследованиях), использование которого под-разуїАгвает необходимость выбора способа (пульсирующий, непульсиру-хезій) и реши.» перфузии (в тон числе и параметров пульсаций), адекватных с точки зрения длительного обеспечения нормального кровоснабжения ткш?ей и поддержания гоьгаостаза внутренней среды.
Установленные в работе факты И закономерности могут быть использованы в лекционных курсах ВУЗов медицинского и биологического профиля, а такйэ в соответствующих учебниках, методических пособиях и руководствах.
Основные подоавний. выносимые на защиту.
1. Направленность сдвигов резистивной функции сосудов скелетной гшшцы при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии зависит от амплитуды и частоты пульсаций и режима перфузии: в режиме стабилизации расхода рост интегрального сопротивления обусловлен увеличением посткапиллярного сопротивление, а его снижение - уменьшением прекапиллйрного сопротивления; в режиместабилизации давления рост суммарного сопротивления обусловлен увеличением прекапиллярного сопротивления.
.- 8 .
-
Реакция сосудов скелетной мышцы на переход от непулъсирую-«эго к пульсирующему перфуаионному кровотоку во время переходного процесса в двух режимах перфузии носит выраженный дилататорный характер и пропорциональна амплитуде пульсаций.
-
Емкость сосудистого русла скелетной мышцы при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока в режиме стабилизации расхода зависит от амплитуды пульсаций: рост амплитуды приводит к снижении кровенаполнения органов.
-
Переход от непульсирующей к пульсирующей перфузии при определенных сочетаниях амплитуды и частоты пульсаций в двух режимах перфузии вызывает рост коэффициента капиллярной фильтрации и приводит к увеличению скорости транскапиллярного перемещения жидкости, которая в условиях стабилизации перфузионного кровотока происходит на фоне увеличения среднего капиллярного гидростатического давления и смешения фильтрдционно-абсорбционного равновесия в сторону фильтрации.
-
Роль пульсовых характеристик кровотока (давления) в регуляции органной микро- и макрогемодинамики состоит в возможности изменением амплитуды и частоты пульсаций воздействовать на ре-зистивную. емкостную и обменную функции сосудов.
Апробация работа Материалы диссертации доложены на V Всесоюзной школе-семинаре "Центральные механизмы регуляции крово-обрадения" (Ашхабад, 1987), IV Всесоюзном симпозиуме "Венозное кровообращение И лимфообрацэние" (Алма-Ата, 1989), I! Всесоюзной .конференции физиологов "Система микроцйркуляцйИ и гемокоагуляции в экстремальных условиях" (4рунзе, 1990), И Республиканском сгезде физиологов Туркменистана (Ашхабад, 1992), на заседаниях Отдела физиологии висцеральных систем НИИЭМ Российской АМН (Санкт-Петербург, 1986. ..1995).
Обгем и структура диссертации. Диссертация изложена на Пб страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, четырех глав изложения результатов собственных исследований с заключениями по каждой главе, общего обсуждения полученных результатов, выводов и списка использованной литературы, включающего Z21 отечественных и зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 17 рисунками и содержит 17 таблиц.