Введение к работе
Актуальность проблемы
Исследование механизмов формирования венозного возврата крови к сердцу как в норме, так и при действии на организм экстремальных факторов внешней среды и развитии патологии кровообращения является актуальной проблемой современной физиологии сердечно-сосудистой системы (Ткаченко Б.И., 2005; Brengelman G.L., 2003; Bendjelit K., 2005; Meissner M.H. et al., 2007; Gelman S., 2008).
Поскольку в венозной системе содержится до 75% объёма крови (Ткаченко Б.И., 1979; 1984), то величина венозного возврата крови к сердцу будет являться определяющей в поддержании нормальных величин сердечного выброса и артериального давления (Ткаченко Б.И., 2005; Шмидт Р., Тевс Г., 2006; Ganong W.F., 2003; Gelman S., 2008). Однако, несмотря на обозначение в физиологии кровообращения ещё в 60-х - 70-х годах XX века комплекса сил, оказывающих влияние на венозный приток (Гайтон А., 1969; Фолков Б., Нил Э., 1976; Ткаченко Б.И., 1979; Krug H., Schlicher L., 1960), однозначного мнения о значимости каждого из факторов, участвующих в формировании венозного возврата крови к сердцу, в литературе нет.
Так, в исследованиях ряда авторов (Brecher G., Mixter G., 1953; Moreno A.H. et al., 1967; Bjursted H. et al., 1980; Bogren H.G., Buonocore M.H., 1999) отмечено увеличение кровотока по полым венам во время вдоха и снижение его во время выдоха, т.е. фазные колебания венозного притока при нормальном дыхании. Вместе с тем, в физиологической литературе практически не представлены данные о величине и характере сдвигов венозного возврата при изменении глубины дыхания, не только при смене фаз дыхания, а в более длительном временном интервале, что, естественно, не позволяет ответить на вопрос о степени зависимости венозного возврата от отрицательного внутригрудного давления.
В соответствии с концепцией А. Гайтона (Гайтон А., 1969; Guyton A.C., Jones C.V., 1973; Guyton A.C.,1990), утвердившейся в физиологической литературе (Морман Д., Хеллер Л., 2000; Шмидт Р., Тевс Г., 2006; Little R.C., 1985; Vander A.J., Sherman J.H., Luciano D.S., 1987; Berne R.M., Levy M.N., 1997; Mukkamala R., 2002; Ganong W.F., 2003), движущей силой венозного возврата является градиент давлений между средним давлением наполнения в сосудистой системе и давлением в правом предсердии. Согласно теории А. Гайтона между величинами правопредсердного давления и венозного возврата имеет место обратно пропорциональная зависимость: повышение давления в правом предсердии приводит к снижению венозного притока. Однако клинические наблюдения (Грицюк А.И., 1985; Nagueh S.F. et al., 1996; Barbier P. et al., 1999; Drazner M.H. et al., 1999; Convertino V.A. et al., 2001; Gorgulu S. et al., 2003) свидетельствуют о том, что при функциональных нагрузках на систему кровообращения (постуральные реакции, проба Вальсальвы и др.) величина и направленность сдвигов давления в правом предсердии не всегда может быть связана линейно с величиной и характером изменений венозного возврата крови к сердцу, что отмечено на насосных моделях (Grodins F.S. et al., 1960; Suga H., 1988; Mukkamala R., 2002). Экспериментальные же данные о характере взаимосвязи венозного возврата и давления в правом предсердии в условиях интактного кровообращения при сдвигах артериального давления в литературе практически отсутствуют.
В целостной сердечно-сосудистой системе венозный возврат характеризует суммарный объём крови, притекающей к сердцу по верхней и нижней полым венам с разными величинами (соответственно 33% и 67% от суммарного притока) встречных кровотоков по ним. Однако немногочисленные сведения, имеющиеся в физиологической литературе (Самойленко с соавт., 1979; Самойленко А.В., 2001; Самойленко А.В., Юров А.Ю., 2004; 2006; Bogren H.G., Buonocore M.H., 1999; Aybakan C., Ozkutlu S., 2003) о характере и величине изменений кровотоков по полым венам в ответ на применение нейрогуморальных стимулов не позволяют ответить на вопрос о характере взаимосвязей кровотоков по полым венам с правопредсердным давлением, а также роли динамических соотношений кровотоков по полым венам в формировании венозного возврата крови к сердцу.
Анализ данных физиологической литературы (Гриппи М., 1997; Barrington K.J., 2001; Jaillard S. et al., 2001; Cheng Ch.P. et al., 2004; Kaye A.D. et al., 2004) показал также, что в ней слабо освещён вопрос о характере соотношений венозного возврата и лёгочной гемодинамики при изменениях артериального давления в условиях интактной сердечно-сосудистой системы. Вместе с тем, что в малом круге кровообращения должны существовать физиологические механизмы, обеспечивающие поддержание низкого сопротивления лёгочных сосудов и быструю «перекачку» крови из венозного резервуара в систему высокого давления. Однако в литературе отсутствуют сведения о характере взаимосвязи давления и кровотока в лёгочной артерии, а также лёгочного сосудистого сопротивления при сдвигах артериального давления, сопровождающихся изменениями венозного притока. Предложенные же рядом авторов (Tyberg J.V., 2002; Bergelman G.L., 2003; Uemura K. et al., 2004) модели гемодинамических соотношений венозного возврата и лёгочного кровотока применимы лишь в узком диапазоне линейных приближений или же в условиях стабилизации одного из изучаемых параметров.
Несмотря на то, что в физиологической литературе отмечена возможность сдвигов давления в лёгочной артерии и лёгочного кровотока в ответ на изменения давления в левом предсердии (Albert R. et al., 2003; Gheng Ch.P. et al., 2004; Kapoor A. et al., 2004; Gorgulu S. et al., 2003; Hedenstierna G., 2005), сведения о характере взаимосвязей указанных показателей при сдвигах артериального давления и венозного возврата крови к сердцу в литературе также практически не представлены. Кроме того, в литературе отсутствует экспериментальный анализ характера соотношений венозного возврата и сердечного выброса с давлением в правом и левом предсердиях в условиях прессорных и депрессорных сдвигов артериального давления.
Таким образом, представленные данные литературы свидетельствуют, что изучение механизмов формирования венозного возврата крови к сердцу, равно как и вопрос о характере соотношений венозного притока и лёгочной гемодинамики при сдвигах артериального давления в условиях целостного кровообращения является актуальной проблемой физиологии сердечно-сосудистой системы.
Цель исследования:
Целью исследования явилось изучение механизмов формирования венозного возврата крови к сердцу и характера его взаимосвязей с лёгочной гемодинамикой при действии на систему кровообращения прессорных и депрессорных гуморальных стимулов.
Задачи исследования:
1. Выяснить степень участия отрицательного внутригрудного давления и присасывающей функции правого предсердия в формировании венозного возврата крови к сердцу.
2. Изучить направленность и величины изменений кровотоков по полым венам, суммарного венозного возврата и характер их соотношений с давлением в правом предсердии, а также гемодинамические механизмы его изменений при сдвигах артериального давления.
3. Выяснить характер взаимосвязи венозного возврата, давления в правом предсердии и лёгочной гемодинамики в ответ на применение прессорных и депрессорных вазоактивных веществ.
4. Изучить гемодинамические механизмы изменений давления и кровотока в лёгочной артерии в условиях прессорных и депрессорных сдвигов артериального давления.
5. Выяснить характер взаимосвязей венозного возврата и сердечного выброса с давлением в правом и левом предсердиях на фоне внутривенного введения прессорных и депрессорных препаратов.
Научная новизна
В работе впервые в условиях интактной сердечно-сосудистой системы применён многофакторный анализ характера взаимосвязи кровотоков по полым венам, венозного возврата, лёгочного кровообращения, а также параметров кардиогемодинамики (давление в предсердиях, скорость сокращения и расслабления миокарда) не в условиях статической циркуляции крови, а при прессорных и депрессорных сдвигах артериального давления в ответ на применение вазоактивных веществ.
Представленные в диссертационной работе новые экспериментальные сведения о механизмах формирования венозного возврата и его соотношениях с лёгочной гемодинамикой с учётом динамических изменений кровотоков по полым венам при прессорных и депрессорных сдвигах артериального давления кардинально изменяют сложившиеся в физиологической литературе традиционные представления о механизмах формирования венозного притока крови к сердцу.
Впервые показано, что изменения глубины дыхания у человека и животных не приводят к сдвигам средней величины венозного кровотока, т.е. «присасывающее» действие грудной клетки на среднюю величину венозного возврата практически отсутствует. Фазные же колебания венозного кровотока, обусловленные дыхательным циклом, проявляются в результате сдвигов как внутригрудного, так и трансдиафрагмального давления.
Установлено, что при повышении артериального давления в условиях применения гуморальных стимулов изменения давления в правом предсердии - разнонаправлены (снижение и повышение) на фоне примерно одинакового по величине возрастания венозного притока крови к сердцу, что свидетельствует об отсутствии значимого влияния «присасывающей» функции правого предсердия на суммарный венозный возврат.
Впервые показано, что в ответ на применение прессорных и депрессорных вазоактивных веществ характер и величина изменений венозного возврата крови к сердцу определяются соотношением кровотоков по передней и задней полым венам, причём, кровоток по передней полой вене всегда возрастает. В этих условиях характер и величина сдвигов кровотоков по полым венам не взаимосвязаны непосредственно с таковыми - давления в правом предсердии, т.е. присасывающая функция правого предсердия не является значимой для изменений кровотоков в полых венах. Восстановление же правопредсердного давления к исходному уровню - более быстрое по сравнению с временной динамикой изменений кровотоков по полым венам и суммарного венозного возврата крови к сердцу.
Установлено, что при изменениях венозного притока давление в правом предсердии является не определяющей, а результирующей величиной для венозного возврата. В случае большего увеличения венозного притока крови к сердцу и сократимости миокарда правого желудочка, давление в правом предсердии снижается. Если же величины прироста венозного возврата и сократимости миокарда меньше, то давление в правом предсердии возрастает. В условиях снижения венозного притока крови к сердцу при меньшем угнетении сократимости миокарда правого желудочка давление в правом предсердии снижается, а в случае выраженного отрицательного инотропного эффекта сердца правопредсердное давление повышается.
Впервые показано, что на фоне прессорных и депрессорных сдвигов артериального давления в ответ на применение гуморальных стимулов гемодинамические механизмы изменений давления и кровотока в лёгочной артерии различны. В этих условиях сдвиги лёгочного кровотока обусловлены изменениями венозного возврата крови к сердцу и не коррелируют с характером и величиной изменений давления в лёгочной артерии и лёгочного сосудистого сопротивления.
Установлено, что в ответ на применение прессорных вазоактивных веществ величина давления в лёгочной артерии взаимосвязана с изменениями левопредсердного давления: при повышении последнего величина прироста давления в лёгочной артерии больше, чем при снижении давления в левом предсердии. Прирост давления в лёгочной артерии зависит также от степени превалирования величины кровотока в лёгочной артерии над сердечным выбросом, сдвиги которого определяются изменениями лёгочного кровотока, но не коррелируют с изменениями давления в левом предсердии. В условиях же применения депрессорных вазоактивных веществ степень снижения давления в лёгочной артерии коррелирует с таковой – лёгочного сосудистого сопротивления и не взаимосвязана непосредственно со сдвигами левопредсердного давления.
Впервые показано, что в условиях действия на систему кровообращения прессорных и депрессорных гуморальных стимулов при равных величинах прироста венозного возврата и сердечного выброса характер и величина изменений давления в левом предсердии зависят от соотношения величин сократимости миокарда левого желудочка и скорости его расслабления. В случае равных величин сдвигов последних давление в левом предсердии снижается, если же скорость расслабления миокарда левого желудочка меньше, чем скорость его сокращения, левопредсердное давление возрастает.
Научно-практическое значение работы
Установленные в работе механизмы формирования венозного возврата крови к сердцу и особенности его соотношений с лёгочной гемодинамикой при прессорных и депрессорных сдвигах артериального давления свидетельствуют о необходимости пересмотра традиционных представлений, сложившихся в физиологии кровообращения и клинической практике.
Методика одновременного многопараметрического измерения показателей системной, лёгочной и кардиогемодинамики, позволяющая производить многофакторный анализ взаимосвязей указанных параметров, может быть использована не только в фундаментальных исследованиях, но и в клинической практике у человека. Она включена в список методического обеспечения научных исследований РАМН по приоритетным направлениям развития медицинской науки и технологий (Москва, 2005 г.) Многопараметрический анализ изменений показателей области низкого давления в сопоставлении со сдвигами показателей внутрисердечной гемодинамики в условиях патологии сердечно-сосудистой системы позволит выяснить степень участия венозного отдела сосудистого русла, а также малого круга кровообращения в развитии нарушений системного кровотока и, следовательно, выявить механизмы, приводящие к сдвигам величин артериального давления и сердечного выброса, а также наметить пути коррекции указанной патологии.
Установленные в работе факты о механизмах формирования венозного возврата крови к сердцу и характере его соотношений лёгочной гемодинамикой при прессорных и депрессорных сдвигах артериального давления могут быть использованы в лекционных курсах в высших учебных заведениях медицинского и биологического профиля, а также в соответствующих учебниках, методических пособиях и руководствах.
Основные положения, выносимые на защиту
1. В условиях увеличения отрицательного внутригрудного давления у человека и животных средний кровоток в нижней полой вене достоверно не изменяется, следовательно, присасывающее действие грудной клетки на среднюю величину венозного возврата практически отсутствует. Фазные колебания венозного кровотока, обусловленные дыхательным циклом, проявляются в результате изменений как внутригрудного, так и трансдиафрагмального давления.
2. При прессорных и депрессорных сдвигах артериального давления направленность и величина изменений венозного возврата крови к сердцу определяются соотношением кровотоков по передней и задней полым венам, причём, кровоток по передней полой вене всегда возрастает. Присасывающая же функция правого предсердия не является значимой для сдвигов кровотоков по полым венам и суммарного венозного притока, а восстановление величины правопредсердного давления к исходному значению – более быстрое по сравнению с временными изменениями кровотоков по полым венам и суммарного венозного возврата.
3. В условиях сдвигов венозного возврата направленность изменений давления в правом предсердии зависит от соотношения величин венозного притока и сократимости миокарда правого желудочка. В случае больших величин прироста венозного возврата и положительного инотропного эффекта сердца, давление в правом предсердии снижается, а при меньшем возрастании венозного притока и сократимости миокарда – оно повышается. На фоне снижения венозного возврата при меньшем отрицательном инотропном эффекте сердца правопредсердное давление снижается, а в случае выраженного угнетения сократимости миокарда - возрастает.
4. При действии на систему кровообращения прессорных и депрессорных гуморальных стимулов гемодинамические механизмы изменений давления и кровотока в лёгочной артерии различны. Характер и величина изменений лёгочного кровотока обусловлены сдвигами венозного возврата крови к сердцу и не коррелируют с таковыми - давления в лёгочной артерии и лёгочного сосудистого сопротивления. Изменения лёгочного кровотока, независимо от направленности сдвигов давления в лёгочной артерии, равно как и в левом предсердии, определяют изменения сердечного выброса.
5. В ответ на применение прессорных вазоактивных веществ давление в лёгочной артерии возрастает в большей степени в случае повышения давления в левом предсердии, чем при снижении последнего. Величина прироста давления в лёгочной артерии зависит также от степени превалирования величины кровотока в лёгочной артерии над сердечным выбросом. При внутривенном введении депрессорных препаратов сдвиги давления в лёгочной артерии коррелируют с таковыми – лёгочного сосудистого сопротивления, однако они не взаимосвязаны непосредственно с характером и величиной изменений давления в левом предсердии.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях Отдела физиологии висцеральных систем НИИЭМ СЗО РАМН, заседаниях кафедры нормальной физиологии СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова в 1998, 2000, 2008, 2009 г.г., на конференции «Актуальные проблемы сердечно-сосудистой, легочной и абдоминальной хирургии», Санкт-Петербург, 1999; на конференции, посв. 100-летию со дня рожд. А. Л. Мясникова, Санкт-Петербург, 1999; на симпозиуме с межд. участием «Оптимизация функций сердца и мозга», Тамбов, 2000; XVIII съезде физиологов им. И.П.Павлова, Казань, 2001 г; Научной сессии СЗО РАМН: «Болезни сосудов: фундаментальные и клинические аспекты», Петрозаводск, 2001; на конференции «Достижения и трудности современной кардиологии», посв. памяти проф. В.П. Померанцева, Москва, 2005.
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 45 научных работах, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе 26 работ в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Объём и структура диссертации
Диссертация изложена на 328 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследований, семи глав результатов собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 18 таблицами и 30 рисунками. Указатель литературы содержит 329 источников, включая 57 отечественных и 272 зарубежных.
Работа выполнена в Учреждении Российской академии медицинских наук - Научно-исследовательском институте экспериментальной медицины Северо-Западного отделения РАМН в соответствии с основным научным направлением, утвержденным Президиумом Северо-Западного отделения РАМН «Интегративные механизмы регуляции висцеральных систем организма в норме и патологии». Исследование выполнено также при поддержке грантов РФФИ №№ 96-15-97667; 00-04-49342 и ведущих научных школ РФ № НШ-2330.2003.4.
Личный вклад соискателя
Автором разработана методика одновременного многопараметрического измерения показателей системной, лёгочной и кардиогемодинамики, позволяющая производить многофакторный анализ взаимосвязей указанных параметров, которая может быть использована не только в фундаментальных исследованиях, но и в клинической практике у человека. Она включена в список методического обеспечения научных исследований РАМН по приоритетным направлениям развития медицинской науки и технологий (Москва, 2005 г.). Проведение экспериментальных исследований, статистическая обработка и оценка результатов, научные выводы диссертационной работы принадлежат автору.
