Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время общепризнано влияние реологических свойств крови на состояние микроциркуляции – важное звено системы гомеостаза (В.В. Куприянов и соавт., 1975; П.Д. Горизонтов– ред., 1976; А.М. Чернух и соавт., 1984; В.И. Козлов и соавт., 1994). Значительный объем клинических и экспериментальных данных свидетельствует о важной роли изменений реологических свойств крови, проявляющихся повышением вязкости плазмы и цельной крови, усилением агрегации эритроцитов и снижением деформируемости как в условиях нормы, так и особенно, при наличии патологического процесса в организме (В.А. Левтов и соавт., 1982; С.А. Селезнев и соавт., 1985; В.А. Галенок и соавт., 1987; А.В. Муравьев и соавт., 1998; А.А. Мельников, 2004; O.K. Baskurt, 2003). Являясь подвижной тканью, кровь отвечает на любой повреждающий фактор как сложная система, в которой изменяются как реологические, так и физиологические свойства и исход любого повреждающего воздействия, таким образом, определяется совокупностью межклеточных взаимодействий эритроцитов, лимфоцитов, тромбоцитов, эндотелиоцитов и других клеток (А.М. Чернух, 1979; W. Palinski et al., 1983; E. Petitfrere et al., 1991; A.J. Marcus, 1994). Это дает основание рассматривать гемореологические сдвиги как элемент общей неспецифической стресс- реакции организма, имеющей защитный характер, но при чрезмерной длительности или интенсивности повреждающего воздействия способной трансформироваться в механизм патогенеза. С выраженными гемореологическими нарушениями связывают снижение кислородтранспортной функции крови, появление тканевой гипоксии, развитие тромбоза, венозные застои, периферические отеки, что в известной степени определяет прогноз и характер течения основного заболевания (Н.Н. Фирсов, П.Х. Джанашия, 2008; L. Dintenfass, 1976; A. Chabanel, M. Samama, 1994; R.S. Ajmani, 1997; J. Vekasi et al., 2001; S. Yedgar, 2002).
Условия потока во многом регулируют взаимодействие клеток крови друг с другом и с сосудистой стенкой (M.J. Pearson, H.H. Lipowsky, 2000; M. Anand et al., 2004; A. Jordan et al., 2004; M. Eugster, W.H. Reinhart, 2005; J.J. Hathcock, 2006). Важнейшим фактором, определяющим гемодинамические параметры, особенно в микроциркуляторном русле, является агрегация самой большой популяции клеток крови – эритроцитов (O.K. Baskurt, H.J. Meiselman 2003; A.R. Pries, T.W. Secomb, 2003; O. Yalcin, 2004; O. Yalcin et al., 2008). В этой связи есть основания предполагать наличие модулирующего влияния реологических свойств крови в общих защитных реакциях (V.T. Turitto, C.L. Hall, 1998; K.B. Abbitt, G.B. Nash, 2003; A.S. Popel, P.C. Johnson, 2005). С другой стороны, в последнее время все больше появляется данных об участии клеток крови в совместном контроле состояния гемодинамики. Составляя структурную основу для действия регуляторных процессов они участвуют в поддержании нормальных функций микроциркуляции (И.А. Тихомирова, 2006; А.В. Муравьев, С.В. Чепоров, 2009; G.B. Nash et al., 2001; S. Chien, 2006).
Несмотря на то, что эритроцитам присуща высокая специализация функций, принцип целостности системы крови предполагает существование ряда закономерных связей с другими типами клеток. Наличие этих связей, по-видимому, свидетельствует о существовании механизма стабилизации гемореологических параметров в микрососудах при физиологических условиях. Отчетливое проявление собственно адаптационных и компенсаторных реакций возможно лишь в ситуации напряжения и при патологии (А.М. Чернух, 1979; В.Б. Матюшичев и соавт., 2000). В этой связи важным является вопрос о механизмах регуляции таких реакций.
На сегодняшний день наряду с гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системой важная роль в адаптации организма к стрессу различной природы отводится гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системе, состоящей из крупноклеточных ядер гипоталамуса, нейроны которых синтезируют антидиуретический гормон (АДГ) (Е.Б. Лискина, 2003; Е.Б. Месхидзе, 2008). Наличие специфических рецепторов к различным нейротрансмиттерам, нейропептидам и гормонам на клетках лимфоцитарного и моноцитарно-макрофагального ряда позволяет им через комплекс цитокинов активно объединять все системы организма в поддержании гомеостаза и обеспечивать развитие общих защитных реакций (В.В. Абрамов, 1988). Имеется ряд данных о способности эритроцитов непосредственно отвечать на действие циркулирующих цитокинов и простагландинов (I. Allen, H. Rasmussen, 1971; A. Rivera et al., 1999; 2002).
Помимо общего регуляторного влияния гемореологический эффект АДГ несомненно связан с его ролью в регуляции водного баланса, осмолярности плазмы и артериального давления (G.A. Vlastos et al., 2003; J. Van Zanten et al., 2005; L. Schwabe et al., 2007). Тесная связь водного обмена и системы кровообращения существует как на уровне нейроэндокринных механизмов регуляции жидкостного объема (А.В. Бабичев, 2003), так и на уровне микрососудистой гемодинамики, обеспечивающей условия трансмурального переноса воды через эндотелий капилляров и баланс ее секторального перераспределения (Я.Г. Финкинштейн, 1990; В.В. Банин, 2000; H. Wiig et al., 2008). Важным основанием для изучения влияния АДГ на реологические свойства крови служит и то обстоятельство, что усиление его секреции может наблюдаться не только под воздействием осмотических стимулов, но и быть следствием стресса, гипоксии, гипотонии, и, в целом, является достаточно частым событием при большом числе патологических процессов наличие гемореологических нарушений при которых рассматривается в качестве важного звена патогенеза: сахарный диабет, кровопотеря, шок, ожоговая травма, воспалительный процесс и др. (Г.И. Козинец - ред., 1997; А.Е. Березин, 2008; J.G. Verbalis, 2006, 2007; H.P. Peters et al., 2007).
Таким образом, проблема изучения влияния АДГ на реологические свойства крови является актуальной, решение ее позволило бы расширить возможности управления микроциркуляцией при гемодинамических и метаболических сдвигах в организме.
Вместе с тем, любая патология или стрессовая ситуация вызывает целый ряд эндо-, пара- и аутокринных изменений часто с однотипной реакцией со стороны микроциркуляторной системы, что затрудняет выяснение истинной физиологической роли конкретного гормона (А.М. Чернух и соавт., 1984).
Учитывая тот факт, что концентрация в крови АДГ имеет тесную зависимость от осмолярности плазмы, водная нагрузка часто применяется как функциональная модель с практически полным, физиологически адекватным подавлением эндогенной секреции гормона (А.И. Григорьев и соавт., 2005). Дозированное введение на этом фоне синтетического аналога десмопрессина может быть использовано для интерпретации его эффектов, связанных с изменением реологических свойств крови при сдвиге водно- электролитного гомеостаза организма. Кроме того тонкое взаимодействие между осмотическим и объемным стимулами при длительной водной нагрузке может модулировать порог секреции АДГ (W.M. Barron et al., 1984; C.E. Wade et al., 1986). Представляется целесообразным использовать указанные особенности регуляции секреции гормона для выявления его роли в гемореологических перестройках в эксперименте, что позволило бы исключить влияние других повреждающих факторов.
Цель работы: исследование роли антидиуретического звена регуляции водного баланса в механизмах изменения реологических свойств крови.
Задачи исследования:
1. Изучить влияние дозированного введения синтетического аналога АДГ – десмопрессина на реологические свойства крови в эксперименте in vivo и in vitro.
2. Исследовать срочную реакцию и изучить особенности гемореологических перестроек при длительном периодическом состоянии напряжения осморегулирующей системы организма, вызванным водной нагрузкой в сочетании с введением десмопрессина.
3. Провести сравнительный анализ гемореологических перестроек в эксперименте с однократной и длительной водной нагрузкой, как функциональной модели используемой для подавления секреции эндогенного АДГ.
4. Сопоставить изменения реологических свойств крови с гидратационным статусом организма.
5. Исследовать особенности гидратации соединительной ткани и их роль в адаптационных перестройках организма при разных вариантах изменения водно- электролитного баланса организма.
6. Изучить половые особенности гемореологических перестроек и гидратации тканей у крыс при разных вариантах изменения водно-электролитного баланса организма с учетом известного полового диморфизма в секреции и эффектах АДГ.
Новизна полученных результатов
На основе комплексного экспериментального исследования доказано, что антидиуретический гормон является важным фактором изменения реологических свойств крови. Впервые показано, что синтетический аналог АДГ – десмопрессин в дозах, рекомендованных для разового введения при клиническом применении способствует усилению агрегатообразования эритроцитов, повышению вязкости плазмы и цельной крови. При этом выявлена взаимосвязь гемореологических сдвигов с изменением содержания в плазме кислых гликозаминогликанов.
Впервые в эксперименте с длительным одновременным введением десмопрессина и водной нагрузки показано, что при состоянии напряжения осморегулирующей системы организма, выраженные гемореологические перестройки, сопровождаются также заметными сдвигами лейкоцитарной формулы и изменением состояния соединительной ткани дермы животных. При отсутствии повышенной концентрации в крови АДГ отмечена только специфическая реакция в ответ на сдвиги осмолярности среды, проявляющаяся, главным образом, изменением объемных характеристик клеток.
Впервые показано, что характер срочной реакции реологических свойств крови при водной нагрузке в сочетании с введением десмопрессина заметно отличается от реакции на изолированную водную нагрузку. На основе акваметрических методов исследования при водной нагрузке в сочетании с введением десмопрессина отмечены существенные изменения физико-химических свойств соединительнотканного матрикса дермы животных. В изменении всех исследуемых показателей при разных вариантах экспериментального воздействия выявлены различия, связанные с полом животных.
На основе результатов, полученных с помощью метода динамической десорбции воды, выявлены отличительные закономерности гидратации разных тканей (мозг, сердце, печень, дерма, кровь) животных, а также разных возрастных популяций эритроцитов, как в норме, так и при экспериментальном изменении водно-электролитного баланса организма. Установлены особенности гидратации тканей и клеток в зависимости от пола животных.
Теоретическое и практическое значение работы
Материалы диссертации расширяют представления о факторах и механизмах регуляции вязкости крови, создают новые направления в гемореологии, как важном разделе физиологии крови. Выявленная взаимосвязь агрегатообразования эритроцитов, вязкости крови и плазмы с изменением содержания в плазме кислых гликозаминогликанов может иметь важное значение для понимания общих механизмов гемореологических перестроек при разных функциональных состояниях организма. Установленное влияние активности антидиуретического звена регуляции водного баланса на реологические свойства крови в перспективе может быть использовано для разработки новых подходов к регуляции условий потока в микроциркуляторной системе с целью предупреждения или коррекции возможных негативных последствий гемореологических нарушений при стрессе или патологии. Исследование гемореологического эффекта десмопрессина – синтетического аналога вазопрессина, может иметь определенное значение для объяснения гемостатического действия этого препарата поскольку, наряду с огромным числом биохимических реакций, реологические факторы играют важную роль в модуляции ответа крови на повреждающие стимулы.
Выявленные половые особенности изменения реологических свойств крови и гидратации тканей и клеток могут быть привлечены для объяснения разной степени риска и характера течения сердечно-сосудистых заболеваний и острых состояний, связанных с нарушением водно-электролитного баланса у мужчин и женщин, а также послужить основой для разработки индивидуальной корригирующей терапии.
Разработанный комплекс экспериментальных воздействий позволяет получить выраженные реакции организма животных, сходные с наблюдаемыми в клинике при различных заболеваниях, сопровождающихся изменением реологических свойств крови. Это дает возможность использовать описанные экспериментальные модели для изучения адаптационных и компенсаторных механизмов при подобного рода нарушениях.
Проведение сравнительного анализа гидратации тканей в норме и при изменении водного баланса организма представляет важное направление исследований в рамках фундаментальной проблемы взаимодействия воды с биологическими структурами. Полученные в работе данные, связанные с гидратацией эритроцитов разного возраста позволяют лучше понять механизмы апоптоза клеток данного типа и объяснить особенности микрореологических свойств молодых, зрелых и старых эритроцитов.
Материалы диссертации могут быть использованы в лекционных курсах по физиологии крови и кровообращения для студентов биологических и медицинских факультетов вузов, для написания монографий и практических руководств, а также для организации и проведения дальнейших исследований в данной области.
Основные положения, выносимые на защиту
-
АДГ является важным фактором изменения реологических свойств крови. При повышении его концентрации в крови возрастает агрегация эритроцитов, повышается вязкость плазмы и цельной крови.
-
Изменение реологических свойств крови при действии десмопрессина связано с деструктивными изменениями матрикса соединительной ткани.
-
При состоянии напряжения системы осморегуляции организма изменение реологических свойств крови имеет характер общей неспецифической гематологической стресс- реакции, связанной с поддержанием гемопоэза, гемостатического потенциала и иммунной защиты организма.
-
Изменение состояния соединительнотканного матрикса, опосредованное действием АДГ играет важную роль в поддержании баланса посекторального распределение жидкости и адаптации организма в целом при сдвигах водно-электролитного баланса.
-
Реологические свойства крови, механизмы срочной и долговременной адаптации организма к изменению водно-электролитного баланса имеют различия у животных разного пола.
Апробация работы
Материалы работы были доложены и обсуждены на: межвузовской конференции, посвященной 10-летию кафедры МБОС (Ярославль, 1999); международной конференции «Микроциркуляция и гемореология» (Ярославль, 1999, 2001, 2005, 2007, 2009); межвузовской конференции «Медицина, биология, спорт» (Ярославль, 2000); 8-ой конференции молодых ученых ЯГПУ (Ярославль, 2000); ВСЕРОССИЙСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно – сосудистой хирургии» (Москва, 2005, 2009); I Съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005); Международной научной конференции «Актуальные проблемы адаптации организма в норме и патологии» (Ярославль, 2005); Четвертой Российской конференции (с международным участием) «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2005); научно-практических конференциях «Методы исследования регионарного кровообращения и микроциркуляции в клинике и эксперименте» (Санкт Петербург, 2007); V Всероссийской конференции с международным участием, посвященная 100-летию со дня рождения академика В.Н. Черниговского, «МЕХАНИЗМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВИСЦЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ» (Санкт- Петербург, 2007); XХ съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007); V Конференции молодых ученых России с международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва, 2008); VI Всероссийской конференции с международным участием «МЕХАНИЗМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВИСЦЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ» (Санкт- Петербург, 2008).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 42 печатных работах, 11 из которых – в журналах, включенных в «Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ».
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 251 страницах текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием методов исследования, главы с изложением полученных результатов, обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 203 отечественных и 277 зарубежных источников. Работа иллюстрирована 55 таблицами и 20 рисунками.
