Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ» Последнее десятилетке в области изучения метаболизма и функциональной активности клеток сосудистой стенки отмечено резким увеличением количества исследований. В физиологических условиях образование в сосудистой отвико большинства тромбогеиных и атроибсгенных веществ, а такке поо-тушіение их в кровь происходит непрерывно, хотя и в небольшом количестве. Неповредденшй эндотелий предотвращает образование тромбина и адгезию тромбоцитов на думинальнай поверхности сосудов, при повреждении и нарушении целостности эндотелия выделяются тромбогенные вещества, обнажается субэндотелий, происходит связывание и активация коагуляционных факторов, адгезии и агрегация тромбоцитов, т.е. формируется гемостатический ответ. В норме продукция атромбогенных веществ в эндотелии преобладает, так же , как и образование плазменных антикоагулянтов над про-коагуляктами, что обеспечивает несвертываемость крови и предупреждает развитие тромбоза. Таким образом, сосудистая стенка предотвращает чрезмерную активацию гемостатической системы вследствие наличия специфических свойств поверхности. Последовательное рассмотрение этих свойств дало возможность возникнуть и укорениться понятиям "тромборезистентность сосудов" и • тромбо-генный потенциал".
Мы рассматриваем тромборезистентность сосудистой стенки как свойство, проявляющееся в способности ограничивать процесс тромбообраэоваяия зоной повреждения. Основное значение в формировании тромборезисгеятности имеют протеогликаш, простацшшш, тромбомодулин, протеин S, и ряд других веществ, образующееся преимущественно в эндотелии и иэтибируюдщх гемокоагуляцию, адгезию и агрегацию тромбоцитов. Мобилизация местных антикоагуля-щнэнных, антиадгезивных я антиагрегационных механизмов при повреждения иктактных сосудов ограничивает распроотранеі.ле тромбоза, но не препятствует гемостазу.
Экспериментальными исследованиями последнего десятилетия убедительно показано, что нарушение соотношения тромбогеннссти и тромйоревистентности имеет значение не только в развитии тромбоза при различных видах сосудистой патологии, но и в патогенезе воспаления, атеросклероза, метастазирования опухолей и т.д. В наиболее полном объеме.взаимодействие всех компонентов системы гемостаза, в том числе и атромбогенных факторов сосудистой стент, происходит при повреждении сосуда и формирования тромба. Для оценки трамбогенности и тремборезиатенткости необ » ходиш объективные критерии. Наблюдение образования и рооть троиба in vivo дает возможность изучать вышеуказанные свойства и направленно влиять ва них. Взаимодействие тромбоцитов о сосудистой стенкой является динамическим процессом. Наряду о-биохимическими факторами гидродинамические факторы являются необходимыми компонентами при исследовании гемостаза и тромбсобраао-вания. Толчком к интенсивному изучению взаимодействий-тромбоцит-сосудистая стенка послужили клинические наблюдения инфарктов миокарда, следовавших за развитием больших тромбов, возникших на атерсштоэных бляшках в коронарных артериях ( Frink R. et al., 1S88 ); сходный процесс в сонных артериях приводил к инсультам- Троыбообразоваяие на искусственных поверхностях в организме ( протезы сосудов, искусственные органы) также приводило к серьезным нарушениям в сердечно-сосудистой системе.
По отношению исследования в микрощіркуллторнам русле на первый план выдвигается проблема моделирования процесса тромбо-оСразования in vivo. Наиболее адекватные методики, развивающиеся в последнее время - облучение микрососудов сфокусированным через иккроскоп лазерным лучом ( Чернух A.M. и соавт., 1976; Петрищев Я. ЕЕ. и соавт.,1981; Kovacs I. et al., 1979; В. Ami jot et al., 1994), зл-ктро- и ионофорез посредством микроэлектродов» введенных в сосудистую отенку ( Callahan А.В. et al., I960; Begent et al., 1970 ), пункция шкрососудов с помощью микрошпетки (Oude Egbrink et al., 1991). Первая из вышеуказан-шх моделей в различных модификациях модет обеспечить условия, приближенные к реалъяш по отношению к общей проблеме тромборе-зистенгности сосудистой стенки я частным вопросам динамита! тромбообразованга и влияния различных внешних и внутренних факторов на атот процесс. Однако отсутствует систематическая разработка этой модели с учетел количественной оценки повреждающего фактора при сравнительных исследованиях микрооосудов различного типа. Необходимым моментом в азой разработке является учет гидродинамических условий роста тромба на всех стадиях его формирования. Совершенствование, методических подходов дает возможность широкого применения этой модели как для изучения общей проблемы соотношения тромбогенных и тромборезистентных свойств сосудистой стенки, так и для решения конкретных задач, связанных о возникновением и ростом тромба. Распространенность трои .
Доза в клинической практике как наиболее часто ватречащихся оолахнений сердечно-сосудистой системы обуславливает важность подобного рода исследовании.
Исходя из изложенного,актуальность избранной темы обусловлена недостаточной изученностью соотношений тромбогешшх и трсмбореэистентных овойств сосудистой стенки, отсутствием систематической разработки адекватной модели in vivo, позволяющей решать поставленную задачу как в общем плане, так и более узких рамках влияния конкретных физических и химических факторов на процесс тромОообрззовании.
Целью настоящей работы являлось создание и систематическая разработка методики прижизненного моделирования тромбоза микрососудов, дающей возможность оценивать в сравнительной аспекте тромбогенные и троборезиотентные свойства сосудистой стенки микрососудов различного типа, а также выяснение некоторых эволюционных аспектов этой проблемы, для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
- выбрать опт5шальные условия моделирования процесса тром-бообразования, .обеспечивающие строго дозированное воздействие на сосудистую стенку в микрососудах разных классов позвоночных животных;
- охарактеризовать соотношения наиболее вероятных повреждающих факторов при лазер-индуцироваяном тромбозе, выделив основной из них, оценить величину-и длительность воздействия в микрссосудах эвшгоционно различных сосудистых систем;
- разработать математическую модель развития тромба, учитывающую изменения гидродинамических характеристик кровотока в условиях стеноза мккрососуда;
- на основе получеігного экспериментального материала дать характеристику соотношения тромбогенных и тромборезистентных свойств артериол и венул, а также изменении этих сооткошен: л у микрососудов разных диаметров;
- изучить влияние некоторых физических факторов ( г-облучение и гипоксия ) на соотношение вышеуказанных свойств, а также медиатора воспалительных процессов интерлейкина ;
- исследовать процессы тромбообраэования в микрососудах других позвоночных ( рептилии и амфибии) и сопоставить полученные результаты с данными по мдекотитаюпцш.
Для решения постатейных задач использовались беспородные белые щяш, рептилии (Ophisaurus apus)# амфибии (Rana tempora-гіа) .
Работа выполнялась в соответствия о планом основных научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского государственного университета им.акад.И.П.Павлова по теме " Тромбогенные и троибореэиотентные свойства сосудов шікроциркуляторного русла в норме и при патологии и ( номер госрегиограции 01.93.0011102).
новизна исследования заключается в тем, что впервые теоретически и практически разработанная модель лазер-индуцированного тромбоза для сравнительных характеристик тромбогешшх и тромборезистентных свойств микрососудов щ шеяена для комплексного исследования микрососудов разного типа, калибра и эволюци-онно различающихся сосудистых систем. Построенная математическая модель • на основе концепции ."времени активации" тромбоцитов описывает влияние скорости кровотока на скорость роста троі ба в условиях экспериментально установленной неравномерности распределения тромбоцитов по сечению микрососуда. Дальнейшее развитие модели дало возможность впервые описать с единых ПОЗИЦШЇ рост тромба в условиях возникающего вследствие процесса тромбообра-аования стеноза микрососуда. Соотвэтствующии выбор феноменологических параметров модели, описывающих гидродинамические ха-рактеристпкикровотока и агрегациошше свойства тромбоцитов определяет заключительную стадии) развития тромба: либо тромб прекрад эт рост и стабилизируется, либо рост тромба происходит вплоть до полной окклюзии микрососуда.
В экспериментальных исследованиях на микрососудах брыжейки крысы получены новые данные о соотношении тромбогенного . потенциала и тромборезистентности в сосудах разного калибра. Установлено, что с увеличением диаметра микрососудов (20-50 мкм) в артериолах увеличивается плоэдць сечения тромба и уменьшается время первичного гемостаза, что указывает на увеличение тромбогенного потенциала. В венулах такгке отмечен рост сечения тромба; при атом в обоих типах сосудов практически не менялась протяженность тромбов вдоль сосудистой стенки. Исследование параметров тромбообразования у артериол и венул одинакового диаметра показало, что артериолы обладают большим тромбогенным потенциалом и одновременно большей тромборезистентностью. - Б Впервые проведено комплексное исследование изменений вышеуказанных свойств микрососудов при воздействии физических факторов - радиации и гилоОарической гипоксии. Показано, что в процессе адапции к повторным воздействиям гипоксии проявляются изменения тромбогенного потенциала, особенно в венулярном отделе микроциркуляторкого русла. Исследования процесса тромбообразо-вания в пострадиационном периоде ( до 3 месяцев после т-облуче-ния) свидетельствуют о сохраняешься нарушениях в системе трои-боцитарно-сосудистого гемостаза в указанные сроки. Полуиены новые раэулътаты по исследованию тршбогеннога потенциала и тром-бореэистенткости микрссосудов в эволюционном аспекте ( на рептилиях и.амфибиях). Показано, что у млекопитающих тромбогенная активность сосудов вше, более существенны различия этих свойств между артериолами и в єну л дми. Сопоставление этих данных о данными, полученными у шіекопитаощих в разных функциональных состояниях организма подтверддаег нападение о той, что в условиях патологии происходит возврат к древним формам функционирования физиологических систем, ШШЖЕНКЯ, ВЫНОСШЕ НА ЗАЩИТУ:
1.Лазерное излучение Б области блгашего ультрафиолета (Х-337 им) поглоЕсдется гемоглобином и оксигемоглобином крови, вызывая кратковременное повышение температуры внутри облучаемого сбъема крови в микрососуде, инициирующее повреждение луми-налькой поверхности сосудистой стенки.
2. Скорость роста тромба в начальных стадиях немонотонно зависит от средней скорости кровотока. Представленная теоретическая кривая хорошо совпадает с экспериментальной при учете зависимости времени активации тромбощітов от расстояьля до поврежденного. участка луминальной поверхности и неоднородности распределения тромбоцитов по сечению мшфосссуда.
3. Разработана математическая модель, которая описмь ет динамику роста вплоть до заключительной стадии. Изменением значений 4 феноменологических параметров модели, зависяідих от гидродинамических характеристик кровотока и агрегациокных свойств Отрсмбоцитоз получены все наблюдаемые в эксперименте режимы роста тромба на заключительной стадии.
4. Установлена зависимость между тромбогенным потенциалом и в меньшей степени тромборезкстентностью и диаметром МИІфОСО - 6 судов (20-Б0 UKM) . Показано, что тромбогенный потенциал артери-ол выше, чем венул ооответотвупцего диаметра и одновременно выше их тромбореаиотентнооть,
6- При патологических процессах происходит уменьшение различий тромбогеншх свойатв между артериалами и венулями млекопитающих. Установленное уменьшение этих различий в микрооосу-дах у ниаших позвоночных по сравнению о млекопитающими подтверждает концепции возврата к древним формам функционирования физиологических систем в условиях патологии.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Теоретическая и экспериментальная разработка модели лазер-индуцированного тромбоза как наиболее приближенной к реальным условиям возникновения тромба в микро-сосудах, дает возможность на основе анализа основных параметров процесса тромбообразования оценить соотношение тромбогенных и трамборезкстентных овойотв микрососудов разного типа in vivo , Изучение изменений этих соотношений под воздействием факторов введшей и внутренней среды позволяют не только определить их роль в патологических процессах, но и обсновать возможные направления патогенетического воздействия на отдельные компоненты тромбообразования в плане коррекции вышеуказанных свойств сосу-дов. В настоящее время подобные модели являются наиболее распространенными методами оценки эффективности тромболитических и антиагрегантных препаратов как на интактных, так и находящихся в различных функциональных состояниях животных in vivo. Результаты математического моделирования описывают роль гидродинамических характеристик кровотока и агрегационных свойств тромбоцитов на рост тромба в условиях постепенно сужающегося сосуда и даш возможность предсказать характер заключительной, стадии тромбообразования в зависимости от количественных характеристик указанных факторов. Результаты исследований по разработке системы лазер-индуцированного тромбоза могут быть рекомендованы для педрения в учебный процесс в курсе медицинской и биологической физики в медицинских высших учебных заведениях при рассмотрении гидродинамики кровотока в условиях растущего тромба, современных типов микроскопов и вопросов, связанных с применением лазеров в медицине. Полученные данные об особенностях тромбообразования в условиях гипобарической гипоксии и пострадиационного периода, а также под влиянием ингерлейкина-1 могут рассматриваться в курсе патологической физиологии при изучении вопросов гемостаза и сердечно-сосудистой оиотемы при патологиях.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. По материалим диссертации опубликовано 36 печатных работ и внедрено 1 рационализаторское предложение. Результаты исследования внедрены в практику учебного процеооа по курсу медицинской и биологической физики для отудентов 1 курса лечебного и стоматологического факультетов, по курсу патологической физиологии для студентов 3 курса лечебного и стоматологического факультетов и по курсу биофизики для специализации и Биомедицинская оптика" для студентов 2 и Б курсов Технического университета точной механики, и оптики. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации обсуждались на
-II Всесоюзном симпозиуме по венозному кровообращению и лимфообращению ( Уфа, 1981 )
- I и II Всесоюзных симпозиумах по применению телевизионной микроскопии при исследовании сердечно-сосудистой системы ( Ленинград, 1981,1985 )
- III Всесоюзном сгездє патофизиологов ( Тбилиси, 1982)
- Всесоюзной конференции по микроциркуляции ( Москва, 1984)
- III Всесоюзном симпозиуме "Кровообращение в условиях высокогорной к экспериментальной гипоксии" ( Фрунзе, 1986)
- Учредительном конгрессе Международного общества патофизиологии (ISP) ( Моокват-1991)
- (..негодных симпозиумах • Биомедицинская оптика Европы" (Будапешт, 1993; Лилль, 1994; Барселона, 1995 )
- I Азиатском конгрессе по микроциркуляции ( Осака, 1993)
- II международном конгрессе по патофязиолої.ш ( Киото, 1994)
- XV Конгрессе международного общества по тромбозу и гемо-тазу С Израиль, 1995 ) ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 221 странще машинописи и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, собственных исследований, обсуждения результатов и выводов. Библиографический указатель содержит 228 источников. Работа иллюстрирована 31 рисункам и содержит 15 таблиц.
