Введение к работе
Аісгуальность проблемы. Актуальность всестороннего исследования влияния физических факторов внешней среды (электромагнитных волн различного диапазона, гипоксии, температуры и др.), лекарственных средств (ЛС) на сердечно-сосудистую систему определяется прежде всего тем, что среди всех причин смертности как в нашей стране, так и в индустриально развитых странах мира более 50% приходится на сердечно-сосудистые заболевания (Чазов Е.И., 1995; Гогин Е.Е., 1997; Морозов В.Н., 1999; Jonson R.J., 1992; Ritter М.М. et al., 1992;KlieberM, 1993).
Развитие медицины XXI века, которая будет управляющей, а не замещающей или корригирующей, сопряжено с общей тенденцией развития различных отраслей науки. Под управлением в биологических и медицинских системах понимается использование физических, химических, биологических факторов для воздействия на эти системы с целью получения предсказуемого результата (Бадиков В.И., 1998; Фу-дин Н.А., 1998; Судаков К.В., 1999; Хадарцев А.А. и соавт., 1999).
Представление о человеке как об открытой системе, существующей во взаимодействии и взаимосодействии не только элементов инфраструктуры организма, но и с факторами внешней среды, позволяет прогнозировать возможности коррекции жизнедеятельности, ее оптимизации (Гладышев Г.Н., 1996; Баевский P.M., Берсенева А.П., 1997; Юматов Е.А., 1998; Судаков К.В., 1999). Изучение при этом мембранных и молекулярных механизмов действия факторов внешней среды на организм дает возможность более успешно прогнозировать развитие сердечно-сосудистой патологии и эффективно проводить ее коррекцию (Исмаилов Э.Ш., 1987; Сейфулла Р.Д., 1998; Hartley S.A., Kozlowski R.Z., 1996; Marchenco S.M., Stewart O.S., 1997).
Наличие многочисленных связей, существующих между форменными элементами крови, плазмой крови и сосудистой стенкой, диктует необходимость оценки степени их участия как в развитии сердечно-сосудистой патологии, так и в мембранных механизмах действия ЛС. В частности, было выявлено, что действие ЛС на систему ге-мокоагуляции и микроциркуляции тесно связаны с изменениями биоэ-лектрогенеза в сосудистой стенке и форменных элементах крови, а также с реологическими свойствами крови (Гацура В.В., 1993; Люсов В.А. и соавт., 1993; Малая Л.Т. и соавт., 1993; Мищук И.И. и соавт., 1993; Хаютин В.М. и соавт., 1993; Катюхин Л.Н., 1995; Духанин А.С, Губаева Ф.Р, 1998; Нагорнев В.А.,1998; Dominiczak A.F., Bohr D.F., 1990; Cortinovis A., Crippa А., 1991; Gadsby D.C. et al., 1992;). Результа-
ты работ по исследованию микроциркуляции заставляют пересмотреть традиционный взгляд на магистральные сосуды, рассматривая их в единстве с движущейся по ним кровью, при изучении влияния на них как новых, так и известных лекарственных препаратов (Никулин А.А. и Петров В.К., 1981; Иванов К.П., 1995; Рачков А.К., 1998; Stokes D.L., Nakamoto Р.К., 1994).
Информативным и все более распространяемым методом меди-кобиологических исследований и диагностики является определение электролитного баїанса плазмы крови, эритроцитов, различных биологических тканей, что обусловлено тесной взаимосвязью уровня электролитов с функционированием биомембран и клеток, с механизмами действия ЛС в различных условиях (Моисеева О.М. и соавт., 1991; Постнов Ю.В., 1993; Гаджиев А.Б. и соавт., 1994; Мазур Н.А., 1995; Меерсон Ф.Э. и соавт., 1995; Волобуев А.Н. и соавт., 1997; Кузнецов Г.В. и соавт., 1998; Mulvang M.J. et al., 1992; Fromter E., 1993; Thorpe P., 1993; Medow M.S. et al., 1994; Taylor R., 1994).
Актуальность проблемы заключается и в том, что, рассматривая сосудистую стенку и кровь как единую целостную систему, возникает необходимость при назначении сердечно-сосудистых средств оценивать баланс ионов как в сосудистой стенке и миокарде, так и в плазме, и в форменных элементах крови. Соответственно при введении анти- и ге-мокоагулянтов целесообразно исследовать содержание катионов как в крови, так и в сосудистой стенке. Необходимость такого подхода обусловлена также тем, что при сердечно-сосудистых заболеваниях нарушается система гемостаза, изменяется функциональное состояние клеток крови, ухудшаются ее реологические свойства (Лиферов Р.А. и др., 1995; Задионченко B.C. и др., 1996; Каримов Х.Я. и др., 1996; Кубатиев А.А. и др., 1996; Соколов Е.И. и др., 1996; Жаров Е.И. и др., 1996; Строев Е.А. и соавт., 1996; Meredith l.T. et al., 1993; Smyth S.S. et al., 1993; Tanaka K., Sueshy K., 1993; Saloma V. et al., 1995).
Показатели баланса электролитов в сердечно-сосудистой системе, черезстеночной разности потенциалов (ЧРП) сосудистой стенки, заряд эритроцитов, реологические свойства крови отражают функциональное состояние биомембран. Это позволило выработать стратегию нашего исследования как решение проблемы коррекции измененного состояния биомембран при экспериментальной патологии животных путем управляющих лекарственных воздействий на функциональные системы (ФС) организма.
Отсутствие единых представлений о термодинамике, биоэнергетическом механизме управляющего воздействия факторами внешней среды и лекарственными средствами на ФС организма диктует необ-
ходимость оценки, в частности, термодинамических аспектов транспорта электролитов при реализации фармакологических эффектов в различных условиях (Говырин В.А., Корнеева Т.Е., 1994; Гладышев Г.Н., 1996 ; Блюменфельд Д.А., 1996; Мызников ИЛ., 1998; Фролов В.А. и соавт., 1998; Turner D.H., 1996; Pkiska V., 1997)
Актуален вопрос оценки взаимодействия элементов ФС на уровне биомембран с факторами внешней среды (гипобарическая гипоксия, электромагнитные волны сверхвысокочастотного (СВЧ) и край-невысокочастотного (КВЧ) диапазона, лучевого поражения и др.). Недостаточно обоснованными с позиций мембранных нарушений представляются механизмы управляющих влияний корригирующих лекарственных воздействии на организм в зависимости от уровня адаптации и функциональных резервов при различных его функциональных и патологических состояниях.
Дальнейшее проведение исследований в области управления в биосистемах позволит выработать систему корригирующих управляющих воздействий для предупреждения дизадаптации и заболеваний.
Цель и задачи исследования. Целью проведенного исследования явилась разработка принципов оценки на уровне биомембран особенностей взаимодействия управляющих физических факторов внешней среды с функциональными системами экспериментальных животных и разработка на этой основе управляющих лекарственных воздействий, направленных на коррекцию патологических нарушений или функциональных изменений.
Соответственно цели определены и задачи исследования:
-
С позиций теории управления провести оценку и выявить особенности взаимодействия ФС организма с факторами внешней среды на уровне биомембран.
-
Исследовать управляющее воздействие на ФС организма ряда лекарственных средств с оценкой состояния баланса катионов в крови, тканях сосудистой стенки и сердца, вязкости крови интактных животных.
-
Выявить особенности дисбаланса катионов в сердечно-сосудистой системе, вязкости крови в условиях гипоксии, СВЧ- и у-облучения животных.
-
Изучить возможности управляющего корригирующего действия лекарственных средств на баланс катионов в сердечно-сосудистой системе, вязкости крови в условиях гипоксии, СВЧ- и у-облучения животных.
-
В сравнительном аспекте исследовать влияние гепарина и вика-сола на взаимосвязь ЧРП брюшной аорты и объемной скорости оттекающего перфузата в условиях перфузии бассейна бедренной артерии кошек.
-
Выявить степень коррекции баланса катионов в сосудистой стенке и крови с помощью кавинтона и циннаризина при питуит-ршювой гипертензии.
-
Оценить действие эуфиллина, стугерона, папаверина, никотиновой кислоты, гепарина, викасола, ЭАКК, протамина сульфата и рН среды на активный транспорт ионов через мембраны эритроцитов.
-
Оценить возможность стабилизации мембран эритроцитов лазерным излучением.
-
Дать оценку изменений свободной энергии и энтропии в системе эритроцит-плазма-сосудистая стенка при назначении исследованных нами лекарственных средств в условиях гипоксии, гипертензии, СВЧ- и у-облучения.
10. Исследовать с помощью корреляционного анализа возмож
ность оценки изменений уровня катионов в тканях сердца и сосудис
той стенке животных по содержанию катионов в плазме крови и эрит
роцитах при назначении ЛС на фоне действия различных факторов
внешней среды.
Научная новизна. При действия физических факторов внешней среды (ионизирующая радиация, гипоксия, СВЧ-облучение), при пк-туитриновой гипертензии в одинаковых экспериментальных условиях впервые исследована возможность управляющего корригирующего воздействия на ФС организма с помощью фенигидина, кардила, ксантинола никотината, трентала, гепарина, неодикумарина, викасола, стрептазы с оценкой баланса катионов в плазме крови и эритроцитах, в тканях сердца, стенки брюшной аорты, а также вязкости крови животных.
С позиции теории управления представлен анализ общих и характерных особенностей взаимодействия физиологических систем организма на уровне биомембран при СВЧ-, лазерном и у-облученин, острой и хронической гипоксии, питуитриновой гипертензии.
Впервые исследована возможность коррекции баланса катионов в стенке магистральных кровеносных сосудов и крови животных с помощью управляющего корригирующего воздействия кавинтона и циннаризина на ФС организма при питуитриновой гипертензии животных.
Впервые показана возможность управляющего корригирующего воздействия на ФС организма с помощью ЛС через изменение свободной энергии и энтропии в системе эритроцит-плазма-сосудистая стенка, вызванное дисбалансом электролитов в этой системе при повреждающем действии гипоксии, гипертензии, СВЧ- и у-облучения.
Предложены и обоснованы критерии оценки управляющего воздействия факторов внешней среды, лекарственных средств по изменению баланса катионов в сердечно-сосудистой системе и вязкости крови.
Впервые "предложена возможность оценки уровня катионов в тканях сердца н сосудистой стенке по изменению содержания катионов в плазме крови и эритроцитах животных.
Научно-практическая значимость. Выявленные возможности управляющего корригирующего воздействия с помощью ЛС на ФС организма на уровне биомембран на фоне действия повреждающих факторов внешней среды представляют теоретическую ценность для обоснования способов управления в биологических и медицинских системах.
Полученные в результате исследования данные о дисбалансе катионов в сердечно-сосудистой системе при острой и хронической гипоксии, при лучевом поражении и СВЧ-облучении дополняют сведения о взаимодействии ФС организма на разных уровнях с воздействующими факторами внешней среды и являются базой для создания новых способов активации адаптационных механизмов и методов управляющих корригирующих воздействий на ФС организма.
Результаты исследования на уровне биомембран корригирующего управляющего воздействия ЛС на ФС организма на фоне повреждающих факторов внешней среды реализуют теорию внешнего управления деятельностью ФС организма и могут быть использованы в диагностической, реабилитационной и лечебной практике.
Значимость оценки не только содержания катионов в плазме крови, эритроцитах, но и соотношений, и градиентов содержания ионов, а также обнаруженное существенное влияние уровня ионов магния на распределение катионов натрия, калия и кальция диктуют необходимость их исследования и оценки в клинической лабораторной диагностике.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследований используются в преподавании на кафедрах медицинского факультета Тульского государственного университета, в работе лабораторий Научно-исследовательского института новых медицинских технологий, при клинической лабораторной диагностике в городской поликлинике №2 и детской поликлинике №7 города Рязани.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 5-м Всесоюзном съезде фармакологов (Ереван, 1982); на семинаре физиологического отдела Новосибирского НИИ патологии кровообращения МЗ РФ (Новосибирск, 1986); на научно-практической конференции «Лечение и реабилитация больных сердечнососудистыми заболеваниями на курортах с радоновыми водами» (Бе-локуриха, 1986); на заседании кафедры медбиофизикп Новосибирского медицинского института совместно со слушателями факультета повышения квалификации преподавателей медицинских вузов (Новосибирск, 1986); на заседаниях Рязанского отделения Всероссийского об-
щества фармакологов (Рязань, 1982, 1984, 1986, 1987, 1988, 1996); на заседании Рязанского отделения Всероссийского общества фармакологов совместно с преподавателями кафедр терапии с курсом клинической фармакологии и фармакотерапии, фармакологии, профпатологии с курсом гематологии, клинической лабораторной диагностики, медби-офизики, пропедевтики внутренних болезней, нормальной физиологии, фармации (Рязань, 1987); на конференциях в НИИ технологии и безопасности лекарственных средств (Купавна, 1987, 1988); на 6-м Всесоюзном съезде фармакологов (Ташкент, 1988); на межкафедральном заседании (кафедра нормальной физиологии с курсом медбиофи-зики, кафедра фармакологии с курсом фармакотерапии, кафедра патофизиологии, кафедра терапии) Рязанского государственного медицинского университета (Рязань, 1999); на IV и V Российских национальных конгрессах «Человек и лекарство» (Москва, 1987, 1988), на XI-й Российской конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина» (Москва, 1998); на IV международной научно-практической конференции ((Экология и охрана окружающей среды» (Рязань, 1998); на XVII Всероссийском съезде общества физиологов им.И.П.Павлова (Ростов-на-Дону, 1998).
Апробация работы осуществлена на заседании Ученого совета медицинского факультета Тульского государственного университета (Тула, 2000).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 39 работ, в том числе 4 монографии, 3 патента на изобретение, 13 публикаций без соавторов.
Структура и объем диссертации. Диссертация имеет обще
принятую структуру, состоит из введения, обзора литературы, описа
ния материала и методов исследования, результатов исследования,
заключения, выводов, практических рекомендаций. Диссертация из
ложена на страницах, содержит 23 рисунка, 69 таблиц. Список
использованной литературы представлен 585 источниками, из них 32 Отечественный и 264 зарубежных.