Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы проблема гипоксии привлекает все более пристальное внимание экспериментаторов и клиницистов, поскольку изучение различных аспектов гипоксии показало универсальную роль кратковременного или более продолжительного действия дефицита кислорода в регуляции деятельности организма и развитии патологии. Большое значение имеет использование дозированной гипоксии в качестве достаточно эффективного метода тренировки и способа, повышающего неспецифігческую резистентность организма к широкому спектру неблагоприятных воздействий, а также с целью лечения и профилактики ряда соматических и вегетативных заболеваний (М.М.Миррахимов, 1977, 1987; А.З.Колчинская и др., 1987; Razzouk, 1987; Shurr, 1987; Stewens et al., 1988; Ф.З.Меерсон, 1990, 1993; Н.Н.Бримкулов, 1991, 1998; Дж.З.Закиров, 1996; В.Б.Кошелев и др., 1996; Selvamurthy, 1996; А.Р.Раимжанов, 1998; Б.Т.Турусбеков, 1998).
Возрастающий интерес к клиннко-физиологическим аспектам гипоксии обусловлен и тем, что человечество приступило к активному практическому освоению новых сред обитания - высокогорья, Мирового океана и космоса, сопряженному с длительным пребыванием в условиях измененной газовой среды. По данным Международной рабочей группы комиссии по устойчивому развитию (CSD, 1995), горы занимают одну пятую поверхности земли, в них живет не менее 10% населения. XXI век будет характеризоваться резким увеличением территории обжитого высокогорья с возрастанием численности населения за счет миграции. Это ставит в качестве важнейшей задачи разработку проблемы высокогорной адаптации и поддержания активной трудовой деятельности человека на больших высотах. Для Кыргызской Республики, где 94% территории расположено выше 1000 м над уровнем моря и развитие экономики связано с промышленным освоением высокогорных районов, эта проблема является приоритетной, требующей скорейшего решения.
Решештем Сессии Экономического и Социального Совета и Генеральной Ассамблеи ООН 2002 год объявлен Международным Годом гор.
Комплекс высокогорных факторов измеїгяет, как правило, деятельность всех функциональных систем организма. Важную роль в "борьбе за кислород" при ги-поксической гипоксии играет сердечно-сосудистая система. Многочисленными исследованиями на разных этапах пребывания организма в условиях природной гипоксии установлены общие закономерности приспособительных реакций показателей системной гемодинамики (Van Liere, Stikney, 1963; М.М.Миррахимов, 1968; 1974; Frisancho, 1975; В.Б.Малкин, Е.Б.Гиппенрейтер, 1977; С.Б.Даїшяров, 1979; Б.Т.Турусбеков, 1979, 1998; А.Д.Слошш, 1982; А.Х.Карасаева и др., 1984; Н.А.Агаджанян, 1986; Ф.З.Меерсон, 1986; М.В.Балыкин и др., 1987, 1991; А.С.Шаназароп, Т.В.Черноок, 1998). Поскольку конечной целью кровообращения является поддержание адекватного кровоснабжения органов и тканей независимо от
возмущающих факторов, механизмы регуляции регионарного сосудистого тонуса являются одной из ключевых проблем физиологии сердечно-сосудистой системы.
Многообразные вопросы регуляции органного кровообращения и реактивности регионарных сосудов в условиях высокогорья остаются мало изученными. В последние годы в связи с успехами в разработке новых методов исследования (Folkow, Neil, 1971; Shepherd, Vanhoutte, 1975; Б.И.Ткаченко, 1979, 1984) эти вопросы привлекли внимание физиологов и получили фрагментарное освещение в литературе (С.А.Поленов, 1987; А.А.Нурматов, 1988; Ю.И.Ибрагимов, 1990; Р.Ф.Султанов, 1992; А.С.Тургунбаева, К.А.Шошенко, 1994, 1996; Б.И.Ткаченко и др., 1996, 1998). Необходимо отметить, что изучены некоторые закономерности и механизмы изменений макро- и микрогемодинамики отдельных органов при действии острой гипоксии и лишь единичные исследования проведены в условиях высокогорья (С.А.Поленов, 1987; А.А.Нурматов, 1988; М.В.Балыкин и др., 1991,1997).
Своеобразным "белым пятном" высокогорной физиологии кровообращения остаются проблемы функционирования и регуляции церебральной гемодинамики, состояния микроциркуляторного русла головного мозга при нарушениях его кровоснабжения в условиях высокогорья. Актуальность таких исследований определяется, во-первых, огромной значимостью мозгового кровотока для нормального функционирования организма, во-вторых, широким распространением церебро-васкулярных заболеваний, которым мировая статистика отводит второе место в ряду основных причин смертности населения (Доклад ВОЗ, Женева, 1975); и, в-третыгх, целенаправленным поиском путей выявления резервных возможностей системы мозгового кровообращения в экстремальных условиях внешней среды, что является необходимым для последующей разработки рациональных и научно обоснованных путей профилактики и коррекции сосудистых нарушений.
Актуальной, вызывающей особый интерес исследователей является проблема возможного обратного развития процесса долговременной высокогорной адаптации, выражающегося постепенным исчезновением приспособительных реакций к гипоксии после прекращения действия этого фактора - так называемая физиологическая деадаптация. Вопрос о длительности сохранения системного структурного следа при адаптации к горной местности или барокамерной гипоксии остается в литературе предметом дискуссии (Ф.З.Меерсон, 1967, 1986; М.М.Миррахимов и др., 1972; Krayenbuhl, 1977; А.А.Айдаралиев, А.С.Шаназаров, 1976; Tverdokhlib et al., 1996; С.Б.Данияров и др., 1997,1998; Н.Н.Заречнова, 1997) и требует своего разрешения.
Работа является частью и итогом комплексных исследований по Государственным программам «Сосудистый тоїгус и гемодинамика при действии экстремальных факторов внешней среды» и «Высокогорная гипоксия и деятельность».
Цель работы. Изучить особенности системной и регионарной гемодинамики у различных видов интактных животных и с нарушениями мозгового кровообращения в процессе высокогорной адаптации и деадаптации, исследовать реактивность сосудов различного функционального назначения на нервно-гуморальные воздейст- вия и механизмы обнаруженных изменений сердечно-сосудистой системы в горах.
Задачи исследования:
изучить реакции системного кровообращения и органного кровотока у разных видов животных, адаптирующихся к условиям высокогорья;
исследовать адренергические механизмы наблюдаемых в высокогорье изменений резистивной и емкостной функций органных сосудов;
дать сравнительную характеристику резистентности к острой гипобарической гипоксии животных с интактным и нарушенным кровоснабжением головного мозга в условиях низкогорья и в разные сроки высокогорной адаптации;
оценить состояние микроциркуляторного русла коры головного мозга при высокогорной гипоксии и экспериментальной ишемии;
сравнить величины показателей кровообращения и дыхания у интактных животных и с окклюзией магистральных сосудов при остром воздействии барока-мерной гипоксии в низкогорных и высокогорных условиях;
изучить характер, величину и механизмы реакций системного кровообращения на функциональные нагрузки в различные сроки приспособления к горной местности;
проанализировать особенности показателей вегетативного реагирования у разных видов животных и выявить роль вегетативной нервной системы в гемоди-намических сдвигах в условиях высокогорья;
исследовать гипоксическую устойчивость к острому барокамерному воздейст
вию и состояние церебральной микроциркуляции у животных с интактным и
измененным кровоснабжением головного мозга в различные сроки после спуска
с гор.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. Установлено, что у разных видов животных показатели системного кровообращения в процессе высокогорной адаптации изменяются неоднозначно. У крыс в течение первого месяца пребывания в горах отмечены значительная тахикардия и отсутствие достоверных сдвигов системного артериального давления (САД). У кошек на 3 сутки адаптации к высокогорью зарегистрированы тенденідая к увеличению САД и урежешпо ритма сердечных сокращений, с 15 суток - выраженные гипотония и брадикардия.
Выявлены неизвестные факты, касающиеся влияния высокогорной адаптации на характер и величину резистивной и емкостной функций органных сосудов: более раннее и опережающее изменение емкостной функции органных сосудов и связанное с этим ограничение кровотока в таких крупных сосудистых областях как кожно-мышечная и тонкий кишечник, что неизбежно приводит к увеличешпо кровоснабжения жизненно важных органов - головной мозг и сердце.
Впервые обнаружена временная последовательность включения реакций ре-зистивных и емкостных сосудов в развитие адаптивных изменений центральной гемодинамики: на 3 сутки адаптации к высокогорью тенденция к повышению САД имеет преимущественно емкостный компонент, в более поздние сроки наблюдения - 15 и 30 сутки - активную роль в сдвигах САД берет на себя резистивный отдел сосудистого русла кожно-мышечной области и тонкого кишечника.
Впервые выявлено увеличение реактивности органных артериальных и венозных сосудов на адренергическую стимуляцию в процессе адаптации к условиям высокогорья Центрального Тянь-Шаня. С помощью фармакологического анализа обнаружены адренергические механизмы увеличенной сосудистой реактивности. В артериальном русле они связаны в основном с возрастанием реактивности альфа-адренорецепторов и частично со снижением реактивности бета-адренорецепторов, в венозном отделе изменения как резистивной, так и емкостной функций определяются исключительно увеличением реактивности альфа-адренорецепторов.
Дана количественная характеристика показателей вегетативного реагирования (вегетативные тонус и реактивность, вегетативное обеспечение деятельности) у разных видов животных, что позволило выявить общие закономерности и видовые различия функционирования вегетативной нервной системы в условиях высокогорья.
Впервые в условиях высокогорья исследовано сочетанное воздействие гипоксии и ортостаза на системную гемодинамику. Обнаружены и описаны фазные сдвиги ортостатической и гипоксической резистентности животных. В ранний период пребывания в высокогорной местности отмечено снижение устойчивости к ортоста-тическому воздействию и барокамерной гипоксии. Крысы, предварительно адаптированные к условиям высокогорья, в результате положительной перекрестной адаптации более устойчивы к указанным воздействиям. Проанализированы возможные механизмы ортостатических изменений системного кровообращения в горных условиях. Показано, что в основе этих изменений лежат функциональные перестройки активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, а компенсаторные гемодинамические эффекты при ортостазе обусловлены активным участием барорецепторных рефлексов с синокаротидных зон.
Впервые исследована динамика гипоксической резистентности и состояние церебральной микроциркуляции у животных с нарушениями кровоснабжения головного мозга в процессе действия и последействия высокогорной гипоксии. При этом обнаружены следующие факты:
а) более высокая летальность при двусторонней окклюзии общих сонных ар
терий у неадаптированных к высокогорью животных, чем у низкогорных и адапти
рованных животных;
б) значительное снижение гипоксической резистентности и морфометриче-
ских показателей сосудов коры головного мозга у неадаптированных крыс с двусто
ронним лигированием магистральных мозговых сосудов по сравнению с низкогор
ными и животными с односторонней лигатурой общей сонной артерии;
в) большая продолжительность сохранения пониженной гипоксической ус
тойчивости и нарушений структуры коры головного мозга и показателей морфомет-
рии ее сосудистого русла у неадаптированных крыс с двусторонней перевязкой ма
гистральных сосудов по сравнению с адаптированными и животными с односторон
ней окклюзией сонной артерии;
г) более низкая, чем у низкогорных крыс, летальность предварительно адап
тированных к высокогорью животных с двусторонним лигированием каротидных
артерий после спуска их с гор;
д) повышенная гипоксическая устойчивость и улучшенная структурно-
морфометрическая картина микроциркуляторного русла коры головного мозга у
интактных крыс и с экспериментальными нарушениями кровоснабжения головного
мозга при высокогорной деадаптации по сравнению с низкогорными животными;
е) зависимость продолжительности сохранения адаптационного структурного
следа от сроков высокогорной адаптации.
Впервые обнаружены и описаны (на разных этапах адаптации) в условиях высокогорья особенности реакций сердечно-сосудистой и дыхательной систем у животных с экспериментальной ишемией головного мозга на острую барокамерігую гипоксию.
Научно-практическая значимость работы. Полученные в работе новые данные об основных закономерностях и механизмах изменений системного кровообращения и сопряженных органных сосудистых функций в процессе высокогорной адаптации и деадаптации относятся к фундаментальным физиологическим разработкам. Актуальность проблемы и новизна полученных фактических материалов и вытекающих из них теоретических положений определяют научігую значимость работы. Решаемая в исследовании проблема является обоснованием нового перспективного направлешія в области высокогорной физиологии, задача которого состоит в интегративной оценке состояния макро- и микроциркуляции на органном уровне при гипоксии. Представленные материалы свидетельствуют о целесообразности развития этого направления, что определяется важностью полученных данных для понимания основных закономерностей кровоснабжения органов и тканей, механизмов формирования системных сдвигов гемодинамики и в целом процесса адаптации к условиям высокогорья. Полученные в исследованші результаты, свидетельствующие о более раннем и активном участии емкостного отдела органных сосудов в приспособительных реакциях системного кровообращения в условиях высокогорья, являются важными для понимания принципов и механизмов сопряженного функционирования артериальных и венозных сосудов органов и тканей при развитии в организме кислородной недостаточности.
Установление в данной работе факта увеличения реактивности органных сосудов в процессе высокогорной адаптации животных, а также адренергических механизмов этих изменений является базисом и убедительным обоснованием необходимости дальнейшего поиска аналогичных изменений у человека в горах. Хотя прямая экстраполяция на человека полученных в данной экспериментальной работе результатов недопустима, тем не менее, большое сходство реакций сердечнососудистой системы на адренергическне воздействия у здоровых людей и теплокровных животных позволяет рекомендовать врачам, практикующим в высокогорных районах, учитывать возможности изменения сосудистой реактивности здоро-
вых лиц и больных, мигрирующих в горные местности, к вегетотропным и вазоак-тивным веществам.
Важным в теоретическом и прикладном отношениях является установление различий сдвигов реакций системной гемодинамики и дыхания, а также гшюксиче-ской резистентности и состояния церебрального микроциркуляторного русла при интактном и измененном кровоснабжении головного мозга в процессе высокогорной адаптации и деадаптаиии. Не экстраполируя результаты этих опытов с животными на человека, мы в то же время полагаем, что установленные факты могут послужить экспериментальным обоснованием для оценки и прогноза ишемических поражений головного мозга у аборигенов и мигрантов, впервые прибывших в высокогорье на постоянное жительство или работающих в режиме флюктуирующей адаптации, а также разработки способов профилактики этих нарушений.
Установленные в работе закономерности и механизмы изменений системного кровообращения и органной гемодинамики в процессе адаптации к условиям высокогорья, теоретические положення, касающиеся механизмов снабжения тканей кислородом, могут быть использованы в лекционных курсах ВУЗов медико-биологического профиля, а также в соответствующих методических пособиях и руководствах. Отдельные материалы работы включены в главу «Физиология человека в горах» двухтомного учебника для студентов ВУЗов «Основы физиологии человека» (Санкт-Петербург, 1994).
Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре нормальной физиологии Кыргызской государственной медицинской академии и медицинском факультете Кыргызско-Российского Славянского Университета.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Особенностью функциональных сдвигов резистивных и емкостных органных сосудов в условиях высокогорья является опережающее изменение емкостной функции вен тонкого кишечника, кожно-мышечной области таза и задних конечностей, способствующее перераспределению регионарных объемов крови от этих областей к жизненно важным органам - головному мозгу и сердцу.
-
Реактивность органных артериальных и венозных сосудов на введение адреналина в процессе высокогорной адаптации увеличивается. В артериальном русле возрастает реактивность альфа-адренорецепторов и частично снижается чувствительность бета-адренорецепторов; в венозном отделе повышается реактивность альфа-адренорецепторов.
-
Общими для разных видов животных физиологическими закономерностями вегетативного реагирования в процессе высокогорной адаптации являются: возрастание тонуса и реактивности симпатического отдела вегетативной нервной системы и уменьшение активности парасимпатической нервной системы в ранний период адаптации; стабилизация тонуса и реактивности симпатической нервной системы на более низком уровне и относительное преобладание на этом фоне вагусных эффектов в отдаленные сроки пребывания в горах. .
-
Ортостатическая и гипоксическая резистентность животных снижается в первые дни адаптации к высокогорью и повышается в последующие сроки горных наблюдений. Фазность сдвигов устойчивости организма к предъявляемым нагрузкам - ортостазу и острой гипоксии - обусловлена функциональными перестройками активности симпатического и парасимпатігческого отделов ВНС. Бароре-цепторные рефлексы с синокаротидных зон участвуют в реализации сосудистого компонента компенсаторного восстановления уровня системного артериального давления при ортостазе.
-
Нарушение кровоснабжения головного мозга у неадаптированных к высокогорью животных, вызванное двусторонним лигированием общих сонных артерий, приводит к высокой летальности, резкому снижению гипоксической резистентности, неадекватным реакциям артериального давления и дыхания при острой барокамерной гипоксии, значительным изменениям структуры коры головного мозга и морфометрических показателей ее сосудистого русла, большой продолжительности сохранения этих нарушений.
-
Предварительная устойчивая и длительная адаптация к условиям высокогорья снижает летальность, повышает гипоксическую резистентность и улучшает структурную и морфометрическую картину микроциркуляторного русла коры головного мозга у животных с экспериментальными нарушениями церебрального кровообращения.
-
Продолжительность сохранения структурного адаптационного следа зависит от сроков адаптации к условиям высокогорья.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях Кыргызского медицинского института (г. Фрунзе, 1981-1986); I и П Всесоюзной конференции «Система микроциркуляции и гемокоагуля-ции в экстремальных условиях» (г. Фрунзе, 1981, 1990); III Всесоюзном симпозиуме «Физиологические и клинические проблемы адаптации к гипоксии, гиподинамии и гипертермии» (г. Москва, 1981); II, III, IV Всесоюзном симпозиуме «Кровообращение в условиях высокогорной и экспериментальной гипоксии» (г. Фрунзе, 1982, 1986; г. Душанбе, 1990); XV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (г. Кишенёв, 1987); V Всесоюзном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (г. Москва, 1988, Красноярск, 1991); IV Всесоюзном рабочем совещании по клинико-физиологическим аспектам проблемы мозгового кровообращения (Ленинград, 1988); VII Всесоюзной конференции по эколопгческой физиологии (г. Ашхабад, 1989); IV Всесоюзном симпозиуме «Венозное кровообращение и лимфообращение» (г. Алма-Ата, 1989); Всесоюзном рабочем совещании «Регуляция тоїгуса сосудов» (Ленинград, 1989); заседании Ученого Совета, посвященного 50-летию образования Кыргызского медицинского института (г. Фрунзе, 1989); II, III, IV и V научной конференции Кыргызско-Российского Славянского Университета (г. Бишкек, 1995, 1996, 1997, 1998); II и III Международном симпозиуме «Проблемы саногенного и патогенного эффекта экологического воздействия на внутреннюю среду организма» (г. Чолпон-Ата, 1995, 1997); Международ-
ной конференции «Высокогорные исследования: изменения и перспективы в XXI веке» (г. Бишкек, 1996); Международном симпозиуме «Итоги и перспективы развития современной медицины в контексте XXI века» (Бишкек, 1998).
Публикации. Материалы диссертации отражены в 52 научных работах, в том числе 1 монографии, 19 статьях и 32 тезисах.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 309 страницах, иллюстрирована 36 таблицами и 30 рисунками. Состоит из введения, 7 глав, обсуждения результатов, выводов и указателя литературы, включающего 412 источников, из них 256 отечественных и 156 иностранных авторов.