Функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания

Овчинникова, Ольга Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания"

а правах рукописи

Овчинникова Ольга Александровна

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТА КИСЛОРОДА И МЕХАНИЗМОВ ЕЕ РЕГУЛЯЦИИ В НОРМЕ И ПРИ НАРУШЕНИЯХ ФУНКЦИИ ДЫХАНИЯ

03.03.01 - физиология

2 6 ЯН В Ш1

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ярославль - 2011

005007928

Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского»

доктор биологических наук, доцент

Ирина Александровна Тихомирова

доктор биологических наук, профессор

Бобылев Анатолий Кузьмич

кандидат биологических наук, доцент

Масленникова Юлия Львовна

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Защита состоится « 16 »февраля 2012 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.307.02 ЯГПУ им. К.Д. Ушинского по адресу: 150000, г.Ярославль, Которосльная наб., 46 в.

Отзывы на автореферат присылать по адресу: 150000, г. Ярославль, ул. Республиканская, 108.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан « /3» ССгЯЛс:'. 2012 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

И.А. Осетров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Кровь наряду с нервной системой обеспечивает постоянство основных физиологических и биохимических параметров и интеграцию организма в целом (Муравьев A.B., 2009). Она выполняет транспортную функцию в организме человека во многом зависящую, в том числе и от реологических свойств крови. Важность исследования реологических свойств крови объясняется той ролью, которую они играют в системе микроциркуляции. Именно здесь, где происходит обмен кислорода между эритроцитами и тканью, кровь приобретает особые свойства, которые ярче всего проявляются при условиях, когда размеры эритроцитов сопоставимы с величиной сосудистого просвета.

Система микроциркуляции представляет собой мельчайшую структурно-функциональную единицу системы кровообращения. Актуальность проблемы изучения микроциркуляции объясняется тем, что микрососудистое русло является местом, где, в конечном счете, реализуется транспортная функция сердечнососудистой системы и обеспечивается транскапиллярный обмен, создающий необходимый для нормального функционирования организма тканевой гомеостаз (Baskurt O.K., 2004; Федорович A.A., 2009).

Кислородное питание тканей, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность организма, зависит не только от функционирования сердечно-сосудистой системы и способности крови осуществлять эффективный газообмен, но во многом определяется функциями дыхательной системы. Потребность организма в кислороде, диффундирующем в ткани, формируется в соответствии с энергозатратами и необходимостью использования его для прямого окисления продуктов жизнедеятельности. С позиции теории функциональных систем было введено понятие о функциональной системе транспорта кислорода, под которой понимают интеграцию функций сердечно-сосудистого аппарата, крови и их регуляторных механизмов (Зинчук В.В. и др., 2003).

Патологические процессы, происходящие в организме человека, вызывают различные изменения кровотока, отражающие нарушения гомеостаза. При этом показатели центральной гемодинамики зачастую не дают истинной картины периферического кровообращения и изменяются лишь тогда, когда наступают не только выраженные, но и порой необратимые нарушения микроциркуляции.

Исходя из того, что остаются неизученными такие важные стороны проблемы как развитие компенсаторных приспособлений, особенности их локализации, взаимосвязь разных звеньев микроциркуляторного русла друг с другом в норме и при патологии, было предпринято настоящее исследование.

Цель: изучить функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушении функции дыхания.

Задачи исследования:

1. Оценить вклад периферического кровотока в обеспечение кислородного снабжения тканей и физической работоспособности.

2. Оценить гендерные особенности микроциркуляции в норме и при применении вазоконстрикторной (дыхательной) пробы.

3. Изучить зависимость параметров и регуляторных механизмов микроциркуляции, оцениваемых методом ЛДФ, от выбора тестируемой области.

4. Исследовать реологические свойства крови, состояние кожного микрокровотока и механизмов его регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания.

5. Проанализировать влияние гемореологических факторов и регуляторных механизмов микрокровотока на эффективность кислородтранспортной функции крови в норме и при нарушениях функции дыхания.

6. Исследовать возможность модификации реологических свойств крови под действием метаботропных соединений и механизм их влияния на микрореологические свойства эритроцитов.

7. Оценить in vivo и in vitro гемореологический эффект фармакологической коррекции нарушений функции дыхания.

Научная новизна исследования

Впервые установлена корреляционная взаимосвязь между показателями физической работоспособности и регуляторными механизмами модуляции микрокровотока. Впервые показано наличие гендерных особенностей в соотношении различных механизмов контроля микроциркуляции, которые обусловлены различиями местных регуляторных влияний. Показана зависимость параметров микроциркуляции и ее регуляторных механизмов, оцениваемых методом ЛДФ, от выбора тестируемой области. Впервые проведена комплексная оценка гемореологического статуса и состояния микроциркуляции в норме и при нарушениях дыхания, выявлены корреляционные взаимосвязи реологических показателей и характеристик активных и пассивных регуляторных влияний на микрокровоток. Установлены основные закономерности регуляции текучих свойств крови и состояния микроциркуляции при хронической обструктивной болезни легких. Впервые показана взаимосвязь энергетического потенциала красных клеток крови и их способности к выполнению кислородтранспортной функции. Подтверждена гипотеза о вовлеченности мембранных Р2х-рсцеп'горов эритроцитов в модуляцию реологических свойств крови под действием аденозинергических соединений.

Теоретическая и практическая значимость работы

Научно-практическая значимость работы заключается в том, что полученные в процессе исследования данные позволяют расширить уже имеющиеся представления о факторах, влияющих на реализацию кислородтранспортной функции крови и механизмах регуляции этой функции в норме и при нарушениях дыхания, о взаимосвязи физической работоспособности и состояния микроциркуляции.

Полученные данные об особенностях кожного микрокровотока и механизмах его регуляции в зависимости от пола обследуемых и выбора тестируемой области позволят учитывать эти факторы при планировании экспериментальной оценки состояния микроциркуляции методом ЛДФ.

Результаты исследования указывают- на важную роль показателя гематокрита, вязкости плазмы и микрореологических свойств эритроцитов в регуляции текучих свойств крови как в норме, так и при патологии. Практическое значение имеют полученные данные, свидетельствующие о различных изменениях регуляторных влияний на микрокровоток при нарушениях дыхания. Полученные в ходе исследования данные о позитивном влиянии препарата Тиотропиум бромид на гемореоло-гический статус лиц с нарушениями функции дыхания дополняют сведения об эффективности этого соединения в лечении нарушений дыхания и могут послужить основой для разработки методов реокоррекции существенно нарушенных геморео-логических свойств при этом заболеваний.

Установленная зависимость микрореологических свойств эритроцитов, обеспечивающих эффективность кислородтранспортной функции крови, от внутриклеточного содержания АТФ и участие аденозинергических соединений в рецептор-опосредуемом изменении мембранных свойств клеток крови могут послужить теоретической основой для дальнейшего изучения молекулярных механизмов оптимизации реологических свойств крови.

Полученные данные расширяют и дополняют знания по физиологии системы крови и кровообращения и могут бьггь использованы в преподавании физиологии, патофизиологии и клеточной молекулярной биологии, а также быть основой для проведения дальнейших исследований в этих областях науки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Физическая работоспособность и потребление кислорода тканями зависит от уровня функционирования системы микроциркуляции и механизмов модуляции микрокровотока - пассивных (кардиальных и респираторных) и активных (миоген-ных) ритмов.

2. Параметры и регуляторные характеристики кожного микрокровотока имеют тендерные особенности и зависят от выбора тестируемой области.

3. При нарушениях дыхательной функции (на примере хронической обструк-тивной болезни легких) отмечены снижение эффективности микроциркуляции, неблагоприятные изменения реологических свойств и кислородтранспортной функции крови.

4. Существует взаимосвязь между микрореологическими свойствами эритроцитов (агрегируемостью и деформируемостью) и внутриклеточным содержанием в них АТФ.

5. Активация Р2Х1-пуринорецепторов эритроцитов способствует оптимизации их микрореологических характеристик (росту деформируемости и снижению агрегируемости).

Апробация результатов работы.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: IV и V Всероссийских конференциях «Клиническая гемостазиология в сердечно-сосудистой хирургии» (Москва, 2009, 2011); VII и VIII Международных конференциях «Геморео-логия и микроциркуляция» (Ярославль, 2009, 2011); XV Всероссийском съезде сер-дечно-сосудисгых хирургов (Москва, 2009, 2010), Чтениях Ушинского (Ярославль, 2009,2011); VIII, IX и X Молодежных научных конференциях Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2009, 2010, 2011); III Евразийском конгрессе по медицинской физике «Медицинская физика - 2010» (Москва, 2010); XXI съезде

физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва-Калуга, 2010); Всероссийской научно-практической конференции «Артериальная гипертония вчера и сегодня» (Москва, 2010); III Всероссийской школе-семинаре для студентов, аспирантов и молодых ученых: «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы» (Белгород, 2010); XLIX международной научной студенческой конференция «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2011); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ среди студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки (Ульяновск, 2011); Всероссийском конкурсе «Инновационный потенциал молодежи 2012» среди студентов и аспирантов (Ульяновск, 2011).

По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах печатного текста, включает 14 таблиц и 26 рисунков. Работа состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием методов исследования, главы с изложением полученных результатов, обсуждения, выводов, списка литературы. Библиографический указатель включает 178 источников: 95 отечественных и 83 зарубежных.

ОРГАНИЗАЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основной объем исследований выполнен на практически здоровых добровольцах, лицах обоего пола в возрасте от 18 до 50 лет (п=144). Состояние периферического кровотока и механизмов его регуляции при нарушениях функции дыхания оценивали в группе пациентов с диагнозом хроническая обструктивная болезнь легких II-III степени тяжести (п=39) в возрасте от 43 до 77 лет. В группах пациентов с ХОБЛ диагноз был поставлен лечащим врачом и подтвержден записью в амбулаторной карте. Так как с увеличением степени тяжести ХОБЛ соответствующего ухудшения реологических свойств не происходит, все пациенты были объединены в одну группу (Егорова М.М. и др., 2011).

Взятие крови для анализов проводили утром, натощак, из локтевой вены без наложения жгута в асептических условиях клинической лаборатории квалифицированным медицинским персоналом после получения информированного согласия донора. Все измерения и манипуляции с кровью проводились в течение 4 часов после ее забора при комнатной температуре (21±2°С).

Эритроциты использовали для микрореологических исследований после отделения от плазмы центрифугированием и 3-кратной отмывки в 0,154 M растворе NaCl.

1. Реологические измерения

1.1. Кажущуюся вязкость плазмы, крови и суспензий эритроцитов со стандартным показателем Ht=40% в разных средах (плазме, физиологическом растворе) измеряли с помощью полуавтоматического капиллярного вискозиметра (A.B. Муравьев и соавт., 2005). Измерения производили при следующих напряжениях сдвига (Па): 1,06; 0,85; 0,64; 0,42; 0,21.

1.2. Определение эффективности доставки кислорода к тканям производили по формуле: T=Ht/i] (Chien S., Lung L., 1987; Stoltz J. et.a!., 1991).

1.3. Определение показателя гематокрита производили общепринятым методом с использованием микрогематокритной центрифуги СМ-70 (Латвия).

2. Методы регистрации микрореологических характеристик эритроцитов

2.1. Деформируемость эритроцитов оценивали

а) по индексу элонгации в проточной микрокамере (Муравьев A.B., 2010), рассчитывали индекс удлинения как показатель деформации: ИУЭ = (L-W)/(L+W), где L - длина деформированной клетки, W - ее ширина;

б) по фильтруемости через полимерные мембраны («Владипор», г. Владимир) с фиксированным диаметром пор 5 мкм (Reíd H.L. et.al., 1976; Hardeman M.R., 2007);

в) по величине вязкости суспензии эритроцитов с Ht=40% в физиологическом растворе.

2.2. Степень агрегации эритроцитов в аутоплазме определяли с помощью метода оптической микроскопии с последующей видеорегистрацией и компьютерным анализом изображения (A.B. Муравьев и соавт., 2003) и рассчитывали степень агрегации (отношение числа агрегатов к числу одиночных клеток) и показатель агрегации (среднее количество эритроцитов приходящееся на один агрегат).

3. Оценка влияния препаратов на функциональные свойства эритроцитов

С целью изучения влияния на гемореологические свойства использовали соединения, меняющие энергетический потенциал клеток (йодацетамид (5мМ), 2-дезокси-0-глюкозу (20мМ), рибоксин (1,5мМ), АДФ (0,4мМ)) и взаимодействующие с пуринорецепторами мембраны эритроцита (М7510 (10"6 M), MRS 2159 (10ЛМ)), М-холиноблокатор - Тиотропиум бромид (1012 г/мл). Оценивали вязкость суспензий со стандартным гематокритом в аутоплазме и физиологическом растворе, агрегацию и деформируемость красных клеток крови до и после обработки препаратами эритроцитов.

4.0ценка состояния микроциркуляции

Оценку состояния микроциркуляции производили методом лазерной доппле-ровской флоуметрии (ЛДФ) с помощью компьютеризованного анализатора J1AKK-02 (НЛП «Лазма», Москва). Показатели микроциркуляции фиксировали в исходном состоянии (базальный кровоток) и при дыхательной пробе. Оценивали показатель перфузии (ПМ), относительное насыщение кислородом крови микроциркуля-торного русла биоткани (S02) и объемное кровенаполнение ткани (Vr). Рассчитывали индекс перфузионной сатурации кислорода в крови: Sm = S02/M, и параметр удельного потребления кислорода: U=(100-S02)/Vr. С помощью вейвлет-анадиза рассчитывали амплитудно-частотный спектр колебаний кровотока в диапазонах частот эндотелиальных, нейрогенных, миогенных, дыхательных и сердечных влияний. Рассчитывали нейрогенный и миогенный тонус (HT и МТ), показатель шунтирования (ПШ) а так же резерв кровотока (РКК) и степень снижения ДПМ при дыхательной пробе. Тестировали кожу ладонной поверхности концевой фаланги II пальца кисти (наиболее богата вегетативными и сенсорными нервными волокнами, анастомозами и часто используется для оценки нейрососудистой функции) и зону Захарьина-Геда для сердца на предплечье (бедна артериоло-венулярными анастомозами, поэтому в большей степени отражает кровоток в нутритивном русле).

5.0ценка состояния кардиореспираторной системы и работоспособности

1. Определение жизненной емкости легких и объема первого секундного форсированного выдоха (ОФВ1) осуществлялось с помощью устройства - спиро-тестУСПЦ-01 ("МИТК-М", Россия).

2. Определение уровня физической работоспособности производили по формуле: PWCi7oa6c = [N1 + (N2 - NI)]- [(i70-fl)/(f2-fl)], где N1 - мощность нагрузки при пульсе 120 уд/мин, N2 - мощность нагрузки при ЧСС 170 уд/мин, Пи £2 -ЧСС в конце 1-ой и 2-ой нагрузок.

3. Определение максимального потребления кислорода (МПК) вычисляли по формуле: МПКабс=2,2 PWC170 + 1070, где PWC170- показатель уровня физической работоспособности.

4. Измерение артериального давления и ЧСС производили общеизвестным методом при помощи полуавтоматического тонометра (Microlife DP-50, Switzerland)

6. Статистическая обработка результатов

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием параметрических критериев (в случае нормального распределения); при отклонении распределения от нормального закона применяли критерий Манна-Уитни. В случае попарно связанных выборок (при оценке влияния биологически активных соединений на исследуемые показатели) использовали парный критерий Стыодента; тесноту связей между переменными оценивали по коэффициентам ранговой корреляции Спирмена (Сергиенко В.И., Бондарева И.Б., 2006; Афанасьев В.В., 2010).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Эффективность функционирования организма в значительной мере определяется оптимальной работой кардиореспираторной системы, что обуславливает актуальность проблемы циркуляторного обеспечения транспорта кислорода.

В тесте PWCuo физическая работоспособность выражается величиной мощности нагрузки, которую испытуемый может выдержать при частоте сердечных сокращений (ЧСС), равной 170 уд/мин. Выбор этой частоты основан на том, что зона оптимального функционирования сердечно-сосудистой системы находится в диапазоне 170-190 уд/мин. При более высокой частоте линейный характер взаимосвязи ЧСС и мощностью выполняемой нагрузки нарушается вследствие активации анаэробных (гликолитических) механизмов энергообеспечения мышечной работы (Маргазин В.В. и др., 2006; Михайлов П.В., 2011).

Показатели как абсолютной (PWCi7Cla6c=i1280±394 кгм/мин), так и относительной работоспособности (PWC170ora=16,6±5,l кгм/мин-кг), полученные в ходе нашего исследования, соответствовали нормальным значениям для здоровых лиц (Викулов А.Д., Мельников А.А. и др., 2006,2011).

Выявленные нами корреляционные взаимосвязи показателя общей работоспособности (абсолютного PWC[70) с индексом перфузионной сатурации кислородом крови (Sm, г=-0,938, р<0,01) и с параметром удельного потребления кислорода тканями (U, г=0,584, р<0,05), определяемых методом лазерной допплеровской фло-уметрии, свидетельствуют о важной роли микроциркуляции в обеспечении физической работоспособности.

Следует отметить, что наряду с достаточно известной зависимостью физической работоспособности от жизненной емкости легких и абсолютного значения максимального потребления кислорода, в нашем исследовании впервые была зафиксирована обусловленность этого показателя функционированием регуляторных механизмов микроциркуляторного русла, в частности функциональным вкладом кардиальных и миогенных ритмов в модуляцию микрокровотока.

Величина амплитуды кардиального ритма (Ас) пропорциональна количеству притекающей в микроциркуляторное русло артериальной крови и косвенно указывает на дилатацию артериолярных сосудов (Федорович А.А., 2010). Корреляционная взаимосвязь показателя физической работоспособности и нормированной амплитуды кардиальных ритмов (1=0,530, р<0,05) указывает на зависимость способности выполнять работу от количества артериальной крови, поступающей в систему микроциркуляции. На важность микрососудистого тонуса в обеспечении работоспособности указывает и обратная зависимость показателя Р\УСпо от амплитуды миогенных осцилляций резистивных микрососудов (г=-0,432, р<0,05) и прямая взаимосвязь с их миогенным тонусом (г=0,430, р<0,05).

В физиологической интеграции управления кровотоком именно миогенный тонус является последним звеном контроля микрокровотока непосредственно перед капиллярным руслом.

Опубликованные данные указывают на однонаправленную реакцию сосудистого тонуса на физическую нагрузку, проявляющуюся в увеличении скорости распространения пульсовой волны в сосудах эластического и мышечного типа (Карп-ман В.Л., 1994). Физиологическое значение повышения скорости распространения пульсовой волны при мышечной работе состоит в том, что ускорение кровотока в сердечно-сосудистой системе при этом обеспечивается резким возрастанием кинетической энергии сердечного выброса.

Величина максимальной аэробной производительности (величина максимального потребления кислорода - МПК) является интегральным показателем функционального состояния организма и его физической работоспособности (Маргазин В.В. и др., 2006). Установленная нами прямая взаимосвязь показателя МПК с нормированными амплитудами кардиальных ритмов (г=0,500, р<0,05) и обратная зависимость от амплитуд респираторных (г=-0,436, р<0,05) осцилляций указывает на обусловленность аэробной производительности эффективностью функционирования системы микроциркуляции. «Пассивные» звеня микрогемодинамики - пульсовые колебания (отражающие объем притекающей в микроциркуляторное русло артериальной крови) и дыхательные волны, которые характеризуют состояние оттока крови, вносят основной вклад в объемные характеристики микрокровотока (Крупаткин А.И., Сидров В.В., 2005), а соотношение амплитуд кардиальных и дыхательных ритмов (Ас/Ад) отражает соотношение перфузии артериального и венозного отделов капилляров (Крупаткин А.И., 2008).

Таким образом, полученные данные подтвердили информативность и адекватность метода лазерной допплеровской флоуметрии в оценке состояния и функционирования системы микроциркуляции и ее важный вклад в обеспечение физической работоспособности.

При разделении общей группы обследуемых на 2 подгруппы в зависимости от их половой принадлежности, были зафиксированы тендерные особенности не только показателей общей работоспособности, функциональных характеристик дыхательной системы (ЖЕЛ), артериального давления у практически здоровых лиц, сопоставимых по возрасту, но и выявлены отличия в показателях и регуляторных механизмах системы микроциркуляции у лиц разного пола (табл.1).

Таблица 1

Показатели, характеризующие состояние кардиореспираторной системы и работоспособности (М±с)

Показатели Мужчины (п=11) Женщины (п=12)

PWCn0a6c (КГМ/МИН) 1280±394 898±241**

МПКабс (кгм/мин) 3886±767 2940±406**

ЖЕЛ (л) 3,53±0,51 2,53±0,48***

Систолическое давление (мм рт. ст.) 126±10 106±10***

Пульсовое давление (мм рт.ст) 57,6±9,4 34,4±6,7***

Обозначения: Р\УС170абс - показатель физической работоспособности, ЖЕЛ -жизненная емкость легких; различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01; ***-при р<0,001.

При сравнении показателей микрокровотока мужчин и женщин видно, что они отличаются лишь по коэффициенту вариации (у женщин на 41%, р<0,05 ниже) и относительной сатурации кислородом крови (у женщин на 16%, р<0,05 выше, чем у мужчин). Последний параметр обратно пропорционален количеству потребленного тканями кислорода. Таким образом, уже в исходном состоянии у лиц женского пола отмечена экономизация функций системы микрогемоциркуляции в сравнении с мужчинами.

Анализ амплитудно-частотного спектра колебаний кровотока продемонстрировал полное совпадение характеристик пассивных ритмов (респираторных и кар-диальных) у лиц обоего пола. Отличия зафиксированы в значениях амплитуд активных факторов модуляции микрокровотока, и наиболее выражены они для эндо-телиальных (характеризующих местные влияния) и нейрогенных компонентов сосудистого тонуса. Функциональный вклад локальной (эндотелиальные влияния) и нейрогенной (симпатические адренергические влияния) регуляции в модуляцию кожного микрокровотока у мужчин был выше, а у женщин более весомым был вклад миогенных ритмов по сравнению с мужчинами (рис.1), что, в свою очередь, свидетельствует о сниженном, по сравнению с мужчинами, миогенном тонусе микрососудов. Все это подтверждает более интенсивное кровоснабжение и кислородное обеспечение тканей у лиц мужского пола, на что указывают и более высокие показатель шунтирования (на 23%, р<0,05) и параметр удельного потребления кислорода тканями (на 23%, р<0,05) в группе мужчин по сравнению с этими показателями у женщин.

■ мужчины

@ женщины

РисЛ." Распределение нормированных амплитуд активных ритмов регуляции кровотока; обозначения диапазонов частот колебаний кровотока: Э эндотелиалышй, Н - нейрогенный, М - миогенный; различия достоверны: * - при р<0,05.

Рис.2. ЛДФ-граммы с дыхательной пробой у женщин (1) и мужчин (2)

Согласно литературным данным уровень уменьшения перфузии при дыхательной пробе мало зависит от наличия или отсутствия артериоло-венулярных анастомозов кожи. Относительная величина снижения показателя перфузии при дыхательной пробе у женщин была существенно выше (на 48%, р<0,05), а резерв кровотока на 37% (р<0,05) ниже, чем у мужчин (рис.2). Поскольку обследуемые были сравнимы по возрасту, выявленные нами различия в характеристиках базального кровотока, степени выраженности активных и пассивных ритмов колебании крово-токаи реакции на задержку дыхания можно отнести к тендерным особенностям контроля микроциркуляции, которые обусловлены различиями местных регулятор-ных влияний. _____

Проведенное нами сравнение кожного микрокровотока в разных тестируемых областях (палец кисти и предплечье) позволило выявить следующие особенности микрокровотока в этих зонах как в норме, так и при нарушениях функции дыхания:

о более низкие показатели перфузии (ПМ в 2,5 раза ниже (р<0,01) у здоровых и в 2 6 раза ниже (р<0,01) у лиц с нарушениями дыхания) и более высокую вариабельность микрокровотока (Ку на 53% выше (р<0,01) у здоровых и в 2 раза выше (р<0,01) у лиц с нарушениями дыхания) в зоне предплечья по сравнению с микроциркуляцией кожи подушечки пальца;

• относительное насыщение кислородом крови (802) и индекс перфузионной сатурации кислорода (Бш) в стандартной точке на предплечье существенно ниже (а, следовательно отдача кислорода в ткани выше), чем в области подушечки пальца кисти (рис.3);

90 80 70 ~ 60 5» 50 -е-40

С 30 20 10

" .............."................... .................

[Ц ш

Ц ***

Ь: ИГ 1

■ ..........—..........*............. "" ..........

502 Ь02 5«п 5т

1 здоровые ХОБЛ здоровые ХОБЛ

В зона 2-го пальба кисти

шзона Захарьина -Геда

Рис.3. Насыщение кислородом крови и индекс перфузионной сатурации для контрольной группы и лиц с нарушениями функции дыхания; обозначения: Б02 -относительное насыщение кислородом крови микроциркуляторного русла биоткани: Бт - индекс перфузионной сатурации кислорода; ХОБЛ - лица с хронической обструктивной болезнью легких; различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01; *** -прир<0,001.

» в норме для микрокровотока в зоне предплечья преобладающими являются нейрогенные и миогенные регуляторные влияния, а в коже пальца кисти -эндотелиальные и нейрогенные (для колебаний эндотелиальной природы значения нормированной амплитуды были достоверно ниже на 18,2% (р<0,05), а миогенного и дыхательного ритмов были достоверно выше на 47% (р<0,01) и 45% соответственно в зоне Захарьина-Геда). При заболеваниях легких в обеих тестируемых областях доминирующими становятся эндотелиальные и нейрогенные механизмы модуляции кровотока (рис.4).

э н

ш Зона 2-го пальца кисти

М Д С ш Зона Захарьина-Геда

ЗомзЗахзрьина-Геда

Рис. 4. Амплитудно-частотный спектр колебаний микрокровотока в норме (1) и при нарушениях функции дыхания (2); обозначения: Э - колебания эндотелиальной природы; Н - колебания нсйрогенной природы; М - колебания миогенной природы; Д - колебания дыхательной природы; С - колебания сердечной природы; различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01; *** - при р<0,001.

Согласно общепринятому определению, при ХОБЛ наблюдаются не только изменения в легких, но и проявляется артериальная пшоксемия, обусловленная перестройкой капиллярного звена. Достоверно более низкие значения показателя микроциркуляции (на 18,2%, р<0,05) в стандартной точке на предплечье у лиц с ХОБЛ говорят о снижении тканевой перфузии на фоне повышения вариабельности кровотока (увеличение показателей Ау на 33% и а на 80%, р<0,05). Повышение вазомоторной активности может рассматриваться как компенсаторный механизм при ХОБЛ.

Величина объемного кровенаполнения (Уг), пропорциональная числу эритроцитов в зондируемом объеме ткани, у лиц с ХОБЛ оказалась на 20% (р<0,05) выше, чем в группе здорового контроля. Это позволяет предположить, что снижение показателя микроциркуляции при болезни лёгких обусловлено снижением линейной скорости эритроцитов, т.е. замедлением микрокровотока.

Анализ механизмов регуляции сосудистого тонуса в системе микрогемоцир-куляции выявил значительный рост как нейрогенного (на 23%, р<0,001), так и мио-генного тонусов (на 82%, р<0,001) в группе лиц с нарушениями дыхания. О снижении объема крови, поступающего в обменное звено, указывает и возросший (на 30%, р<0,05) показатель шунтирования у лиц с нарушениями дыхания. В группе лиц с ХОБЛ зафиксирована активация эндотелиального компонента регуляции сосудистого тонуса и рост амплитуды осцилляции эндотелиального происхождения (на 31%, р<0,05), что может свидетельствовать о компенсаторной реакции системы микрогемоциркуляшш на сосудистый спазм при среднетяжелом течении этого заболевания. В группе с нарушениями функции дыхания амплитуды колебаний дыхательных и сердечных колебаний ритмов микрокровотока были ниже на 18% и 25% (р<0,05) соответственно, по сравнению со здоровым контролем.

О снижении кислородтранспортной функции крови говорят более низкий показатель относительного содержания оксигемоглобина в крови (802) на 13% (р<0,05) и более высокий индекс перфузионной сатурации кислорода (8т) на 18% (р<о|о5) у лиц с ХОБЛ. Ухудшение кислородного питания тканей в этой группе диагностировалось также по достоверному снижению (на 67%, р<0,001) индекса удельного потребления кислорода тканями (II).

У лиц с хронической обструктивной болезнью легких отмечены также выраженные изменения гемореологических показателей. Характерной особенностью, отмечаемой разными исследователями, является развитие полицитемии как проявление компенсаторной реакции в ответ на гипоксию, что объясняет повышение уровня гемагокрита (на 50%, р<0,01). Однако, увеличение количества эритроцитов (как транспортеров кислорода) ведет к значительному повышению вязкости крови (на 41,5%, р<0,01). Следует отметить, что рост гемагокрита был не единственной причиной' обусловившей выраженное снижение текучести крови при нарушениях функции дыхания, поскольку даже при приведении к стандартному показателю ге-матокрита вязкость крови оставалась существенно выше (на 37%, р<0,01), чем^ в контроле. Это было обусловлено как увеличением вязкости плазмы (на 31%, р<0,01), так и неблагоприятными изменениями микрореологических характеристик эритроцитов. Ряд исследователей отмечает наличие гиперагрегации эритроцитов у пациетов с хроническими бронхо-легочными заболеваниями. Нами также зафиксирован более чем З-крэтный прирост степени агрегации эритроцитов у лиц с нарушениями дыхания в сравнении с нормой.

Для эффективного обеспечения газотранспортной функции крови эритроциты должны свободно проходить через микроциркуляторное русло, что определяется юс способностью к упругим изменениям формы и размеров (деформируемостью). О снижении деформируемости при хронической обструкгивной болезни легких свидетельствовало как повышение вязкости суспензии эритроцитов с Ht=40% в физиологическом растворе (на 33%, р<0,05), так и снижение индекса элонгации в проточной микрокамере (на 29%, р<0,001).

На существенные изменения красных клеток крови при нарушениях дыхания указывает и значительное снижение (на 28%, р<0,001) содержания внутриклеточного АТФ, обеспечивающего поддержание их уникальной формы и выполнение ими

газотранспортной функции.

Таким образом, несмотря на количественный рост транспортеров кислорода (эритроцитов), неблагоприятные изменения макро- и микрореологических параметров крови при хронической обструкгивной болезни легких привели к снижению эффективности доставки кислорода в ткани (Ht/rj) на 16% (р<0,01).

В результате проведенного нами исследования были получены убедительные свидетельства выраженной корреляционной взаимосвязи реологических свойств крови с параметрами микроциркуляции, полученными методом ЛДФ, как в состоянии нормы, так и при болезни легких. В группе контроля выявлена взаимосвязь вязкости крови с амплитудами активных (эндотелиальных, нейрогенных) и пассивных (дыхательных, сердечных) ритмов. В частности в контрольной группе лиц отмечена прямая корреляция вязкости цельной крови при напряжении сдвига 1,06 Па с нормированными амплитудами осцилляции эндотелиальной и нейрогенной природы (г=0,606 и г=0,708 соответственно, р<0,05); вязкость цельной крови при напряжении сдвига 0,64 Па коррелировала с нормированными амплитудами осцил-ляций дыхательной и сердечной природы (г=0,607 и г=0,829 соответственно, р<0,05). При болезни легких наблюдалась средняя обратная корреляционная взаимосвязь показателя вязкости цельной крови при напряжении сдвига 0,21 Па с максимальными амплитудами осцилляций миогенной и дыхательной природы (г=-0,410 и г=-0,393 соответственно, р<0,05) и с параметром удельного потребления кислорода тканью (г=-0,858, р<0,01). В отличие от группы контроля, у лиц с хронической болезнью легких не было обнаружено достоверной корреляционной взаимосвязи миогенного и нейрогенного тонусов с реологическими характеристиками крови.

Характерно, что большое число взаимосвязей с характеристиками микрогемодинамики in vivo отмечено для показателей низкосдвиговой вязкости (т.е. вязкости крови в условиях, соответствующих уровню обменного звена, табл.2). О снижении кислородгранспортной функции крови свидетельствуют и реологические показатели, и параметры ЛДФ. Для достижения эффективной перфузии тканевых микрорайонов и их оксигенации важной стратегической задачей является сохранение оптимальной деформации и агрегации эритроцитов. В структуре всего гемореологиче-ского профиля только микрореология клеточных элементов может изменяться ре-гуляторным образом. Следовательно, вполне логично заключить, что именно коррекция микрорсологических свойств эритроцитов с помощью специально подобранных лекарственных препаратов (действующих на конкретную молекулярную мишень) может способствовать эффективному кровотоку в системе сосудов микроциркуляции и обеспечению адекватной оксигенации тканевых микрорайонов. При-

меняемые при лечении заболеваний лекарственные препараты могут оказывать прямое влияние на реологические свойства крови и в первую очередь на микрореологию эритроцитов (Мигаууоу АУ. й. а1., 2002, 2007; Маймистова А.А., 2009).

Таблица 2

Корреляции между реологическими параметрами и характеристиками микрогемодинамики и кислородного транспорта

Коэффициент корреляции (г)

Показатели ПМ (пф.ед.) S02 (%)

зд (п=28) ХОБЛ (п=39) ЗД (п=28) ХОБЛ (п=39)

ВК, (мПа-с) 0,611* 0,151 0,098 0,037

ВК5 (мПа-с) 0,598 -0,414* 0,759** 0,005

ВП (мПа-с) 0,542 0,256 0,851** 0,109

ВСФ2 (мПа-с) 0,789* 0,457* 0,659* 0,222

ВСФ4 (мПас) -0,521 0,687** 0,227 0,423*

СА (отн.ед.) 0,340 0,091 0,671* 0,272

D (отн.ед.) -0,153 0.539** 0,378 0,369

Обозначения: ЗД - здоровый контроль, ХОБЛ - лица с хронической обструк-тивной болезнью легких; ВК - вязкость цельной крови; ВП - вязкость плазмы; ВСФ - вязкость суспензии эритроцитов в физиологическом растворе с Ht=40%; подстрочные индексы для напряжений сдвига: i - 1,06 Па, 2 - 0,85 Па, 4 - 0,42 Па, 5 - 0 21 Па; СА - степень агрегации эритроцитов; D - деформируемость эритроцитов; ПМ - показатель микроциркуляции, S02 - относительное насыщение кислородом' крови микроциркуляторного русла биоткани; различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01.

С целью коррекции нарушенной функции дыхания при хронической обструк-тивной болезни легких применяется блокатор мускариновых рецепторов Тиотропи-ум бромид. Был изучен эффект этого препарата на реологические свойства крови как при курсовом лечении пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ингаляционный способ введения), так и при обработке красных клеток крови

in vitro этим препаратом.

После курсового лечения препаратом Тиотропиум бромид наблюдалась нормализация макрорсологических параметров: снижение гематокрита на 8% (р<0,01), вязкости цельной крови в среднем на 9,7% (р<0,05), вязкости плазмы на 6,7 /о (р<0,05), что способствовало росту транспортного потенциала крови и улучшению состояния микроциркуляции. Отмеченный благоприятный эффект препарата на гемореологический статус лиц с нарушениями функции дыхания был обусловлен положительными изменениями микрореологических свойств: степень агрегации была на 31% ниже (р<0,01), а деформируемость красных клеток крови на 22% выше (р<0 001) чем до лечения. Аналогичные изменения отмечены и при обработке эритроцитов препаратом Тиотропиум бромид in vitro: деформируемость эритроцитов повысилась на 20,5% (р<0,001), а степень агрегации снизилась на 21 /о (р<0,05).

Зафиксировано достоверное повышение содержания АТФ в эритроцитах при применении препарата как in vivo (на 23,2%, р<0,01), так и in vitro (на 27,4%, р<0,001). При этом отмечена корреляционная взаимосвязь между содержанием АТФ в эритроцитах и степенью их агрегации (г=-0,408, р<0,01) и деформируемостью клеток крови (г=0,535, р<0,01). Это позволяет предположить обусловленность наблюдаемых положительных изменений микрореологических свойств красных клеток крови (снижение агрегируемости и рост деформируемости) ростом их энергетического потенциала под влиянием данного препарата.

Энергия макроэргов имеет большое значение для обеспечения целостности мембраны и двояковогнутой формы эритроцитов. Энергетическое обеспечение процессов внутриклеточного гомеостаза (и прежде всего ионного) в эритроцитах осуществляется за счет АТФ, образующейся в процессе гликолиза, который является основным путем обмена энергии в красных клетках крови. Истощение АТФ в эритроцитах ведет к ряду нарушений, в частности к блокированию ионных насосов и к изменению ионного баланса в системе среда-клетка.

Для оценки влияния изменений внутриклеточного содержания АТФ на реологические свойства крови нами проводилась модификация содержания АТФ в клетке: 1) повышение энергетического потенциала моделировали обработкой эритроцитов рибоксином (1,5мМ) и АДФ (0,4мМ), 2) снижение - инкубацией с дезоксиг-люкозой (20мМ) и йодацетамидом (ИАА, 5мМ).

Влияние используемых соединений на энергетический потенциал красных клеток крови подтвердилось изменением содержания АТФ под их воздействием: выявлено достоверное повышение содержания АТФ в эритроцитах после их инкубации с рибоксином (33,6%, р<0,001) и АДФ (43,8%, р<0,001) и снижение - под влиянием дезоксиглюкозы (74%, р<0,001) и ЙАА (42,9%, р<0,001).

Реологические свойства крови, а, следовательно, ее кислородтранспортный потенциал также изменились после обработки эритроцитов данными препаратами: под влиянием рибоксина и АДФ уменьшилась вязкость суспензий эритроцитов с Ht=40% в аутоплазме (на 9,4% и на 17,3%, соответственно, р<0,01).

Инкубация эритроцитов с АДФ и рибоксином привела оптимизации текучих свойств крови за счет снижения агрегируемости эритроцитов (на 14,3% и 42,1%, соответственно, р<0,05) и повышения их деформируемости (на 5,3% и 5,9%, соответственно, р<0,05) (рис. 5).

СА о

ЮАДФ (0,4 мМ) D ИАА (5мМ)

ü Рибоксин (1.5мМ) ШДОГ(гОмМ)

Рис. 5. Изменения микрореологических свойств эритроцитов при действии метаботропных соединений

Обозначения: СА - степень агрегации эритроцитов; Ц - деформируемость эритроцитов, различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01; *** - при р<0,001.

Под действием йодацетамида, необратимо блокирующего ферменты гликолиза, отмечен самый значительный рост вязкости крови (на 41,3%, при высоких напряжениях сдвига, на 21,8% - при низких, р<0,01). Обработка красных клеток крови йодацетамидом привела к существенному снижению их деформируемости (на 20%, р<0,01) и достоверному росту степени агрегации (на 12,5%, р<0,05), что обусловило выявленные неблагоприятные изменения макрореологических показателей крови.

Несмотря на то, что влияние дезоксиглюкозы на энергетический баланс эритроцитов было самым значительным, влияние этого соединения на гемореологиче-ские показатели было не столь однозначным. Отмеченная нами тенденция к росту вязкости крови при низких напряжениях сдвига была обусловлена увеличением их агрегируемое™ после инкубации с дезоксиглюкозой (на 12,5%, р<0,05), а снижение высокосдвиговой вязкости крови после обработки эритроцитов этим препаратом детерминировалось выраженной тенденцией к снижению их деформируемости. Различный эффект двух ингибиторов гликолиза - йодацетамида и дезоксиглюкозы на реологические свойства крови, по всей видимости, обусловлен разными механизмами их действия (рис. 6).

ВСП5

ВСП4

ВСПЗ

ВСП2

ВСП1

ИДОГ(20мМ) Ы ИАА (5mMJ

Рис. 6. Изменение реологических свойств под влиянием ЙАА и дезоксиглюкозы; обозначения: ВСП - вязкость суспензии эритроцитов в плазме с Ht=40%; подстрочные индексы для напряжений сдвига: \ - 1,06 Па, 2 - 0,85 Па, 3 - 0,64 Па, 4 - 0,42 Па, 5-0,21 Па; D - деформируемость эритроцитов, СА - степень агрегации эритроцитов: различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01; * * * — при р<0,001.

Полученные данные демонстрируют, что способность эритроцитов к деформации в значительной степени зависит от внутриклеточного содержания АТФ - при снижении уровня АТФ деформируемость падает, при повышении - возрастает.

Микрореологические свойства эритроцитов, а именно их деформируемость и агрегация, являются формами клеточного поведения и определяют эффективность текучести крови на уровне микрососудов (Pries A., Secomb Т., 2003; Булаева С.С., 2010). Несмотря на простоту конструкции, зрелые человеческие эритроциты со-

хранили многие элементы молекулярных сигнальных путей (Minetti G. et. al., 2004). Имеются данные, свидетельствующие о том, что при стимулировании элементов сигнальных путей наблюдается изменение микрореологических характеристик эритроцитов (Muravyov A.V. et. al., 2007; Tikhomiroiva I.A. et. al., 2008). Мембрана эритроцита содержит ряд рецепторов, каналов и ферментов, которые могут активироваться различными сигнальными молекулами, запуская каскады внутриклеточных реакций (Sprague R.S. et. al., 2001; Minetti G. et. al., 2004). При активации регу-ляторных каскадов в эритроцитах может быть получен физиологический ответ (Манухин Б.Н. и др., 1968) и в том числе изменение микрореологических свойств клеток (Wang С. et. al., 2009; Маймистова А.А., 2009,2011).

За последнее время накопилось много данных о том, что АТФ кроме внутриклеточной роли макроэргического соединения, может принимать участие в межклеточной передаче сигналов. Нами была проверена гипотеза о вовлеченности мембранных Рзх-пуринорецегггоров эритроцитов в модуляцию реологических свойств крови под действием аденозинергических соединений. Результаты обработки красных клеток крови селективным агонистом Р2х-пуринорецепторов М7510 по направленности совпадали с эффектом АДФ, а в процентном отношении были более выраженными.

Позитивный эффект этого соединения на реологические свойства крови (уменьшение вязкости суспензий эритроцитов при фиксированном значении Ht=40% в физиологическом растворе на 16,6% и в плазме на 17,2%, р<0,05) был обусловлен оптимизацией микрореологических характеристик эритроцитов - снижением их агрегируемое™ на 41% (р<0,01) и ростом деформируемости на 24% (р<0,001). То, что этот эффект был специфичным, подтвердилось его полным нивелированием в присутствии антагониста Р^-рецепторов MRS 2159 (Ю-4M) (рис. 7).

о,4— 0,35

0,3—

0,25---

0,2-

0,15--

од—

0,05---

о ........-»

я контроль Оагонист И антагонист+агонист

Рис. 7. Показатели степени агрегации и деформируемости красных клеток крови в контроле и при совместном действии МЯ82159 (Ю-4 М) и М7510 (10"бМ)

Обозначения: СА - степень агрегации эритроцитов; О - деформируемость эритроцитов; различия достоверны: * - при р<0,05; ** - при р<0,01;*** - при р<0,001.

ВЫВОДЫ

1. Роль периферического кровотока в обеспечении процессов кислородного снабжения тканей и физической работоспособности подтверждена наличием

корреляционной взаимосвязи между показателями МПК и Р\УС|7о с одной стороны и характеристиками регуляторных ритмов микроциркуляции (дыхательной, сердечной и миогенной природы) с другой. Выявлена зависимосгь относительной величины Р\УС170 (на 1 кг массы тела) от индекса удельного потребления кислорода тканями (1Г) на уровне микроциркуляции (коэффициент детерминации составил 96%).

2. Отмечены тендерные особенности показателей и регуляторных механизмов системы микрогемоциркуляции: при практически полном совпадении характеристик пассивных (кардиальных и респираторных) ритмов у мужчин отмечен более выраженный функциональный вклад локальной (эндотелиальные влияния) и нейрогенной (симпатические адренергические влияния) регуляции в модуляцию кожного микрокровогока, а у женщин более весомым был вклад миогенных ритмов. Результаты дыхательной функциональной пробы продемонстрировали более низкий резерв капиллярного кровотока у женщин и, как следствие, более выраженную реакцию микрокровотока на кратковременную гипоксию.

3. При сравнении кожного микрокровотока в разных тестируемых областях (палец кисти и предплечье) выявлены следующие особенности микроциркуляции: более высокий показатель перфузии (М) и более низкая вариабельность микрокровотока (Ку) характерна для зоны подушечки пальца, более высокая отдача кислорода в ткани - для области предплечья. В условиях нормы в зоне предплечья преобладающими были нейрогенные и миогенные механизмы регуляции микроциркуляции, а в коже пальца кисти - эндотелиальные и нейрогенные. При нарушениях функции дыхания в обеих тестируемых областях доминирующими стали эндотелиальные и нейрогенные механизмы модуляции кровотока.

4. При нарушениях дыхания в показателях микрогемодинамики отмечено существенное снижение уровня перфузии по сравнению с физиологическим состоянием, повышение миогенного и нейрогенного тонуса микрососудов (что указывает на выраженную активацию симпатических вазомоторных волокон), увеличение сброса крови через артериоло-венулярные анастомозы в обход нутритивного кровотока. Выявленные неблагоприятные изменения кислород-транспортной функции кропи указывают на снижение эффективности микроциркуляции в группе лиц с хронической обструкгивной болезнью легких.

5. Рост вязкости крови при хронической обструктивной болезни легких, обусловленный повышенной вязкостью плазмы, увеличением гематокрита (за счет выраженной полицитемии) и неблагоприятными изменениями микрореологических характеристик - снижением деформируемости эритроцитов и ростом их агрегируемости, привел к значительному снижению кислород-транспортной функции крови, что регистрировалось и по данным лазерной допплеровской флоуметрии. При хронической обструктивной болезни легких зафиксировано снижение количества корреляционных взаимосвязей геморео-логических показателей и параметров кислородного снабжения тканей с регу-ляторными влияниями эндотелиальной и нейрогенной природы на микроцир-куляторное русло, которые при нарушении функций дыхательной системы работают особенно напряженно в сравнении с нормой.

6. Оптимизация реологических свойств крови у лиц с ХОБЛ при применении стандартной терапии М-холиноблокатором (Тиотропиум бромид) достигалась за счет снижения показателя гематокрита, вязкости плазмы и нормализации нарушенных микрореологических свойств эритроцитов. Влияние данного препарата непосредственно на свойства красных клеток крови подтвердилось исследованием in vitro, при этом зафиксирована корреляция между внутриклеточным содержанием АТФ и их агрегируемостью и деформируемостью.

7. Обработка эритроцитов соединениями, модифицирующими их энергетический обмен, продемонстрировала зависимость микрореологических характеристик от содержания АТФ в клетке: контролируемое повышение концентрации АТФ (при использовании рибоксина и АДФ) сопровождалось снижением агрегируемости и ростом деформируемости. Позитивный гемореологический эффект аденозинергических соединений был обусловлен активацией Р2Хг пуринорецепторов. При применении йодацетамида и дезоксиглюкозы отмечено снижение содержания АТФ в эритроцитах и их деформируемости, однако разный механизм блокады гликолиза выразился в различном эффекте этих соединений на агрегационные характеристики красных клеток крови.

ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Селезнева O.A., Тихомирова И.А., Петроченко Е.П., Петроченко A.C., Лы-ченко С.В., Михайлова С.Г., Белоусова Е.Г. Оценка состояния микроциркуляции пациентов с ишемической болезнью сердца и здоровых лиц методом ЛДФ // Материалы IV всероссийской конференции «Клиническая гемостазиология в сердечнососудистой хирургии». - Москва, 2009. - С. 184-185.

2. Селезнева O.A., Тихомирова И.А. Влияние реологически активных препаратов на функциональные свойства крови здоровых лиц // Естествознание: исследование и обучение. Материалы конференции «Чтения Ушинского». - Ярославль, 2009. - С. 60-67.

3. Селезнева O.A., Петроченко Е.П., Тихомирова И.А., Михайлова С.Г. Транспортный потенциал и реологические свойства крови в норме и при нарушениях кровообращения II Материалы VIII Молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». - Сыктывкар, 2009. - С. 176-179.

4. Селезнева O.A., Петроченко Е.П., Тихомирова И.А., Егорова М.М. Оценка реологических свойств и энергетического потенциала клеток крови при различных функциональных состояниях // Материалы VII международной конференции «Ге-мореология и микроциркуляция (от функциональных механизмов в клинику)». -Ярославль, 2009.-С. 18.

5. Селезнева O.A., Егорова М.М., Тихомирова И.А., Якусевич В.В. Влияние препарата «Спирива» на реологические свойства крови пациентов с хронической обсгруктивной болезнью легких // Материалы VII международной конференции «Гемореология и микроциркуляция (от функциональных механизмов в клинику)». -Ярославль, 2009. - С. 19.

6. Селезнева O.A., Тихомирова И.А. Оценка гемореологического эффекта некоторых физиологически активных соединений в условиях нормы И Материалы XV Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов. - Москва, 2009. - С. 269.

7. Селезнева O.A., Тихомирова И.А., Муравьев A.B., Пстроченко Е.П., Осля-кова А.О. Оценка гемореологичеекого статуса и состояние микроциркуляции здоровых лиц и пациентов с артериальной гипертонией // «Регионарное кровообращение и микроциркуляция». - СПб, 2009. - № 3(31). - С.37-42 (Журнал включен в перечень рекомендованных ВАК РФ изданий).

8. Селезнева O.A., Тихомирова И.А. Взаимосвязь энергетического метаболизма эритроцитов человека и реологических свойств крови // Материалы IX Молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». - Сыктывкар, 2010.-С. 154-157.

9. Селезнева O.A., Тихомирова И.А. Применение метода лазерной доппле-ровской флоуметрии в оценке гендерных особенностей вегето-сосудистой регуляции микроциркуляции // Материалы III Евразийского конгресса по медицинской физике «Медицинская физика-2010». - Москва, 2010. - С. 172-173.

10. Селезнева O.A., Тихомирова И.А., Ослякова А.О. Сравнительный анализ гендерных особенностей механизмов регуляции микроциркуляции // Материалы XXI съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. - Москва-Калуга, 2010. -С. 458-459.

11. Селезнева O.A., Михайлова С.Г., Тихомирова И.А., Петроченко Е.П., Ослякова А.О. Оценка механизмов изменений микрореологических свойств эритроцитов при гипертонической болезни // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Артериальная гипертония вчера и сегодня». - Москва, 2010.-С. 76-77.

12. Селезнева O.A. Влияние изменений внутриклеточного содержания АТФ на реологические свойства крови и состояние микрокровотока // Материалы III Всероссийской школы-семинара для студентов, аспирантов и молодых ученых: «Напо-биотехнологии: проблемы и перспективы». - Белгород, 2010. - С. 127-130.

13. Селезнева O.A., Тихомирова И.А. Влияние аденозинфосфата на реологические свойства крови // Медицинский академический журнал. - СПб, 2010. -Т.Ю.-№5.-С.30-31.

14. Овчинникова' O.A. Оценка гендерных особенностей вегето-сосудистой регуляции микроциркуляции методом лазерной допплеровской флоуметрии // Ярославский педагогический вестник: физико-математические и естественные науки. -Ярославль, 2010. - №2. - С.96-101 (Журнал включен в перечень рекомендованных ВАК РФ изданий).

15. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А. Оценка механизмов влияния адено-зинергических соединений на реологические свойства крови // Ярославский педагогический вестник: естественные науки. - Ярославль, 2010. - №4 - С.84-88 (Журнал включен в перечень рекомендованных ВАК РФ изданий).

16. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А., Петроченко Е.П. Рецептор-опосредуемые модификации реологических свойств крови // Материалы V всероссийской конференции «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечнососудистой хирургии». - Москва, 2011. - С.379-380.

1 Фамилия Селезнева изменена на фамилию Овчинникова на основании свидетельства о браке 1-ГР №629755, от 07.08.2010.

17. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А., Петроченко Е.П. Оценка регионарного кровотока у больных хронической обструктивной болезнью легких по данным ЛДФ и гемореологическим показателям // Материалы X Всероссийской молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». - Сыктывкар, 2011.-С. 154-157.

18. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А., Петроченко Е.П. Оценка состояния микроциркуляции при хронической обструктивной болезни легких // Материалы XLIX международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». - Новосибирск, 2011. - С. 32.

19. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А Участие пуринорецепторов в модификации реологических свойств крови И Материалы VIII международной конференции «Системное кровообращение, микроциркуляция и гемореология (от ангио-генеза до центрального кровообращения)». - Ярославль, 2011. - С. 15.

20. Овчинникова O.A., Егорова Е.М., Якусевич В.В., Петроченко Е.П., Модификации реологических свойств крови и функций внешнего дыхания у больных хронической обструктивной болезнью легких под влиянием препарата Тиотропиум бромид (Спирива) // Материалы VIII международной конференции «Системное кровообращение, микроциркуляция и гемореология (от ангиогенеза до центрального кровообращения)». - Ярославль, 2011. - С. 83.

21. Овчинникова O.A., Егорова Е.М., Якусевич В.В., Петроченко Е.П., Осля-кова А.О. Изменение микрореологических параметров у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких под влиянием препарата Тиотропиум бромид (Спирива) // Материалы VIII международной конференции «Системное кровообращение, микроциркуляция и гемореология (от ангиогенеза до центрального кровообращения)». - Ярославль, 2011. - С. 84.

22. Овчинникова O.A., Егорова Е.М., Якусевич В.В., Петроченко Е.П., Осля-кова АО. Характеристика реологических свойств крови хронической обструктивной болезни легких в сочетании с сердечно-сосудистой патологией // Материалы VIII международной конференции «Системное кровообращение, микроциркуляция и гемореология (от ангиогенеза до центрального кровообращения)». - Ярославль, 2011.-С. 85.

23. Овчинникова O.A., Тихомирова И.А., Егорова М.М., Петроченко A.C., Якусевич В.В. Оценка кислородтранспортной функции крови у больных хронической обструктивной болезнью легких по гемореологическим показателям и данным ЛДФ // Ремедиум (журнал о рынке лекарств и медицинской технике). - 2011. - №4. - С. 126-127 (Журнал включен в перечень рекомендованных ВАК РФ изданий).

24. Овчинникова O.A., Егорова М.М., Петроченко Е.П., Ослякова А.О., Якусевич В.В. Реологические параметры крови у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких // Клиницист, 2011. - №3. - С.61-67 (Журнал включен в перечень рекомендованных ВАК РФ изданий).

25. Овчинникова O.A. Оценка состояния микроциркуляции при хронической обструктивной болезни легких по данным лазерной допплеровской флоуметрии и гемореологическим показателям // Материалы Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки. - Ульяновск, 2011.-Ч.2.-С. 262-268.

Подписано в печать Формат 60x84 1/16. Объем п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 368

Издательство ЯГПУ им. К.Д. Ушинского 150000, г. Ярославль, ул. Республиканская, 108

Типография ЯГПУ им. К.Д. Ушинского 150000, г. Ярославль, Которосльная наб., 44

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Овчинникова, Ольга Александровна, Ярославль

61 12-3/476

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского»

Овчинникова Ольга Александровна

Специальность 03.03.01 - физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор биологических наук доцент И.А. Тихомирова

Ярославль - 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

Глава 1. Обзор литературы 11

1.1. Физическая работоспособность и функциональное состояние 11 кардиореспираторнй системы

1.2. Лазерная допплеровская флоуметрия как метод изучения мик- 17 роциркуляции

1.3. Реологические свойства крови 23

1.3.1. Влияние гематокрита на текучесть цельной крови 23

1.3.2. Влияние вязкости плазмы на текучесть цельной крови 26

1.3.3. Агрегация эритроцитов 27

1.3.4. Деформируемость эритроцитов 31

1.4. Обмен веществ в эритроцитах 36 Глава 2. Организация эксперимента, материалы и методы исследова- 43

ния

2.1. Описание объекта исследований (группы) 43

2.2. Методы регистрации реологических показателей крови и 44 плазмы

2.2.1. Регистрация кажущейся вязкости 44

2.2.2. Определение эффективности доставки кислорода к тка- 45 ням

2.2.3. Определение показателя гематокрита 46

2.3. Регистрация микрореологических характеристик эритроцитов 46

2.3.1. Оценка деформируемости эритроцитов 46

2.3.2. Оценка агрегации эритроцитов 50

2.4. Оценка влияния препаратов на функциональные свойства 51 эритроцитов

2.5. Измерение общей концентрации АТФ в экстрактах клеток 52

2.6. Оценка состояния микроциркуляции методом лазерной до- 53 пплеровской флоуметрии и оптической тканевой оксиметрии

2.7. Оценка состояния кардиореспираторной системы и работо- 60 способности

2.7.1 .Определение жизненной емкости легких 60

2.7.2. Определение уровня физической работоспособности по 60 Р\УС170

2.7.3. Определение максимального потребления кислорода 62 (МПК)

2.7.4. Измерение артериального давления и ЧСС 62

2.8. Статистическая обработка результатов 63

Глава 3. Результаты собственных исследований 64

3.1. Показатели регионарного кровотока, кислородного снабжения 64 тканей и физической работоспособности

3.2. Анализ зависимости параметров и регуляторных механизмов 66 микроциркуляции, оцениваемых методом ЛДФ, от пола обследуемых

3.3. Корреляционные взаимосвязи показателей регионарного кро- 69 вотока, кислородного снабжения тканей и физической работоспособности

3.4. Оценка параметров микроциркуляции и механизмов ее регу- 70 ляции методом ЛДФ в зависимости от выбора тестируемой области

3.5. Сравнительная оценка состояния микроциркуляции и ее регу- 78 ляторных механизмов в норме и при нарушениях дыхательной функции

3.6. Реологические свойства крови при хронической обструктив- 80 ной болезни легких

3.7. Корреляции показателей микроциркуляции и реологических 82 характеристик в норме

3.8. Корреляции показателей микроциркуляции и реологических 84 характеристик при хронической обструктивной болезни лег-

ких

3.9. Влияние препарата Тиотропиум бромид (Спирива) на реоло- 88 гические свойства крови лиц с хронической обструктивной болезнью легких в исследованиях in vivo и in vitro

3.10. Реологические свойства крови в условиях модификации энер- 91 гетического баланса эритроцитов

3.11. Оценка участия пуринорецептров в модификации реологиче- 94 ских свойств крови под действием метаботропных соединений

Глава 4. Обсуждение результатов 100

Выводы 131

Список литературы 134

Список сокращений 152

ВВЕДЕНИЕ

Кровь служит той универсальной средой, из которой все клетки организма черпают необходимый им кислород и куда они отдают конечный продукт окислительного метаболизма - углекислый газ. Именно кровь выполняет буферную функцию во всей системе газового гомеостаза организма, предоставляя клеткам необходимые ресурсы кислорода в соответствии с их меняющимися потребностями и унося продукты метаболизма.

Потребность организма в кислороде, диффундирующем в ткани, формируется в соответствии с энергозатратами и необходимостью использования его для прямого окисления продуктов жизнедеятельности. С позиции теории функциональных систем было введено понятие о функциональной системе транспорта кислорода, под которой понимают интеграцию функций сердечно-сосудистого аппарата, крови и их регуляторных механизмов (Зин-чук В.В. и соавт., 2003).

Кровь наряду с нервной системой обеспечивает постоянство основных физиологических и биохимических параметров и интеграцию организма в целом (Муравьев, A.B., 2009). Она выполняет транспортную функцию в организме человека во многом зависящую, в том числе и от реологических свойств крови. Вязкость крови и плазмы, микрореологические характеристики эритроцитов (агрегация и деформируемость), гематокрит существенно влияют на реологический профиль крови и кровоснабжение тканей, как в норме, так и при патологии.

Интерес к гемореологическим исследованиям позволил продемонстрировать, что потоковые свойства крови во многом определяют адекватность (или неадекватность) кровотока (Pirrelli А., 1999), главным образом в системе микроциркуляции - уровня кровообращения, без нормального функционирования которого в живом организме не протекает ни один физиологический или патофизиологический процесс.

Важность исследования реологических свойств крови объясняется той

ролью, которую они играют в системе микроциркуляции. Именно здесь, где

происходит обмен кислорода между эритроцитами и тканью, кровь приобретает особые свойства, которые ярче всего проявляются при условиях, когда размеры эритроцитов сопоставимы с величиной сосудистого просвета.

Система микроциркуляции представляет собой мельчайшую структурно-функциональную единицу системы кровообращения. Актуальность проблемы изучения микрогемоциркуляции объясняется тем, что микрососудистое русло является местом, где, в конечном счете, реализуется транспортная функция сердечно-сосудистой системы и обеспечивается транскапиллярный обмен, создающий необходимый для нормального функционирования организма тканевой гомеостаз (Baskurt O.K., 2004, Федорович А.А., 2009).

Метод лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) получил широкое распространение как в клинических, так и в научных исследованиях для выявления ранних нарушений микроциркуляции и кислородного обеспечения тканей и на сегодняшний день признан одним из наиболее объективных методов исследования микроциркуляции (Binzoni Т., 2006; Yvonne-Tee G.B., 2006). Несмотря на то, что данным методом оценивается микроциркуляция кожи, в ряде исследований получены убедительные свидетельства того, что результаты лазерной допплеровской флоуметрии объективно отражают общее состояние периферического кровотока. Информативность метода лазерной доплеровской флоуметрии показана при ранней диагностике нарушений кровообращения, при гипертонии, хронических болезнях легких, атеросклерозе, заболеваниях периферических сосудов (Kragely R., 2001; Rajan V., 2009).

Кислородное питание тканей, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность организма, зависит не только от функционирования сердечнососудистой системы и способности крови осуществлять эффективный газообмен, но во многом определяется функциями дыхательной системы.

Прогрессирующий рост числа заболеваний дыхательной системы в последние годы как в развитых, так и в развивающихся странах и недостаточная эффективность медикаментозной терапии таких форм патологии ставит

вопрос о необходимости исследования механизмов патогенеза заболеваний органов дыхания и учета их полиорганности.

Лежащий в основе хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) хронический воспалительный процесс в трахеобронхиальном дереве ведет к локальным нарушениям микроциркуляции и гипоксии, которые, в свою очередь, способствуют гипоксемии и прогрессированию дыхательной недостаточности, что обеспечивает постоянное поддержание воспаления. Таким образом, формируется своеобразный замкнутый круг, объясняющий полиор-ганность и невысокую эффективность медикаментозной терапии (Даниленко С.А., Ландышев Ю.С., 2010).

Ряд исследователей указывает на ранние нарушения перфузии легочной ткани при ХОБЛ, проявляющиеся диффузными и локальными нарушениями микроциркуляции, а также асимметрией перфузии. При этом у большинства лиц с нарушениями функции дыхания показатели функции внешнего дыхания и рентгенологическая картина могут изменяться незначительно (Амосов В.И., 2003). Это подтверждает актуальность изучения роли микро-гемоциркуляции в патогенезе ХОБЛ и необходимость ее динамической оценки.

Изолированные, локальные изменения микроциркуляции наблюдаются на определенном этапе развития ряда патологий. Однако по мере генерализации типовых патологических процессов нарушения микроциркуляции приобретают системный характер. Кроме нарушений центральной гемодинамики, к основным механизмам системных расстройств микроциркуляции относят и нарушения реологических свойств крови (Nelson К.Е., 2001; Петрищев

H.H., 2001). Имеющиеся на данный период многочисленные исследования микроциркуляторного русла показали существование разнообразных как анатомических, так и физиологических механизмов регуляции кровотока (Аминова Г.Г., 2003). Тем не менее, остаются неизученными такие важные стороны данной проблемы как развитие компенсаторных приспособлений, особенности их локализации, взаимосвязь разных звеньев микроциркуляторного русла друг с другом в норме и при патологии. Отсутствует систематизация регуляторных механизмов по их морфологическим и физиологическим признакам. Практически отсутствуют данные о взаимосвязи и взаимозависимости реологических свойств крови и состояния микроциркуляции.

Цель: изучить функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания. Задачи исследования:

2. Оценить тендерные особенности микроциркуляции в норме и при применении вазоконстрикторной (дыхательной) пробы.

5. Проанализировать влияние гемореологических факторов и регуляторных механизмов микрокровотока на эффективность кислородтранс-портной функции крови в норме и при нарушениях функции дыхания.

7. Оценить in vivo и in vitro гемореологический эффект фармакологической коррекции нарушений функции дыхания.

Научная новизна исследования

Впервые установлена корреляционная взаимосвязь между показателями физической работоспособности и регуляторными механизмами модуляции микрокровотока.

Впервые показано наличие тендерных особенностей в соотношении различных механизмов контроля микроциркуляции, которые обусловлены различиями местных регуляторных влияний.

Показана зависимость параметров микроциркуляции и ее регуляторных механизмов, оцениваемых методом ЛДФ, от выбора тестируемой области.

Впервые проведена комплексная оценка гемореологического статуса и состояния микроциркуляции в норме и при нарушениях дыхания, выявлены корреляционные взаимосвязи реологических показателей и характеристик активных и пассивных регуляторных влияний на микрокровоток. Установлены основные закономерности регуляции текучих свойств крови и состояния микроциркуляции при хронической обструктивной болезни легких.

Впервые показана взаимосвязь энергетического потенциала красных клеток крови и их способности к выполнению кислородтранспортной функции. Подтверждена гипотеза о вовлеченности мембранных Р2х-рецепторов эритроцитов в модуляцию реологических свойств крови под действием аде-нозинергических соединений.

Теоретическая и практическая значимость работы Научно-практическая значимость работы заключается в том, что полученные в процессе исследования данные позволяют расширить уже имеющиеся представления о факторах, влияющих на реализацию кислородтранспортной функции крови и механизмах регуляции этой функции в норме и при нарушениях дыхания, о взаимосвязи физической работоспособности и состояния микроциркуляции.

Результаты исследования указывают на важную роль показателя гема-токрита, вязкости плазмы и микрореологических свойств эритроцитов в регуляции текучих свойств крови как в норме, так и при патологии. Практическое значение имеют полученные данные, свидетельствующие о различных изменениях регуляторных влияний на микрокровоток при нарушениях дыхания. Полученные в ходе исследования данные о позитивном влиянии препарата Тиотропиум бромид на гемореологический статус лиц с ХОБЛ дополняют сведения об эффективности этого соединения в лечении нарушений дыхания и могут послужить основой для разработки методов реокоррекции существенно нарушенных гемореологических свойств при этом заболеваний.

Полученные данные расширяют и дополняют знания по физиологии системы крови и кровообращения и могут быть использованы в преподавании физиологии, патофизиологии и клеточной молекулярной биологии, а также быть основой для проведения дальнейших исследований в этих областях науки.

Основные положения, выносимые на защиту:

3. При нарушениях дыхательной функции (на примере хронической об-структивной болезни легких) отмечены снижение эффективности микроциркуляции, неблагоприятные изменения реологических свойств и кислородтранспортной функции крови.

5. Активация Р2хгпуринорецепторов эритроцитов способствует оптимизации их микрореологических характеристик (росту деформируемости и снижению агрегируемости).

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Физическая работоспособность и функциональное состояние кар-диореспираторной системы

Известно, что сердечно-сосудистая и дыхательная системы являются ведущими звеньями при адаптации к условиям окружающей среды и в формировании реакции организма на воздействие различных факторов.

На основании анализа литературных данных и результатов экспериментальных исследований было сформулировано представление о функциональной системе транспорта кислорода, как динамической саморегулирующейся совокупности органов и тканей, деятельность составляющих элементов которой направлена на обеспечение адекватности процессов диффузии кислорода в соответствии с потребностями организма в нем. Потребность организма в кислороде можно рассматривать как системообразующий фактор для всех компонентов системы транспорта кислорода (Зинчук В.В. и соавт., 2003).

Степень жизнедеятельности человека, или уровень его соматического (физ

Информация о работе

Овчинникова, Ольга Александровна
кандидата биологических наук
Ярославль, 2011
ВАК 03.03.01

Диссертация

Функциональное значение системы транспорта кислорода и механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функции дыхания - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы