Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Функционирование регуляторных механизмов периферического кровотока в норме и при нарушениях деятельности кардиореспираторной системы

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Функционирование регуляторных механизмов периферического кровотока в норме и при нарушениях деятельности кардиореспираторной системы"

На правах рукописи

Ослякова Анна Олеговна

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО КРОВОТОКА В НОРМЕ И ПРИ НАРУШЕНИЯХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ

03.03.01 - Физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г і ноя 2013

005539099

Архангельск - 2013

005539099

Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии человека и животных ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор,

Тихомирова Ирина Александровна

Официальные оппоненты: Ишеков Николай Сергеевич

доктор медицинских наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», заведующий кафедрой возрастной физиологии и валеологии

Буюклинская Ольга Владимировна

доктор медицинских наук, доцент, ГОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет», заведующая кафедрой фармации и фармакологии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный

университет имени М.В. Ломоносова»

Защита диссертации состоится « 13 » декабря 2013 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, проезд Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова»

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь /уС/Э

диссертационного совета сУ^^С^ Старцева Лариса Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Кардиореспираторная система, обеспечивающая поступление кислорода к клеткам организма и в значительной степени обуславливающая состояние гомеостаза, является одной из важнейших физиологических систем, определяющей как умственную, так и физическую работоспособность человека и возможности его адаптации к разным видам деятельности (Токаева Л.К., Павленкович С.С., 2011). Составляющие данной системы находятся в постоянном взаимодействии, при этом изменения одной ведут к изменениям другой, имея в своей основе компенсаторный характер, направленный на сохранение постоянства внутренней среды организма (Гречишкина С.С. и соавт., 2011; Ванюшин Ю.С., Ванюшин М.Ю., 2012).

Периферический кровоток осуществляется в сосудах отдельных органов и тканей и направлен на обеспечение адекватного кровоснабжения в них в соответствии с постоянно меняющейся метаболической активностью. Регуляция кровообращения во всех органах и тканях осуществляется на уровне резистивных сосудов, стенки которых имеют гладкомышечную ткань, что позволяет, изменяя диаметр просвета сосуда, регулировать приток крови. В капиллярах микроциркуляторного русла, в стенках которых отсутствуют мышечные элементы и вазомоторная иннервация, существенное значение для обеспечения тканевой перфузии приобретают реологические свойства крови (Фирсов Н.Н., Джанашия П.Х., 2004; Муравьев А.В., Чепоров С.В., 2009). Фундаментальной особенностью микроциркуляции является ее постоянная изменчивость, что проявляется в спонтанных колебаниях тканевого кровотока. Ритмические колебания кровотока и их изменения позволяют получить информацию о конкретных соотношениях различных механизмов, определяющих состояние микроциркуляции (Козлов В.И. и соавт, 2012). В отличие от центральной регуляции, обеспечивающей перераспределение кровоснабжения в пользу жизненно важных или активно функционирующих в данный момент органов, местные механизмы позволяют приспособить кровоток к метаболическим потребностям тканей (Поленов С.А., 2008). Эти механизмы регуляции периферического кровообращения активизируются в случае, когда поступление кислорода становится неадекватным потребностям ткани, в результате чего образуются сосудорасширяющие метаболиты. В качестве посредников метаболической вазодилатации могут выступать многие биологически активные соединения, такие как оксид азота, простациклин, брадикинин, АТФ и продукты его распада (АДФ, аденозин) и другие (Verma S., Anderson T.J., 2002; Лупинская З.А., 2003; Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2013).

Механизмы контроля, ответственные за направление потока крови в микроциркуляторном русле к тому региону, который в данный момент времени наиболее нуждается в кислороде, остаются до конца не изученными. Однако в последнее время экспериментальное подтверждение получают предположения о роли красных клеток крови в регуляции периферического кровотока и в согласовании потребности ткани в кислороде и кислородного снабжения (Sprague R.S. et al., 2009; Ellsworth M.L. et al„ 2009, 2012).

Функционирование органов и организма в целом как в состоянии нормы, так и при нарушениях деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, во многом определяется состоянием отдельных звеньев и регуляторных механизмов перфузии ткани кровью. Исследование регуляторных механизмов микроциркуляции, гемореологического статуса и взаимосвязи сосудистых, внутри- и внесосудистых факторов регуляции периферического кровотока при разных функциональных состояниях организма представляет собой актуальную задачу.

Цель: выявить особенности функционирования регуляторных механизмов периферического кровотока в норме и при нарушениях деятельности кардиореспираторной системы.

Задачи исследования:

1. Оценить состояние микроциркуляции, ее резервные возможности и функционирование регуляторных механизмов в норме, под влиянием курения и при дыхательной недостаточности.

2. Исследовать состояние микроциркуляции и функционирование сосудистых и внесосудистых факторов ее регуляции в норме и при нарушениях сердечной деятельности.

3. Изучить роль внутрисосудистых факторов (реологических свойств крови) в обеспечении микроциркуляции и кислородного снабжения тканей в физиологических условиях и при нарушениях сердечной деятельности.

4. Оценить in vitro влияние эндо- и экзогенных вазоактивных соединений на реологические свойства крови в норме и при нарушениях деятельности сердца.

5. Исследовать механизм гемореологического эффекта брадикинина in vitro в условиях нормы и при сердечной недостаточности.

Научная новизна исследования. Впервые установлено, что в условиях дыхательной недостаточности имеет место перераспределение вклада активных и пассивных регуляторных механизмов кровотока, обеспечивающее поддержание резервных возможностей микрокровотока в условиях краткосрочной гипоксии. В результате курения значительно снижаются резервные возможности микроциркуляции у практически здоровых лиц, число корреляционных взаимосвязей параметров микроциркуляции и интегрального показателя курения возрастает с увеличением стажа и интенсивности курения.

Подтверждена роль гемореологических нарушений в функционировании системы микроциркуляции при нарушениях сердечной деятельности наличием корреляционных взаимосвязей между реологическими характеристиками и параметрами микрокровотока. Продемонстрировано позитивное влияние in vitro эндо- и экзогенных вазодилататоров и кардиопротекторов на реологические свойства крови в состоянии нормы и у пациентов с ИБС и ХСН. Показана вовлеченность цГМФ эритроцитов в оптимизацию их микрореологических свойств под влиянием донора оксида азота, нитроглицерина и запринаста. Установлено, что благоприятный гемореологический эффект брадикинина обусловлен активацией В2-рецепторов красных клеток крови.

Теоретическая и практическая значимость. Исследование дополняет существующие представления о функционировании регуляторных механизмов

периферического кровотока и об адаптационных перестройках системы микроциркуляции в условиях дыхательной недостаточности, курения и нарушений сердечной деятельности. В работе установлены основные закономерности функционирования системы микроциркуляции в условиях нарушений сердечной деятельности, обусловливающие формирование расстройств микрогемодинамики спастического типа. Выявленные корреляционные связи между показателями микроциркуляции и гемореологическими характеристиками демонстрируют тесную взаимозависимость и взаимообусловленность сосудистых и внутрисосудистых факторов обеспечения тканевой перфузии. Данные об особенностях состояния локальной микроциркуляции и функционирования механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функций сердца и дыхания могут быть использованы в качестве теоретической основы при разработке новых подходов к терапии заболеваний кардиореспираторной системы. Определение элементов молекулярных сигнальных путей, связанных с оптимизацией микрореологических свойств эритроцитов под воздействием биологически активных соединений имеет важное теоретическое и практическое значение для разработки терапевтических мишеней с целью коррекции гемореологических нарушений. С использованием материалов диссертационного исследования были разработаны базы данных «Реологические показатели крови и параметры микроциркуляции в норме» (свидетельство о гос. регистрации № 2012621296 от 10.12.2012 г.) и «Реологические показатели крови и параметры микроциркуляции пациентов с нарушениями кровообращения» (свидетельство о гос. регистрации № 2012621295 от 10.12.2012 г), которые внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «ЯГПУ им. К.Д. Ушинского» (акты внедрения от 24.12.2012 г. и от 14.01.2013 г.) и применяются в качестве тренажеров при обучении аспирантов специальности 03.03.01 «физиология». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на курсе Института последипломного образования кафедры клинической фармакологии ГБОУ ВПО ЯГМА Минздрава России (акт внедрения от 29.10.2013

г-)-

Положения, выносимые на защиту:

1. Снижение эффективности микроциркуляции при дыхательной недостаточности обусловлено ослаблением влияния вазоконстрикторных механизмов контроля микрокровотока и увеличением роли пропульсивных (респираторных и кардиальных) ритмов. Увеличение притока крови в микрососудистое русло обеспечивает поддержание устойчивости периферического кровотока в условиях кратковременной гипоксии (задержки дыхания). Курение ведет к снижению тканевой перфузии и резервных возможностей микроциркуляции.

2. Усиление нейрогенных и миогенных влияний, снижение вазодилатационной активности эндотелия и неблагоприятно измененные реологические свойства крови обуславливают ухудшение кислородного снабжения тканей при нарушениях деятельности сердца. Важность внугрисосудистых факторов в обеспечении тканевой перфузии в этих условиях подтверждается выявленными тесными корреляционными взаимосвязями между

реологическими показателями и характеристиками механизмов регуляции микрокровотока.

3. Позитивный реологический эффект эндогенных и экзогенных вазодилататоров и кардиопротекторов in vitro обусловлен оптимизацией микрореологических свойств эритроцитов (снижением агрегируемости и ростом деформируемости). Активация В2-брадикининовых рецепторов ведет к снижению агрегируемости и росту деформируемости эритроцитов в норме и при тяжелой

хсн.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на I Всероссийской научной конференции молодых ученых «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (Санкт-Петербург, 2010); IX Всемирном конгрессе по микроциркуляции. (Париж, Франция, 2010); X Всероссийской молодежной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2011); IV Всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению развития ННС «Нанобиотехнология» (Белгород, 2011); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ среди студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки (Ульяновск, 2011); V Всероссийской с международным участием .школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2012); Республиканской научно-практической конференции «Кислород и свободные радикалы» (Гродно, Беларусь, 2012); 50-й Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2012); Международной научной конференции «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем» (Минск, Беларусь, 2012); XIV Международном конгрессе по биореологии и VII Международной конференции по клинической гемореологии (Стамбул, Турция, 2012); VIII Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2012); Всероссийском открытом конкурсе научно-исследовательских и творческих работ молодежи «Меня оценят в XXI веке» (Москва, 2012); II Всероссийской (XVII) молодежной научной конференции «Молодежь и наука на севере» (Сыктывкар, 2013); XVII конференции Европейского общества по клинической гемореологии и микроциркуляции (Печ, Венгрия, 2013); XXII съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013).

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 180 страницах печатного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и списка сокращений. Диссертация содержит 24 таблицы и 27 рисунков. Библиографический указатель включает 279 источников: 116 отечественных и 163 зарубежных.

ОРГАНИЗАЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследование, после получения информированного согласия, были включены добровольцы (лица обоего пола): группа 1 - практически здоровые лица (п=144, средний возраст 30,7±12,4 лет); группа 2 - пациенты с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) II и III степени тяжести (п=22, средний возраст 62,8±6,9 лет); группа 3 - пациенты с ишемической болезнью сердца (ИБС), стенокардией напряжения (СН) II функционального класса (ФК), хронической сердечной недостаточностью (ХСН) II ФК (п=45, средний возраст 68,1 ±6,4 лет); группа 4 - пациенты с ИБС, СН III ФК, ХСН III ФК (п=86, средний возраст 63,4±12,0 лет). Во всех группах пациентов диагноз был поставлен лечащим врачом и верифицирован в ходе комплексного обследования. В исследование не были включены лица, страдающие сопутствующей патологией, которая могла бы повлиять на состояние микроциркуляции и реологические характеристики крови (критериями исключения для групп пациентов были: эндокринная патология, системные заболевания крови, онкологические заболевания, хроническая почечная недостаточность, печеночная недостаточность, мерцательная аритмия, требующая постоянного приема варфарина, декомпенсация ХСН). Пациенты всех трех групп были обследованы на момент поступления в стационар, т.е. до начала лечения. Включенные в исследование пациенты с ХОБЛ были курящими, лица с нарушениями работы сердца - некурящими. Влияние курения на состояние периферического кровотока изучали в группе 20 практически здоровых регулярно курящих добровольцев -лиц обоего пола в возрасте от 18 до 41 года. Участники эксперимента выкуривали в специально отведенном для курения месте 1 сигарету той марки, которую они обычно употребляют. Измерение показателей микрокровотока производилось через 5 минут после курения. Для оценки влияния интенсивности и длительности курения на состояние микроциркуляции и функционирование механизмов ее регуляции, использовали интегральный показатель курения ИПК, пропорциональный стажу курения и количеству сигарет, выкуриваемых за день: ИПК (отн.ед.) = число выкуриваемых сигарет в сутки (шт)хстаж курения (сутки)/1000. ИПК является модификацией индекса курильщика (ИК), который используется при оценке негативного влияния табакокурения и при значениях выше 10 рассматривается как достоверный фактор риска развития ХОБЛ (Лещенко И.В., Овчаренко С.И., 2003).

1. Оценка состояния микроциркуляции методами лазерной допплеровской флоуметрии и оптической тканевой оксиметрии. Оценку состояния микроциркуляции производили с помощью компьютеризированного лазерного анализатора капиллярного кровотока ЛАКК-02 (НПП «Лазма», Москва). Световодный зонд анализатора в зависимости от цели исследования устанавливали в одной из двух областей кожной поверхности (предплечье, палец кисти). Измерения проводили в положении обследуемого сидя, рука с установленным датчиком находилась на уровне сердца. Регистрировали изменение перфузии ткани кровью (среднее арифметическое показателя микроциркуляции ПМ, стандартное отклонение а, коэффициент вариации Ку), относительную кислородную сатурацию крови (БОг) и фракционное объемное

кровенаполнение ткани в зоне измерения (Vr). С помощью вейвлет-преобразования рассчитывали амплитудно-частотный спектр колебаний в диапазонах активных (эндотелиальных, нейрогенных, миогенных) и пассивных (дыхательных и сердечных) ритмов. Рассчитывали: индекс перфузионной сатурации кислорода в крови (Sm), параметр удельного потребления кислорода тканями (U), нейрогенный и миогенный тонус микрососудов (HT и МТ), показатель шунтирования (ПШ), индекс эффективности микроциркуляции (ИЭМ). Параметры микроциркуляции изучали в исходном состоянии (базальный кровоток) и при проведении дыхательной функциональной пробы, по результатам которой рассчитывали степень снижения ПМ (ДПМ, %) и резерв кровотока (РКК, %).

2. Реологические измерения. Забор крови проводился утром натощак из локтевой вены в условиях клинического стационара квалифицированным медицинским персоналом, в качестве антикоагулянта использовали гепарин (10 Ед/мл). Все измерения и манипуляции с образцами крови проводились в течение 4 часов после ее забора при комнатной температуре (20,5±1,5°С). Эритроциты отделяли от плазмы центрифугированием, затем трижды отмытые в 0,9% растворе NaCl клетки крови ресуспендировали в аутоплазме при фиксированном значении гематокрита (Hct) 40% - для измерения вязкости и при Hct=0,5% - для определения степени агрегации эритроцитов, а также в неагрегирующей среде с Hct=40% (для оценки деформируемости клеток).

Регистрация макрореологических характеристик крови. Кажущуюся вязкость цельной крови, плазмы и суспензий эритроцитов с Hct=40% в плазме и физиологическом растворе измеряли с помощью полуавтоматического капиллярного вискозиметра (Муравьев A.B. и соавт., 2005 а) при разных напряжениях сдвига: 1,06; 0,85; 0,64; 0,42 и 0,21 Па. Исследование микрореологических свойств крови. Оценку процесса агрегации.эритроцитов (в аутологичной плазме) производили методом оптической микроскопии с последующей видеорегистрацией и компьютерным анализом изображения (Муравьев A.B. и соавт., 2003). Рассчитывали степень агрегации CA (как отношение числа агрегатов к количеству одиночных клеток) и среднее число эритроцитов, приходящееся на один агрегат - размер агрегата РА. Деформируемость эритроцитов оценивали: 1) по индексам элонгации клеток в проточной микрокамере в сдвиговом потоке при фиксированном напряжении сдвига: ИЭ=(Д-Ш)/(Д+Ш), где Д - длина деформированного эритроцита; LLI - его ширина (Муравьев A.B. и соавг., 2010); 2) по показателям вязкости суспензии эритроцитов с Hct=40% в физиологическом растворе (Муравьев A.B., Чепоров C.B., 2009). Определение показателя гематокрита (Hct) цельной крови и приготовленных суспензий эритроцитов проводили с использованием микрогематокритной центрифуги (СМ-70, Латвия). Эффективность доставки кровью кислорода к тканям определяли как отношение величины гематокрита к вязкости цельной крови: ТО2 = Hct /ВК (Stoltz J. et al., 1991; Brun J.F. et al., 1998; Муравьев A.B. и соавт., 1998).

3. Оценка модификации реологических свойств крови под влиянием вазоактивных соединений и в условиях гипоксии. Трижды отмытые в

изотоническом растворе NaCl эритроциты инкубировали при 37°С в физиологическом растворе (контроль) и в присутствии: донаторов оксида азота (нитроглицерин, 10"5 М и Spermine NONOate, 10"6 М); вазодилататоров, сскретируемых эндотелием (брадикинип, 10"6 М и простагландин 12, 10"7 М); ингибитора фосфодиэстеразы 5 (запринаст, 2-10"5 М); ингибитора карбоангидразы эритроцитов (ацетазоламид, 10"4 М); антагонистов Вг и В2-рецепторов брадикинина (R-715, 10"5 М и НОЕ 140, 10"5М, соответственно). Инкубационный раствор удаляли центрифугированием, эритроциты использовали для измерения вязкости суспензий эритроцитов с I let-40% в аутоплазме и в физиологическом растворе, степени агрегации и деформируемости эритроцитов.

4. Статистическая обработка результатов. Статистическую обработку полученных данных после проверки на соответствие выборки закону нормального распределения проводили с использованием параметрических критериев. Для оценки статистической значимости различий в независимых выборках применяли t-критерий Стыодента, в связанных выборках - парный t-критерий Стыодента, различия считали статистически значимыми при р<0,05. Тесноту связей между переменными оценивали по коэффициентам корреляции Пирсона. Полученные данные представлены в виде средних значений с их стандартным отклонением (М±а) (Сергиенко В.И., Бондарева И.Б., 2006; Афанасьев В.В., Сивов М.А., 2010).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изменения в функционировании дыхательной системы неизбежно приводят к адаптивным перестройкам в системе кровообращения и кислородном питании тканей. В настоящее время курение и воспалительные заболевания органов дыхания являются основными причинами нарушений дыхательной функции. В условиях нарушений функции дыхания отмечена сниженная на 38% (р<0,001) вариабельность кровотока в микрососудах кожи (параметр Kv). Сниженный НТ и МТ микрососудов (на 25% и 26%, р<0,01, соответственно) вследствие ослабления влияния вазоконстрикторных механизмов контроля микрокровотока и более высокие значения максимальной амплитуды кардиальных ритмов Астах (на 186%, р<0,001) указывают на увеличение потока крови, поступающей в микроциркуляторное русло при ХОБЛ. Изменение соотношения активных и пассивных модуляций кровотока при нарушениях функции дыхания ведет к снижению эффективности микроциркуляции у лиц с ХОБЛ (на 42%, р<0,001) (рис. 1), что согласуется с опубликованными данными о состоянии микроциркуляции у пациентов с данной формой патологии (Задионченко B.C. и соавт., 2009). Рост амплитуды дыхательной волны (на 134%, р<0,001) и ПМ (на 134%, р<0,001) (рис. 1) свидетельствует о застойных явлениях в микроциркуляторном русле при ХОБЛ (Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2013). Сниженный НТ микрососудов у пациентов с ХОБЛ в сочетании с тенденцией к росту ДПМ и более короткими, чем в норме интервалами времени между началом задержки дыхания и началом спада уровня микрокровотока (на 91%, р<0,001) и от момента начального снижения кровотока до достижения минимального значения перфузии (на 38%, р<0,001) позволяет предположить, что в данном

случае имеет место снижение симпатической активности в покое и повышение ее при стимуляции вазоконстрикторными пробами (Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2005). Одним из факторов риска развития ХОБЛ является курение. Влияние однократного курения на состояние микроциркуляции в группе практически здоровых лиц выразилось в снижении перфузии тканей кровью (на 21%, р<0,05) и росте вариабельности микрокровотока на 47% (р<0,05) (параметр Kv), что свидетельствует об увеличении активности факторов регуляции, направленных на сохранение оптимального кровоснабжения тканей и органов в условиях курения.В результате курения снижаются резервные возможности микрососудистого русла, что приводит к выраженной реакции кровотока на задержку дыхания (рост ДПМ на 31%, р<0,05) и уменьшению резерва кровотока в микрососудах на 18% (р<0,05). Снижение перфузии после курения у лиц с ИПК<10 (на 27%, р<0,05) обусловлено увеличением вклада как активных (нейрогенных и миогенных), так и пассивных (дыхательных и сердечных) факторов модуляции микрокровотока. У лиц с ИПК>10 вклад активных ритмов в обеспечение перфузии тканей также возрос после курения, значительная часть крови была сброшена через артериоло-венулярные шунты (ПШ увеличился на 47%, р<0,05). Увеличение интенсивности курения характеризуется прогрессирующим снижением эндотелийзависимой вазодилатации (Кароли Н. А., Реброва А. П., 2004). У курящих лиц с высоким ИПК снижены частоты эндотелиальных колебаний на 24% (р<0,01), что может свидетельствовать о развитии эндотелиальной дисфункции и повышены частоты миогенных (на 17%, р<0,05) и кардиальных (на 36%, р<0,01) ритмов, что указывает на рост напряженности работы сердечно-сосудистой системы. По результатам дыхательной вазоконстрикторной пробы показано снижение резервов кровотока на 21% (р<0,05) с ростом стажа курения. О существенном влиянии табакокурения на состояние микроциркуляции свидетельствует и рост числа корреляционных взаимосвязей ИПК с параметрами микрокровотока с увеличением стажа и интенсивности курения (табл.).

Таблица

Корреляции между интегральным показателем курения и параметрами микроциркуляции лиц с разным ИПК до и после курения

Интегральный показатель курения

ИПК< 10 (п=8) ИПК> 10 (п=12)

до курения после курения до курения после курения

М, пф.ед. 0,048 0,800* 0,708** 0,439

а, пф.ед. -0,007 0,196 0,581* 0,274

Fmax (М), ГЦ 0,188 -0,205 0,224 0,904**

М„„„, пф.ед. 0,399 0,482 0,727** 0,144

Мвосст, пф.ед. 0,499 0,826* 0,654* 0,282

Т5-Т4, с -0,040 -0,799* -0,386 0,244

Обозначения: ИПК - интегральный показатель курения; М - среднеарифметическое значение ПМ; а - среднеквадратичное отклонение ПМ; Ртах (М) - частота колебаний микрокровотока в миогенном диапазоне; Мисх - исходное значение ПМ перед задержкой дыхания; М„„„- минимальное значение ПМ в результате дыхательной пробы; Т5-Т4 - интервал времени от момента достижения минимального значения ПМ до восстановления дыхания. Примечание: коэффициенты корреляции статистически значимы при: * - р<0,05; ** - р<0,01.

В условиях нарушений деятельности сердца изменения в функционировании активных механизмов регуляции периферического кровообращения (снижение вазодилатационной активности эндотелия, усиление нейрогенных и миогенных влияний) способствовали снижению вариабельности микрокровотока а (на 64%, р<0,01 в группе 3 и на 55%, р<0,001 - в группе 4), уменьшению нутритивного кровотока (на 29%, р<0,05 в группе 3 и на 38%, р<0,001 - в группе 4) за счет роста тонуса микрососудов и увеличения тока крови по артериоло-венулярным анастомозам (на 32.% и на 27%, р<0,05 в группах 3 и 4, соответственно) (рис. 1).

□ группа 3 ©группа 4

Параметры микроциркуляции

Рис. 1. Показатели тканевой перфузии (ИМ), вариабельности (а) и шунтирования микрокровотока (ПШ) пациентов с нарушениями сердечной деятельности: (различия в % относительно группы здоровых лиц).

Примечание: различия достоверны при: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001.

Величина ПМ пропорциональна скорости движения и количеству эритроцитов в тестируемом объеме ткани (Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2013). Поскольку при нарушениях деятельности сердца концентрация красных клеток крови была значительно выше нормы (более высокие значения Уг на 35%, р<0,01 в группе 3 и на 43%, р<0,001 - в группе 4), одной из причин более низких значений ПМ может быть замедление кровотока в микрососудистом русле. Угнетение активных вазомоторных механизмов модуляции тканевой перфузии при нарушениях кровообращения объясняет уменьшение ИЭМ (на 33%, р<0,01 и на 30%, р<0,001 в группах 3 и 4, соответственно). В условиях ишемии миокарда и сердечной недостаточности возросло модулирующее влияние кардиальных ритмов (А/3о), направленных на увеличение притока артериальной крови в микрососудистое русло (на 76% и 35%, р<0,001 в группах 3 и 4, соответственно). В группах пациентов с ИБС и ХСН выявлены более низкие значения удельного потребления кислорода тканями (в группе 3 на 39%, р<0,05, в группе 4 - на 58%, р<0,001) и более высокие, чем у здоровых лиц значения параметров 802(на 16%, р<0,05 и 32%, р<0,001 в группах 3 и 4, соответственно) и Б™ (на 35%, р<0,05 в группе 3 и на 126%, р<0,001 - в группе 4), обратно пропорциональных доставке кислорода к тканям, что указывает на нарушение деоксигенации крови в капиллярах и снижеггие кислородтранспортной функции крови.

В условиях ишемии миокарда и сниженного сердечного выброса нарушения в системе микроциркуляции сопровождались негативными изменениями реологических свойств крови. Интегральной гемореологической характеристикой является вязкость цельной крови, которая зависит от величины Нс1, вязкости плазмы и микрореологических свойств эритроцитов - их способности к агрегации и деформации. В группе 3 отмечена повышенная вязкость цельной крови, что обусловлено ростом вязкости плазмы (на 7%, р<0,001) и степени агрегации эритроцитов (на 23%, р<0,05). Все эти нарушения реологических свойств крови в данной группе способствовали снижению эффективности транспорта кислорода к тканевым микрорайонам (Т02), оцениваемой по реологическим параметрам (на 8%, р<0,001). В группе 4 повышенная вязкость цельной крови (на 23% и 33%, р<0,001 при высоких и низких напряжениях сдвига, соответственно) определялась более высокими показателями Нй (на 4%, р<0,01), вязкости плазмы (на 8%, р<0,001) и степени агрегации эритроцитов (на 56%, р<0,001), низкой деформируемостью (ИЭ) красных клеток крови (на 8%, р<0,001), что способствовало снижению Т02 на 16% (р<0,001) (рис. 2).

1 □ группа 3 ■ гпчшаД "1

60 50 40 а ВО 1 20

| 10

т

пз 0 и

-10 -20

Гемореологические показатели

Рис. 2. Гемореологический профиль пациентов с нарушениями сердечной деятельности (различия в % относительно группы здоровых лиц).

Обозначения: ВК1 - вязкость крови при т=1,06 Па; ВК5 - вязкость крови при т=0,21 Па; Нй - показатель гематокрита; ВП - вязкость плазмы; СА - степень агрегации эритроцитов; РА - средний размер агрегатов эритроцитов; ИЭ - индекс элонгации (деформируемость эритроцитов); ТОг - эффективность доставки кислорода к тканям. Примечание: различия достоверны при: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001.

Существенный вклад реологических свойств крови в поддержание оптимального микрокровотока и обеспечение кислородного снабжения тканей подтвержден выявленными многочисленными корреляционными связями реологических характеристик и параметров микроциркуляции и ее регуляторных механизмов как в условиях нормы, так и при нарушениях деятельности сердца. В группе здоровых лиц амплитуды колебаний микрокровотока дыхательной и сердечной природы коррелировали с вязкостью крови (г=0,563 и г=0,563, р<0,05, соответственно) и с деформируемостью эритроцитов (г=0,568 и г=0,617, р<0,05,

соответственно), а эффективность доставки кислорода кровью - с эндотелиальными механизмами контроля микрокровотока (г=0,802, р<0,05).При ИБС и ХСН кроме корреляций с внесосудистыми регуляторными влияниями (пульсовой волной и респираторными осцилляциями), характерными для нормы, отмечено значительное число взаимосвязей реологических показателей с активными тонусформирующими регуляторными влияниями. Так, в условиях тяжелой ХСН (группа 4) выявлены взаимосвязи степени агрегации эритроцитов с амплитудами осцилляции кровотока нейрогенной, миогенной и сердечной природы (г=0,352, р<0,05, г=0,376, р<0,01 и г=0,305, р<0,05, соответственно); корреляция ТО2 с максимальной амплитудой респираторного ритма (г=-0,308, р<0,01). В группе 3 отмечены корреляции афегируемости эритроцитов как с пассивными (кардиальными - г=0,712, р<0,01), так и с активными (эндотелиальными, нейрогенными и миогенными: г=0,783, г=0,770, р<0,01 и г=0,645, р<0,05, соответственно) факторами модуляции микрокровотока. Обнаруженная нами в группе 3 обратная связь деформируемости эритроцитов с интенсивностью пульсовой волны (г=-0,812, р<0,01) может свидетельствовать о компенсаторном увеличении сердечного выброса в ответ на ригидификацию красных клеток крови.

Поскольку попадающие в кровеносное русло метаболиты и вазоактивные вещества контактируют не только с сосудистой стенкой, но и с клетками крови, возникает вопрос об их влиянии на реологические свойства крови (а, значит, и на ее кислородтранспортный потенциал) и на состояние микрокровотока. NO ингибирует высвобождение АТФ из эритроцитов посредством инактивации гетеротримерного G белка (Olearczyk J.J. et al., 2004). По всей видимости, такое положительное влияние оксида азота на энергетический баланс красных клеток крови является одним из механизмов благоприятного эффекта донора NO Spermine NONOate на микрореологические свойства крови, особенно выраженного при нарушениях деятельности сердца - снижение степени агрегации эритроцитов (на 60%, р<0,05 в группе 3 и на 57%, р<0,001 - в группе 4) и рост их деформируемости (на 62%, р<0,001 - при тяжелой ХСН). Один из экзогенных источников NO - нитроглицерин - широко применяется в терапии ряда сердечно-сосудистых заболеваний (Dou D. et al., 2012). Выявлен выраженный позитивный эффект нитроглицерина на реологические свойства крови в норме и при нарушениях работы сердца (степень агрегации эригроцитов снизилась на 41%, р<0,01 в норме; на 45%, р<0,05 и 60%, р<0,001 в группах 3 и 4, соответственно). В условиях сердечно-сосудистой патологии нитроглицерин повысил деформируемость эритроцитов (на 5%, р<0,01 в группе 3 и на 29%, р<0,001 - в группе 4), что способствовало прохождению клеток по спазмированным сосудам и улучшению кровотока в ишемизированных зонах.

Известно, что NO, продуцируемый эндотелиалыюй NO-синтазой, увеличивает концентрацию цГМФ и находится в антагонистических взаимоотношениях с ферментом фосфодиэстеразой 5 (ФДЭ 5), которая специфически гидролизирует цГМФ в 5'-ГМФ. Учитывая, что ФДЭ 5 содержится в цитозоле эригроцитов человека и регулирует уровень цГМФ (Adderley S.P. et al., 2011), мы предположили, что влияние специфического ингибитора ФДЭ 5

запринаста на реологические свойства крови может оказаться сходным с эффектом NO и нитроглицерина, действие которых определяется повышением концентрации цГМФ. Обработка запринастом эритроцитов лиц с нарушениями работы сердца в нашем исследовании так же, как и в случае использования донора оксида азота и нитроглицерина способствовала снижению агрегируемости клеток (на 46%, р<0,05 в группе 3 и на 53%, р<0,001 - в группе 4) и росту их деформационной способности (на 4%, р<0,05 в группе 3 и на 19%, р<0,001 - в группе 4). Повышение деформируемости эритроцитов на 6% (р<0,05) после инкубации с запринастом отмечено и в состоянии нормы.

В клетках тканей, испытывающих ишемию, образуется физиологически активный пептид из кининовой группы белков брадикинин. В результате проведенного нами исследования установлено, что брадикинин оказывает непосредственное влияние на реологические свойства крови, повышая ее текучесть посредством оптимизации микрореологических характеристик эритроцитов. Как в группе здоровых лиц, так и у пациентов с тяжелой ХСН (группа 4) брадикинин снизил степень агрегации красных клеток крови (на 59%, р<0,01 и 46%, р<0,05, соответственно) и размер агрегатов (на 13%, р<0,01 и 29%, р<0,001, соответственно). После инкубации с брадикинином деформируемость эритроцитов увеличилась как в норме, так и при тяжелой ХСН (на 15 и 38%, р<0,001, соответственно).

Многообразное биологическое действие брадикинин осуществляет при взаимодействии с двумя различными рецепторами (Bi и В2). С целью оценки специфичности и возможного механизма влияния брадикинина на реологические свойства крови как в состоянии нормы, так при тяжелой ХСН нами использовались селективные В,- и В2-блокаторы брадикинина, взаимодействующие с мембранными брадикининовыми рецепторами. Введение антагониста В [-рецепторов (R-715) в среду инкубации эритроцитов не оказало существенного влияния на гемореологический эффект брадикинина ни в группе здоровых лиц, ни у пациентов группы 4. После обработки эритроцитов блокатором В2 -рецепторов НОЕ 140 влияние брадикинина на реологические свойства крови в обеих группах практически нивелировалось, что позволяет заключить, что эффект брадикинина на микрореологические свойства эритроцитов опосредуется активацией В2-рецепторов (рис. 3).

В эндотелиоцитах сосудов наряду с оксидом азота синтезируется вазодилататор простациклин. Несмотря на то, что во всех трех группах (здоровых лиц и пациентов с ИБС и ХСН) нами отмечено достоверное снижение вязкости крови под действием простациклина, его влияние на микрореологические свойства эритроцитов было различным в норме и при нарушениях деятельности сердца. Известно, что активация рецепторов простациклина в эритроцитах приводит к увеличению цАМФ и высвобождению АТФ из эритроцитов (Sprague R.S. et al., 2008). Имеются свидетельства того, что активация аденилатциклазной системы в эритроцитах человека способствует росту деформируемости и снижению агрегируемости красных клеток крови (Muravyov A.V. et al., 2010)..

CAI ИЭ1 CA2 ИЭ2

Рис. 3. Микрореологические характеристики эритроцитов здоровых лиц (1) и пациентов с тяжелой ХСН (группа 4) (2) при воздействии брадикинина и антагонистов Bi- и Вг-рецепторов брадикинина.

Обозначения: СА - степень агрегации эритроцитов; ИЭ - индекс элонгации (деформируемость эритроцитов). Примечание: различия достоверны при: * - р<0,05; ** -р<0,01; *** - р<0,001.

В нашем исследовании при тяжелой ХСН (группа 4) отмечено выраженное снижение степени агрегации и повышение деформируемости эритроцитов (на 70% и 66%, р<0,001, соответственно). У пациентов группы 3 отмечено лишь существенное снижение агрегируем ости эритроцитов (на 58%, р<0,05), в группе здоровых лиц инкубация эритроцитов с простациклином привела к увеличению степени их агрегации (на 47%, р<0,01). Сосудорасширяющий эффект ингибитора карбоангидразы ацетазоламида доказан в экспериментах in vitro и in vivo (Pedersen D.B. et al., 2005; Torring M.S. et al., 2009). В нашем исследовании ацетазоламид оказал существенный положительный эффект на микрореологические свойства эритроцитов как в норме, гак и при ИБС и ХСН: уменьшились степепь агрегации (у здоровых лиц - на 44%, р<0,01, в группе 3 - на 40%, р<0,05 и в группе 4 - на 47%, р<0,01), увеличилась деформируемость клеток крови во всех группах (от 6%, р<(),01 в норме до 12% р<0,001 при тяжелой ХСН). Если исходить из того, что эффект ацетазоламида на микрореологические свойства красных клеток крови обусловлен ингибированием их карбоангидразы, можно предположить, что наблюдаемые благоприятные изменения клеточных свойств эритроцитов как здоровых лиц, гак и пациентов с ИБС и ХСН являются адаптивной реакцией клеток, направленной на сохранение оптимального кислород гранспортного потенциала крови в условиях гиперкапнии.

ВЫВОДЫ

1.В условиях дыхательной недостаточности увеличивается вклад респираторных и кардиальных ритмов в модуляцию микроциркуляции, повышается уровень перфузии за счет снижения микрососудистого тонуса и замедления микрокровотока, уменьшается эффективность микроциркуляции. Поддержание резервных возможностей микроциркуляции обеспечивается

снижением симпатических влияний на микрокровоток в покое и повышением симпатической активности при задержке дыхания.

2. Однократное курение у практически здоровых лиц ведет к активизации тонусформирующих (эндотелиальных, нейрогенных и миогенных) регуляторных механизмов, снижению тканевой перфузии и резервных возможностей микрокровотока в условиях краткосрочной гипоксии. При регулярном курении отмечается снижение частоты эндотелиальных колебаний, выраженное уменьшение резервов микрокровотока и рост показателя шунтирования.

3. В условиях нарушений деятельности сердца (при ИБС и ХСН) выявлена спастическая форма расстройства микроциркуляции с повышенным шунтированием микрокровотока в сочетании с неблагоприятно измененными реологическими свойствами крови. Рост вязкости крови в этих условиях определяется повышением вязкости плазмы, агрегируемости и ригидности (при тяжелой ХСН) эритроцитов.

4. В условиях нормы отмечена взаимосвязь реологических свойств крови с внесосудистыми (кардиальными и респираторными) факторами регуляции микроциркуляции. Повышение роли нарушений реологических свойств крови в обеспечении периферического кровотока подтверждается тесными корреляционными взаимосвязями гемореологических параметров как с внесосудистыми, так и с активными (эндотелиальными, нейрогенными и миогенными) факторами модуляции микроциркуляции при ИБС и ХСН.

5. Эндогенные и экзогенные вазодилататоры и кардиопротекторы оказывают позитивное влияние на реологические свойства крови in vitro, особенно выраженное при нарушениях деятельности сердца. Повышение текучести крови под действием донора NO, нитроглицерина и запринаста обусловлено снижением агрегируемости и ростом деформируемости красных клеток крови. Сходство эффекта этих трех соединений указывает на вовлеченность цГМФ эритроцитов в механизм модификации их микрореологических свойств.

6. Снижение вязкости крови in vitro под влиянием брадикинина у здоровых лиц и пациентов с тяжелой ХСН обусловлено ростом деформируемости и снижением агрегируемости красных клеток вследствие активации В2-рецепторов брадикинина эритроцитов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Диагностику и коррекцию нарушений кровообращения и кислородного снабжения тканей при нарушениях деятельности кардиореспираторной системы проводить с учетом анализа состояния микроциркуляции и функционирования ее регуляторных механизмов (методом ЛДФ и ОТО) и особенностей реологических свойств крови.

2. При терапии ишемической болезни сердца и хронической сердечной недостаточности учитывать необходимость коррекции гемореологических нарушений.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ослякова А.О. Влияние брадикииина на реологические свойства крови / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Медицинский академический журнал. -Санкт-Петербург, 2010. - № 5. - Том 10. - С. 27-28.

2. Tikhomirova I.A. Effect of vascular and rheological factors microcirculation under circulatory disorders / I.A. Tikhomirova, E.P. Petrochenko, A.O. Oslyakova // Abstracts 9th World congress of microcirculation. - Paris, France, 2010. - P. 43-44.

3. Ослякова А.О. Сосудистые факторы регуляции и их влияние на реологические свойства крови / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Ярославский педагогический вестник. - Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2010. -№ 4. - Том III. - С. 89-93.

4. Ослякова А.О. Применение дыхательной пробы в оценке состояния микроциркуляции и ее регуляторных механизмов / А.О. Ослякова, А.Ю. Бубнов, И.А. Тихомирова // Мат-лы X Всероссийской молодежной науч. Конф. Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». - Сыктывкар, 2011. - С. 161-164.

5. Ослякова А.О. Микрореологические аспекты регуляторных эффектов брадикинина в норме и в условиях ишемии / А.О. Ослякова // Сборник трудов IV Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению развития ННС «Нанобиотехнология». - Белгород, 2011. -С. 67-70.

6. Ослякова А.О. Оценка сосудистых и внутрисосудистых факторов регуляции микрокровотока в норме и при ишемической болезни сердца / А.О. Ослякова // Мат-лы Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области биологических наук в рамках всероссийского фестиваля науки. - Ульяновск: УлГУ, 2011. — С. 111-120.

7. Ослякова А.О. Роль нитроглицерина в модификации гемореологического статуса пациентов с ишемической болезнью сердца / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Сборник тезисов докладов V Всероссийской с междунар. участием школы-конф. по физиологии кровообращения. - Москва, 2012. - С. 121-122.

8. Ослякова А.О. Состояние микроциркуляторного русла и гемореологический статус в норме и при нарушениях коронарного кровообращения / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Ярославский педагогический вестник. - Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2012. - № 2. - Том III. -С. 103-108.

9. Ослякова А.О. Кислородтранспортный потенциал крови в норме и при хронической сердечной недостаточности / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Мат-лы республиканской науч.-прак. конф. «Кислород и свободные радикалы». -Гродно, Беларусь: ГрГМУ, 2012. - С. 129-132.

10. Ослякова А.О. Гемореологический эффект ацетазоламида в условиях нормы и при ишемии миокарда / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Мат-лы 50-й Юбилейной междунар. науч. студенческой конф. «Студент и научно-технический прогресс»: Биология. - Новосибирск, 2012. - С. 251.

11. Тихомирова И.А. Участие эритроцитов в регуляции микрокровотока в соответствии с локальными потребностями тканей / И.А. Тихомирова, А.О. Ослякова, O.A. Овчинникова // Сборник статей Междунар. науч. конф. «Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем». - Минск, Беларусь: Издательский центр БГУ, 2012. - С. 215-217.

12. Tikhomirova I.A. Role of erythrocytes in matching oxygen delivery (blood flow) with local metabolic need / I.A. Tikhomirova, A.O. Oslyakova, O.A. Ovchinnikova // Biorheology. - 2012. - Vol.49. - No 2, 3. - P. 201-202.

13. Ослякова A.O. Оценка состояния микрокровотока и механизмов регуляции микроциркуляции в норме и при хронической сердечной недостаточности / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова // Тезисы докладов VIII Всероссийской конф. с междунар. уч., посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра. - Санкт-Петербург, 2012. - С. 176-177.

14. Тихомирова И.А. Местная регуляция периферического кровотока: роль эритроцитов / И.А. Тихомирова, А.О. Ослякова, O.A. Овчинникова // Тезисы докладов VIII Всероссийской конф. с междунар. уч., посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра. - Санкт-Петербург, 2012. - С. 237.

15. Ослякова А.О. Комплексная оценка функционирования периферического кровообращения и кислородного снабжения тканей в норме и в условиях ишемии миокарда и нарушения насосной функции сердца / А.О. Ослякова // Сборник тезисов работ участников IX Всероссийского молодежного фестиваля «Меня оценят в XXI веке». - Москва, 2012. - С. 240.

16. Тихомирова И.А. Влияние вазодилататоров на микрореологические свойства эритроцитов в норме и при хронической сердечной недостаточности / И.А. Тихомирова, А.О. Ослякова // «Регионарное кровообращение и микроциркуляция». - СПб, 2012. - № 4(44). - С. 71-77.

17. Ослякова А.О. Анализ состояния микроциркуляции и реологических свойств крови в условиях нормы и при ишемической болезни сердца / А.О. Ослякова, И.А. Тихомирова, A.C. Петроченко // Мат-лы докладов II Всерос. (XVII) молодежи, науч. конф. «Молодежь и наука на севере». -Сыктывкар, 2013. - С. 196-197.

18. Oslyakova А.О. Regulation of peripheral blood flow in normals and in cardiac failure / A.O. Oslyakova, I.A. Tikhomirova // Abstracts of 17th Conference of the European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation. - Pecs, Hungary, 2013.-P. 151-152.

19. Тихомирова И.А. Эритроциты как регуляторы кислородного снабжения тканей в условиях локальной гипоксии / И.А. Тихомирова, А.О. Ослякова //Мат-лы XXII съезда физиологического общества имени И.П. Павлова. -Москва-Волгоград, 2013. - С. 522.

Подписано в печать 11.11.2013 г. Бумага офсетная. Формат бумаги 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 5405

Отпечатано в ООО «Типография Пресс-Принт» г. Архангельск, ул. Гагарина, 42, оф. 507 Тел./факс: 212-210, 212-616

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ослякова, Анна Олеговна, Ярославль

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

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО КРОВОТОКА В НОРМЕ И ПРИ НАРУШЕНИЯХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ

На правах рукописи

04201450017

Ослякова Анна Олеговна

СИСТЕМЫ

03.03.01 - Физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

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

Ярославль - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы..........................................................................................................10

1.1. Уровни организации кровотока..........................................................................10

1 Организация микроциркуляторного русла и микрокровоток.. 11

1.3. Механизмы регуляции периферического кровообращения... 14

1.3.1. Центральные механизмы регуляции периферического

16

кровотока.................................................................

1.3.2. Местные регуляторные механизмы регионарного кровообращения............................................................

1.3.3. Комплекс регуляторных влияний на уровне микро- ^ циркуляции............................................................

1.3.4 Состояние периферического кровообращения при нарушениях деятельности кардиореспираторной систе- 25 мы..........................................................................

1.4. Участие эритроцитов в регуляции периферического крово- ^у тока в соответствии с локальными потребностями тканей...

1.5. Роль реологических свойств крови в обеспечении кислород- ^ ного снабжения тканей................................................

Глава 2. Организация, материалы и методы исследования......... 41

2.1. Оценка состояния микроциркуляции методами лазерной до-пплеровской флоуметрии и оптической тканевой оксимет- 42 рии........................................................................

2.2. Реологические измерения...................................................... 49

2.2.1. Регистрация макрореологических характеристик крови.......................................................................... 49

2.2.2. Исследование микрореологических свойств кро- ^ ви.........................................................................

2.2.3. Определение показателя гематокрита...................... 53

2.2.4.Оценка кислородтранспортного потенциала кро- ^ ви........................................................................

2.3. Оценка модификации реологических свойств крови под ^ влиянием вазоактивных соединений и в условиях гипоксии

2.4. Статистическая обработка результатов........................... 55

Глава 3. Результаты собственных исследований..................... 56

3.1. Параметры микроциркуляции в норме и при дыхательной

недостаточности.......................................................

3.2. Результаты дыхательной функциональной пробы в норме и ^ при ХОБЛ.................................................................

3.3. Параметры микроциркуляции в группе практически здоро-

60

вых лиц до и после курения.......................................

3.4. Результаты дыхательной функциональной пробы в группе

62

практически здоровых лиц до и после курения.................

3.5. Параметры микроциркуляции практически здоровых лиц с

63

ИПК<10 до и после курения........................................

3.6. Параметры микроциркуляции практически здоровых лиц с

67

ИПКМО до и после курения.........................................

3.7. Результаты дыхательной функциональной пробы у практически здоровых лиц до и после курения в зависимости от 68 ИПК.....................................................................

3.8. Корреляционные взаимосвязи между интегральным показателем курения и параметрами микроциркуляции лиц с раз- 70 ным ИПК до и после курения.......................................

3.9. Параметры микроциркуляции в норме и при нарушениях ^ кровообращения......................................................

3.10. Реологические свойства крови в норме и при нарушениях ^ кровообращения.....................................................

3.11. Корреляция параметров микроциркуляции и гемореологи-ческих характеристик в норме и при нарушениях кровооб- 83 ращения...................................................................

3.12. Влияние вазоактивных веществ на реологические свойства крови in vitro в норме и при нарушениях деятельности серд- 90 ца.........................................................................

Глава 4. Обсуяедение результатов.......................................... 106

Выводы................................................................... 147

Практические рекомендации..................................... 149

Список сокращений................................................. 150

Список литературы................................................. 151

ВВЕДЕНИЕ

Кардиореспираторная система, обеспечивающая поступление кислорода к клеткам организма и в значительной степени обуславливающая состояние гомеостаза, является одной из важнейших физиологических систем, определяющей как умственную, так и физическую работоспособность человека и возможности его адаптации к разным видам деятельности (Токаева Л.К., Павленкович С.С., 2011). Составляющие данной системы находятся в постоянном взаимодействии, при этом изменения одной ведут к изменениям другой, имея в своей основе компенсаторный характер, направленный на сохранение постоянства внутренней среды организма (Гречишкина С.С. и со-авт., 2011; Ванюшин Ю.С., Ванюшин М.Ю., 2012).

Периферический кровоток осуществляется в сосудах отдельных органов и тканей и направлен на обеспечение адекватного кровоснабжения в них в соответствии с постоянно меняющейся метаболической активностью. Сбалансированность энергетического обмена и доставки кислорода в тканях достигается при условии эффективного перераспределения потоков крови в микрорегионе органа (Козлов В.И. и соавт. 2012). Фундаментальной особенностью микроциркуляции является ее постоянная изменчивость, что проявляется в спонтанных колебаниях тканевого кровотока. Эта изменчивость микроциркуляции по сути своей есть объективная характеристика уровня жизнедеятельности тканей. Ритмические колебания кровотока и их изменения позволяют получить информацию о конкретных соотношениях различных механизмов, определяющих состояние микроциркуляции (Козлов В.И. и соавт, 2012).

Регуляция кровообращения во всех органах и тканях осуществляется на уровне резистивных сосудов, стенки которых имеют гладкомышечную ткань, что позволяет, изменяя диаметр просвета сосуда, регулировать приток крови. В отличие от центральной регуляции, обеспечивающей перераспределение кровоснабжения в пользу жизненно важных или активно функционирующих

в данный момент органов, местные механизмы позволяют приспособить кровоток к метаболическим потребностям тканей (Поленов С.А., 2008).

Местные механизмы регуляции периферического кровообращения активизируются в случае, когда поступление кислорода становится неадекватным потребностям ткани, в результате чего образуются сосудорасширяющие метаболиты. В качестве посредников метаболической вазодилатации могут выступать многие биологически активные соединения, такие как оксид азота, простациклин, брадикинин, АТФ и продукты его распада (АДФ, аденозин) и другие (Verma S., Anderson T.J., 2002; Лупинская З.А., 2003; Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2013).

Механизмы контроля, ответственные за направление потока крови в микроциркуляторном русле к тому региону, который в данный момент времени наиболее нуждается в кислороде, остаются до конца не изученными. Однако в последнее время экспериментальное подтверждение получают предположения о роли красных клеток крови в регуляции периферического кровотока и в согласовании потребности ткани в кислороде и кислородного снабжения (Dietrich H.H. et al., 2000; Sprague R.S. et al., 2009; Ellsworth M.L. et al., 2009, 2012).

В капиллярах микроциркуляторного русла, в стенках которых отсутствуют мышечные элементы и вазомоторная иннервация, существенное значение для обеспечения тканевой перфузии приобретают реологические свойства крови (Фирсов H.H., Джанашия П.Х., 2004; Муравьев A.B., Чепоров C.B., 2009). Такие микрореологические свойства эритроцитов как агрегируе-мость и деформируемость являются важными факторами, определяющими вязкость крови, эффективность кровотока и оксигенацию тканей (Зинчук В.В., 2003; Фирсов H.H. и соавт., 2010; Baskurt O.K., Meiselmam H.J., 2013).

Физиологически активные вещества, попадающие в кровь в процессе реализации местных регуляторных влияний, контактируют не только с сосудистой стенкой, но и с клетками крови, что ставит вопрос о возможном эффекте

этих соединений и на реологические свойства крови, а, значит, на ее кисло-родтранспортный потенциал.

Кислородное питание тканей может нарушаться в тех случаях, когда действующий фактор превышает адаптационные возможности кардиореспи-раторной системы и в ней возникают функциональные и структурные нарушения, приводящие к снижению эффективности транскапиллярного обмена на уровне микроциркуляции.

Функционирование органов и организма в целом как в состоянии нормы, так и при нарушениях деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, во многом определяется состоянием отдельных звеньев и регулятор-ных механизмов перфузии ткани кровью. Исследование регуляторных механизмов микроциркуляции, гемореологического статуса и взаимосвязи сосудистых, внутри- и внесосудистых факторов регуляции периферического кровотока при разных функциональных состояниях организма представляет собой актуальную задачу.

С учетом вышеизложенного были сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Цель исследования: выявить особенности функционирования регуляторных механизмов периферического кровотока в норме и при нарушениях деятельности кардиореспираторной системы.

Задачи исследования:

1. Оценить состояние микроциркуляции, ее резервные возможности и функционирование регуляторных механизмов в норме, под влиянием курения и при дыхательной недостаточности.

2. Исследовать состояние микроциркуляции и функционирование сосудистых и внесосудистых факторов ее регуляции в норме и при нарушениях сердечной деятельности.

3. Изучить роль внутрисосудистых факторов (реологических свойств крови) в обеспечении микроциркуляции и кислородного снабжения

тканей в физиологических условиях и при нарушениях сердечной деятельности.

4. Оценить in vitro влияние эндо- и экзогенных вазоактивных соединений на реологические свойства крови в норме и при нарушениях деятельности сердца.

5. Исследовать механизм гемореологического эффекта брадикинина in vitro в условиях нормы и при сердечной недостаточности.

Научная новизна исследования

Впервые установлено, что в условиях дыхательной недостаточности имеет место перераспределение вклада активных и пассивных регуляторных механизмов кровотока, обеспечивающее поддержание резервных возможностей микрокровотока в условиях краткосрочной гипоксии.

В результате курения значительно снижаются резервные возможности микроциркуляции у практически здоровых лиц, число корреляционных взаимосвязей параметров микроциркуляции и интегрального показателя курения возрастает с увеличением стажа и интенсивности курения.

Подтверждена роль гемореологических нарушений в функционировании системы микроциркуляции при нарушениях сердечной деятельности наличием корреляционных взаимосвязей между реологическими характеристиками и параметрами микрокровотока. Продемонстрировано позитивное влияние in vitro эндо- и экзогенных вазодилататоров и кардиопротекторов на реологические свойства крови в состоянии нормы и у пациентов с ИБС и ХСН. Показана вовлеченность цГМФ эритроцитов в оптимизацию их микрореологических свойств под влиянием донора оксида азота, нитроглицерина и запринаста. Установлено, что благоприятный гемореологический эффект брадикинина обусловлен активацией В2-рецепторов красных клеток крови.

Теоретическая и практическая значимость работы

Исследование дополняет существующие представления о функционировании регуляторных механизмов периферического кровотока и об адапта-

ционных перестройках системы микроциркуляции в условиях дыхательной недостаточности, курения и нарушений сердечной деятельности. В работе установлены основные закономерности функционирования системы микроциркуляции в условиях нарушений сердечной деятельности, обусловливающие формирование расстройств микрогемодинамики спастического типа. Выявленные корреляционные связи между показателями микроциркуляции и гемореологическими характеристиками демонстрируют тесную взаимозависимость и взаимообусловленность сосудистых и внутрисосудистых факторов обеспечения тканевой перфузии. Данные об особенностях состояния локальной микроциркуляции и функционирования механизмов ее регуляции в норме и при нарушениях функций сердца и дыхания могут быть использованы в качестве теоретической основы при разработке новых подходов к терапии заболеваний кардиореспираторной системы.

Определение элементов молекулярных сигнальных путей, связанных с оптимизацией микрореологических свойств эритроцитов под воздействием биологически активных соединений имеет важное теоретическое и практическое значение для разработки терапевтических мишеней с целью коррекции гемореологических нарушений.

С использованием материалов диссертационного исследования были разработаны базы данных «Реологические показатели крови и параметры микроциркуляции в норме» (свидетельство о гос. регистрации № 2012621296 от 10.12.2012 г.) и «Реологические показатели крови и параметры микроциркуляции пациентов с нарушениями кровообращения» (свидетельство о гос. регистрации № 2012621295 от 10.12.2012 г), которые внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «ЯГПУ им. К.Д. Ушинского» (акты внедрения от 24.12.2012 г. и от 14.01.2013 г.) и применяются в качестве тренажеров при обучении аспирантов специальности 03.03.01 «физиология». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на курсе Института последипломного образования кафедры клинической фармакологии ГБОУ ВПО ЯГМА Минздрава России (акт внедрения от 29.10.2013 г.).

Положения, выносимые на защиту:

1. Снижение эффективности микроциркуляции при дыхательной недостаточности обусловлено ослаблением влияния вазоконстрикторных механизмов контроля микрокровотока и увеличением роли пропульсивных (респираторных и кардиальных) ритмов. Увеличение притока крови в микрососудистое русло обеспечивает поддержание устойчивости периферического кровотока в условиях кратковременной гипоксии (задержки дыхания). Курение ведет к снижению тканевой перфузии и резервных возможностей микроциркуляции.

2. Усиление нейрогенных и миогенных влияний, снижение вазодилата-ционной активности эндотелия и неблагоприятно измененные реологические свойства крови обуславливают ухудшение кислородного снабжения тканей при нарушениях деятельности сердца. Важность внутрисосудистых факторов в обеспечении тканевой перфузии в этих условиях подтверждается выявленными тесными корреляционными взаимосвязями между реологическими показателями и характеристиками механизмов регуляции микрокровотока.

3. Позитивный реологический эффект эндогенных и экзогенных вазо-дилататоров и кардиопротекторов in vitro обусловлен оптимизацией микрореологических свойств эритроцитов (снижением агрегируемости и ростом деформируемости). Активация В2-брадикининовых рецепторов ведет к снижению агрегируемо сти и росту деформируемости эритроцитов в норме и при тяжелой ХСН.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Уровни организации кровотока

Система кровообращения - одна из интегрирующих систем организма человека, предназначенная для снабжения тканей тела кровью в количествах, которые отвечают их потребностям в кислороде и питательных веществах (Камкин А.Г., Каменский A.A., 2004).

В системе кровообращения различают центральное и периферическое звенья. Центральное кровообращение осуществляется на уровне сердца, а также крупных магистральных сосудов и обеспечивает поддержание системного давления крови, направление движения крови из артериального русла в венозное и далее - к сердцу. Центральный кровоток направлен на поддержание постоянства таких показателей системной гемодинамики как частота сердечных сокращений, минутный сердечный выброс, объем циркулирующей крови, общее периферическое сопротивление сосудов, венозный возврат крови к сердцу (Бокерия Л.А., Аракелян B.C., 2010).

Периферическое кровообращение (местное, регионарное, органное) осуществляется в сосудах отдельных органов и тканей организма. Различному уровню деятельности органов и тканей соответствует различная интенсивность процессов расщепления органических соединений. Органное кровообращение обеспечивает ток крови в периферическом сосудистом русле в соответствии с постоянно меняющейся функциональной активностью тканей и уровнем пластических процессов в них (Васильев А.П. и соавт., 2008).

Регионарное кровообращение включает и кровообращение в сосудах микроциркуляторного (терминального) русла. Система микроциркуляции является мельчайшей фун�