Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гемореологические профили при физической активности и повышенном артериальном давлении

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Муравьев, Антон Алексеевич, Ярославль

На правах рукописи

МУРАВЬЕВ Антон Алексеевич

ГЕМОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И ПОВЫШЕННОМ АРТЕРИАЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ

03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор B.C. Шинкаренко кандидат биологических наук, доцент Л.Г. Зайцев

Ярославль -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

¡„ВВЕДЕНИЕ...............................!...................................................3

2. Глава II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.................................................7

3. Глава III. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА,

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........32

4. Глава IV. Макро- и микрореологические параметры крови

у физически активных женщин

и лиц с повышенным давлением................................45

5. Глава V. Макро- и микрореологические параметры

крови у физически активных мужчин и у лиц с повышенным давлением.................................61

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................76

7. УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................99

ВВЕДЕНИЕ

Система кровообращения осуществляет транспорт газов, нутриентов, метаболитов, биологически активных веществ, тепла и иммунных комплексов. Эта функция кровообращения в значительной мере связана с реологическими свойствами крови и кровеносных сосудов (A.M. Чернух и др., 1975; T. Secomb, 1987; J. Stoltz, 1995).

В организме человека и животных кровь является единственной подвижной тканью, которая течет только по сосудам/ Благодаря своей уникальной текучести кровь не только обеспечивает решение транспортных задач, но и интегрирует работу организма, доставляя клеткам - мишеням широкий спектр белковых макромолекул - регуляторов (Р. Эккерт и др., 1992).

С биофизической точки зрения кровь следует рассматривать как гетерогенную мультикомпонентную систему корпускулярной природы (К. Каро и др., 1981). Следует иметь ввиду, что кровоток подставляет собой прохождение концентрированный суспензии эластических микротел через микрососуды, диаметр которых в ряде случаев меньше размеров этих структур (В.А. Левтов и др., 1982; L. Dintenfass, 1977; Pries A.,. Secomb T., 1997).

В связи с этим для комплексной характеристики кровотока в нормальных и патологических условиях имеют весьма важное значение концентрация эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, их взаимодействие между собой и сосудистой стенкой, а также эластичность, форма клеток, вязкость крови и плазмы (D. Sutton,. G. Schmid-Schonbein., 1995).

В настоящее время широко исследуется неньютоновское поведение крови (повышение вязкости крови при уменьшении скорости или напряжения сдвига), зависимость вязкости цельной крови от концентрации клеток, их агрегации и деформации (А.Д. Викулов, 1997; J. Stoltz, 1995; R. Ajmani, 1997; M. London, 1997).

Наиболее важными проблемами гемореологии являются изучение синдрома гипервязкости как в физиологических, так и в патологических условиях, гемореологические аспекты микроциркуляции, микрореология клеток крови, оценка эффективности транспорта кислорода кровью и гематокрит, оптимальный для каждой ситуации (J. Stoltz, 1990, 1995).

Проблема оптимальной доставки кислорода в ткани имеет большое значение для обеспечения гомеостаза, поскольку запасов кислорода в организме нет и требуется его регулярное поступление (М.В. Борисюк, 1984; J. Brun et al., 1995). Если принять, что сосудистый компонент системы транспорта газов не изменяется, то эффективность доставки кислорода в ткани определяется соотношением гематокрита (концентрация эритроцитов) и вязкости цельной крови (S. Chien, 1977; J. Stoltz, 1990, J. Brun et al., 1995).

На уровне нутритивных капилляров и в посткапиллярынх венулах регуляция кровотока в основном определяется реологическими факторами -деформируемостью и агрегацией эритроцитов (T. Secomb, 1987, J. Stoltz, 1990).

Из вышесказанного вытекает важность исследования текучести крови и ее компонентов. Это составляет предмет гемореологии.

Основным параметром гемореологии является динамическая вязкость крови (В.А. Левтов и др., 1982; В.А. Галенок и др., 1987; R. Merrill et al., 1969; L. Dintenfass, 1977). В свою очередь вязкость цельной крови зависит от состояния четырех основных факторов:

1) вязкости плазмы, 2) гематокрита, 3) деформируемости и 4) агрегации эритроцитов (R. Müller, 1981). Эти основные параметры составляют целый комплекс, который можно представить в виде характерного гемореоло-гического профиля (J. Stoltz, 1990; A. Vaya et al., 1996).

При активизации кислородтранспортной системы, например, при мышечной работе, текучесть крови может определять эффективности доставки

кислорода в ткани и величину физической работоспособности (Е.П. Сулоев, 1995; А.Д. Викулов, 1997; L. Dintenfass, В. Lake, 1977; Е. Ernst, Matrai, 1986; J. Brun et al., 1995). Однако, многое остается не ясного в механизмах изменения полного гемореологического профиля при мышечной активности, особенно его микрореологической части. Неизученными остаются механизмы агрегации эритроцитов вообще и при мышечной деятельности в частности. С другой стороны, известно, что 50 % всего сосудистого сопротивления в венозной системе связано с агрегацией эритроцитов, а все его изменения определяются процессом агрегация - дезарегация этих клеток (Р. Johnson, 1995).

Мышечная тренировка сопровождается расширением адаптивных возможностей организма, в том числе увеличением аэробной работоспособности, в том числе и за счет улучшения реологических свойств крови (Е.П. Сулоев, 1995; А.Д. Викулов, 1997; J. Martins Е. Silva 1988).

Другие состояния организма, например, широко распространенное повышение артериального давления - гипертензия, часто ограничивают адаптивные возможности организма. Литературные данные о взаимосвязи изменений АД с реологическими свойствами крови противоречивы. С одной стороны, полагают, что отсутствует выраженная взаимосвязь между вязкостью крови и артериальным давлением (L. Dintenfass, 1981), с другой - приводятся доказательства о коррелятивной связи между величиной АД и вязкостью крови, плазмы и гематокритом (Koenig, 1985; R. Ajmani, 1997; М. London, 1997).

Таким образом, анализ проблемы показал, что требуется дополнительное исследование комплекса гемореологических параметров (гемореологических профилей) в условиях физиологической адаптации организма и при ее нарушениях.

Цель работы: Изучение гемореологических профилей при систематической мышечной тренировке и при повышенном артериальном давлении.

Исходя из поставленной цели решались следующие задачи исследования:

1. Изучить макро-и микрореологические параметры гемореологиче-ского профиля у физически активных лиц.

2. Выявить общие черты и различия в изменениях комплекса реологических параметров крови у физически активных мужчин и женщин.

3. Изучить макро - и микрореологические параметры гемореологиче-ского профиля у лиц с повышенным артериальным давлением.

4. Выполнить сравнительный анализ элементов гемореологического профиля у мужчин и женщин с повышенным давлением.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Микроциркуляторный отдел сосудистой системы является тем местом, где проявляется наибольшее сопротивление кровотоку (Б. Фолков и Э. Нил, 1976). Это связано с архитектоникой сосудистого русла и потоковым поведением компонентов крови. С позиций реологии кровь представляет собой суспензию, состоящую из форменных элементов в коллоидном растворе электролитов, белков и липидов (A.M. Чернух и др., 1975). Поскольку эритроциты занимают около половины объема крови, то их реологические свойства (гематокрит, деформация и агрегация) оказывают сильное влияние на сопротивление кровотоку (N. Maeda et al., 1996). Потоковое поведение эритроцитов в микрососудистом русле имеет важное значение для доставки кислорода из этих клеток в ткани (Т. Secomb, 1987). С одной стороны формирование пристеночного слоя плазмы, свободного от эритроцитов, выступает в качестве смазывающего слоя и улучшающего эффективность кровотока (В.А. Левтов и др., 1982; К. Каро и др., 1982). С другой стороны, свободный от клеток плазменный слой становится диффузионным барьером для движения кислорода из эритроцитов в ткани (N. Maeda et al., 1996).

Рассматривая текучесть крови в целом при разных состояниях организма, можно заключить, что она зависит от четырех основных компонентов (факторов): от гематокрита, вязкости плазмы, деформируемости и агрегации эритроцитов (В.Л. Левтов и др., 1982; А. В. Галенок и др., 1987; Müller, 1982; S. Forconi andM. Guerrini, 1996).

Влияние гематокрита

Данные многих исследований свидетельствуют о том, что между гема-токритом и вязкостью крови выявлена высокая степень взаимосвязи (J. Dormandy, 1974; G. Driessen et al., 1979; В.П. Цюрупович, 1979). Построены уравнения регрессии для предсказания величины вязкости крови по данным измерения гематокрита (О.П. Минцер и др., 1981; G. Thurston, 1978).

Необходимо иметь ввиду, что величина гематокрита зависит от числа эритроцитов, их объема, объема захваченной ими плазмы и деформируемости эритроцитов (R. Muller and F. Lehrash, 1981).

При физической нагрузке наблюдается как правило выраженная гемо-концентрация (H. Tanaka et al., 1993; J. Brun et al., 1995). Ее происхождение связано с усилением капиллярной фильтрации в мышцах при их активном функционировании. Следствием гемоконцентрации является теоретическое увеличение кислородной емкости крови и возможное повышение эффективности его транспорта (В. Л. Карпман и др., 1989). Однако, нарастание вязкости крови и прирост сосудистого сопротивления при этом может уменьшить эффективность этого механизма мобилизации транспорта кислорода (S. Chien, 1977; J. Stoltz, 1991; J. Brun et al., 1995). В этой связи, активно обсуждается вопрос об оптимальном гематокрите, при котором транспорт кислорода будет максимальным. Целый ряд исследователей отмечает, что в условиях относительного покоя такой величиной является ге-матокрит 40-42 % (К. Messmer et al., 1973; A. Gordan et al., 1974; G. Driessen et al., 1979). При параллельной регистрации напряжения кислорода в мышцах и гематокрита было показано, что оксигенация тканей ухудшается при очень высоком (выше 51 %) и очень низком (ниже 34 %) гематокрите. При градуальном приросте концентрации эритроцитов эффективность доставки

кислорода в ткани увеличивается до гематокрита 45 % и снижается при его величине, превышающей 50 % (К. Fonay et al., 1995).

Длительно применяемые умеренные мышечные нагрузки приводят к снижению вязкости крови и величины гематокрита (С. В. Коновалова, 1986; R. Letcher et al., 1981; J. Brun et al., 1994). Гемодилюция, возникающая как ответ на аэробную тренировку, сопровождается увеличением объема плазмы (Е. Ernst and A. Matrai, 1985). По мнению Ю.А. Петрова и В.А. Ланчен-кова (1978) увеличение ОЦП у спортсменов, является компенсаторной реакцией на усиление фильтрации, при мышечной нагрузке.

Физиологическая гемодилюция повышает эффективность снабжения кислородом тканей за счет снижения потерь энергии движения эритроцитов на уровне артериол (S. Mirhashemi et al., 1987) или вследствие прироста скорости движения эритроцитов в системе сосудов микроциркуляции (C.B. Московская и др., 1991).

Вязкость плазмы

Состав и свойства плазмы в значительной мере определяют текучесть цельной крови. Вязкость плазмы играет значительную роль в формировании сопротивления кровотоку на уровне микрососудов (I. Barras, 1969; Т. Bohler et al., 1995).

По мнению большинства исследователей плазму крови рассматривают как нъютоновскую жидкость, величина вязкости которой, зависит от температуры и концентрации белков в ней (К. Каро и др., 1981; С. Cokolet et al., 1981; J. Stoltz, 1990; L. Houbouyan et al., 1995). Повышение концентрации белков ведет к пропорциональному увеличению вязкости плазмы (В.А. Левтов и др., 1982; F. Marietta et al., 1995). Прирост содержания глобулинов

тоже сопровождается ростом вязкости плазмы (S. Charm and С. Kurland, 1974).

Вязкость крови - это упруго-вязкая среда для передачи сдвиговых усилий на эритроциты и другие клеточные элементы. Следовательно, вязкость плазмы участвует в процессе деформации эритроцитов, обеспечивая им пассаж через капиллярные микрососуды и этот конечный эффект зависит от соотношения вязкости плазмы и вязкости внутреннего содержимого эритроцита (J. Stoltz et al., 1990). Во-вторых, белки плазмы могут адсорбироваться на поверхности мембраны эритроцитов, изменяя ее вязко-эластические свойства и деформируемость в целом (S. Sekuta, 1981; М. Singh et al., 1982). В третьих, изменение концентрации фибриногена влияет на формирование предельного напряжения сдвига, при котором начинается течение структурированной жидкости (D. Quemada, 1978). В четвертых, плазма в капиллярах выступает в роли смазывающего слоя между движущимися клетками и стенкой сосуда (J. Barras, 1969; P. Gaehtgens and К. Albrecht, 1978; O.B. Алексеев, 1981).

Толщина этого простеночного слоя плазмы увеличивается при нарастании скорости течения или при повышении давления (К. Каро и др., 1981; Н. Schmid-Schoenbein et al, 1992). Этот механизм, возможно, проявляется при мышечных напряжениях, которые сопровождаются усилением кровотока (В. Klitzman and P. Johnson, 1980).

При разных функциональных состояниях организма наблюдается изменение белкового состава плазмы и, как следствие этого, модификация величины вязкости плазмы. Некоторые авторы наблюдали уменьшение вязкости плазмы в процессе долговременной тренировки аэробного характера (R. Letcher et al., 1985; J. Martins E. Silva, 1988; V. Convertino, 1991; А.Д. Ви-кулов, 1997). Эти позитивные изменения текучести плазмы объясняются

увеличением объема плазмы в результате «аутогемодилюции» после тренировочной программы.

При интенсивной мышечной нагрузке обычно наблюдается повышение концентрации белка и нарастание вязкости плазмы (D. Martin et al., 1985; M. Hardeman et al., 1995). Кроме того, нарастание вязкости плазмы положительно коррелирует с концентрацией лактата в ней (г = 0,717; J. Brun et al., 1995). В свою очередь, нарастание лактата в крови сопровождается увеличением агрегации эритроцитов и их ригидности.

Деформируемость эритроцитов

Важнейшим свойством эритроцитов, обусловливающим их способность выполнять транспортные функции является их деформируемость (А. Галенок и др., 1987; S. Chien, 1977; L. Dintenfass, 1982; T. Secomb, 1996). Имеются данные сообщающие, что уменьшение способности эритроцитов к деформации снижает их способность агрегировать друг с другом (H.Schmid-Schenbein, 1990, Л.Н.Катюхин, 1995). В то же время ряд авторов указывает на повышенное агрегатообразование при снижении деформируемости красных клеток крови (например, более ригидных эритроцитов при сахарном диабете (В.А.Галенок и др., 1987) и более плотных (старых) эритроцитов (G.Nash et al., 1991, P.Whittingstall et al., 1994).

Деформируемость эритроцита зависит от геометрии клетки, мембранной вязкоэластичности и цитоплазматической вязкости (S. Chien, 1977; G.Nash, 1991). Внутреннее содержимое эритроцита представляет собой ньютоновскую жидкость с сильной зависимостью вязкости от концентрации гемоглобина (Л.Н.Катюхин, 1995, H.Stoltz, 1982; A. Luquita et al., 1996). Поэтому любой фактор, оказывающий влияние на нормальную текучесть цитоплазмы (например, осмотическая дегидратация, полимеризация, либо

любая форма химической деструкции гемоглобина, ведущие к снижению деформируемости) влияет и на способность красных клеток крови к агрегации (H.Schmid-Schenbein,1990). Кроме того, гемоглобин может связываться с мембраной, изменяя ее эластичность в целом (G.Nash and H.Meiselman, 1983). Это взаимодействие зависит от концентрации гемоглобина и в физиологическом диапазоне величин внутриклеточная концентрация гемоглобина (МСНС) определяет максимум доставки кислорода в ткани (A. Luquita et al., 1996).

Вязкость внутреннего содержимого эритроцитов играет главную роль при высокосдвиговых условиях. При низких напряжениях сдвига основными определяющими являются вязкость мембраны и функциональная геометрия клетки. Обобщая данные литературы, можно сказать, что подавляющее большинство метаболических факторов оказывает воздействие на клеточную мембрану и лишь некоторые - на вязкость внутренней среды эритроцита (В.А.Галенок и др., 1987).

Мембрана эритроцита, согласно жидкостно-мозаичной модели Синге-ра и Николсона представляет собой фосфолипидный бислой с включенными в него глобулярными белками (C.Saldanlia, 1975, E.Evans, R.Hochmuth, 1977). Липидный бислой мембраны - это жидкость, в которой отдельные молекулы липидов быстро перемещаются, но только в пределах своего монослоя. Двойные связи в ненасыщенных углеводородных цепях увеличивают текучесть липидного бислоя (B.Alberts et al., 1986). Другим фактором, определяющим текучесть мембраны, выступает холестерин. Исследованиями M.Martinez et al. (1994) установлена корреляция между повышенным содержанием холестерина в мембране эритроцитов больных сахарным диабетом и ростом степени агрегации у этих пациентов. Помимо регулирования текучести холестерин, как полагают, увеличивает механическую прочность бислоя.

Липидный бислой плазматической мембраны асимметричен. Наиболее асимметрично распределены гликолипиды. Выдвигается гипотеза, что именно при их участии может осуществляться связь между клетками (B.Alberts et al., 1986). Полярные головы гликолипидов в мембране эритроцитов ориентированы к поверхности клетки. Самые сложные из гликолипидов - ганглиозиды - содержат один или более остатков сиаловой кислоты, которые придают молекулам этих гликолипидов отрицательный заряд.

Влияние сиаловых к