Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Кровоснабжение периферических тканей и внутренних органов крыс при изменении внешней температуры и гипоксии

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Кровоснабжение периферических тканей и внутренних органов крыс при изменении внешней температуры и гипоксии"

РГ6 од

г ч км

На правах рукописи

ТУРГАНБАЕВА АНИПА САМУДИНОВНА

КРОВОСНАБЖЕНИЕ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ И ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ КРЫС ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВНЕШНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ГИПОКСИИ

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 1997

Работа выполнена в Институте физиологии Сибирского отделения Российской академии медицинских наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор К.А.Шошенко

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Т.В.Козырева, доктор медицинских наук Ю.А.Власов

Ведущая организация - Московский государсвен-ный университет им.М.В.Ломоносова

Защита диссертации состоится " Ок^м¿иГрд 199?1Г. в_час на заседании диссертационного Совета Д 001.14.01 при Институте физиологии Сибирского отделения РАМН (630117, г.Новосибирск, ул.Тимакова 4)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии СО РАМН.

Автореферат разослан "_"_199_г.

Ученый секретарь специализированного совета к.б.н.

А.Г.Елисеева

Актуальность темы. Важную роль в тепловом балансе организма играет органный кровоток. Он обеспечивает кислородное снабжение тканей и может изменить теплопродукцию тканей и теплоотдачу, влияя на перераспределение кровотока между внутренними теплопродуци-рующими структурами и покровными тканями. Данные, полученные на собаках, овцах, обезьянах , тюленях, кроликах, морских свинках, показывают, что изменения регионарного кровотока при недлительном и умеренном (не угрожающим жизни) воздействии высокой или низкой температур, или пониженной концентрации кислорода, как правило, неоднотипны у различных животных (Vogel et all., 1969; Adachi et all., 1976; Haies et all., 1979; Sjoquist et all., 1986; Баранов и др.,1992; Балыкин и др., 1993; и др.). Только динамика кровоснабжения сердца и головного мозга у животных схожа: кровоток в этих органах не меняется или увеличивается, особенно, при гипоксии. При этом не меняется или растет органная доля минутного объема кровообращения (МОК). В отношении других структур - органов брюшной полости, почек, различных мышц, участков кожи - существует большой разброс данных, обусловленный не только разным видом, возрастом и массой животных, но и неидентичными условиями экспериментов и неоднотипными способами оценки исходных данных. Так, исследователи часто измеряли местный кровоток, но не оценивали органную долю МОК. Для ряда структур (например, скелетной мускулатуры или всей кожи) динамика этих параметров может не совпадать, и это не позволяет выявить характер перераспределения МОК между ними и внутренними органами или между мускулатурой и кожей.

Крыса - распространенный объект изучения кратковременных и длительных адаптивных реакций, в том числе реакций сердечно-сосудистой системы. Как маленькое теплокровное, обладающее высоким окислительным обменом, она более подвержена температурным и ги-поксическим воздействиям, при которых можно ожидать адекватных реакций сердечно-сосудистой системы. Они могут быть неидентичны в соответствующих условиях реакциям других млекопитающих из-за их различий в массе тела и эколого-физиологических особенностях вида животного. Как показывает анализ литературы, достаточной ясности о характере этих реакций у крыс, и в частности, о характере распределения МОК при тех или иных воздействиях, нет. Основная причина - мало публикаций. Таковых о распределении МОК при гипоксии нам найти не удалось. Данные относительно температурных воздействий оказались недостаточными: так, в работах отсутствовали све-

дения о температуре тела [Jansky, Hart, 19681 или приводились только данные о скорости регионарного кровотока [Султанов и др., 1991], по которым не всегда можно судить об органных долях МОК. Все это побудило нас предпринять настоящую работу.

Цель работы. У крыс описать достаточно полную картину распределения МОК при умеренных кратковременных воздействиях высокой и низкой температур окружающего воздуха и барометрической гипоксии, выявив специфически для каждого воздействия характер распределения МОК; особое внимание обратить при этом на взаимоотношение долей МОК, адресованных во внутренние органы и в периферические структуры - кожу и мышцы, и, в свою очередь, между этими структурами.

Задачи исследования. 1. Изучить характер распределения МОК в тепле (Т воздуха 32°С, контроль 23°С) при небольшом повышении Т тела (до 1°С); учесть при этом поведение крысы: в тесной норке-пенале или в свободной камере.

2. Изучить характер распределения МОК при одинаковом снижении температуры тела (на 2.3°С) при внешнем охлаждении и в условиях барокамерной гипоксии.

3. Для понимания возможных механизмов межорганного распределения кровотока а) провести посмертное морфометрическое исследование кровеносного русла в коже и подлежащей скелетной мышце и б) на основании данных морфометрии провести численное моделирование

' гемодинамики в этих структурах.

Научная новизна. Впервые описан у бодрствующих крыс полный поорганный характер распределения МОК при остром воздействии высокой, низкой температур воздуха и барокамерной гипоксии.

Впервые выявлено существенное влияние на характер распределения МОК при умеренной и высокой Т воздуха положения крысы: в тесной норке и в свободной камере.

Впервые проведено сравнение характера распределения МОК у крыс при барокамерной гипоксии и охлаждении, приводящих к одинаковому снижению температуры тела.

Впервые у крыс даны структурные и гемодинамические сравнительные характеристики кровеносных русел в коже и мышцах одного региона.

Теоретическое и практическое значение работы. Выявленные картины межорганного распределения кровотока у крыс при кратковременных умеренных температурных и гипоксическом воздействиях,

сравнительный анализ этих картин, а также данные по сравнительной оценке архитектоники кровеносного русла в периферических структурах (мышц и кожи), способствует пониманию механизмов становления и поддержания температурного гомеостаза у теплокровных. Выявленное нами своеобразие сосудистых реакций крыс на температурные и гипоксические воздействия следует учитывать в острых и хронических экспериментах на этих животных.

Основные положения, выносимые на защиту. 1. У крыс, подвергнутых кратковременным температурным и гипоксическим воздействиям, значительная адекватная и своеобразная сосудистая реакция, приводящая к межорганному перераспределении кровотока, наблюдается только при воздействии тепла.

2. У крыс отсутствуют развитые механизмы, которые обеспечивают разнонаправленные сосудистые реакции в коже и подлежащих скелетных мышцах и приводят к перераспределению кровотока между ними.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Конференции по экологической физиологии ?(Ашхабад, 1989), Седьмом Всероссийском симпозиуме "Эмолого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 1994), Втором Сибирском съезде физиологов (Новосибирск, 1995), Втором Меадународном симпозиуме по проблемам сано-генного и патогенного эффектов экологических воздействий на внутреннюю среду организма (Чолпон-Ата, 1995).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, посвященных обзору литературы, объектам и методам исследования, результатам исследования и их обсуждению, после которых следуют выводы. Она изложена на 133 страницах машинописи, включая 18 таблиц, б рисунков и два приложения. Список цитированной литературы состоит из 133 наименований на русском (61 ) и английском языках.

Обозначения: АВА - артерио-венозный анастомоз. МОК - минутный объем кровообращения, Мт - масса тела, ОСК - объемная скорость кровотока, Т - температура.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведено 6 серий опытов на беспородных лабораторных крысах-самцах с Мт 170-400 г. В одной из контрольных серий крысы 1 ч находились в камере ий оргстекла объемом 5 л (п-71,в другой - 1.В

(свободен только хвост), немного открытой спереди (n=5). Т воздуха в контроле была около 23°С. Две опытных серии были проведены при Т воздуха 32°С (гипертермия), в одной крысы находились 1 ч в той же камере объемом 5 л (п=7), в другой - 1.5 ч в норке-пенале (п=7). Обогрев воздуха производился лампой накаливания, расположенной над животным на высоте 22 см и соединенной с контактным электротермометром. Большая длительность опытов в норке обусловлена дополнительным измерением кровотока у крыс в хвосте по клиренсу 133Хе. Опыты с охлаждением (гипотермия) проводились на крысах, помещенных на 1 ч в норку-пенал при Т воздуха -8 - (-11)°С (морозильник бытового холодильника) (п=9). Гипоксическая гипоксия создавалась при Т воздуха около 23°С снижением барометрического-давления с помощью насоса Комовского в стеклянном эксикаторе объемом 5 л. i 15 мин на "высоте" 8 км.)

Ректальная Т регистрировалась у крыс до и после воздействий термистром (МТ-54), который вводился ректально на глубину 6 см.

Распределение МОК изучалось с помощью 15-микронных агрегатов альбумина, меченных 131J (фирма "Изотоп"). Их суспензию активностью 0.4 мБк/кг Мт в 0.2-0.5 мл физиологического раствора вводили крысам в дугу аорты через пластиковый катетер по истечении указанного выше времени воздействия. За сутки до опыта всем животным под наркозом (нембутал 50 мг/кг внутрибрюшинно) этот катетер помещали в правую сонную артерию и закрепляли его на коже спины. Через 3 мин после введения метки животных забивали инъекцией насыщенного раствора нембутала. Труп разбирали на органы, взвешивали их и из каждого органа брали навески для измерения гамма-радиоактивности., Далее проводили расчетную процедуру СБрод и др., 19911, находя следующее показатели: относительная масса органа ОМОД = M органа/М животногохЮО; радиоактивность органа PO = M органахрадиоагсгивность 1 г навески;1 органная доля МОКД = (РО/РО всех органов)х100; объемная скорость кровотока в органе ОСК.отн.ед. = доля M0K/GM0.

Наш опыт показывает, что при введении метки в дугу аорты через правую сонную артерию ее концентрация в правом полушарии, как правило, меньше, чем в левом, и довольно пестрые результаты получаются в оценке коронарного кровотока. Поэтому при нахождении суммарной радиоактивности органов считалось, что 8Z МОК приходится на сердце и мозг. Для нахождения долей МОК в скелетных мышцах,

- б -

коже и костях использовались данные, полученные ранее на крысах Вистар Мт 260 г [Вольский и др., 19801. согласно который относительная масса этих структур равна 42Z, S0Z и 16Z соответственно. При этом половину хвоста и лапок (по массе и радиоактивности) относили к костям, другую половину и уши - к коже. Костной пробой служили бедро и кости черепа. Кожные пробы брали со спины, живота и бедер, считая, что масса каждой области составляет 1/3 массы всей кожи без хвоста, лапок и ушей. Для оценки кожной доли МОК находили радиоактивность каждой кожной области, после чего их суммировали и добавляли радиоактивность ушей, половину хвоста и лапок. Долю МОК в мышцах рассчитывали по средней арифметической удельной радиоактивности трех мышц - длиннейшей спины, красных глубоких и белых поверхностных участков четырехглавой. В опытах с охлаждением и гипоксией к ним добавляли трехглавую плеча и косые живота. Среднюю арифметическую умножали на массу мускулатуры без диафрагмы: к полученной величине прибавляли радиоактивность диафрагмы.

Кровоток в хвосте по клиренсу 133Хе, измеренный у крыс через 1 ч после сидения в норке при Т 23°С и 32°С (эа 30 мин до введения микроагрегатов), позволил оценить величину МОК. 133Хе в физиологическом растворе вводился через катетер в дугу аорты (0.4 мл). Интенсивность излучения хвоста измерялась на установке "Ксе-нон-3" счетчиком импульсов ПП9-2М. Датчик был снабжен соответствующим калиматором. Регистрация клиренса длилась до 20 мин. Кровоток, мл/(мин.100 г), вычислялся по формуле:

ОСК - (In Pi - In P2)/P(t2 - ti), где Pi и Pz - радиоактивность хвоста (без фона) во время ti и tz (мин), р - равновесное отношение объемных концентраций изотопа в крови и ткани, принимаемое в расчетах за единицу [Баранов, Елагин, 1991]. По окончанию клиренса крысам вводили меченые микроагрегаты, после чего проводили процедуру, необходимую для измерения долей МОК. Зная скорость кровотока в хвосте, определенную методом клиренса (ОСКк) и по распределению микроагрегатов (ОСКм), можно вычислить МОК: МОК, мл/(мин.100 г) - ОСКк/ОСКм.

Морфометрия кровеносного русла проводилась на косых мышцах и коже живота у пяти беспородных крыс Мт 180-260 г. После их забоя кровеносные сосуды исследуемой области заполнялись через грудную аорту разведенными мелкодисперсными масляными красками (синей - 3

г берлинской лазури и красной - 1 г краплака в 2 г скипидара и 10 мл хлороформа), сначала первой для заполнения капилляров и вен, ватем второй для заполнения артерий. Кусочки стенки живота фиксировались в 62-ном растворе нейтрального формалина, после чего на замораживающем микротоме приготовлялись продольные и поперечные срезы толщиной 50-200 мкм. которые просветлялись в глицерине.

Метод морфоыетрического исследования сосудистого русла [Шо-щенко и др.. 1982; Брод. Голубь, 1991; Голубь. Брод, 1991] предполагает. что структурной единицей его является тройник, состоящий из ствола и двух ветвей. Последовательно соединенные тройники образуют артериальный и венозный отделы, связанные между собой капиллярами. Каждый тройник характеризуется диаметром ствола и ветвей D0. Di и Dz, длиной L (расстояние по стволу от вышележащего разветвления до вершины собственного разветвления), углами поворота ветвей Ф1 и Ф2. углом разветвления тройника <?0-<Р1+Ф2. долей сечения ветви Н1.2 - IOOxDi. 22/(Di2+D22) и коэффициентом разветвления, характеризующим изменение суммарного просвета ветвей по сравнению с просветом ствола k - 100*(Di2+D22)/Do2. Измерялось примерно 30 артериальных и 30 венозных тройников разного разряда С Do. мкм: <10, 11-20, 21-40, 41-60, 61-90, 91-130, >130. При этом старались у каждой крысы измерить одинаковое число тройников в каждом разряде. По средним статистическим величинам <p, L, к и Н в каждом разряде строились графические зависимости их от Do. Они позволяли выявить регионарные особенности русел и служили основой для численного моделирования гемодинамики в них. Важной характеристикой тройников является зависимость к от Н СШошенко и др., 1981]. Она определяет величину потоков крови в ветвях. Поэтому тройники в каждом разряде делились на три класса (1.резко асси-метричные с Нг<15%, 2.умеренно ассиметричные с Нг-15-45% и 3.симметричные с Нг>452) и находились среднестатистические параметры для каждого класса. Сортировку тройников и статистическую обработку их проводили на JBM PC 286S-120 по программам А.С.Голубя с помощью И.М.Коростышевской.

В численном моделировании гемодинамики использовался подход, разработанный ранее СШошенко и др., 1982; Голубь, Брод, 1991]. На основании графической зависимости k, Н и L от Do строили в русле наиболее длинный путь от артерий к капиллярам и от них к венам, который проходит по более широким ветвям тройника. Диаметры ма-

гистральных артерий, вен и капилляров, а также длину капилляра задавали, а диаметр ветви 1 первого ствола, как и последующих, находили по формуле 01-0о/кН1. в которой к и Н1 определяли по графикам к(0о) и Н1Ф0). По таким же графикам находили Ь ствола. Расчеты проводили по формуле Пуавейля ЛР-32пУ!У02, при заданной вязкости крови 2.35 сП [Фольков. Нил, 1976]. Если 0 и Ь находили по графикам, то V рассчитывали по формуле У1-Ус(кН)(2+х)/2, где х определялась из уравнения к-(Н1(4+х)/2+Н2(4+х)/2Г2/(4+х) ■ Это уравнение, выведенное А.С.Голубем, учитывает характер связи к(Н) в каждом разряде тройников. Моделирование гемодинамики позволило оценить в различных отделах русла ДР, Ь, градиент давления ДР/Ь и сосудистое сопротивление ДР/(УЯ02). По соотношению V в магистральном сосуде и в капилляре можно найти общее количество капилляров в бассейне данной артерии или вены: Нк-СУм/УкЭхАЭк^/Ок2)• Численная реконструкция длинного пути в русле, оценка его гемоди-намических параметров и №к проводились на ЛВМ РС286-120 по программам А.С.Голубя с помощью И.М.Коростышевской.

В работе приводятся средняя арифметическая (X), ошибка средней (Бх), коэффициент вариации, число крыс или сосудов (п). Достоверность различий оценивали по критерию Стъюдента для малочисленных разновеликих выборок с уровнем значимости >952.

8

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Гипертермия при внешнем обогреве. Характер распределения МОК у контрольных крыс, сидящих в тесной норке-пенале и в сравнительно свободной камере несколько различался. У крыс в норке был повышен кровоток в трапецевидной мышце, коже живота и ушах. Однако это различие не сказалось значимо на органных долях МОК. Поэтому обе серии контрольных крыс мы объединили в одну.

По сравнению с ней распределение МОК при нагревании у крыс, сидящих в камере, несколько иное, чем у крыс в норке (табл.1). У первых снижены доли МОК в костях, внутренних органах, забирающих значительную часть системного кровотока (в кишечнике и печени в 1.9 и 1.4 раза соответственно), и в скелетных мышцах (в 3.8 раза), в том числе в диафрагме с 0.67±0.235 7. до 0.39±0.077 Почечная доля МОК при этом не изменялась.

У крыс в норке доля МОК в почках также не менялась. Она сни-

жалась в органах пищеварительного тракта (желудке, кишечнике, печени) , но в отличии от "камерных'' крыс меньше снижалась в скелетной мускулатуре, при этом достоверно увеличивалась в диафрагме с О.48±0.058 X до 1.8*0.37 %.

У крыс обеих опытных серий мы не нашли достоверных изменений доли МОК, адресованной в кожу, хотя средняя величина ее у крыс в норке была в 1.5 раза больше. В то же время у всех крыс достоверно увеличивались доли МОК, проходящие черех хвост и уши. Доли МОК и относительная ОСК при нагревании в камере падали в исследованных мышцах, кроме длиннейшей сп*ины. в норке они росли в трапецевидной, особенно, в диафрагме и снижались в остальных трех мышцах.

У всех животных, подвергнутых нагреванию, обнаружено значительное количество метки в легких (в 5 раз у крыс в норке и в 10 раз - в камере). Если представить, что только 4% введенных микросфер застревает в бронхиальных микрососудах, то 38% и 16% МОК (у крыс в камере и норке) попадают в микрососуды малого круга через ABA, а оставшаяся часть (58% и 80% соответственно) распределяется по капиллярам большого круга. Если принять эту оставшуюся часть ва 100%, то распределение МОК существенно не изменится по сравнению с картиной в табл.1; сохранилась достоверно сниженной доля МОК в мускулатуре у крыс в камере и станет достоверно повы-шеннои кожная доля;g брюшной полости исчезли, хотя средние величины остались ниже, особенно, для крыс в норке.

Одновременное измерение ОСК в хвосте крыс (норка) по распределению макроагрегатов (в отн.ед.) и по клиренсу 133Хе (в мл/(мин.100 г)) позволило определить величину МОК. В контроле (п-5) она равнялась 24±3.1, в тепле (п-7) 36±4.2 мл/(мин.100 г).

Гипотермия в связи с охлаждением или гипоксией. Предварительно мы нашли такую длительность пребывания крыс в барокамере и в холодильнике, при которой ректальная Т снижалась на небольшую и одинаковую для тех и других крыс величину.

Данные в табл.2 показывают, что у крыс на холоде по сравнению с контрольными (табл.1) наблюдается неожиданное явление -увеличение кожной доли МОК (почти в 2 раза) и некоторое снижение доли МОК в костях. В остальных структурах - пищеварительном тракте, печени, селезенке, почках - чаще видно небольшое снижение средних долей МОК, в скелетных мышцах - их повышение. Не все эти

Таблица 1

КРОВОСНАБЖЕНИЕ ОРГАНОВ БОДРСТВУЮЩИХ КРЫС ПРИ НАГРЕВАНИИ, Х+5х (п)

доля мок, г 1 1 » ОСК, отн.ед

Орган 1 23 с | 32 1 С | 23°С 32 °С

контроль (12)| 1 камера (7) | 1 норка (7) | контроль камера 1 | норка

258+18г | 207±9г | 197+9г | 1 0.8±0.18°С | 1.010.1°С

1. Легкие 3.>8 ±0.35 1 42+5.16* 1 2015.6* 7.210.86 49+5.8* 1 23+8.2*

2. Желудок 2.4±0.24 2.8+1.13 1.4+0.41* 2.410.43 1.110.30* 1.3+0.38*

3. Кишка тонкая 9.7+0.89 4.9+1.38* 6.6+0.71* 3.1+0.35 1.6+0.45* 2.1+0.17*

4. Поджел.железа 1.010.15 0.84±0.154 0.7010.108 2.9+0.44 1.6Ю.38* 1.5+0.30*

5. Селезенка 0.91+0.080 1.2+0.22 0.6110.123 3.9+0.60 3.310.70 2.3+0.35

£ 2-5 14+1.0 9.5+2.76* 9.3+1.20* 2.9+0.31 1.5+0.36* 1.910.21

6. Печень:артер. 12+0.8 8.4+1.18* 8.6+1.50* 2.610.19 1.710.24* 1.8+0.40

весь 26+1.2 1813.5* 18+1.3* 5.4+0.34 3.710.73* 3.810.33*

7. Кишка толстая 4.0+0.40 2.3+0.80* 2.3±0.32* 2.3+0.43 1.0+0.30* 1.210.13

8. Почки 7.7+0.99 8.0+2.11 6.7+0.60 6.8+1.26 7.1+1.62 7.7+0.70

9. Надпочечники 0.15Ю.013 0.09+0.032 0.27Ю.033* 6.3+0.64 6.4+2.64 10+1.9*

10. Щитов.железа 0.09+0.017 0.38+0.064* 0.4210.145* 3.6+0.69 2316.3* 21+6.0*

11. Яички 1.9+0.31 0.46+0.110* 1.1+0.22 1.010.13 0.42+0.254 0.40+0.086*

12. Жировая ткань 1.4+0.23 0.14Ю.042* 0.79+0.209 1.0+0.45 0.43+0.116 0.8510.253

Е 2-12 41±2.0 30+5.3 30+1.7* 2.2+0.12 1.7+0.28 1.7+0.12*

13. Скелетн.мышцы 29±2.00 7.6+1.24* 22+4.9 0.66+0.047 0.17+0.028* 0.50+0.109

14. Кожа 8.0+0.89 7.5+1.35 12+2.8 0.39+0.043 0.36+0.066 0.57Ю.138

15. Кости 10+0.7 4.9+1.25* 8.6+0.90 0.6410.040 0.4310.114* 0.50Ю.052*

Е 13-15 47+1.8 20+2.0* 42+5.7 0.5810.022 0.25+0.025* 0.50Ю.070

Е 1-15 92 92 92 0.9310.05 0.9410.007 0.9310.009

Все органы 100 100 100 1.00 1.00 1.00

Примечание. В головке левой части таблицы - Мт и число (в скобках) крыс, в правой части -прирост Тр. Показаны достоверные различия с контролем.

изменения достоверны.

При сравнении характера распределения МОК V крыс на холоде и в тепле (норка) значительное различие наблюдается лишь для объема кровотока, попадающего в легкие через ДВА. Остальные доли МОК - в пищеварительном тракте, печени, почках - достоверно не различаются. Мышечная доля МОК на холоде, в среднем, в 1.5 раза выше, чем в тепле, однако однотипной сосудистой реакции в различных мышцах мы не видим (рис.1). Нет ее и в коже. Только на животе и. особенно. в ушах относительная ОСК на холоде ниже.

При гипоксии заменить значимые изменения в регионарном распределении кровотока по сравнению с контролем нельзя (табл.2).

При гипоксии и охлаждении увеличивается кровоток в надпочечниках, и они становятся органом с самым высоким кровотоком. Он превышает среднеорганный в 10-11 раз.

Обращает на себя внимание значительное увеличение разброса данных в выборке у опытных крыс. Если коэффициент вариации долей МОК среди 11 органов из табл.1 и 2 (без органов N 9-12) в контроле равнялся 29±2.9X, то на холоде и при гипоксии он увеличился почти вдвое: 57±6.6% и 57±5.1Х.

При сравнении двух опытных серий крыс (опыты в камере), охлажденных и подвергнутых гипоксии, мы не видим разницы в характере распределения МОК во внутренних органах, лишь в костях при гипоксии доля МОК повышена в 2.3 раза. Средние величины ОСК у гипо-термических крыс по сравнению с гипоксическими, в мышцах и коже, как правило, выше (исключение - хвост, рис.2). Разница между ними небольшая, по большей части недостоверная. Одна из причин этого -возросший разброс величин относительной ОСК при наших воздействиях. Коэффициент вариации этого показателя в коже увеличивается с 41±4.6% в контроле до 63±16% при гипотермии и 89±26% при гипоксии (п-5), в мышцах с 26±5.0% до 56±7.3% и 68±7.4X (п-5), соответственно. Однако однонаправленность изменений ОСК позволяет считать, что при гипоксии по сравнению с гипотермией происходит снижение кожной и мышечной долей МОК.

Архитектоника кровеносного русла в коже и скелетных мышцах. Не выявлено значимых различий в анатомической конструкции кровеносного дерева в коже и косых мышцах живота у крыс. К в том, и в другом органе сосудистые разветвления имеют, в среднем, близкие параметры, и эти параметры однотипно изменяются в направлении ка-

Таблица 2

КРОВОСНАБЖЕНИЕ ОРГАНОВ БОДРСТВУЮЩИХ БЕЛЫХ КРЫС ПРИ ГИПОТЕРМИИ И ГИПОКСИИ,

Х±3х (п)

Доля МОК, % | ОСК, отн.е'д.

Орган -... ......... гипотермия (9)|гипоксия (7) 189+ 8.4г | 203+ 9.бг | ■ - •.. 1 гипотермия | -2.3± 0.17°С | 1 гипоксия -2.2± 0.26°С

1. Легкие 3.6+1.00 4.711.51 4.6+1.88 6.7+2.57

2. Желудок 2.0+0.36 2.3+ 0.56 2.4+0.38 2.6+0.38

3. Кишка тонкая 9.6+1.93 8.7+1.1 3.3+0.67 2.9+0.44

4. Поджел.железа 1.4+0.50 1.3+0.18 2.4±0.40 2.6+0.64

5. Селезенка 0.44+0.044х 1.1+0.27* 1.8+0.24х 5.3+1.6*

Е 2-5 13+2.0 13+1.3 2.9+0.50 2.8+0.30

6. Печень:артер. 8.1± 2.40 12±1.7 1.9+0.55 2.3±0.23

весь 21+2.4 25+2.3 5.0+0.47 4.9+0.66

7. Кишка толстая 2.3+0.48х 3.5+0.92 1.7±0.42 2.8±0.62

а. Почки 5.7+0.65 8.1+2.1 6.2+0.75 8.6+2.30

9. Надпочечники 0.20±0.056 0.17+0.028 13+4.2х 11+0.9*

10. Щитов.железа 0.09+0.035 - 9.1+5.00 -

11. Яички 4.0±1.10х 1.4+0.42 1.8+0.65 0.75+0.193

12. Жировая ткань 1.3+0.40 0.7+ 0.15х 1.0±0.29 0.76±0.355

Е 2-12 34±3.1 39+3.0 2.2+0.23 2.5±0.26

13. Скедетн.мышцы 35+3.3 27+2.4 0.75+0.060 0.61+0.057

14. Кожа 13+1.3х . -,,,7.7+1.19* . 0.62±0.062х 0.36±0.057*

15. Кости 6.3±1.50х 14+2.8*х 0.38±0.086х 0.82±0.160*х

Е 13-15 54+2.7 48+3.9 0.64+0.030 0.59+0.050

Е 1-15 92 92 0.92 0.92

Все органы 100 100 1.00 1.00

ПрИмбчаКИс. В ЛбВОя ЧЗОТИ ГОЛОБКИ ТЗиЛйЦЫ - м~ й ЧИСЛО (Б СКОиКол) КрЫС, Б правой - снижение Тр. Показаны достоверные различия с контролем (крестики) и между опытными группами (звездочки).

2.5 2

1.Я 1

-1.5 -2 -2.5 -3 -3.5

Кожа

11 s I

X X

Мышцы

& t

8.

1

ТУШ

i s s

О Г

| I i

ж o

Ё i S

*f I

з á SI I

2

ад 2

1.5| 1

Кожа

La

Мышцы

Г7! РЗ .

-1.5] -2 -2.5)

§

3 i >• X

в o s s а

Z б. К К к

X tí С С X

с г в в о

о с с э

Ф ® о

II

ilsiüigl

ПёМяШ

m

О <Н

=1 СО

Ф л

с ¡2

«г 8. • в !5 * Е

slftf

II1

а

Е &

et

Рис. 1. Кратность изменения ОСК (в отн. ед.) в коже и мышцах бодрству

ющих крыс (норка) при охлаждении по сравнению с нагреванием Рис. 2. Кратность изменения ОСК (в отн. ед.) в коже и мышцах бодрству ющих крыс при охлаждении по сравнению с гипоксией

3

пилляров по мере уменьшения диаметра стволов: разветвления становятся более симметричными по сечению ветвей (Нг приближается к Н1) и по углам их поворота («и приближается к чнг). угол разветвления ф0 и коэффициент ветвления к увеличиваются, растет относительная длина стволов 1/0о, хотя сама длина Ь падает.

В коже и мышцах живота, как и в других ранее исследованных структурах СШошенко и др., 1982], параметры венозных разветвлений отличаются от артериальных: у первых меньше Фг и Фг, особенно в коже, короче Ь, меньше к. Наиболее низкий к в бифуркациях кожных вен с 0о<40 мкм. В них слияние двух ветвей не сопровождается сужением русла. По величине параметров и динамике их изменения в связи с изменением 0о кровеносное русло кожи и косых мышц живота крыс оказалось похожим на русло в других скелетных мышцах позвоночных, особенно позно-тонических красных СШошенко и др., 19821.

Длина кровеносных капилляров равняется, мкм, в мышцах 305±18 (п-35), подкожной жировой клетчатке 180±12 (п-39), сосочковои и зернистом слоях кожи 117±10 (п-37) и в волосяных луковицах и влагалище 103±7 (п-20). л

Моделирование гемодинамики. Численное моделирование показывает почти полное сходство исследованных показателей в кровеносном русле кожи и мышц. Только в мышцах несколько больше, чем в коже, число вен, приходящихся на одну артерию того же сечения (табл.3).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

\

Подчеркнем, что изменения Т тела на 1-(-2.5)°С, наблюдаете в наших опытах, считаются для крыс физиологической нормой.[Иванова, 1984] и наблюдаются у них в течение суток [Майзелис, Руттен-бург, 1949]. В то же время внезапное изменение условий внешней среды явилось для крысы стрессорным фактором. Известно, что только внезапное перемещение ее, а тем более внезапное ограничение ее подвижности приводит к перераспределению МОК в пользу скелетных мышц и головного мозга; кровоток в органах пищеварения при этом падает СКииаМга еЬ а!1., 1993]. В наших опытах внезапному перемещению подвергались все крысы, однако ограничение подвижности испытали только помещенные в норку. Какие-то проявления этой, по мнению исследователей, защитной реакции (у крыс повышается в крови уровень катехоламинов) у них сохранились: так, несмотря на

Таблица 3

ПАРАМЕТРЫ СОСУДИСТОГО РУСЛА В КОЖЕ И КОСЫХ МИЩАХ ЖИВОТА У КРЫС (численное моделирование согласно Приложения 2)

Показатель ... i Мышца | i Кожа

И, мкм. артерия 130 130

капилляр 5 5

вена 170 170

Число генерации артерии 49 53

вены 41 41

Ей мкм (2), по артериям 7675 (58) 8709 (64)

капилляру 320 (3) 130 (1)

венам 5170 (39) 4596 (35)

всего 13165 (100) 13435 (100)

V, мкм/с, в артерии 32010 33235

капилляре 500 500

вене 2345 2625

Число капилляров артериальных 41947 41933

венозных 5375 5679

Их отношение 7.8 7.4

Число вен/Число артерий;Б,мкм У ёз 3.2 1.8

10 6.4 3.2

20 éb 11.1 8.0

50 ido 15.1 11.7

100 14.9 12.7

ДР, мм Не (%), в артериях 36.6 (83) 34.1 (84)

капиллярах 4.1 (9) 1.9 (5)

венах 3.3 (8) 4.5 (И)

всего 44.0 (100) 40.5 (100)

Входное сопротивление, 104 мм Hg/(мл.с):

А 130 мкм - В 170 мкм 11 10

А 100 мкм - В 100 мкм 16 16

А 50 мкм В 50 мкм 89 83

А 20 МКМ -» В 20 мкм 916 856

А 10 мкм В 10 мкм 5450 4715

Примечание. Сопротивление рассчитано для пяти участков руслг артерий диаметром 130-10 мкм до вен диаметром 170-10 мкм.

одинаковую позу контрольных крыс в норке и в камере, у первых значительно повышен кровоток в трапецевидной мышце, в коже живота и ушах. При этом значимой разницы в долях МОК, адресованных в органы пищеварения, почки и надпочечники, мы не нашли.

По-видимому, отчасти в связи с различием исходного нейрогу-морального состояния животных в норке и камере сосудистая реакция, приводящая к межорганному перераспределению кровотока при нагревании, количественно у них различна. У крыс в камере падает в 3 раза доля МОК в костях и мышцах, в том числе и в диафрагме. Заметим, что при нагревании в камере крысы ложатся на живот, распластавшись, а в норке они продолжают сидеть. Однако и у них доля МОК в мышцах и костях становится меньше в 1.3 раза, причем в диафрагме доля МОК растет в 4 раза, что связано, наверное, с резким учащением дыхания. Исследователи, работавшие с гипертермией у крыс, ' использовали норку-пенал. Возможно, поэтому они не нашли снижение мышечного кровотока, более того, обнаружили его увеличение [Султанов и др., 1991]. У других видов изменения кровотока в недыхательных мышцах при нагревании неоднозначны: у овец и морских свинок он падает, у собак растет [Hales et all., 1973, 1975]. По-видимому, это обусловлено видовыми особенностями реакций животных не только на само тепло, но и на обстановку эксперимента.

При нагревании у крыс в норке и камере доля МОК в органах пищеварения падает одинаково, в среднем, с 30% до 20%. Похожие явления находят исследователи, работающие с различными млекопитающими [Hales, 1973; Rowell, 1974; Dampney, 1975; Hales et all., 1979; Султанов и др., 1991]. Неизменность почечной доли МОК в наших опытах ( в экспериментах других исследователей она, как правило, снижается), возможно, обусловлена небольшим перегреванием животных.

Повышение Т тела крыс сопровождалось недостоверным 1.5-кратным повышением кожной доли МОК только у крыс в норке. У крыс в камере она не менялась. Однако, если в расчетах учитывать только кровоток, проходящий черев капилляры, а не через АБА, тс у крыс в камере кожная доля МОК также, в среднем, оказалась повышенной в 1.5 раза. У крыс (больше у тех, что в камере) повышение доли МОК при нагревании мы нашли только в ушах, хвосте и коже живота. А в других областях кожи (на спине и лапках), которые в наших расчетах занимали почти 2/3 всей массы кожи, доли МОК снижались.

В опытах с нагреванием крыс в норке [Султанов и др., 1991] ОСК также увеличивалась в хвосте в 4-5 раз, однако в коже спины снижалась примерно на 30%. Исследователи не оценивали всю величину кожной доли МОК, однако разнонаправленные изменения кровотока в различных участках кожи врядли дадут ее увеличение. Похожие явления наблюдались у мериносовых овец и борзых собак [Hales, 1993; Damphey, 1975]. У них при повышении ректальной Т на 1-2°С доля МОК возрастала только в участках с высоким теплообменом. Так как масса их по сравнению с остальной массой кожи невелика, то существенных изменений кожной доли МОК исследователи не нашли. У других млекопитающих - человека [Rhodes et all., 1972], павианов [Hales et all., 1979], байкальской нерпы [Елагин и др., 1988; Баранов и др., 1992] - многократное увеличение кожного кровотока при нагревании наблюдается повсеместно, но более выражено в отдельных участках с высоким теплообменом: на конечностях, особенно пальцах, в ушах. Таким образом, у млекопитающих, как правило, существуют кожные образования, преимущественно участвующие в теплообмене. При перегревании у одних видов увеличивается доля МОК во всех покровах и больше в этих образованиях, у других, к ним относится лабораторная белая крыса, кровоток увеличивается только в этих образованиях; при этом кожная доля МОК существенно не меняется.

Согласно нашим данным доля МОК, протекающая по капиллярам, в хвосте при нагревании повышается в 2-3 раза. Известно, что ОСК в магистральных сосудах хвоста у крыс в тепле может увеличится в 15-20 раз [Rand et all., 1965; Olery, Wand, 1994]. Это означает, что большая часть кровотока в хвосте проходит через ABA. Резкое увеличение в легком меченных микросфер при нагревании крыс, особенно, в камере, служит тому подтверждением. По нашим расчетам ABA хвоста могут перенести всего 27. МОК. Поэтому большая часть шунтирующего кровотока должна проходить через ABA других образований, причем необязательно кожных. Конструкция микроциркулятор-ного русла в хвосте крысы такова, что возникновение в нем кровотока через ABA не мешает увеличению кровотока через капилляры. В других органах, не участвующих в теплообмене, сопротивление ABA может быть значительно ниже сопротивления истинных капилляров. Тогда открытие ABA неизбежно приведет к снижению капиллярного кровотока, что мы и наблюдаем , например, в скелетных мышцах или

органах пищеварения при нагревании крыс.

Доли МОК во внутренних органах у крыс при гипотермии и гипоксии, по сравнению с контролем и при сравнении двух опытных серий между собой, не претерпевают заметных, а главное, однонаправленных закономерных изменений. Только в надпочечниках резко повышается доля МОК, что свидетельствует об их активации. Литературные данные противоречивы и сопоставление с ними врядли возможно из-за различий в условиях опыта. По большей части они показывают снижение долей МОК или кровотока в органах пищеварительного тракта и почках при внезапном воздействии холода или недостатке Ог [Jansky, Hart, 1968; Vogel et all., 1969; Alexander et all., 1972; Adachl et all.. 1976; Mayfleld et all.. 1986; SJoquist et all.,19861. Такого явления в наших опытах не наблюдалось.

Известно, что охлаждение, приводящее к небольшому снижению Т тела или не вызывающее его, активирует расширение сосудов в скелетных мышцах крыс [Jansky, Hart, 1968] и других животных [Alexander et all., 1972; Mayfleld et all., 1986; SJoquist et all., 1986]. С другой стороны, гипоксия, угнетающая энергетический обмен и, как следствия этого угнетения, приводящая к снижению Т тела. если и активирует кровоток в .ркелетных мышцах, то, наверное, несколько меньше. Поэтому при сравнении гипотермических крыс с гипоксимическими мы видим у первых более высокую относительную ЭСК почти во всех мышцах. Возможно, это явление и обеспечивает 5олее быстрое восстановление Т тела у животных, подвергнутых охлаждению, по сравнению с гипоксическими животными [Сепишева, 1991].

Согласно нашим данным в костях с костным мозгом доля МОК при )хлаждении падает, и это может служить источником увеличения кро-ютока в скелетных мышцах и в коже. При гипоксии по сравнению с сонтролем при 23°С костная доля МОК не меняется или даже растет. )аметное повышение доли МОК в костях при острой гипоксии на фоне :нижения этих долей в коже, скелетных мышцах (кроме дыхательных), ючках и органах пищеварительного тракта (кроме артериального [ритока в печень) описано и у собак [Adachl et all., 1976].

Почти двукратное увеличение кожной доли МОК при охлаждении :рыс явилось для нас неожиданным. По сравнению с контролем ОСК 'величилась во всех исследованных участках кожи. В литературе шисано холодовое расширение кожных сосудов и увеличение кровото-

ка в отдельных участках кожи у крыс CHeiIstrom, 1975]. Такая ди-лятация, по-видимому, возникает после первоначального холодового сужения кожных сосудов. Поэтому 1.5-кратное падение кожной доли МОК, наблюдаемое у крыс после 70-минутной экспозиции при Т воздуха 9°С (контроль при 30°С), может отражать первую фазу в реакции кожных сосудов на охлаждение [Janskv, Hart, 19681. Напомним, что крысы в наших опытах находились в более жестких условиях.

Параллелизм в изменениях кровотока в мышцах и коже у крыс может свидетельствовать о несовершенстве механизмов перераспределения кровотока внутри периферических структур - кожи и мышц. Белые крысы отличаются от таких животных, как тюлени [Баранов и др., 199.], павианы [Haies et all., 1979], не только однонаправленными изменениями кровотока в коже и подлежащих мышцах, но и узкими пределами, в которых изменяется кожная доля МОК, 8-13%.

Наша морфологическая работа с последующим моделированием аналогична работе, проведенной О.К.Елагиным [1989] на мышцах и коже живота байкальского тюленя.Она показала, что у крыс нет разницы в конструкции кровеносного русла в коже и мышцах, и сопротивление сосудистых бассейнов в этих структурах одинаково. У тюленей, в основном, из-за высокой величины к, сопротивление кожного бассейна в два с липшим раза ниже, чем мышечного. По-видимому, для многократного повышения кожного кровотока необходимо низкое сопротивление анатомической конструкции кожного русла по сравнению с руслом в подлежащей мышце, имеющей с кожей один и тот же источник кровоснабжения. Возможно, у теплокровных, размеры тела которых малы, спазм кожных сосудов, направленный на термоизоляцию ядра тела, малоэффективен. Такие теплокровные ищут более теплую среду обитания или приобретают способность к гетеротермии.

ВЫВОДЫ

1. У бодрствующих белых крыс, подвергнутых нагреванию (1-1.5 ч при Т воздуха 32°С; ректальная Т увеличивалась наШ0°С), охлаждению (1 ч при Т воздуха -10°) и барокамерной гипоксии (15 мин на "высоте" 8 км; в двух последних опытах ректальная Т падала на 2.3 °С), только в первом случае развивалась значительная адекватная сосудистая реакция, приводящая к перераспределению минутного объема кровообращения (МОК): снижались его доли в скелетных

шшцах, костях, органах пищеварительного тракта и увеличивалась доля МОК, проходящая через артерио-венозные анастомозы большого круга диаметром более 15 мкм, минуя капилляры.

2. Эта реакция количественно различалась у крыс, находящихся при нагревании в тесной норке-пенале и в свободной камере, где они могли лечь, распластавшись и облизываясь: доля МОК в мышцах падала (с 29% при Т воздуха 23°С) в норке до 22%, камере до 7.6%; в костях с костным мозгом с 10% до 8.6% и до 4.9%, соответственно. В органах пищеварительного тракта снижение доли МОК в камере и норке было равным: с 30% до 20%. Легочная доля МОК увеличивалась с 4% (в контроле она характеризует, в основном, кровоток по системе бронхиальных артерий) до 20% в норке и 42% в камере.

3. Охлаждение (в норке) и 15-минутная гипоксия (в камере) заметно не влияли на характер распределения МОК. Однако во всех 9 исследованных скелетных мышцах и в 7 из 8 участков кожи кровоток при гипоксии был ниже, чем при гипотермии, что свидетельствует о разнонаправленном изменении кровотока в этих структурах в случае того или другого воздействия.

4. Пределы, в которых изменялась кожная доля МОК при температурных и гипоксическом воздействиях, у крыс небольшие, 8-13%. В тепле адекватная реакция кожного кровотока (его увеличение) наблюдалась только в ушах и хвосте; кожная доля МОК при этом равнялась 7.6% (камера) и 12% (норка). На холоде кровоток в ушах и хвосте увеличивался; увеличивалась и кожная доля МОК до 13%.

5. Изменения кровотока в ответ на охлаждение и гипоксию, как правило, однонаправлены в мышцах и прилегающей к ним коже, причем они более целесообразны для мышцы (например, в тепле кровоток падает в этих структурах, а на холоде растет). Такой параллелизм может свидетельствовать о несовершенстве у крыс терморегуляторных механизмов межорганного перераспределения кровотока, в том числе между соседствующими мышцами и кожей.

6. Морфометрические данные и результаты численного моделирования гемодинамики в кровеносных руслах скелетной мышцы и кожи одного региона (стенка живота) показывают их большое сходство, что также может говорить о несовершенстве механизмов перераспределения кровотока между кожей и прилежащей скелетной мышцей у крыс.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Слоним А.Д., Ибраимова Г.И., Сепишева A.C., Турганбаева A.C. О реакциях организма на кратковременное воздействие острой барокамерной гипоксии // Кровообращение в условиях высокогорной и экспериментальной гипоксии. Фрунзе, 1986, с.160.

2. Турганбаева A.C., Шошенко К.А. Органный кровоток у крыс при изменении внешней температуры //VII Всесоюзная конференция по экологической физиологии, тез.докл.. Ашхабад, 1989, с.318.

3. Турганбаева A.C., Шошенко К.А. Кожный кровоток у белой крысы при изменении внешней температуры и гипоксии // Эколого-фи-зиологические проблемы адаптации. М. 1994, с.281.

4. Турганбаева A.C., Шошенко К.А. Распределение минутного объема кровообращения у белых крыс при перегревании, охлаждении и гипоксии // 11 Съезд физиологов Сибири и Дальнего Востока.Новосибирск, 1995, 4.2, с.442.

5. Елагин O.K., Турганбаева A.C., Шошенко К.А. Распределение кровотока между кожей и мышцами и гемодинамические особенности их кровеносной системы (тюлень, крыса) // Проблемы саногенного и патогенного эффекта экологических воздействий на внутреннюю среду организма. Чолпон-Ата, 1995, ч.2, с.100.

6. Турганбаева A.C., Баранов В.И., Шошенко К.А. Регионарное распределение кровотока у бодрствующих крыс при повышении внешней температуры // Физиол. курн. им.Сеченова, 1996, т. 82, N 8-9, с.59-66.

7. Турганбаева A.C., Шошенко К.А. Распределение сердечного выброса у бодрствующих крыс при снижении температуры тела на 2,3°С из-за охлаждени- ипг гипоксии // Физиол. журн. им.Сеченова, 1996, т.82, N 12, с. 6Г-7Т.

Формат 60x84Vl6. Печ. л. t,0 Заказ ЛГ Тир. 100

Типография СО РАМН. Новосибирск, ул. Ак. Тимакова,