Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Распределение напряжения кислорода в сосудах и ткани головного мозга при нормоксии и нормобарической гипероксии

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Распределение напряжения кислорода в сосудах и ткани головного мозга при нормоксии и нормобарической гипероксии"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.П. ПАВЛОВА

На правах рукописи

Р Г Б ОД

СОКОЛОВА 2 7 т т?

Ирина Борисовна

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ КИСЛОРОДА В СОСУДАХ И ТКАНИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ НОЖОКСИИ И НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПЕГОКСИИ

03.00.13 - Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Институте физиологии им. И. П. Павлова РАН Научные руководители -

доктор медецинских наук, профессор К.П. Иванов

кандидат биологических наук, научный сотрудник Е. П. Вовенко

Официальные оппоненты -

доктор медицинских наук, профессор Г.Г.Исаев доктор медицинских наук, профессор, Москаленко Ю.Е.

Ведушее учреждение -

Санкт-Петербургский государственный университет

Зашита диссертации состоится 2? €/ 1997 г. в часов на заседании Диссертационного совета

К 002.36.01 Института Физиологии им. И.П.Павлова РАН /199034 С.-Петербург, наб.Макарова 6/.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института Физиологии им. И. П. Павлова РАН.

Автореферат разослан 23 /2 , 199ёГ г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук Э.А.Конза

Актуальность работа. Изучение транспорта кислорода в ткани коры головного мозга является одной из наиболее актуальных проблем современной физиологии. Для описания процессов газообмена между кровью и тканью необходимы данные по распределению напряжения кислорода (Рог) в различных звеньях сети микрососудов мозга и непосредственно в ткани. В связи с методическими сложностями точного измерения Рог в микрососудах коры головного мозга таких данных в научной литературе очень мало. В основном, авторы (Dullng et al., 1979: Иванов и др., 1979: Ivanov et al., 1982) измеряли Рог на стенках артериол головного мозга кошки и кролика при нормоксии. На венозном участке микрососудистой сети проведены лишь единичные измерения СIvanov et al., 1982), которые не позволяют определить роль венул в транспорте кислорода в ткани мозга.

Экспериментальные данные о распределениии Рог в ткани головного мозга и других органов, как правило, получены без визуального контроля за положением кончика кислородного микроэлектрода, то есть "вслепую" относительно расположения ближайших микрососудов С Lubbers, 1972: Nalr et al.. 1975: Metzger et al., 1978: 1980: Heinrich et al.. 1985: Fennema et al., 1989: Людвиг, Ярославцев, 1994: Back et al., 19943.

Вопрос о распределении напряжения кислорода в микрососудах и ткани головного мозга при гипероксии особенно актуален в настоящее время в связи с широким применением нормобарической и гипербарической оксигенации в медицине, спорте, в производстве и др. Дыхание гипероксическимм газовыми смесями улучшает кислородный транспорт при ряде заболеваний, при напряженной мышечной работе, при снижении парциального давления кислорода в воздухе и т. д.

Для развития современный представлений о транспорте кислорода в головном мозге и в других органах, для выяснения важнейших зако-

номерностей этого процесса и решения ряда прикладных проблем необходимы точные измерения величин Рог в различных звеньях сети шк-рососудов и в ткани между дакрососудами при нормоксии и при гипе-роксии. Наиболее современный и адекватный метод определения Раг -это измерение напряжения кислорода полярографическим методом с помощью кислородных микроэлектродов в сочетании с методикой прижизненного микроскопирования ткани.

Цели и задачи исследования. Цели настоящего исследования состояли в измерении величин Рог в различных звеньях микрососудистой сети коры головного мозга крыс при нормоксии и нормобарической ги-пероксии: в выяснении количественной роли артериол, капилляров и венул в снабжении кислородом коры мозга; в определении величин Рог в ткани коры головного мозга, градиентов Рог между микрососудами и тканью: в определении направления потоков кислорода в ткани.

В соответствии с этими целями задачи работы состояли в том, чтобы при нормоксии и нормобарической гипероксии:

1. Измерить величины Рох в системной артериальной крови в крупных артериальных сосудах и в смешанной венозной крови, оттека-шей от коры головного мозга, в сагиттальном синусе.

2. Измерить под контролем зрения величины Ро2 на стенках мельчайших артериол и венул коры головного мозга.

3. Измерить величины Ро2 непосредственно в ткани на расстоянии 7-70 мкм от стенки микрососудов.

Научная новизна работа. Впервые показано, что артериолы мозга крысы проницаемы для кислорода. Ранее такого рода факты были полу-, чены на ограниченном видовом составе животных С кошки, кролики). Настоящая работа позволяет полагать, что такое свойство артериол

является универсальным для разных видов животных и для человека.

Впервые с помощью кислородных микрозлектродов. под контролем зрения в мозге крысы измерены градиенты Ро2 на расстоянии 7-70 мкм от стенок артериол при нормоксии и нормобарической гипероксии.

Впириыи экспериментально показано, что мельчайшие венулы коры головного мозга могут служить источником кислорода для ткани.

Впервые экспериментально доказано, что как при нормоксии, так и при нормобарической гипероксии в коре мозга могут создаваться условия, когда кислород из артериол способен диффундировать через ткань непосредственно в венулы, минуя капилляры.

Теоретическое и практическое значение работа. Теоретическое значение работы состоит в том, что получены новые данные о распределении напряжения кислорода в крови различных микрососудов и в ткани коры головного мозга крысы. Определены градиенты Ро2 в ткани мозга и направления потоков кислорода в ткани. Результаты работы служат развитию современных представлений о транспорте кислорода из крови в ткань и в самой ткани мозга.

В практическом аспекте полученные данные имеют важное значение. Показано, что при нормобарической гипероксии С при кислородной терапии) наиболее высокое напряжение кислорода имеет место лишь в слое ткани на расстоянии около 15 мкм от артериол, что, очевидно, составляет небольшую часть от общего объема ткани мозга. В то же время, при вдыхании 98% кислорода значительно повышается содержание оксигемоглобина в венозной крови сагиттального синуса коры головного мозга Сот 55% при нормоксии до 79% при гипероксии). Следовательно, вдыхание кислорода оказывает мощное влияние на его транспорт и существенно улучшает снабжение мозга 02. Конечно, при этом остается много различных вопросов о механизмах такого влияния, ко-

торые могут составить новые направления в изучении, в частности, механизмов кислородной терапии.

На защиту выносятся следупаие положения:

1. Стенки артериол коры головного мозга крыс проницаемы для кислорода, вследствие чего как при нормоксии, так и при нормобари-ческой гипероксии часть кислорода из крови диффундирует из артериол в ткань.

2. Наиболее высокое Рог при нормоксии и при гипероксии создается в сравнительно тонком слое ткани, непосредственно прилегающем к артериолам.

3. Переход части кислорода из крови в ткань через стенки артериол приводит к тому, что в капилляры поступает кровь, напряжение кислорода которой ниже, чем Ро2 в аорте.

4. Венулы коры головного мозга крыс могут служить источником кислорода и снабжать ткань этим газом.

5. При нормоксии и при нормобарической гипероксии часть кислорода из артериол может переходить в венулы через ткань, минуя капиллярную сеть.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на заседании Физиологического общества (Санкт-Петербург, 1991), на конференции молодых ученых и специалистов "Механизм регуляции физиологических функций" (Санкт-Петербург, 1992), на Всероссийской конференции "Современные проблемы транспорта кислорода в организме и искусственная кровь" (Санкт-Петербург. 1993), на Всероссийской конференции "Физиологические механизмы природных адаптаций" (Санкт-Петербург, 1995), на совместном заседании лаборатории терморегуляции и биоэнергетики, лаборатории физиологии дыхания и др.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 научный статьи и 2 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы С глава 1), описания методики исследования (глава 2), изложения результатов работы С главы 3,4), обсуждения результатов С глава 5), выводов и списка цитируемой литературы, включаюцего 123 названия. Работа изложена на 120 страницах, содержит 18 рисунков и 2 таблицы.

МЕТОЛИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Эксперименты проведены на крысах линии Вистар, самцах, массой 220 - 270 г. Животные наркотизировались этаминалоы натрия в дозе 40 мг/кг: лозы, поддерживающие наркоз составляли около 15-20 мг/кг час. В бедренную артерию животных вводился катетер, предназначенный для взятия проб крови и контроля за артериальным давлением. В трахею животных■вводилась трахеотомическая канюля. Для выполнения экспериментов в теменной области черепа крысы делалось отверстие диаметром 8 мм, удалялась твердая мозговая оболочка. Поверхность мозга непрерывно орошалась раствором МакИлвейна с температурой 37+0.5°С и рН=7.4+0.05. Эксперименты проводились при спонтанном дыхании животных. Через систему увлажнения, дыхательный клапан и трахеотомическую канюлю животным подавался воздух или кислород С 98% 0ги 2% Ы2). Артериальное давление исследуемых животных контролировалось ртутным манометром. Температуру тела животных подо

держивали на уровне 37+0.5 С. В пробах артериальной крови определяли рН, Рсо2, Рог(ВМЕ-3, Radiometer, Дания).

Напряжение кислорода определяли посредством полярографических

платановых микроэлектродов, изолированных стеклом, с диаметром

кончика 3-8 мкм (включая изоляцию). Электроды калибровались в расО

творе МакИлвейна при 37 С, непосредственно перед началом и многократно по ходу эксперимента. Для микрозлектродов калибровочная зависимость между полярографическим током и величиной Ро г линейна, по крайней мере до величин Ро г не превышающих 760 мм рт. ст. С Cater, 1964: Bauragartl, Lubbers, 1983). Поэтому для проведения калибровки достаточно иметь всего две точки. Первая точка - "кислородный нуль" определяется в растворе, лишенном кислорода. В качестве второй точки удобно использовать Ро2 аэрированного физиологического раствора. Чувствительность электродов к кислороду сос--1г

тавляла С2-6)-10 А/мм рт. ст. Для усиления полярографического тока использовался электрометрический усилитель модели В 7-27 С"Вибратор", Россия).

Наблюдение за микрососудами велось посредством контактного микроскопа ЛШАМ-К1, в отраженном свете, при общем увеличении 150 крат. Глубина просмотра тканей от поверхности составляла 80-100 мкм. Линейные размеры микроскопируемых объектов определялись окуляр-микрометром с точностью до 3 мкм. Благодаря контакту Фронтальной линзы объектива с поверхностью ткани, предотвращался газообмен между " орошашим раствором и исследуемым микроучастком ткани. Микроучасток ткани выводили в центр поля зрения. При помощи специального - микроманипулятора кончик электрода максимально приближали к потоку крови в микрососуде. Кровоток в сосуде при этом не нарушался.

Последовательность экспериментов была следуидей. Исходно животное дышало воздухом. Напряжение кислорода на поверхности микрососуда регистрировалось на ленте самописца КСП-4 в течение 4-6 мин. Одновременно из бедренной артерии бралась проба крови для

анализа ее газового состава (объем каждой пробы составлял 200 мкл). Затем с помощью специального крана через распределительный клапан и систему увлажнения обеспечивалась подача животному кислорода. Через 2 мин после установления нового уровня оксигенации крови вновь бралась проба артериальной крови и одновременно на ленте самописца Фиксировались показания электрода, соответствущие Ро, на микрососуде. После этого вновь проводилась калибровка электрода, а затем он подводился к другому микрососуду, и вся процедура измерения Ро2 повторялась.

В экспериментах по измерению Ро2 в ткани кончик электрода устанавливался на стенке сосуда на глубине 50-60 мкм от поверхности мозга. Далее следовала описанная выше процедура измерения Рог на стенке микрососуда при дыхании животного воздухом. После этого с помощью микроманипулятора кончик электрода отводился от стенки сосуда в ткань на расстояние 7» 15, 35, 50 и 70 мкм. Расстояние определялось с помощью окуляр-микрометра. В каждой выбранной для исследования точке ткани Рог Фиксировалось на ленте самописца в течение 1-2 мин. После измерения Ро2 в ткани кончик электрода вновь устанавливался на стенке микрососуда. Животному подавался для дыхания кислород. Через 2 минуты весь цикл измерений Рог повторялся. Процедура измерения Рог на поверхности микрососуда и в окружающей его ткани занимала 25-30 мин. Всего было использовано 70 животных. Было исследовано 32 пиальные артериолы с диаметром от 7 до 60 мкм: 36 прекортикальных артериолы с диаметром от 10 до 30 мкм: 29 пре-кортикальных венул с диаметром от 7 до 70 мкм. Было проведено 400 измерений величин Ро2 в ткани коры головного мозга на различных расстояниях от исследуемых микрососудов. Были измерены рН, Рсоги Ро в крови сагиттального синуса у 9 животных в условиях нормоксии и у 12 животных при нормобарической гипероксии. Обработка резуль-

татов исследования, включая построение графиков, проводилась на компьютере с использованием пакета программ ЗТАТСЙАРН. Результаты вычислений представлены в Биде "среднее ± стандартная ошибка среднего" (х + Эх).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Распределение напряжения кислорода на шпсро со судах и в ткани коры головного мозга при нормоксии.

В условиях нормоксии системная артериальная кровь, полученная из бедренной артерии, имела в среднем следующие показатели: рН = 7.32 ± 0.01 Рсо* = 39.1 + 0.8 мм рт. ст. Рог = 84.1 ± 1.3 мм рт. ст. (п = 68)

Были исследованы пиальные артериолы диаметром 7-70 мкм Сп = 32). В среднем величина Ро2 на поверхности этих сосудов (которую здесь и в дальнейшем мы принимаем практически равной Ро2 в просвете сосуда) составляла 67.5 ± 3.5 мм рт. ст., что на 16.1 мм рт. ст. ниже, чем в системной артериальной крови (р <0.001). При этом не было обнаружено статистически значимой зависимости между величиной Ро2 на поверхности артериол и их диаметром.

Также были исследованы прекортикальные артериолы диаметром 10 - 30 мкм (п = 32). В среднем на поверхности этих артериол величина Рог составляла 65.7 ± 3.7 мм рт. ст., что на 19.5 мм рт. ст. ниже Ро2 в системной артериальной крови (р <0.001). На поверхности пре-кортикальньи артериол диаметром до 10 мкм (п = 10) Рог в среднем составляло 60.9 ± 3.3 мм рт. ст., что на 23.2 мм рт. ст. ниже Рог

системной артериальной крови (р <0.001).

В ткани коры головного мозга было измерено Ро2 на расстоянии 7, 15. 35, 50 и 70 мкм от стенки прекортикальных артериол. По мере удаления кончика электрода от сосуда в ткань Ро2 всегда понижалось. На основе многочисленных измерений тканевого Рог была выведена следуюдаа Формула: Рог = ехр С 4. 01 - 0.01x5, где Ро2 - напряжение кислорода в точке измерения: х - расстояние от точки измерения до стенки артериолы Смкм). Это уравнение позволяет расчитать величину Рог в любой точке ткани на протяжении 70 мкм от стенки исследуемого сосуда и построить график экспоненциального падения Р0г от артериол в ткань. Согласно нашим измерениям, напряжение кислорода в ткани на расстоянии 70 мкм от исследованных прекорти-кальных артериол в среднем составляло 31.5 ± 4.6 мм рт. ст.

Было измерено напряжение кислорода на поверхности прекорти-кальных венул диаметром 7-70 мкм Сп = 29) и в ткани на расстоянии 7 и 15 мкм от этих сосудов. На поверхности венул Ро2 в среднем составляло 36.6 ± 2.1 мм рт. ст. При удалении кончика микроэлектрода от стенки венул в ткань Рог в большинстве случаев Сп = 23) понижалось. На некоторых участках ткани Рог оставалось без изменений Сп = 6). Если Ро2 при удалении от венул понижалось, то на расстоянии 15 мкм оно составляло в среднем 25.5 ± 2.1 мм рт. ст. На таком расстоянии от исследованных венул не наблюдалось Рог ниже 10 мм рт. ст.

В отдельных опытах в условиях нормоксии были определены показатели венозной крови, оттекающей от коры головного мозга. Пробы в объеме 150 - 200 мкл отбирались из сагиттального синуса коры головного мозга. Показатели были следующими: рН = 7.30 ± 0.04 Рсог = 41.1 ± 1.0 мм рт. ст.

Ро2 = 40.3 + 1.5 ш от. ст. Сп = 9).

Распределение напряжения кислорода на микрососудах и в ткани коры головного мозга при нормобарической гипероксии.

При дыхании животных 98% кислородом резко возрастало напряжение кислорода в системной артериальной крови. В этих условиях артериальная кровь имела в среднем следующие показатели'.

рН = 7. 28 ± 0.01

Рсо2 = 46.2 ± 0.9 мм рт. ст.

Рог = 345 ± 6 мм рт. ст.

При дыхании кислородом Рох на поверхности пиальных артериол диаметром 7-70 мкм С л = 32) также возрастало. Следует специально отметить, что новый стабильный уровень Рог на поверхности артериол устанавливался через 1-1.5 минуты. В условиях нормобарической гипероксии, в отличие от нормоксии. величина Рог на поверхности исследованных артериол достоверно коррелировала с диаметром этих сосудов: чем меньше диаметр артериолы, тем ниже Ро2 на ее поверхности. В общем, при уменьшении калибра пиальных артериол от 60 до 7 мкм напряжение кислорода на их поверхности понижалось в среднем от 325 до 167 мм рт. ст. Уравнение регрессионной зависимости величины Рог на поверхности пиальных артериол от их диаметра следующее:

Роя =69.6-0 , где О - диаметр сосуда (г = 0.72).

Причина резкого снижения Ро2 по ходу артериального русла коры головного мозга заключается в диффузии кислорода из крови в ткань через стенку мельчайших артериол.

Аналогичные измерения при дыхании кислородом были сделаны и

на прекортикальных артериолах диаметром 10 - 30 мкм Сп = 363. На поверхности прекортикальных артериол диаметром 30 мкм Ро:? в среднем составляло 240 мм рт. ст.. а на поверхности артериол диаметром 10 мкм - только 157 мм рт. ст. Зависимость напряжения кислорода на поверхности прекортикальньт артериол от их диамерта описывалась следушим уравнением:

о Ч?

Ро2 = 53.4-0 , где Б - диаметр сосуда (г = 0.69).

Величина напряжения кислорода на поверхности прекортикальных артериол, как и на пиальных, статистически достоверно понижалась по мере уменьшения диаметра сосудов.

Итак, при нормобарической гипероксии происходило резкое падение Рог в артериальной крови по ходу артериального русла коры головного мозга крыс. В мельчайших прекортикальных артериолах диаметром 10 мкм, от которых ответвляются капилляры, Ро2 составляло 154 + 10 мм рт. ст., что почти в 2.25 раза меньше Ро2 в системной артериальной крови (р <0.001).

По мере удаления кончика электрода от стенки прекортикальных артериол в ткань мозга напряжение кислорода понижалось. По сравнению с нормоксией падение тканевого Рог было более резким. На основании многочисленных измерений выведена зависимость величины Ро2 в ткани от расстояния между артериолой и точкой измерения Ро2:

Рог = ехрС 5.37 - 0.01 х). где х - расстояние от поверхности артериолы до кончика полярографического микроэлектрода.

В условиях гипероксии Ро2 в ткани коры головного мозга на расстоянии 70 мкм от поверхности прекортикальных артериол составляло 70 - 120 мм рт. ст., что в 2 - 3 раза превышало величину Рог в этой же точке при нормоксии.

При дыхании кислородом повышалось напряжение кислорода и на

поверхности прекортикальных венул Сп = 29). На поверхности венул с диаметром от 7 до 70 мкм наблюдали очень широкий разброс величин Рог независимо от диаметра сосудов. Величины Ро£ находились в диапазоне между 32 и 120 мм рт. ст. В среднем напряжение кислорода на поверхности исследованных венул составляло 71 ± 9 мм рт. ст. Как было указано выше, при нормоксии эта величина составляла 36.6 ± 2.1 мм рт. ст. В мельчайших прекортикальных венулах диаметром 7 -14 мкм, которые, очевидно, образуются в результате непосредственного слияния капилляров, Ро2 в среднем составляло 60.9 + 5.4 мм рт. ст. Сп = 8). В условиях нормоксии аналогичная величина составляла 31.5 ± 4.6 мм рт. ст.

В условиях нормобарической гипероксии менялся сам характер распределения величин Ро2 в ткани, прилегающей непосредственно к венулам. Мы наблюдали: 1. понижение Рог по мере удаления от стенки венул в ткань мозга Сп = 15). При этом на расстоянии 15 мкм от поверхности прекортикальных венул Ро2 составляло 49 + 6 мм рт. ст. 2. Напряжение кислорода в ткани такое же как и на поверхности венул Сп = 3). 3. Напряжение кислорода повышалось по мере удаления от стенки венул в ткань мозга Сп = 11). При этом на расстоянии 15 мкм от прекортикальных венул тканевое Рог составляло 83.2 ± 7.4 мм рт. ст.

Были также измерены показатели венозной крови из сагиттального синуса коры головного мозга крысы: рН = 7.27 ± 0.02 Рсог = 53.9 ± 3.0 мм рт. ст. Рог = 69.6 ± 3.2 мм рт. ст. п = 12

Следует отметить, что напряжение кислорода в крови сагиттального синуса при гипероксии в среднем на 29 мм рт. ст. вьпие, чем при нормоксии.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты наших1 исследований подтвердили недавно открытое явление проницаемости стенок артериол мозга для кислорода. Надо отметить, что ранее этот факт был установлен у ограниченного числа видов животных Скошки и кролики) СЕ)а11пе е1 а1.. 1979; Иванов и др., 1979; Iуэпоу et а1., 1982). Мы экспериментально доказали, что через стенки артериол мозга крыс также происходит диффузия кислорода из крови в ткань. Совокупность всех данных позволяет сделать предположение, что это - универсальное свойство артериол мозга, которым обладают многие животные и человек.

Полученные факты вносят существенную поправку в общепризнанную теорию Крога (КгойЬ, 1919: 1924), согласно которой в капилляры поступает кровь с напряжением кислорода, равным Ро2 в крови аорты. Нам удалось показать, что благодаря проницаемости стенок артериол для кислорода, Рог в крови мельчайших пиальных артериол коры головного мозга диаметром 7-60 мкм С в среднем 67.5 + 3.5 мм рт. ст.) достоверно ниже Ро2 в системной артериальной крови (в среднем 84.1 + 1.3 мм рт. ст.). В мельчайших прекортикальных артериолах диаметром 10 мкм напряжение кислорода оказалось еще ниже и составляло в среднем 60.9 + 3.3 мм рт. ст. При таком Рог, а возможно и еще ниже, кровь поступает в артериальную часть капилляров коры головного мозга крыс. Возникает вопрос: какое физиологическое значение имекгг все эти явления?

Иванов К.П. С Иванов, 1993) расчитал среднее время пребывания эритроцита в капилляре мозга на основе многочисленных экспериментальных данных по скорости мозгового кровотока и длине мозговых капилляров. Затем это время было сопаставлено со скоростью деокси-

генации оксигемоглобина крови СМоБЫгик!, 1966: БгоеЬе, 1988). При условии, что процесс деоксигенации огсигемоглобина начинается и заканчивается в пределах капилляра, степень насыщения гемоглобина кислородом теоретически "не успевает" понизиться до уровня венозной крови. Согласно нашим данным, у крыс процесс деоксигенации артериальной крови начинается еще в артериолах. Следовательно, увеличивается количество времени, необходимое для этого процесса. Можно предполагать, что это важный Физиологический фактор, который повышает эффективность транспорта кислорода в мозге крыс, также как и у других животных и человека. Кроме того, если артериальная кровь поступает в капилляры с Рог ниже 60 мм рт. ст. , то освобождение кислорода из оксигемоглобина происходит в капилляре на наиболее "крутой" части кривой диссоциации оксигемоглобина. В этом случае на единицу падения Рог С в мм рт. ст.) приходится наибольший объем освободившегося кислорода. При этом повышается эффективность снабжения ткани кислородом из крови капилляров.

Хотя мы не определяли непосредственно напряжение кислорода в капиллярах коры головного мозга, наши данные позволяют приблизительно установить перепад Ро2 на протяжении капилляров. Поскольку напряжение кислорода в крови мельчайших прекортикальных артериол имеет величину около 60 мм рт. ст., а в мельчайших прекортикальных венулах в среднем примерно 31 мм рт. ст., то соответствуший перепад в капиллярах коры головного мозга крыс должен быть заключен между 60 и 31 мм рт. ст.

Прямые измерения напряжения кислорода в ткани коры головного мозга показали, что наиболее высокие Ро2 сосредоточены в непосредственной близости от артериол. Падение напряжения кислорода при удалении от стенки артериол в ткань подтверждает, что эти сосуды снабжают ткань мозга кислородом. Падение тканевого Роя по экспо-

ленте лишний раз подтверждает , что транспорт кислорода е ткани происходит в основном С или исключительно) путем.диффузии.

Особый интерес, как нам кажется, представляет исследование венул коры головного мозга при нормоксии. Нам не известны -работы по изучению распределения напряжения кислорода в ткани коры мозга, прилегающей непосредственно к этим сосудам. Наши-измерения показывает, что венулы могут служить источником кислорода для ткани, так как в ряде экспериментов напряжение кислорода понижалось по мере удаления от стенки венул в ткань мозга. Ранее высказывались предположения, что венулы могут учавствовать в снабжении тканей кислородом С Davis, Bronk, 1957: Sliver, 1965: Hempel. 1979). Нам, очевидно, впервые удалось доказать это экспериментально.

Для ряда венул градиент Рог от их стенки в глубину ткани мозга отсутствует. Этот Факт позволяет предположить, что в силу особого расположения окружащих микрососудов, поток кислорода может быть направлен как из крови венул в ткань, так и из ткани в венулы. Диффузия кислорода из ткани в кровь венул указывает на возможность существования в мозге кислородного тканевого шунта. Нам, очевидно впервые, удалось экспериментальным путем получить некоторые данные в пользу существования такого явления. Ранее существование кислородного шунта доказывалось только математически С Popel, 1989). Конечно, этот вопрос для условий нормоксии не может считаться решенным и требует дальнейших исследований. В пользу существования упомянутого "шунта" может служить также тот факт, что напряжение кислорода в крови сагиттального синуса коры головного мозга крысы несколько выше, чем в мельчайших прекортикальных вену-лах. Однако, могут быть и другие объяснения более высокого Рог в крови, оттекавдей от коры мозга. Выяснение причин повышения Рог в крови сагиттального синуса не входило в задачу настоящей работы.

Изучение распределения величин Рог на микрососудах и в ткани коры головного мозга при нормоксии необходимо для оценки изменений напряжения кислорода в мозге при гипероксическом воздействии. В настоящее время дыхание кислородом находит широкое применение в клинике различных заболеваний, сопровождающихся гипоксией, а также в спорте, при напряженной мышечной работе на производстве, в случаях, когда окружающий воздух не пригоден для дыхания человека. Однако распределение напряжения кислорода на микрососудах и в прилегающей к ним ткани мозга достаточно точными методами изучалось очень мало. Подробные исследования такого рода в научной литературе нам не известны.

Результаты наших исследований показывазот, что при нормоба-рической гипероксии проницаемость стенки артериол коры головного мозга крыс играет важную роль в транспорте кислорода. Напряжение кислорода понижается от 345 + 6.5 мм рт. ст. в системной артериальной крови до 160.2 + 10.9 мм рт. ст. в мельчайших артериолах мозга. Следовательно, при нормобарической гипероксии в капилляры поступает кровь с напряжением кислорода резко сниженным по сравнению с Рог крови аорты. При этом напряжение кислорода в мельчайших прекортикальных венулах диаметром 7-14 мкм в среднем составляло 60.9 + 5.4 мм рт. ст. Если исходить из этих чисел, то перепад Рог по длине капилляров близок к 100 мм рт. ст. Средние числа дают, однако, лишь общее представление о газообмене в капиллярах. Здесь важно подчеркнуть, что на венулах как при нормоксии, так и при нормобарической гипероксии наблюдался очень большой разброс величин Рог, особенно в последнем случае. Нам пока не известны причины такого широкого разброса значений Ро2 на поверхности прекортикальных венул. Вследствие большого разброса, при нормобарической гипероксии перепад Рог в капилляре может колебаться примерно от 40 до

12.0 мм рт. ст., что само по себе очень важно для анализа транспорта кислорода в ткани мозга в условиях гипероксии.

Также важно отметить, что при нормобарической гипероксии наиболее высокие Рог имели место в непосредственной близости от пре-кортикальных артериол диаметром 30 - 10 мкм. На поверхности этих микрососудов и на расстоянии нескольких микрон от них напряжение кислорода может достигать 250 - 300 мм рт, ст. В условиях гипероксии при удалении кончика электрода от стенки артериол в ткань мозга Ро2 понижалось очень резко по сравнению с нормоксией. Но,несмотря на значительные градиенты ткаяевого Рог, на расстоянии 70 мкм от артериол напряжение кислорода в ткани оставалось повышенным по сравнению с нормой и составляло 70 - 120 мм рт. ст.

Особый интерес представляют результаты исследований градиента Ро2 между тканью и прекортикальными венулами. Как уже отмечалось в разделе "Результаты", напряжение кислорода могло понижаться по мере удаления от стенки венул в ткань. В этом случае венулы являлись источником кислорода для ткани. У нескольких сосудов напряжение кислорода на стенке и в прилегающей к ним ткани было одинаковым. Можно предположить, что в зависимости от физиологической ситуации эти венулы могут быть источником кислорода или принимать поток кислорода из ткани. Наконец, при нормобарической гипероксии нам удалось обнаружить венулы, на поверхности которых Рог ниже, чем в окружающей ткани. В этом случае диффузия кислорода, несомненно, направлена из ткани в кровь венул. Эти экспериментальные факты являются прямым доказательством того, что при нормобарической гипероксии функционирует так называемый "тканевой кислородный шунт", когда часть кислорода из артериол переходит в венулы, минуя капиллярную сеть. Существование такого "шунта" при повышенном парциальном давлении кислорода предполагалось уже давно С Lubbers, 1968).

Однако прямое экспериментальное подтверждение существования такого "шунта" в головном мозге наш получено впервые благодаря применению очень сложной техники.

При анализе полученных данных неизбежно возникает важный вопрос: каков механизм благотворного действия вдыхания кислорода на транспорт газов и на энергетику организма?

Лело в том, что вдыхание кислорода оказывает очень мощное влияние на кислородный режим головного мозга. Достаточно сказать, что даже на расстоянии 70 мкм от прекортикальных артериол Рог в ткани, по нашим данным, составляло 70 - 120 мм рт. ст., что в 2 -3 раза превышало величины Рог при нормоксии на том же расстоянии. Вероятно, и на больших расстояниях от артериол напряжение кислорода в ткани было повышено по сравнению с нормой.

Однако эффект улучшения кислородного снабжения ткани трудно оценить по распределению величин Рог в различных микрососудах и в прилегашей к ним ткани. Прямым методом для такой оценки является исследование насыщения кислородом смешанной венозной крови, отте-каюдей от коры головного мозга. Соответствующие измерения показали, что при нормоксии кровь в сагиттальном синусе коры мозга насыщена в среднем на 55%, а при нормобарической гипероксии - на 79%. Эти данные имевгг, как нам кажется, важное практическое значение, так как дают возможность количественно оценить эффективность применения нормобарической гипероксии для улучшения транспорта кислорода в мозге.

ВЫВОШ

1. Прямые измерения напряжения кислорода на пиальных артерио-

лак диаметром 7-60 мкм и на прекортикальных артериолах диаметром .10-30 мкм с помощью кислородного микрозлектрода показывают, что при нормоксии Рог крови в этих сосудах в среднем на 5-35 мм рт. ст. ниже, чем в крови аорты, которое составляет в среднем 84.1 ±1,3 мм рт. ст. Это свидетельствует о том, что по мере движения крови по артериолам коры головного мозга крыс часть кислорода артериальной крови переходит через стенку артериол в ткани.

2. В условиях нормоксии по мере удаления кончика микрозлектрода от стенки артериолы в глубину ткани величина напряжения кислорода уменьшается по экспоненциальному закону: у=ехрС4,01-0,01х), так что на расстоянии 15 мкм от артериол напряжение кислорода в ткани в среднем составляет 50,0+3,6 мм рт. ст., а на расстоянии 70 мкм - 29,8+7,3 мм рт.ст. Это показывает, что артериолы коры головного мозга крыс принимают участие в снабжении ткани кислородом, поскольку поток кислорода направлен от стенок артериол в глубину ткани.

3. При нормоксии напряжение кислорода в прекортикальных вену-лах (диаметр 7-70 мкм) коры головного мозга крыс в среднем составляет 36,6+2,1 мм рт.ст. Для большинства венул при удалении от их стенки в глубину ткани величины Ро2 понижаются, что свидетельствует о направлении потока кислорода от венул к ткани.

4. При нормобарической гипероксиии напряжение кислорода в крови аорты повышается в среднем до 345+6,5 мм рт. ст. Однако, в пиальных и прекортикальных артериолах происходит резкое снижение Ро2 крови, которое статистически надежно коррелирует с диаметром артериол: чем меньше диаметр артериолы, тем больше падение Ро2, что отражает соответствующее уравнение регрессии (Рог =69,6 0°',3? г^ 0,723, так что кровь поступает из артериол в капилляры с резко пониженным напряжением кислорода.

5. При нормобарической гипероксии резко повышается напряжение кислорода в тканях, прилегаших к артериолам. На расстоянии 15 мкм от артериол оно составляет 130-190 мм рт. ст., что в несколько раз превышает соответствующие величины при нормоксии. Падение Рог от стенок артериол в глубину тканей происходит также экспоненциально, как и при нормоксии, но значительно более резко, что отражает соответствующее уравнение: Ро2 = ехрС5.08 - 0.009x3.

6. При нормобарической гипероксии для части прекортикальных венул мозга крысы характерно повышение величин напряжения кислорода при удалении от стенки венул в глубину ткани, что может служить экспериментальным доказательством существования "тканевого кислородного шунта", когда часть кислорода из артериол диффундирует в венулы через ткань, минуя капилляры.

7. Исследования показывает, что нормобарическая гипероксия повышает напряжение кислорода в ткани и существенно улучшает транспорт кислорода в мозге. Суммарный количественный эффект такого улучшения условий транспорта кислорода проявляется в повышении процента насыщения кислородом венозной крови сагиттального синуса, собирающего кровь от коры головного мозга, от 55% при нормоксии до 79% при нормобарической гипероксии.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Соколова М. Б. Напряжение кислорода на микрососудах и в тканях коры головного мозга крысы при гипероксемии.//Система мик-роииркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях: Тезисы Всесоюзной конференции. Фрунзе, 1990. С.336.

2. Вовенко Е.П., Соколова И.Б. Распределение напряжения кислорода на пиальных артериолах крысы при нормобарической гиперок-

сии.//Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1992. Т. 78. N3. С. 65-71.

3. Соколова И.Б. Распределение напряжения кислорода на поверхности радиальных артериол мозга и в окружаших их тканях в норме и при нормобарической гипероксии.//Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1992. Т. 78, N11. С. 98-103.

4. Соколова И.Б. Диффузия кислорода через стенки радиальных венул коры головного мозга крысы в условиях гипероксии. //Механизмы регуляции физиологических Функций: Тезисы конф. молодых ученых. СПб. 1992. С. 64.

5. Соколова И.Б. Роль венул коры головного мозга в транспорте кислорода в норме и при нормобарической гипероксии.//Физиологический журнал им. И. И. Сеченова. 1993. Т. 79, N3. С. 60-65.

Огп. АО 'Текст" Тир. 100. Зак. 138.