Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Регуляция сопротивления артерий при изменениях напряжения сдвига на эндотелии: доказательство существования и функциональное значение

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Регуляция сопротивления артерий при изменениях напряжения сдвига на эндотелии: доказательство существования и функциональное значение"

пЗ ^

1 1 ПОИ Ь-'

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЬШ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

На правах рукописи

МЕЛЬКУМЯНЦ Артур Маркович

РЕГУЛЯЦИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРТЕРИЙ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА НА ЭНДОТЕЛИИ: ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СУЩЕСТВОВАНИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ

03.00.13 - физиология, человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в лаборатории биомеханики и регуляции кровообращения Кардиологического научного центра РАМН

Научный консультант:

доктор медицинских наук, профессор В.М.ХАЮТИН

Официальные оппоненты:

1. член-корр. РАМН, доктор медицинских наук, профессор И.В.ГАННУ ПЕКИНА

2." доктор медицинских наук, профессор В.И.КАПЕЛЬКО

3. доктор биологических наук, профессор И.М.РОДИОНОВ

Ведущее учреждение - Институт физиологии им. И.П.Павлова РАН. .

Защита состоится в Большой Биологической

' аудитории на заседании Специализированного Совета Д.053.05.35 Биологического факультета МГУ им. Ломоносова (119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ. ■ .„.

Автореферат разослан

' Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

г.

I Б.А.Умарова

Согласно сложившимся представлениям о механизмах регуляции со-, судистого сопротивления кровоток в органах контролируют главным образом (если не исключительно) артериолы, то есть прекапиллярные сосуды сопротивления. Гидравлическое сопротивление более крупных артериальных сосудов считают столь незначительным, что уменьшать его для увеличения органного кровотока нет необходимости. Кроме того, расширение рё-зистивных сосудов при увеличении уровня активности органов традиционно объясняют лишь "действием на гладкие мышцы этих сосудов продуктов обмена, обладающих вазодилататорным действием.

Однако в течение длительного времени накапливались экспериментальные данные, показывающие, что оба эта положения не соответствуют реальному положению вещей. Действительно, в покоящемся органе сопротивление артериол значительно превосходит сопротивление артерий, и, соответственно, падение давления на артериях мало по сравнению с падением давления -на резистивных- сосудах. Однако в деятельном аргоне,' когда кровоток начинает увеличиваться вследствие расширения мельчайших артериол, падение давления на артериях возрастает, и в какой-то момент именно их сопротивление должно стать фактором, ограничивающим дальнейший рост кровотока.

А.Шретценмайр (Schretzenmayr, 1933), поняв необходимость расширения крупных артериальных сосудов при рабочей гиперемии, показал, что при сокращении мышц голени кошки расширяется даже бедренная артерия. Позднее сам факт снижения сопротивления крупных артериальных сосудов во время сокращения скелетных мышц был продемонстрирован Фолковым и его коллегами (Folkow el ai, 1971; Lundvall, 1972). A B.M. Хаютин и его сотрудники установили, что расширение относительно крупных артериальных сосудов обеспечивает порядка 50% общего увеличения кровотока в работающих мышцах кошки (Веселова и соавт., 1976). Очевидно, что для того, чтобы кровоток в органах во время интенсивной рабочей гиперемии увеличивался во столько раз, во сколько он реально увеличивается, крупные артериальные сосуды также должны расширяться, причем снижение их сопротивления должно быть значительным.

Критика первого из сформулированных выше положений - об исключительной роли артериол в изменениях общего сосудистого сопротивления -влечет за собой и критику второго положения - о роли метаболического фактора в этом процессе. В рамках метаболической теории рабочей гиперемии трудно представить себе, каким образом крупная внемышечная артерия может расширяться при сокращении мышц голени. Эта артерия в силу ;t<csro гкагомкческого положения не может подвергаться действчю метабо-Л!<чоских факторов, продуцируемых ссг.рашаюшимнся мышцами. Нельзя приписать это расширение и снижению, нейрогенного тон уса гладких мизщ. поскольку оно наблюдается в артериях, лишенных симпатической ччиговацмк (.Schretzenmayr. 1933; Fleiscii, 1935; Hilton, 1959). Попытки объяснить этот феномен распространением от периферии к центру некоего "сигнала", угнетающего тонус гладких мышц (Folkow et ai, 1964), были гакже опровергнуты экспериментально (Lie et ai, 1970). Все эти исследования привели к выведу о том, что расширение артерий при рабочей гипе-

ремии представляет собой местный ответ этих сосудов. Однако оставалось неясным, что является стимулом, вызывающим этот ответ.

В поисках причины, вызывающей расширение крупных артериальных сосудов при рабочей гиперемии, уместно было вспомнить о роли механических факторов в регуляции сосудистого сопротивления. Известно, что уменьшение трансмурального давления вызывает • расширение сосудов (Bayliss, 1902; Конради, 1973). Поскольку увеличение органного кровотока, определяемое расширением артериол, сопровождается снижением внутрисо-судистого давления в более крупных сосудах, можно было допустить, что расширение артерий при рабочей гиперемии осуществляется благодаря именно этой реакции гладких мышц. Однако, результаты экспериментов (Lie et al., 1970) опровергли такое объяснение.

Родбард (Rodbard, 1956, 1970, 1975) предположил, что помимо трансмурального давления, то есть силы,. вызывающей окружное натяжение стенки, важную роль в регуляции тонуса гладких мышц может играть напряжение сдвига, то есть сила, действующая на стенку со стороны движущейся крови в направлении течения и стремящаяся сместить элементы стенки вниз по потоку. По мысли Родбарда, эндотелиальные клетки, деформируясь под действием этой силы, должны вызывать расслабление гладких мышц. А поскольку напряжение сдвига пропорционально объемной скорости кровотока, такой механизм должен обеспечивать расширение артерий при увеличении в них скорости течения крови. Это позволяло объяснить феномен Шретценмайра: расширение сосудов в сокращающихся мышцах голени вызывает увеличение кровотока, а следовательно, и напряжения сдвига в снабжающей эти мышцы артерии. В ответ на повышение напряжения сдвига гладкие" мышцы бедренной артерии расслабляются, 'что приводит к ее расширению. Единственным недостатком этой гипотезы было отсутствие каких-либо экспериментальных фактов, доказывающих как существование регуляции просвета артерий соответственно скорости кровотока, так и наличие у эндотелия чувствительности к напряжению сдвига.

Однако позднее было установлено, что артерии действительно расширяются в ответ на увеличение в них скорости кровотока (Смиешко, Хаютин и соавт., 1979), и было показано, что такой ответ наблюдается лишь в сосудах с интактным эндотелием (Sraiesko et al, 1983, 1985). Эти результаты соответствовали представлениям о возможной роли механочувствительности эндотелия в регуляции сопротивления сосудов, и многие исследователи восприняли гипотезу Родбарда как нечто само собой разумеющееся, не утруждая себя доказательством ее справедливости.

В последние 10-15 лет регуляция просвета артериальных сосудов при изменениях скорости кровотока являлась предметом весьма интенсивного исследования. Интерес к этому вопросу определялся несколькими обстоятельствами. Во-первых, начиная с ряботы Фурчготта и Завадского (Furchgott a Zawadzki, 1980), кардинально изменившей представления о функции эндотелиальпых клеток, исследованию роли эндотелия в регуляции тонуса гладких мышц вообще уделяется пссьма серьезное внимание. Многочисленные работы, посвященные этому вопросу, значительно расширили иредстазло.ия о рецепция эндотелия и о химических процессах, про-

исходящих в эндотелиоцитах. Однако, как правило, клетки эндотелия активируют вазоактивиыми веществами в концентрациях, многократно превышающих концентрации этих веществ ъ крови. Поэтому неясно, в какой мере результаты таких исследований олисывзю^рсальиые физиологические процессы. Течение же крозй, яапротяг, есть постоянно действующий, унк->:_~с:..иькь!Й и естественный для. зндотелиоцитов ссъмул. Б силу этого, рефляция лросьега сосудоь соответственно скорости кровотока занимает осо х>е место среди всех опосредуемых эндотелием реакций.

Во-вторыл, важность этой регуляции определяется тем, "то изменения •идрачличесного еоиоотмзленяч как артерии, тик н артериол, пооисходя-пие при изменениях скорое от кровотока, ьесьма значительцы. Если ца-шодавшееся в ранних исследованиях увеличение диаметра артерий во >Р"МТ >{»»гчптгр."ТГ1~Г0 Т^СЛЦЧЗОД! ь йпл. КйОЬОУЬКЛ ни мр^иоехплито "то

•пяег>т"ек"го ^»ч^г-пг-т-г-чис для ссолиси-нибудь значительного уменьшения »противления русла (Lie et al, 1970), то Исследования последнего времени юказалк, что сосуды расширяются при повышении кровотока столь силь-ю, что падение давления на них остается практически неизменным ^Никольский 1987; Melkiimyants et al, 1987; Балашов, 1987; Davis et al, ¡992; Khayutin et al,- 1993). Ясно, что такая регуляция просвета сосудов юлжна иметь существенное функциональное значение.

Результатом исследований стало как экспериментальное выяснение механизма. благодаря которому артерия присппсзблиязтот свое гидсавлнче-:kcs сопротивление к недичине скорости кровотока, так к выявление лкциональяого значения згой опосредуемой эндотелием механогенной у«гуляции сосудов.

ii?к, работы я основные аад»>»и исследования.. Цели работы состояли ■<>

ом, чтобы, во-первых, выяснить, действительно ли гидравлическое сопро-аблеаие артериальных сосудов регулируется и соответствии с величиной гапряжения сдвига на эндотелии, и, во-вторых, установить функшгональ-к.е значение этой регуляции. При решении первой кз этих, задач мы предлагали найти ответы на следующие вопросы:

. является ли изменение напряжения сдвига на стенке стимулом, вызы-

зющим изменение диаметра артерий;

каким образом клетки эндотелия воспринимают действующее на них со тороны движущейся крови напряжение сдвига;

. можно ли избирательно (не затрагивая другие опосредуемые эндотелием илататорные реакции артерий) подавить способность артерий расширяться ответ ня увеличение напряжения сдвига.

Положитет.ьный ответ на последний вопрос должен был позволить соз-ать метод, пригодный для выяснения функциональной роли механочувст-ктельности эндотелия. Нам удалось создать такой метод, что позволило ыяснить: ' ч . .

. какую роль играет чувствительность сосудов к напряжению сдвига в азвитии острой стадии коллатерального кровоснабжения органов при об-грукции магистральных артерий;

2. сколь значителен вклад меуаночувствительности эндотелия в ослабление констрикторных ответов сосудов и насколько сильно эта регуляция ослабляет прессорные реакции;

3. как взаимодействуют два вида механогенной регуляции тонуса сосудов -реакция Бейлисса на изменения растягивающего давления и реакция артериальных ■ сосудов на грвышение напряжения сдвига; каков вклад механо-чувствительности эндотелия в ответы сосудистого русла на изменения артериального давления.

Научная новизна. Доказано существование ранее неизвестного вида механогенной регуляции, сопротивления артерий - соответственно напряжению сдвига на эндотелии. Показано, что, благодаря этой регуляции, артерии расширяются в ответ на повышение не только скорости кровотока, но и вязкости текущей по ним крови. Установлено, что эндотелиальные клетки воспринимают напряжение сдвига в виде сдвиговых деформаций клеточной мембраны и что повышение жесткости эндотелиоцитов ослабляет или подавляет способность артерий реагировать изменениями своего диаметра на изменения скорости течения и вязкости крови. Показано, что чувствительность эндотелиоцитов к напряжению сдвига обеспечивает значительные, функционально значимые изменения сопротивления артериальных сосудов.

Впервые показано, что медиатор, выделяемый эндотелиоцитами при повышении напряжения сдвига, может отличаться от образующегося из Ь-аргинина под действием ЬЮ-синтетазы оксида азота, являющегося эндоте-лиальным фактором расслабления, выделяющимся при действии на сосуды ряда фармакологических агентов.

В опытах на магистральных артериях кошек ■ показано, что механо-чувствительность эндотелия "значительно ослабляет констрйкторные реакции артерий, независимо от природы констрикторного стимула.

Создан метод избирательного подавления реакций артерий на повышение напряжения сдвига, основанный на снижении деформируемости эндотелиоцитов соединениями, сшивающими ЬШг группы на поверхности клеточной мембраны. Использование этого метода позволило показать, что именно способность артерий расширяться при повышении напряжения сдвига на эндотелии лежит в основе острой стадии развития коллатерального кровоснабжения органов при окклюзии магистральных артерий.

Установлено, что регуляция просвета артерий соответственно напряжению сдвига обеспечивает значительное ослабление констрикторных прес-сорных реакций. Этот результат служит подтверждением гипотезы об анти-гипертензивной функции механочувствительности эндотелия (КЬауиНп, 1990; Хаютан и соавт., 1993; Хаютин, 1996).

Доказано, что ответ сосудистого русла на изменения перфузионного давления обусловливается совместным действием двух видов механогенной ' регуляции гладкомышечного тонуса - реакции Бейлисса на уровне артериол и реакции артериальных сосудов на повышение напряжения сдвига. Показано, что степень ауторегуляции органного кровотока определяется относительной выраженностью этих двух реакций и их временными характеристиками. Установлено, что ауторегуляция перфузионного давления, то есть

- относительное постоянство давления в магистральных артериях органа при

значительных изменениях органного кровотока полностью обеспечивается механочувствительностью эндотелия.

Научно-чрат-ическая .-итачимость. Доказательство существования ранее ?5скзгсстсг0 вида регуляции сосудистого сопротивления заставляет кардинально пересмотреть сложившиеся представления о механизмах и общих принципах регуляции системы кровообращения.- Выяснение роли, которую играет рефляция тонуса гладких мышц при изменениях напряжения сдвига в адаптации сосудов к изменениям вязкости крови, в ослаблении вазо-констрикции и в развитии коллатерального кровоснабжения раскрывает фундаментальное значение этого механизма для регуляции сосудистой системы в норме к при ряде патологических состояний. Полученные в работе данные существенны для понимания механизма развития сосудистого спазма., штсмедеза агеочекперозч м гягтертатппеской болезни. То обстоятельство, выраженность этой регуляции сосудов определяется деформируемостью клеток эндотелия, позволяет начать целенаправленный поиск фармакологических агентов, способных повышать деформируемость эндотелиоци-гов. Успех такого поиска должен привести к созданию клинически важных методов коррекции нарушений в сердечно-сосудистой системе. Апробзлия работы. Материалы исследования доложены и обсуждены на: Съездах физиологического общества СССР (Тбилиси, 1983; Кишинев, 1987); Всемирном кардиологическом конгрессе (Москва, 1982); [ Всесоюзном биофизическом съезде (Москва, 1982); Конференциях по регуляции кровоснабжения скелетных мышц (Рига, 1983", 1987);

Международном симпозиуме по регуляции тонуса сосудов (Будапешт, 1985); !1 Международной конференции по биомеханике'(Рига, 1986); Международном симпозиуме но регуляции сосудистого тонуса (Братислава, ¡987);

Зсемирном конгрессе по биомеханике (Сан Диего, 1990); европейском физиологическом конгрессе (Прага, 1991);

Европейской конференции по микроциркуляции (Лондон, 1992); конгрессе международного физиологического общества (Глазго, 1993); 1о теме диссертации опубликовано 30 печатных работ., иЯШШЩа.аасеешшш- Диссертация состоит из введения, обзора лнтера-уры (глава I), шести глав (главы И-УН), содержащих результаты собст-1енных-исслед0ваний и их обсуждение, заключения и выводов.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО РЕП'Л Я ЦИК ДИАМЕТРА АРТЕРИЙ СООТВЕТСТВЕННО НАПРЯЖЕНИЮ СДВИГА

Напряжение сдвига представляет собой силу, обязанную своим проис-ождением вязкому трению между слоями текущей жидкости. Для цнлик-рической трубки напряжение сдвига на стенке дается соотношением:

. , х = (1Ш)хт\<2/<Р де г| - вязкость жидкости, 0 - ее объемный расход, (1 - диаметр трубки, [сно, что если эндотелий действительно регулирует тонус сосудистых ладких мышц при изменениях напряжения сдвига, тс5 диаметр артерий

5

должен изменяться в ответ на изменения не только скорости кровотока, но и вязкости крови. Поскольку вязкость и расход входят в выражение для напряжения сдвига как сомножители одной и той же степени, одинаковые их изменения должны вызывать одинаковые изменения напряжения сдвига и, соответственно, одинаковые изменения тонуса. Естественно, что ответы артерий на изменения вязкости также должны опосредоваться эндотелием.

Для того, чтобы доказать, что просвет артериальных сосудов регулируется соответственно напряжению сдвига на эндотелии, следовало установить, что: (1) артерии реагируют расширением на повышение вязкости протекающей по ним крови, и эта реакция опосредуется эндотелием; (2) изменения вязкости и расхода одинаковой кратности вызывают одинаковые ответы артерий и (3) изменения вязкости крови влияют на величину дила-таторного ответа артерий на повышение расхода крови. Методика опытов. Опыты производили на бедренной и сонной артериях кошек Обоего пола массой от "1,9 до 4,2 кг, наркотизированных уретаном н а-хлоралозой (0,6 и 0,04 г/кг, соответственно). Наружный диаметр сегмента бедренной или сонной артерий измеряли контактным емкостным датчиком перемещений (Рогоза, 1981). Артерии перфузировали собственной кровью животного с помощью перфузионного насоса ПН-4 (Хаютин и соавт., 1958) в условиях стабилизации трансмурального давления, постоянство которого обеспечивала автоматическая следящая система (Гришанов и соавт., 1982). Кровоток в артерии измеряли электромагнитным расходомером РКЭ-1 с датчиком Д2М. Схема установки изображена на рис.1.

АОРТА

Рис.1. Схема опытов с перфузией артерии кровью различной вязкости в условиях стабилизации трансмурального давления.

Вязкость протекающей по исследуемой артерии крови увеличивали или уменьшали, добавляя с помощью шприцевого инъектора к текущей по пер-фузионной магистрали крови эритроцитарную массу или плазму этого же животного, соответственно. Об изменениях вязкости протекающей по артерии крови судили по величине падения давления (ЛР) на гидравлическом сопротивленп«, расположенном непосредственно перед артерией. Согласно закону Пуазейля, падение давления на постоянном сопротивлении пропорционально произведению вязкости жидкости на ее расход. Следовательно, при неизменном расходе сигнал дифференциального манометра отражает изменения вязкости протекающей по артерии крови, а при постоянной вязкости крови этот сигнал дает представление об изменениях кровотока.

Для удаления эндотелия использовали либо метод высушивания интимы воздухом (Ршниал ь1 а!, 1975), либо метод пшоосмспнчесхого шока (ИоЬегЬоп е1 а1, 1379), состоящий в перфузии артерии в течение 50 с дистиллированной водой или 0,2% раствором ЫаС1. Полноту деэндотелизации оценивали в ходе каждого опыта по отсутствию дилататорного ответа артерии на введение в ее просвет 1 мкг ацетилхолина. У семи животных степень сохранности эндотелия оценивали после опыта по, данным исследования внутренней поверхности артерий с помощью сканирующего электронного микроскопа ^ЕОЬ-35.

Результаты исследования. Опыты осуществили на 24 животных (19 опытов на бедренной и 5 па сонной артерии). У четырех животных увеличение диаметра бедренной артерии в ответ на повышение скооости кровотока с 10 цо 40 мл/мин не превышало 5%. Эти опыты были признаны технически неудачными, и пробы с изменением вязкости крови з них не производились. Результаты, полученные иа остальных 20 животных однозначно свидетельствовали о том, что диаметр артерий изменяется при изменениях зязкости текущей по ним крови и что эти изменения опосредуются эндотелием. Во всех этих опытах уменьшение показателя гематокрита (с 38,3+0,6% до 20,3+1,4%), приводившее к снижению вязкости текущей по фтерии крови с 2,7+0,05 до .1,77+0,09 сПз вызызало уменьшение диаметра ?а 2,8+0,8% (данные-представлены в виде среднее + средняя ошибка сред-1его). Увеличение показателя гематокрита до 63,4+1,6%, повышавшее вяз-сость протекавшей по артерии крови до 4,98+0,18 сПз, вызывало увеличе-ше диаметра артерии на 11,8+1,3%. Как констрикторная, так и дилататор-1ая фазы этого ответа могут рассматриваться как отражение чувствительно-:ти артерий к напряжению сдвига, поскольку такие изменения вязкости грови при неизменном кровотоке соответствуют уменьшению и увеличению (апряжения сдвига на стенке.

Оба использованных нами метода удаления эндотелия приводили к ючезновению ответов на изменения вязкости крова. Естественно, исчезали 'тветы и на-повышение кровотока, и на ацетилхолин. При этом деэндоте-гизация артерий не изменяла ни констрикторные ответы на норадреналин, ;и дилатацию, вызываемую папаверином. Это доказывает, что использо-анные методы удаления эндотелия не повреждают сократительный аппа-ат гладких мышц. Таким образом, изменения диаметра артерий, вызывае-

мые изменениями вязкости крови, также как и реакции на изменения кровотока, опосредуются эндотелием. -Сравнение реакций артерий, вызываемых одинаковым повышением вязкости и расхода крови. Утвердиться в предположении о том, что ответы артерий на изменение вязкости кроЕИ и скорости ее течения определяются одним и тем же механизмом, позволяет сопоставление реакций на повышение расхода и вязкости крови в одно и то же число раз. Результат такого сопоставления представлен на'рис.2. Видно, что уменьшение и вязкости, и расхода крови сопровождается констрикцией артерии;, тогда как увеличение расхода и вязкости вызывает ее дилатацию, причем и временной ход, и амплитуды ответов на изменения вязкости и расхода крови практически одинаковы. Такое соответствие позволяет заключить, что изменения вязкости крови и ее расхода воспринимаются стенкой артерии одинаковым обра: зом, а именно, в виде изменений напряжения сдвига.

ДИАМЕТР

перепад давлений мм рт.ст.

КРОВОТОК мл/мин

1.35 1.30 1.25 .

1.20

30

20 10 0

■ 30 20 10 0

I и

3 мин

Рис.2. Сопоставление ответов бедренной артерии на одинаковые изменения напряжения сдвига, вызванные изменениями вязкости крови и кровотока.

При расходе протекающей по артерии крови равном /.? мл/мин, напряжение сдвига меняли последовательным введением из шприца со скоростью 8 мл/мин плазмы и эритроцитарной массы (левая запись). Далее, кровоток в артерии меняли таким образом, чтобы в точности воспроизвести изменения падения давления на гидравлическом сопротивлении, а, следовательно, и изменения напряжения сдвига (правая запись). Давление в артерии стабилизировали на уровне 109 мм рпист. . 1

В этой серии (15 опытов на бедренной артерии) у различных животных вязкость повышахи в 1,4 - 2,5 раза (естественно, в такое же число раз повышали и кровоток при неизменной вязкости); дилатагорный ответ при этом составлял 2,6-12,9% (6,81±0,73%) от исходного диаметра, составлявшего в среднем 1,37+0,08 мм. Корреляционная зависимость, между величинами ответов артерии, вызываемых одинаковыми изменениями вязкости и

расхода крови - У=Ю,97Х+1115, коэффициент корреляции г=0,97 - показывает, что повышения расхода и вязкости крови одной и той же кратности вызывают одинаковые по величине дилататориые ответы артерий. Такое соответствие доказывает, что эндотелий не в состоянии различить, какая величина - расход или вязкость крови - изменилась, а воспринимает лишь изменение их произведения. ' ,

О том же свидетельствуют и результаты проб, в которых при уменьшении вязкости увеличивали расход крови в артерии, а при ее увеличении расход уменьшали, причем таким образом, что перепад давлений на постоянно?! гидравлическом сопротивлении оставался неизменным, т.е. поддерживалось постоянным произведение вязкости на расход. При. таком сочетанием изменении вязкости и кровотока не наблюдается никаких изменений дгкгтетр" сосуда, татске.свидетельствует о том, "то именно произведение вязкости крови на ее расход (а не каждая из этих величин сама но себе) воздействует на диаметр артерий.

Влияние изменений вязкости крови на величину дилататорного ответа артерии. вызванного повышением скорости кровотока. Если расширение артерий в ответ на повышение расхода крови действительно определяется способностью эндотелия регулировать тонус гладких мышц соответственно напряжению сдвига, то величина ответа артерии на стандартное повышение кровотока должна быть тем больше, чем выше вязкость крови. В опытах на бедренной артерии кошек сопоставляли ответы на повышение кровотока при нормальной вязкости крови и после системных гемоконцентрацик и гемодилюции. В начале каждого опыта регистрировали ответы артерии ка повышение расхода крови с 10 до 50 мл/мин с шагом 10 мл/мин. После этого замещали 40-60 мл крови животного 40-70 мл эритроцитарной массы, полученной от кошки-донора (вязкость крови повышалась при этом в 1,151,58 раз) и регистрировали ответы артерии на повышение скорости кровотока с тем же шагом при увеличенной вязкости крови. Наконец, замещая 70-100 мл крови таким же объемом раствора Кребса-Хенселейта, уменьшали вязкость до 0,6-0,85 вязкости цельной крови и вновь регистрировали от-зеты артерии на повышение кровотока с шагом 10 мл/мин.

Опыты этой серии показали, что величина ответа артерии ка стандарт-юе повышение скорости кровотока действительно пропорциональна вязко-;ти крови. Корреляционная зависимость между относительным изменением ¡язкости крови и относительным изменением дилататорного ответа артерии га увеличение кровотока с 20 до 30 мл/мин (линейная регрессия У = >,ЭЗХ + 0,07; коэффициент корреляции г = 0,94) показывает^ что величина ¡илататорного ответа артерии на повышение кровотока изменяется в той же {ере, в какой изменяется вязкость крови. Эти данные подтверждают, что геакции артерий на изменения скорости кровотока обусловливаются спо-обностью стенки воспринимать величину, пропорциональную произведе-!ию вязкости крови на ее расход.

Представленные результаты показывают, что магистральные артерии ошек реагируют на изменения вязкости протекающей по ним крови таким се образом, как и на изменения расхода, то есть расширяются при увели-ении вязкости и суживаются при уменьшении. Реакции на изменения вяз-

кости крови, также как и ответы на изменения скорости кровотока, опосредуются эндотелием. Идентичность ответов на повышение расхода и вязкости крови одинаковой кратности и прямо пропорциональная зависимость между величиной дилататорного ответа на повышение кровотока и вязкостью крови доказывают, что ответы па изменение обеих этих величин реализуются благодаря действию общего механизма: способности клеток эндотелия регулировать тонус сосудистых гладких мышц соответственно напряжению сдвига.

РОЛЬ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК В РЕГУЛЯЦИИ ДИАМЕТРА АРТЕРИЙ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА

Поскольку клетки эндотелия фиксированы в стенке сосудов, ясно, что "единственным способом восприятия эндотелиоцитамй напряжения сдвига являются их деформации. Именно деформация эндотелиальных клеток должна являться начальным звеном в цепи событий, приводящих, в конечном итоге, к расслаблению гладких мышц в ответ на повышение напряжения сдвига. Из этого следует, что деформируемость эндотелиоцитов должна в значительной мере определять величину дилататорного ответа артерий на повышение напряжения сдвига. Действительно, чем ниже деформируемость (выше жесткость) клеток, тем меньшую их деформацию вызовет одно и то же повышение напряжения сдвига, и, следовательно, тем слабее должен быть ответ на механический стимул. Мы исследовали роль деформируемости эндотелиоцитов в реализации ответов артерий на повышение скорости кровотока и вязкости крови. ' "

Изменение механических свойств эндотелиоцитов при действии на них ди-мера глутарового альдегида. Жесткость эндотелиальных клеток повышали, воздействуя на них in situ глутаровым альдегидом. Это соединение было выбрано на основании результатов его использования в экспериментальной гемореологии, где глутаровый альдегид применяется для повышения жесткости эритроцитов. Важно, что глутаровый альдегид в концентрациях, значительно повышающих жесткость эритроцитов (0,005-0,3%), практически не угнетает их способности переносить и отдавать кислород; Это позволяло надеяться на то, что воздействие глутаровым альдегидом лишь увеличит жесткость клеток эндотелия, не повредив их способность выделять фактор расслабления гладких мышц в ответ на действующие через эндотелий вазо-дилататоры.

Однако в предварительных опытах выяснилось, что обработка интимы глутаровым альдегидом в концентрации 0,005 и 0,01% приводит к одинаковому ослаблению дилататоршдх ответов как на механический (повышение кровотока с 10 до 40 мл/мин),' так и на фармакологический (внутрчарте-' риальное введение ацетилходкна и АТФ) стимулы. Более высокие концентрации (0,015-0,025%) вызывают уже полное устранение всех ответов, опосредуемых эндотелием. Ясно, что такие результаты не позволили оценить влияние деформируемости эндотелиальных клеток на ответ артерий на повышение скорости кровотока. Поскольку глутаровый альдегид вызывал

здинаковью изменения ответов на, механический и фармакологический сти-чулы, разумно было предположить, что в эффективных концентрациях он цействовал скорее не на механические свойства клеток, но повреждал какие-то внутриклеточные механизмы, вовлеченные з процесс образования эндотелиального фактора расслабления.

Для того, чтобы уменьшить возможное действие альдегида на внутри-щеточные процессы, в следующей серии опытов (23 кошки; 13 опытов на зедренной и 10 на общей сонной артериях) интиму обрабатывали дилером тутпарового альдегида. При этом исходили из предположения, что димер, обладая большей молекулярной массой, способен в меньшей, чем мономер, ;тепени проникать внутрь эндотелио'цитов. Димер получали, добавляя в 10 ад 1% раствора глутарового альдегида 10 мкл 5% раствора NaOH. В ще-аочисй среде глутаровый альдегид быстро динеризуется (Robertson а Schultz, 1970), и спустя 15 минут после защелачивания практически, полностью переходит в форму димера. О степени димеризации судили по :пектрам поглощения в ультрафиолетовом диапазоне.

Выяснилось, что перфузия артерии в течение 30 с раствором, содержащим 0,02-0,025% димера альдегида, приводит к полному исчезновению от-зетов артерий на повышение скорости кровотока, тогда как величина ответа ia ацетилхолин лишь незначительно (на 25,6±5,9%; п=17 артерий) умень-пается. Расширение, вызываемое АТФ, сохраняется в практически неизменном виде. При использовании димера глутарового альдегида в концеи--рации 0.01%, ответ артерий на повышение скорости кровотока не устра-1ялся полностью, а лишь уменьшался по величине в 2-3 раза; ответы на щетилхолин и АТФ сохранялись без изменений (р>0,2). Высокие же кон-1ентрации димера" альдегида 1 0,05-0,1% не только полностью подавляли' >тветы на повышение расхода крови, но и значительно (в 2-5 раз) ослабили ответы на фармакологические стимулы.

У четырех животных исследовали также действие димера глутарового шьдегида на расширение артерий, вызывавшееся повышением вязкости срови. Во всех этих опытах воздействие на интиму бедренной артерии ди-гером альдегида (0,025%, 30 с) полностью устраняло ответы на повышение узкости при сохранении ответов на ацетилхолин и АТФ.

Аналогичные результаты были получены при использовании другого югцества - дитиопропионовой кислоты, - которое, как и глутаровый альде-ид, обладает способностью сшивать ЫНг-группы, в силу чего можно было (жидать, что это вещество также повышает жесткость эндотелиоцитов. Зпыты показали, что дитиопропионовая кислота (10 мМ в борагном буфе->е (рН=8,0), инкубация интимы в течение 15 мин), как и димер глутарово-о альдегида, полностью подавляет дилатацию артерий на повышение ско-юсти кровотока, практически не изменяя опосредуемый эндотелием ответ ia ацетилхолин. ч .

Согласно сделанному предположению, ослабление и полное устранение itbctob на механический стимул, вызываемое глутаровый альдегидом, яв-1яется следствием уменьшения деформируемости эндотелиальных клеток. 1ужно было, однако, доказать, что димер глутарового альдегида в столь

ч

низких концентрациях и при таких малых временах экспозиции действительно повышает жесткость эндотелиоцитов.

Для измерения жесткости эндотелиальных клеток и оценки влияния на нее димера глутарового альдегида использовали метод аспирации эндо-телиальной клетки in vitro в кончик стеклянной микропипетки диаметром 2-3 мкм (Sato et al, 1987). Чем выше деформируемость коркового слоя клетки (обеспечивающего жесткость ее оболочки), тем больший объем i клетки можно втянуть небольшим субатмосферным, давлением (3-10 мм вод.ст.) в кончик микропипетки. Зависимость объема втянутого в пипетку фрагмента клетки от величины засасывающего давления может быть интерпретирована в терминах модуля Юнга коркового слоя.

Измерения показали, что инкубация клеток эндотелия бычьей аорты в течение 30 с в 0,02% растворе димера глутарового альдегида повышает модуль Юнга коркового слоя этих клеток минимум на порядок. Этот результат доказывает, что димер глутарового альдегида в тех концентрациях и при тех временах экспозиции, которые были использованы в опытах на артериях in situ, значительно уменьшает деформируемость эндотелиоцитов.

Таким образом, результаты экспериментов, в которых воздействовали на реологические свойства клеток эндотелия, свидетельствуют о том, что деформируемость эндотелиоцитов в большой мере определяет величину ди-лататорных реакций артерий на повышение скорости течения и вязкости крови, и, следовательно, что именно сдвиговые деформации этих клеток и являются триггером, запускающим цепь процессов, приводящих, в конечном итоге, к расслаблению гладких мышц и расширению артерий. Однако ценность, полученного.в этой серии.опытов результата состоит не. в доказательстве того, что напряжение сдвига воспринимается эндотелиоцитами в виде их сдвиговых деформаций, а в том, что нам удалось создать метод избирательного подавления механочувсгвительности эндотелия. Очевидно, что наиболее естественным способом выяснения роли механочувствителыю-сти эндотелия в различных сосудистых реакциях является сравнение характеристик этих реакций в интактном сосудистом русле и в русле, сопротивление сосудов которого не регулируется соответственно напряжению сдвига. Метод, основанный, на повышении жесткости клеток эндотелия, адекватен такой задаче, поскольку при его использовании не только не затрагивается сократительный аппарат гладких мышц, но и практически не повреждается хеморецепция эндотелия. Результаты проделанных тестов свидетельствуют о том, что повышение жесткости эндотелиоцитов димером глутарового альдегида и дитиопропионовой кислотой действительно Избирательно устраняет дилататорные реакции артерий на повышение напряжения сдвига," что позволяет оценить функциональное значение этого механизма регуляции тонуса артериальных сосудов. Этот метод был использован нами при выяснении роли ¡чеханочувствительности эндотелия в регуляции органного сопротивления.

О ПРИРОДЕ МЕДИАТОРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО РАССЛАБЛЕНИЕ ГЛАДКИХ МЫШЦ В ОТВЕТ НА ПОВЫШЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА

Установлено, что расслабление гладких мышц артерий в ответ на повышение напряжения сдвига опосредуется выделяемым Эндотелием медиатором (Rubanyi et al, 1986; Tesfamariam a Cohen, 1988). Хотя этот медиатор не идентифицирован, в большинстве работ, посвященных исследованию гувствительности артерий к скорости кровотока, принимают, что он идентичен эндотелиальному фактору расслабления (ЭФР), выделяющемуся в >твет на действие фармакологических агентов. Известно, что ЭФР, выде-шющийся при действии ацетилхолина, представляет собой оксид азота Palmer et al, 1987), образующийся из L-арганина под действием фермента fO-синтегазы (Palmer et al, Í98S). В многочисленных исследованиях пока-ано, что ингибирование NO-синтетазы аналогами L-аргинина - №-моно-1етил-Ь-аргинином и метиловым эфиром нитро-аргинина - значительно ос-;абляет ответы сосудов на ацетилхолин и АТФ и вызывает у эксперимен-альных животных повышение артериального давления и увеличение ре-ионарного сосудистого сопротивления. Последние два эффекта вполне [огли. бы быть обусловлены подавлением высвобождения ЭФР в ответ на овышение напряжения сдвига. Действительно, само по себе течение крови

0 сосудам означает наличие постоянно действующего на эндотелий напря-:ения сдвига, обеспечивающего некоторую степень расслабления гладких ышц. Подавление синтеза ЭФР в ответ на механический стимул должно риводить к некоторой вазоконстрикции к, следовательно, к повышению егионарного сосудистого сопротивления и артериального давления.

Для того, чтобы выяснить, действительно ли образующийся из L-эгинина оксид азота является медиатором дилататорного ответа магист-гльных артерий кошек на повышение напряжения сдвига, мы сопоставили гветы бедренной артерии на повышение скорости кровотока, ацетилхолин АТФ до и после ингибирования синтеза оксида азота в эндотелиоцитах. контрольном периоде каждого опыта регистрировали расширение бед-:нной артерии на повышение кровотока с 10 до 25 и 40 мл/мин, а также

1 ацетилхолин, наносимый со стороны адвентиции (3-Ю"7 и !0"6 М, 9 жи->тных) и вводимый в исследуемую артерию (10"8 и 3-10"8 М, 8 животных), четырех животных кроме того регистрировали ответ на вводимую в арте-1Ю АТФ (Ю-6 М).

После этой серии контрольных измерений, синтез оксида азота подавши либо внутривенным, либо внутриартериальным введением монометил гинина (8 животных) или метилового эфира нитро-аргинина (9 живот-ix). При внутривенном применении оба.ингибитора вводили в дозах 10, или 200 мг/кг, при внутриартериальном введении в крови, текущей в терии, создавали концентрации ингибиторов 10 и 30 мкМ. В этом со-эянии вновь регистрировали ответы Há повышение скорости кровотока, етилхолин и АТФ. Наконец, в последнем периоде опыта пытались уставить обратимость действия ингибиторов синтеза оксида азота, для чего

вводили внутривенно 100-500 мг/кг Ь-аргинина и вновь регистрировали ответы на те же воздействия.

Оказалось, что ингибирование ЫО-синтетазы, вызывая повышение артериального давления, сужение бедренной артерии и значительное ослаб, ление ответов на ацетилхолин и АТФ, не ослабляет ответы артерии на повышение скорости кровотока. После воздействия метиловым эфиром-нитро-аргинина велична ответов на повышение кровотока оставалась такой же, как в контрольном периоде опыта (р>0,1), а после ингибирования N0-сиктетазы монометил-аргинином величина ответа значимо (на 9,6±1,9%) возрастала. (Это усиление дилататорного ответа неудивительно, поскольку оба ингибитора вызывают сужение артерии, а чем уже артерия, тем сильнее выражен ее ответ на повышение кровотока (Мелькумянц, 1982)).

Метиловый эфир нитро-аргинина, вводимый в дозах 10 и 30 мг/кг, уменьшал величину ответа на относительно высокую концентрацию ацетил-холина (10"6 М), соответственно, до 41,5+8,8% и 27,9±6,9% от ее контрольной величины, а величину ответа на АТФ до 71,0±3,4% и 25,6±8,3%. Дозы 30 мг/кг обычно было достаточно для практически полного подавления ответа на" относительно низкую (310"7 М) концентрацию ацетилхолина. Столь же эффективно подавлял ответы на ацетилхолин и АТФ и монометил-аргинин, вводимый как внутривенно, так и внутриартериально. Эти результаты соответствуют утверждению о том, что в ответ на эта вещества эндотелиоциты выделяют образующийся из Ь-аргинина оксид азота. Однако неспособность ингибиторов ЫО-синтета-зы подавить или ослабить ответы бедренной артерии кошек на повышение скорости кровотока свидетельствует о том, что этот ответ не зависит от образования оксида азота из Ь-аргинина под действием ИО-синтетазы. Эти результаты позволяют сделать один из двух выводов. Во-первых, можно полагать, что эндотелиоциты магистральных артерий кошки производят два ЭФР, один из которых выделяется ими постоянно (в отсутствие стимуляции), а также при действии на них фармакологических агентов, таких как ацетилхолин и АТФ. Этот фактор и представляет собой оксид азота, образующийся из Ь-аргинина под действием ЫО-синтетазы. Второй, отличный от оксида азота фактор, выделяется клетками при увеличении напряжения сдвига. Альтернативный вывод состоит в том, что увеличенное напряжение сдвига на эндотелии также стимулирует высвобождение клетками оксида азота, однако либо из источника, отличного от Ь-аргинина, либо из того же источника, но по другому пути. Поэтому ингибирование ЫО-синтетазы не изменяет ответов артерий на повышение напряжения сдвига.

Установив сам по себе факт существования регуляции просвета артериальных сосудов соответственно напряжению, сдвига на эндотелии и показа! , что этот механизм' регулящш обеспечивает значительные изменения гидравлического сопротивления сосудов при изменениях скорости течения крови и ее вязкости, мы перешли к выяснению функциональных следствий такой регуляции сосудов.

РОЛЬ ÏVŒXAHOЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭНДОТЕЛИЯ В РАЗВИТИИ

УХЗЦеШИО, Sit) l .И VU 1 i! nr.V^VJJ» г/г\1. CCrvVn,4 il»>WlC UjvK A 14^,11-', ,4U| r,C -----

uov rrr.« гтпцп^тгчгнлгтн их (.'ропогнаЛжения, обусловленной той или иной

ко, была отвергнута Розент&пем и Гайтоном (Rostnial a Guyuon, 19£й>/, »w-

ир.ъяптгпши. что паспшпение бедоенно-голенных анастомозов у полностью

/inLnmiiainonLn/DimiiuiA tiL. ui.in i^uiv ----- J :----1 L-.

симпатической иннервацией. Предположение о том, что стимулом к развитою коллатерального кровоснабжения является ишемия тканей (Lewis, 1939), тикже не выдержано проверки экспериментом. Как показали Винб-лац :i соавторы (Winblad et al, 1959), напряжение кислорода в тканях голени собак-восстанавливается к исходному уровню спустя 5-8 минут после окклюзии бедренной артерии; коллатерали тем не менее остаются расширенными. Кроме того, ампутация конечности на уровне колена не предотвращает расширения бедренно-голенных анастомозов, хотя ни о какой ише-•лш ткзкей гоягик г.д.есь г.счь илти не можст (John a Wauei', "Э(>"').

û/"i,'"kc, мне н корце чречг ¡:ого чек^ 'Лотнзгель ÎNothr,è>gcl,îlJ89}, оорз -мр знимзи!'« .'»з vo, что ¿.авчгние "а местом окктегии уменьшается и, " те-:ь";~г.7сЛ1-г.о, ~->гдиент дазлеииЛ к кооноток п коллатеральных с-судах гме-•••ут, Зя^етил, что sîoto было бы достаточно ял;: расширения исллг1 вралей, ,-.с tu Си ыи. быт способны, расширяться с ответ па увсличеиил в ,мх ■фиеомска. Эта гшкьеза, объясняющая расширение коллатеральных сосудов действие;! ил пих чехзнкчесигх фзкторов, был? востребована (John я Warren, 1У Si) после того, как были отклонены нейрогенная и метаболическая гипотезы. Доказательство того факта, что просвет артериальных сосу-доч действительно увеличивается при увеличении в них скорости кровотока по;:ско рассматривать как экспериментальное основание, подтверждающее правомерность этой гипотезы.

Мы предприняли исследование, имевшее целью выяснить, действительно ли острая стадия развития коллатерального кровообращения (то есть расширение коллатеральных сосудов, происходящее з течение нескольких м"::ут после глскл'сьяк) определяется способностью эндотелия регулировать т:чус гиадких мышц коллатеральных сосудов соответственно напряжению ???rmra. Для этого сначала регистрировали расширение коллатералей при окклюзии бедренной или'подвздошной артерий кошек., з затем повреждали :'.иханочуЕСтгктельнссгь эндотелия этих сосудов и выясняли, сохраняется ли (и если сохраняется, то в какой мере) способность коллатеральных артерий расширяться при окклюзии магистральных стволов. Методика и порядок осуществления опытов. У 11 наркотизированных ко-тцек регистрировали изменения кровотока в бедренной вене и давления в

15

передней большеберцовой артерии (ретроградное давление), вызванные окклюзией бедренной или подвздошной артерий.

После окончания операции и подключения датчиков' давления и расхода бедренную артерию пережимали мягким зажимом на 2-5 минут, вызывая расширение коллатеральных сосудов. (В четырех опытах регистрировали, кроме того, ответ коллатералей, вызванный окклюзией подвздошной артерии.) Далее, вновь накладывали зажим на артерию и на пике расширения коллатералей вводили внутриартериально ацетилхолин (10~6 М). По окончании этой пробы, в третий раз вызывали расширение коллатеральных артерий и на пике ответа повреждали механочувствительность эндотелия этих сосудов, перфузируя русло в 30 секунд 0,02% раствором димера глутарово-го альдегида. Наконец, спустя 10-15 минут после такого воздействия, вновь накладывали зажим на соответствующую артерию и регистрировали ответы сосудов с поврежденным эндотелием на окклюзию и ацетилхолин. Сопротивление коллатеральных сосудов определяли как отношение падения давления на участке окклюзии и кровотока в бедренной вене. Результаты опытрв. Сразу после, пережатия бедренной артерии ретроградное давление (которое до наложения зажима обычно было лишь на 5-7 мм рт.ст ниже давления в бедренной артерии и составляло 147+5,6 мм рт.ст.) стремительно снижалось и спустя 10 секунд достигало величин порядка 3550 мм рт.ст. За это же время кровоток в бедренной вене уменьшался с 8,9±0,8 до 2,9±0,6 мл/мин. Однако сразу после достижения этих минимальных значений и ретроградное давление, и кровоток начинали увеличиваться и спустя 70-90 секунд достигали новых стационарных значений, составлявших 74+5,9 мм рт.ст. и 5,7+0,9 мл/мин, соответственно. Аналогичные изменения ретроградного давления и кровотока происходят и при окклюзии подвздошной артерии.

Сопротивление сосудов, шунтирующих бедренную артерию кошки, уменьшалось в течение первых 1-2 минут после окклюзии в 2,37+0,09 раз. У всех животных кровоток в конечности сразу после окклюзии уменьшался до величин, совершенно нехарактерных для бедренной артерии (1-3,5 мл/мин), а в течение острой стадии развития коллатерального кровоснабжения возрастал до приемлемого,-вообще говоря, уровня (5-8 мл/мин), то есть до величин, нередко наблюдающихся в бедренной артерии при нормальных условиях течения крови.

Во всех опытах ацетилхолин, вводимый в бедренную артерию после завершения острой стадии расширения коллатеральных сосудов (то есть когда ретроградное давление и кровоток выходили на плато), вызывал дальнейшее снижение сопротивления этих сосудов (табл.1). При введении аце-тилхолина ретроградное давление всегда несколько снижалось, а кровоток возрастал до величины, превосходящей значение кровотока при непережа-той бедренной артерии. Такое изменение гемодинамических параметров свидетельствует о том, что периферические сосуды расширяются в ответ на ацетилхолин сильнее, чем коллатерали. Тем не менее, сопротивление последних уменьшалось при действии ацетилхолина весьма значительно - на 40% (с 8,6+0,7 до 5,1+0,3 мм рт.ст./(мл/мин)). Результаты этих проб показывают, что коллатеральные артерии расширяются при окклюзии маги-

стрального ствола не максимально. Их гладкие мышцы способны расслабиться значительно сильнее и, в частности, под действием фактора, выделяемого эндотелием.

Таблица 1. Изменения ретроградного давления, кровотока и сопротивления коллатеральных сосудов, вызываемые окклюзией бедренной артерии и аце-тилхолином.

Интактные сосуды Сосуды с поврежденой механочувствительностью

Сразу после окклюзии По завершении острой стадии АСЬ Сразу после По завершении окклюзии острой стадии АСЬ

Рретр 0 Шс Рретр 0 Ик Як Рретр 0 Ик Рретр <2 Як Як

28 ±в 35 ±4 20,5 ±0,8 49 59 8,6 5,1 22 31 25,2 27 38 19,2 1 ±7 ±5 ±0,7 ±0,7 ±1 ±6 ±0,6 ±3 ±8 ±1,2 6,9 ±0,9

Величины ретроградного давления (Рретр) и кровотока (О) даны в процентах от уровня, регистрировавшегося непосредственно перед пережатием

бедренной артерии. Сопротивление коллатеральных сосудов (Иле) приведено в мм рт.ст./ (мл/мин). В колонке АСЬ даны величины сопротивления коллатеральных артерий при внутриартериальном введении ацетилхо-лина. , ..

Все данные представляют собой среднее+средняя ошибка среднего.

О том, какое действие на расширение коллатералей оказывает подавление механочувствительности эндотелия, можно судить ло данным, представленным в таблице 1. После 30-секундной перфузии русла 0,02% раствором ди-мера глутарового альдегида как ретроградное давление, так и кровоток улсл'гс'птатотся после окклюзии бедренной артерии значительно меньше, чем в сосудах с интактным эндотелием. Если сопротивление коллатеральных сосудов с интактным задохелием уменьшается з теченнг первых 90 секунд после окклюзии почти в 2,5 раз, то- после повреждения механочувствительности эндотелия уменьшение сопротивления коллатералей составляет менее 25%. Важно отметить, что обработка сосудов димером глутарового альдегида, значительно осл-бляя их ответ на собственно окклюзию бодренной артерии, лишь пенно: уменьшает расширение коллатералей на а«е-тллхолшг.

Обсуждение результатов. Опыты показали, что избирательное повреждение способности эндотелия расслаблять сссудисшс гладкие'мышцы при повышении напряжения сдвига значительно ослабляет расширение коллатеральных сосудов, вызываемое окклюзией магистральных артерий. Эффект повреждения механочувствительности эндотелия виден из сравнения сопротивления расширившихся, вследствие окклюзии, коллатеральных сосудов до и после воздействия на них глутарового альдегида. Если учесть,

что выбранная концентрация димера глутарового альдегида (0,02%), как правило, не устраняет полностью ответы артерий на повышение напряжения сдвига, но лишь значительно ослабляет их, то сохранение некоторого ответа коллатеральных артерий после обработки их интимы альдегидом представляется вполне естественным.

Важно отмсшть, что перфузия глутаровым альдегидом не устраняет способность гладких мышц коллатеральных сосудов расслабляться и не подавляет способность эндотелия выделять ЭФР. Об этом свидетельствует сохранение ответа коллатералей на адетилхолин. После воздействия альдегидом ответ коллатеральных сосудов на ацетилхолик не только сохранился, но и величина его уменьшилась по сравнению с ответом интактных сосудов незначительно. Если в интактных сосудах RK уменьшилось при действии ацетилхолина в 4 раза (с 20,5 до 5,1 мм рт.ст./ (мл/мин)), то после воздействия глутаровым альдегидом RK уменьшилось в 3,6 раз (с 25,2 до 6,9 мм рт.ст./(мл/мин)). При этом ответ коллатеральных сосудов на саму по себе окклюзию, хотя и сохранился после глутарового альдегида, но стал значительно (более, чем вдвое) слабее, чем в интактных сосудах. Эти результаты показывают, что кратковременная (30 с) перфузия сосудистого русла раствором димера глутарового альдегида в низкой концентрации (0,02%) не повреждает ни сократительный аппарат гладких мышц коллатеральных сосудов, ни способности их эндотелиоцитов выделять ЭФР в ответ на действие фармакологических агентов, но значительно ослабляет расширение путей окольного кровоснабжения при окклюзии магистральной артерии. Есть все основания распространить на коллатеральные сосуды полученные ранее (в опытах на магистральных артериях) представления о том, что димер глутарогового альдегида в такой концентрации и при таких врёменах воздействия избирательно подавляет механочувствительность эндотелия. Мы полагаем, что результаты этих опытов дают основания утверждать, что острая стадия расширения коллатеральных сосудов при окклюзии магистральных артерий определяется способностью эндотелия выделять расслабляющий гладкие мышцы фактор в ответ на повышение напряжения сдвига.

АНТИКОНСТРИКТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕХАНОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭНДОТЕЛИЯ

Работа Фурчготта и Завадского (Furchgott a Zawadzki, 1980), выявивших роль эндотелиоцитов в регуляции тонус артериальных гладких мышц, положила начало огромному количеству исследований, в которых выяснялась функциональная: роль эндотелия в различных сосудистых реакциях. В частности, было показано, что артерии с интактным эндотелием . . суживаются под действием различных констрикторных агокистов значительно слабее, чем артерии, с удаленным эндотелием (Cocks a Angus, 1983; Verrecchia et al, 1984; Griffith et al, 1984; Lamping et al, 1985; Martin et ai,'1986; Young a Vatner, 1986; Hynes et al, 1987; Никольский, 1987). Этот феномен объясняли тем, что вазоконстрикторные агонисты, действуя на соответствующие рецепторы как собственно гладких мышц, так и эндотелио-

цитов, должны вызывать одновременно и сокращение мышц, и препятствующее этому сокращению выделение ЭФР (Cocks a Angus, 1983). Естественно, что в отсутствие звдотелия ЭФР выделяться не может, и, в силу этою, кснсгрикторный ответ деэндотелизованного сосуда должен быть смльгее, чем отпет на тот vr.i"стимул"артерии с гпггактным эндотелием.

Однако обусловливаемое эндотелием ослабление констрикции может иметь и иную природу. Обратим внимание на то обстоятельство, что в формуле, связывающей величину напряжения сдвига на стенке трубки с характеристиками течения, - т = 32rjO/Tid3 в знаменателе стоит третья степень утметра. зависимость означает, что при относительно постояном

тфоистоке -гсудс уменьшение диаметра зызывает повышение напряжения сдвига на эндотелии, что должно сопровождаться увеличенным выделением <Ьактооа(ов), расслабляющего гладкие мышцы. Таким образом, ослабление ¿»GUwpiiSCiïiJl дс.Ькпг гтрегтеодтттт- и» ттгеькт» бмаищаин ne только актлеац:::: рецепторов эндотелия соответствующим а'гонисточ, но и благодаря регулт ции тонуса сосудов соответственно напряжению сдвига.

Исследованию актиконстрикторного эффекта механочувствительности эндотелия были посвящены две серки опытов. Первую серию опытов осуществили на бедренной артерии, перфузируемои при стабилизированном трансмуральном давлении, а вторую - на сосудистой сети задней конечности кошек. Цели этого исследования состояли в том, чтобы, во-первых, выявить энтиконстрикторный эффект механочувствительности эндотелия, во-вторкх, сг,гт> a-.:-jif 1~еъъ"с> ос""блстч;е хоятршшш, ~6ус~г,т.~с.г.т:ое дейст-г„;,.. у^ул^зчй. v>. iv.ko.s-xil, сопоставит!. антв-к^истрнктоопсс дсйст-

îsh* ?-лделчпшегосд а ответ ношшенас напряжения сдвига и на

unie ^:*r:CKopero!'~oi>oï. эндотелия. ■ С>лля.Ш": гдт^ьдшт^я j?a ^мс/аЕхОТи^яиаьст!!^^:

^ ^il^KS.ï^^Tjia^Cir^l^îiXiO^ тения г, к

пом. У 14 :«>2!ск регисфировзл»» .~чне'ш бедро!,u>i; артерии на снилсенис Tp-HicMypanbiif.To дяилси'АЧ и ."лик ;ijiî р-зных пелк"ннах чропотс-

.... „ "Ч ът-«аде ^?'т:.п.-от": опыт; рас-/л;' г.^орм ¡г грrcvjvivï увечичипяm:

ступеньками с шагом 4-5 мл/'мин (длительностью 30-120 с )саздая) до 40 50 нч/мчч « fin паяным этих измерений определяли зависимость диаметра iv :.£:.-.-;отока в не;" с'(О). Ктзьвая ¿(О) нмесг четко лыра-

л^л^ую У'-.'снчение оготог.а с „:;) мл/лпи сопрово-

ждается либо незначительным (1-2%) увеличением диаметра, либо вообще не вызывает расширения артерии. Дальнейшее повышение кровотока (до 30-40 мл/мкк) обусловливает значительное (20-40%) увеличение диаметра —'■тс;,';;;, -лув "?qi; дпзпг"'-"i гр^'.лычеа'к .v-i jk'io Еозрес^ает с рос-[гт.-оготтг" Н;.тсо:н:ч., с7!.т': Голг.-пг-: поум.чтенпя уьояь сопровож-

петеатетвльным увеличением лиаметра и выходом на насыщение. Отсутствие распгирсиц" щгг'^ии }> г-блястн 5;кз:;их расходоз свидетель-zibjZT с там, что ::р:: небольших ¡'подпорлгопьпг} значениях напряжения :двига на эндотелии (<10-15 дин/см2), увеличение последнего не сопровождается выделением дополнительного количества фактора, раслабляюще-го гладкие мышцы. Соответственно, если вызывать уменьшение диаметра »суда при низком кровотоке (таком, что напряжение сдвига даже в су-

женной артерии не достигает пороговых величин), не следует ожидать ослабления констрикции, обусловленного механочувствительностью эндотелия. Напротив, при достаточно высоком кровотоке, когда напряжение сдвига выше порогового даже в исходном состоянии (до сужения артерии), рост напряжения сдвига, обусловленный уменьшением диаметра сосуда, должен приводить к некоторому расслаблению гладких мышц, ослабляющему констрикцию. Таким образом, сопоставляя ответы артерий с интакт-ным эндотелием на одно и то же воздействие при "низком" (подпороговом) и "высоком" (пороговом) кровотоках можно оценить антиконстрикторное действие механочувствительности эндотелия.

Исходя из этих соображений, в каждом опыте подачу перфузионного насоса сначала устанавливали. на уровне 3-4 мл/мин ("низкий" кровоток) и снижали трансмуральное давление со 120 до 90 или 70 мм рт.ст., регистрируя ответ артерии на такое воздействие. После достижения диаметром нового стационарного значения, трансмуральное давление восстанавливали к исходному уровню (120 мм рт.ст.). Далее кровоток в артерии повышали до величины, соответствующей началу участка линейного роста диаметра на зависимости сКС?) и равной, обычно, 8-15 мл/мин, и при этом "высоком" кровотоке регистрировали ответ артерии на то же воздействие. У пяти животных сразу после этой пары воздействий производили деэндотелизацию бедренной артерии и вновь регистрировали ответы артерии на снижение трансмурального давления при "низком" и "высоком" кровотоке.

У девяти животных после регистрации ответов артерии с интактным эндотелием на снижение растягивающего давления регистрировали также изменения диаметра артерии, вызывавшиеся при "низком" и. "высоком" кровотоке нанесением со стороны адвентиции норадреналина в концентрации 310"7 М или 10"6 М. В шести экспериментах после этого также удаляли эндотелий с бедренной артерии и повторяли пробы как со снижением давления, так и с норадреналином на деэндотелизованном сосуде. У трех животных вместо деэндотелизации механочувствительность эндотелия выключали, вводя в просвет на 30 с 0,02% раствор димера глутарового альдегида в соответствии с описанной ранее процедурой.

Опыты показали, что уменьшение диаметра артерий с интактным эндотелием при "высоком" кровотоке всегда значительно меньше, чем при "низком" кровотоке. Это различие существует независимо от того; является ли уменьшение диаметра пассивным (возникающим вследствие снижения трансмурального давления) или активным (обусловленным сокращением гладких мышц норадреналином).

Типичный ответ бедренной артерии на снижение трансмурального давления со 120 до 90 мм рт. ст. представлен на рис. 3. При "низком" кровотоке диаметр сосуда сначала быстро уменьшается на 140 мкм, а затем медленно "дотягивается" до 'нового стационарного' значения, уменьшаясь еще на 80 мкм, так что суммарное уменьшение наружного диаметра артерии составило 220 мкм (с 1,37 до 1,15 мм) или 16%. Восстановление давления вызывает монотонное восстановление диаметра до исходной величины.

1.5 -т

ДИАМЕТР

мм

Д* ВЛЕНИН мм рг.сг.

+Е л в

1.3 ■]

\ 1

!

].! ^

]

90 -3

V

! !

-Е

А Б

4-1

г

мл/мин |

о л 3 мин

1_

Рис. 3. Ответы бедренной артерии на снижение транслурального давления с 120 до 90 ям.рт. ст. при "низком" (А - 4 мл/мин) и "высоком" (Б - 12 мл/мин) кровотоках. (Левая запись сделана для артерии с ин-тактным эндотелием, правая - после деэндотелизации.) •

Ир:: "высоком" кровотоке отсст артерии на -режцее ют;еяение тпанс-муральиого давления принципиально отличается от ответа, наблюдавшегося при "низком" кровотоке. 3 первый момент, снижение давления и ч зтом случае вызывает быстрое уменьшение диаметра на те же сачгые 140 мкм, после чего, как и при "низком" кровотоке, начинается медленное дальнейшее сужение сосуда. Однако, спустя 25 секунд (за это время диамеп-уменьшился еще на 50 мкм) это сужение сменяется расширением, которое длится 75 секунд. В результате этого расширения суммарное уменьшение диаметра артерии оказывается вдвое меньше, чем при "низком" кровотоке. . Пришедшее на смену сужению расширение сосуда, естественно, отражает расслабление его гладких мыши. Это расслабление мышц еще более отчетливо проявляется при восстановлении исходного трансмурального давления, которое "растягивает" артерию настолько, что ее диа.четр более чем на 100 мкм (на 7,3%) превышает исходный уровень. Затем, в течение 2 минут происходит восстановление первоначального диаметра артерии.

Такие изменения диаметра при "высоком" кровотоке реализуются только в артерии с шпдктн:1.ч эндотелием. Артерии с -'даленным эндотелием одинаково отвечают на снижение трансмурального давления при "низком" и "высоком" кровотоке. Следовательно, расслабление гладких мышц при снижении трансмурального давления, наблюдающееся при ."высоком", кровотоке, определяется способностью эндотелия регулировать тонус гладких мышц.

В опытах этой серии снижение трансмурального давления вызывало при "низком" кровотоке уменьшение диаметра артерий с интактным эндотелием на 21,6 ± 2,1%, тогда как при "высоком" кровотоке диаметр умень-

шалея лишь на 12,4% ± 1,5% (р<0,01; п=14). У разных животных уменьшение ответа при " высоком" кровотоке было в 1,3-6 раз меньше, чем при "низком" кровотоке. Артерии с удаленным эндотелием или после избирательного повреждения его механочувстсктельностк отвечали на уменьшение грацемурального давления при "низком" и "еысоком" кровотоке одинаково (р>0,1); их диаметр в этом случае уменьшался так же, как и в артериях с инчактным эндотелием при "низком" кровотоке.

Сходные количественно результаты были получены и в опытах, в которых артерии суживали норадреналином. Констрикция артерий при "высоком" кровотоке (внутренний диаметр уменьшался на 11,8±1,2%), была существенно слабее, чем при "низком" -кровотоке (уменьшение внтреннего диаметра составило 19,5+1,7%, п=9 артерий). Однако поскольку в обоих случаях эндотелий был интактен и концентрации норадреналина одинаковы, то, естественно, наблюдавшееся ослабление констрикции при "высоком" кровотоке нельзя приписать выделению ЭФР, связанному с разной степенью активации адренорецепторов эндотелия. Тем не менее, это ослабление констрикции несомненно связано с функцией эндотелия, ибо деэндо-телизованные артерии отвечали на норадреналин одинаковым сужением при "высоком" к "низком" кровотоках.

Отметим, что лишь пять из девяти артерий демонстрировали после де-эндотелизации более сильный ответ на норадреналин, чем-при "низком" кровотоке и интактном эндотелии, причем это усиление ответа было весьма незначительным. Если считать, что ни деэндотелизация, осуществленная высушиванием интимы воздухом, ни блокирование механочувствительности эндотелия димером глутарового альдегида совершенно не повреждают гладкие мышцы, то складывается впечатление, что количество ЭФР, выде-' ляющееся при активации адренорецепторов эндотелия, мало по сравнением с количеством фактора расслабления, выделяющегося при повышении напряжения сдвига.

Таким образом, результаты опытов показывают, что уменьшение диаметра магистральной артерии кошки, вызываемое снижением трансмураль-ного давления или активацией адренорецепторов, тем больше, чем ниже • кровоток в артерии. Эта зависимость величины ответа от расхода крови обусловлена эндотелием, поскольку в деэндотелизованных сосудах ответ артерии на сосудосуживающие стимулы не зависит от величины расхода крови. Такие результаты объясняются изменением тонуса сосудистых гладких мышц при изменениях напряжения сдвига на эндотелии.

Отметим, что если вазоконстрикция увеличивает (при неизменном кровотоке) напряжение сдвига на эндотелии, что приводит к дополнительному выделению ЭФР, ослабляющему сокращение гладких мышц, то вазодила-тация, напротив, сопровождается уменьшением напряжения сдвига и, соответственно, уменьшением выделения ЭФР," что должно приводить к повышению гладкомышечного тонуса. Такой эффект виден на рис.3: при "высоком" кровотоке расширение артерии, вызываемое повышением давления, значительно меньше, чем при "низком" кровотоке. Следовательно, уместно говорить не только об антиконстрикторном, но и об антидилататорном действии механочувствительности эндотелия. Таким образом, чувствительность

эндотелиоцитов к напряжению сдвига является фактором, обеспечивающим стабилизацию диаметра сосудов.

2. Роль механочувствительности эндотелия в ослаблении констрикторных реакций сосудистого русла органа. Механочувствителыюсть эндотелия может ослаблять констрикторные реакции лишь в том случае, когда напряжение сдвига на стенке сосудов при их сужении растет. Это возможно, если при уменьшении диаметра сосудов кровоток в них либо не уменьшается вовсе, либо, уменьшается в меньшей степени, чем третья степень диаметра, то есть так, что величина Q/d3, определяющая напряжение сдвига на стенке, все-таки увеличивается. Очевидно, что это условие выполняется при перфузии органа с постоянным расходом. При перфузии же в условиях стабилизированного перфузионного давления рост гидравлического сопротивления, вызываемый зазокоьстрикцией, должен припеста it уменьшению органного кровотока, причем такому, что напряжение сдвига на эндотелии не только не увеличится, но, более того, может уменьшиться. Следовательно, можно ожидать, что сопоставление вызванных одним и тем же стимулом констрикторных ответов сосудистого русла органа в режимах перфузии с постоянным давлением и постоянным расходом крови должно позволить оценить эффект механочувствительности эндотелия в ослаблении органных констрикторных реакций.

Такое сопоставление было произведено на сосудистом русле задней конечности наркотизированных кошек. В этих опытах оценивали вызываемые норадреналином изменения как гидравлического сопротивления всего сосудистого русла конечности, так и отдельно сопротивления относительно крупных артериальных сосудов. Xартерий и крупных и средних артериол). Для перфузии в режиме постоянного давления, исполнительный элемент системы стабилизации давления - электрогидравлический дроссель - включали параллельно исследуемому сосудистому бассейну, соединяя один его конец с выходом перфузионного насоса, а другой - с дентальным отрезком перевязанной яремной вены. При таком включении избыток крови, нагнетаемой насосом, сбрасывался во время вазоконстрикции в вену, минул сосуды конечности, 'гго позволяло поддерживать давление в бедренной артерии неизменным. При отключенной системе стабилизации давления перфузия сосудистого русла осуществлялась в режиме постоянного расхода. Регистрировали давление и кровоток в бедренной артерии и, так называемое, дистальное давление в периферическом отрезке перевязанной артерии голени, которое, согласно данным Мелландера и его сотрудников (Ludvall, 1971; Mel lander et al, 1987; Ekelund a Mellar,der, 1990), соответствует давлению на границе между мелкими и средними артериолами. Гидравлическое сопротивление сосудистой сети определяли как отношение перфузионного давления и .расхода крови, а сопротивление проксимальных, сосудов (артерий и крупных и средних артериол) - как отношение разности перфузионного и дистального давлений и объемной скорости кровотока.

В начале каждого опыта регистрировали ответы сосудов конечности на норадреналин при перфузии в режимах постоянного расхода и давления. (Раствор, содержащий 10ч М норадреналина, вводили с помощью инфуза-тора непосредственно в бедренную артерию. Скорость инфузии подбирали

таким образом, чтобы артериальное давление при перфузии с постоянным расходом повышалось не более, чем на 40-50%. Обычно такой эффект наблюдался при концентрации норадреналина в крови равной 1-3-10"7 М). После этих измерений внутриартериально при постоянном расходе водили ацетилхолин (концентрация в крови = 10"6 М) и аденозин (Ю-3 М). Таким образом оценивали-способность сосудов'расширяться в ответ на фармакологические стимулы, действие которых либо опосредуется эндотелием (ацетилхолин), либо не зависит от него (аденозинХ

Далее, у 8 животных сосуды конечности деэндотелизовывали методом гипоосмотического шока, перфузируя их в течение 30 с дистиллированной водой, а у 7 животных повреждали механочувствительность эндотелия, вводя в сосуды на 30 с 0,02% раствор димера глутарового альдегида. После повреждения (тем или иным способом) эндотелия, вновь регистрировали ответы на ту же концентрацию норадреналина нри двух режимах перфузии и ответы на ацетилхолин и аденозин.'

100

в х

х го а К а

S ю н

о &«.

о о

20

I

100.

е+ Е- Е+ Е-R общее R проке п=В ___

LZJ Qconst

Б

Л

п.«.

лп дг* КМ яг» R общее R проке

_ п«7

■ Pconst

Рис. 4. Увеличение общего и проксимального сопротивлений сосудистого русла конечности при вазоконстрикции, вызываемой норадреналином, в режимах перфузии с постоянным расходом (белые столбики) и под постоянным давлением (черные столбики). А: сосуды до (Е+) .и после (Е-) деэндотелизации; Б: до и после воздействия на эндотелий димером глутарового альдегида (ДГА).

Звездочки означают статистически достоверное (**р<0,01, *р<0,05) отличие, от проб в сосудах с интактным эндотелием; tus.- отсутствие достоверного различия (р>0,1).

Результаты этой серии опытов .суммированы на рис. 4. В сосудах с интактным эндотелием вызываемое норадреналином повышение общего сопротивления сосудистого русла конечности при перфузии с постоянным расходом оказывается почти вдвое меньше, чем при перфузии с постоянным давлением (36,8±3,7% против 69,6+7,3%). Этот эффект практически полностью определяется различной констрикцией. проксимальных сосудов,

I

I

сопротивление которых при постоянном кровотоке возрастает в пять раз меньше, чем при постоянном давлении. Деэндотелизация (рис. 4,А) значимо увеличивает рост как общего, так и проксимального сопротивлений при обоих режимах перфузии. Очевидно, однако, что наиболее значительно усиливается констрикторный ответ проксимальных артерий в режиме перфузии постоянным расходом крови. Под-действием норадреналина сопротивление деэндотелизованных проксимальных сосудов возрастает при постоянном кровотоке на 63,8+9,3% (вместо 14,7% в сосудах с интактным эндотелием), а при постоянном давлении оно увеличивается на 86,0+9,4% (против 72,3% в интактиых сосудах).

Однако и после деэндотелизации констрикторный ответ проксимальных сосудов при перфузии постоянным расходом оказывается несколько слабее, чем при перфузии под постоянным давлением. Это не удивительно, поскольку, при достоянном кровотоке вазоконстрикция сопровождается по- . вышением трансмурального давления, что должно представлять собой фактор, препятствующий сужению артерий (Никитин и Хаютин, 1962). Видимо, именно эффектом растяжения сосудов возросшим трансмуральным давлением и определяется наблюдающееся после деэндотелизации различие в ответах проксимальных, артерий (63,8% против 86%). Однако, как видно из результатов, изображенных на рис. 4, А, это различие мало по сравнению с различием тех же ответов в сосудах с интактным эндотелием (14,7% против 72,3%). Ясно, что значительно более слабый ответ проксимальных сосудов при постоянном расходе определяется эндотелием, а именно, согласно нашему предположению, его чувствительностью к напряжению сдвига.

Это предположение было подтверждена в опытах, з которых эндоте- . лий не удаляли, а лишь повреждали его механочувствительность (рис.4,5). Устранение чувствительности артерий к напряжению сдвига так же, как и деэндотелизация, приводит к выраженному усилению констрикторных ответов проксимальных сосудов в режиме перфузии с постоянным расходом. Единственное принципиальное отличие результатов этих опытов от опытов с деэндотелизацией состоит з том, что повреждение механочувствительно-сти эндотелия не вызывает статистически значимого усиления ответов па норадреналин при перфузии русла с постоянным давлением (р>0,1, парный тест Стьюдента). Отметим также, что если после деэндотелизации ответ проксимальных сосудов на ацетилхолин исчезал практически полностью (<10% от контрольного значения), то после обработки интимы диме-ром глутарового альдегида он уменьшался не более, чем на 10% от исходной величины. Ни деэвдотелизяттия, пи повреждение механочувствительно-ети эндотелия не изменяли ответ проксимальных сосудов на аденозан (р>0,1). Этого нельзя сказать об ответе дистальных сосудов, который в обоих случаях уменьшался до 76 + 7,1% величины, регистрировавшейся в контрольном периоде опытов.

То обстоятельство, что деэндотелизация приводила хоть к небольшому (на 12%), но статистически значимому усилению констрикторных-ответов при перфузии в режиме стабилизизации давления, а избирательное подавление механочувствительности эндотелия не усиливало эти ответы, позволяет заключить, что эндшелий способен ослаблять констрикцию, вызывае-

мую норадреналином, благодаря не только чувствительности к напряжению сдвига. Представляется, что различие ответов на норадреналин в перфузи-руемых под постоянным давлением сосудах с интактным эндотелием и после деэндотелизации может быть объяснено рецептор-опосредуемым выделением ЭФР. Видно, однако, что этот эффект (также как в опытах на отдельной артерии) мал по сравнению с ослаблением констрикции, обусловленным механочувствительностью эндотелия.

Все эти факты доказывают, что при относительно постоянном кровотоке в сосудах органа главным обусловливаемым эндотелием фактором, ослабляющим вызываемую норадреналином констрикцию, является способность эндотелиоцитов изменять тонус гладких мышц соответственно изменениям напряжения сдвига на стенке.

- На наш взгляд, опыты с перфузией сосудистого бассейна при постоянном кровотоке свидетельствуют в пользу предположения В.М. Хаютина (1990, 1996) о том, что именно механочувствительность эндотелия выступает в качестве контура отрицательной обратной связи, предупреждающего развитии гипертонии. Действительно, при прессорных реакциях увеличивается не только сосудистое сопротивление, но также сила и частота сердечных сокращений. Вследствие этого, минутный объем кровообращения не только не уменьшается, но, более того, может даже увеличиться. Это обстоятельство представляет собой условие для проявления антиконстрикторного эффекта механочувствительности эндотелия: сосуды суживаются, а кровоток в них неизменен или даже растет, и, следовательно, значительно возрастает напряжение сдвига на эндотелии. Наши результаты показывают, что вызываемые норадреналином прессорные реакции в сосудистом русле с интактным эндотелием значительно слабее,'чем в сосудах', "механочувствительность эндотелия которых повреждена. Это определяемое механочувствительностью эндотелия ослабление прессорных реакций должно являться фактором, замедляющим развитие первичной гипертонии.

РОЛЬ МЕХАНОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭНДОТЕЛИЯ В РЕГУЛЯЦИИ ОРГАННОГО КРОВОТОКА

Во многих, органах изменения кровотока непропорционально малы по сравнению с вызвавшими их изменениями перфузионного давления. Такую относительную независимость перфузии органа от величины давления (ауторегуляцию кровотока) обеспечивает миогенная реакция Бейлисса, сущность которой состоит в том, что растяжение сосуда, возникающее при повышении трансмурального давления, вызывает усиление сокращения гладких мышц, а уменьшение натяжения сосудистой стенки (при снижении давления) приводит к снижению гладкомышечного тонуса. Миогенный.ответ характерен, в основном, для мелких и средних артериол, сопротивле-' ние которых меняется при изменениях трансмурального давления значительно. В более крупных артериальных сосудах миогенная реакция практически отсутствует (Мет^ег еЬ а1, 1987; ВргпЬе^ et а1, 1988).

При повышении перфузионного давления и кровоток в органе, и давление в различных отделах системы должны возрасти. Вследствие увеличе-

практи

дист0г1

шение' щнм в Ин давлен: ние кр< выгаен! началы ны. Н^ нескол! дизмег; кунд, 11 минуты ем сопр увеличе мента р бйлиза!| рой нет! конечна де всей ся след! повыше Тот очевиде: же жив! рованно в режим стом ру< что кро! ауторегу! дах с ин русла нг вотока с зации. Г судах с умеяыпа! дезндоте чувствит) Реак| опыта зт пряжени шись в { что кров ный, а п билизаци чёзали п<

ния кровотока во всех сосудах несколько возрастает напряжение сдвига. Кроме того, спустя несколько секунд после повышения трансмурального давления в артериолах эти сосуды начинают (вследствие реализации мио-

генного ответа) суживаться, что приводит к дальнейшему увеличению в них напряжения сдвига. Таким же образом снижение перфузионного дав-тения, вызывая расширение артериол, приводит к уменьшению п них напряжения сдвига.

Выше мы показали, что чувствительность эндотелия к напряжению сдвига значительно ослабляет как констрикторные, так и дилататорные реакции артериальных сосудов, препятствуя значительному отклонению диаметров сосудов как в одну, так и в другую сторону, причем это свойство рсялгтзуэтся негтлпксггио от природы стимула, вызывающего изменения диаметра. Поскольку при реализации миогенного ответа напряжение сдвига в артериолах меняется, ясно, что изменения сопротивления сосудов при изменениях давления должны определяться не только реакцией Бейлисса, но и регуляцией тонуса, определяемой чувствительностью эндотелия к напряжению сдвига.

Наиболее отчетливо влияние механочувствительности эндотелия на сопротивление сосудов при изменениях перфузионного давления должно проявиться в экспериментах с перфузией сосудистого русла в режиме стабилизации расхода, поскольку в этом случае напряжение сдвига во всех

сосудах (и, особенно, в артериолах) значительно возрастает. Намного слабее действие механочувствительности эндотелия должно проявляться при перфузии сосудистого русла в режиме стабилизации давления. В этом случае обусловливаемое миогенной реакцией увеличение сопротивления русла приведет к уменьшению органного кровотока, что ограничит рост напряжения сдвига.

Таким образом, сопоставление реакций сосудистого русла органа на повышение давления при перфузии в режимах стабилизации расхода и давления, должно позволить выявить вклад регуляции сопротивления артериальных сосудов соответственно напряжению сдвига в регуляцию органного кровотока.

Порядок осуществления опытов. В опытах на наркотизированных котках регистрировали изменения как общего сопротивления сосудистого русла задней конечности, так и сопротивления проксимальных сосудов (т.е. относительно крупных артериальных сосудов, расположенных выше места измерения давления в артерии голени), вызываемые повышением перфузионного давления при перфузии в режимах стабилизации давления и расхода крови. Методика перфузии конечности описана ранее. В начале каждого опыта сосуды конечности перфузировали в течение 30 минут в режиме стабилизации давления, величину которого устанавливали на 5-10 мм рт.ст. ниже уровня системного давления. Далее, уровень перфузионного давления повышали на 20-50 мм рт.ст. и наблюдали изменения кровотока, происходящие в ответ на такое повышение перфузионного давления. По достижении кровотоком нозого стационарного значения, перфузионное давление возвращали к исходному уровню. В течение 3-5 минут после этого кро-

ВО" Ч&)

ЦИ<

таи

ста щ&

но, тор отв нен

НЫ1

3-5 лич

ЛИ 1 ЛИЯ

аль, шие усл<

Рис.

при 1 сосус

Резу: на рр ном I воток вызы удйвр ральк сниж< ния I

Результаты опытов суммированы на рис. 6, на котором изображены зависимости расход-давление для двух режимов перфузии - при стабилизируемом давлении и расходе. Видно, что при стабилизируемом давлении наблюдается зависимость, характерная для ауторегуляции кровотока, когда повышение давления вызывает непропорционально малое увеличение расхода крови. Такая зависимость свидетельствует о том, что сосудистое сопротивление увеличивается при росте давления и уменьшается при его снижении. Что же касается перфузии в режиме стабилизируемого расхода, то здесь наблюдается совершенно обратная'зависимость: "ауторегуляция перфузионного давления", когда давление повышается значительно слабее, чем вызвавшее это повышение увеличение кровотока. Ясно, что в этом случае, чем выше органный кровоток, тем меньше сопротивление сосудистого русла. Таким образом, если кривая I обусловливается миогенным ответом сосудов, который, главным образом, и определяет сопротивление русла при таком режиме перфузии, то кривая II демонстрирует способность механо-чувствительности эндотелия уменьшать сопротивление сосудов, противодействуя механизму Бейлисса. Эти результаты показывают, что регуляция тонуса сосудов соответственно напряжению сдвига на эндотелии способна в существенной мере определять реакции сосудистого русла на изменения перфузионного давления и, таким образом, вносить важный вклад в процессы регуляции органного кровообращения.

г. ч/

X X 2 Ч с

2

<

о н о

а о

а.

л н о о а. о 2Й О

141

12

10

8

6

80 120 160 200

ПЕРФУЗИ0НН0Е ДАВЛЕНИЕ (мм рт.ст.)

Рис.6. Зависимость расхода крови от перфузионного давления в сосудистом русле задней конечности коинси. ' ' и - перфузия в режиме стабилизации давления (кривая I); А -перфузия в режиме стабилизации расхода (кривая II).

О положительных обратных связях в системе кровообращения. Миогенная реакция играет важную роль в регуляции кровообращения, обеспечивая

30

как поддержание минимально необходимого органного кровотока при снижении артериального давления, так и ограничение регионарного кровотока при повышении трансмурального давления, что весьма существенно, например, при сосудистых реакциях, связанных с изменением положения тела. Однако зта же реакция обусловливает наличие в системе положительной обратной связи. Действительно,-можно показать, что случайное незначительно: расширение лишь одной артериолы вызовет снижение з ней трансмурального давления, что должно привести, благодаря миогенной реакции, во-первых, к дальнейшему расширению этой артериолы ¡1, во-вторых, к расширению всех остальных артериол данного бассейна. Аналогично, случайное сужение лишь одного сосуда должно вызвать его дальнейшее сужение и сужение остальных артериол сети.

Рс^здйк сосудоч на изменение напряжения сдвига также охватывает систему хошуром положительной обратной связи. Действительно, при повышении перфузионного давления напряжение сдвига во всех сосудах возрастает. Повышение напряжения сдвига должно вызвать расширение сосудов, которое приведет к еще большему росту напряжения сдвига, что должно обусловить дальнейшее расширение сосудов и т. д.

Положительная обратная связь, усиливая случайные возмущения, снижает устойчивость системы. Однако никаких признаков неустойчивости сосудистой системы не наблюдается, и это заставляет думать, что в системе существуют механизмы, ограничивающие (или подавляющие) эффект этих положительных обратных связей. Результаты проведенного исследования позволяют заключит!-., что два контура положительной обратной связи, один из которых обусловлен миогенным ответом артериол, а другой - способностью эндотелия регулировать тонус гладких мышц соответственно напряжению сдвига, включены как бы "навстречу" друг другу, и каждый из них по отношению к другому играет роль отрицательной обратной связи. Миогенный ответ ослабляет реакцию ¡¡а изменение напряжения сдвига, а эта, последняя, ослабляет миогенный ответ. Представляется, что именно взаимодействие (или, точнее, взаимное противодействие) этих двух контуров и определяет ответ сосудистого русла на изменения перфузионного давления. При преобладании миогенного ответа наблюдаете^ ауторегуля-ция органного кровотока, а при преобладании реакции на изменение напряжения сдвига наблюдается ауторегуляция давления.

Относительную стабилизацию давления при изменениях кровотока наблюдали при перфузии отдельных органов в режимах стабилизации как кровотока, так и давления (Захаров,1979; Ха.-отин и соавт., 1984; МеШпд Л а1, 1987; Во^с1ог55 et а!, 1988). Интересно, что зависимость диаметр-расход для всего большого круга кровообращения соответствует ауторегуляция не кровотока, а давления (ЗЬоикаБ е^ а1, 1984; ВогдсЬ^ еЬ а|, 1990), причем этот эффект определяется не центральными механизмами регуляции артериального давления, так как воспроизводится после выключения барорецепторных зон. Этот феномен получил объяснение лишь после того, как было доказано, что сопротивление сосудов регулируется соответственно напряжению сдвига на стенке (Хаютин и соавт., 1993). Поскольку тенденция к стабилизации давления должна реализовываться тогда, когда чувст-

вительность сосудов к напряжению сдвига вызывает большие изменения сопротивления, чем миогенный ответ, можно заключить, что в органах, в которые поступает большая часть минутного объема крови, превалирует регуляция тонуса сосудов соответственно напряжению сдвига на эндотелии, а не миогенная реакция Бейлисса. Таким образом, экспериментальные данные, как полученные нами, так и почерпнутые из других источников показывают, что механочувствительность эндотелия является важным механизмом регуляции органного сосудистого сопротивления.

ВЫВОДЫ

1. Диаметр магистральных артерий регулируется в соответствии со скоростью течения и вязкостью крови. Эта ранее неизвестная регуляция просвета артериальных сосудов определяется способностью клеток эндотелия воспринимать действующую на них со стороны текущей крови гидро-. динамическую силу - напряжение сдвига - и изменять соответственно тонус гладких мышц.

Регуляция сосудистого сопротивления, обусловленная механочувстви-тельностЬю эндотелия, обеспечивает значительные изменения гидравлического сопротивления сосудов, которые, как показывает расчет, практически полностью компенсируют увеличение падения давления на артериях, возникающее вследствие увеличения кровотока и/или вязкости крови.

2. Эндотелиоциты воспринимают действующее на них напряжение сдвига в виде сдвиговых деформаций. Повышение жесткости (снижение деформируемости) клеток эндотелия подавляет способность артерий реагировать изменениями своего диаметра на изменения кровотока и вязкости крови.

3. Ингибирование ИО-синтетазы не ослабляет ответы бедренной артерии кошек на повышение кровотока, подавляя в то же время ответы этой артерии на ацетилхолин и АТФ. Этот факт свидетельствует о том, что медиатор, выделяемый эндотелиоцитами магистральных артерий кошки в ответ на повышение напряжения сдвига, отличен от образующегося из Ь-аргинина оксида азота, выделяющегося клетками эндотелия при действии фармакологических агентов.' .

4. Способность артерий расширяться при повышении напряжения сдвига на эндотелии обеспечивает острую стадию развития коллатерального кровоснабжения органов при окклюзиях магистральных артерий. Избирательное подавление способности сосудов расширяться в ответ на повышение напряжения сдвига устраняет расширение коллатеральных сосудов.

5. Регуляция просвета артерий соответственно напряжению сдвига значительно ослабляет "их констрикторные реакции. Это антиконстрикторное действие осуществляется независимо от природы., стимула, вызывающего сужение сосуда, и определяется тем, что напряжение сдвига при уменьшении диаметра возрастает, обусловливая некоторое расслабление гладких мышц, противодействующее констрикции.

Вызываемое норадреналином сужение артериальных сосудов бассейна бедренной артерии в условиях стабилизации органного кровотока значи-

тельно слабее, чем я условия?: стабилизации давления. Доказано, что это различие органных констрикторных реакций при разных режимах перфузии определяется, главным образом, способностью эндотелия расслаблять гладкие мышцы при повышении напряжения сдвига. Механочувствнтель-иость эндотелия, ослабляя вазоконстрикцию, обеспечивает значительное уменьшение прессорных реакций.

6. Регуляция диаметра артерий при изменениях напряжения сдвига на эндотелии является не только антиконстрикторным, но и антидилататор-ннм фактором. При расширении сосудов напряжение сдвига на их стенке уменьшается, что обусловливает повышение гладкомышечного тонуса, ограничивающего сазодилатацию. Таким образом, чувствительность эндотелия к напряжению сдвига можно рассматривать как фактор стйбняиэтлчн дияметрч артеризл^ттътг сссудсг:.

7. Ответ сосудистого русла на изменения давления обусловливается совместным действием двух видов механогенной регуляции гладкомышечного Toi{yca - реакции Бейлисса на уровне артериол и реакции артериальных сосудов на повышение напряжения сдвига. Относительная выраженность этих двух реакций определяет степень ауторегуляции кровотока.. При преобладании миогенной - реакции наблюдается относительная стабилизация органного кровотока, тогда как преобладание реакции на повышение напряжения сдвига определяет тенденцию к стабилизации давления.

Список публикаций по теме диссертации

1. Мелькумянц A.M., Веселова Е.С., Хаютин В.М. Реакции бедренной артерии кошек на изменения скорости кровотока. Бюлл.экстр, бипл.мед, 1981, т.91, с.7-9. ' '

2. Мелькумянц A.M., Хаютин В.М., Веселова Е.С. Регуляция диаметра бедренной артерии при изменениях скорости течения перфузионных растворов. Бюлл.экспер.биол.мзд., 1982, т.93, с.7-10.

3. Гришаноп Ю.Н., ЕветифеевИ.К., Мелькумянц A.M., Хаютин В.М. Автоматическая стабилизация давления в крупных артериях при изменениях кровотока. Бюлл.экспер.биол.мед., 1982, т.94, с 1?!-123.

4. Khavutin V.M., Melkumyants A.M., Veselova E.S. A fundamental feature of arteries: luminal size adjustment to biood flow rate. В кн.: IXih World Congress of Cardiology., Moscow, 1982, p. 156.

5. Мелькумянц A.M., Веселова Е.С. Хаютин В.М. Регуляция просвета артерий при изменениях скорости течения и вязкости крови. В кн: I Всесоюзный биофизический съезд. М., 1982, т.2, с 128-129.

6. Мелькумянц A.M., Веселова Е.С., Мещерский Е.Л. Расширние магистральных артерий кошек при увеличении скор«гтя кровотска. В тт.: "Регуляция кровоснабжения скелетных мышц", Ржа, 1983, с. 76-77.

7. Балашов С.А., Мелькумянц A.M. Изменения тонуса сонной артерии кошек при изменениях скорости кровотока. Бюлл.зкспер.биол.мед., 1984, т.98, с. 515-517. „ ' . '

8. Smiesko V., Melkumyants А.М., Kozik J. Flow sensitivity of the internal carotid artery in dogs. PkysioLBokemoslov., 1985, v.34, p. 459-460.

9. Мелькумянц A.M., Балашов С.А. Избирательнее блокирование чувствительности артерий к скорости течения крови. В кн.: "Труды I республиканской конференции "Молекулярные и клеточные механизмы адаптации в норме и патологии". М., ВИНИТИ, 1986, с.12-15.

10. Мелькумянц А.М., Балашов С.А. Скорость кровотока - постоянно действующий фактор дилатации крупных артерий. Бюлл. экспер. биол. мед.,

1986, т.101 , с.524-526.

11. Мелькумянц А.М., Балашов С.А., Смиешко В., Хаютин В.М. Избирательное подавление чувствительности артерий к скорости кровотока глута-ровым альдегидом. Бюлл.экспер.биол.мед., 1986, т.102 , с. 568-570.

12. Khayutin V.M., Meikumyants А.М., Rogoza A.N., Veselova E.S., Balashov S.A., Nikolsky V.P. Flow-induced control of arterial lumen. Acta Physiol.Hung., 1986, v.68 (3-4), p. 241-251.

13. Мелькумянц A.M., Балашов С.А. Вязкость крови - фактор регуляции тонуса артерий. В кн.: Медицинская биомеханика.- Рига, 1986, т.2, с.72-77. -

14. Мелькумянц А.М., Балашов С.А. Регуляция просвета артерий соответственно напряжению сдвига: роль деформируемости эндотелия. В кн.: Медицинская биомеханика. Рига, 1986, т.2, с.78-82.

15. Мелькумянц A.M., Балашов С.А. Эндотелий-зависимое расширение артерий при увеличении органного кровотока. В кн.: "Кровообращение в скелетных мышцах", Рига, 1986, с.81-82.

16. Meikumyants А.М., Balashov S.A., Veselova E.S., Khayutin V.M.

• Continuous control of the lumen of feline conduit arteries by blood flow rate. Card.iovasc.Res., 1987, v.21, N12, p. 863-870.

17. Meikumyants A.M., Balashov S.A. Control of the arterial lumen by shear stress: role of endothelium deformability. Phusiol.Bohemoslop., 1987, v.36, p. 571.

18. Мелькумянц A.M., Балашов C.A., Никольский В.П. Регуляция просвета магистральных артерий соответственно напряжению сдвига. Тезисы XY съезда Всесоюного физиологического общества. Кишинев, 1987, с.418.

19. Meikumyants А.М., Balashov S.A., Khayutin V.M., Endothelium-dependent control of arterial diameter by blood viscosity. Cardiovasc.Res. ' 1989, v.23, N9, p.741-747.

20. Khayutin V.M., Meikumyants A.M., Balashov S.A., Nikolski V.P., Rogoza A.N., Veselova E.S. Flow-induced, endothelium-mediated .arterial dilation. В кн.: XXXI International Congress of Physiological Sciences: Helsinki,

1987, p.36.

21. Мелькумянц A.M., Балашов С.А. Обусловленная эндотелием регуляция артерий соответственно напряжению сдвига. В кн.: Итоги науки и техники. (серия "Физиология человека и животных"), М., ВИНИТИ, 1989, т.38, с.27-60. "

22. Meikumyants A.M., Balashov S!A. Effect - of blood viscosity on arterial flow induced dilator response. Cardiovasc.Res., 1990, v.24, N2, p. 165-168. 23.. Meikumyants A.M., Balashov S.A., Khayutin V.M. Shear-stress induced control of arterial diameter, В кн.: I World Congress of Biomechanics. La-Jolla, 1990, v.2, p.274.

24- Melkumyants A.M., Balashov S.A., ICartamyshev S.P. Endothelium sensitivity to shear stress as an anticonstrictor factor. lnternat.J. of Microcirculation., 1992, v.ll, suppl.l, p. 144.

25. Melkumyants A.M., Balashov S.A., Klimachev A.N., Kartamysliev S.P. Khayutin V.M. Nitric oxide does not mediate flow induced endothelium-dependent arterial dilatation in the cat. Cardiovasc.Res. 1992, v.2G, p. 256260.

26. Мельхумянц A.M., Балашов С.А., Хаютин B.M. Регуляция просвета магистральных артерий в соответствии с напряжением сдвига на эндотелии. Физиол.ж. им.Сеченова. 1992, т.78, с.70-78.

27.Мелькумянц A.M., Балашов С.А., Климачев А.Н., Картамышец С.П., Хаютин В.М. Оксид азота не является медиатором опосредуемой эндотелием дилатации артерий на гтоттпшеиие скорости кровотока. Физиол.ж. им. Сеченова. 1092, т.78, с.51-67.

28. Melkumyants A.M., Balashov S.A., Kartamyshev S.P. Anticonstrictor effect of endothelium sensitivity to shear stress. Pflug.Arch., 1994, v.427, p.264-269.

29. Melkumyants A.M., Balashov S.A., Khayutin V.M. Control of arterial diameter by shear stress on endothelium. NIPS, 1995, v.10, p.204-210.

30. Мелькумянц A.M., Балашов С.А., Картамышев С.П. Антиконстршстор-ный эффект чувствительности эндотелия к напряжению сдвига. Физиол.ж. им.Сттова. 1996, т.82, с.93-101,-