Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль миогенной реакции в ответе сосудов с разной толщиной стенки на констрикторные влияния

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Роль миогенной реакции в ответе сосудов с разной толщиной стенки на констрикторные влияния"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

на правах рукописи

МАЧКОВ Владимир Викторович

РОЛЬ МИОГЕННОЙ РЕАКЦИИ В ОТВЕТЕ СОСУДОВ С РАЗНОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ НА КОНСТРИКТОРНЫЕ ВЛИЯНИЯ.

03.00.13 - физиология человека и животных

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -1998

РГ6 од

О 9 ФЕВ '

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

(зав кафедрой - профессор, академик РАМН И. П. Ашмарин)

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор - И.М.Родионов

Официальные оппоненты'.

В. Г. Пенелис - доктор медицинских наук, профессор А. М. Мелкумянц - доктор биологических наук, доцент

Ведущее учреждение:

Институт общей патологии и патофизиологии РАМН

Защита состоится 9 февраля 1998 г. в 15 час. 30 мин. На заседании Специализированного Совета Д.053.05.35 при биологическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Биологический факультет, ББА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

Автореферат разослан « »

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат биологических наук

января 1998 г.

Общая характеристика работы.

Актуальность исследования. Большой интерес к проблеме гипертонии объясняется, с одной стороны, ее широким распространением среди населения земного шара, а с другой - неясностью механизмов ее этиологии и патогенеза. Артериальная гипертензия в большей степени, чем другие заболевания, я&чяется по выражению Фолкова (Folkow, 1982), «болезнью регуляции». Возможности экспериментальных исследований значительно расширились, когда была выведена линия спонтанно гипертензивных крыс линии SHR. Патологические механизмы развития повышенного давления у этих крыс, как сейчас считают, наиболее близки к эссенциальной гипертензии человека.

Устойчивая форма артериальной гипертензии человека и SHR связана с увеличением общего периферического сопротивления (Folkow et al., 1970, 1972). При этом наиболее важные изменения происходят в резистивных сосудах диаметром 100500 мкм. Они проявляются в утолщении сосудистой стенки и сужении просвета сосуда (Mulvany et al. 1982, Lee et al. 1983, Izzard et al. 1996). Безусловно, имеется наследственная предрасположенность к утолщению стенки сосудов у SHR. Культура гладкомышечных клеток SHR растет гораздо быстрее, чем WKY (Yamori et al. 1981, Resink et al. 1987). Структурные изменения не всегда исчезают, если давление у SHR понижать до нормального уровня (Jespersen et al. 1985, 1986; Folkow 1986; Smeda et al. 1988). С другой стороны, ранее было показано, что уменьшение перфузионного давления может приводить к падению сопротивления сосудистого русла (Folkow et al. 1971). Этот факт доказывает, что помимо генетической предрасположенности структура сосудов зависит от локального перфузионного давления (Hansen et al. 1974, Bund et al. 1991). Таким образом, вопрос являются ли изменения сосудов при гипертензии первичными или вторичными по отношению к давлению остается открытым.

Нельзя считать окончательно решенным вопрос об изменении реактивности сосудов на констрикторные стимулы у гипертензивных животных. Суженный просвет и мощный мышечный слой стенки сосуда должны создавать структурную основу для более выраженной сосудосуживающей реакции у гипертензивных животных по

сравнению с нормотензивными. Подтверждение этому было получено Фолковым с сотр. почти 30 лет назад в опытах с перфузией сосудов задней части тела в режиме постоянного расхода. В этих условиях сосуды SHR сокращались в ответ на норадреналин сильнее, чем сосуды WKY (Folkow et al., 1970, 1973). Сейчас результаты этих опытов многократно воспроизведены (Haeusler, 1974, Tsuda et al., 1984, Cassis et al., 1985). Однако некоторые данные позволяют усомниться в таком однозначном выводе. Показано, что в условиях стабилизации внутрисосудистого давления сужение сосудов SHR в ответ на норадреналин может быть меньше, чем у WKY (Сох, 1981, Rodionov et al., 1992). Следует отметить, что многие авторы считают перфузию при постоянном давлении более физиологичным способом исследования реактивности сосудистого русла (Dawis & Dow, 1972, Fink & Brody, 1979).

Известно, что сила сокращения гладкой мышцы определяется не только величиной нервного или гуморального влияния. Исходная степень растяжения мышцы и связанная с ней спонтанная активность гладкомышечного волокна оказывает значительное влияние на констрикторный ответ (Johnson 1980, Jackson & Duling 1989). Эта отличительная черта гладкой мышцы проявляется при сравнении констрикторных ответов сосудов в двух режимах перфузии: с постоянным расходом и с постоянным давлением. Известно, что реакция сосуда на норадреналин усиливается миогенным ответом, который зависит от натяжения стенки сосуда (Meininger & Trzeciakowski 1988). В связи с тем, что натяжение стенки сосуда изменяется по разному при сокращении в двух режимах перфузии, вклад миогенного ответа в сужение сосуда может быть разным и определять соотношение реактивности сосудов с разной структурой. Количественная оценка и блокада развития миогенной реакции могут оказать помощь в проверке этой гипотезы.

Цель исследования: оценить роль миогенной реакции б ответе резисгавных сосудов с разной толщиной стенки на констрикторные влияния при разных режимах перфузии.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи.

1.Сравнить реактивности изолированных сегментов хвостовых артерий и резистивных веточек бедренных артерий SHR и WKY при двух режимах перфузии: в условиях постоянного расхода и постоянного давления.

2.Исследовать роль повышенного внутрисосудистого давления в развитии структурных и функциональных изменений резистивных сосудов при гипертензии.

3.Оценить вклад миогенной реакции в сократительный ответ на норадреналин сосудов с разной толщиной стенки при разных условиях перфузии путем подавления развития миогенного ответа:

а) блокадой механочувствительных каналов ионами гадолиния;

б) длительной деполяризацией гладкой мышцы стенки сосуда;

в) блокадой потенциалзависимых кальциевых каналов Д600.

4.Сравнить констрикторные реакции резистивных сосудов с разной толщиной стенки при постоянном давлении в условиях отсутствия поток - зависимого влияния эндотелия.

5.Количественно оценить степень развития миогенной реакции у толстостенных и тонкостенных резистивных сосудов:

а) при разных величинах тонуса сосуда;

б) на разных уровнях трансмурального давления.

Научная новизпа. Впервые проведено комплексное сравнение реактивности изолированных сегментов сосудов крыс линий БЖ. и \ViCY при двух режимах перфузии: в условиях постоянного расхода и постоянного давления. Показан разный вклад миогенной реакции в констрикторный ответ сосудов при двух режимах перфузии. Выявлена увеличенная миогенная активность тонкостенных сосудов при невысоких значениях постоянного давления. Показана большая пороговая величина давления, необходимая для развития миогенной реакции, у толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными. Продемонстрирована возможность нормализации структуры и реактивности резистивных сосудов БНЯ при развитии при нормальном давлении.

Теоретическая и практическая значимость. Диссертационная работа посвящена сравнению реактивности сосудов при двух режимах перфузии. Выявлена зависимость соотношения силы ответа на констрикторный стимул сосудов БНЯ и \VK_Y от условий сокращения гладкой мышцы. Показана важная роль миогенной прибавки сокращения в развитии конечного ответа сосуда на норадреналин. Продемонстрировано увеличенное пороговое давление для развития миогенной

реакции сосудами 5ТШ по сравнению \IVKY. Экспериментами с блокаторами развития миогенной реакции доказана ее определяющая роль в парадоксальном соотношении реактивности сосудов БНЯ и \V1CY при перфузии с постоянным давлением. Опытным путем показано, что предотвращение повышения давления в сосудистом бассейне задней конечности БНЯ нормализует структуру и реактивность резистивных сосудов. Результаты этой работы позволяют по новому взглянуть на механизмы регуляции кровотока в норме и при гипертензии, а также демонстрируют важную адаптивную роль утолщения стенки резистивных сосудов в ответ на стойкое повышение артериального давления.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции "Артериальная гипертензия. Экспериментальные и клинические аспекты." (С.Петербург, 1995), на Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995), на конференции молодых физиологов и биохимиков России "Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций." (Санкт-Петербург, 1995), 1-м Российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 1996), на Всероссийской конференции «Прикладные аспекты исследований скелетных, сердечных и гладких мышц» (Пущино, 1996), на 5 Международном симпозиуме по резистивным артериям (Кэмбридж, 1996), на XXXI11 Международном конгрессе по физиологическим наукам (С.Петербург, 1997), на Европейской конференции по проблемам кровяного давления и сердечно-сосудистым заболеваниям (Нидерланды, 1997). Материалы диссертации вошли в 2 научные публикации. Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов, их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на страницах, содержит рисунков и таблиц. Список литературы включает источников.

Автор глубоко признателен сотрудникам кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ и кафедры фармакологии Медицинского факультета университета города Орхус (Дания), чья неоценимая помощь позволила состояться этой работе.

Материалы и методы исследования.

Эксперименты были проведены на 185 самцах спонтанно гипертензивных крыс линии Окамото и Аоки (SHR) (Okamoto & Aoki, 1963) и 40 крысах линии Вистар-Киото (WKY) аналогичного пола. Перед экспериментом у бодрствующих крыс измеряли давление модифицированным методом «tail-caff» (Лапшин и Кошелев, 1989). В некоторых экспериментальных сериях измеряли артериальное давление у наркотизированных крыс с помощь катетера, вставленного в бедренную артерию.

Для изучения влияния высокого артериального давления на структурные и функциональные изменения резистивных сосудов при гипсртензии был использован метод предотвращения повышения давления в системе кровеносных сосудов задней конечности SHR (Hansen et al., 1974). Крысам в возрасте 4-х недель под бриталовым наркозом (75 мг/кг) на общую подвздошную артерию накладывали лигатуру, суживающую сосуд до диаметра 400 мкм. Эта операция предотвращала развитие повышенного давления в системе кровеносных сосудов задней конечности SHR на стадии стойкой гипертензии в возрасте 18-20 недель (Bund et al., 1991).

Опыты проводили на изолированных сегментах хвостовых артерий и резистивных веточках бедренных артерий крыс линий SHR и WKY. В некоторых сериях экспериментов были также использованы резистивные веточки бедренной артерии SHR, которые развивались при повышенном и нормальном давлении. Наружный диаметр хвостовой артерии был 600-800 мкм, резистивной артерии 150250 мкм. Сегменты сосудов располагали на канюлях и помещали в термостатируемую камеру (37 °С). В опытах регистрировали давление в приносящей канюле и объемную скорость тока перфузата через сосуд. Кроме того, экспериментах на резистивных артериях с помощью видеокамеры регистрировали внутренний диаметр сосуда. В опытах на хвостовой артерии крысы использовали физиологический раствор Кребса-Хенселейта. В экспериментах с резистивными сосудами пользовались физиологическим раствором «HEPES».

Перфузию изолированных сегментов хвостовых артерий и резистивных веточек бедренных артерий осуществляли в условиях постоянного расхода и постоянного давления. Перфузию с постоянным расходом выполняли с помощью перистальтического насоса. Давление регистрировали в приносящей канюле. В

условиях перфузии хвостовой артерии под постоянным давлением регистрировали изменение объемной скорости тока перфузата через сегмент сосуда. В опытах с перфузией сегментов резистивных артерий при постоянном давлении измеряли падение давления на сосуде. Падение давления рассчитывали как разницу давления в приносящей и выносящей канюлях.

Сосудосуживающие реакции вызывали кумулятивным увеличением концентрации норадреналина. Силу реакций сосудов на констрикторные агенты оценивали как абсолютное увеличение сопротивления. Этот параметр показывает во сколько раз изменилось сопротивление сосуда относительно исходного значения. В условиях постоянного расхода абсолютное изменение сопротивления (AR) рассчитывали как AR=(P-?0)/Q, где Ро и Р - исходное давление в приносящей канюле и давление, развиваемое в ответ на дозу норадреналина; Q - постоянная объемная скорость тока перфузата через сосуд. При перфузии под постоянным давлением хвостовой артерии AR вычислялась по формуле: AR=P/Q - P/Qo, где Qo и Q - расход перфузата до и после воздействия на сосуд; Р - фиксированное давление в приносящей канюле. В опытах с перфузией резистивной артерии абсолютное увеличение сопротивления рассчитывали как AR=(AP-APo)/Q, где Q - величина объемной скорости перфузата через сосуд, а АРо и ДР - падение давления на сосуде до и после воздействия вазоконстрикторного агента.

С целью исключения поток - зависимого влияния эндотелия сравнивали констрикторные реакции резистивных артерий разных групп крыс в условиях отсутствия потока при постоянном давлении. Сокращение при этом выражали как внутренней диаметр сегмента в процентах от диаметра расслабленного в бескальциевом растворе сосуда (Bulow, 1996). В связи с тем, что степень спонтанного уменьшения диаметра у разных сосудов была различной, реакции оценивали по чувствительности к норадреналину. Чувствительность к норадреналину выражали как отрицательный логарифм концентрации норадреналина, вызывающей реакцию равную половине максимальной (Parker & Waud, 1971).

В условиях отсутствия потока изучали зависимость миогенной реакции от величины исходного тонуса сосуда и величины трансмурального давления. Количественно силу миогенной реакции оценивали как миогенный индекс (Halpern et

al., 1984). Миогенный индекс выражался как нормализованная зависимость внутреннего диаметра сосуда от исходного внутреннего диаметра и величины шага давления: [ 100*(АГОЛГ))]/ДР, где АШ - изменение внутреннего диаметра сосуда при изменении трансмурального давления, ДР - изменение трансмурального давления, Ш -внутренний диаметр сосуда до изменения давления. Как следует из формулы, чем более отрицателен миогенный индекс, тем более активен ответ сосуда на подъем давления.

Подавление миогенной реакции осуществляли добавлением в физиологический раствор блокатора механочувствительных каналов - ионов гадолиния (100 мкМ) (Yang & Sachs, 1989) и блокатора потенциалзависимых кальциевых каналов (Gustafsson et al., 1988) - D600 (10"7 M). Также развитие миогенной реакции блокировали длительной деполяризацией стенки сосуда (Jackson & Duling, 1989), которая создавалась заменой в физиологическом растворе NaCl на KCl.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием непараметрического критерия Манна-Уитни-Вилкоксона. На рисунках, в таблицах и в тексте все данные представлены в виде М+ш.

Результаты и их обсуждение.

Измерение артериального давления «tail-caff» методом показало, что давление было увеличено у крыс линии SHR по сравнению с WKY и составляло 181+8 и 125+7 мм рт. ст., соответственно. Различий в весе между группами животных не наблюдали.

Роль повышенного артериального давления в развитии морфологических изменений резистивных артерий при гипертензии.

Эксперименты с перфузией изолированных сегментов хвостовых артерий и резистивных артерий крыс линий SHR и WKY подтвердили хорошо известный факт, что при развитии артериальной гипертензии наблюдается увеличение сопротивления сосудов потоку (Folkow et а]., 1970). При давлении 100 мм рт. ст. сопротивление сегментов хвостовых артерий SHR увеличено по сравнению с сопротивлением WKY (рис.1-а). Также увеличено сопротивление резистивных сосудов спонтанно гипертензивных крыс при перфузии под давлением 80 мм рт. ст. по сравнению с нормотензивным контролем (рис. 1-6). Наблюдаемое в работе увеличение

сопротивления сосудов БНИ. по сравнению с \VICY согласуется с множеством исследований, продемонстрировавших сужение просвета мелких артерий при гипертензии (Ьее е1 а1., 1983; МиК'апу е1 а1., 1982, Милану & Аа11даег, 1990, Ъцгагс! е1 а1., 1996). Согласно литературным данным сужение сосудов происходит в следствии увеличения толщины слоя гладкомышечных клеток в стенке сосуда (\УагкИа^л' ег а1., 1980, Ми1уапу & АаНдаег, 1990).

Рис.1. Сопротивления сегментов сосудов БНЯ и \ViCY. а - Перфузия хвостовой артерии под давлением 100 мм рт. ст. б - Перфузия резистивной артерии под давлением 80 мм рт. ст.

* - р<0.05

SHR WKY SHR WKY

Тем не менее, на данный момент до конца не ясно, являются ли эти морфологические изменения в структуре сосуда первичными или вторичными по отношению к стойкому повышению давления. Чтобы приблизится к ответу на этот вопрос крысам SHR в возрасте 4-х недель была сделана операция по предотвращению повышения давления в сосудистом бассейне задней конечности. В этом возрасте давление у спонтанно гипертензивных крыс не было повышено, что было показано ранее (Lee, 1985; Bund et al., 1991; Dickhout & Lee, 1997) и наблюдалось в нашей работе.

Возраст 18-20 недель соответствует стадии стойкого повышения артериального давления у SHR (Okamoto & Aoki, 1963). В этом возрасте давление в бедренной артерии «незащищенного» сосудистого бассейна задней конечности было повышено по сравнению с сосудистым бассейном SHR, «защищенным» от повышения давления. Давление в бедренной артерии «защищенного» сосудистого бассейна не отличалось от давления в бедренной артерии нормотензивных крыс WKY(Ta6ji.l).

Разница в давлениях, при которых развивались сосуды, приводила к морфологическим различиям между резистивными артериями SHR. Резистивные

артерии, развивавшиеся при повышенном давлении, ооладали утолщенным гладкомышечным слоем в стенке сосуда по сравнению с артериями, «защищенными» от повышенного давления (рис.2). Также у резистивных сосудов, развивавшихся при повышенном давлении, было увеличено соотношение толщина стенки : просвет сосуда (рис.2).

Таблица 1. Среднее давление в бедренной артерии сосудистых бассейнов БЖ, «защищенных» и «незащищенных» от повышенного давления, и \¥КУ

крысы БИЯ \УКУ

контрольная оперированная

Давление, мм рт. ст.

конечность 164+6

конечность 102+11

114+5

Таким образом, недопущение повышения давления в сосудистом бассейне задней конечности 8НЯ предотвращало развитие гипертензивных изменений в структуре резистивных сосудов: утолщение стенки сосуда и сужение просвета. Видимо, несмотря на то, что морфологические изменения структуры сосудов БНЯ предопределены наследственными факторами, для развития этих нарушений необходимо повышенное давление.

Рис.2. Морфологические характеристики резистивных сосудов БНЯ из

сосудистых бассейнов задней конечности, развивавшихся при повышенном и ***

нормальном давлении. ......- р<0.001

Площадь гладкомышечного

слоя, мкм

Толщина сосудистой стенки : просвет (хЮО).

ИДИ * л*

-- ||НШд|

ЕИЯяшВвно

контрольная конечность

оперированная конечность

контрольная конечность

оперированная конечность

Влияние режима перфузии на соотношение реактивности сосудов с разной толщиной стенки.

В данной работе осуществляли перфузию сосудов с разной структурой: тонкостенных сосудов нормотензивных крыс и толстостенных сосудов спонтанно гипертензивных крыс. Кроме этого, были выполнены эксперименты на резистивных

артериях SHR, которые развивались при повышенном и нормальном давлении и имели разную толщину стенки сосуда. Разная толщина стенки сосудов создает разную структурную основу для сокращения.

Условия перфузии с постоянным расходом.

Подавляющее большинство исследований реактивности сосудов SHR и WKY было выполнено в условиях постоянного расхода. В начале 70-х годов Фолковым было показано, что реактивность сосудистого русла задней конечности SHR увеличена по сравнению с WKY (Folkow et al., 1970, 1973). Он объяснил этот факт тем, что в ответ на повышение давления крови происходят адаптивные изменения сосудистого русла: гипертрофия сосудистой стенки и сужение просвета сосудов. Такое изменение геометрии сосуда создает структурную основу для более мощной, чем у нормотензивных сосудов, констрикторной реакции. Позднее эти результаты были подтверждены не только при перфузии сосудистых бассейнов (Родионов с соавт., 1984), но и изолированных сосудов (Cassis et al., 1985). Рис.3 Увеличение сопротивления сегментов хвостовых артерий SHR и WKY при

перфузии в режимах постоянного расхода (а) и постоянного давления (б). * ** *** .р <о.05, 0.01, 0.001

Концентрация норадреналина, M (логарифмическая шкала)

Полученные в этой работе результаты перфузии с постоянным расходом изолированных сегментов хвостовых артерий и резистивных артерий SHR и WKY полностью согласуются с данными других исследователей (Tsuda et al., 1985; Cassis et al., 1985). При перфузии с постоянным расходом как сегментов хвостовых артерий, так и резистивных артерий сосуды SUR сокращались в ответ на норадреналин сильнее, чем WKY (рис.З-а, 4-а).

В ответ на норадреналин при перфузии с постоянным расходом резистивные сосуды SHR, развивавшиеся при повышенном давлении, сокращались сильнее, чем

Рис.4. Увеличение сопротивления резистивных артерий при перфузии в режиме постоянного расхода. Исходное давление 80 мм рт. ст. а - Перфузия сосудов SHR и WKY;

б - Перфузия сосудов SHR, развивавшихся при повышенном и нормальном давлении.

а А* *** _р<о.05, 0.01, 0.001

Концентрация норадреналина, M (логарифмическая шкала)

сосуды, «защищенные» от повышенного давления (рис.4-б). Таким образом, при перфузии с постоянным расходом более толстостенные сосуды всегда отвечают на норадреналин сильнее, чем тонкостенные.

Условия перфузии при постоянном давлении.

Однако повышение реактивности сосудов на констрикторные стимулы с увеличением толщины сосудистой стенки проявляется не при всех условиях. Ранее было показано, что при сравнении реакций сосудистого бассейна задней части тела в условиях перфузии при постоянном давлении сосуды SHR сокращались в ответ на констрикторные стимулы слабее, чем WKY (Rodionov et al. 1992).

При перфузии изолированного сегмента хвостовой артерии и резистивной артерии в условиях постоянного давления сосуды SHR сокращались в ответ на

норадреналин слабее, чем WKY (рис.З-а и 5-а). При сравнении сосудов БШ,

развивавшихся при повышенном и нормальном давлениях, толстостенные сосуды в

сокращались в ответ на норадреналин слабее, чем тонкостенные (рис.5-б).

Рис.5. Увеличение сопротивления резистивных артерий при перфузии в режиме постоянного давления 80 мм рт. ст. а - Перфузия сосудов вНК. и \VKYj

б - Перфузия сосудов БНК., развивавшихся при повышенном и нормальном

давлении. * ** „ „^ „ _

* ** - р < 0.05, 0.01

10"® Ю"8 10"7

Концентрация норадреналина, М (логарифмическая шкала)

Таким образом, данные результаты демонстрируют, что при перфузии в режиме постоянного давления толстостенные сосуды сокращаются в ответ на норадреналин слабее тонкостенных.

Влияние подавления миогенной реакции на соотношение реактивности сосудов при разных режимах перфузии.

В зависимости от условий сокращения гладких мышц сосудов реакции толстостенных сосудов на норадреналин могут быть увеличены или уменьшены по сравнению с тонкостенными сосудами. Ранее было показано, что сокращение сосуда на норадреналин может усиливаться миогенным ответом, который зависит от натяжения сосудистой стенки (Меиш^ег & ТгегыаколтаЫ 1988, Метт§ег & РаЬег 1991). При сокращении сосудов в разных режимах перфузии натяжение стенки изменяется по разному. При перфузии в режиме постоянного расхода констрикторная реакция увеличивает натяжение стенки, тогда как условиях постоянного давления натяжение уменьшается с сокращением сосуда.

Для развития миогенной реакции важна степень натяжения каждого сократительного элемента. При уменьшении натяжения стенки сосуда, растягивающее усилие, приходящееся на единицу толщины стенки сосуда, будет в большей степени убывать у толстостенного сосуда, чем у тонкостенного. Таким образом, при небольшой растягивающей силе степень миогенной активации у толстостенного будет меньше, чем у тонкостенного. При большом натяжении, когда все сократительные элементы растянуты достаточно сильно, суммарная миогенная реакция окажется сильнее у сосуда с большим числом сократительных элементов.

Полученное в данной работе изменение соотношения реактивности на норадреналин толстостенных и тонкостенных сосудов при смене режима перфузии может быть связано с разной степенью активации и разным вкладом в констрикторный ответ миогенной реакции при двух режимах перфузии. При перфузии с постоянным расходом вклад миогенной реакции в сократительный ответ сосуда больше у толстостенных сосудов, чем у тонкостенных; при перфузии под постоянным давлением - наоборот.

Важное значение в развитии миогенной реакции играют механочувствительные каналы, которые воспринимают механический стимул и передают его в клетку (Morris, 1990). Их блокада ионами гадолиния подавляет развитие миогенной реакции (Yang & Sachs, 1989). Это было использовано для проверки гипотезы о разном вкладе миогенной реакции в сократительные ответы толстостенных и тонкостенных сосудов при двух режимах перфузии.

Блокада механочувствительных каналов при перфузии с постоянным расходом.

В этих условиях толстостенные сосуды с подавленной миогенной реакцией сокращались на норадреналин сильнее тонкостенных, т.е. соотношение реакций не изменялось по сравнению с нормой. Сегмент хвостовой артерии SHR сокращался в ответ на норадреналин сильнее, чем сосуд WKY и после подавления миогенной реакции ионами гадолиния (рис.б-а). Причем во время блокады миогенной реакции сильнее подавлялись ответы сосудов SHR, чем WKY. Этот факт говорит о том, что миогенная прибавка сокращения в этих условиях больше у толстостенных сосудов SHR, чем у WKY.

Рис.6 Увеличение сопротивления сегментов хвостовых артерий SIIR и WKY при перфузии в режимах постоянного расхода (а) и постоянного давления (б) во время блокады механочувствительных каналов ионами гадолиния.

* ** -р <0.05, 0.01 —•- SHR .....а.......WKY

5x10 5x10- 5x10" 5x10° 5x10"

Концентрация норадреналина, М (логарифмическая шкала)

5x10

Сходная картина наблюдается и при сравнении толстостенных и тонкостенных

резистивных артерий в условиях перфузии с постоянным расходом во время блокады

механочувствительных каналов. В этом случае при подавлении миогенной реакции

уменьшаются ответы на норадреналин у обоих групп сосудов, причем в большей

степени у толстостенных. Тем не менее, реакции на норадреналин остаются больше у

толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными (рис.7-а).

РисЛ. Увеличение сопротивления резистивных артерий SHR, развивавшихся при повышенном и нормальном давлении, при перфузии в режиме постоянного расхода (а) и постоянного давления (б) при блокаде механочувствительных каналов ионами гадолиния.

* - р < 0.05

_росуды, развивавшиеся при повышеном давлении

.сосуды, развивавшиеся при нормальном давлении

10'9 10"

10"6 Ю-7

Концентрация норадреналина, М (логарифмическая шкала)

В результате большего уменьшения ответа на норадреналин у толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными значимые различия в реакциях наблюдаются только при больших концентрациях норадреналина.

Блокада механочувствительных каналов в условиях перфузии при постоянном давлении.

При смене режима перфузии блокада механочувствительных каналов приводила к изменению соотношения реактивности сосудов разных групп. В результате подавления миогенной реакции при перфузии при постоянном давлении соотношение реактивности сегментов хвостовых артерий SHR и WKY изменялось на противоположное. В этих условиях сосуды SHR сокращались сильнее (рис.6-б). Интересно отметить, что в данном случае, блокада механочувствительных каналов приводила к уменьшению силы ответа на норадреналин хвостовых артерий WKY, в то время как воздействие на реакцию сосудов SHR было незначительным. Именно в результате этого происходило изменение соотношения реактивности сосудов на обратное по сравнению с нормой.

Схожий эффект на силу ответа на норадреналин оказывали ионы гадолиния при сравнении реакций резистивных сосудов SHR, развивавшихся при повышенном и нормальном давлении. В результате подавления миогенной реакции уменьшалась сила ответа на норадреналин в большей степени у тонкостенных сосудов по сравнению с толстостенными. В результате этого исчезали различия в реактивности между группами сосудов (рис.7-б). Эффект ионов гадолиния обусловлен исключением из суммарного констрикторного ответа вклада миогенной реакции.

Другие способы подавления миогенной реакции.

Результаты опытов с подавлением развития миогенной реакции блокадой механочувствительных каналов согласуются с гипотезой о разной степени активации миогенной прибавки сокращения при двух режимах перфузии. Однако миогенная реакция - сложный процесс (Johansson 1989), в развитии которого помимо механочувствительных каналов важную роль играют потенциалзависимые кальциевые каналы (Gustafsson et al., 1988). Поэтому подавить развитие миогенной реакции можно и другими способами, заблокировав вход ионов кальция в клетку

через потенциалзависимые кальциевые каналы. Это достигается деполяризацией клеточной мембраны или использованием блокатора потенциалзависимых кальциевых каналов. При этом вход кальция только через механочувствительные каналы будет недостаточен для развития миогенной реакции.

Ранее было показано, что в результате длительной деполяризации стенки сосуда подавляется развитие миогенной реакции на растяжение (Nakayama, 1982, Jackson & Duling, 1989). Однако и в деполяризованном состоянии гладкие мышцы сосуда сохраняют способность к сократительному ответу на норадреналин (Devine et al., 1972). В наших экспериментах длительная деполяризация стенки сосуда не влияла на соотношение реактивности хвостовых артерий SHR и WKY при перфузии с постоянным расходом и изменяла его на обратное по сравнению с нормой при перфузии с постоянным давлением.

Воздействие на резистивные сосуды блокатором потенциалзависимых кальциевых каналов D600 давало эффект схожий с влиянием ионов гадолиния. При перфузии с постоянным расходом при блокаде потенциалзависимых кальциевых каналов сохранялась увеличенная реактивность толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными. При смене режима перфузии на условия постоянного давления в присутствии D600 сильнее подавлялись ответы на норадреналин у тонкостенных сосудов. В результате этого разницы в реакциях двух групп сосудов на норадреналин не наблюдалось.

Таким образом, при подавлении миогенной реакции, вне зависимости от способа блокады, в условиях перфузии с постоянным расходом сильнее подавлялись ответы на норадреналин у толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными. Однако соотношение реактивности сосудов при этом не изменялось. При смене условий перфузии блокада миогенной реакции сильнее воздействовала на констрикторный ответ тонкостенных сосудов по сравнению с толстостенными и изменяла соотношение реактивности сосудов по сравнению с нормой. Это показывает, что степень вклада миогенной реакции в сокращение сосуда в условиях перфузии при постоянном давлении больше у сосудов с более тонкой стенкой. Именно этим обусловлено парадоксальное соотношение реактивности сосудов с разной толщиной стенки при перфузии при постоянном давлении.

Сравнение реакций сосудов с разной толщиной стенки на норадреналин в беспотоковых условиях.

При экспериментальной перфузии на силу констрикторных реакций значительное влияние могут оказывать поток-зависимые реакции эндотелия (Verrechia et al., 1984; Никольский, 1987). Это особенно важно учитывать при сравнении реактивности сосудов разных групп крыс, таких как SHR и WKY, потому что степень поток-зависимого влияния у них может быть разной (Vanhoutte, 1993; Nava & Luscher, 1994; Schiffrin, 1995; Vanhoutte, 1996). Кроме того, эндотелиальные влияния на гладкие мышцы стенки сосуда изменяются по-разному во время сокращения при разных режимах перфузии (Каргамышев, 1996). Исследование реактивности изолированных резистивных артерий в беспотоковых условиях позволяет снизить влияние эндотелия до минимума.

Были выполнены опыты по установлению зависимости «доза-эффект» в условиях отсутствия потока при постоянном давлении 80 мм рт. ст. В этих условиях сосуды развивали спонтанный тонус (табл.2). Значения тонусов сосудов разных групп существенно различались. Значительно больше уменьшали свой диаметр тонкостенные сосуды SHR, развивавшиеся при нормальном давлении, и сосуды WKY по сравнению с резистивными артериями SHR, которые развивались при повышенном давлении (табл.2).

Таблица 2. Спонтанный тонус резистивных сосудов с разной толщиной стенки в беспотоковых условиях при постоянном давлении 80 мм рт. ст.

WKY SHR SHR

развивавшиеся при развивавшиеся при

повышенном давлении нормальном давлении

внутренний диаметр в

процентах от диаметра 43+5 57+6 58±4 48+6 расслабленного сосуда

В результате этого, исходные точки кривых зависимостей «доза-эффект», нормированные к диаметру полностью расслабленных сосудов, сильно различались между группами. Это создавало трудности при сравнении реактивности сосудов на норадреналин. Наиболее удобно в данном случае оценивать ответы сосудов на норадреналин по чувствительности. В беспотоковых условиях при постоянном

давлении 80 мм рт. ст. чувствительность тонкостенных сосудов вЖ, развивавшихся при нормальном давлении, и сосудов \VK_Y была увеличена по сравнению с резистивными артериями БНЯ, которые развивались при повышенном давлении (рис.8). Таким образом, при отсутствии потока в условиях постоянного давления тонкостенные сосуды сокращаются сильнее толстостенных. Для развития реакции, равной половине от максимальной, тонкостенным сосудам требовалась меньшая доза норадреналина, чем толстостенным.

Рнс.8. Чувствительность резистивных сосудов к норадреналину (-log ЕС50НА)в беспотоковыхусловияхпри постоянном давлении 80 мм рт. ст. * - р<0.05

а - Сравнение резистивных сосудов БЫЛ и ЖКУ; б - Сравнение резистивных сосудов 8НЯ, развивавшихся при повышенном и нормальном давлении.

б

8 7 6 5 -1"

8 Т 7 6 5

WKY

SHR

оперированные контроль

Сравнение миогенной активности резистивных сосудов с разной толщиной стенки.

Изложенные результаты предполагают, что парадоксальное соотношение реактивности толстостенных и тонкостенных сосудов при перфузии под постоянным давлением (когда толстостенные сосуды отвечают на норадреналин слабее тонкостенных) может быть связано с разной степенью вклада миогенной реакции в констрикторный ответ сосуда. Для проверки правильности этого предположения в данной работе количественно оценивали миогенную реакцию на увеличение трансмурального давления как миогенный индекс (Halpern et al. 1984, Izzard et al. 1996).

Зависимость миогенной реакции от тонуса сосуда.

Известно, что величина миогенной реакции зависит от исходного тонуса сосуда (Johansson 1989). Мы предполагаем, что в условиях постоянного давления вклад миогенной реакции в ответ сосуда на норадреналин уменьшается с увеличением

степени констрикции и уменьшением натяжения стенки сосуда, соответственно. Это уменьшение происходит сильнее у сосудов с более толстой стенкой, где быстрее уменьшается растягивающее усилие, приходящееся на единицу толщины стенки. Поэтому в наших опытах миогенные реакции толстостенных и тонкостенных резистивных артерий сравнивали при разных величинах исходного тонуса, созданного норадреналином.

Было показано, что при шаге давления от 80 до 120 мм рт. ст., при невысоких значениях тонуса, тонкостенные сосуды развивают более активный миогенный ответ по сравнению с толстостенными артериями, что выражается в более отрицательных значениях миогенного индекса (рис.9-а).

Рис.9. Миогенный индекс (зависимость изменения внутреннего диаметра сосуда от исходного диаметра нормализованная к шагу давления) как функция тонуса резистивных сосудов БЖ, развивавшихся при повышенном и нормальном давлении.

а - контрольные условия, б - влияние ионов гадолиния. * ** -р<0.05, 0.01

сосуды, развивавшиеся при повышеном давлении а

сосуды, развивавшиеся при нормальном давлении б

0,3

2

« , , КТ

-

10-' 10"8 10 -7

0,0 -0,1 ±-

Концентрация норадреналина, М (логарифмическая шкала)

Такое активное поведение резистивных сосудов блокируется ионами гадолиния (рис.9-б). В результате блокады механочувствительных каналов ионами гадолиния наблюдается только пассивное растяжение сосудов в ответ на возрастающее давление.

Сравнение миогенной активности сосудов с разной толщиной сосудистой стенки при разных величинах давления.

Для развития миогенной реакции существует некий пороговый уровень растяжения стенки сосуда (Иакауата, 1982), такой чтобы растягивающее усилие приходящееся на единицу толщины стенки было достаточно, чтобы вызвать миогенный ответ, но не слишком большое, чтобы гладкомышечные клетки могли ему сопротивляться. Исходя из этого следует ожидать, что диапазоны давлений, оптимальных для развития миогенной реакции, будут различаться у сосудов с разной толщиной стенки.

Это предположение было экспериментально подтверждено в наших экспериментах. В опытах шаг за шагом увеличивали трансмуральное давление в сосуде. При низких значениях давления сосуд пассивно растягивался. При дальнейшем подъеме давления резистивная артерия развивала миогенную реакцию в ответ на шаг давления. Это выражалось в уменьшении внутреннего диаметра сосуда с увеличением трансмурального давления. При высоких значениях давления сосуд вновь начинал растягиваться (рис. 10-а).

Активный миогенный ответ сосуда на подъем давления наблюдался у сосудов с разной толщиной стенки при разном диапазоне давления. Для количественной оценки миогенной реакции при разных значениях давления был рассчитан миогенный индекс (рис.10-б). Как видно из рисунка 10-6, при невысоких значениях трансмурального давления миогенная активность значительно выше у тонкостенных сосудов по сравнению с толстотенными. При подъеме давления в «гипертензивную» область тонкостенные сосуды начинают растягиваться с увеличением давления, тогда как толстостенные сохраняют активные миогенные свойства.

Таким образом, давление оптимальное для развития миогенной реакции у толстостенных сосудов смещено в более высокую область по сравнению с тонкостенными. Также различаются пороговые значения давления для развития активного ответа. Миогенный ответ появляется у тонкостенных сосудов при давлении на 20 мм рт. ст. ниже, чем для толстостенных (рис. 10-6). Ранее подобный факт был показан для резистивных сосудов брыжейки крыс линий БЖ и (Ькагс! е1 а1.

1996) Все это в целом позволяет говорить о первостепенной роли толщины стенки сосуда в степени развития миогенной реакции.

Рис.10. Миогенная активность резистивных сосудов при пошаговом увеличении трансмурального давления.

а - оригинальная запись изменения внутреннего диаметра сосуда при пошаговом увеличении давления;

б - миогенный индекс как функция от трансмурального давления. * ** р<0.05, 0.01

8 140 т

**

■ трансмуральное давление

■ внутрисосудистый диаметр

давление, мм рт. ст. - сосуды, развивавшиеся при

повышеном давлении . сосуды, развивавшиеся при нормальном давлении

Заключение.

Приведенные результаты демонстрируют, что соотношение реактивности толстостенных и тонкостенных сосудов зависит от режима перфузии. В условиях постоянного расхода толстостенный сосуд сокращается в ответ на констрикторное влияние сильнее тонкостенного. Однако при смене режима перфузии на условия невысокого постоянного давления толстостенный сосуд отвечает на норадреналин слабее тонкостенного.

Проведенные эксперименты позволяют заключить, что подобная зависимость соотношения силы констрикции сосудов с разной толщиной стенки от режима перфузии, связана с разной степенью активации миогенной реакции. При перфузии с постоянным расходом перфузионное давление и натяжение стенки возрастает по мере

сужения сосуда, поэтому степень активации миогенной реакции достаточно велика у всех сосудов. В результате вклад миогенной реакции в сократительный ответ оказывается больше у толстостенного сосуда по сравнению с тонкостенным. Следовательно, суммарный сократительный ответ на норадреналин у него будет также увеличен. В условиях постоянного давления при сужении сосуда натяжение стенки уменьшается и растягивающее усилие, приходящееся на единицу толщины стенки, убывает у толстостенных сосудов быстрее, чем у тонкостенных. В этих условиях вклад миогенной реакции в сокращение сосуда на норадреналин будет больше у тонкостенных сосудов. Вследствие этого, суммарный сократительный ответ на норадреналин у тонкостенных сосудов при перфузии под постоянным давлением будет больше, чем у толстостенных.

Подтверждение этой гипотезы было получено в экспериментах с блокадой миогенной активности гладкой мышцы сосуда, которая приводила к увеличенной реактивности толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными в обоих режимах перфузии. При перфузии с постоянным расходом сильнее подавлялись ответы на норадреналин у толстостенных сосудов по сравнению с тонкостенными, а при перфузии под постоянным давлением - наоборот. Кроме того, было непосредственно показано, что миогенная реакция при шаге давления от 80 до 120 мм рт. ст. у тонкостенных сосудов увеличена по сравнению с толстостенными при небольших значениях сосудистого тонуса. Эта реакция подавлялась блокадой механочувствительных каналов и потенциалзависимых кальциевых каналов.

Было показано, что при средних значениях давления (70-90 мм рт. ст.) миогенная активность тонкостенных сосудов увеличена по сравнению с толстостенными. При увеличении давления эта разница изменялась на противоположную. Все эти результаты еще раз подтверждают факт, что при невысоких значениях трансмурального давления вклад миогенной реакции в констрикторный ответ больше у тонкостенных сосудов по сравнению с толстостенными. Эта разница создает основу для более выраженной в условиях невысокого постоянного давления констрикторной реакции на норадреналин тонкостенных сосудов.

23

Выводы.

1.У хвостовой артерии и резистивной веточки бедренной артерии SHR увеличено соотношение толщина стенки / просвета сравнению с WKY.

2.Соотношение реактивности на констрикторный стимул сосудов с разной толщиной стенки определяется условиями сокращения гладкой мышцы, которые различны при разных режимах перфузии. В условиях постоянного расхода натяжение стенки сосуда при вазоконстрикции возрастает, а в условиях постоянного дашхения -уменьшается.

3.При перфузии в режиме постоянного расхода эффективность сосудосуживающих влияний увеличена у сосудов SUR по сравнению с WKY.

4.В условиях постоянного давления сила констрикторных реакций сосудов SHR уменьшена по сравнению с сосудами WKY.

5.Предотвращение повышения артериального давления в сосудистом бассейне задней конечности SHR нормализует соотношение толщина стенки / просвет резистивного сосуда и изменяет констрикторные ответы резистивной веточки бедренной артерии, делая их похожими на реакции сосудов WKY.

6.Подавление миогенной реакции не влияет на соотношение реактивности сосудов с разной толщиной стенки при перфузии в режиме постоянного расхода, но изменяет это соотношение при перфузии под постоянным давлением. В условиях подавленной миогенной реакции сократительные ответы толстостенных сосудов увеличены по сравнению с тонкостенными при обоих режимах перфузии.

7.0ценка миогенного индекса позволила заключить, что внутрисосудистое давление, оптимальное для развития миогенной реакции, значительно больше для толстостенных резистивных сосудов по сравнению с тонкостенными. При невысоком трансмуральном давлении тонкостенные сосуды развивают большую миогенную реакцию на повышение давления, чем толстостенные сосуды.

В.Реакция на сосудосуживающий стимул реализуется не только прямым действием вазоконстрикторного агента на мышцу. Величина ответа зависит также от степени натяжения стенки сосуда и степени активации миогенной реакции гладкомышечных волокон.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. В.В. Мачков, О.С. Тарасова, E.H. Тимин, И.М. Родионов. Особенности реактивности сосудов SHR и WKY при разных режимах перфузии Н Тезисы докладов 1-го Российского конгресса по патофизиологии (с международным участием). Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы. (Экспериментальные и клинические аспекты) с.74, г.Москва, 17-19 октября 1996г.

2. В.В. Мачков, О.С. Тарасова, E.H. Тимин. Констрикторные реакции изолированной хвостовой артерии у гипертензивных и нормотензивных крыс : экспериментальное исследование и математическая модель. В сб. : " Артериальная гипертензия. Экспериментальные и клинические аспекты." Тезисы докладов конференции, Санкт-Петербург, 30 мая-1 июня 1995г., с.58.

3. В.В. Мачков, О.С. Тарасова, И.М. Родионов. Сосудосуживающие реакции хвостовой артерии гипертензивных и нормотензивных крыс при разных режимах перфузии и разном перфузионном давлении. Материалы Съезда физиологов Сибири и Дальнего Востока, Новосибирск, 1995г.

4. В.В. Мачков. Исследование сосудосуживающих реакций изолированной хвостовой артерии крыс SHR и WKY при разных режимах перфузии и при разном перфузионном давлении. В сб. : " Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций." Тезисы докладов конференции молодых физиологов и биохимиков России, Санкт-Петербург, 1995г., с. 126,

5. И.М. Родионов, В.В. Мачков, М.А. Власова, О.С. Тарасова, В.Б. Кошелев. Толщина сосудистой стенки как фактор, определяющий эффективность вазоконстрикторных влияний. // Всероссийская конференция. Прикладные аспекты исследований скелетных, сердечных и гладких мышц, г.Пущино, 8-10 октября 1996г.

6. V.V. Machkov, O.S. Tarasova, V.B. Koshelev, I.M. Rodionov. Drastically reduced vasoconstrictor responses of isolated tail artery in SHR vs. WKY under constant -pressure perfussion. // Can. J. Physiol. Pharm., 1994, v.72., Suppl.4., p.49 (Abs. P2.5.6)

7. V.V. Machkov, 0,S.Tarasova, E.N.Tirain, I.M.Rodionov. Effect of noradrenaline on tail arteries of SHR and WKY under perfusion at constant flow and constant pressure // Acta Physiol. Scand., 1997,161, P. 41-46

8. V.V. Machkov, H.Nilson. Effects of resistance artery morphology on reactive under different perfusion conditions. // Hypertension, vol. 30, N4, P. 1004

9. V.V.Matchkov, I.M.Rodionov, O.S.Tarasova. Effect of noradrenaline on the tail artery of SHR and WKY under perfusion at constant flow and constant pressure: possible role of myogenic response // ХХХШ International Congress of Physiological Science, S. Petersburg, June 1997.P037.33

10. Matchkov, M.A. Vlasova, O.S. Tarasova, L.M. Mikhaleva, V.B.Koshelev, E.N.Timin, I.M. Rodionov. Responses to norepinephrine of tail arteries in hypertensive, hypotensive and normotensive rats under different regimens of perfusion: role of the myogenic response..// Acta Physiol. Scand 1997, 000, 000 - 000 (сдана в печать)

11. I.M.Rodionov, E.N.Timin, O.S.Tarasova, V.V. Machkov. Comparison of contractions of SHR and WKY vessels under different modes of perfusion. // 5th International Symposium on Resistance Arteries. September 25-29, 1996, Cambridge, UK // J. of Vascular Research, 33.S2.96., P.020.

12. E.N.Timin, I.M.Rodionov, O.S.Tarasova, V.V. Machkov. Simulation of reactivity of blood vessels with different wall thickness. // 5th International Symposium on Resistance Arteries. September 25-29, 1996, Cambridge, UK // J. of Vascular Research, 33.S2.96., P.022.

Издательство АО "Диалог-МГУ". ЛР № 063999 от 04.04.95 г. Подписано к печати 6.01.98 г. Усл.печл. 1,56. Тирах 100 экз. Заказ 007. Теп. 939-3890, 939-3891, 928-1042. Факс 939-3893. 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ.