Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Снижение гемодинамического сопротивления системы кровообращения с помощью высокомолекулярных полимеров, влияющих на структуру потока

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Снижение гемодинамического сопротивления системы кровообращения с помощью высокомолекулярных полимеров, влияющих на структуру потока"

чУ

\ МОСКОВСКИМ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

СОКОЛОВА Ирина Анатольевна

СНИЖЕНИЕ ГЕМОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СТРУКТУРУ ПОТОКА

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена в отделе биомеханики Института механики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный консультант: член- корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор С.С.Григорян

член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор И.В.Ганнушкина

доктор физико-математических наук С.А.Регирер доктор биологических наук Н.А.Медведева

Институт общей патологии и патологической физиологии РАМН

Защита диссертации состоится " 22 " декабря 1997 г. в 15.30 часов в аудитории ББА на заседании Специализированного ученого совета Д.053.05.35 при Биологическом факультете МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899 Москва В-234, Воробьевы Горы, МГУ, Биологический факультет.

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

Автореферат разослан" 20 " ноября 1997 г. Ученый секретарь специализированного совета

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Практически со времен Пуазейля известно, что сопротивление кровотоку обратно пропорционально внутреннему диаметру сосудов, возведенному в четвертую степень, и прямо пропорционально характеризующему реологические свойства крови коэффициенту вязкости. Преимущественное влияние величины просвета резистивных сосудов на сопротивление кровотоку определило стратегию исследований регуляции гемодинамики в организме. При разных функциональных его состояниях интенсивно изучали особенности ангиоархитектоники, влияние нервных, гуморальных и паракринных факторов на сосудистую стенку и, в конечном итоге, на просвет сосудов [В.М.Хаютин 1964, 1990, 1992; К.А.Шошенко и др., 1982, 1997; B.W.Zweifach, H.H.Lipowsky, 1984 и др.; P.C.Johnson, 1986; G.Osol, 1995; A.C.Guyton, J.E.Hall, 1997]. Гораздо меньшее внимание уделялось влиянию на гемодинамические параметры реологических свойств самой крови. Во многом это связано с тем, что роль реологических свойств крови, как регулятора гемодинамики, оценивали, исходя из экспериментов, проведенных in vitro на трубках. Опыты с течением крови в вискозиметрах и по трубкам позволили выявить закономерности, свойственные также потоку крови в микрососудах [R.Fahraeus, 1929; H.H.Lipowsky et al., 1978, 1980; В.А.Левтов и др., 1982; S.Chien et al., 1984; N.Maeda, 1996 и др.]. В последние годы, однако, появились данные о том, что в реальных микрососудах, связанных между собой в сложным образом организованную сеть, вклад в общее гидродинамическое сопротивление свойств крови, описываемых с использованием понятия эффективной вязкости, больше, чем можно было предполагать, исходя из экспериментов на трубках [M.F.Kiani, G.R.Cokelet, 1994; A.R.Pries et al., 1994 - 1997]. Предположили, что можно снижать гемодинамическое сопротивление не только традиционным образом, расширяя сосуды, н даже не за счет уменьшения вязкости крови, но за счет влияния на структуру сс потока [С.С.Григорян и др., 1970].

Из гидродинамики известен так называемый эффект Томса - снижение сопротивления текущего по трубке турбулентного потока жидкости при

введении в него высокомолекулярных полимеров за счет изменения самой структуры потока [B.A.Toms, 1948]. Кровоток в резистивных сосудах не является истинно турбулентным, а лишь псевдотурбулентным - из-за наличия и сложного поведения в потоке форменных элементов крови. Вследствие этого действие полимерных добавок на систему кровообращения и механизмы этого действия были неопределенными. Работы по исследованию влияния высокомолекулярных соединений на параметры системной гемодинамики были немногочисленны, но они позволяли думать, что полимеры снижают сопротивление кровотоку [С.С.Григорян и др., 1970, 1976; P.I.Polimeni et al., 1977, 1979]. Было также обнаружено, что полимеры уменьшают выраженность возмущений кровотока в области стеноза крупного артериального сосуда [R.A.Mostardi et al., 1976].

Способность полимерных молекул изменять структуру потока жидкости и снижать гидродинамическое сопротивление определила патофизиологические ситуации, при которых проанализировали действие полимеров. Оказалось, что они эффективны при ишемических нарушениях мозгового кровообращения [И.В.Ганнушкина и др., 1981-1996] и геморрагическом шоке [С.С.Григорян и др., 1982; Г.А.Чернышева и др., 1994], уменьшают гемолиз эритроцитов и облегчают течение крови в аппаратах искусственного кровообращения [J.W.Hoyt, 1971; H.L.Greene et al., 1973], оказывают профилактическое действие при экспериментальном атеросклерозе [H.L.Greene et al., 1973,1978,1980; I.Faruqui et al., 1987; И.В.Ганнушкина и др., 1993].

Настоящая работа посвящена дальнейшему анализу эффектов высокомолекулярных полимеров на уровне системной гемодинамики и, особенно, микроциркуляции при разных функциональных состояниях организма.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение явления снижения сопротивления кровотоку с помощью изменяющих структуру потока высокомолекулярных полимеров в норме и при нарушениях работы системы кровообращения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Изучить системные гемодинамические эффекты синтетических и выделенных из кропи высокомолекулярных полимеров.

2. Исследовать влияние высокомолекулярных полимеров на скорость кровотока и давление в микроциркуляторном русле, нативном и при максимальной вазодилатации.

3. Изучить воздействие высокомолекулярных полимеров на гидродинамическое сопротивление изолированной системы сосудов.

4. Провести сравнительный анализ степени влияния высокомолекулярных полимеров в норме и при нарушениях работы системы кровообращения.

Научная новизна работы. Обнаружено, что высокомолекулярные полимеры способны снижать сопротивление кровотоку в отсутствие вазодилатации и понижения вязкости крови. Впервые действие полимеров на давление и скорость кровотока исследовано на уровне микрососудов. На основантг проведенных экспериментов сформировано представление о том, что в системе кровообращения полимеры могут влиять на характер потока плазмы и форменных элементов крови в сердце, а также на уровне артерий и артериол.

Выявлен дозозависимый характер влияния полимеров на параметры макро- и микрогемодинамики и обнаружено, что при нарушениях работы системы кровообращения - при экспериментальной артериальной шпертензии, липоидозе, адаптации к антиортостатическому положению - диапазон эффективных концентраций полимеров расширяется.

Впервые показано, что гидродинамически активные биополимеры, выделенные из самой крови, снижают сопротивление кровотоку in situ.

Расширены представления о возможностях использования полимеров при некоторых патологических состояниях. Обнаружено, что при экспериментальном липоидозе полимеры эффективны не только как профилактическое, по и как корректирующее нарушенный кровоток средство. Выявлено стимулирующее действие полимеров на восстановление физической активности крыс, перенесших геморрагический шок. Впервые обнаружено, что полимеры обладают свойствами ашпгипоксалтов.

Теоретическое значение работы. Полученные результаты расширяют представления о регуляции гемодинамического сопротивления, акцентируют внимание на том факте, что структура потока крови может вносить значимый вклад в сосудистое сопротивление. Исследование показало, что сопротивление кровотоку можно регулировать принципиально новым путем, изменяя структуру потока крови с помощью высокомолекулярных полимеров. При внутривенном введении высокомолекулярных полимеров впервые было проведено изучение параметров микрогемодинамики и было обнаружено, что в артериолах скорость кровотока возрастает, а перепад давления между сосудами соседних генераций уменьшается. Выявлено, что действие полимеров наиболее эффективно не в норме, а в случаях патологических изменений системы кровообращения.

Практическое значение работы. При различных видах нарушения крово-и кислородоснабжения, экспериментальной артериальной гипертензии н липоидозе введение в кровоток высокомолекулярных полимеров оказывало не только профилактическое, но и корректирующее действие. Эги факты могут использоваться для разработки нового поколения корректирующих препаратов, изменяющих структуру потока крови. Показано, что гемодинамическое сопротивление уменьшают и эндогенные биополимеры, выделенные из крови, что позволяет произвести разработку препаратов индивидуального пользования, с использованием собственных белков плазмы крови.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Введение в кровоток высокомолекулярных линейных полимеров дозозависимым образом уменьшает гемодинамическое сопротивление.

2. Можно значимо уменьшить гидродинамическое сопротивление сосудистого русла, не расширяя артериальные сосуды, а за счет полимерных добавок в концентрациях, не изменяющих коэффициент вязкости крови.

3. Высокомолекулярные полимеры способны изменять характер течения в камерах сердца. На уровне резистивных сосудов полимеры уменьшают

гидродинамическое сопротивление преимущественно за счет влияния на характер движения форменных элементов крови.

4. Выделенные из самой крови гидродинамически эффективные биополимеры при введении в кровоток уменьшают общее периферическое сопротивление сосудистой системы.

5. При нарушениях работы системы кровообращения, связанных с адаптацией к ангиортостатическому положению, развитием экспериментальной артериальной гипертепзии, липоидоза, высокомолекулярные линейные полимеры влияют на гидродинамические параметры сильнее, чем в норме.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ, лаборатории биомеханики Института механики МГУ, физиологического клуба (РКНПЦ, Мосюза, 1997), ' Российского общества биомехаников (Москва, Санкт Петербург, 1983 - 1997); на XV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова (Кшденев, 1987), на Всесоюзной конференции "Система микроциркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях" (Фрунзе, 1990), на 2-ой Всесоюзной конференции "Фармакологическая коррекция гииоксических состояний" (Гродно, 1991), на Всесоюзной конференции "Патофизиологический анализ факторов риска артериальной пгпертензии и атеросклероза" (Новосибирск, 1992), на Международных симпозиумах общества фотооптического оборудования (Лос Анжелес, США; 1993, 1994), на XXXII Международном конгрессе физиологических наук (Глазго, Шотландия, 1993), на II Всесоюзной конференции по биомеханике (Нижний Новгород, 1994), на II Российском национальном конгрессе "Человек и лекарства" (Москва, 1995), на конференции "Артериальная гипертензия. Экспериментальные и клинические аспекты" (Санкт-Петербург, 1995), на 9 Международном конгрессе по биореологии (Биг Скай, США, 1995), на Первом Российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 1996), на 6 Международном конгрессе по микроциркуляции (Мюнхен,

Германия, 1996), на 3 Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997).

Публикации. По теме диссертации имеется 31 публикация.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 282 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 таблицами и 54 рисунками. Она состоит из введения, обзора литературных данных, описания материалов и методов исследования, пяти глав с описанием результатов экспериментальных исследований, обсуждения полученных данных, заключения и выводов. Список цитируемой литературы включает 88 отечественных и 277 иностранных источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты были проведены на 1401 крысе линии Wistar, 44 спонтанно гипертензивных крысах линии Okamoto-Aoki, 34 крысах линии Wistar-Kyoto и 26 лягушках Rana temporaria.

Воздействие на гемодинамику производили с помощью растворов синтетических полимеров: полиэтиленоксида Polyox WSR.-301 (Union Carbide, США; средняя молекулярная масса - 4*10б) и полиакриламидов - 108Е-П (синтезированного в физико- химическом НИИ им. Л.Я.Карпова; средняя молекулярная масса - 106) и Mydryl (Sanyo, Япония; средняя молекулярная масса - 6*1 0б), а также с использованием биополимера С-26, выделяемого из крови [В.И.Бураковский и др., 1982]. Полимеры вводили в v. jugularis с помощью микрошгьектора со скоростью 0.03 - 0.2 мл/мин. Вводимые концентрации были порядка 10"4 - 10'5 г/мл, конечные концентрации в крови, приводимые далее в тексте, как более информативные, - от ~10"7 до ~10'3 г/мл.

Параметры системной гемодинамики регистрировали у наркотизированных нембуталом (50 мг/кг) и бодрствующих крыс.

В острых опытах измеряли следующие показатели. Артериальное давление регистрировали из правой сонной артерии и определяли частоту

сердечных сокращений. Скорость кровотока измеряли в левой сонной артерии методом ультразвуковой доплеровской флоумстрии. Осуществляли пересчет данных в единицы объемного кровотока благодаря использованию калибровочных кривых. Последние получали при производимой с помощью перистальтического насоса (в режиме постоянного расхода) перфузии сосудов собственной кровью. Ударный объем сердца регистрировали методом тетраполярной реографии, производя вычисления по формуле Кубичека-Ннбора [W.G.Kubicek et aL, 1970; J.Nyboer et al., 1976]. Рассчитывали минутный объем кровообращения и общее периферическое сопротивление кровотоку.

На бодрствующих животных в некоторых экспериментальных сериях многократно измеряли артериальное давление модифицированным "tail-cuff методом [Д.Н.Лапшин, В.Б.Кошелев, 1989]. В опытах, проведенных совместно с к.б.н. Т.П.Вакулиной, артериальное давление и частоту сердечных сокращений регистрировали с помощью предварительно вживленного в хвостовую артерию катетера, сердечный выброс измеряли методом термодилюции и рассчитывали удельное периферическое сопротивление кровотоку.

Параметры мнкрогемодинамики регистрировали в микрососудах термостатируемой (36.5±0.5°С) брыжейки крыс. Измерение давления осуществляли методом серво-нуля [M.Intaglietta et al., 1970] на установке, любезно предоставленной нам к.б.н. М.И.Тимкиной. Измерение скорости кровотока производили методом лазерной доплеровской спектроскопии совместно с сотрудниками лаборатории лазерной и математической биофизики Физического факультета МГУ. Получали значения линейной скорости, которую имело большинство форменных элементов, пересекавших измерительный объем (30*12*15 мкм3). Внутренний диаметр микрососудов контролировали с помощью окуляр-микрометра • и в специальной серии опытов измеряли методом расщепленного изображения [П.Н.Александров, А.М.Чернух, 1972].

Перфузию системы кровеносных сосудов задней части тела крыс производили через брюшную аорту в режиме постоянного давления [B.Folkow et al., 1970]. Просвет сосудов фиксировали, предварительно перфузируя их 7%

раствором формалина или добавляя в тестируемый перфузат нитропруссвд натрия (5*10"6 т/мл). Регистрировали отток перфузата из нижней полой вены капельным методом, определяли скорость объемного тока перфузата, рассчитывали гидродинамическое сопротивление препарата. Перфузию изолированного сердца лягушки производили через венозный синус под давлением 40 см водного столба. Отток перфузата регистрировали капельным методом из восходящей дуга аорты. Измеряли минутный объем выброса жидкости из сердца, регистрировали частоту сердечных сокращений (с помощью механоэлекгрического преобразователя), рассчитывали ударный объем сердца.

В качестве патофизиологических ситуаций использовали различные экстремальные состояния и экспериментальные хронические нарушения функционирования системы кровообращения.

Для имитации нарушений кровоснабжения, свойственных гравггтационной раз1рузке, крыс подвешивали за хвост так, чтобы задняя часть их тела была поднята вверх [Е.А.Ильин, В.Е.Новиков, 1980].

Модель острого кровотечения воспроизводили, забирая у крыс (под легким эфирным наркозом) с помощью шприца из V. _|1щи1ап5 около 30% от общего объема циркулирующей крови.

Устойчивость крыс к гипобарической гипоксии тестировали по модифицированной методике Н.А.Агаджаняна и др. (1983) при разрежении воздуха., соответствующем 12000 м над уровнем моря. В некоторых сериях опытов определяли количество животных, выживших в этих условиях в течение определенного времени. В других опытах регистрировали время выживания крыс в гипоксической среде и время последующего восстановления.

Артериальную гипертензию почечного генеза моделировали по методу НХЗоЫЫаК (1934) и А.СгоПтап (1944). В опытах использовали также спонтанно гнпертензивных крыс [К.Окатого, К.АоЫ, 1963].

Экспериментальный липоидоз у крыс развивали по экспресс-методу, описанному КБАЛИтап (1973).

Реологические параметры измеряли после забора крови из V. jugularis

и

крыс. Гематокритное число определяли после центрифугирования образцов крови в гематокритной микроцентрифуге. Измеряли фильтруемость разбавленной крови через бумажные фильтры с диаметром пор ~3 мкм, вычисляя индекс "ригидности". Вискозиметрию крови осуществляли с помощью ротационного вискозиметра, сконструированного проф. Н.Н.Фирсовым (диапазон скоростей сдвига для крови был от 2 с'1 до 131 с"1). Рассчитывали коэффициент вязкости и предельное напряжение сдвига, используя аппроксимацию Кессона, а также коэффициент агрегации эритроцитов [Р.А.Григорьянц и др., 1978].

Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью I критерия Стыодента для оценки различий средних значений. При сравнении долей использовали соответствующий критерий Фишера. Все данные представлены как средние значения ± ошибки средних.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯМ ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Системное гемодинамичсское действие высокомолекулярных полимерен

Первые эксперименты с регистрацией гемодинамических параметров при введении в систему кровообращения крыс высокомолекулярных линейных полимеров показали, что полиэтиленоксид уменьшает системное артериальное давление (С.С.Григорян и др., 1970, 1976), растительный полисахарид (rharrmogalactoga!acturonan) увеличивает сердечный выброс (РЛ.РоНтеш й а!., 1977, 1979). Эти факты свидетельствовали о возможности снижения сопротивления кровотоку с помощью высокомолекулярных линейных полимеров. Предстояло детально изучить изменения системной гемодинамики при введении в кровь разных доз различных полимерных соединений.

У наркотизированных крыс были измерены системное артериальное давление, частота сердечных сокращений и ударный объем сердца при введении в кровоток высокомолекулярных полимеров. Оценивали общее периферическое

сопротивление кровотоку, как частное от деления артериального давления на произведение ударного объема на частоту сердечных сокращений.

Таблица 1. Артериальное давление (АД), ударный объем сердца (УО) и частота сердечных сокращений (ЧСС) у крыс до ("фон") и после введения в кровоток полиакриламида 108Е-П ("ПА") при разной его концентрации ([С]) в крови; х - р<0.05, хх - р<0.01, сравнение с фоном.

[С], г/мл АД, мм рт. ст. УО, мкл ЧСС, уд/мин.

фон ПА фон ПА фон ПА

106 99+3 98+4 97+7 97±9 354±16 347+18

10"5 102+3 90+2х 115+9 124+10 376+12 377+16

ю-4 105+4 84+4"* 101+11 135+10х 332+10 325+19

10"3 101±3 80+5501 103+8 75±9Х 357+11 318±7ет

Полиакриламид при концентрации в крови ~10"6 г/мл не изменял гемодинамических показателей, при ~10"5 г/мл - уменьшал артериальное давление на 12%; общее периферическое сопротивление имело тенденцию к уменьшению. При концентрации -Ю-4 г/мл полимер эффективно снижал артериальное давление (на 20%), увеличивал ударный объем сердца (на 34%) и уменьшал общее сопротивление кровотоку на 39% (р<0.05). Увеличение концентрации на порядок приводило к ухудшению гемодинамического статуса организма. Для полиэгиленоксида Ро1уох \У811-301 были получены аналогичные результаты, но при меньших на порядок концентрациях. При минимальных концентрациях полимеров вызываемые ими изменения регистрировались лишь в течение 3-5 минут. При максимально эффективных концентрациях эффект длился все время наблюдения (30 минут). Контрольные инъекции физиологического расгвора показателей гемодинамики не изменяли.

Результаты проведенных серий опытов показали, что разные по химической природе высокомолекулярные соединения при оптимальных концентрациях снижают сопротивление кровотоку. Это принципиально согласуется с результатами проведенных в те же годы исследований

И.В.Гапнушкшшй и др. (1984, 1987, 1988), P.l.Polimeni et al. (1985, 1988), P.B.Coleman et al. (1987). Наши опыты кроме того показали, что воздействие полимеров на систему кровообращения носит дозозависимый характер.

Влияние наркоза может существенно искажать реакции организма. Мы протестировали действие полимеров, используя бодрствующих животных.

У бодрствующих крыс инъекции полимера снижали сопротивление кровотоку.

Рисунок 1. Артериальное давление (АД, мм рт.ст.), сердечный индекс (СИ, мл/мин./100г), частота сердечных сокращений (ЧСС, удары/мин.) и общее периферическое сопротивление (ОПС, у.е.) у бодрствующих крыс до ("фон") и после инъекции полиэтиленоксида Polyox WSR-301 ("ПЛ"; ~5*1(Г6 г/мл); х - р<0.05, сравнение с фоном.

□ фон И Ю

[ППЛ 1105

95 90 85

ЧСС

ОПС

2,5 2 1,5 1

0,5 0

Т* - X'.- -

, "' т

• V-v •

В результате введения в кровоток ненаркотизированных крыс полиэтиленоксида системное артериальное давление уменьшалось на 12%, сердечный индекс и частота сердечных сокращений достоверно не изменялись, общее периферическое сопротивление понижалось на 14%.

Итак, высокомолекулярные полимеры уменьшают сопротивление току крови как у наркотизированных, так и у бодрствующих животных.

Кроме синтетических полимеров мы вводили в кровоток крыс выделенный из крови биополимер С-26.

Биополимер С-26 является гидродинамически активным (снижающим турбулентное трение потока в трубках - демонстрирующим "эффект Томса") веществом белковой природы с молекулярной массой порядка 106 - 107 [В.И.Бураковский и др., 1982]. Для этой серии опытов к.х.н. В.В.Смирнов выделил С-26 из плазмы крови евшей и, как показала регистрация эффекта Томса, сопротивление турбулентного потока его раствора было на 14-15% меньше, чем сопротивление чистого физиологического раствора или дополнительного контрольного раствора, содержащего С-26, предварительно расщепленный на низкомолекулярные фрагменты благодаря 30-ти минутной обработке панкреатином (при 37° С).

Введение С-26 в кровоток наркотизированных крыс приводило к уменьшению системного артериального давления со 118+2 до 111+2 мм рт.ст. (р<0.05). Частота сердечных сокращений практически не изменялась, а ударный объем сердца увеличивался с 88±4 до 106+5 мкл (р<0.05). В результате общее периферическое сопротивление кровотоку уменьшалось в процессе введения биополимера в кровь на 21%, а после окончания инъекции, через 3 минуты - на 24% и через 5 мш[ут - па 19% (по сравнению с фоновыми значениями). Такого действия не оказывало ни внутривенное введение равных объемов физиологического раствора, ни введение в кровоток низкомолекулярного контрольного белка. Эффект был сравнительно кратковременный, вероятно, в связи с низкой механической устойчивостью С-26.

Опыты показали принципиальную возможность снижения гемодинамического сопротивления с помощью биополимеров. Полученный результат согласуется с представлениями [С.С.Григорян и др., 1970] о существовании в системе кровообращения собственных биополимеров,

влияющих на структуру потока крови.

Эксперименты, проведенные на уровне системной гемодинамики, подтвердили возможность снижения сопротивления кровотоку путем введения в него высокомолекулярных полимеров и показали, что выделенные из крови биополимеры уменьшают гемодинамическое сопротивление. Были определены гемодинамически эффективные концентрации полимеров, которые и использовались в дальнейшей работе.

2. Влияние высокомолекулярных полимеров на параметры микрогемодинамики

При исследовании микроциркуляции было установлено, что основное сопротивление сосудистой системы кровотоку приходится на артериальные микрососуды с внутренним диаметром менее ~500 мкм [15.\V.XweiГасЬ (Л а1., 1974, 1977, 1984; Р.ОаеЫцепя, 1992]. Поэтому наибольший интерес представляло изучение действия высокомолекулярных полимеров непосредственно на уровне сосудов "сопротивления".

Объектом нашего исследования были микрососуды брыжейки крысы, в которых мы измеряли давление и скорость кровотока. Контроль гемодинамической эффективности инъекций осуществляли, регистрируя системное артериальное давление.

Давление было измерено в мельчайших артериях с внутренним диаметром, с1=158+8 мкм, артериолах с (1=43+4 мкм, терминальных артериолах с с1=24±1 мкм, мельчайших сосудах с с!=12±1 мкм, венулах с с1=32±3 мкм и мельчайших венах с ¿=248±17 мкм. Исходные значения давления в сосудах были, соответственно, 81+4 мм рт.ст. (по отношению к системному артериальному давлению - 66±3%), 48±3 (42+2), 35.2+1.1 (34+2), 28.4+1.8 (25+2), 17.1+1.4 (16.210.9) и 8.6+0.4 мм рт.ст. (7.5+0.5%).

В кровоток вводили полиэтиленоксид Ро1уох \У811-301 до конечной

концентрации -2-2.5*10"7 г/мл. Несмотря на гемодинамическую эффективность инъекций (системное артериальное давление уменьшалось на 12-20%) в микрососудах с (1=12+1 мкм и в венулярной части сосудистого древа давление существенно не изменялось. Аналогичные инъекции уменьшали давление в каждой, из исследованных артериол и мельчайших артерий.

Рисунок 2. Давление (Р) в мельчайших артериях брыжейки крыс до и после инъекции им полиэтиленоксида Ро1уох \У8К-301 (опыт) или физиологического раствора (контроль); хх - р<0.01, по сравнению с фоном

Р, мм рт.ст.

исходный фон

после инъекции

Инъекции полимера уменьшали давление в мельчайших артериях на 22%, в артериолах с (1=43±4 мкм - на 25%, в терминальных артериолах - на 17%. Перепады давления между микрососудами "соседних" генераций после введения в кровоток полимера также уменьшалась: между мельчайшими артериями и артериолами с <3=43+4 мкм - на 18%, между последними и терминальными артериолами - на 47% и между терминальными артериолами и микрососудами с с!=12±1 мкм - на 68%.

Скорость кровотока измерили в терминальных артериолах, капиллярах и посткапиллярных венулах в опытах, проведенных по схеме, аналогичной

использованной при измерении давления, т.е., до и после инъекции полиэтиленоксида в опыте или физиологического раствора в контроле. Введение полиэтиленоксида увеличивало скорость кровотока в терминальных артериолах с 700+90 до 1080+160 мкм/сек (р<0.01). Средняя линейная скорость движения форменных элементов в капиллярах и венулах практически не изменялась.

Сопротивление микрососудов потоку крови можно было оценить, исходя из того, что на участке сосудистой сети между терминальными артериолами и мельчайшими микрососудами с d=12±l мкм скорость кровотока при инъекции полиэтиленоксида как минимум не уменьшалась. В связи с этим мы рассматривали отношение гемодшшшческих сопротивлений в этой области до и после введения полимера как величину, прямо пропорциональную соответствующему отношению перепадов давления между указанными группами микрососудов. Такая оценка показывает, что введение в кровоток полимера снижало сопротивление в данной области приблизительно в 3 раза.

3. Причины уменьшения сопротивления току крови, вызываемого высокомолекулярными полимерами

В соответствии с классическими представлениями уменьшение сопротивления кровотоку в артериолах, вызванное инъекцией полимеров, могло произойти вследствие их расширения или из-за уменьшения вязкости крови.

Вазодилагация, как первичный механизм действия полимеров, исходно представлялась маловероятной. Действительно, различные в химическом отношении высокомолекулярные полимеры, похожие лишь физическими свойствами молекул - длинных, линейных и гибких, оказывали сходное действие на гемодинамику. Дробление этих молекул на низкомолекулярные фрагменты приводило к исчезновению гемодинамических эффектов [С.С.Григорян и др., 1970; P.I.Polimem ct al„ 1977, 1989; P.B.Coleman et al., 1987], (наши данные, представленные выше). При введении в систему кровообращения гемодинамически эффективных доз полимеров не было зарегистрировано

изменения содержания белков и ионов в плазме, рН и осмолярности крови [НХ.вгеепе е1 а1., 1980; И.В.Ганнушкина и др., 1984, 1991; ¡.Бап^ш е1 а1., 1987]. Не найдено их прямого влияния на сократительные свойства гладкомышечных клеток сосудов и сердечных трабекул [РЛ.РоНтеш й а1., 1988]. Однако сопротивление току крови весьма сильно зависит от диаметра сосудов, поэтому требовалось при введешш полимеров в кровоток произвести измерение диаметра микрососудов методом с достаточной разрешающей способностью.

Внутренний диаметр микрососудов брыжейки был измерен методом расщепленного изображения (ошибка метода для терминальных артсриол составляла ±1.2% от величины среднего значения диаметра) у 63 экспериментальных крыс, которым вводили полиэтиленоксид Ро1уох \VSR-301 (как и в опытах с измерением параметров микрогемодинамики, до концентрации -2-2.5*10"7 г/мл) и у 42 контрольных животных, которым вводили физиологический раствор. В эксперименте из 151 терминальной артериолы 51% сосудов, в среднем, слегка сужался после инъекции полимера, по сравнению с исходными значениями, 46% сосудов слегка расширялись и 3% сохраняли средние значения диаметра неизменными. Для 117 контрольных артериол аналогичные значения составили 41%, 56% и 3%. В подгруппе расширяющихся сосудов степень вазодилатации, в среднем, была ~6% - в эксперименте и -5% - в контроле. Эти изменения были сравнимы с обычным временным (в отсутствие инъекций) дрейфом диаметра, который составлял величину от 2% до 5% от средних его значений. В среднем, гемодинамически эффективные инъекции полимера (уменьшающие системное артериальное давление на 14%) не изменяли просвет терминальных артериол, который до инъекции составил 21.5+1.1 мкм, а после нее - 21.4+0.6 мкм. Аналогичные результаты били получены при исследовании артериол с внутренним диаметром 44.1+2.3 мкм.

В группах капилляров и венул, в среднем, достоверных изменений внутреннего диаметра выявить также не удалось. Однако в группе капилляров в ответ на введение в кровоток полимера расширялось на 24% сосудов больше,

чем сужалось (в контроле - лишь на 2% больше). В группе венул в контроле сужался 41% сосудов - в среднем, на 6% от фоновых значений, и расширялось 56% - на 8%. При введении в кровоток полимера 37'% вепул сужалось на 2%, а 60% сосудов расширялось на 13% (р<0.05, сравнение с фоновыми значениями).

Результаты наблюдения за капиллярами и венулами интересно сравнить с данными измерения скорости кровотока, описанными в предыдущем разделе. Такое сравнение позволяет предполагать, что кровоток, линейная скорость которого вследствие инъекции полимера возрастает на уровне артериол, в брыжейке "сбрасывается" преимущественно через характерные для этого бассейна относительно широкие артерио-венозные апастамозы. В сосудистом бассейне с другой организацией - rn. cremaster крысы - при введении в кровоток полиэтиленоксида Poly ox WSR-301 линейная скорость тока крови в капиллярах возрастала [А.С.Голубь и др., 1987], "сброс", очевидно, происходил через истинные капилляры. На уровне венул при действии полимеров, вероятно, увеличивается объемная скорость кровотока за счет их расширения.

Основными в данной серии опытов являются наблюдения за поведением артериол. Они согласуются с одиночными опытами других авторов. На брыжейке лягушки методом прижизненной биомикроскопии с киносъемкой lie было найдено изменений внутреннего диаметра артериол при инъекции полиэтиленоксида Polyox WSR-301 [Б.С.Соловьев, 1986]; наблюдение не выявило изменений просвета артериол брыжейки крыс при введении им полисахарида, выделенного из растения гибнскус [P.I.Polimeni et al., 1979].

В наших опытах поведение терминальных артериол брыжейки крыс не различалось в случае введения в кровоток полимера и просто физиологического раствора ни по проценту сосудов, изменявших свой просвет в ту или иную сторону, ни по выраженности этого изменения. Искусственным образом выделенные ~50% артериол, которые после введения в кровоток полимера расширялись, увеличивали диаметр лишь на 6%. Для того же, чтобы получить зарегистрированное нами при инъекции полимера изменение параметров микрогемодинамики, требовалась вазодилатация всех артериол на ~30%.

Данная серия опытов не позволяла связать микрогемодинамическое действие полимеров с вазодилатацией. Дополнительным контролем послужили опыты, выполненные на артериолах, способность которых к расширению была исчерпана в результате предварительной вазодилатации.

На фоне дилатации, вызванной аппликацией аденозина (10"5М), инъекции полиэтиленоксида (2-2.5 * 10'7 г/мл) уменьшали давление в мельчайших артериях с 72.2±1.7 до 58.9+1.9 мм рт.ст. (р<0.001), а в терминальных артериолах - с 36.3+1.4 до 30.1 + 1.1 мм рт.ст. (р<0.001). Перепад давления между этими группами сосудов уменьшался на -20%.

Рисунок 3. Значения давления (Р) и скорости кровотока (V) в терминальных артериолах брыжейки крыс: фоновые (до - "фон" и после аппликации аденозина - "аденозин") и полученные после инъекции полиэтиленоксида Ро1уох иЖ-ЗО! ("ПЛ"); ххх - р<0.001, сравнение с фоном.

V, мкм/с

2500

□ V— Р1

Р, мм рт.ст.

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

фон

аденозин

ПЛ

Представленные данные показывают, что и на фоне вазодилатации введение в кровоток высокомолекулярного полиэтиленоксида продолжало вызывать уменьшение гемодинамического сопротивления в артериолах.

Итак, вызываемые полимерами изменения параметров микрогемодипамики были связаны не с вазодилатацией, а с изменением свойств

самого потока крови. Такого рода свойства обычно описывают с использованием понятия так называемой эффективной вязкости.

Вязкость крови при добавлении полимеров могла только увеличиваться в связи с высокомолекулярной структурой этих соединений: коэффициент вязкости полимерных растворов нарастает с увеличением их концентрации. Мы дополнительно определяли эффективную вязкость крови двух групп крыс (в возрасте 1.5 и 10 месяцев), которым в опыте в систему кровообращения вводили раствор полиэтиленоксида Polyox WSR-301 (до концентрации в крови ~Ю"6 г/мл) или, в контроле, физиологический раствор и через 3 часа забирали кровь для анализа. Ниже представлены реологические характеристики крови, полученные, соответственно, и группах молодых крыс - опытной и контрольной, и старых крыс - опытной и контрольной. Гематокритное число (%): 43.0+0.8, 43.3+1.2, 42.7±0.9 и 43.4+0.8; индекс "ригидности" (%): 321+146, 74+9, 211+64 и 105±19; кессоновская вязкость (сП): 4.21+0.47, 3.55+0.36, 10.62+1.47 и 8.56+1.49; предельное напряжение сдвига (дин/см2): 0.028+0.009, 0.08510.017,0.039±0.004 и 0.037+0.007; коэффициент агрегации эритроцитов (дин/см2): 0.46+0.10, 1.54+0.27, 0.79±0.12 и 0.82+0.21. В группе молодых крыс предельное напряжение сдвига и коэффициент агрегации эритроцитов были меньше в эксперименте, чем в контроле (р<0.01). В группе старых животных такого различия не было зарегистрировано. Эффективная вязкость крови у старых крыс была увеличена, но сравнению с молодыми животными (р<0.01). Независимо от этого в обеих возрастных группах у крыс, которым вводили полимер, по сравнению с контрольными животными, эффективная вязкость крови достоверно не изменялась, а в тенденции даже незначительно увеличивалась.

Приведенные выше данные не позволяют связывать вызываемое высокомолекулярными полимерами снижение сопротивления току крови ни с расширением артериол, ни со снижением эффективной вязкости крови. Эго свидетельствует в пользу того, что под влиянием полимеров изменяется сама структура потока крови. Для экспериментального выяснения вопроса, на что

могут воздействовать высокомолекулярные полимеры в резистивных сосудах, мы провели серию опытов на сосудистом бассейне задней части тела крысы.

Гидродинамическое сопротивление сосудистого бассейна задней части тела нормальных крыс практически не изменялось при замене физиологического раствора на раствор полиэтиленоксида (4*10"6 г/мл) при перфузионных давлениях от 40 до 100 мм рт.ст.

Предварительная адаптация крыс к гипобарической гипоксии (10% кислорода, 2 недели, 6 часов/сутки) приводила к снижению гидродинамического сопротивления исследуемого сосудистого бассейна на ~20-25% по сравнению с контролем. При перфузии сосудов таких животных скорость потока (в мл/мин./ЮО г), соответственно, для физиологического раствора, раствора полимера, и, повторно (для дополнительного контроля) для физиологического раствора составила при перфузионном давлении 20 мм рт.ст. - 3.7+0.2, 5.3±0.2 (р<0.001, сравнение с перфузией физиол. р-ом) и 4.0+0.2; при 40 мм рт.ст. -9.410.7, 10.9+0.7 и 9.5+0.9; при 60 мм рт.ст. - 14.710.7, 17.4+0.6 (р<0.01) и 14.5±0.7; при 80 мм рт.ст. - 18.9+0.8, 22.3+0.9 (р<0.01) и 19.1+1.0; при 100 мм рт.ст. - 26.0±1,3, 28.1+1.2 и 26.5+1.4. Таким образом, полимер снижал гидродинамическое сопротивление на 15-30%.

В данных сериях опытов сосуды не могли изменять просвет из-за предварительной фиксации формалином. Перфузию производили бесклеточным раствором, при этом в норме действие полимеров не проявлялось. Тем не менее, увеличения разветвленности и извилистости сосудистой сети, свойственного адаптированным к гипоксии животным [О.НисШска, 1986], оказалось достаточно, чтобы под действием полимера сопротивление потоку начало уменьшаться, вероятно, вследствие "выпрямления" линий тока жидкости. Предположение, что в норме основные возмущения, на которые влияют полимеры, создаются форменными элементами крови, мы проверили, перфузируя максимально расширенный сосудистый бассейн задней части тела крысы взвесью форменных элементов в физиологическом растворе.

Рисунок 4. Сопротивление (К) сосудов задней части тела крысы, иерфузируемых под постоянным давлением (Р): кровыо ("кровь"), затем раствором полиакрнамида Мус1п1 в крови ("ПА"; 5*10"6 г/мл) и опять кровыо ("кровь""); в контроле - 3 раза кровыо; х - р<0.05, хх - р<0.01, сравнение с первой перфузией кровыо

R, у.е.

IIt=7.7%

25 -i 20 15 10 5 0

[□кровь 0ПА □ кровь"!

X Т

60

80

100P, мм рт.ст.

R, y.e.

№=33.1%

40 30 20 10 0

□ кровь ППА □кровь"

X '_=_

-h

j-I-L

■as»-

60

80

ЮОр, мм рт.ст.

R, y.e.

Контроль

□ кровь Пкровь' □кровь" 1

60

80

ЮОР, мм рт.ст.

В отличие от замены крови на нее же, замена крови на кровь с полиакриламидом при всех использованных давлениях и гематокритных числах приводила к уменьшению сопротивления сосудистого бассейна tía 13-26%.

Данные этих серий опытов позволяют заключить, что в системе кровообращения высокомолекулярные соединения могут влиять на возникающие в условиях сложной ангиоархитектоники искривления линий тока плазмы, но основное их действие связано с влиянием на возмущения, обусловленные наличием и движениями форменных элементов крови.

4. Области сердечно-сосудистой системы, в которых высокомолекулярные полимеры изменяют гемодинамнческие параметры

В сердце поток имеет достаточно сложный характер [К.Каро и др., 1981J. Мы перфузировали под постоянным давлением камеры изолированного сердца лягушки раствором Рипгера, заменяя его на раствор полимера и, повторно, на раствор Рипгера. При этом в первой серии опытов, с использованием полиэтнленоксида Polyox WSR-301 (2.5*Ю~6 г/мл), минутный объем тока перфузата (в мл/мшг.) был, соответственно, 4.1±0.3, 5.2±0.2 (р<0.01) и 4.0±0.2, а во второй серии, с использованием иолиакриламида 108Е-П (5*10"6 г/мл) -4.5+0.3, 5.7+0.3 (р<0.05) и 4.6±0.3. Частота сердечных сокращений не изменялась. Расчетные значения ударного объема сердца (в мкл), соответственно, были следующими: в первой серии - 123+9, 150±8 (р<0.05) и 121+10; во второй - 131+10, 166±9 (р<0.05) и 134+12.

Таким образом, замена солевого раствора на раствор полимера приводила к увеличению минутного объема тока жидкости за счет увеличения ударного объема даже в сердце, организованном более просто, чем у теплокровных животных. Можно думать, что полимерные добавки способны изменять условия течения жидкости непосредственно в сердце.

В крупных артериальных сосудах после инъекции полиэпшеноксида Polyox WSR-301 скорость кровотока увеличивалась в сонной и бедренной артериях собаки, в бедренной артерии кошки [С.С.Григорян и др., 1976, 1986; М.В.Каменева, А.С.Парфенов, 1986[.

В наших опытах значения скорости кровотока в сонной артерии

наркотизированных крыс (в мл/мин.) - исходные, во время инъекции полиэтиленоксида и через 10 минут после нее - были следующими (в скобках приведены данные, полученные при инъекции физиологического раствора). При концентрации полимера в крови ~10"6 г/мл - 4.110.4, 5.4+0.4 (р<0.05) и 4.810.8 [в контроле - 3.7±0.6, 3.7+0.7 и 3.6Ю.7]; при ~10"5 г/мл - 2.9Ю.4, 3.610.6 и 4.3+0.5 (р<0.05) [2.8+0.4, 2.9+0.4 и 3.010.4]; при ~2*10"5 г/мл - 3.910.3, 5.010.3 (р<0.05) и 5.510.3 (р<0.01) [2.810.4, 2.910.3 и 3.0Ю.4].

Опыты с регистрацией профиля скоростей кровотока [R.A.Mostardi et al., 1976; K.J.IÍutchison et al., 1989] показали, что под влиянием высокомолекулярного полнакриламида Separan структура потока крови в области стеноза дуги аорты собаки изменяется. Вероятнее всего, изменение гемодинамических параметров на уровне крупных артериальных сосудов связано с непосредственным влиянием полимеров на характер потока в них.

В артериолах брыжейки крыс, как было описано ранее, нами было выявлено вызываемое полизтиленоксидом уменьшение давления и его перепада, увеличение скорости кровотока, в том числе, и в состоянии вазодилатации. Сопоставление данных этих опытов и результатов вышеописанных серий с определением сопротивления перфузируемого сосудистого бассейна задней части тела крысы (с фиксированным или максимально расширенным просветом сосудов) позволяет считать, что и на уровне резистивных сосудов высокомолекулярные полимеры способны изменять структуру потока крови.

В капиллярах брыжейки крыс в наших опытах полиэтиленоксид не изменял гемодинамических показателей; в m.cremaster капиллярный кровоток ускорялся [А.С.Голубь и др., 1987]. В настоящий момент сложно оценить действие полимеров на уровне этих микрососудов.

В венулах мы также не зарегистрировали изменений гемодинамики при инъекции крысам высокомолекулярного полимера. Давление в крупных венах при этом тоже не изменялось [С.С.Григорян и др., 1982].

5. Эффективность действия высокомолекулярных полимеров при нарушении работы сердечно-сосудистой системы

При гравитационной разгрузке происходит системное перераспределение кровотока, нарушается микроциркуляция, возрастает гетерогенность перфузии ткани [G.A.Greit ct al., 1993; T.Araiso, T.Kikukawa, 1995; M.S.Stout et al., 1995 и др.]. Мы предполагали, что введение полимеров в кровь будет способствовать более равномерному распределению кровотока на уровне микроциркуляции.

Изучали действие нолиэтиленоксида на системное давление и давление в мельчайших артериях (с просветом 155+4 мкм) брыжейки у крыс, предварительно адаптированных к антиортостатическому положению (в течение 2 недель) и контрольных животных.

Таблица 2. Значения давления (Р) в мельчайших артериях брыжейки и системного артериального давления (АД) у экспериментальных крыс (ЭК), предварительно адаптированных к антиортостатическому положению, и у контрольных крыс (КК) - исходные и зарегистрированные после введения в систему кровообращения нолиэтиленоксида, единовременно - до концентрации в крови -2-2.5* 10"7 г/мл: I первая инъекция, II - инъекция, произведенная после доведения концентрации полимера в крови до ~4*10'6 г/мл; хх - р<0.01, ххх -р<0.001, сравнение данных для ЭК nKK;\v - р<0.05, ww -р<0.01, www - р<0.001, сравнение исходных и зарегистрированных после инъекции значений

исходный фон

после инъекции

АД, мм рт.ст. Р, мм рт. ст. АД, мм рт.ст. Р, мм рт.ст.

ЭК КК

ЭК КК

II

134±3 129+2

121+3 128±2

80.7+2.5хх 93.1+2.2

80.7±1.8ХХХ 91.110.9

121±4W 115±2WWW

113+2W 127+1

60.015.5х™ 79.2+3.3'™

75.2+1.9W 89.911.9

На системном уровне гемодинамическая реакция была выражена почти в равной мере у экспериментальных и контрольных крыс. На уровне артериальных

микрососудоп вызываемое полимером понижение давления было более выражено у предварительно адаптированных к антиортостатическому положению крыс. Дозы полимера, недейственные в норме, продолжали влиять на гемодинамику у экспериментальных крыс.

Представленные данные и вышеописанные результаты, полученные при исследовании микрогемодинамики нормальных крыс, позволяют предполагать, что при гравитационной разгрузке полимеры способны более эффективно и в большем диапазоне доз снижать гемодипамическое сопротивление в микрососудах исследуемой области, испытывающей в аптиортостатическом положении недостаток кровоснабжения.

Экстремальная недостаточность кровоснабжения может корректироваться с помощью полимеров. Было показано, что использование высокомолекулярных полимеров способствует восстановлению мнкроциркуляции после геморрагического шока, в случае ишемических нарушений мозгового кровообращения [И.В.Ганнушкина и др., 1981, 1982, 1984; С.С.Григорян н др., 1982]. Мы протестировали влияние полимеров па устойчивость крыс к острой гипобарической гипоксии при разрежении воздуха, соответствующем высоте 12000 м над уровнем моря.

Таблица 3. Время от момента создания птоксических условий до потери позы (1„) и до второго агонального вздоха (1,), от момента создания нормоксических условий до восстановления позы и обобщенный показатель -^(^Лз) через 3 часа после введения в кровоток полиэтиленоксида (5*10"6 г/мл) в эксперименте (Э) или физиологического раствора в контроле (К); хх - р<0.01, ххх - р<0.001, сравнение с контролем

^„сек 1ьсек t25ceк Щ^Лг)

Э 81.6110.5 203±20'" 123+27 0.50±0.17ххх

К 54.119.0 100+21 180+21 -0.59Ю.19

Из таблицы видно, что через 3 часа после инъекции полимера устойчивость крыс к гипобарической гипоксии была выше, чем в контроле.

Дополнительные опыты показали, что это не связано с изменением потребления кислорода, которое оставалось постоянным,

В другой серии экспериментов полиэгиленоксид (5*10'6 г/мл) или, в контроле, физиологический раствор вводили за 5 часов до опыта. В контроле из 37 крыс после двухмикутного пребывания в гипоксической среде выжило лишь 12 (32.4%). Из 41 экспериментальной крысы выжило 23 (56.1%,- р<0.05). Через сутки после введения растворов были получены следующие данные. Из 38 контрольных крыс выжило 9 (23.7%). Из 17 крыс, которым вводили полиакриламид 108Е (6?10'6 г/мл), выжило 7 (41.2%; р<0.05). Из 38 крыс, которым вводили полиэтиленоксид (5*10"6 г/мл), выжила 21 (55.3%; р<0.01). Время выживания в гипоксической среде в контроле было 66±5 сек, а у крыс, получивших за сутки до опыта инъекцию лолиэтиленоксида - 88±5 сек. (р<0.01).

Таким образом, введение полимеров в кровоток приводило к увеличению устойчивости к гипобарической гипоксии.

Производили изъятие 26-29% общего объема циркулирующей крови у крыс, а через пол часа его восстанавливали: в контрольной группе - без, а в экспериментальной - с использованием полиэтиленоксида (конечная концентрация в крови - ~10"4 г/мл). Время максимально возможного бега на горизонтальном тредбане (30 м/мин.) в долях от исходных значений (307±85 сек) составило, соответственно, через 2 часа, 3 и 6 суток после восстановления в контрольной группе 0.24+0.06, 0.45±0.09 и 0.74+0.14, а в экспериментальной -0.65±0.10 (р<0.01, по сравнению с контролем), 0.8110.11 (р<0.05)и 1.0010.13.

Проведенные эксперименты показали, что использование высокомолекулярных соединений в ситуациях, связанных с экстремальной недостаточностью кровоснабжения, имеет положительные функциональные последствия. Как свидетельствуют наши и литературные данные, это действие, вероятнее всего, связано с тем, что введение полимеров в кровоток приводит к улучшению кровоснабжения на уровне микроциркуляции.

Стабильно» артериальной гипертензии свойственно возрастание как системного давления, так и давления в артериолах, преимущественно, за счет повышения сопротивления току крови [ВРо1ко\у с1 а1., 1956, 1958, 1982;

H.О.ВоЫеп се а!., 1977; ^О.ВккЬош, Я.М.КЖЬее, 1997]. Среднее системное давление у крыс с вазоренальной гипертензией удалось снизит1., вводя в кровоток высокомолекулярный полиэтнленоксид [С.С.Григоряп и др., 1976].

Мы вводили в кровоток крыс полиэтнленоксид (2* 10"6 г/мл) одновременно с операцией по развитию почечной гипегензии. При этом у бодрствующих животных артериальное давление достоверно повышалось лишь на 6 сутки после операции. В контроле (введение физиологического раствора) давление поднималось (на 18%) уже на третьи сутки.

При развитой почечной гипертензии введении подпороговых в контроле доз полиэтиленоксида (~10"7 г/мл в крови) понижало системное артериальное давление у наркотизированных крыс со 144±3 до 126+5 (р<0.01) мм рт.ст.; ударный объем сердца имел тенденцию к возрастанию (в отличие от контрольных результатов, р<0.01). Общее периферическое сопротивление гипертензивных крыс, исходно превышавшее значения, свойственные нормотепзивным животным, на 22% (р<0.01), уменьшалось на 25% (р<0.05).

У наркотизированных спонтанно гипертензивных крыс при таких же концентрациях полиэтиленоксида (~10"7 г/мл) системное артериальное давление уменьшалось со 181+6 до 144+5 (р<0.001) мм рг.ст. - на 20%. У контрольных крыс линии Вистар-Киото оно снижалось со 132+4 до 117+4 (р<0.05) мм рт.ст. -на 11%. У ненаркотизированных спонтанно гипертензивных крыс давление (измеряемое из сонной артерии) не уменьшалось ни при инъекции полиэтиленоксида (-10° г/мл), ни при инъекции полиакриламида (~10"5 г/мл), в отличие от крыс линии Вистар-Кното, у которых давление при этом снижалось на 11-14%. Скорее всего, в состоянии бодрствования действие полимеров у спонтанно гипертензивных крыс компенсируется характерной для данной формы заболевания симпатической активацией [\¥.У.1ис1у е1 а1., 1976; А.Ь.Магк, 1996;

I.Ь.О.чЬогп е1 а1., 1997]. При подавлении этих влияний - под наркозом - полимеры

были эффективны даже при минимальных концентрациях в крови.

На уровне микроциркуляции у спонтанно гипертензивлых крыс при введении в кровоток полиэтиленоксида (10"7 г/мл) микрогемодинамическая реакция была больше, чем у контрольных крыс: давление в терминальных артериолах брыжейки снижалось на 19% (в контроле - на 13%), скорость кровотока возрастала на 49% (в контроле - лишь в тенденции).

Рисунок 5. Значения давления (Р) и скорости кровотока (V) в терминальных артериолах брыжейки и системного артериального давления (АД) у спонтанно гипертешивных крыс (СГК) и крыс линии Вистар-Киото. (ВК): фоновые (''фон") и полученные после внутривенного введения полиэтиленоксида Ро1уох \^5Я-301 ("ШГ); хх - р<0.01, ххх - р<0.001, сравнение данных для СГК и ВК; \у - р<0.05, \у\у - р<0.01, \толу - р<0.001, сравнение фоновых данных и полученных после инъекции ПЛ

фон ПЛ Фон ПЛ

Аналогичные данные были получены на крысах с вазореналыюй гипертснзией. Введение в кровоток полиэтиленоксида (2-2.5* 10"7 г/мл) уменьшало давление в мельчайших артериях брыжейки контрольных животных с 90.7+1.8 до 76.8±2.5 (р<0.01) мм рт.ст. - )ia 15%, а у гипертензивных крыс - со 133±7 до 99.7+5.0 (р<0.01) мм рт.ст. - на 25%. В терминальных артериолах в контроле давление достоверно не изменялось, а у гипертензивных крыс оно падало с 72.0+5.7 до 50.414.0 (р<0.05) мм рт.ст. - на 30%. При доведении концентрации полимера в крови до -4*10"6 г/мл дополнительное введение полиэтиленоксида (2-2.5*10"7 г/мл) в контроле не изменяло ни системное артериальное давление, ни давление в микрососудах. У гипертензивных крыс давление при этом продолжало снижаться: системное артериальное - со 178+8 до 139+7 (р<0.01) мм рт.ст., в мельчайших артериях - со 134+6 до 118+4 (р<0.001) мм рт.ст., в терминальных артериолах - с 62.6±2.4 до 57.0+3.2 мм рт.ст.

Итак, при экспериментальной артериальной гипертензии гемодинамическое действие высокомолекулярного полимера было более выражено, чем в норме. Это может быть связано с присущим заболеванию изменением ангиоархитектоники, а также состава и реологических свойств крови [P.M.Hutchins, A.E.Darnell, 1974; Ю.В.Постнов, 1978; G.Y.Lip, D.G.Beevers, 1994; MJ.Mulvany, 1996]

Атеросклероз - заболевание, развитие которого во многом определяется микрогемодинам1Гческими особенностями, структурой потока крови [J.Davignon, 1978; R.M.Nerem, 1992]. В связи с этим профилактика экспериментального атеросклероза с помощью полиакриамида Separan явилась одной из первых областей исследования высокомолекулярных полимеров патофизиологической направленности [H.L.Greene et al., 1974, 1978, 1980; I.Faruqui et al., 1987]. Показано также профилактическое влияние полиэтиленоксида Polyox WSR-301 при экспериментальном атеросклерозе у кроликов [И.В.Гаппушкииа и др., 1993]. В наших опытах выраженность суданофильных поражений дуги аорты контрольных крыс, которым на фоне двухнедельной атерогенной диеты дважды

внутривенно вводили физиологический раствор, была 20.6+2.4%, а у крыс, получавших инъекции полиэтиленоксида (10"5 г/мл) - 12.7+3.1% (р<0.05).

Мы исследовали влияние полиэтиленоксида на гидродинамические параметры при уже развившемся экспериментальном липоидозе у крыс.

Таблица 4. Сопротивление (у.е.) сосудистого бассейна задней части тела контрольных (К) и больных липоидозом (Л) крыс, определяемое при перфузии под постоянным давлением (Р) физиологическим раствором ("ФР") и затем раствором полиэтиленоксида Ро1уох \VSR-301 ("ПЛ"; 10"5 г/мл); х - р<0.05, хх -р<0.01, сравнение данных, полученных при перфузии ФР и ПЛ.

Р, мм рт.ст. 80 100 120 К

Ф.Р. 1.51+0.04 1.51+0.06 1.52+0.08

ПЛ 1.52+0.13 1.49+0.07 1.39+0.05 Л

Ф.Р, 1.51+0.08 1.46+0.07 1.54+0.06

ПЛ 1.05+0.14х" 1.23+0.12х 1.32±0.03хх

В таблице представлены результаты перфузии фиксированных формалином сосудов задней части тела крыс солевым раствором Тироде. Замена его на раствор полимера, не действенная в норме, снижала гидродинамическое сопротивление на 14-30% у больных крыс.

Подпороговые в норме концентрации нолиэтиленокенда (10"7 г/мл) у наркотизированных крыс с экспериментальным липоидозом (суданофильные поражения дуги аорты - 38.7±2.2%) уменьшали системное артериальное давление с 97+2 до 85+4 (р<0.05) мм рт.ст. - на 12%, а общее периферическое сопротивление - на 17% (р<0.05) и увеличивали скорость кровотока в сонной артерии с 2.7+0.4 до 4.3±0.5 (р<0.05) мл/мин.

Опьггы показали, что при наличии в сосудистой системе жировых отложений высокомолекулярные полимеры снижают гидродинамическое сопротивление более эффективно, чем в норме. Это может быть связано с присущими заболеванию изменениями сосудистого русла, а также с реологическими нарушениями [Р.РогесЗоБ, В.Ул/ск, 1996; Е^оэвит Й а1., 1997],

вероятно, способствующими большей, чем в норме, выраженности возмущений потока.

Результаты представленных в данном разделе экспериментальных серий подтвердили эффективность действия высокомолекулярных линейных полимеров при моделируемых заболеваниях и острых состояниях, связанных с недостаточностью кровоснабжения органов и тканей, увеличением артериального давления и сопротивления сосудистой системы, нарушением структуры потока крови.

ВЫВОДЫ

1. Завершен цикл исследований нового способа изменения макро- и микрогемодинамических параметров системы кровообращения путем введения в кровоток полимерных соединений, обладающих длинными гибкими молекулами. Данные свидетельствуют, что действие этих соединений в системе кровообращения заключается в подавлении неустойчивости потока крови и уменьшении вследствие этого энергетических потерь, порождаемых возмущениями, обусловленными наличием в потоке форменных элементов и особенностями течения крови в ветвящейся сосудистой системе.

2. При медленном введении в кровь наркотизированных и ненаркотизированных крыс оптимальных доз полиэтиленоксида Ро1уох ^УвЯ-ЗО 1 или полиакриламида 108Е-п общее периферическое сопротивление кровотоку уменьшалось на величину порядка 20% - 40%. Эффект носил дозозависимый характер.

3. Полимеры могут существенно снизить сопротивление потоку крови в резистивных сосудах. Так, при внутривенной инъекции полиэтиленоксида в мелких артериях и артериолах разного порядка ветвления в брыжейке крыс давление снижалось на 17% - 25%, уменьшался перепад давления между микрососудами соседних генераций - на 18% - 68%. Скорость кровотока в

артериолах с просветом 20-25 мкм возрастала в 1.5 раза. Гемодинамическое сопротивление в области этих микрососудов уменьшалось примерно в 3 раза.

4. Вызываемое полимерами снижение сопротивления микрососудов кровотоку не было связано с расширением резистивных сосудов, так как при этом не было зарегистрировано отличных от контрольных изменений просвета артериол и микрогемодинамические эффекты сохранялись на фоне вазодилатации.

5. Как показало исследование изолированных участков сердечнососудистой системы, полимеры способны воздействовать на структуру потока в камерах самого сердца. Перфузия изолированных сосудистых бассейнов нормальных крыс, животных, адаптированных к гииобарической гипоксии или больных лииоидозом, выявила, что в системе кровообращения высокомолекулярные соединения могут влиять на поток бесклеточной жидкости со сложеюй геометрией течения, связанной с наличием сосудистых бифуркаций и патологическими изменениями сосудистой сети. В норме основное действие полимеров было связано с подавлением преобладающих в потоке крови возмущений, создаваемых ее форменными элементами.

6. Биополимеры могут изменять гемодинамическое сопротивление in situ. При введении в кровоток животных выделенных из крови биополимеров, снижающих гидродинамическое сопротивление турбулентного потока жидкости в трубках, происходило уменьшение общего периферического сопротивления на 19% - 24%.

7. Полимеры более эффективно, чем в норме, влияют на гидродинамические параметры при неадекватном перераспределении кровотока, свойственном антиортостатическому положению, при нарушениях работы системы кровообращения, присущих гипертензии и липоидозу.

8. Полимеры задерживают развитие почечной экспериментальной гипертензии. При экспериментальном липоидозе они не только оказывают профилактическое действие, но также способны корректировать гемодинамическую ситуацию при имеющемся заболевании.

9. Высокомолекулярные полимеры оказывают благоприятное действие при острых гипокснческих состояниях. Полиэтиленоксид улучшал восстановление физической активности крыс после острого кровопускания, И полиэтиленоксид, и полиакриламид увеличивали устойчивость животных к гипобарической гипоксии.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Каменева М.В., Соколова И.А., Шахназаров A.A. Исследование влияния внутривенного введения снижающих сопротивление полимеров на системную гемодинамику животных. Возможное применение эффекта. Отчет НИИМ МГУ N2993. М.: ВИНИТИ Центр. 1984, N02 840 088 968,33 с.

2. Григорян С.С., Каменева М.В., Платонова Л.В., Родионов И.М., Соколова И.А., Шахназаров A.A. О возможности повышения устойчивости живых организмов к гипобарической гипоксии. ДАН СССР, 1985, т.283, N 2, с.339-340.

3. Соколова И.А., Шахназаров A.A. О снижении гемодинамического сопротивления путем введения в систему кровообращения полиэтиленоксида. В сб.: Тезисы докладов XV съезда Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова. Кшленев: Наука. 1987, с.396-397.

4. Соколова И.А., Шахназаров A.A. Исследование воздействия снижающих гидродинамическое сопротивление полимеров на кровообращение животных. Отчет НИИМ МГУ N3888, М.: МГУ. 1989, 42 с.

5. Григорян С.С., Соколова И.А., Тимкина М.И., Шахназаров A.A. Новый класс соединений, длительно повышающих устойчивость к экстремальной гипоксии за счет изменения гемодинамических свойств потока крови. В сб.: Система микроциркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях. Тезисы Всесоюзной конференции. Фрунзе. 1990, с.88-89.

6. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A. Антигипоксические свойства высокомолекулярных линейных полимеров, введенных в кровоток. В сб.: Фармакологическая коррекция гипокснческих состояний. Материалы 2-ой Всесоюзной конференции. Гродно. 1991, часть 1, с.50-51.

7. Тимкина М.И., Соколова ИЛ. Регистрация давления в микрососудах компенсационным методом. В кн.: Методы исследования массопереноса в системе микроциркуляции. Новосибирск: Наука СО, ред. К.А.Шошенко. 1991, с.84-86.

8. Соколова И.А., Шахназаров А.А. Гемодинамические последствия введения полютиленоксида при экспериментальном липоидозе. Отчет НИИМ МГУ N4118, М.: МГУ. 1991,45 с.

9. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров А.А. Возможность коррекции атеросклероза путем воздействия на свойства потока крови. В сб.: Патофизиологический анализ факторов риска артериальной гипертензии и атеросклероза. Тезисы докладов. Новосибирск. 1992, с.24-25.

10. Bikkulova K.F., Lapteva N.B., Levenko В.А., Polyakova M.S., Priezzhev A.V., Proskurin S.G., Romanovsky Yu.M., Sokolova I.A. Pulsating blood flow monitoring in developing fish embryos and rat mesentery by laser Doppler microscopy. In: Progress in biomedical optics. Static and dinamic light scaltering in medicine and biology. R.J.Nossal, R.Pecora, A.V.Priezzhev - eds. Proc. SP1E, 1993, vol.1884, p.208-217.

11. Sokolova I., Polyakova M., Proskurin S., Shahnazarov A. Enchancement of arteriolar blood flow by drag-reducing polymers. In: Abstr. of XXXII Congress of the IUPS. Glasgow. 1993, vol. "Monday", sect.39,p.55.

12. Григорян C.C., Соколова И.А., Шахназаров А.А. Увеличение гемодинамической производительности изолированного сердца лягушки при введении в перфузаг высокомолекулярного линейного полимера Polyox WSR-301. ДАН СССР, 1993, т.330, N 3, с.391-392.

13. Соколова И.А., Шахназаров А.А., Тимкина М.И., Полякова М.С., Приезжев А.В., Проскурин С.Г., Савченко Н.Б., Биккулова К.Ф. Уменьшение гидродинамического сопротивления в артериолах брыжейки крыс при инъекции полютиленоксида Polyox WSR-301. Бюлл. Эксп. Биол. и Мед., 1993, т.116, N 11, с.552-555.

14. Григорян С.С., Соколова И.Л., Шахназаров A.A. Влияние полиэтилекоксида Polyox WSR-301 на параметры системной гемодинамики и микроцирнуляцин крыс в норме и при патологии. В сб.: Современные проблемы биомеханики. Реология крови и микроциркуляция. М.: Научи, совет РАН по проблемам биомеханики. Общество биомехаников. 1994, вып.9, с.54-61.

15. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A., Давыдов Д.В., Сергеев С.Н. Уменьшение локальных микровозмущений потока крови -перспективный способ коррекции патологических состояний. В сб.: 11 Всесоюзная конференция по биомеханике, посвященная памяти Н.А.Бернштейна. Тезисы докладов. Нижний Новгород, 22-25 ноября 1994. 1994, т.1, с.36-37.

16. Соколова И.А., Савченко Н.Б., Полякова М.С., Шахназаров A.A. Влияние изменяющего структуру потока полимера на скорость кровотока нормо-и гипертензивных крыс. В сб.: II Всесоюзная конференция по биомеханике, посвященная памяти Н.А.Бернштейна. Тезисы докладов. Нижний Новгород, 2225 ноября 1994. 1994, т.1,с.54-55.

17. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A., Тимкина М.И., Полякова М.С., Приезжев A.B. Влшшие изменяющих структуру потока крови полимеров на параметры микрогемодинамики. В сб.: Биология, экология, биотехнология и почвоведение. Университеты России. М.: МГУ. 1994, т.1, с.54-58.

18. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A. Воздействие высокомолекулярных линейных полимеров на систему кровообращения. Успехи Физиол. Наук, 1995, т.26, N2, с.31-43.

19. Соколова И.А., Шахназаров A.A., Сергеев С.Н., Давыдов Д.В., Баранов B.C. Профилактическое и корректирующее влияние полиэтиленоксида Polyox WSR-301 при экспериментальном липоидозе у крыс. Бюлл. Эксп. Биол. и Мед., 1995, т. 119, N 6, с.587-589.

20. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A., Сергеев С.Н. Давыдов Д.В., Никонов Г.И., Титова Е.А., Фирсов H.H. Влияние медицинской

пиявки на реологические показатели крови крыс в норме и при развитии экспериментального липоидоза. Докл. РАН, 1995, т.340, N 6, с.830-831.

21. Poiyakova M.S., SokoJova I.A., Priezzhev A.S., Proskurin S.G., Shahnazarov A.A., Savchenko N.B. Blood flow velocity measurements in rat mesentery arterioles in health and under hypertensive state. In: Optical diagnostics of blood and blood components. O.E./Lase'94. SPIE's international symposium. 1994, p.63-68.

22. Григорян C.C., Соколова И.А., Шахназаров А.А. Гемодинамические последствия инъекции полиэтиленоксида крысам с почечной экспериментальной гапертензией. В сб.: II Российский национальный конгресс "Человек и лекарства". 10-15 апреля 1995, Москва. 1995, с.87.

23. Sokolova I.A., Shahnazarov А.А., Timkina M.I., Poiyakova M.S., Proskurin S.G., Priezzhev A.V. Can blood flow properties have pronounced influence on microvesscJ resistance? Biorheology, 1995. vol.32, p.286.

24. Соколова И.А., Тимкика М.И., Баранов B.C., Шахназаров A.A. Действие полиэтиленоксида на систем!гую гемодинамику и давление в артериолах брыжейки крыс с экспериментальной гипертензией. В сб.: Артериальная гипертензия. Экспериментальные и клинические аспекты. Санкт-Петербург. 1995, с.81-82.

25. Sokolova I.A., Shahnazarov A.A., Timkina M.I. The effect of "drag reduction" in mesenteric arterioles: normotensive vs. hypertensive rats. Intern. J. of Microcirculation. Clin. andExperim. 1996, vol.16, suppl.l, p.232.

26. Григорян C.C., Соколова И.А., Шахназаров A.A. Коррекция заболеваний системы кровообращешш биомеханическим способом - путем влияния на структуру потока крови. В сб.: Первый Российский конгресс по патофизиологии. Москва. 1996, с.63.

27. Grigorian S.S., Korolkov V.I., Bytchkova E.Yu., Krotov V.P., Sokolova I.A., Trambovetsky E.V., Shakhnazarov A.A. Prophylactics and correction of macro- and microhemodynamic pathology caused by cosmic factors using blood

flow structural alterations. In: NASA/RSA Science and Technical Advisory Council Research. USA/Russia. Eds. V.F.Utkin, A.E.Nicogossian. 1996, p.59.

28. Соколова И.А., Шахназаров A.A., Иванов A.JI., Белобородое С.М., Шанояи A.C. К вопросу о механизмах "эффекта Томса" in vivo. В сб.: 3 Съезд физиологов Сибири и Дальнего Востока. Тезисы докладов. Новосибирск: СО РАМН. 1997, с.219.

29. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A., Руднева Р.И., Тимкина М.И. Влияние полиэтиленоксида Polyox WSR-301 на давление в артериальных микрососудах брыжейки крыс, предварительно адаптированных к антиортостатическим условиям. Авиакосмич. Экологич. Мед., принято к печати, 1998, N 1.

30. Григорян С.С., Соколова И.А., Смирнов В.В., Шахназаров A.A. Влияние биополимера С-26 на параметры системной гемодинамики крыс. Докл. РАН, принято к печати, 1998, т.358, N 3.

31. Григорян С.С., Соколова И.А., Шахназаров A.A. Восстановление физической работоспособности крыс после кровопотери с использованием полиэтиленоксида Polyox WSR-301. Докл. РАН, принято к печати.

Г ,—<<Г.