Методология флоуметрии, Выпуск 4, 2000 г. стр.106-120.
Исследование роли пульсаций кровотока в регуляции органных сосудов и фильтрационно-абсорбционного равновесия
И. З. Поясов
НИИ экспериментальной медицины РАМН, г. Санкт-Петербург
Колебательные процессы, присущие широкому классу объектов живой и неживой природы, в системе кровообращения обеспечиваются сократительной деятельностью сердца, являясь естественным, непрерывно действующим на сосудистое русло фактором. Физиологическая значимость пульсаций в функционировании системы кровообращения, в обеспечении её главной задачи - транспортной функции согласно литературным данным исследована мало. Традиционно анализ действия пульсовых колебаний кровотока на сосудистую систему проводится путем сравнения влияния пульсирующего и непульсирующего режимов перфузии на гемодинамику исследуемого региона.
В литературе практически отсутствуют сведения, касающиеся действия пульсаций одновременно на последовательно расположенные отделы (артериальный, капиллярный, венозный) сосудистого русла, которые в силу своих морфофункциональных различий могут по разному реагировать на механогенные стимулы. Фрагментарны литературные данные и о действии на регионарное кровообращение не самого пульсирующего фактора, а его параметров, таких, как, например, амплитуда и частота. Работы, рассматривающие совместное действие частоты и амплитуды пульсаций на гемодинамические показатели последовательно расположенных отделов сосудистого русла в литературе не представлены.
В ранее проведенных работах [3,5] нами было исследовано действие амплитуды и частоты пульсаций кровотока на резистивную (оцениваемую по изменениям общего, пре- и посткапиллярного сопротивлений), емкостную (оцениваемую по сдвигам венозного оттока) и обменную ( оцениваемую по изменениям коэффициента капиллярной фильтрации и капиллярного гидростатического давления) функции сосудов скелетной мышцы в режиме перфузии постоянным расходом. Однако, наиболее адекватной моделью, способствующей расшифровке механизмов регуляции регионарной микро- и макрогемодинамики является использование в исследованиях двух режимов перфузии: при постоянном расходе и постоянном давлении [1].
Поэтому для дальнейшего изучения роли и значимости пульсаций в системе кровообращения целью настоящей работы являлось исследование в режиме перфузии под постоянным давлением влияния амплитуды и частоты пульсирующего кровотока на резистивную и обменную функции сосудов скелетной мышцы.
Материалы и методы
В экспериментах на 16 кошках обоего пола массой 2,9 ... 4,2 кг, наркотизированных уретаном (1,0 г/кг), препарат мышц задней конечности децентрализовали и изолировали в гемодинамическом отношении путем перевязок соответствующих коллатералей. Перфузия препарата кровью животного проводилась при помощи двухканального насоса постоянного расхода производства ЭПМ НИИЭМ РАМН (один канал использовали для забора артериальной крови животного и подачи ее в перфузируемый орган, а другой возвращал оттекающую из органа кровь животному). Стабилизация давления в препарате скелетной мышцы достигалась введением в установку на входе перфузируемого органа полихлорвиниловой шунтирующей трубки, свободный конец которой фиксировался на уровне обеспечивающим величину перфузионного давления 120 мм рт.ст. Величина возникающего в этом случае шунтового кровотока устанавливалась близкой или с некоторым превышением (до двукратного) к величине кровотока через препарат, чтобы в случае возникновения вазодилататорных сосудистых реакций исключить возможность спадения шунтирующего кровотока к нулю (нарушение режима стабилизации). Диаметр и материал шунтирующей трубки выбирались таким образом, чтобы обеспечить низкое сопротивление кровотоку; в итоге при максимально возможных изменениях кровотока в органе перфузионное давление существенно не менялось. Поддержание температурного режима перфузионной крови на уровне 37 С осуществлялась с помощью ультратермостата УТ-15. Для предотвращения свертывания крови животному вводили гепарин в дозе 2000 ЕД/кг. Артериальное, перфузионное и давление столба венозной крови в экстракорпоральном резервуаре, отражающее уровень венозного оттока, измеряли с помощью датчиков Statham, США; кровоток на входе перфузируемого органа определяли ультразвуковым расходомером «Transonic Systems, Inc.», США. Регистрацию давлений и кровотока осуществляли на полиграфе «Recor», Siemens, Германия;
Поскольку в задачу проводимой работы входило изучение влияния частоты сигнала на гемодинамические параметры сосудистого русла, а динамические характеристики используемых приборов в их технических описаниях нередко отсутствуют (в том числе и для расходомеров «Transonic» [4,6]), требовалось определить частотные возможности используемой измерительной и регистрирующей аппаратуры [2]. Проведенные с этой целью специальные исследования показали, что в диапазоне изменения частоты перфузионного кровотока (давления) спектральные характеристики входного сигнала аппаратурой практически не искажаются.
Расчет общего, пре- и посткапиллярного сопротивлений, а так же коэффициента капиллярной фильтрации и капиллярного гидростатического давления проводился по разработанной ранее методике [1].
Создание непульсирующего и пульсирующего с модуляцией по амплитуде и частоте кровотоков достигалось введением в экспериментальную установку специально сконструированного пульсатора [5], в котором амплитуда и частота пульсаций могли изменяться независимо друг от друга. Частота пульсаций (f) изменялась дискретно в соответствии с конструктивными возможностями пульсатора и равнялась 60, 90, 134 и 178 уд/мин. Амплитуды пульсаций (A) на входе в орган задавались пульсатором равными 0,25, 0,5, 1, 1,5 значений от исходной величины. Среднее значение перфузионного кровотока благодаря насосу постоянного расхода сохранялось постоянным во всем диапазоне изменений амплитуды и частоты. Для изучения различий в реакции сосудов скелетных мышц на пульсирующий и непульсирующий кровотоки исследования проводилось попарно: каждому заданному набору параметров пульсаций (амплитуды и частоты) предшествовало исследование на непульсирующем кровотоке. Измерения всех параметров проводились в установившемся состоянии перфузируемого региона, идентифицируемом по стабильному состоянию перфузионного кровотока и венозного оттока. При статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента проверялась гипотеза о достоверности различий полученных значений (сдвигов) средних от нуля.
Результаты
В проведенной серии экспериментов кровоток возрастал в 12,7% случаев, уменьшался в 50,6% и не изменялся в 36,7% случаев. Максимальное увеличение кровотока (33,5% от исходного уровня при непульсирующем режиме перфузии) отмечали при f=178, A=1; максимальное уменьшение, равное -58,8% - при f=134, A=1,5. Наиболее часто уменьшение кровотока наблюдали при f=90, A=1 ; f=90, A=1,5 ; f=178, A=1. Увеличение кровотока более часто происходило при f=90, A=0,5 ; f=178, A=0,5.
Результаты статистической обработки сдвигов перфузионного кровотока показывают, что только уменьшения кровотока были достоверны. Максимум реакций, равный -10,1 ± 4,0 (P<0,05) от своего значения при непульсирующем кровотоке, наблюдали при f=60, A=1,5. Близкие к максимому изменения наблюдали при f=90, A=1 ; f=134, A=1,5; f=178, A=1. Разнонаправленных сдвигов перфузионного кровотока при появлении пульсаций на входе органа в режиме стабилизации давления (P=const) не наблюдали. Значимым фактором, при котором выраженность и направленность изменений кровотока были наибольшими, являлась амплитуда пульсаций A. Достоверное (или близкие к достоверным) уменьшение кровотока происходило при A=1 и A=1,5 во всем диапазоне изменений частоты f - от 60 до 178 уд/мин; и было всегда однонаправленным.
По своему характеру изменения общего регионарного сопротивления (R) при использованных амплитудах и частотах пульсаций в режиме стабилизации давления противоположны сдвигам перфузионного кровотока. По сравнению с режимом стабилизации кровотока увеличение общего сопротивления происходило более часто, а уменьшение более редко. Наиболее часто рост сопротивления отмечали при f=60, A=1,5; f=90, A=1; f=90, A=1,5; f=178, A=1 , а его снижение при f=90, A=0,5; f=178, A=0,25. Максимальные увеличения составили 71,8% (f=60, A=1,5) и 53,5% (f=90, A=1).
Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что максимум увеличения сопротивления, равный 13,9% (P<0,05), был отмечен при f=60, A=1,5, близкие к максимальному - при 10,8 ± 4,4% (P<0,05) при f=90, A=1 и 10,1 ± 3,6% (P<0,02) при f=178. A=1. По сравнению с режимом стабилизации кровотока при P=const прирост общего сопротивления в ответ на изменение амплитуды и частоты был более выражен (при Q=const максимум сдвигов составлял 3,9 ± 1,7% (P<0,05)), он проявлялся чаще и при больших значениях амплитуды пульсаций - A=1, A=1,5 (при Q=const максимум наблюдали лишь при f=90, A=0,5). В режиме перфузии стабилизированным давлением достоверного уменьшения общего сопротивления зарегистрировано не было, в то время как в режиме Q=const при f=90, A=1,5 снижение R составило -5,5 ± 2,3% (P<0,05).
При переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии (при P=const) прекапиллярное сопротивление (Ra) сосудистого русла скелетной мышцы возрастало в 59,9%, уменьшалось в 37,2% случаев. По сравнению с опытами со стабилизированным давлением в режиме Q=const наблюдали меньшее количество случаев возрастания Ra (44,5%) и большее количество случаев его уменьшения (33,8%). Более часто увеличение прекапиллярного сопротивления в режиме P=const происходило при f=60, A=1,5; f=90, A=1,5. Наибольшее увеличение Ra равное 52,9%, зафиксировано при f=90, A=1,5; наибольшее уменьшение, равное -24,8%, - при f=178, A=1 и при f=178, A=1,5.
Результаты статистической обработки изменений прекапиллярного сопротивления показали, что максимумы увеличений Ra были при f=60, A=1,5 (13,7 ± 4,2 (P<0,01)) и при f=90, A=1 (13,5 ± 5,4 (P<0,05)). Достоверные сдвиги в сторону увеличения сопротивления наблюдали при больших амплитудах A=1, A=1,5 на частотах f=60 и f=90. При увеличении частоты (f=134, f=178) и тех же амплитудах была отчетливо выражена тенденция к росту Ra. Таким образом, характер изменений прекапиллярного сопротивления при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока в режиме стабилизации давления качественно совпадал с изменениями общего регионарного сопротивления. Достоверного уменьшения Ra в проведенной серии экспериментов не наблюдали.
В режиме перфузии со стабилизированным расходом при амплитудно-частотной модуляции кровотока достоверных сдвигов прекапиллярного сопротивления в сторону увеличения также не отмечено, а имело место достоверное его уменьшение, которое наблюдали в том же амплитудно-частотном диапазоне, в котором снижалось общее сопротивление сосудов.
Посткапиллярное сопротивление (Rv) при изменении амплитуды и частоты пульсаций в режиме стабилизации перфузионного давления могло как увеличиваться (59,6% случаев), так и уменьшаться (40,4%). При стабилизации кровотока (Q=const) Rv увеличивалось чаще (71,8%), а уменьшалось реже (26,3%). Наиболее часто посткапиллярное сопротивление возрастало при f=134, A=1; f=134, A=1,5, а уменьшалось при f=60, A=1; f=60, A=1,5; f=178, A=1,5.
Преобладание количества сдвигов посткапиллярного сопротивления в сторону увеличения (по сравнению с его уменьшением) при статистической обработке выявило тенденцию к росту Rv - все средние изменений Rv были положительны; причем максимум (33,4 ± 17,4%) наблюдали при f=134, A=1. Однако достоверных сдвигов посткапиллярного сопротивления на изменения амплитуды и частоты пульсаций отмечено не было (при P=const).
В режиме стабилизации кровотока так же были найдены значения амплитуд и частот, при которых наблюдали достоверное увеличение Rv, достоверного снижения Rv в этом случае отмечено не было.
Сравнительный анализ достоверных максимальных сдвигов сосудистого общего, пре- и посткапиллярного сопротивлений при изменении пульсовых характеристик кровотока в различных режимах перфузии (P=const, Q=const) показывает, что величина и направленность суммарного регионарного сопротивления сосудов скелетной мышцы и сопротивления последовательно расположенных отделов зависели от режима перфузии. При стабилизированном кровотоке наблюдали разнонаправленные изменения R, положительные Rv и отрицательные Ra. При стабилизированном давлении сдвиги R и Ra были положительны (однонаправленные), достоверных изменений Rv зарегистрировано не было. В численном выражении в режиме P=const в большей степени проявились изменения общего регионарного (13,9 ± 5,9% (P<0,05)) и прекапиллярного сопротивлений (13,7 = 4,2% (P<0,01)). В режиме Q=const максимальные изменения посткапиллярного сопротивления составили 19,1 ± 9,7% (P<0,02).
В проведенной серии экспериментов среднее капиллярное гидростатическое давление (Pc) при переходе от непульсирующего к пульсирующему режиму перфузии увеличивалось в 53%, уменьшалось в 46,5% случаев. Таким образом, в режиме Р=const количество случаев увеличения и уменьшения Рс было приблизительно равным, в то время, как в режиме Q=const преобладало число увеличений Рс (69,8%).
Наиболее часто увеличение Рс (75% случаев) наблюдали при f=90, A=1, а снижение (75%) - при f=60, A=1,5. Максимально зарегистрированное увеличение капиллярного гидростатического давления составило 76% (f=134, A=1) от своего значения при непульсирующей перфузии, а максимальное снижение - 45,2% (f=134, A=1,5).
Результаты статистической обработки сдвигов среднего капиллярного гидростатического давления свидетельствуют, что статистически значимых сдвигов Рс во всем исследуемом амплитудно-частотном диапазоне пульсаций зарегистрировано не было. Имела место тенденция к увеличению Рс при малых и средних амплитудах пульсаций (A=0,25..,1) для всех частот и тенденция к снижению при максимальных амплитудах пульсирующего перфузионного кровотока - A=1,5. Таким образом, при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока выбор режима перфузии влияет на характер сдвигов капиллярного гидростатического давления. При стабилизации кровотока сдвиги Рс были статистически достоверны и направлены в сторону увеличения. Максимальный рост Рс составил 11,1 ± 3,8% (Р<0,02), его наблюдали при f=134, A=1. Снижения среднего капиллярного гидростатического давления в режиме Q=const не наблюдали.
В условиях стабилизации перфузионного давления при изменении амплитуды и частоты пульсаций регистрировали три типа сдвигов коэффициента капиллярной фильтрации (CFC): увеличение (50,8%), уменьшение (44,1%), отсутствие изменений (5,1%). При Р=const число увеличений CFC было меньше, а уменьшений больше, чем в режиме Q=const, где рост CFC происходил в 58,3% случаев, а снижение - в 37,3%. Наибольшее увеличение коэффициента капиллярной фильтрации составило 100% (f=60, A=1,5), а наибольшее снижение - 45,4% (f=134, A=1,5).
Данные статистической обработки свидетельствуют, что коэффициент капиллярной фильтрации при вариациях А и f пульсаций достоверно увеличивался, в то время как в режиме стабилизации кровотока изменения CFC были разнонаправлены. При P=const максимум увеличения CFC, равный 17,5 ± 6,7% (P<0,02) наблюдали при f=60, A=1,5, близкое к максимальному увеличение, равное 16,2 ± 5,1% (P<0,01) при f=90, A=0,5.
Сдвиги коэффициента капиллярной фильтрации в режиме Q=const были более выражены, чем при стабилизации пефузионного давления. Наибольшее увеличение достигало 48 ± 17% (P<0,02) при f=90, A=0,5; наибольшее снижение - 12,8 ± 3,2% (P<0,01).
Таким образом, исследования показали, что режим перфузии влиял на величину и направленность сдвигов исследуемых гемодинамических показателей. Рассматривая вклад пре- и посткапиллярных сопротивлений в изменение общего сосудистого сопротивления, можно предположить, что в режиме перфузии постоянным расходом рост общего сопротивления обусловлен увеличением посткапиллярного сопротивления, а его снижение - уменьшением прекапиллярного сопротивления. Такое предположение основывается на наличии однонаправленных сдвигов этих сопротивлений в одних и тех же диапазонах изменения амплитуды и частоты. В режиме перфузии при постоянном давлении рост общего сопротивления обусловлен на том же основании (однонаправленность сдвигов) увеличением прекапиллярного сопротивления.
Рассмотрение влияния пульсаций на обменную функцию сосудов скелетной мышцы показывает, что переход к пульсирующей перфузии в режиме Q=const при определенных сочетаниях значений амплитуд и частот может приводить к смещению фильтрационно-абсорбционного равновесия в сторону фильтрации. При стабилизации перфузионного давления на входе органа увеличение коэффициента капиллярной фильтрации при пульсирующем кровотоке, в соответствии с уравнением Старлинга, вызывает увеличение скорости транскапиллярного перемещения жидкости без нарушения фильтрационно-абсорбционного равновесия (достоверных сдвигов среднего капиллярного гидростатического давления при P=const отмечено не было).
Выводы
Литература
Investigation of blood flow pulsation contribution to he control of regional vessels and filtrasion-absorbtion equilibrium
I. Z. Pojassov
Institute of Experimental Medicine RAMS, St.Peterburg, Russia
The amplitude-frequency characteristics of the perfusion blood flow; total, pre- and postcapillary vessels resistens; capillary hydrostatic pressure and capillary filtration coefficient were nonlinear in acute experiments on sceletal muscle of cats. Changes of haemodynamic parameters were found to depend on values of amplitude and frequency of the perfusion blood flow. Three types of responses were distinguished in certain combinations of the amplitude and frequency of pulsing blood flow: either increase, or decrease, or absense of them. The control role of blood flow pulsations in regional vessels and filtrasion absorbtion equilibrium regulation was found.
