Сравнительная характеристика достоверных максимальных сдвигов сосудистого суммарного, пре- и посткапиллярного сопротивлений при изменении пульсовых характеристик кровотока в различных режимах перфузии (P=const, Q=const) представлена на рис. 3. Эти данные показывают, что величина и направленность изменений суммарного регионарного сопротивления сосудов скелетной мышцы и сопротивлений последовательно расположенных отделов зависели от режима перфузии. В режиме P=const сдвиги сумарого, пре- и посткапиллярного сопротивлений оказались более выраженными по величине по сравнению с режимом стабилизации кровотока.

Рис. 3. Максимальные сдвиги суммарного, пре- и посткапиллярного сопротивлений сосудов скелетной мышцы при переходе от непульпульсирующей к пульсирующей перфузии в режиме стабилизации давления или кровотока.

Обозначения: R,Ra,Rv - соответственно суммарное, пре- и посткапиллярное сопротивления в процентах по отношению к значениям, полученным при непульсирующей перфузии. Заштрихованные столбики - перфузия при стабилизации давления, светлые столбики - перфузия при стабилизации кровотока.

Рассматривая вклад пре- и посткапиллярных сопротивлений в изменение суммарного сосудистого сопротивления, можно предположить, что в режиме перфузии постоянным расходом рост суммарного сопротивления обусловлен увеличением посткапиллярного сопротивления, а его снижение - уменьшением прекапиллярного сопротивления. В режиме перфузии при постоянном давлении рост суммарного сопротивления, по-видимому, обусловлен увеличением пре- и посткапиллярного сопротивлений. Такие предположения основываются на наличии однонаправленных сдвигов этих сопротивлений в одних и тех же диапазонах изменения амплитуды и частоты.

В режиме перфузии под постоянным давлением при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии среднее капиллярное гидростатическое давления (Pc) увеличивалось в 53% случаев, а уменьшалось в 46.5%, то есть приблизительно в равном соотношении, и не изменялось в 0.5% случаев; в то время как в режиме Q=const преобладало число увеличений Рс. Результаты статистической обработки сдвигов среднего капиллярного гидростатического давления не выявили достоверно значимых сдвигов Рс во всем исследуемом амплитудно-частотном диапазоне. Была лишь тенденция к увеличению Рс при малых и средних амплитудах пульсаций (A=0.25ч1) для всех частот и - к снижению его при максимальных амплитудах. При стабилизации же кровотока сдвиги Рс были статистически достоверны и направлены в сторону увеличения; снижение этого показателя отмечено не было.

В условиях стабилизации перфузионного давления при изменении амплитуды и частоты пульсаций регистрировали как увеличение (50.8% случаев) коэффициента капиллярной фильтрации (CFC), так и его уменьшение (44.1%). В режиме Q=const рост CFC происходил в 58.3% случаев, а его снижение - в 37.3%. Данные статистической обработки свидетельствуют, что при стабилизации давления достоверные сдвиги коэффициента капиллярной фильтрации были направлены в сторону увеличения, 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; увеличение близкое к максимальному, равное 16.2 ± 5.1% (p<0.01) - при f=90, A=0.5. Достоверные сдвиги коэффициента капиллярной фильтрации в режиме Q=const были более выражены и направлены как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Рассмотрение действия пульсаций на обменную функцию сосудов показывает, что переход к пульсирующей перфузии в режиме Q=const при определенных сочетаниях амплитуд и частот приводит (в случае одновременного, синхронного увеличения Рс и CFC) к смещению фильтрационно-абсорбционного равновесия в сторону фильтрации. При стабилизации перфузионного давления увеличение коэффициента капиллярной фильтрации при пульсирующем кровотоке приводит к увеличению скорости транскапиллярного перемещения жидкости без нарушения фильтрационно-абсорбционного равновесия (достоверных сдвигов среднего капиллярного гидростатического давления при P=const отмечено не было).

Таким образом, результаты исследований показали, что и в режиме стабилизации давления (как и при стабилизации кровотока) волновые характеристики пульсирующего кровотока влияли на резистивную и обменную функции сосудов скелетной мышц. Режим перфузии (постоянный кровоток или давление) влиял на величину и направленность сдвигов параметров, характеризующих эти функции. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что в обоих режимах перфузии при пульсирующем кровотоке транскапиллярное перемещение жидкости происходит более интенсивно, способствуя лучшему выполнению одной из важнейших задач системы кровообращения - её обменной функции.

В обоих используемых в исследовании режимах перфузии были выявлены свойства гемодинамических параметров резистивной и обменной функций при изменении (и в зависимости от) амплитуды и частоты пульсаций достигать своих экстремумов. Такие свойства этих показателей ассоциируются с резонансными. Наличие резонансных свойств является одним из важнейших условий функционирования открытых, нелинейных, неравновесных самоорганизующихся биосистем, к которым относится и система кровообращения (Николис Г., Пригожин И., 1979, 2003; Писаревский А.А. и др., 1985; Берже П. и др., 1991).

Полученные в процессе работы данные указывает на возможность существования в сердечно-сосудистой системе волнового контура управления, в котором управление гемодинамическими параметрами происходит посредством вариации волновых характеристик существующих в системе колебательных процессов, а так же позволяют сформулировать и предложить волновую концепцию регуляции сопряжённых сосудистых функций, заключающуюся в возможности изменением амплитуды и частоты пульсаций воздействовать на резистивную, ёмкостную и обменную функции органных сосудов. Эффективность волновой регуляции сопряжёнными функциями регионарных сосудов, реализуемой изменением волновых (амплитуды и частоты) характеристик пульсирующего кровотока (давления) при сохранении неизменного значения его средней величины, заключается в возможности осуществления такой регуляции без дополнительных энергетических затрат (затрат энергии на рассеяние) со стороны сердца.

Динамические характеристики реакций сосудов скелетной мышцы при переходе от непульсирующего кровотока к пульсирующему

Наиболее полная информация об изучаемом объекте может быть получена при анализе изменений его параметров как в установившемся в ответ на внешнее воздействие новом функциональном состоянии, так и при исследовании динамики изменений этих параметров во время переходного процесса. В этом плане было проведено исследование временной динамики развития показателей, характеризующих реакции сосудов скелетной мышцы у кошек. Были использованы два режима перфузии: при постоянным кровотоке регистрировали перфузионное давление, а при постоянном давлении - кровоток, по которым определяли изменения резистивной функции, оцениваемой по сдвигам суммарного сосудистого сопротивления. Количественная оценка исследуемых гемодинамических показателей в условиях амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока в динамике их изменений проводилась по двум параметрам: максимальному отклонению от исходного уровня (максимум реакции) и времени наступления этого максимума.

При переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии в режиме стабилизации кровотока характер изменения суммарного регионарного сопротивления (R) был идентичен изменениям перфузионного давления. Во время переходного процесса во всем используемом амплитудно-частотном диапазоне преобладали дилататорные ответы сосудистого русла скелетной мышцы (88.9% случаев). С увеличением амплитуды пульсаций (А=0.5 - 1.5) количество дилататорных ответов возрастало, приближаясь к 100%, что свидетельствует о том, что существенным фактором, влияющим на величину изменения сопротивления, являлась амплитуда пульсаций; частота практически не оказывала влияние на этот показатель. Максимальное уменьшение R, равное -19.2 ± 4.4% (p<0.01), наблюдали при f=134, A=1.5. Амплитуда и частота пульсаций не влияла на время достижения экстремумов - во всем используемом амплитудно-частотном диапазоне различия значений времен были статистически не значимы. Вариация времен находилась в пределах (83.1 - 97.8) сек. Величина изменения сопротивления увеличивалась с ростом амплитуды пульсаций и практически не зависела от их частоты.

В режиме стабилизации давления во время переходного процесса от непульсирующей к пульсирующей перфузии было зарегистрировано преобладание дилататорных сосудистых ответов (53.2% случаев) над ответами с отсутствием изменений сосудистого сопротивления (35.3%). При малых амплитудах пульсаций (A=0.25) сосудистое сопротивление в большинстве случаев не изменялось. При увеличении амплитуды пульсаций (A=0.5ч1.5) проявлялись дилататорные сосудистые ответы, причём с увеличением амплитуды они становились преобладающими во всем используемом частотном диапазоне. Частота пульсовых колебаний кровотока на характер изменений сосудистого сопротивления влияния не оказывала. Максимум уменьшения R, равный -20.1 ± 6.5% (p <0.01), наблюдали при f=60, A=1.5. Зависимости времени максимума ответа сопротивления от изменения амплитуды и частоты пульсации перфузионного кровотока в результате статистической обработки выявлено не было. Вариации времен находились в пределах (43.0 - 78.3) сек.

Экспериментальные данные о временных характеристик дилататорных сосудистых ответов на включение пульсаций во время переходного периода в обоих режимах перфузии выявили их независимость от амплитуды и частоты. Такой результат может свидетельствовать о том, что дилататорные реакции, преобладавшие среди других видов реакций при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии, развиваются по единому сценарию, т.е. имеют схожую природу. При всех видах перфузии в ряде экспериментов (порядка 20% случаев) переходный процесс был двухфазным (колебательным) - за фазой снижения давления следовал менее выраженный его подъем и только затем переход в новое устойчивое состояние.

Отмеченные во время переходного процесса вазодилататорные сосудистые реакции могут вызываться различными причинами. Возможна их реализации при участии миогенного или метаболического контуров регуляция (Хаютин В.М., Рогоза А.Н., 1986). Приводятся данные (Busse R. et al., 1985) об участии в подобных ответах эндотелиальных клеток. Отмечается участие в дилататорных ответах реактивной компоненты волнового сопротивления (импеданса) сосудов (Мещерский Е.Л., Мелькумянц А.М., 1980; Каро К. и др., 1981; Бычков Ю.А. и др., 2004). Величина этой реактивной компоненты зависит от амплитуды и частоты пульсаций и эта зависимость, как правило, нелинейна (Нелинейные волны, 1983; Галль Л.Н., Галль Н.Р., 2009), что, в свою очередь, может приводить к неоднозначности изменений сосудистого сопротивления. Результирующая сосудистая реакция в итоге является суперпозицией нескольких вовлеченных в действие механизмов (в том числе и констрикторных) с преобладанием дилататорного фактора.

Таким образом, при различных режимах перфузии во время переходного процесса при включении пульсаций преобладали дилататорные сосудистые ответы. Эти данные свидетельствуют о присутствии ёмкостной составляющей в изменениях волнового сопротивления сосудов скелетной мышцы во время переходного процесса. Режим перфузии не влиял на величину сосудистого ответа при переходе к пульсирующей перфузии, но изменял соотношение реакций различного вида: дилататорные реакции в условиях стабилизации кровотока, проявлялись значительно чаще, чем при стабилизации давления, и преобладали над другими ответами: констрикцией либо отсутствием сдвигов. Время наступления максимума сосудистой реакции во время переходного процесса также зависело от характера перфузии: при стабилизации давления оно меньше, что свидетельствует о большей реактивности сосудов скелетной мышцы в ответ на пульсации в этом режиме перфузии. Амплитуда пульсаций влияла на величину изменения суммарного сосудистого сопротивления - большая амплитуда вызывала большее его изменение. Влияние частоты пульсаций на изменение R установлено не было.

Волновые характеристики кровотока и давления в лёгочной и системной гемодинамике при действии прессорных стимулов

Поскольку имеющиеся в физиологической литературе данные об особенностях колебательного режима работы сердечно-сосудистой системы в динамике, во время переходного процесса, вызванного действием внешних стимулов, недостаточны для анализа участия волновых характеристик кровотока в наблюдаемых сдвигах исследуемых гемодинамических параметров, одной из задач работы было изучение динамических соотношений и количественных изменений величин давления и кровотока в лёгочной артерии (с учётом фазового сдвига между ними) в ответ на действии прессорных стимулов, а так же выяснение информационной значимости одной из волновых характеристик наблюдаемых процессов - фазового сдвига между давлением и кровотоком. Кроме того, одной из целей работы являлось изучение изменений волновых характеристик системной гемодинамики: амплитуды колебаний артериального давления и частоты сердечных сокращений при действии прессорных стимулов.

Поскольку направленность и величина изменений давления в лёгочной артерии, а также время достижения максимального значения при применении катехоламинов у кошек были различными, полученные данные при анализе были разделены на две группы. В ответ на применение адреналина у кошек I группы (70% случаев) давление в лёгочной артерии возрастало (17 ± 4% (р<0.05)), однако его прирост был меньше, чем при применении норадреналина (26 ± 5% (р<0.02)). У животных же II группы давление в лёгочной артерии при введении адреналина снижалось (-10 ± 3% (р<0.05)), а при применении норадреналина - повышалось (11 ± 4% (р<0.05)), но в меньшей степени по сравнению с его величиной у кошек I группы. В последнем случае максимальные изменения давления в лёгочной артерии были отмечены к 12ч16 с, т.е. раньше, чем у кошек II группы (20 с). В обеих группах животных этот показатель возвращался к исходному значению в среднем к 180ч200 с после применения катехоламинов.

Проведённые исследования показали, что при применении катехоламинов кровоток в лёгочной артерии возрастал у всех животных. В ответ на введение адреналина и норадреналина у животных I группы кровоток возрастал на 31 ± 4 % и на 21 ± 2 % соответственно, а у животных II группы - на 30 ± 7 % и 48 ± 10 %. Однако у кошек I группы - с выраженным приростом давления в лёгочной артерии - имели место различия временной динамики лёгочного кровотока и давления. Максимальные изменения кровотока в лёгочной артерии у них были отмечены позже (40 с), чем давления (12 - 16 с). У животных же II группы - с разнонаправленными или маловыраженными сдвигами давления в лёгочной артерии при внутривенном введении адреналина и норадреналина - время достижения максимума лёгочного кровотока и давления совпадали. Во всех опытах лёгочный кровоток возвращался к исходному значению лишь к 300 - 320 с, то есть его временная динамика была более длительной по сравнению с таковой для давления в лёгочной артерии.

Для изучения причин в различиях реакций исследуемых гемодинамических переменных был проведен анализ изменений расчётного (в Пуазейлевском приближении) лёгочного сосудистого сопротивления и временного сдвига между давлением и кровотоком в лёгочной артерии.

В случае внутривенного введения адреналина у кошек I группы оно снижалось к 16 с и к 40 с соответственно на -6 ± 3% и -11 ± 4% относительно исходного уровня. При применении же норадреналина лёгочное сосудистое сопротивление, напротив, увеличивалось, и его максимальные сдвиги, отмеченные к 12 с, были равны 26 ± 4 %. К 40 с величина этого показателя была практически равна исходной (сдвиги на 1 ± 3%). Таким образом, у животных I группы в ответ на применение адреналина расчётное лёгочное сосудистое сопротивление уменьшалось, а при внутривенном введении норадреналина оно, напротив, возрастало, хотя давление в лёгочной артерии, как и артериальное, в обоих случаях повышалось. У кошек же II группы, как в ответ на внутривенное введение адреналина, так и норадреналина, к 20 с лёгочное сосудистое сопротивление снижалось соответственно на -29 ± 5 % и -20 ± 5 % соответственно, то есть практически в равной степени, несмотря на то, что у этих животных в первом случае давление в лёгочной артерии уменьшалось, а в последнем, напротив, увеличивалось. Следовательно, направленность сдвигов расчётного сосудистого сопротивления в лёгких у животных обеих групп не коррелировали с характером изменений давления в лёгочной артерии при применении катехоламинов и не могли объяснить отмеченные различия временной динамики этих показателей. Более того, разнонаправленные сдвиги лёгочного сосудистого сопротивления при указанных воздействиях на систему кровообращения были отмечены в условиях возрастания кровотока в лёгочной артерии у всех животных. Причиной же неинформативности сосудистого сопротивления лёгких является некорректность использования формулы Пуазейля для расчёта сопротивления сосудов в колебательном режиме, а так же при переходных процессах в динамическом режиме.

Моделирование гидравлического сопротивления сосудистого русла, включающего резистивную, ёмкостную и индуктивную составляющие, каждая из которых отражает то или иное свойство кровеносных сосудов, приводит к неизбежности присутствия фазового сдвига между кровотоком и давлением, величина которого зависит от соотношения входящих в сопротивление компонент и может изменяться при действии на сосудистое русло внешних стимулов. На экспериментальном материале показано присутствие фазового сдвига между регистрируемыми кривыми давления и кровотока в разных точках сосудистого русла. Раскрывается информационная значимость фазового сдвига, вариации которого позволяют судить об изменениях входящих в волновое сопротивление составляющих, в частности, о сдвигах ёмкости сосудистого русла. Волновая модель сосудистого сопротивления подтверждает некорректность применения формулы Пуазейля в этих целях при анализе работы системы в колебательном режиме или во время переходного процесса. Изложенные положения были использованы в экспериментальной части работы при анализе временной динамики изменений давления и кровотока в лёгочной артерии при применении катехоламинов. На том же экспериментальном материале показано, что приближения Пуазейля для расчёта сосудистого сопротивления при рассмотрении работы системы во время переходного процесса приводит к противоречивым и ошибочным результатам.

Дальнейший анализ полученных данных был проведён с учётом временной динамики изменений давления и кровотока в лёгочной артерии. Временная динамика и величины изменений давления и кровотока в лёгочной артерии при применении адреналина у животных I группы представлены на рис. 4, из которого видно, что максимум реакции давления происходит раньше (16 с), чем максимум кровотока (40 с), то есть имеет место фазовый сдвиг между этими переменными, равный 24 с. Во II группе максимумы реакций давления и кровотока практически совпадали, а фазовый сдвиг был близок к нулю. Было предположено, что вариации временного сдвига между потоковой характеристикой и давлением могут свидетельствовать об изменении реактивной компоненты общего волнового сопротивления сосудистой цепи. Для проверки данного предположения в экспериментах изучали соотношение кровотоков на входе и выходе малого круга при действии адреналина, то есть проводили измерение сердечного выброса и венозного возврата во время переходного процесса после введения препарата.

Оказалось, что в динамике развития реакции у животных I группы венозный возврат был больше сердечного выброса, а возникающий в этом случае дисбаланс между ними позволяет сделать вывод о депонировании крови в сосудах малого круга, то есть увеличении их ёмкостной функции и что адреналин в большинстве случаев (70%) оказывает на неё влияние. У животных II группы временной сдвиг между давлением и кровотоком в лёгочной артерии практически отсутствовал. Кривые сердечного выброса и венозного возврата во время переходного процесса после введения адреналина показали, что их изменения были однонаправленными, синхронными во времени (без фазового сдвига между ними) и близкими по величине, то есть баланс между потоками не был нарушен. Аналогичные результаты были получены при применении норадреналина: в случае синхронности изменений давления и кровотока в лёгочной артерии, сдвиги сердечного выброса и венозного возврата были близки между собой.

Рис. 4. Временная динамика и величины изменений давления и кровотока в в лёгочной артерии при применении адреналина (группа животных с повышением давления в лёгочной артерии),

Обозначения: ДЛА - давление в лёгочной артерии, КрЛА - кровоток в лёгочной артерии. По оси абсцисс - время, с; ординат - изменения в процентах.

Анализ изменений артериального давления (среднего значения, амплитуды и частоты колебаний) в ответ на действие прессорных стимулов (адреналина и норадреналина в дозах 2.5 и 5.0 мкг/кг и введении 20 мл физиологического раствора) показывает, что при этих воздействиях возрастает средняя величина артериального давления и амплитуда его пульсовых колебаний. Частота сердечных сокращений так же возрастала всегда, за исключением случая применения физиологического раствора. Прирост средней величины артериального давления при введении 2.5 и 5.0 мкг/кг адреналина составлял соответственно 20 ± 7% и 40 ± 16% относительно исходного уровня, а тех же доз норадреналина 25 ± 8% и 51 ± 18%, то есть при увеличении дозы практически вдвое в обоих случаях. Рост давления в ответ на введение адреналина был меньшим, чем при использовании норадреналина, что вызвано, по-видимому, преимущественным действием последнего на б-рецепторы сосудов (Машковский М.Д., 1994). Частота сердечных сокращений при действии данных препаратов возрастала нелинейно от дозы, при применении адреналина её увеличение было более выраженным (16 ± 5% и 25 ± 6% соответственно), чем в ответ на введение норадреналина (10 ± 4% и 19 ± 7%), что свидетельствует о большем инотропном эффекте действия на сердце адреналина.

При применении физиологического раствора прессорные реакции давления (среднего, систолического и диастолического) были по величине соизмеримы с таковыми, полученными при введении малых доз катехоламинов. Однако частота сердечных сокращений в этом случае уменьшалась на -28±8%. Отмеченные изменения давления и частоты могут быть следствием рефлекторных влияний, вызванных увеличением притока крови к сердцу по венам и связанных с эффектом Франка-Старлинга.

Результаты статистической обработки изменений амплитуды пульсовых колебаний и частоты сердечных сокращений при действии прессорных стимулов приведены в табл.2. Из данных этой таблицы следует, что в ответ на применение катехоламинов амплитуда пульсаций увеличивалась на 65 - 75%. Изменения амплитуды пульсовых колебаний давления на введение адреналина и норадреналина были близкими по величине и практически не зависели от дозы препарата. Однако увеличение пульсовых колебаний артериального давления было в 1.5 - 2 раза более выраженным, чем сдвиги средней величины этого показателя, изменения которого в ответ на применение катехоламинов составляли 20 - 51%.

Аналогичные выводы справедливы и в случае применения физиологического раствора, при введении которого амплитуда колебаний артериального давления возрастала до 58 ± 7 мм рт. ст., в то время как в фоне этот показатель составлял 42 ± 6 мм рт. ст. Таким образом, прирост амплитуда колебаний оказался 16 мм рт. ст., то есть на 38% больше своего фонового значения. В то же время среднее значение артериального давления возросло на 20 ± 7% по сравнению с фоновым. В итоге прирост амплитуды колебаний давления в ответ на введении физиологического раствора в процентном отношении оказался вдвое больше сдвигов его средней величины. Изменялась и частота сердечных сокращений, уменьшение которой составило -28 ± 8%.

Табл. 2. Изменения амплитуды пульсовых колебаний артериального давления и частоты сердечных сокращений в ответ на применение катехоламинов и введение физиологического раствора.

Обозначения: ?АД - изменения амплитуды колебаний мгновенных значений артериального давления, в мм рт.ст.; физиол. раст-р - физиологический раствор; 2.5, 5.0 - дозы препарата в мкг/кг; 20 - доза вводимого раствора в мл. Абсолютные величины исходных значений давления представлены в мм рт. ст. ?ЧСС - изменения частоты сердечных сокращений (ударов в минуту). Изменения гемодинамических показателей указанны в процентах от исходного уровня. Все данные таблицы представлены в виде М ± m.

Учитывая, что применённые препараты оказывали влияние и на частоту сердечных сокращений, полученные результаты свидетельствуют, что используемые прессорные вещества вызывают амплитудно-частотную модуляцию колебаний артериального давления (и, соответственно, кровотока). В результате, становится возможным реализация волнового управления сопряжёнными функциями органных сосудов, при котором эти функции сосудов могут изменять значения своих параметров в зависимости от амплитуды и частоты пульсаций кровотока.

Лёгочная и регионарная гемодинамика при изменении волновых характеристик режима вентиляции лёгких

Поскольку колебательные процессы участвуют в работе организма на всех уровнях его организации и, учитывая тесную взаимосвязь сердечно-сосудистой и дыхательной систем, представляло особый интерес изучить влияние волновых характеристик дыхания на органную и регионарную гемодинамику. Объектом исследования на органном уровне являлись лёгкие, гемодинамика которых имеет непосредственную связь с системой дыхания, на регионарном же уровне изучали влияния амплитуды дыхательного цикла на артериальный и венозный кровоток системы кровообращения.

В исследованиях на органном уровне, при амплитудно-частотной модуляции параметров искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ) у кошек, приводившей к возрастанию минутного вентиляционного объёма и интратрахеального давления, увеличение последнего в физиологическом диапазоне приводило к уменьшению суммарного и прекапиллярного сосудистого сопротивлений (в среднем на 5%), которые определялись, в основном, изменениями минутного объёма вентиляции, а не его амплитудно-частотными составляющими. Рост же посткапиллярного сопротивления был большим (10%) при модуляции объёмной составляющей ИВЛ, чем частотной (6%). В этих же условиях отмечался рост капиллярного гидростатического давления (6%) и снижение коэффициента капиллярой фильтрации (20 - 25%). Изменения CFC оказались более выраженными в ответ на вариацию частотной составляющей вентиляции, чем объёмной. Снижение венозного оттока на 6%, свидетельствующие о поведении ёмкостной функции, увеличивалось при росте минутного объёма вентиляции, и могло быть связано со сдвигами фильтрационно-абсорбционного равновесия. В проведенных экспериментах не была отмечена достоверная разница в динамике изменений газового состава и выдыхаемого воздуха в ответ на увеличение объёма искусственной вентиляции, как за счет ступенчатого повышения частоты дыхания, так и его амплитуды, что исключает возможность их влияния на полученные результаты.

Изучение поведения показателей микро- и макрогемодинамики лёгких при ступенчатом увеличении интратрахеального давления в физиологических пределах (от 4 до 10 см вод. ст.) выявило их относительную устойчивость к изменениям динамики вентиляции, что является отражением происходящих в лёгких ауторегуляторных процессов и объясняется как биофизическими особенностями сосудистого русла лёгких, так и существованием быстроадаптивных механизмов их регуляции (Зильбер А.П., 1984)

На фоне гипервентиляции, вызываемой увеличением частоты дыхания и дыхательного объёма за цикл, отмечалось большее возрастание сдвигов посткапиллярного сопротивления (7%) и среднего капиллярного гидростатического давления (9%), а так же падение коэффициента капиллярной фильтрации (40%), которые, в свою очередь, могут приводить к смещению фильтрационно-абсорбционного равновесия в лёгких. В большей степени отмечалось и снижение венозного оттока (10%). При вентиляции лёгких большими объёмами, сдвиги показателей, характеризующих обменную функцию, достигнутые при изменении частотной составляющей вентиляции, были более выражены, чем при вариации её объёмной компоненты.

Исследования влияния высокоамплитудного дыхания на артериальный кровоток у животных показали, что в этом случае имели место неодинаковые по характеру и величине изменения кровотока в сонной артерии у различных животных. Рост средней величины кровотока, отмеченный у большинства кошек (57.2%) сопровождался и ростом частоты сердечных сокращений (12 ? 4%) при коэффициенте корреляции между этими показателями 0.82 ? 0.07 (р<0.05). Средний кровоток в сонной артерии по всей выборке возрастал на 6.0 ? 1.7 % (р < 0.05) относительно своего исходного значения, в то время как амплитуда его фазных изменений увеличивалась в полтора раза больше - на 10%. Аналогичные результаты были получены и при изучении влияния роста амплитуды дыхания на артериальный кровоток в брюшной и восходящей аорте (сердечного выброса). Результаты экспериментов показали, что высокоамплитудное дыхание приводит к неоднозначным сдвигам сердечного выброса. В тех опытах, когда у животных сердечный выброс или кровоток по брюшной аорте возрастали (8 ? 1%), было отмечено и увеличение частоты сердечных сокращений (9 ? 2%), что указывает на взаимосвязь этих гемодинамических показателей.

Разнонаправленность изменений кровотока или их отсутствие в артериальной системе животных в ответ на увеличение амплитуды может быть обусловлена, в частности, спецификой выбранной модели (Bjurstedt H. et al., 1980). В такой модели при увеличении сопротивления вдоха существенно изменяется лёгочная гемодинамика: дыхательный объем, ёмкость и сопротивления сосудов малого круга (Rowell L.B., 1993). В этой связи, для дальнейшего анализа влияния амплитуды дыхания на артериальный кровоток, представлялось целесообразным провести наблюдения на человеке, у которого имеется возможность произвольного управления дыханием без изменения сопротивления дыхательной системы.

При высокоамплитудном дыхании средняя величина кровотока в сонной артерии человека и амплитуда его фазных колебаний практически не изменялись, хотя при этом, как и у животных, возрастала частота сердечных сокращений на 13 ? 4%, причём у всех испытуемых. Такие различия с данными, полученными в опытах на животных можно объяснить тем, что у человека высокоамплитудное дыхание не было связано с повышенным сопротивлением вдоха, и поэтому оно могло сопровождаться значительным увеличением лёгочных объёмов, а, возможно, и ёмкости сосудов малого круга.

Исследование влияния амплитуды дыхательного цикла на венозный кровоток показало, что увеличение этого показателя практически не изменяет величину среднего кровотока по задней полой вене у животных и, очевидно, не оказывает влияния на величину венозного возврата крови к сердцу. В то же время увеличение амплитуды дыхания приводит к большему приросту кровотока на вдохе, чем при обычном дыхании, а во время выдоха величина венозного кровотока становится меньше таковой (табл. 3). В итоге амплитуда колебаний фазного кровотока по задней полой вене при высокоамплитудном дыхании оказалась на 168% больше, чем в случае обычного дыхания. В этих условиях возрастала и частота сердечных сокращений (на 13 ? 4%).

В проведённых экспериментах высокоамплитудное дыхание вызывало некоторое снижение напряжения кислорода в артериальной и венозной крови и увеличение напряжения углекислого газа, однако, эти изменения не были статистически достоверными и не влияли существенно на полученные результаты.

Таблица 3. Изменение величин кровотока в брюшной части задней полой вены у животных при увеличении амплитуды дыхания.

Обозначения: значения кровотока указаны в мл/мин

Результаты наблюдений на людях подтвердили закономерность, полученную в экспериментах на животных: при высокоамплитудном дыхании средний кровоток в бедренной вене практически не изменялся. Мгновенные значения кровотока во время вдоха возрастали, а на выдохе снижались в большей степени, чем при обычном дыхании, то есть отмечался рост амплитуды их колебаний. В изменениях амплитуды колебаний венозного кровотока при высокоамплитудном дыхании участвуют сдвиги внутригрудного и трансдиафрагмального давлений.

Полученные экспериментальные данные выявили влияние волновых характеристик внешнего дыхания на пульсовые (амплитуду и частоту) характеристики кровотока. Диапазон изменений указанных характеристик дыхания позволяет сделать вывод о возможности их изменением направленно воздействовать на сопряжённые функции органных сосудов.

заключение

Представленные в диссертационной работе данные о механизмах изменений сопряжённых функций органных сосудов и системной гемодинамики при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания позволили выявить принципиально новые закономерности их функционирования и сформулировать концепцию волнового управления ими.

Установлено, что при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии изменение амплитуды и частоты кровотока (при сохранении его среднего значения) приводит к сдвигам резистивной, ёмкостной и обменной функций сосудов. Величина и направленность отмеченных сдвигов определялись значениями амплитуды и частоты пульсаций, что позволяет предположить существование волнового контура управления этими функциями. Функциональная значимость и эффективность управления сопряжёнными функциями регионарных сосудов, реализуемой посредством модуляции амплитуды и частоты пульсовых колебаний, заключается в осуществлении таких изменений с минимальными энергетическими затратами со стороны сердца.

Пульсирующий кровоток вызывал наибольшие сдвиги гемодинамических параметров, характеризующих обменную функцию сосудов. Такой кровоток, увеличивая скорость транскапиллярного перемещения жидкости по сравнению с непульсирующим, способствует выполнению одной из главных задач системы кровообращения - её обменной функции. В амплитудно-частотных характеристиках исследуемых гемодинамических параметров, характеризующих резистивную и обменную сосудистые функции, выявлены точки экстремумов, существование которых свидетельствуют о наличии резонансных свойств в указанных функциях, играющих важную роль в функционировании биосистем.

Внутривенное введение катехоламинов, вызывая увеличение лёгочного кровотока, приводит к неоднозначным по величине и направленности изменениям давления в лёгочной артерии. При этом если между этими гемодинамическими показателями существует фазовый сдвиг, время максимума реакции давления наступает раньше времени максимума кровотока в лёгочной артерии; причём фазовый сдвиг свидетельствует об изменении ёмкости сосудов малого круга при действии катехоламинов.

Прессорные воздействия на систему кровообращения вызывают изменения частоты сердечных сокращений и амплитуды пульсовых колебаний артериального давления более выраженные, чем сдвиги его средней величины. Диапазоны наблюдаемых сдвигов амплитуды и частоты колебаний давления свидетельствуют о возможности их непосредственного влиянии на сопряжённые функции органных сосудов.

В условиях искусственной вентиляции лёгких модуляция частоты и амплитуды дыхательного объёма за цикл выявила относительную устойчивость параметров лёгочной микро- и макрогемодинамики, если величина интратрахеального давления находилась в физиологических пределах. На фоне гипервентиляции сдвиги этих параметров в основном возрастали, причём сдвиги показателей, характеризующих обменную функцию, достигнутые при изменении частотной составляющей вентиляции, были более выражены, чем при вариации её объёмной компоненты.

Результаты проведённых экспериментов свидетельствуют о влиянии параметров режима дыхания (амплитуды дыхательного цикла при глубоком дыхании) как на мгновенные значения артериального и венозного кровотока, так и на частоту сердечных сокращений, то есть на волновые характеристики кровотока. При увеличении амплитуды дыхательного цикла возрастает амплитуда пульсовых колебаний кровотока в большей степени, чем сдвиги его средних значений. На изменение величины пульсовых колебаний кровотока влияют сдвиги внутригрудного и трансдиафрагмального давлений.

Таким образом, при рассмотрении взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем, работающих в колебательном режиме, показано, что изменение волновых характеристик дыхания оказывает непосредственное влияние на микро- и макрогемодинамику лёгочных сосудов, а также модулирующее действие на амплитудно-частотные характеристики артериального и венозного кровотоков, влияющие, в конечном итоге, на сопряжённые функции органных сосудов.

Полученные данные об участии волновых характеристик кровотока (давления) и внешнего дыхания в управлении сопряжёнными функциями регионарных сосудов и системной гемодинамикой позволяют предложить концепцию волновой регуляции функциями органных сосудов, в соответствии с которой гемодинамические параметры, характеризующие указанные функции, могут изменяться при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания. Возможность изменением амплитуды и частоты пульсаций сдвигать показатели резистивной, ёмкостной и обменной функций позволяет предположить существование волнового контура управления этими функциями.

ВЫВОДЫ

1. Установлена функциональная значимость волновых характеристик кровотока, заключающаяся в возможности модуляцией амплитуды и частоты пульсаций, при сохранении его среднего значения, изменять величину и направленность сдвигов параметров, характеризующих резистивную, ёмкостную и обменную функции сосудов.

2. Наибольшими сдвигами в ответ на действие пульсаций характеризуются показатели обменной функции. Пульсирующий кровоток, в сравнении с непульсирующим, увеличивает интенсивность транскапиллярного перемещения жидкости, способствуя лучшему выполнению одной из главных задач системы кровообращения - её обменной функции.

3. Режим перфузии (постоянный кровоток или давление) при переходе от непульсирующего к пульсирующему влияет на величину и направленность сдвигов гемодинамических параметров резистивной и обменной сосудистых функций. В условиях стабилизации перфузионного давления сдвиги суммарного сопротивления сосудов в ответ на действие пульсаций направлены только в сторону увеличения и более выражены, чем при стабилизации кровотока, при котором изменения сопротивления были разнонаправленными. При перфузии постоянным кровотоком пульсации приводили к разнонаправленным и большим по величине сдвигам коэффициента капиллярной фильтрации, чем при стабилизации давления, в условиях которого изменения этого параметра были направлены только в сторону увеличения.

4. Модуляция амплитуды и частоты кровотока выявила свойство гемодинамических параметров, характеризующих резистивную и обменную сосудистые функции, достигать своих максимальных изменений - экстремумов при определённых значениях амплитуды и частоты пульсаций. Такие свойства исследуемых гемодинамических показателей ассоциируются с резонансными.

5. Увеличение амплитуды дыхательного цикла и частоты искусственной вентиляции доли лёгкого приводят к снижению показателей её макро- и микрогемодинамики; сдвиги указанных показателей мало зависят от частотно-объёмных характеристик вентиляции и относительно стабильны в физиологическом диапазоне изменения транстрахеального давления и определяются изменениями минутного объёма вентиляции. На фоне гипервентиляции сдвиги фильтрационно-абсорбционного равновесия в лёгких становятся более выраженными и смещаются в сторону фильтрации.

6. Возрастание амплитуды дыхательного цикла, вызывая увеличение отрицательного внутригрудного давления, приводит к росту частоты и амплитуды пульсовых колебаний артериального и венозного кровотоков, не изменяя их средние величины. Эти данные свидетельствуют об отсутствии прямого механизма действия отрицательного внутригрудного давления на средние величины регионарного артериального и венозного кровотоков.

7. Изменение волновых характеристик дыхания в условиях взаимодействия работающих в колебательном режиме сердечно-сосудистой и дыхательной систем оказывает непосредственное влияние на микро- и макрогемодинамику лёгочных сосудов, а также модулирующее действие на амплитудно-частотные характеристики артериального и венозного кровотоков, диапазон изменений которых оказывает непосредственное воздействие на сопряжённые функции органных сосудов.

8. Катехоламины вызывают одинаковые по величине прессорные сдвиги артериального давления и неоднозначные по величине и направленности изменения давления в лёгочной артерии. Максимум сдвигов давления наступает раньше времени максимума кровотока в лёгочной артерии. При асинхронности реакций давления и кровотока, фазовый сдвиг между ними свидетельствует об увеличении ёмкости сосудов малого круга в ответ на действие катехоламинов.

9. Прессорные реакции системы кровообращения сопровождаются изменением амплитудно-частотных характеристик артериального давления; сдвиги амплитуды его пульсовых колебаний более выражены, чем изменения средней величины. Наблюдаемые сдвиги амплитуды колебаний давления и частоты сердечных сокращений свидетельствуют о возможности их непосредственного влияния на сопряжённые функции органных сосудов.

10. Предложена концепция волновой регуляции резистивной, ёмкостной и обменной функциями органных сосудов, в соответствии с которой гемодинамические параметры, характеризующие указанные функции, могут изменяться при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания. Возможность изменением амплитуды и частоты пульсаций сдвигать показатели сосудистых функций позволяет предположить существование волнового контура управления этими функциями.

Список основных работ, опубликованных по материалам диссертации

Монографии, брошюры, учебники и учебные пособия:

1. Ткаченко Б.И., Левтов В.А., Поясов И.З. Соотношение традиционного физиологического и с позиций теории автоматического регулирования подходов к изучению регуляции кровообращения // Руководство по физиологии. Физиология кровообращения: регуляция кровообращения. - Л.: Наука, 1986. - С.22-30.

2. Дик И.Г., Поясов И.З. Моделирование процессов регуляции кровообращения // Руководство по физиологии. Физиология кровообращения: регуляция кровообращения. - Л.: Наука, 1986. - С.546-573.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

3. Дворецкий Д.П., Юров А.Ю., Поясов И.З., Установка для сопряжённого измерения параметров микроциркуляции и регионарной гемодинамики в лёгких // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. - 1985. - Т.71, № 7. - С.928-932.

4. Дворецкий Д.П., Поясов И.З., Юров А.Ю., Савельев А.К., Иванов А.И. Модификация метода комплексного определения параметров регионарного кровообращения // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. - 1985. - Т.71, № 8. - С.1020-1024.

5. Поясов И.З., Савельев А.К. Влияние амплитуды и частоты пульсовых колебаний кровотока на резистивную и обменную функции сосудов скелетной мышцы у кошек // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. - 1989. - Т.75, № 4. - С.548-554.

6. Поясов И.З. Изменения резистивной и ёмкостной функции сосудов скелетной мышцы при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 1998. - Т.84. № 9. - С.884-891.

7. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Артериальный кровоток при глубоком дыхании // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 2000. - Т.129, № 2. - С. 129 -132.

8. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Характер изменения кровотока в сосудах бассейна нижней полой вены при увеличении отрицательного внутригрудного давления // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 2000. - Т.129, № 3. - С.248 -251.

9. Евлахов В.И., Поясов И.З. Артериальный и венозный кровоток при глубоком дыхании в условиях орто- и антиортостатического воздействий // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2001. - Т.87, № 1. - С.37-42.

10. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. О роли отрицательного внутригрудного давления в изменении венозного возврата крови к сердцу // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2001. - Т.87, № 1. - С.14-22.

11. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Механизмы формирования венозного возврата крови к сердцу // Медицинский академический журнал СЗО РАМН. - 2002. - Т.2, № 1. - С.3-18.

12. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. О роли сил «vis a fronte» в формировании венозного возврата крови к сердцу // Вестник РАМН. - 2002. - № 12. - С.3-9.

13. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Об отсутствии взаимосвязи в изменениях давления в правом предсердии и центрального венозного давления // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 2002. - Т.134, № 10. - С.371- 373.

14. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Соотношение изменений давления в предсердиях и показателей системной гемодинамики при применении катехоламинов // Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 2005. - Т.91, № 6. - С.625 - 635.

15. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Динамические соотношения изменений давления и кровотока в лёгочной артерии при применении катехоламинов. // Бюлл. экспер. биол. и мед.- 2008.- Т. 145, № 1.- С. 4 - 7.

16. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Динамика изменений величин давления и кровотока в лёгочной артерии при применении прессорных вазоактивных веществ.// Медицинский академический журнал СЗО РАМН.- 2008.- Т. 8, № 2.- С.14 - 20.

17. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Гемодинамические механизмы изменений давления и кровотока в лёгочной артерии при применении прессорных веществ.// Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова.- 2008. - Т.94, № 8.- С. 888-899.

Статьи в журналах, регионарных изданиях и материалах международных и союзных конференций.

18. Поясов И.З., Юров А.Ю., Самойленко А.В. Особенности методики измерения кровотока несколькими электромагнитными расходомерами // Исследование сердечно-сосудистой системы: Матер. II конф. молодых учёных и спец. по биологии, медицине и биомед. технике, Л., 15-17 апр. 1981. - Л.: Наука, 1981. - С.187- 189.

19. Дик И.Г., Поясов И.З., Кириленко В.И., Богач В.Г. Описание алгоритмов исследовательского комплекса для изучения механизмов регуляции физиологических процессов // Применение математических методов и ЭЦВМ в медико-биологических исследованиях: Тез. Всесоюзн. симп. / НИИ Экспериментальной медицины. - Л., 1982. - С.52-59.

20. Поясов И.З., Дик И.Г., Кириленко В.И., Богач В.Г. Статистический метод изучения сердечно-сосудистых процессов с учётом их нелинейности и нестационарности // Интеграция сосудистых функций: Сб. научн. тр. - Л.: Медицина, 1984. - С.133-142.

21. Поясов И.З., Дик И.Г. Моделирование ауторегуляции кровотока // Бионика и биомедкибернетика-85: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Биол. кибернетика. Кибернетика спорта, труда и отдыха. Ч.4. - Л., 1986. - Ч.4. - С.88-90.

22. Поясов И.З. Методы статистики в исследованиях системы кровообращения // Центральные механизмы регуляции кровообращения: Матер. V Всесоюзн. школы-семинара “Физиология кровообращения”. - Ашхабад: “Ылым”, 1987. - С.117-124.

23. Поясов И.З. Влияние амплитуды и частоты пульсирующего кровотока на венозный отдел сосудистого русла скелетной мышцы // Венозное кровообращение и лимфообращение: Тез. докл. IV Всесоюзн. симп., 10-13 окт. 1989. - Алма-Ата, 1989. - Ч.2. - С.72-73.

24. Поясов И.З., Савельев А.К. Влияние амплитудно-частотной модуляции тока на микрогемодинамику скелетной мышцы // Система микроциркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях: Тез. докл. II Всесоюзн. конф., Фрунзе, 23-25 окт. 1990. - Фрунзе: “Илим”, 1990. - С.293-294.

25. Поясов И.З., Савельев А.К. Характеристика сдвигов суммарного, пре- и посткапиллярного сопротивлений сосудов скелетной мышцы при амплитудно-частотной модуляции перфузионного кровотока // Тез. докл. II Республ. съезда физиологов Туркменистана. - Ашхабад: “Ылым”, 1992. - С.110-111.

26. Поясов И.З. Роль пульсовых характеристик кровотока в регуляции сопряжённых функций органных сосудов // Тез. докл.: XVII съезд физиологов России, 1998. - Ростов-на-Дону, 1998. - С.142.

27. Поясов И.З., Евлахов В.И. Использование флоуметрии в острых опытах на животных // Методология флоуметрии. (Flowmetry methodology). - М.: Transonic systems Inc., 1999. - Вып. 3. - С.181-187.

28. Поясов И.З. Роль пульсовых характеристик кровотока в регуляции органной микро- и макрогемодинамики // Мат. конф.: Всеросс. научн. конф. с междунар. участием, посвящ. 150-летию со дня рождения академика Ивана Петровича Павлова, С.-Петербург, 15-17 сент. 1999. - СПб.: СПбГМУ, 1999. - С.263.

29. Поясов И.З. Органная микро- и макрогемодинамика при пульсирующем кровотоке // Механизмы функционирования висцеральных систем: Тез. докл. Межд. конф., посвящ. 150-летию И.П.Павлова, С.-Петербург, 23-25 сент. 1999. - СПб., 1999. - С.300.

30. Ткаченко Б.И., Евлахов В.И., Поясов И.З. Характер изменения артериального и венозного кровотока при глубоком дыхании // Актуальные проблемы сердечно-сосудистой, легочной и абдоминальной хирургии: Сб. трудов научн. конф., посвящ. 95-летию со дня рожд. Ф.Г.Углова. - СПб., 1999. - С.148-149.

31. Поясов И.З. Волновая концепция регуляции сосудистых функций и кровотока // Актуальные проблемы фундаментальных исследований в области биологии и медицины: Мат. научн. конф., посвящ. 110-летию Института эксперимент. медицины, С.-Петербург, 18-20 дек. 2000. - СПб., 2000. - С.145.

32. Поясов И.З., Вишневский А.А. Влияние различных режимов искусственной вентиляции легких на их микрогемодинамику // Актуальные проблемы фундаментальных исследований в области биологии и медицины: Мат. научн. конф., посвящ. 110-летию Института эксперимент. медицины, С.-Петербург, 18-20 дек. 2000. - СПб., 2000. - С.146.