Влияние активации адренорецепторов на пульсовые составляющие нагрузки сердца в эксперименте
На правах рукописи
Кошкарева Галина Михайловна
ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ АДРЕНОРЕЦЕПТОРОВ
НА ПУЛЬСОВЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ НАГРУЗКИ СЕРДЦА
В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
03.00.13 – физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Томск – 2007
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный педагогический университет» Федерального агентства по образованию
Научный руководитель:
доктор медицинских наук Яхонтов Сергей Владиславович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных ГОУ ВПО ТГУ Рособрнауки Гриднева Вера Ивановна
доктор биологических наук, зам. директора ГНУ «Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа» СО Россельхозакадемии, профессор
Тухватулин Равиль Талибулович
Ведущая организация: ГОУ ВПО Алтайский государственный медицинский университет Росздрава
Защита диссертации состоится «______» __________2007 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 208.096.01 при Сибирском государственном медицинском университете (634050, г. Томск, Московский тракт, 2).
С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке Сибирского государственного медицинского университета (634050, г. Томск, пр. Ленина, 107).
Автореферат разослан «_______» _________________ 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Суханова Г.А.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования: Активация адренорецепторов - это необходимое условие приспособительных реакций сердечно-сосудистой системы на эмоциональные, умственные и физические нагрузки, сопровождается переходными процессами в сердечно-сосудистой системе. Основным гемодинамическим проявлением этих реакций является усиление системного кровотока, происходящее за счет активации бета-адренорецепторов сердца и альфа-адренорецепоров артериального русла, приводящее к увеличению сократительной активности желудочков и возрастанию тонуса артериального русла. В процесс перехода сердечно-сосудистой системы на новый уровень функционирования включаются автономные механизмы регуляции сердечной деятельности (гетерометрический механизм Франка-Старинга, гомеометрический механизм Анрепа, механизм активации внутрисердечной нервной системы Г.И.Косицкого) и механизмы регуляции тонуса артериальных сосудов [Костромина Е.Ю., 1997; Дворецкий Д.П., 2000; Кудряшов Ю.А., 2002].
Данные исследований указывают на высокую согласованность изменений параметров сокращения желудочков и тонуса артериального русла, происходящих в сердечно-сосудистой системе при изменениях притока крови к сердцу в условиях физиологической нормы [Абрамян А.С., 1980; Конради Г.П., 1980; Ковалев О.А., 1981; Левадный В.Г., 1982; Орлов В.В., 1983]. Установлено, что взаимодействие локальных и системных механизмов регуляции обеспечивает максимум согласованности параметров сокращения сердца и тонуса аорты при переходе сердечно-сосудистой системы с одного уровня функционирования на другой [Каро К., 1983; Осадчий Л.И., 2003].
В ряде физиологических экспериментов была установлена возможность несогласованных изменений силы и скорости сокращения и расслабления желудочков [Алипов Н.Н., 2003], возникновение пиков отрицательного давления в диастолу, свидетельствующих о несоответствии притока крови к сердцу параметрам его сокращения [Астафьев В.И. с соавт., 1982], возрастание роли сопротивления клапанного аппарата аорты в процессе изгнания крови, нарушение синфазности изменений тонуса венозного и артериального русла [Воронов В.А., Долгов М.А., 1981; Осадчий Л.И., 1999-2005]. Сказываясь на пульсовых составляющих нагрузки сердца, несогласованность параметров сокращения сердца и тонуса артериального русла влияла на уровень входного сопротивления (импеданса) аорты и, соответственно, уровень суммарной нагрузки сердца [Milnor W.P., 1979; Murgo J.P., 1980; Pepine C.J., Nichols W.W., 1982; Иткин Г.П., 1983; Дворецкий Д.П., 1993].
Между тем, различная степень вовлеченности бета- и альфа-адренорецепторов в механизмы формирования пульсовых составляющих нагрузки сердца может вызывать несоответствие параметров сокращения сердца и артериального русла, поэтому, изучение механизмов взаимодействия левого желудочка и аорты по пульсовым составляющим нагрузки сердца, является актуальным.
Цель исследования: изучить влияние активации адренорецепторов на формирование пульсовых составляющих нагрузки левого желудочка при моделировании нестационарных состояний в сердечно-сосудистой системе в физиологическом эксперименте.
Задачи
- Изучить влияние активации бета 1,2- и альфа-адренорецепторов адреналином и новодрином на пульсовые составляющие нагрузки сердца в физиологическом эксперименте.
- Выяснить влияние тонуса артериального русла на параметры пульсовых составляющих нагрузки сердца в эксперименте.
- Изучить влияние сопротивления изгнанию крови в аорту на формирование пульсовых составляющих нагрузки сердца в эксперименте
- Исследовать влияние параметров системного кровотока (МОК, ОЦК и диастолического АД) на пульсовые составляющие нагрузки сердца.
- Оценить влияние притока крови к сердцу на пульсовые составляющие нагрузки сердца при моделировании нестационарных состояний в сердечно-сосудистой системе.
Научная новизна. Впервые по пульсовым составляющим нагрузки сердца изучены механизмы возникновения несогласованности параметров сокращения левого желудочка сердца и тонуса артериального русла при нестационарных процессах в сердечно-сосудистой системе, вызванных активацией бета- и альфа-адренорецепторов в эксперименте. Активация альфа-адренорецепторов сопровождается повышением сопротивления выбросу крови в аорту за счет большего возрастания пульсового артериального давления, чем скорости кровотока во вторую фазу периода изгнания. Активация бета-адренорецепторов вызывает рост градиента давления в левом желудочке и аорте во вторую фазу периода изгнания за счет повышенной скорости сокращения желудочков на фоне сниженного тонуса артериального русла. Несогласованность параметров сокращения левого желудочка и тонуса аорты сохраняется при изменениях минутного объема кровотока, объема циркулирующей крови, диастолического артериального давления и притока крови к сердцу.
Теоретическая и практическая значимость работы. Исследование влияния селективной активации адренорецепторов на пульсовые составляющие нагрузки сердца уточняет механизмы взаимодействия левого желудочка и артериального русла при моделировании нестационарных состояний в сердечно-сосудистой системе. Доказана возможность несогласованных изменений параметров сокращения желудочков и тонуса артериального русла при нейрогуморальной активации, в частности, вследствие различной вовлеченности адренорецепторов сердца и артерий в механизмы формирования пульсовых составляющих нагрузки сердца. Полученные данные дополняют знания в области физиологии кровообращения и позволяют повысить точность оценки нагрузки сердца в физиологическом эксперименте.
Положения, выносимые на защиту:
- Селективная активация бета- и альфа-адренорецепторов при моделировании нестационарных состояний в сердечно-сосудистой системе в эксперименте может сопровождаться несогласованными изменениями параметров сокращения левого желудочка и тонуса артериального русла с различными механизмами формирования пульсовых составляющих нагрузки сердца.
- Различная степень вовлеченности бета- и альфа-адренорецепторов в механизмы формирования пульсовых составляющих нагрузки сердца проявляется возрастанием сопротивления клапанного аппарата аорты, либо динамического сопротивления выбросу в процессе изгнания крови.
- Возникшая несогласованность параметров сокращения левого желудочка и тонуса артериального русла сохраняется не только в стационарном состоянии сердечно-сосудистой системы, но и в условиях переходных процессов с изменением минутного объема кровотока, объема циркулирующей крови, диастолического АД и притока крови к сердцу.
Внедрение. Полученные результаты вошли в курс лекций по физиологии кровообращения ТГПУ, спецкурса лекций ФПК ТГПУ для специалистов по физической культуре и спорту Томской области, использованы при издании учебного пособия «Физиология сердечно-сосудистой и дыхательной систем» (2004) и монографии «Двухконтурная разгрузка сердца» (2005).
Апробация работы: Основные результаты диссертации обсуждались на I сессии СФ ВКНЦ АМН СССР, 1982 (Томск); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы техники в медицине», 1983; Международной конференции «Актуальные вопросы безопасности, здоровья при занятиях физической культурой и спортом», 1993 (Томск); Международной конференции «Наука и образование» 2005 г. (Томск). По теме диссертации опубликовано 10 работ, из которых одна статья в реферируемом журнале ВАК и одна монография.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы (гл.1), объект и методы исследования (гл.2), собственные исследования (гл.3), обсуждение результатов исследования (гл.4), выводы, практические рекомендации и список литературы (129 источников, из которых 89 отечественных и 40 зарубежных авторов). Работа изложена на 134 страницах текста, включающего 29 рисунков и 17 таблиц.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проводились на базе НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН. Всего было проведено 215 острых экспериментов на 74 белых крыс (весом 270–390 грамм) и 40 кроликах (всего 11 серий). В условиях операционной под тиопенталовым наркозом (50 мг/кг) у крыс и кроликов моделировали следующие нестационарные состояния сердечно-сосудистой системы:
- Активация альфа- и бета-адренорецепторов (повышение силы и скорости сокращения миокарда при увеличении тонуса артерий) внутривенным введением адреналина триацетата в дозе 2 мкг/кг.
- Активация альфа-адренорецепторов (повышение тонуса артериального русла при отсутствии хроно-инотропных воздействий на миокард) внутривенным введением 0,2 мл. 1х10-4 мезатона.
- Активация бета-адренорецепторов (повышение силы сокращения миокарда при сниженном тонусе артериального русла) внутрисосудистым введением изопротеренола (новодрина) в дозе 5 мкг/кг.
- Моделирование снижения тонуса артериального русла внутривенным введением нитропруссида натрия в дозе 8 мкг/кг.
- Моделирование снижения сопротивления изгнанию крови в аорту перерезкой сонной артерии крыс.
- Моделирование повышения сопротивления изгнанию крови путем механического сужения просвета аорты.
Общая схема внешних воздействий приведена на рис.1.
Рис.1. Общая схема проводимых экспериментов.
Примечание: I – направленность воздействий, изменяющих сопротивление изгнанию крови в аорту; II – направленность воздействий, изменяющих тонус артерий; III – направленность медикаментозных воздействий на силу и скорость сокращения желудочков. 1 и 2 – зонды датчиков артериального давления в дуге аорты; 3 – датчик электромагнитного расходомера крови.
В экспериментах регистрировали следующие параметры: электрокардиограмма (ЭКГ), параметры кровотока (систолическое, диастолическое и пульсовое артериальное давление, объем циркулирующей крови, ударный и минутный объем кровотока), параметры сокращения сердца и изгнания крови (максимум скорости изменения давления в левом желудочке ±dp/dt max, усиленная кривая пульсового АД). По усиленной кривой пульсового АД определяли следующие параметры изгнания крови (рис.2, 3):
- максимум пульсового АД в начале изгнания (h) за период t1, отражающий величину «ударного» сопротивления выбросу и связанный с уровнем перепада давления в полости ЛЖ и аорте;
- динамическое сопротивление выбросу (по динамике пульсового АД во вторую фазу периода изгнания t2);
- временные параметры сокращения ЛЖ (по длительности интервалов на кривой давления в ЛЖ и аорте);
- скорость изменений давления в ЛЖ и аорте (электронными дифференциаторами с постоянными времени 3 мс и 30 мс).
Рис. 2. Параметры нагрузки левого желудочка, оцениваемые по усиленной кривой пульсового АД.
Примечание: Адд – диастолическое АД, ^P – амплитуда пульсового АД; h – амплитуда пульсового АД в начале изгнания; S – площадь под кривой пульсового АД в динамическую фазу периода изгнания; t1 – продолжительность первой компоненты нагрузки ЛЖ; t2 – продолжительность динамической компоненты нагрузки ЛЖ; TTI («напряжение-время» - площадь под кривой с учетом диастолического АД; ±dp/dt Ао – отношением h к t1.
Рис.3. Оценка параметров нагрузки ЛЖ по усиленным кривым пульсового АД у крыс и кроликов.
Примечание: (1) – норма; (2) – при повышенном динамическом сопротивлении; (3) – при высокой скорости выброса и низком тонусе артериального русла.
Динамическое сопротивление выбросу (R дин), изменяющееся в процессе изгнания крови, определяли по алгоритму, реализованному в анализаторе кривой аортального давления «АКАД», являющегося частью системы управления венозным возвратом в эксперименте (а.с.1107849). Используя эти алгоритмы, АКАД измерял сопротивление потоку крови в начале изгнания (амплитуду а-б за период, соответствующий 19% длительности периода изгнания от момента открытия аортальных клапанов – точки «а» на рис.3 и рис.4).
Рис.4. Фрагменты записи усиленной кривой пульсового АД крыс. Слева – при высоком сопротивлении выбросу, справа – в норме.
Примечание: моменту смены механизмов изгнания крови соответствует точка «б» на кривой АД рис.1 и 2). t1 - период изоволюмической систолы, t2 – время, в течение которого сопротивление потоку крови в начале изгнания оценивалось по амплитуде h; ДФ – «динамическая фаза» периода изгнания (R дин).
Электрокардиограмму (ЭКГ) регистрировали электрокардиографом 6-NEK (ГДР) игольчатыми электродами.
Артериальное давление (АД) измеряли емкостными электроманометрами полиграфа «Салют», зонды измерительных камер которых проводились в полость левого желудочка и дугу аорты. Конечнодиастолическое давление в ЛЖ и пульсовое АД при регистрации усиливались в 5 раз усилителем биопотенциалов.
Объем циркулирующей крови (ОЦК) снижали дробным забором крови у крыс по 0,1 мл. Возврат ОЦК к прежнему уровню осуществляли введением в сосудистое русло по 0,1 мл физиологического раствора.
Минутный объем кровотока (МОК) определяли методом терморазведения с использованием средств автоматической обработки. Использовали зонд с термистором МТ-54, устанавливаемый в дугу аорты. Физиологический раствор с нулевой температурой вводили в правые отделы сердца.
Измерение фаз структуры сердечного цикла (СЦ) проводили по записям кривых давления в полости ЛЖ и аорты. Определяли длительности асинхронного и изоволюмического сокращений (изоволюмическую систолу, ИС), периоды изгнания (ПИ) и диастолы (ПД). Перестройку фаз внутри сердечного цикла оценивали по внутрисистолическому показателю (ВСП), межфазовому коэффициенту (МК), индексу напряжения миокарда (ИНМ), механической систоле (МС), расшифровка которых приведена ниже:
- межфазовый коэффициент (МК) – отношение периода изоволюмического сокращения (ИС) к длительности периода изгнания (ПИ);
- внутрисистолический показатель (ВСП) - отношение периода изгнания (ПИ) к длительности механической систолы (МС);
- индекс напряжения миокарда (ИНМ) - отношение длительности изоволюмической систолы (ИС) к длительности механической систолы (MC).
Оценку энергозатрат сердца у экспериментальных животных проводили по значению индекса «TTI», определяемого как интеграл под кривой давления в аорте за период изгнания.
Методы обработки данных. Обработку результатов исследований осуществляли с использованием стандартного пакета анализа электронных таблиц MS Excell-XP с определением средней, ошибки средней, оценки достоверности различий по t-критерию Стьюдента, а также путем корреляционного анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние активации адренорецепторов на пульсовые составляющие нагрузки сердца крыс и кроликов
Влияние уровня катехоламинов в артериальной крови на пульсовые составляющие нагрузки левого желудочка. Выявлена малая корреляционная зависимость между содержанием адреналина и норадреналина в артериальной крови животных в покое (r=0,20), а также отсутствие влияния концентрации адреналина на уровень пульсового АД (r=0,21). С другой стороны, выявлена умеренная обратная зависимость между содержанием норадреналина и уровнем пульсового АД (r=-0,49). По условиям эксперимента, исключающим возникновение вегетативных реакций вследствие наркотизации животных, содержание катехоламинов в крови и их действие и не могли быть высокими. Более дифференцированное влияние активного возбуждения альфа- и бета-адренорецепторов на параметры пульсовых составляющих нагрузки сердца, было изучено нами при моделировании нестационарных состояний в сердечно-сосудистой системе (гл.3).
Влияние активации альфа- и бета-адренорецепторов адреналином на пульсовые составляющие нагрузки левого желудочка. Одновременную активацию альфа – и бета адренорецепторов создавали путем внутрисосудистого введения адреналина гидротартрат (Adrenalinum hydrotartaricum) в виде раствора для инъекций в ампулах по 1 мл с рН 3,5-4,0. Известно, что гемодинамические эффекты адреналина связаны с влиянием как на aльфа- так и на бета-адренорецепторы. Возбуждение бета-адренорецепторов у крыс сопровождалось некоторым ростом ЧСС (286±9 и 300±11 уд/мин), повышением скорости сокращения (с 5016±528 до 6798±460 мм рт.ст./с) и расслабления (с 3366±410 до 3670±260 мм рт.ст./с) желудочков наряду с тенденцией к снижению скорости изгнания крови в аорту (с 1480±120 до 1150±174 мм рт.ст/с). Активация альфа-адренорецепторов сосудистого русла сопровождалась резким повышением диастолического (с 69±6 до 141±5 мм рт.ст.) и систолического (с 92±7 до 162±7 мм рт.ст) артериального давления. Незначительное повышение ЧСС в этой ситуации объяснялось действием барорефлекторного контроля АД. Усиление нагрузки ЛЖ в этой ситуации подтверждал рост индекса TTI на 94% и рост динамического сопротивления (Rдин) с 79±5 до 102±3,5 усл.ед. Несмотря на выраженную тенденцию к росту динамического сопротивления выбросу, наблюдалось постоянство пульсового АД в начале изгнания (h=18±1,5 и 17±1,3 мм рт.ст.) а также отсутствие достоверных изменений в фазовой структуре сердечного цикла.
Влияние активации бета-адренорецепторов новодрином на пульсовые составляющие нагрузки левого желудочка. Актвацию бета-адренорецепторов осуществляли внутрисосудистым введением новодрина (Novodrin) в виде 1,0% раствора изопреналин-сульфата. Так как новодрин отличается от структуры адреналина заменой метильного радикала в аминогруппе на изопропильный, он, воздействуя на бета1- и бета2-адренорецепторы миокарда, не вызывал сужения сосудов и повышения периферического артериального давления, однако вызывал резкое учащение и усиление сердечных сокращений. При этом ЧСС возрастала с 267±10 уд/мин до 320±9 уд/мин, скорость выброса увеличивалась с 1000±60 мм рт.ст./с до 1400±120 мм рт.ст./с. Рост ЧСС сопровождался снижением диастолического АД с 72±5 мм рт.ст. до 52±6 мм рт.ст. и динамического сопротивления выбросу во вторую фазу периода изгнания с 88±1 до 62±3 усл.ед. Снижение диастолического АД на 28% сопровождалось уменьшением индекса TTI на 36%, что внешне указывало на уменьшение энергозатрат желудочков на выброс. На отсутствие перегрузки ЛЖ со стороны артериального русла указывали также и изменения фазовой структуры сердечного цикла. Введение новодрина снижало продолжительность сердечного цикла на 17%, уменьшало длительность изоволюмической систолы (на 24%), периода изгнания (на 15%) и диастолического периода (на 20%). Распределение фаз внутри СЦ сохранялось прежним, о чем свидетельствовали практически неизменные значения внутрисистолического показателя, индекса напряжения миокарда и межфазового коэффициента.
Несмотря на то, что в данной ситуации наблюдалось повышение входной проводимости аорты, объективно наблюдалось парадоксальное повышение перепада давления в полости ЛЖ и дуге аорты в период изгнания. Разница давлений возрастала с 32±11 мм рт.ст. до 79±8 мм рт.ст., а ее максимум приходился на вторую фазу периода изгнания, когда давление в аорте было минимальным. Одновременно наблюдалось возникновение отрицательных пиков конечно-диастолического давления в ЛЖ, свидетельствующее о недостаточности притока крови к сердцу [В.И.Астафьев, Ю.В.Желтовский, Н.П.Кузнецов (1982)].К концу переходного процесса перепад давлений ЛЖ-аорта возвращался к норме (3-4 мм рт.ст.). Рост перепада давлений в полости левого желудочка и аорте в период изгнания сопровождался возрастанием скорости выброса на 29% (по данным магнитной флоуметрии) на фоне сниженного тонуса артериального русла под действием новодрина.
Реакция пульсовых составляющих нагрузки сердца крыс и кроликов на блокирование адренорецепторов обзиданом. Блокирование бета-адренорецептров производили введением в сосудистое русло раствора #-1-Изопропиламино-3-(1-нафтокси)-2-пропанола гидрохлорида (обзидана), который, являясь блокатором бета1- и бета2-адренорецепторов, снижая силу и частоту сердечных сокращений, уменьшал сократительную способность миокарда и величину сердечного выброса. Следствием этого было некоторое падение артериального давления. По сути, блокирование бета-адренорецепторов приводило к тому, что параметры сокращения миокарда определялись его свойствами и активностью проводящей системы. В результате происходило уменьшение ЧСС, снижение систолического АД и скорости выброса до уровня ниже исходного. Блокирование бета-адренорецептров ликвидировало не только эффекты новодрина, но и воздействие «фонового» уровня катехоламинов в крови. При этом амплитуда пульсового АД сохранялась на уровне, предшествующему введению обзидана.
Таким образом, экспериментально установлено, что уровень пульсового АД практически не зависел от фонового уровня катехоламинов в артериальной крови крыс и кроликов. Моделирование одновременной активации альфа- и бета-адренорецепторов экзогенным адреналином сопровождалось ростом динамической компоненты пульсовой составляющей нагрузки сердца, тогда как избирательная активация бета-адренорецепторов новодрином сопровождалась существенным ростом перепада давления в ЛЖ и аорте во вторую фазу периода изгнания, вследствие возрастания скорости сокращения желудочков на фоне сниженного тонуса артериального русла. Эти изменения свидетельствовали о возникновении несоответствия между параметрами сокращения ЛЖ, параметрами изгнания крови аорту и тонусом артериального русла из-за неравномерной активации альфа-, бета1- и бета2-адренорецепторов сердца и артериального русла экзогенными катехоламинами.
Влияние тонуса артериального русла на пульсовые составляющие нагрузки сердца кроликов
Реакция пульсовых составляющих нагрузки сердца на повышение тонуса артериального русла. Повышение тонуса артерий моделировали введением в сосудистое русло мезатона. Гемодинамические изменения заключались в росте систолического (с 112±16 мм рт.ст. до 137±12 мм рт.ст.) и диастолического (с 64±13 мм рт.ст. до 98±11 мм рт.ст.) артериального давления и ЧСС (с 210 уд/мин до 235 уд/мин), наряду со значительным ростом индекса TTI (с 14,8±2,1 мм рт.ст.с до 21,4±1,3 мм рт.ст.с), что свидетельствовало о росте нагрузки левого желудочка противодавлением. Рост сопротивления изгнанию крови во вторую фазу периода изгнания проявлялся значительным повышением динамического сопротивления (Rдин) с 79±4 усл.ед. до 127±3 усл.ед.. При этом наблюдалось практическое отсутствие «ударной» нагрузки в начале изгнания крови (амплитуда пульсового АД в эту фазу составляла 39±9 мм рт.ст. и 36±12 мм рт.ст. соответственно). О росте нагрузки давлением свидетельствовали также удлинение изоволюмической систолы с 15±2 мс до 25±3 мс и тенденция к росту индекса напряжения миокарда.
Реакция пульсовых составляющих нагрузки сердца на снижение тонуса артериального русла. Снижение тонуса артериальных сосудов осуществляли нитропруссидом натрия, широко используемым в практике управляемой гипотонии [Е.В.Майстрах (1978), С.В. Альбертин, Н.Л. Войлокова (1993)]. Введение нитропруссида натрия кроликам сопровождалось снижением диастолического (с 77±4 мм рт.ст. до 54±4 мм рт.ст.) и систолического (с 92±3 мм рт.ст. до 69±3 мм рт.ст.) артериального давления, снижением скорости расслабления ЛЖ (с 2838 мм рт.ст./с до 2112 мм рт.ст./с), уменьшением значения индекса TTI (с 11±0,7 мм рт.ст.с до 7,6±0,6 мм рт.ст.с). Амплитуда пульсового АД практически при этом не изменялась, но уровень «ударной» нагрузки в начале изгнания и динамическое сопротивление во вторую фазу периода изгнания указывали на улучшение условий изгнанию крови в аорту, о чем свидетельствовала тенденция к снижению динамического сопротивления с 63±8 усл.ед до 57±7 усл.ед. О снижении нагрузки сердца свидетельствовали и укорочение длительности изоволюмической систолы (22±1,4 мс до 16±1 мс), удлинение диастолы (с 90±6 мс до 120±9 мс), а также снижение межфазового коэффициента (с 0,22±0,01 % до 0,17±0,01 %) и индекса напряжения миокарда (с 18±1% до 15±0,8%).
.
Влияние сопротивления изгнанию крови в аорту на пульсовые составляющие нагрузки сердца у кроликов и крыс
Реакция пульсовых составляющих нагрузки сердца на повышение сопротивления выбросу. Высокое сопротивление изгнанию крови в аорту создавали у кроликов сужением просвета нисходящей части дуги аорты до 50% ее начального диаметра. При этом амплитуда пульсового АД в начале изгнания (h) практически не изменялась, что свидетельствовало о соответствии силы сокращения ЛЖ уровню диастолического давления. Согласованность изменений в начальный период сокращения сердца проявлялась пропорциональным ростом силы сокращения сердца, систолического (99±14 мм рт.ст. до 146±13 мм рт.ст.) и диастолического АД (59±10 мм рт.ст. до 100±11 мм рт.ст.) при невыраженной тенденции к росту пульсового давления за счет повышения динамического сопротивления (Rдин) во вторую фазу периода изгнания. Однако согласованность этих изменений по окончании переходного процесса, вызванного созданием высокого сопротивления выбросу, нарушалась вследствие роста сопротивления изгнанию крови в аорту, и эта несогласованность проявлялась перераспределением вклада пульсовых составляющих нагрузки сердца. Факт перераспределения подтверждался изменениями, произошедшими в фазовой структуре сердечного цикла. Рост динамического сопротивления изгнанию сопровождался изменением длительности изоволюмической систолы (с 18±2 мс до 27±3 мс) на фоне укорочения длительности диастолы (со 150±10 мс до 110±10 мс). Удлинение изоволюмической систолы могло свидетельствовать о росте энергопотребления миокарда, что подтверждалось ростом значения индекса TTI с 13,6±1,2 мм рт.ст.с до 19,7±1,4 мм рт.ст.с.
Реакция пульсовых составляющих нагрузки сердца на снижение сопротивлении выбросу. Моделирование резкого снижения изгнанию крови в аорту осуществляли путем перерезки левой сонной артерии у крыс (в правой сонной артерии был установлен зонд датчика артериального давления). Перерезка сонной артерии сопровождалась быстрым спадом давления в аорте, поэтому регистрацию параметров проводили в первые секунды после перерезки, до критического спада АД. Наряду с падением диастолического и систолического АД, наблюдалась тенденция к росту амплитуды пульсового АД в начале изгнания с повышением скорости изгнания крови в аорту (±dp/dt max Ао). Динамическое сопротивление выбросу при этом резко снижалось. Происходящие изменения указывали на соответствие снижения силы и скорости сокращения ЛЖ спаду диастолического АД. Согласованность изменений параметров сокращения ЛЖ и диастолического АД проявлялась в постоянстве пульсового АД в начале изгнания при практически неизменной скорости выброса.
Моделирование изменений сопротивления изгнанию крови в аорту путем механического изменения ее просвета, в отсутствие экзогенных хроно-инотропных воздействий на миокард, сопровождалось существенным изменением динамической составляющей пульсовой нагрузки сердца, не влияя на перепад давления в левом желудочке и аорте во вторую фазу периода изгнания.
Влияние параметров системного кровотока на пульсовые составляющие нагрузки сердца крыс
К системным параметрам кровотока в данном случае были отнесены объем циркулирующей крови (ОЦК), минутный объем кровотока (МОК), диастолическое давление в аорте, стабилизируемое с использованием аппаратных средств, а также величина притока крови к сердцу.
Влияние объема циркулирующей крови на пульсовые составляющие нагрузки сердца. Проявлялась высокая чувствительность тонуса сосудистого русла к изменениям объема крови, что объяснялось существенным влиянием ОЦК на венозный приток к сердцу [Абрамян А.С., 1980]. Факт практически линейной зависимости между ОЦК и диастолическим АД подтверждался высоким коэффициентом корреляции между величиной пульсовой составляющей артериального давления (^P) и значениями ОЦК (r=0,81). И, хотя на величину пульсового АД существенно влияло диастолическое АД (r=0.62), само это давление от объема зависело меньше (r=0.52). Амплитуда пульсового АД следовала за изменениями ОЦК. Изменения диастолического АД были отсрочены по времени, так как являлись результатом изменения ударного объема и миогенного тонуса артерий по механизму Остроумова-Бейлиса (1902). Изменения ОЦК влияли в первую очередь на уровень пульсового АД (r=0.81) и, в меньшей степени (r=0,62), на уровень диастолического АД. Наличие сильной корреляционной связи между амплитудой пульсового АД с величиной МОК позволило предположить, что влияние ОЦК на пульсовое АД являлось опосредованным через изменения МОК
Влияние минутного объема крови на пульсовые составляющие нагрузки сердца. Значение МОК прямо определялось величиной ударного объема (r=0,99) и в значительно меньшей степени зависело от ЧСС (r=0,42), практически не оказывая влияния на величину динамического сопротивлению изгнанию крови (Rдин). Этот факт интересен тем, что сопротивление потоку крови при изгнании имело обратную зависимость от ЧСС (r=-0,78) и не зависело от пропульсивной активности желудочков - такое возможно лишь при высокой согласованности изменений параметров выброса крови из желудочков и тонуса артериальных стенок. Высокая согласованность параметров сокращения желудочков и тонуса артериального русла прослеживалась и из того, что при любых значениях МОК пульсовое АД определялось амплитудой в начале изгнания; иначе, величина «ударного» сопротивления в начале изгнания также не зависела от пропульсивной активности желудочков.
Влияние диастолического артериального давления на пульсовые составляющие нагрузки сердца. Выявлена сильная корреляционная связь диастолического и систолического АД (r=0,69). Пульсовое АД в большей степени (r=0,6) зависело от систолического АД, чем от диастолического (r=0,29), что объяснялось ростом ударного объема. Рост пульсового АД был сильно связан с ростом скорости выброса (r=0.74) и величиной «ударной» нагрузки сердца в первую фазу периода изгнания. Влияние диастолического АД на пульсовые составляющие нагрузки сердца осуществлялось синхронно с изменением систолического АД. Влияние диастолического АД на пульсовые составляющие нагрузки сердца можно отразить следующей последовательностью процессов: рост диастолического АД рост силы сокращения желудочков по механизму Анрепа рост ударного объема рост систолического АД рост пульсового АД с повышением скорости выброса. Следует заметить, что данные выводы справедливы до того момента, когда, спустя несколько сердечных сокращений, происходило повышение притока крови к сердцу, влияя на параметры выброса.
Влияние притока крови к сердцу на пульсовые составляющие нагрузки сердца. Снижение притока крови к сердцу, моделируемое уменьшением просвета нижней полой вены, сопровождалось уменьшением сократимости желудочков, снижением ударного объема, систолического и диастолического артериального давления. Высокая согласованность этих изменений, в отсутствие экзогенных хроно-инотропных воздействий на миокард и тонус артерий, подтверждалась постоянством входной проводимости аорты на протяжении всего переходного процесса, вызванного ограничением притока крови к сердцу.
Высокая согласованность указанных изменений обеспечивается согласованной работой механизмов гетерометрической и гомеометрической регуляции сердечной деятельности и активацией внутрисердечной нервной системы по Г.И.Косицкому с соавт, (1987). Однако, снижение притока крови к сердцу не влияло на перепад давлений в ЛЖ и аорте, возникающий при экзогенной активации бета-адренорецепторов новодрином (табл.1), а также на величину динамического сопротивления во вторую фазу периода изгнания, рост которого моделировали введением мезатона и сужением просвета аорты (табл.2).
Таблица 1
Показатели гемодинамики при ограничении притока крови к сердцу на фоне действия новодрина (кролики, n=16)
| № | Показатель | Исходное значение | Значение при макс. воздействии | P | Значение при ограничении возврата | P |
| 1 2 3 4 | +dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. -dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. ЛЖ сист., мм рт.ст. ЛЖ-АД сист., мм рт.ст. | 4500±600 2700±600 108±12 32±11 | 6300±900 4200±800 163±11 79±8 | - * * * | 3600±600 2100±480 110±20 61±16 | * * * - |
Примечание: +dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. – максимум скорости нарастания давления в ЛЖ в систолу; -dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. – максимум спада скорости давления в ЛЖ в диастолу; ЛЖ сист – систолическое давление в ЛЖ; ЛЖ-АД – разность давлений в полости ЛЖ и аорте.Значком (*) обозначены достоверные изменения (P<0.05).
Таблица 2
Показатели гемодинамики при ограничении притока крови к сердцу на фоне повышенного сопротивления изгнанию крови в аорту (кролики, n=6)
| № | Показатель | Исходное значение | Значение при макс. воздействии | P | Значение при ограничении возврата | P |
| 1 2 3 4 | +dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. -dp/dt max ЛЖ, мм рт.ст. ЛЖ сист., мм рт.ст. АД-ЛЖ сист., мм рт.ст. | 4800±300 3900±450 112±7 28±6 | 4800±510 3300±600 111±11 27±7 | - - - - | 2250±300 1350±240 79±7 23±7 | * * * - |
Примечание: обозначения те же, что и у предыдущей таблицы.
Установлена практическая независимость исследуемых пульсовых составляющих нагрузки сердца (перепада давления в левом желудочке и аорте во вторую фазу периоде изгнания, динамического сопротивления выбросу) от изменений параметров системного кровотока (объема циркулирующей крови, минутного объема крови, диастолического АД и притока крови к сердцу).
ВЫВОДЫ
- Активация адренорецепторов сердечно-сосудистой системы экзогенными катехоламинами в эксперименте сопровождается нарушением согласованности параметров сокращения левого желудочка и тонуса артериального русла, проявляясь в пульсовых составляющих нагрузки сердца.
- Нарушение согласованности параметров сокращения желудочков и артериального русла вызывает снижение входной проводимости аорты за счет большего возрастания пульсового давления, чем скорости кровотока при активации альфа-адренорецепторов и повышением перепада давления в левом желудочке и аорте во вторую фазу периода изгнания при активации бета-адренорецепторов.
- Несогласованность параметров сокращения левого желудочка и тонуса артериального русла сохраняется не только в стационарном состоянии сердечно-сосудистой системы, но и при переходных процессах при моделировании изменений притока крови к сердцу.
- Изменения объема циркулирующей крови, минутного объема кровотока и диастолического артериального давления практически не влияют на перепад давления в левом желудочке и аорте, а также на динамическое сопротивления выбросу, что свидетельствует о наличии разобщенности локальных и системных механизмов регуляции параметров сокращения желудочков и тонуса артериального русла.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Результаты диссертационного исследования включены в учебный процесс факультета физической культуры и кафедры медико-биологических дисциплин ТГПУ, а также использованы при издании монографии «Двухконтурная разгрузка сердца». Алгоритм анализа пульсовых составляющих нагрузки сердца в эксперименте реализован в микропроцессорном Анализаторе кривой аортального давления (АКАД), разработки НПО «Полюс» Минэлектротехпрома. Прибор предназначен для анализа пульсовых составляющих нагрузки сердца, а также вклада сердечного и сосудистого компонентов в оценке действия фармакологических средств при проведении физиологических экспериментов (Диплом межрегиональной ассоциации «Здравоохранение Сибири» 1998 г).
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
- Яхонтов С.В. Переходные характеристики центрального региона системы кровообращения // Деп. в ВИНИТИ № 5464-84 /С.В. Яхонтов, Е.М. Кулагин, Г.М. Кошкарева // НИИ кардиологии ТНЦ АМН СССР. – Томск, 1984.
- Яхонтов С.В. К вопросу о функционировании органов бассейна верхней полой вены в условиях искусственной гиповолемии малого круга кровообращения у собак / С.В. Яхонтов, Л.И. Дудаш, Г.М. Кошкарева // Деп. в ВИНИТИ № 6720-84 // НИИ кардиологии ТНЦ АМН СССР. – Томск, 1984.
- Яхонтов С.В. Влияние инотропных факторов на динамику диастолы и сердечного выброса /С.В. Яхонтов, Г.М. Кошкарева // Современные вопросы кардиологии, онкологии, психиатрии. Томск. 1985.
- Яхонтов С.В. Метод оценки протекторного действия фармакологических препаратов в эксперименте / С.В. Яхонтов, Г.М. Кошкарева // Научные методы и технические средства защиты ишемизированных тканей. – Устинов, 1987.
- Экспериментальное обоснование двухконтурного метода вспомогательного кровообращения и разработка на его основе комплексного лечения кардиогенного шока / Е.Ф.Левицкий, С.В. Яхонтов, С.П.Шумилов, Г.М.Кошкарева, М.А.Фетисов // Отчет по НИР (заключ.) / НИИ кардиологии ТНЦ АМН СССР; Томск, 1988.- 211 с.- инв.№ 02680062737.
- Шумилов С.П. Роль активации и угнетения процессов кининоразрушения в физической работоспособности / С.П. Шумилов, Г.М. Кошкарева // Нейрогуморальные механизмы регуляции висцеральных органов и систем.- Томск, 1989.С. 242-243.
- Яхонтов С.В. Моделирование острых гемодинамических состояний в эксперименте / С.В. Яхонтов, Г.А. Манчакиди, Г.М. Кошкарева // Нейрогуморальные механизмы регуляции висцеральных органов и систем. – Томск, 1989.С. 245-247
- Яхонтов С.В. Двухконтурная разгрузка сердца /С.В. Яхонтов, Г.М. Кошкарева // Томск, 2005, Изд-во ТГПУ, 104 с.
- Кошкарева Г.М. Влияние притока крови к сердцу на пульсовые составляющие нагрузки сердца в физиологическом эксперменте // Вестник Томского государственного университета. Приложение: Материалы международных, всероссийских, региональных научных конференций, семинаров, симпозиумов, школ, проводимых в ТГУ. 2006. №21. С.75-76.
- Кошкарева Г.М. Влияние активации адренорецепторов на параметры эжекции левого желудочка в эксперименте / Г.М. Кошкарева, С.В. Яхонтов // Сибирский медицинский журнал.- Томск.-2007, №2, С. 121-122.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АДд – диастолическое артериальное давление
АДс – систолическое артериальное давление
ВНС – вегетативная нервная система
ЛЖ – левый желудочек
МОК – минутный объем кровотока
ОЦК – объем циркулирующей крови
СЦ – сердечный цикл
ЧСС – частота сердечных сокращений
