Введение к работе
Актуальность проблемы. Практически со времен Пуазейля известно, что сопротивление кровотоку обратно пропорционально внутреннему диаметру сосудов, возведенному в четвертую степень, и прямо пропорционально характеризующему реологические свойства крови коэффициенту вязкости. Преимущественное влияіше величины просвета резистивных сосудов на сопротивление кровотоку определило стратегию исследований регуляции гемодинамики в организме. При разных функциональных его состояниях интенсивно изучали особенности ангиоархитектоники, влияние нервных, іуморальньїх и паракринных фаісгоров на сосудистую стенку и, в конєчегом итоге, на просвет сосудов [В.М.Хаютин 1964, 1990, 1992; К.А.Шошенко и др., 1982, 1997; B.W.Zweifach, H.H.Lipowsky, 1984 и др.; P.C.Johnson, 1986; G.Osol, 1995; A.C.Guyton, J.E.Hall, 1997]. Гораздо меньшее внимание уделялось влиянию на гемодинамические параметры реологических свойств самой крови. Во многом это связано с тем, что роль реологических свойств крови, как регулятора гемодинамики, оценивали, исходя из экспериментов, проведенных in vitro на трубках. Опыты с течением крови в вискозиметрах и по трубкам позволили выявить закономерности, свойственные также потоку крови в микрососудах [R.Fahraeus, 1929; H.H.Lipowsky et al., 1978, 1980; В.А.Левтов и др., 1982; S.Chien et al., 1984; N.Maeda, 1996 и др.]. В последние годы, однако, появились данные о том, что в реальных микрососудах, связанных между собой в сложным образом организованную сеть, вклад в общее гидродинамическое сопротивление свойств крови, описываемых с использованием понятия эффекгивной вязкости, больше, чем можно было предполагать, исходя из экспериментов на трубках [M.F.Kiani, G.R.Cokelet, 1994; A.ILPries et al., 1994 - 1997]. Предположили, что можно снижать гемодииамическое сопротивление не только традиционным образом, расширяя сосуды, и даже не за счет уменьшения вязкости крови, но за счет влияния на структуру се потока [С.С.Григорян и др., 1970].
Из гидродинамики известен так называемый эффект Томса - снижение сопротивления текущего по трубке турбулентного потока жидкости при
введении в него высокомолекулярных полимеров за счет изменения самой структуры потока [B.A.Toms, 1948]. Кровоток в резистивных сосудах не является истинно турбулентным, а лишь псевдотурбулентным - из-за наличия и сложного поведения в потоке форменных элементов крови. Вследствие этого действие полимерных добавок на систему кровообращения и механизмы этого действия были неопределенными. Работы по исследованию влияния высокомолекулярных соединений на параметры системной гемодинамики были немногочисленны, но они позволяли думать, что полимеры снижают сопротивление кровотоку [С.С.Григорян и др., 1970, 1976; P.I.Polimeni et al., 1977, 1979]. Было также обнаружено, что полимеры уменьшают выраженность возмущений кровотока в области стеноза крупного артериального сосуда [R.A.Mostardi et al., 1976].
Способность полимерных молекул изменять структуру потока жидкости и снижать гидродинамическое сопротивление определила патофизиологические ситуации, при которых проанализировали действие полимеров. Оказалось, что они эффективны при ишемических нарушениях мозгового кровообращения [И.В.Ганнушкина и др., 1981-1996] и геморрагическом шоке [С.С.Григорян и др., 1982; Г.А.Чернышева и др., 1994], уменьшают гемолиз эритроцитов и облегчают течение крови в аппаратах искусственного кровообращения [J.W.Hoyt, 1971; H.L.Greene et al., 1973], оказывают профилактическое действие при экспериментальном атеросклерозе [H.L.Greene etal., 1973,1978,1980; I.Faruqui et al., 1987; И.В.Ганнушкина и др., 1993].
Настоящая работа посвящена дальнейшему анализу эффектов высокомолекулярных полимеров на уровне системной гемодинамики и, особенно, микроциркуляции при разных функциональных состояниях организма.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение явления снижения сопротивления кровотоку с помощью изменяющих структуру потока высокомолекулярных полимеров в норме и при нарушениях работы системы кровообращения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
-
Изучить системные гемодинамические эффекты синтетических и выделенных из кропи высокомолекулярных полимеров.
-
Исследовать влияние высокомолекулярных полимеров на скорость кровотока и давление в микроциркуляторном русле, нативном и при максимальной вазодилатации.
3. Изучить воздействие высокомолекулярных полимеров на
гидродинамическое сопротивление изолированной системы сосудов.
4. Провести сравнительный анализ степени влияния высокомолекулярных
полимеров в норме и при нарушениях работы системы кровообращения.
Научная новизна работы. Обнаружено, что высокомолекулярные полимеры способны снижать сопротивление кровотоку в отсутствие вазодилатации и понижения вязкости крови. Впервые действие полимеров на давление и скорость кровотока исследовано на уровне микрососудов. На основании проведенных экспериментов сформировано представление о том, что в системе кровообращения полимеры могут влиять на характер потока плазмы и форменных элементов крови в сердце, а также на уровне артерий и артериол.
Выявлен дозозависимый характер влияния полимеров на параметры макро- и микрогемодинамики и обнаружено, что при нарушениях работы системы кровообращения - при экспериментальной артериальной гапертензии, липоидозе, адаптации к антиортостатическому положенгао - диапазон эффективных концентраций полимеров расширяется.
Впервые показано, что гидродинамически активные биополимеры, выделенные из самой крови, снижают сопротивление кровотоку in situ.
Расширены представления о возможностях использования полимеров при некоторых патологических состояниях. Обнаружено, что при экспериментальном липоидозе полимеры эффективны не только как профилактическое, по и как корректирующее нарушенный кровоток средство. Выявлено стимулирующее действие полимеров на восстановление физической активности крыс, перенесших геморрагический шок. Впервые обнаружено, что полимеры обладают своііствами аіггнгипоксатітов.
Теоретическое значение работы. Полученные результаты расширяют представления о регуляции гемодшгамического сопротивления, акцентируют внимание на том факте, что структура потока крови может вносить значимый вклад в сосудистое сопротивление. Исследование показало, что сопротивление кровотоку можно регулировать принципиально новым путем, изменяя структуру потока крови с помощью высокомолекулярных полимеров. При внутривенном введении высокомолекулярных полимеров впервые было проведено изучение параметров микрогемодинамики и было обнаружено, что в артериолах скорость кровотока возрастает, а перепад давления между сосудами соседних генераций уменьшается. Выявлено, что действие полимеров наиболее эффективно не в норме, а в случаях патологических изменений системы кровообращения.
Практическое значение работы. При различных видах нарушения крово-и кислородоснабжения, экспериментальной артериальной гипертензии и липоидозе введение в кровоток высокомолекулярных полимеров оказывало не только профилактическое, но и корректирующее действие. Эги факты могут использоваться для разработки нового поколенім корректирующих препаратов, изменяющих структуру потока крови. Показано, что гемодинамическое сопротивление уменьшают и эндогенные биополимеры, выделенные из крови, что позволяет произвести разработку препаратов индивидуального пользования, с использованием собственных белков плазмы крови.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Введение в кровоток высокомолекулярных линейных полимеров дозозавлсимьш образом уменьшает гемодинамическое сопротивление.
-
Можно значимо уменьшить гидродинамическое сопротивление сосудистого русла, не расширяя артериальные сосуды, а за счет полимерных добавок в концентрациях, не изменяющих коэффициент вязкости крови.
3. Высокомолекулярные полимеры способны изменять характер течения в
камерах сердца. На уровне резистивных сосудов полимеры уменьшают
гидродинамическое сопротивление преимущественно за счет влияния на характер движения форменных элементов крови.
4. Выделенные из самой крови гидродинамически эффективные
биополимеры при введении в кровоток уменьшают общее периферическое
сопротивление сосудистой системы.
5. При нарушениях работы системы кровообращения, связанных с
адаптацией к антиортостатическому положению, развитием экспериментальной
артериальной пгаертензии, липоидоза, высокомолекулярные линейные
полимеры влияют на гидродинамические параметры сильнее, чем в норме.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ, лаборатории биомеханики Института механики МГУ, физиологического клуба (РКНПЦ, Москва, 1997), ' Российского общества биомехаников (Москва, Санкг Петербург, 1983 - 1997); на XV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова (Кшденев, 1987), на Всесоюзной конференции "Система микроциркуляции и гемокоагуляцші в экстремальных условиях" (Фрунзе, 1990), на 2-ой Всесоюзной конференции "Фармакологическая коррекция гипоксических состояний" (Гродно, 1991), на Всесоюзной конференции "Патофизиологический анализ факторов риска артериальной пгпертензии и атеросклероза" (Новосибирск, 1992), на Международных симпозиумах общества фотооптического оборудования (Лос Анжелес, США; 1993, 1994), на XXXII Международном конгрессе физиологических наук (Глазго, Шотландия, 1993), на II Всесоюзной конференции по биомеханике (Нижний Новгород, 1994), на II Российском национальном конгрессе "Человек и лекарства" (Москва, 1995), на конференции "Артериальная пшертензия. Экспериментальные и клинические аспекты" (Санкг-Петербург, 1995), на 9 Международном конгрессе по биореологии (Биг Скай, США, 1995), на Первом Российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 1996), на 6 Международном конгрессе по микроциркуляции (Мюнхен,
Германия, 1996), на 3 Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997).
Публикации. По теме диссертации имеется 31 публикация.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 282 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 таблицами и 54 рисунками. Она состоиг из введения, обзора литературных данных, описания материалов и методов исследования, пяти глав с описанием результатов экспериментальных исследований, обсуждения полученных данных, заключения и выводов. Список цитируемой литературы включает 88 отечественных и 277 иностранных источников.