Физиологическая роль сосудистых рефлексогенных зон в интегративной регуляции функций дыхания и кровообращения

 

На правах рукописи

 

 

 

 

Куприянов Сергей Владиленович

 

 

 

 

 

 

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ СОСУДИСТЫХ РЕФЛЕКСОГЕННЫХ ЗОН В ИНТЕГРАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ  ФУНКЦИЙ

ДЫХАНИЯ И КРОВООБРАЩЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

03.00.13 – Физиология

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание  ученой степени

доктора медицинских  наук

 

 

 

 

 

 

 

Казань – 2009

Работа выполнена в  Государственном образовательном  учреждении Высшего профессионального  образования «Чувашский государственный  университет им. И.Н. Ульянова»

Научный консультант:

доктор медицинских  наук, профессор                             Н.А. Агаджанян

 

 

 

Официальные оппоненты:

 

 

доктор медицинских  наук, профессор           А.Л. Зефиров

 

доктор биологических  наук, профессор        Ф.Г. Ситдиков

 

доктор медицинских наук, профессор           С.П. Сапожников

 

 

 

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия» (Астрахань)

 

 

Защита   диссертации   состоится   26   июня   2009   г.   в   _____   часов

на заседании диссертационного совета Д 208.034.01 при ГОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу:

420012, г. Казань, ул. Бутлерова, 49.

 

С диссертацией можно  ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный  медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

по адресу: 420012, г. Казань, ул. Бутлерова, 49.

 

 

 

Автореферат разослан «______» ____________ 2009 г.

 

 

 

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор                     Л.Н. Залялютдинова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность  работы. Физиология кровообращения и дыхания имеет немало нерешенных проблем. Например, остаются до конца непонятыми механизмы одновременной сочетанной регуляции гемодинамики и внешнего дыхания, а также роль в этих процессах сосудистых рефлексогенных зон. Решение этих вопросов позволит не только более полно представить механизмы поддержания гомеостаза газообмена в тканях и их кислотно-основного состояния (КОС), но и будет способствовать разработке новых методик коррекции этих процессов в условиях клиники.

Общепризнано, что интенсивность  метаболизма в тканях во многом зависит от взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Для сохранения нормального состояния организма в покое и при нагрузках необходимо, чтобы сердечно-сосудистая система адекватно распределяла кровь между тканями, а дыхательная – обеспечивала необходимую ее оксигенацию. Кроме того, изменение активности обеих этих систем влияет на кислотность крови. По сути, две различные анатомические системы функционируют для достижения общего результата – поддержания постоянства газообмена и КОС на уровне тканей. В современной физиологии широкое распространение получает понятие «кардиореспираторной системы» (В.В. Розенблат с соавт., 1985; Н.А. Агаджанян, В.В. Гневушев, А.Ю. Катков, 1987; Р.Ш. Габдрахманов с соавт., 1990; Н.В. Борисова, 2007; В.Г. Двоеносов, 2007; А.И. Елфимов с соавт., 2007, и др.). Изучению функционального взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем посвящено множество других, в том числе и более ранних, работ отечественных и зарубежных авторов (П.К. Анохин, 1948; Г.П. Конради, 1973; В.Л. Карпман с соавт., 1978; E.W. Taylor et al., 1999; К.В. Судаков, 2000; R.C. Fitzerald, 2000, и др.).

Под кардиореспираторной системой (КРС) принято понимать реализующееся на общем уровне функциональное взаимодействие сердечно-сосудистой и дыхательной систем, являющееся одним из способов адаптации тканей к нагрузкам. Учитывая, что все ткани постоянно испытывают нагрузки, КРС следует отнести к постоянно существующим, частным функциональным системам (Ю.С. Ванюшин, Ф.Г. Ситдиков, 2003). Изучению деятельности КРС в последнее время уделяется пристальное внимание. Характеризуя актуальность исследований данной проблемы, Н.А. Агаджанян с соавт. (1995) указывают, что КРС, в частности, является «…универсальным индикатором функциональных резервов и адаптивных функций организма…» Однако, несмотря на обширный материал по этой проблеме, остается много нерешенных вопросов. Так в статье «Взаимосвязь между показателями гемодинамики и дыхания у человека» И.Г. Герасимов с соавт. (2003) пишут, что объединяющий фактор формирования и регуляции КРС на сегодня остается неизвестным.

Срочное адекватное перераспределение  крови в организме обеспечивается непрерывной работой сосудистых рефлексогенных зон (СРЗ). СРЗ посредством своих рецепторов реагируют на отклонения давления и состава крови от нормы, включая механизмы стабилизации жизненно важных функций: дыхания и кровообращения. Тем самым поддерживается оптимальная интенсивность доставки О₂ тканям организма и удаление из них метаболитов. Нарушения функции СРЗ способствуют развитию гипер- и гипотонии, органных расстройств кровообращения и тканевого газообмена (В.А. Алмазов с соавт., 1983; А.В. Вальдман с соавт., 1988; Н.Н. Алипов с соавт., 2007, и др.). Пристальное внимание изучению хеморецепторов каротидного синуса уделяется в работах В.В. Закусова (1938), К. Гейманса и Д. Кордье (1940), а также С.В. Аничкова и М.Л. Беленького (1962, 1968). СРЗ формируют как собственные рефлексы на сердечно-сосудистую систему (И.Ф. Цион, К. Людвиг, 1866; Е.А. Моисеев, 1926; H.E. Hering, 1927; H. Schwieg, 1935; В.В. Парин, А.П. Полосухин, В.Н. Черниговский, 1937; H. Rau et al., 1993; Fu Qi et al., 2006; A. Pawelczyk James, 2006, и др.), так и сопряженные – на другие системы организма. Обстоятельное описание сопряженных рефлексов системы дыхания, порождаемых хемо- и реже барорецепторами СРЗ, приводится в монографиях М.В. Сергиевского с соавт. (1975), И.С. Бреслава и В.Д. Глебовского (1981).

Исследование баро- и хеморецепторов СРЗ, в основном, велось либо с изучением их роли в регуляции только кровообращения, либо отдельно внешнего дыхания. Мало работ по выявлению влияний с барорецепторов СРЗ одновременно на дыхание и кровообращение (Сициллиано, 1900; Е.А. Моисеев, 1927; К. Гейманс, Д. Кордье, 1940; В.С. Куприянов, 1958; В.М. Хаютин, 1964). Кроме того, исключая более ранние работы нашей лаборатории, в доступной литературе не удалось обнаружить данных о роли баро- и хеморецепторов зоны позвоночных артерий (ЗПА) в формировании сочетанных реакций внешнего дыхания и системного артериального давления (САД). Также отсутствуют сведения о значении афферентации от различных СРЗ в формировании и регуляции кардиореспираторного взаимодействия.

Косвенные данные о значении барорецепторов позвоночных артерий  в регуляции кровяного давления можно найти в клинических работах нейрохирургов по описанию случаев нарушения церебральной гемодинамики, невропатологов – при наблюдении за пациентами с шейным остеохондрозом, оторинолярингологов – при кохлео-вестибулярных расстройствах, акушеров – при родовспоможении (Л.К. Кузьменко, 1938; Н. Krayеnbuhe, Yasargil, 1957; Я.Ю. Попелянский, 1959; Н.В. Верещагин, 1975, 1980, и др.). Г.А. Мямлина (1953) гистологическими методами выявила в позвоночных артериях скопления нервных окончаний, аналогичных барорецепторам синокаротидной зоны. В острых опытах на животных выключение гуморально неизолированных позвоночных артерий (снижение в них давления) не изменяло САД (Sicilliano, 1900; К. Гейманс, Д. Кордье, 1940; С. Dickinson, 1963; B.A. Boldwin, F.R. Bell, 1963; В.М. Хаютин, 1964). Однако, M. Schneider, D. Schneider (1934), W. Mitchell et al. (1966), Nagashima et al. (1970) при тех же вмешательствах отмечали некоторое снижение САД. Нагнетание крови (повышение давления) в гуморально неизолированную позвоночную артерию (S. Condoreli, M. Bartollo, 1961) и при ее гемодинамической изоляции (Э.И. Богданова, 1979) вызывало снижение САД. В.С. Куприянов и Ю.Г. Александров (1977) наблюдали на кошках при зажатии позвоночной артерии в начальном ее отделе повышение, а при зажатии в конечном отделе снижение САД. Однако, мы не встретили работ с одновременной регистрацией внешнего дыхания, САД и тонуса магистральных вен различных сосудистых бассейнов. Полностью отсутствуют сведения о регуляторной роли хеморецепторов ЗПА. Подчеркнем, что кроме указанных работ нашей лаборатории и нескольких наблюдений Э.И. Богданова (1979) на собаках (по изучению влияния барорецепторов на артериальное давление) в мировой научной литературе не приводятся данные исследований, проведенных на позвоночных артериях в условиях их гемодинамической (гуморальной) изоляции. При отсутствии такой изоляции результаты изучения регуляторной роли рецепторного аппарата любой СРЗ трудно признать физиологически абсолютно чистыми.

Изучение роли баро- и хеморецепторов СРЗ в формировании и регуляции кардиореспираторного взаимодействия представляет интерес не только для теоретической физиологии и патофизиологии, но и для различных областей клинической медицины, так как затрагивает проблемы терапии гипер- и гипотензий, позволяет создать новые методики оценки и коррекции, как ряда системных патологических состояний, так и нарушений в различных органах и тканях организма.

Цели и задачи исследования. Целью исследования явилось изучение значения сосудистых рефлексогенных зон в интегративной регуляции деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать в условиях повышения и снижения давления в гемодинамически изолированной зоне позвоночных артерий формирование рефлекторных влияний на тонус крупных вен скелетных мышц и внутренних органов.

Провести сравнительный анализ направленности рефлексов на тонус резистивных (уровень системного артериального давления) и емкостных сосудов (их перфузия при р – const равном 10 – 15 мм рт. ст.), одновременно реализуемых в ответ на повышение или снижение давления в зоне позвоночных артерий.

Обосновать целесообразность барорефлексов с зоны позвоночных артерий на резистивное и емкостное русло.

2. На основании экспериментального моделирования системных алкалоза и ацидоза изучить сочетанные собственные и сопряженные хеморефлексы на внешнее дыхание и артериальное давление, возникающие при активации зоны позвоночных артерий и каротидного синуса растворами молочной кислоты, трисамина (тригидроксиаминометана) и венозной кровью.
3. Введением озонированного физиологического раствора (400 – 1600 мкг/л) в зоны позвоночных и сонных артерий выявить существование рефлекторного компонента терапевтического эффекта инфузионной озонотерапии, используемой при лечении гипертензий в большом круге кровообращения.
4. Используя сравнительный анализ (качественный и количественный) хеморефлексов, полученных на введение вышеуказанных растворов, а также растворов NaHCO₃, выявить значение ионов водорода, гидрокарбонатных анионов и/или двуокиси углерода как основных факторов стимуляции хеморецепторов зон позвоночных и сонных артерий.
5. Провести корреляционный анализ описанных собственных (на систему кровообращения) и сопряженных (на дыхание) хеморефлексов, определить доминирование в пределах этих кардиореспираторных реакций дыхательной или сердечно-сосудистой составляющей. На основании корреляционного анализа, а также расчета коэффициента Хильдебранта выявить значение баро- и хемоафферентации от сосудистых рефлексогенных зон позвоночных артерий и каротидного синуса как одного из факторов формирования и регуляции кардиореспираторного взаимодействия. Выявить физиологическую целесообразность баро- и хеморефлексов, реализуемых с зон позвоночных и сонных артерий.

Научная новизна полученных результатов. На основе результатов физиологических экспериментов и их последующего корреляционного анализа, проведенного разными математическими способами, получены новые данные о том, что одним из основных факторов формирования КРС и регуляции ее деятельности является баро- и хемоафферентация от различных СРЗ. Такое системообразующее значение имеет деятельность как ранее уже известной синокаротидной зоны, так и впервые описанной в нашей лаборатории ЗПА. Впервые изучена роль барорецепторов ЗПА в регуляции тонической активности периферических, а также органных емкостных сосудов. Впервые выявлена роль барорецепторов ЗПА в одновременной сочетанной регуляции САД и тонуса венозных сосудов. Исследование данных рефлексов подтверждает, что крупные вены способны активно, самостоятельно (вне зависимости от реакций артерий) изменять свои емкостные свойства. Изучена целесообразность одновременных функционально однонаправленных реакций резистивного и емкостного бассейнов, которые направлены на сохранение гомеостаза тканевого газообмена. Впервые выявлено значение хеморецепторов ЗПА в одновременной сочетанной регуляции активности сердца, уровня САД и внешнего дыхания. Впервые доказано, что в осуществлении сочетанной регуляции дыхания и кровообращения баро- и хеморецепторы ЗПА являются аналогами и синергистами рецепторного аппарата синокаротидной зоны. Впервые изучены кардиореспираторные реакции, возникающие при перфузии гемодинамически изолированных СРЗ каротидного синуса и позвоночных артерий щелочными, кислыми растворами, а также основным буфером – трисамином (триаминометаном). Впервые раскрывается рефлекторный компонент изменения общего кровяного давления и внешнего дыхания при широко используемом в клинике методе инфузионной озонотерапии. Впервые демонстрируется дозозависимость в осуществлении рефлекторных влияний инфузий озонированных растворов. Создана методика количественной оценки изменения активности внешнего дыхания, регистрируемого в остром эксперименте трахеостомическим способом. Впервые показано, что в условиях умеренной нагрузки кардиореспираторные реакции осуществляются преимущественно по дыхательному типу. В механизме такого доминирования респираторной составляющей над кардиальной и васкулярной важное значение имеет афферентация от баро- и хеморецепторов СРЗ позвоночных и сонных артерий.

Теоретическая и практическая значимость полученных результатов. Получены новые данные о роли хемо- и барорецепторов ЗПА в сочетанной рефлекторной регуляции дыхания и САД, тонуса вен периферических и внутренних органов. Обобщение результатов собственных исследований с данными других авторов, полученными в нашей лаборатории ранее, а также современных отечественных и зарубежных работ по изучению кардиореспираторного взаимодействия позволило выявить (неописанную в настоящее время) роль СРЗ позвоночных артерий в формировании функционально-системных реакций дыхательного и сердечно-сосудистого центров. Эти сведения представляют интерес для физиологии и патофизиологии. Данные работы актуальны для невропатологов, оториноларингологов, вертебрологов, акушеров-гинекологов, терапевтов широкого профиля. Приведенные в работе сведения необходимо учитывать при изучении, диагностике и лечении дисфункций общего и церебрального кровообращения. Показана патогенетическая роль баро- и хеморефлексов с ЗПА, в этиологии и патогенезе синдрома позвоночной артерии, некоторых кохлео-вестибулярных расстройств. Для терапии общих заболеваний значимость имеют результаты, демонстрирующие ранее неизвестный рефлекторный механизм гипотензивного эффекта инфузионной озонотерапии. Доказано повреждающее влияние передозировки озона на рецепторные структуры сосудистых рефлексогенных зон и возможности перехода рефлексов, формируемых в этих условиях, в новое патогенетическое качество. Показана недопустимость коррекции метаболических ацидозов введением растворов гидрокарбоната натрия и других солевых растворов. Вскрытые в настоящей работе рефлекторные механизмы, обеспечивающие доминирование в пределах кардиореспираторной системы дыхательного компонента, открывают возможность для разработки новых клинически значимых методик диагностики развития состояний ацидоза и алкалоза. Данные настоящей работы доказывают необходимость более пристального внимания к разработке физиотерапевтических режимов дыхания, направленных, например, на профилактику и лечение гипер- и гипотензивных состояний. Так же эти данные актуальны для врачебного спортивного контроля, позволяют создать новые методы интенсификации тренировочного процесса.