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

Внедрение результатов  исследований в практику. На основе теоретических положений диссертационного исследования разработаны методики экспресс-диагностики развития у человека состояний алкалоза и ацидоза, которые внедрены в практику ряда МУЗ г. Чебоксары и г. Новочебоксарска. Разработанные рационализаторские предложения (№1004 от 16.09.99, №1005 от 16.09.99, №1006 от 16.09.99, №1011 от 10.10.2000, №1012 от 10.10.2000, №1138 от 31.03.2008) используются при проведении экспериментов на животных в Чувашском государственном университете и Чувашском государственном педагогическом университете. По результатам данной работы изданы методические указания и учебно-методические пособия («Поддержание КОС организма животных и человека при алкалозах», «Врачебный контроль в спорте. Фармакотерапия, механизмы регуляции функциональных систем», «Понятие о функциональных системах организма», «Анатомия и физиология, методы функциональных исследований слухового и вестибулярного анализаторов»), тексты лекций («Функциональная система поддержания КОС организма при ацидозах») которые используются в учебном процессе на кафедрах нормальной физиологии, патологической физиологии, а также ряда других кафедр и курсов Чувашского государственного университета и Чувашского государственного педагогического университета, о чем свидетельствуют соответствующие акты о внедрении.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Повышение или снижение давления в зоне позвоночных артерий вызывает рефлекторные реакции изменения тонуса венозных сосудов периферических и внутренних органов, уровня системного артериального давления и интенсивности внешнего дыхания. Крупные венозные сосуды способны активно изменять свой тонус, реализуя барорефлексы с зоны позвоночных артерий. Эти реакции резистивного и емкостного русла оказываются функционально однонаправленными.
2. В позвоночных артериях находится самостоятельная хеморецептивная сосудистая рефлексогенная зона – функциональный синергист зоны каротидного синуса. При сдвиге кислотности крови в зоне позвоночных артерий в сторону ацидоза или алкалоза формируются рефлексы на сердечно-сосудистую и дыхательную системы, которые оказываются качественно аналогичными соответствующим рефлекторным реакциям с синокаротидной зоны.
3. Хемо- и бароафферентация от сосудистых рефлексогенных зон позвоночных и сонных артерий является фактором формирования и регуляции функционально системного кардиореспираторного взаимодействия. Под влиянием подобной афферентации возникают одновременные, совместные хемо- и/или барорефлексы на гемодинамику и респирацию, направленные на компенсацию исходного сдвига рН крови или кровяного давления.
4. При физиологической (не чрезмерной) активации баро- и хеморецепторов рефлексогенных зон сосудов высокого давления формируется тип кардиореспираторного ответа с доминированием дыхательного компонента.

Личный вклад  автора. Автором самостоятельно проделан весь необходимый объем работ: постановка целей и задач, разработка методик экспериментов (оформлено 6 рационализаторских предложений), разделение на логические этапы и проведение исследований, статистический анализ их результатов. Определен алгоритм исследования, предполагающий интегральную оценку комплексных реакций дыхательной и сердечно-сосудистой систем на различные баро- и хемораздражения сосудистых рефлексогенных зон позвоночных и сонных артерий. Проведен анализ научной литературы, собрана и структурирована информация по проблеме исследования. Для решения поставленных задач С.В. Куприяновым лично организовано лабораторное оборудование, самостоятельно и в полном объеме проведено 14 серий научных экспериментов, включавших 925 наблюдений на 229 животных. Все приведенные в работе новые данные получены диссертантом лично.

Апробация работы. Результаты исследований представлены или доложены на Конференции «Физиология вегетативной нервной системы» (Куйбышев, 1988); VII Международном симпозиуме «Экологофизиологические проблемы адаптации» (Москва, 1994); III International Symposium on Hypoxia (Berlin, GFR, 1994); II Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995); XII International Medical Congress (Istanbul, Turkey, 1996); III Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997); XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998); Научно-практической конференции оторинолярингологов Чувашской Республики (Чебоксары, 1999); Научно-практической конференции «Традиционные и нетрадиционные методы лечения в клинике внутренних болезней» (Чебоксары, 2000); Юбилейной конф. диагност. Центра г. Чебоксары (Чебоксары, 2000); Научно-практической конференции «Традиционные и нетрадиционные методы лечения в клинике внутренних болезней» (Чебоксары, 2000); Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2001); XVIII Съезде физиологического общества физиологов России (Казань, Москва, 2002); World Clinical and Immunopathological Congress (Singapore, Australia, 2002); III Международной конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2002); IV Сибирском съезде физиологов (Новосибирск, 2002); XI Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2003); III Российской научно-практической конференции «Наука и практика в оториноларингологии» (Москва, 2004); I Съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005); XII Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2007); расширенном заседании кафедры нормальной физиологии медицинского факультета РУДН (Москва, 2007); заседании Татарстанского отделения Физиологического общества России (Казань, 2008); XIII Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2008).

Сведения о публикациях. По материалам диссертации опубликовано 51 научная работа, в том числе 8 статей – в ведущих научных рецензируемых журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, 2 монографии. Общий объем научных трудов по теме диссертации составляет 23 у.п.л., в том числе авторский вклад – 14,74 у.п.л. С учетом полученных данных изданы 4 методических указания и учебно-методических пособия и 5 текстов лекций.

Структура диссертации  и ее объем. Диссертация изложена на 327 страницах машинописного теста. Состоит из введения, обзора литературы, описания собственных методов исследования, 5 глав с изложением результатов собственных исследований и их обсуждением, заключения, выводов, практических рекомендаций, приложений и списка использованных источников, который содержит 594 работы, из них 368 отечественных и 226 иностранных авторов. Текст иллюстрирован 24 таблицами, 61 рисунком и графиком.

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Предмет и объект исследований. Опыты проводились на 229 взрослых кошках обоего пола массой 1,9 – 4,5 кг под внутривенным уретановым наркозом 1 г/кг массы животного при исходном артериальном давлении 110 – 130 мм рт. ст. У кошек в отличие от собак и кроликов редуцированы анастомозы между позвоночными и затылочными артериями (L.R. Muller, 1924; Л.А. Андреев, 1937; J.P. Whinsant et al., 1956; De la Torre et al., 1959, А.Д. Ноздрачев, 1973, и др.), что способствует гуморальной изоляции сосудов вертебрального бассейна. Особое внимание уделялось наркотизации животного с целью более полной стандартизации условий эксперимента. Вмешательства проводились во втором (легкий наркоз) и третьем (глубокий) периоде третьей стадии собственно наркоза. Уретановый наркоз в отличие от других видов меньше угнетает рефлекторные реакции дыхания и кровообращения. Он слабо влияет на процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе (М.Д. Машковский, 1993), синаптическую межнейронную передачу (И. Тасаки, 1957), периферические синапсы и не влияет на передачу возбуждения в вегетативных ганглиях (S.M. Hagiwara, N. Saito, 1959).

См. схему опыта на рис. 1.

Рис. 1. Общая принципиальная схема опытов

1, 2, В – система для перфузии  СРЗ позвоночной артерии, изменения  и регистрации давления в ней; 3 – специальная лигатура для зажатия артерии (позвоночной или сонной); 4, А – регистрация внешнего дыхания; 5 – ультратермостат; 1, 6 – система шприц-манометр, сосуд Мариотта; 7 – бедренная вена; 8 – ободочная вена; 9, Д – фото-аудиография объемной скорости перфузии; Б – отметчик времени; 10 – регистрация системного артериального давления.

Диаметр правой позвоночной артерии  в среднем в 1,5 – 2 раза меньше левой (J.S. Stopford, 1915, 1916; H. Duret, 1973; Н.В. Верещагин, 1980), кроме того, она имеет меньше анастомозов с корешково-спинальными сосудами. По этим причинам в условиях острого опыта ее гемодинамическая изоляция оказывается предпочтительнее, чем левой.

Методы исследований. Для гемодинамической изоляции (на основе методики В.Н. Черниговского) в устье ПА, расположенном на уровне VI шейного позвонка (А.И. Акаевский, М.И. Лебедев, 1971; А.Д. Ноздрачев, 1973), у ее входа в канал поперечных отростков шейных позвонков ввязывалась приводящая канюля. Медиальнее от нее перевязывалась плечеголовная, латеральнее – подключичная артерии, щито-шейный и реберно-шейный стволы. Это исключало связь позвоночной артерии с веточками глубокой шейной и передней спинномозговой артериями. В области атлантоокципитального сочленения позвоночника, на уровне II шейного позвонка также проводилась перевязка позвоночной артерии. Лигирование щито-шейного ствола, а также позвоночной артерии на уровне II шейного позвонка устраняет связь с анастомозирующими веточками позвоночной артерии на всех ее экстракраниальных уровнях, кроме того, исключается связь экстракраниального отдела позвоночной артерии с коллатералями передней спинальной артерии, берущей начало от интракраниальной части позвоночной артерии. Для наложения лигатуры на позвоночную артерию на уровне II шейного позвонка использовалась модифицированная нами игла Дешана (рац. предл. №1012, 10.10.2000). Допустимо, что даже если небольшая часть жидкости через мелкие коллатеральные веточки может медленно проникать за пределы позвоночной артерии при пороговых изменениях давления в ней, то изменение давления в этих областях будет подпороговым, и афферентация с рецепторов ЗПА будет доминировать. Для выключения коллатералей и анастомозов артериол и капилляров корешково-спинальных сосудов шейного утолщения позвоночника дополнительно проводилась их эмболизация 10% взвесью ликоподия в вазелиновом масле по общепринятой методике, применяемой для выявления рефлекторных реакций (К. Гейманс, Д. Кордье, 1940; Д.И. Смирнов, 1954; Г.Н. Котова, 1957; С.В. Куприянов, 2007, и др.). Эффективность такой гемодинамической изоляции ранее подтверждена ангиографически (Ю.Г. Александров, 1989). В контрольных опытах для визуальной проверки полноты изоляции в ЗПА нагнеталась тушь.

Для изменения давления (повышения, снижения) в ЗПА в одних  случаях приводящая канюля, совмещенная через тройник с манометром, соединялась с сосудом Мариотта (H.E. Hering, 1924; B. Oberg, 1977; В.М. Хаютин, Г.П. Конради, 1986; Б.И. Ткаченко с соавт., 1994; С.В. Куприянов, В.С. Куприянов, Л.М. Семенова, 2006). При других наблюдениях для этих целей использовалась система «шприц-манометр». Барорецепторы ЗПА стимулировались изменениями уровня расположения сосуда Мариотта или нагнетанием и декомпрессией шприцем за 10 с 0,5 мл раствора Рингера-Локка t 37°С. Это вызывало статическое повышение или снижение давления в ЗПА. Отсутствие расхода раствора и примеси крови в системах, связанных с позвоночной артерией, указывали на полноту гуморальной изоляции. Повышение давления вышеуказанными способами осуществлялось на 30 – 50 мм рт. ст., что соответствует адекватной (физиологической) стимуляции барорецепторов СРЗ, возникающей, например, при физической нагрузке. Кроме того, в отдельных сериях снижение давления в ЗПА вызывалось окклюзией в ее начальном отделе. Метод окклюзии сосудов, питающих СРЗ, широко используется в экспериментальной физиологии (И. Навалихин, 1870; С. Heymans, J. Boukaert, 1933; В.Н. Черниговский, 1960; В.М. Хаютин, 1964; А.Д. Ноздрачев, 1973;  Б.И. Ткаченко с соавт., 1994; С.В. Куприянов, Н.А. Агаджанян, 2005, и др.). Так, в начале окклюзии одной общей сонной артерии давление в ее каротидной зоне снижается на 50% от исходного уровня (D. Chungeharoen et al, 1952), что соответствует порогу возбудимости барорецепторов и возникновению прессорного рефлекса (В.М. Хаютин, 1964; C.Z. Pelletier et al, 1972; H.R. Kirchheim, 1976; Н.Н. Алипов с соавт., 2007). Поскольку величина давления в общих сонных и позвоночных артериях, их функция кровоснабжения головного мозга идентичны, то можно предположить, что порог возбудимости их барорецепторов примерно одинаков. Окклюзия одной позвоночной артерии была кратковременной (5 – 15 с) и вызывалась специальным зажимом нашей конструкции (рац. предл. №1005, 16.09.99). Такой зажим устраняет натяжение артерий при их зажатии и возникновение болевых реакций.

Для хемостимуляции исследуемых СРЗ использовались растворы D,L (2-оксипропионовой, С₃Н₆О₃) молочной кислоты (0,5 – 3,0 ммоль/л), гидрокарбоната натрия (NaHCO₃, 310 – 700 ммоль/л), три-(гидроксиметил)-аминометана (трисамина, трисбуфера, 0,3 М). Указанные минимальные концентрации молочной кислоты (имевшие рН 7,34 – 7,06) соответствуют нормальному и повышенному содержанию лактата (естественного метаболита) в плазме крови. В отдельной серии экспериментов в качестве раздражителя использовалась венозная кровь, вводимая в ЗПА и каротидный синус методом аутогемоперфузии. Для изучения рефлекторного компонента терапевтического влияния инфузии озона использовался физиологический раствор с содержанием данного вещества от 400 до 1600 мкг/л. Барботирование физиологического раствора озоном осуществлялось по общепризнанной методике (О.В. Масленников, К.Н. Конторщикова, 2003; Е.Н. Сизова с соавт., 2003; V. Dvorak, 2005) с использованием аппаратов марки «Озон-3» производства МП «Озон» (Москва) или «Медозонс-БМ» (Н. Новгород). Определение концентрации озона в 200-400 мл физиологического раствора (Рингера-Локка) проводилось по времени барботирования. 10-минутная экспозиция создает концентрацию озона в растворе от 400 до 1600 мкг/л. В условиях клиники такой раствор используется для внутривенных введений (С.П. Алехина с соавт., 1996).

Во всех случаях ЗПА  и каротидный синус подвергались предварительной гемодинамической изоляции. Перфузия гуморально изолированной позвоночной артерии (чаще правой) и каротидного синуса растворами хемоактивных веществ осуществлялась свободным током под постоянным давлением. Растворы вводились через канюлю, расположенную либо в месте отхождения позвоночной артерии от плечеголовного ствола, при этом на экстракраниальном уровне раствор свободно вытекал из позвоночной артерии в раневую область. Либо растворы вводились проксимальнее места бифуркации общей сонной артерии и покидали каротидный синус через надрез в начальном отделе наружной сонной артерии. Таким образом, перфузия исследуемых СРЗ не сопровождалась изменением давления в них и не приводила к активации их барорецепторов. Контролем в данном случае являлось введение в зоны позвоночных и сонных артерий физиологического раствора.

Так же, как и в случае активации барорецепторов, сила раздражения  хеморецепторов находилась в физиологических пределах. Например, указанные концентрации молочной кислоты соответствуют нормальному и повышенному содержанию лактата в венозной крови и плазме, наблюдаемому в естественных условиях при умеренной, например, физической нагрузке (Е.А. Строев, В.Г. Макарова, 1986; Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 2004; Е.С. Северин с соавт., 2005). 0,3 М раствор трисамина (3,66%) являлся стандартным, используемым в клинике для устранения ацидоза и повышения щелочного резерва крови (Р.А. Альтшулер, В.М. Балагин, Н.Б. Назарова, 1967; М.Д. Машковский, 1993).