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

Регистрация внешнего дыхания  осуществлялась методом пнеймографии при трахеостомии с использованием капсулы Марея в нашей модификации  с применением гофрированного сельфона, заменяющего резиновую мембрану. Такой сельфон не меняет своих эластических свойств при растяжении или спадании и позволяет проводить линейную регистрацию внешнего дыхания (рац. предл. №1004, 16. 09. 99). Системное артериальное давление регистрировалось ртутным или электроманометром (МЭП-И-01) с бедренной артерии.

Изучение роли барорецепторов ЗПА в регуляции тонической активности вен осуществлялось в условиях перфузии раствором Рингера-Локка (t 37° С) при p-const. (10-15 мм рт. ст.) бедренной или левой ободочной вены с захватом ее большой аркады со средней ободочной веной (далее в тексте – ободочная вена). Регистрация скорости и объема перфузата осуществлялась прибором нашей конструкции (рац. предл. №1006, 16.09.99, С.В. Куприянов), который обеспечивает одновременную графическую запись, а также аудио- и фотонаблюдение за характером перфузии. Перфузия под постоянным давлением физиологически оправдана для сосудов низкого давления. Учет изменения объема перфузата по частоте его капель в единицу времени позволяет точно судить об изменениях просвета исследуемых вен. Этот метод нашел широкое применение в опытах по изучению рефлекторных и гуморальных изменений тонуса лимфатических и емкостных сосудов в работах многих авторов (Д.И. Смирнов, 1954; Г.Н. Котова, 1957; В.В. Петровский, 1960; В.С. Куприянов, 1966; Д.П. Дворецкий, 1967; П. Джонсон, 1982; В.А. Левтов, А.Т. Матчанов, Н.А. Анисимова, 1991). Известно, что в венах отсутствуют пульсовые колебания крови, порождаемые vis a tergo вследствие работы сердца (Б.Ф. Вериго, 1905; Е.Б. Бабский с соавт., 1972; Р. Шмидт, Г. Тевс, 1986; К.В. Судаков, 2000). По мнению Г.П. Конради (1973), перфузия при р-const. лишена важного недостатка, присущего резистографии – «… принудительного, насильственного проталкивания неизменного объема жидкости через сосуд, что может оказывать избыточное механическое давление на него».

В контрольных опытах все вышеописанные воздействия  на хемо- и барорецепторы зон позвоночных и сонных артерий проводились после их новокаиновой блокады. Также в сериях экспериментов по изучению барорефлексов с этих СРЗ на вены скелетных мышц и спланхнического бассейна в качестве контроля проводилась фармакологическая и/или хирургическая денервация соответствующих эффекторных сосудистых областей.

Для стандартизации условий  экспериментов ответные реакции регистрировались в начале каждого опыта, когда отрицательные влияния условий острого опыта имеют минимальную выраженность. Стимуляция хемо- и барорецепторов осуществлялась до момента проявления максимальной выраженности рефлексов КРС, после чего вмешательство прекращалось.

Обработка полученных данных проводилась в среде электронных  таблиц “Excel” фирмы “Microsoft”, статистическая обработка результатов – с использованием пакета «Statistica». Оценку достоверности результатов проводили на компьютере IBM PC Pentium III по t-критерию Стьюдента или критерию знаков (Л.С. Каминский, 1974). Корреляционный анализ выраженности барорефлексов осуществлен методом наименьших квадратов (Д. Худсон, 1970), корреляционный анализ хеморефлексов – методом Пирсона.

Результаты  исследований и их обсуждение. Общий объем исследований приведен в табл. 1.

Адекватная (соответствующая физиологическим величинам) стимуляция барорецепторов гуморально изолированной ЗПА повышением давления на 30 –50 мм рт. ст. вызывала достоверное снижение тонуса бедренной вены (34 наблюдения), что выражалось в увеличении объема перфузата в единицу времени. Одновременно происходило рефлекторное угнетение внешнего дыхания и снижение уровня САД.

Таблица 1. Общая характеристика, объем и методы исследования

Угнетение вентиляции легких происходило преимущественно за счет уменьшения амплитуды дыхательных движений. Реже уменьшение глубины дыхания сопровождалось снижением его частоты. В подавляющем большинстве случаев частота сердечных сокращений (ЧСС) оставалась неизменной, в отдельных случаях происходило ее уменьшение. О рефлекторной природе наблюдаемых реакций свидетельствует следующее. 1. Введение в позвоночную артерию 0,5 мл 2% раствора новокаина спустя 20 мин. устраняло все указанные реакции. 2. Во всех наблюдениях после вмешательства при возвращении уровня давления в ЗПА к исходной величине происходило синхронное возвращение регистрируемых показателей тонической активности вен задних конечностей, дыхания и САД к исходным или близким к ним параметрам. Это указывает на проявление периода последействия рефлекса. 3. Выраженность указанных рефлекторных реакций находилась в относительно прямой зависимости от силы раздражителя, а при равной величине стимула – от продолжительности раздражения барорецепторов. Это, по нашему мнению, является результатом проявления закона силовых отношений и суммации афферентации в центральной нервной системе, что также характерно для рефлекторных ответов.

Качественно однонаправленные реакции тонической активности вен, внешнего дыхания и уровня САД, возникающие в ответ на прессию в гемодинамически изолированной ЗПА, были получены в серии экспериментов при перфузии (p – const.) ободочной вены. Эти реакции также носили рефлекторную природу.

Для объективной оценки роли бароафферентации от ЗПА в регуляции тонической активности периферических и органных вен, а также уровня артериального давления и деятельности дыхательной системы были проведены эксперименты на 46 животных со снижением давления в изолированной позвоночной артерии.

Одновременно возникало  сужение исследуемых вен, стимуляция внешнего дыхания и повышение САД. После прекращения вмешательств наступало восстановление исходного тонуса венозных сосудов, вентиляции легких и стабилизация общего кровяного давления. В ряде контрольных экспериментов проводилась первичная фармакологическая и хирургическая денервация бедренной вены, при которой описанные прессорные и депрессорные рефлексы на этот сосуд выпадали. При этом реакции с барорецепторов ЗПА на внешнее дыхание и САД сохранялись, а исчезали только после новокаиновой блокады области ПА. Контрольные вмешательства доказывают рефлекторное происхождение этих реакций.

Разнонаправленная стимуляция барорецепторов ЗПА (де- и прессорная) вызывает противоположные рефлекторные реакции исследуемых функций. Например, локальное снижение давления в позвоночной артерии приводит к повышению САД, тонуса ободочной вены и стимуляции дыхательной системы. Подобные рефлексы, но только на внешнее дыхание и общее кровяное давление (без сочетанных с ними реакций емкостных сосудов), были продемонстрированы автором ранее и изложены в диссертации на соискание степени кандидата медицинских наук (С.В. Куприянов, 2000).

Какова возможная целесообразность полученной в настоящей работе однонаправленности рефлексов на емкостный и резистивный бассейны? В чем значение одновременных с ними реакции внешнего дыхания?

Обобщение приведенных  здесь данных с более ранними  результатами исследований нашей лаборатории по изучению барорецептивной активности показало следующее. Во-первых, вены скелетных мышц и внутренних органов не являются пассивными трубками, проводящими кровь к сердцу, они способны к самостоятельной тонической деятельности. Во-вторых, одним из механизмов регуляции тонуса этих сосудов является бароафферентация от СРЗ позвоночных артерий. В-третьих, прессорная или депрессорная активация барорецепторов ЗПА вызывает однонаправленные изменения тонуса резистивных и емкостных сосудов. Физиологическое значение такого однонаправленного изменения их тонуса заключается, очевидно, в адекватной компенсации исходных изменений интенсивности кровообращения на уровне тканей. Например, депрессорное раздражение барорецепторов СРЗ наблюдается при исходном снижении САД в целостном организме. При этом различные периферические ткани и органы оказываются в состоянии гипоксии и гиперкапнии. Компенсация такого состояния возможна рефлекторным повышением уровня САД и уменьшением емкости венозного бассейна. Последнее необходимо для перемещения депонированной крови через сердце в магистральные артерии и может быть достигнуто повышением тонуса вен скелетных мышц и внутренних органов. Все эти рефлексы артерий и вен зарегистрированы в настоящей работе. Одновременно происходит рефлекторная гипервентиляция, обеспечивающая оптимальную, большую оксигенацию крови. Противоположные, но также однонаправленные изменения тонуса резистивного и емкостного русла наблюдаются при исходном повышении давления в большом круге и, очевидно, направлены на рефлекторное компенсаторное угнетение интенсивности кровотока на уровне тканей. Приспособительное рефлекторное снижение давления в большом круге кровообращения уменьшает поступление крови в венозный бассейн, а расширение вен предотвращает избыточное перемещение крови из вен в сердце. При этом уменьшается и амплитуда дыхательных движений. Все эти совместные реакции, протекая однонаправленно, способствуют сохранению нормального кровотока и оптимального газообмена в тканях организма. Обоснованным будет предположение, что и другие СРЗ, например, синокаротидная или аортальная, способны однонаправленно изменять тонус резистивного и емкостного руслов большого круга кровообращения.

Таким образом, барорецепторы  ЗПА обеспечивают сочетанную однонаправленную регуляцию внешнего дыхания, САД и тонической активности емкостных сосудов различных отделов большого круга кровообращения. Такая одновременная реакция различных систем организма, направленная на формирование общего конечного полезного результата, характерна для функциональных систем (П.К. Анохин, 1975; К.В. Судаков, 1987, 1997, 2000). Возникает вопрос о существовании взаимозависимости между выраженностью этих реакций. Для ответа был проведен корреляционный анализ выраженности изменений амплитуды дыхательных движений с выраженностью изменений САД, возникающих при барорефлексах с позвоночной и синокаротидной зон. Выявление корреляции этих показателей представляет интерес для физиологии и патофизиологии, поскольку является критерием, указывающим на объединение реакций дыхательной и сердечно-сосудистой систем в единую функциональную систему. Деятельность этой функциональной системы проявляется не только в норме, но и при патологии.

Для корреляционного  анализа были использованы данные, изложенные в диссертации автора на соискание степени кандидата медицинских наук, дополненные результатами опытов, описанных в настоящей работе выше. Проанализировано 21 наблюдение, сделанное при поочередном полном зажатии на 10 с правых позвоночной и сонной артерий. Определялось отношение изменений реакции внешнего дыхания (амплитуды волн пнеймограммы), выраженных в процентах к исходному уровню (DА/А₀, %), к относительному изменению САД, выраженному в мм рт. ст. (Dр, мм рт. ст.). Статистическая обработка выраженности реакций внешнего дыхания и САД проводилась по методу наименьших квадратов (Д. Худсон, 1970). Этот метод позволяет при разбросе экспериментальных точек, характеризующих в наших наблюдениях выраженность реакций внешнего дыхания и САД (Xi; Yi), в предположении существования линейной зависимости между ними (Y=bX), опытным путем вычислить значение b, определить доверительный интервал, провести единственную прямую, наиболее близко расположенную ко всем этим точкам, и оценить степень достоверности рассматриваемого предположения. Значение b определяется из условия df/db=0, где функция

  n

 f  =  Σ (Y_i – bXi)².

i=1

Следовательно,

  n                n

b = Σ X_i·Y_i/ Σ X_i².

 i=1           i=1

Анализ показал наличие  корреляции между изменениями амплитуды дыхательных движений и уровнем САД, носящей в определенном пределе линейную зависимость. При барорефлексах с обеих зон более выраженные изменения одного из рассматриваемых параметров соотносились с большей выраженностью изменений другого, и наоборот.

Выявленная линейная зависимость между выраженностью  рефлекторных изменений внешнего дыхания и САД, реализующаяся с барорецепторов позвоночной и синокаротидной зон, доказывает функционально-системную взаимосвязь дыхания и САД. Другими словами, бароафферентация от исследованных СРЗ является фактором формирования функциональной КРС.

Хеморецепторы СРЗ, как и их барорецепторы, участвуют в срочной (нервной) регуляции дыхания и кровообращения, обеспечивая сохранение постоянства напряжения О₂ и СО₂ в крови и тканях организма и их рН, а также уровня  САД (В.Ф. Маркелова, А.М. Уголев, 1960; Г.Г. Исаев, 1983; M. D. de Burgh, 1985; В.М. Хаютин, Г.П. Конради, 1986; Н.А. Агаджанян с соавт., 1987; Р.Ш. ГабдрахмАнов с соавт., 1990; L. Sinoway, S. Prophet, 1990; R.C. Fitzerald, 2000; Ю.Ю.Орлова с соавт., 2005; С.Г. Кривощеков, 2006, и мн. др.). Поэтому в следующих сериях экспериментов изучалась хеморецептивная активность зоны позвоночных артерий.

Была проведена перфузия изолированной  ЗПА растворами молочной кислоты (0,5 – 3,0 ммоль/л). При этом зарегистрировано достоверное увеличение уровня САД и стимуляция внешнего дыхания. Полученные данные качественно соответствуют подобным результатам других авторов, изучавших хеморецептивную активность классических рефлексогенных зон (В.Ф. Маркелова, А.М. Уголев, 1960; Г.Г. Исаев, 1983; W.F. Nolan et al, 1985; M. D. de Burgh, 1985; В.М. Хаютин, Г.П. Конради, 1986; Р.Ш. Габдрахманов с соавт., 1990; L. Sinoway, S. Prophet, 1990; R.C. Fitzerald, 2000; С.Г. Кривощеков с соавт., 2006, и мн. др.). При активации хеморецепторов изолированной ЗПА растворами молочной кислоты различных концентраций наблюдается следующая выраженность реакций дыхательной и гемодинамической систем: повышение уровня САД – 18,85+9,61 мм рт. ст.; увеличение ЧСС – на 4,62+3,34% от исходного (до вмешательства) показателя; увеличение амплитуды внешнего дыхания – на 156,09+74,77% от исходной величины; повышение частоты дыхательных движений – на 26,53+25,38% от исходной. Следует отметить, что направленность рефлексов на дыхательную и сердечно-сосудистую системы не зависела от концентрации молочной кислоты в перфузируемом растворе. Количественный анализ реакций показывает, что выраженность рефлексов находится в прямо пропорциональной зависимости от концентрации раствора. При содержании молочной кислоты равной 3,0 ммоль/л изменения во внешнем дыхании и САД были больше, чем те же показатели – при использовании раствора в 0,5 ммоль/л.