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

При перфузии озоном ЗПА  выраженность указанных кардиореспираторных реакций уменьшалась на 10,1+1,12 мм рт. ст. и 50,46+6,98% соответственно. Частота дыхания зачастую (в 40% случаев) оставалась неизменной. Также в 70% наблюдений неизменной была частота работы сердца. В остальных случаях первичных перфузий она (частота) снижалась. При многократных введениях озонированного раствора в одну и ту же позвоночную артерию или каротидную зону направленность и выраженность реакций становились неоднозначными с большим разбросом их численных выражений.

Таким образом, при первичной  активации хеморецепторов зон позвоночных и сонных артерий раствором озона реализуются рефлексы угнетения внешнего дыхания и подавления гемодинамики, которые выражаются преимущественно уменьшением амплитуды дыхательных движений и снижением уровня САД. Урежение работы сердца и легких в данном случае не является основным рефлекторным механизмом достижения приспособительного результата. В опытах  на одном животном при многократном введении озона в одну и ту же зону позвоночных артерий или каротидного синуса данная зависимость нарушается, направленность и выраженность рефлексов приобретают значительный разброс с преобладанием прессорного ответа.

Каков механизм и какова физиологическая целесообразность выявленных рефлексов на САД и дыхание при активации хеморецепторов зон позвоночных и сонных артерий озоном? Известно, что молекула озона в растворе способна диссоциировать на свободный и атомарный кислород. Свободный О₂ воздействует на хеморецепторы СРЗ, вызывая рефлекторное снижение САД и угнетение внешнего дыхания, т.е. реакции, противоположные действию на них СО₂. Депрессорное влияние О₂ на САД и дыхание с хеморецепторов классических СРЗ общеизвестно. Целесообразность такой депрессии связана с необходимостью уменьшить поступления О₂ в ткани (Ф. Гродинз, 1966; А. Гайтон, 1969; Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 2004), т.к. избыточное напряжение О₂ в клетках отрицательно влияет на обмен веществ (Чандан К. Сен, Осмо Хеныинен, 1995; Minuz Pietro et al., 2006). Описанные нами рефлексы дыхательной и сердечно-сосудистой систем приводят к снижению поступления излишнего количества О₂ в ткани. При повторных на одном животном перфузиях исследуемых сосудистых зон озоном депрессорный рефлекс сменялся прессорной реакцией САД. Эта прессорная реакция устранялась введением новокаина в зону ПА. Как можно объяснить эту смену ответов? Следует учитывать, что нарастающее при длительном использовании озона увеличение концентрации освобождающегося атомарного кислорода должно оказывать альтеративное влияние на хеморецепторы. Кроме того, недиссоциированный озон не является естественным стимулом для хеморецепторов организма. Он лишен специфической точки воздействия на организм. По данным литературы, повышенная концентрация атомарного О₂ и недиссоциировавшего озона в жидких средах организма ведет к проявлению их агрессивных токсических свойств, которые нарушают целостность мембраны клеток организма, в первую очередь, исследуемых нами хеморецепторов, вследствие повышенного окисления их фосфолипидов и липопротеидов, повреждения полипептидных цепей и протеидов. Озон в больших концентрациях и при длительной его экспозиции активирует перекисное окисление липидов мембраны эритроцитов. Е.Н. Сизова (2003) наблюдала сокращение гладких мышц изолированной полоски коронарных сосудов, мышц матки, бронхов животных при прямом продолжительном действии на них растворов с повышенным содержанием озона. В ситуации длительного повторного введения озона в зону позвоночных артерий (или каротидных синусов) с хеморецепторов реализуется альтеративное неспецифическое влияние. Реакция организма на фактически болевой раздражитель всегда проявляется однотипно, в частности, повышением САД и стимуляцией внешнего дыхания.

Полученные результаты соответствуют данным подобных исследований ряда других авторов. Например, И.В. Мухиной с соавт. (2007) показана дозозависимость влияния парентерального введения озонированных физиологических растворов на динамику поведения и структуру головного мозга крыс. Так умеренное (1,7 мкг/л) использование данных растворов приводило к увеличению двигательной и ориентировочно-исследовательской деятельности. При многократном и длительном применении озона в высоких концентрациях (2,5 мкг/л) развивались его токсическое влияние, угнетение активности животных, нарушение структуры неокортекса и отек головного мозга. Таким образом, характер действия озона (как и любого лекарственного вещества, применяемого с лечебной целью) связан с его концентрацией в организме. Любое биологически активное соединение в зависимости от его дозы может оказывать лечебное и токсическое действие. Действие озона носит как местный гуморальный характер, хорошо описанный в литературе, так и общий рефлекторный, продемонстрированный в настоящей работе и оказывающий опосредованное влияние через СРЗ и ЦНС.

Обобщение данных всех вышеописанных  серий экспериментов, а также результатов, изложенных в диссертации автора на соискание степени кандидата наук, позволило установить целесообразность сочетанного проявления баро- и хеморефлексов, возникающих с СРЗ позвоночных артерий и каротидного синуса. В целостном организме баро- и хеморецепторы СРЗ функционируют в тесном единстве по принципу обратного взаимовлияния (В.Ф. Молчатская, 1990; D. Heisted Donald et al., 1995). Сочетанные рефлексы с барорецепторов на внешнее дыхание и САД сопряжены с последующими изменениями газового состава крови, которые влияют на активность хеморецепторов. И наоборот, исходное изменение химизма крови вызывает такие хеморефлексы, которые приводят к активации барорецепторов СРЗ (Е.И. Малыгина, 1961; D.В. Kаtzin, Е.Н. Rubinstein, 1974; Г.А. Вакслейгер, 1978; Р.Ш. Габдрахманов с соавт., 1990). О важности изучения роли совместной механо- и хеморецептивной активности в регуляции деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем говорится в работах многих авторов (В.М. Хаютин, 1964; B. Folkow, E. Neil, 1971; Г.П. Конради, 1973; S. Hilton, 1982; В.М. Хаютин, Г.П. Конради, 1986; R.C. Fitzgerald, 2000; L. Glass, 2001; С.Г. Кривощеков с соавт., 2005, 2006).

При сопоставлении данных всех серий экспериментов выявляются следующие зависимости. Во-первых, порог раздражимости хеморецепторов СРЗ меньше, чем у барорецепторов. Во-вторых, средняя выраженность хеморефлексов больше, чем барорефлексов. Следовательно, не только порог возбудимости хеморецепторов СРЗ ниже, чем у барорецепторов, но и функциональная активность первых выше. Во всех других сериях наших экспериментов наблюдалась подобная же зависимость, которая характеризуется большей хеморецептивной активностью исследованных СРЗ в сравнении с активностью их барорецепторов. В-третьих, при реализации барорефлексов в наших экспериментах выраженность изменения внешнего дыхания и уровня САД была приблизительно в три раза меньше, чем их выраженность при реализации этими системами организма хеморефлексов (рис. 2). Наличие такой достаточно жесткой корреляции косвенно подтверждает их функционально системное взаимодействие, показывая объединение дыхательной и сердечно-сосудистой систем в единую функциональную систему (кардиореспираторную). В-четвертых, кардиореспираторные реакции в определенных условиях реализуется в основном за счет изменений амплитуды внешнего дыхания и уровня САД. При этом частотные характеристики (внешнего дыхания и работы сердца) оказываются менее реактивными или же остаются неизменными. Под этими определенными условиями, по нашему мнению, следует понимать силу баро- и хемораздражителей, которая в экспериментах находилась в пределах физиологических границ, характерных для существования организма при умеренной (не чрезмерной) нагрузке.

По своей хемо- и  барорецептивной активности ЗПА, по аналогии с другими СРЗ, участвует в рефлекторном контроле уровня САД и интенсивности внешнего дыхания. Этот контроль осуществляется с одновременным участием сердечно-сосудистого и дыхательного центров. При развитии, например, гипоксии вначале повышается функциональная активность хеморецепторов СРЗ, которая направлена на увеличение вентиляции легких и оксигенацию крови. Этому также способствует одновременное повышение САД, увеличивающее доставку крови в легкие. Затем, когда газообмен в тканях организма нормализуется, повышается активность барорецепторов, которая обеспечивает снижение возрастающего уровня САД до нормы. Такое взаимодействие дыхательного и сердечно-сосудистого центров, имеющее рефлекторную природу, обеспечивает сохранение гомеостаза газообмена и обмена веществ в тканях организма. Очевидно, что данные рефлекторные реакции носят системно функциональный характер. По мнению К.В. Судакова (2000), одним из основных способов доказательства функционально-системного объединения реакций является демонстрация их корреляции. Нами проведен корреляционный анализ выраженности барорефлексов на внешнее дыхание и уровень САД с ЗПА и каротидного синуса. Для этого проведена статистическая обработка результатов 50 наблюдений, взятых из разных серий вышеописанных опытов. Выборка осуществлена случайным образом.

Прежде всего, был разработан метод расчета выраженности изменений  внешнего дыхания при его регистрации в остром эксперименте способом трахеостомической пнеймографии. Основная сложность численного выражения изменения минутного объема дыхания (DМОД) при такой его регистрации заключается в невозможности в разных опытах (особенно на различных животных) стандартизировать на кимограмме амплитуду волн пнеймограмм, выражающую величину изменения дыхательного объема (DДО). Было предложено определять DМОД, DДО и изменения частоты дыхания (DЧД) в процентах к исходному уровню. При этом амплитуду дыхательных движений и частоту дыхания непосредственно до момента вмешательства считать за 100%. В этом случае общеизвестная формула МОД=ДО*ЧД принимает вид:

DМОД% - изменение интенсивности внешнего дыхания, выраженное в процентах к исходному уровню;

DДО% - изменение дыхательного объема, в процентах к исходному уровню;

DЧД% - изменение частоты дыхания, в процентах.

В литературе не было обнаружено описания подобного метода расчета выраженности изменения внешнего дыхания при его трахеостомической пнеймографии, и на него получено свидетельство о рационализаторском предложении (№ 1138 от 31.03.08). Подробное математическое обоснование данного метода дается в соответствующем разделе диссертации автора. Реакции гемодинамической составляющей кардиореспираторной системы, регистрируемые в наших экспериментах кровавым (прямым) способом, определялись в абсолютных единицах (мм рт. ст.) по выраженности изменения уровня системного артериального давления (Dр).

Корреляция определялась методом Пирсона. Этот метод позволяет в предположении существования зависимости между величинами x и y выявить истинность, степень и направление такой зависимости. Было показано, что между анализируемыми параметрами существует квадратичная зависимость (y = ax² + bx + c), характеризуемая в этом конкретном случае достоверностью аппроксимации R² = 0,56. Тот же массив данных был исследован на существование других зависимостей: линейной, экспоненциальной, степенной, логарифмической. Величины достоверности аппроксимации (R²) в этих случаях составили – 0,38; 0,28; 0,39 и 0,33 соответственно. Следовательно, в ряду выбранных зависимостей наиболее достоверной является именно квадратичная. Значение коэффициента корреляции q при этом составило +0,65, что соответствует прямой средней (ближе к сильной) связи между анализируемыми величинами. Например, большая выраженность рефлекторных ответов дыхательной системы соотносилась с большей выраженностью рефлексов на общее кровяное давление. Тем самым подтверждается существование механизма координации ответных реакций дыхательного и сердечно-сосудистого центров под влиянием афферентации от изученных сосудистых рефлексогенных зон. То есть данные рефлекторные реакции носят системно функциональный характер.

Этот вывод подтверждается и другим методом, основанным на расчете коэффициента Хильдебранта. Как известно, этот коэффициент, характеризующий межсистемные отношения в деятельности гемодинамики и респирации, в норме у человека равен 2,8 – 4,9. В наших экспериментах значение этого показателя в покое, т.е. до активации рецепторов зон позвоночных и сонных артерий, составило 3,25 – 5,6 (δ = 0,14). Очевидно, что подобное отличие указанных величин связано с видовыми особенностями. При реализации рефлексов от изученных СРЗ, несмотря на фактические отклонения частотных характеристик в работе дыхательной системы и сердца, не происходит рассогласования в осуществлении кардиореспираторного взаимодействия. Данный показатель (коэффициент) практически не изменялся, оставаясь равным своей первоначальной (до вмешательства) величине.

Баро- и хеморефлексы, полученные в наших экспериментах  с позвоночных и сонных артерий, были качественно однонаправленными (рис. 2), т.е. в деятельности этих двух зон проявляется синергизм. Однако, выраженность последних оказывалась больше, что свидетельствует о меньшем пороге рецепторов каротидного синуса и их большей функциональной активности. Кроме того, в исследованных условиях формируется тип кардиореспираторного ответа с доминированием дыхательной составляющей. Например, средняя выраженность реакций внешнего дыхания при его, например, стимуляции составила 187,42+82,17%, т.е. увеличивалась почти в 3 раза по отношению к исходному (до вмешательства) уровню (рис. 2). При этом повышение САД составляло 14,42+6,29 мм рт. ст., что соответствует менее 10% от исходного уровня систолического давления.

Таким образом, на основании  проведенных комплексных физиологических исследований, качественного анализа результатов экспериментов, корреляционного анализа (с использованием различных математических методов) выявлено участие баро- и хеморецепторов СРЗ ПА и каротидного синуса в формировании сопряженных на систему дыхания и собственных на гемодинамику рефлексов, являющихся результатом интегративной регуляции деятельности КРС. Достижение этой функциональной системой общего приспособительного результата (регуляции гомеостаза газообмена и кислотности на уровне тканей) в заданных условиях достигается преимущественно за счет реакций внешнего дыхания и в меньшей степени за счет кардиального или васкулярного компонентов, а также за счет большей реактивности САД в сравнении с работой сердца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящей работой показано, что в позвоночных артериях находится самостоятельная рефлексогенная зона, функциональный аналог классической зоны каротидного синуса. Их совместная баро- и хеморецептивная активность направлена на регуляцию деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, которые в условиях исходного сдвига рН крови и/или кровяного давления объединяются в единую кардиореспираторную функциональную систему. Мотивирование этой функциональной системы осуществляется афферентацией от исследованных СРЗ, а деятельность проявляется описанными баро- и хеморефлексами. Собственные и сопряженные как хемо-, так и барорефлексы различных СРЗ, в частности ЗПА, направлены на достижение общего конечного полезного результата – коррекции КОС тканей и газообмена в них. Полученные лабораторные данные нашли применение в клинике, предложены новые методики оперативной диагностики развития состояний ацидоза или алкалоза. Разработана система экспресс-оценки КОС рожениц и новорожденных. Эта методика не выдвигается на защиту в рамках настоящей диссертации и упоминается здесь для демонстрации практического использования результатов наших исследований системообразующего значения баро- и хемоафферентации от СРЗ. Использование в гинекологической практике этих коэффициентов обусловлено простотой их определения и возможностью оперативно, а главное, объективно оценить состояние новорожденных и матерей. Обоснованным будет предположение, что методика оценки КОС, на которую получено авторское свидетельство (авт. св-во 4638208/30-14 от 13.01.89), может быть использована и в других областях практической медицины.

ВЫВОДЫ

1. Повышение давления в зоне позвоночных артерий вызывает рефлекторное снижение тонуса бедренной вены (177,83+6,01% от исходного состояния, p<0,05). Противоположный по знаку рефлекс возникает при исходном снижении давления в этой сосудистой рефлексогенной зоне (сужение на 56,16+4,89%, p<0,05). Барорефлексы с зоны позвоночных артерий на крупные вены спланхнического бассейна проявляются в виде увеличения их емкостных свойств (123,05+3,95%, p<0,05) в ответ на исходное повышение давления в этой сосудистой рефлексогенной зоне, а также в виде противоположной реакции уменьшения тонуса крупных вен кишечника (на 37,84+2,47%, р<0,05) при депрессорной активации барорецепторов позвоночных артерий.
2. Крупные вены скелетных мышц и спланхнического бассейна совместно с резистивным руслом активно реализуют одновременные однонаправленные барорефлексы с зоны позвоночных артерий. Повышение давления в гемодинамически изолированной позвоночной артерии вызывает рефлекторное снижение системного артериального давления (на 18,3+2,725 мм рт. ст., p<0,01) и одновременное увеличение емкости исследованных периферических вен и вен внутренних органов. В ответ на исходное снижение давления в этой сосудистой рефлексогенной зоне наблюдаются противоположные рефлексы увеличения уровня системного кровяного давления (на 10,63+3,5 мм рт. ст., p<0,05) и повышения тонуса указанных вен. Данные рефлексы на резистивное и емкостное русло направлены на оптимизацию возврата крови к сердцу и системное артериальное давление в условиях его исходного сдвига (повышения или снижения).
3. Перфузия зоны позвоночных артерий растворами молочной кислоты (0,5 – 3,0 ммоль/л) вызывает рефлекторные реакции стимуляции внешнего дыхания (увеличение амплитуды на 156,09+74,77% от исходной величины) и повышения уровня системного артериального давления (на 18,85+9,61 мм рт. cт.) (р<0,01). Качественно такие же, но достоверно более выраженные кардиореспираторные рефлексы наблюдаются при том же воздействии на синокаротидную зону.
4. Локальное введение в зону позвоночных артерий венозной крови вызывает рефлекторную стимуляцию кардиореспираторных реакций (повышение системного артериального давления на 9,67+3,17 мм рт. cт., увеличение амплитуды внешнего дыхания на 88,06+29,44% от исходной) (р<0,01).
5. Противоположные рефлексы угнетения внешнего дыхания (снижение амплитуды на 38,52+10,95% от исходной) и падения кровяного давления (на 15,27+5,64 мм рт. cт.) наблюдаются при введении в зону позвоночных артерий основного буферного (0,3 М) раствора трисамина/тригидроксиаминометана (р<0,01).
6. При введении озонированного физиологического раствора (400 – 1600 мкг/л) хеморецептивная активность зоны позвоночных обеспечивает реализацию достоверных реакций депрессии системного артериального давления (на 10,1+1,12 мм рт. ст., р<0,05) и угнетения внешнего дыхания (уменьшение его амплитуды на 50,46+6,98% от исходной), обуславливая рефлекторный компонент гипотензивного терапевтического эффекта при инфузионной озонотерапии.
7. Основным фактором стимуляции хеморецепторов зон позвоночных и сонных артерий является концентрация ионов водорода и/или двуокиси углерода. Содержание в крови гидрокарбонатных анионов имеет меньшее значение, хеморецепторы изученных сосудистых рефлексогенных зон к этим анионам обладают малым функциональным значением.
8. Хеморефлексы с зон позвоночных и сонных артерий качественно однонаправлены, однако выраженность последних оказывается больше, что является результатом большего порога раздражимости рецепторов позвоночных артерий и их меньшей функциональной активности.
9. Зона позвоночных артерий как по хемо-, так и по своей барорецептивной активности является функциональным аналогом синокаротидной зоны, что следует из корреляционного анализа (q = +0,65) выраженности и направленности рефлексов с этих зон на дыхательную и гемодинамическую системы.
10. На основе корреляционного анализа и определения коэффициента Хильдебранта до (3,25 – 5,6; δ = 0,14) и после (3,1 – 5,6; δ = 0,14) вмешательств выявлено, что баро- и хемоафферентация от сосудистых рефлексогенных зон позвоночных и сонных артерий принимает участие в формировании и регуляции кардиореспираторного взаимодействия. При однотипной активации рецептивных полей этих двух сосудистых рефлексогенных зон достоверно возникают качественно однозначные рефлексы на внешнее дыхание и системное артериальное давление, которые направлены на поддержание гомеостаза тканевого газообмена и регуляцию кислотности в них.
11. Комплексными физиологическими исследованиями регуляторных механизмов рефлексогенных зон позвоночных и сонных артерий установлено, что при физиологической (не чрезмерной) активации их баро- и хеморецепторов формируется тип кардиореспираторных реакций с доминированием дыхательного компонента (достоверность апроксимации R²=0,56).