Регионарная и системная гемодинамика при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания (12.07.2010)

Автор: Поясов Илья Залманович

Поскольку колебательные процессы участвуют в работе организма на всех уровнях его организации и, учитывая тесную взаимосвязь сердечно-сосудистой и дыхательной систем, представляло особый интерес изучить влияние волновых характеристик дыхания на органную и регионарную гемодинамику. Объектом исследования на органном уровне являлись лёгкие, гемодинамика которых имеет непосредственную связь с системой дыхания, на регионарном же уровне изучали влияния амплитуды дыхательного цикла на артериальный и венозный кровоток системы кровообращения.

В исследованиях на органном уровне, при амплитудно-частотной модуляции параметров искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ) у кошек, приводившей к возрастанию минутного вентиляционного объёма и интратрахеального давления, увеличение последнего в физиологическом диапазоне приводило к уменьшению суммарного и прекапиллярного сосудистого сопротивлений (в среднем на 5%), которые определялись, в основном, изменениями минутного объёма вентиляции, а не его амплитудно-частотными составляющими. Рост же посткапиллярного сопротивления был большим (10%) при модуляции объёмной составляющей ИВЛ, чем частотной (6%). В этих же условиях отмечался рост капиллярного гидростатического давления (6%) и снижение коэффициента капиллярой фильтрации (20 - 25%). Изменения CFC оказались более выраженными в ответ на вариацию частотной составляющей вентиляции, чем объёмной. Снижение венозного оттока на 6%, свидетельствующие о поведении ёмкостной функции, увеличивалось при росте минутного объёма вентиляции, и могло быть связано со сдвигами фильтрационно-абсорбционного равновесия. В проведенных экспериментах не была отмечена достоверная разница в динамике изменений газового состава и выдыхаемого воздуха в ответ на увеличение объёма искусственной вентиляции, как за счет ступенчатого повышения частоты дыхания, так и его амплитуды, что исключает возможность их влияния на полученные результаты.

Изучение поведения показателей микро- и макрогемодинамики лёгких при ступенчатом увеличении интратрахеального давления в физиологических пределах (от 4 до 10 см вод. ст.) выявило их относительную устойчивость к изменениям динамики вентиляции, что является отражением происходящих в лёгких ауторегуляторных процессов и объясняется как биофизическими особенностями сосудистого русла лёгких, так и существованием быстроадаптивных механизмов их регуляции (Зильбер А.П., 1984)

На фоне гипервентиляции, вызываемой увеличением частоты дыхания и дыхательного объёма за цикл, отмечалось большее возрастание сдвигов посткапиллярного сопротивления (7%) и среднего капиллярного гидростатического давления (9%), а так же падение коэффициента капиллярной фильтрации (40%), которые, в свою очередь, могут приводить к смещению фильтрационно-абсорбционного равновесия в лёгких. В большей степени отмечалось и снижение венозного оттока (10%). При вентиляции лёгких большими объёмами, сдвиги показателей, характеризующих обменную функцию, достигнутые при изменении частотной составляющей вентиляции, были более выражены, чем при вариации её объёмной компоненты.

Исследования влияния высокоамплитудного дыхания на артериальный кровоток у животных показали, что в этом случае имели место неодинаковые по характеру и величине изменения кровотока в сонной артерии у различных животных. Рост средней величины кровотока, отмеченный у большинства кошек (57.2%) сопровождался и ростом частоты сердечных сокращений (12 ? 4%) при коэффициенте корреляции между этими показателями 0.82 ? 0.07 (р<0.05). Средний кровоток в сонной артерии по всей выборке возрастал на 6.0 ? 1.7 % (р < 0.05) относительно своего исходного значения, в то время как амплитуда его фазных изменений увеличивалась в полтора раза больше – на 10%. Аналогичные результаты были получены и при изучении влияния роста амплитуды дыхания на артериальный кровоток в брюшной и восходящей аорте (сердечного выброса). Результаты экспериментов показали, что высокоамплитудное дыхание приводит к неоднозначным сдвигам сердечного выброса. В тех опытах, когда у животных сердечный выброс или кровоток по брюшной аорте возрастали (8 ? 1%), было отмечено и увеличение частоты сердечных сокращений (9 ? 2%), что указывает на взаимосвязь этих гемодинамических показателей.

Разнонаправленность изменений кровотока или их отсутствие в артериальной системе животных в ответ на увеличение амплитуды может быть обусловлена, в частности, спецификой выбранной модели (Bjurstedt H. et al., 1980). В такой модели при увеличении сопротивления вдоха существенно изменяется лёгочная гемодинамика: дыхательный объем, ёмкость и сопротивления сосудов малого круга (Rowell L.B., 1993). В этой связи, для дальнейшего анализа влияния амплитуды дыхания на артериальный кровоток, представлялось целесообразным провести наблюдения на человеке, у которого имеется возможность произвольного управления дыханием без изменения сопротивления дыхательной системы.

При высокоамплитудном дыхании средняя величина кровотока в сонной артерии человека и амплитуда его фазных колебаний практически не изменялись, хотя при этом, как и у животных, возрастала частота сердечных сокращений на 13 ? 4%, причём у всех испытуемых. Такие различия с данными, полученными в опытах на животных можно объяснить тем, что у человека высокоамплитудное дыхание не было связано с повышенным сопротивлением вдоха, и поэтому оно могло сопровождаться значительным увеличением лёгочных объёмов, а, возможно, и ёмкости сосудов малого круга.

Исследование влияния амплитуды дыхательного цикла на венозный кровоток показало, что увеличение этого показателя практически не изменяет величину среднего кровотока по задней полой вене у животных и, очевидно, не оказывает влияния на величину венозного возврата крови к сердцу. В то же время увеличение амплитуды дыхания приводит к большему приросту кровотока на вдохе, чем при обычном дыхании, а во время выдоха величина венозного кровотока становится меньше таковой (табл. 3). В итоге амплитуда колебаний фазного кровотока по задней полой вене при высокоамплитудном дыхании оказалась на 168% больше, чем в случае обычного дыхания. В этих условиях возрастала и частота сердечных сокращений (на 13 ? 4%).

В проведённых экспериментах высокоамплитудное дыхание вызывало некоторое снижение напряжения кислорода в артериальной и венозной крови и увеличение напряжения углекислого газа, однако, эти изменения не были статистически достоверными и не влияли существенно на полученные результаты.

Таблица 3. Изменение величин кровотока в брюшной части задней полой

вены у животных при увеличении амплитуды дыхания.

Параметр Нормальное дыхание у животных Дыхание с повышенной амплитудой Изменение показателя в процентах к исходному

Средний кровоток 50.0 ( 7.4 49.3 ( 5.7 -1.6 ( 3 %

Кровоток

во время выдоха 44.5 ( 9.2 34.5 ( 8.7 -23( 5 %

Кровоток

во время вдоха 55.5 ( 6.4 64.0 ( 3.9 15 ( 4 %

Амплитуда кровотока 11.0 ( 2.8

29.5 ( 7.3 168 ( 22 %

Обозначения: значения кровотока указаны в мл/мин.

Результаты наблюдений на людях подтвердили закономерность, полученную в экспериментах на животных: при высокоамплитудном дыхании средний кровоток в бедренной вене практически не изменялся. Мгновенные значения кровотока во время вдоха возрастали, а на выдохе снижались в большей степени, чем при обычном дыхании, то есть отмечался рост амплитуды их колебаний. В изменениях амплитуды колебаний венозного кровотока при высокоамплитудном дыхании участвуют сдвиги внутригрудного и трансдиафрагмального давлений.

Полученные экспериментальные данные выявили влияние волновых характеристик внешнего дыхания на пульсовые (амплитуду и частоту) характеристики кровотока. Диапазон изменений указанных характеристик дыхания позволяет сделать вывод о возможности их изменением направленно воздействовать на сопряжённые функции органных сосудов.

заключение

Представленные в диссертационной работе данные о механизмах изменений сопряжённых функций органных сосудов и системной гемодинамики при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания позволили выявить принципиально новые закономерности их функционирования и сформулировать концепцию волнового управления ими.

Установлено, что при переходе от непульсирующей к пульсирующей перфузии изменение амплитуды и частоты кровотока (при сохранении его среднего значения) приводит к сдвигам резистивной, ёмкостной и обменной функций сосудов. Величина и направленность отмеченных сдвигов определялись значениями амплитуды и частоты пульсаций, что позволяет предположить существование волнового контура управления этими функциями. Функциональная значимость и эффективность управления сопряжёнными функциями регионарных сосудов, реализуемой посредством модуляции амплитуды и частоты пульсовых колебаний, заключается в осуществлении таких изменений с минимальными энергетическими затратами со стороны сердца.

Пульсирующий кровоток вызывал наибольшие сдвиги гемодинамических параметров, характеризующих обменную функцию сосудов. Такой кровоток, увеличивая скорость транскапиллярного перемещения жидкости по сравнению с непульсирующим, способствует выполнению одной из главных задач системы кровообращения – её обменной функции. В амплитудно-частотных характеристиках исследуемых гемодинамических параметров, характеризующих резистивную и обменную сосудистые функции, выявлены точки экстремумов, существование которых свидетельствуют о наличии резонансных свойств в указанных функциях, играющих важную роль в функционировании биосистем.

Внутривенное введение катехоламинов, вызывая увеличение лёгочного кровотока, приводит к неоднозначным по величине и направленности изменениям давления в лёгочной артерии. При этом если между этими гемодинамическими показателями существует фазовый сдвиг, время максимума реакции давления наступает раньше времени максимума кровотока в лёгочной артерии; причём фазовый сдвиг свидетельствует об изменении ёмкости сосудов малого круга при действии катехоламинов.

Прессорные воздействия на систему кровообращения вызывают изменения частоты сердечных сокращений и амплитуды пульсовых колебаний артериального давления более выраженные, чем сдвиги его средней величины. Диапазоны наблюдаемых сдвигов амплитуды и частоты колебаний давления свидетельствуют о возможности их непосредственного влиянии на сопряжённые функции органных сосудов.

В условиях искусственной вентиляции лёгких модуляция частоты и амплитуды дыхательного объёма за цикл выявила относительную устойчивость параметров лёгочной микро- и макрогемодинамики, если величина интратрахеального давления находилась в физиологических пределах. На фоне гипервентиляции сдвиги этих параметров в основном возрастали, причём сдвиги показателей, характеризующих обменную функцию, достигнутые при изменении частотной составляющей вентиляции, были более выражены, чем при вариации её объёмной компоненты.

Результаты проведённых экспериментов свидетельствуют о влиянии параметров режима дыхания (амплитуды дыхательного цикла при глубоком дыхании) как на мгновенные значения артериального и венозного кровотока, так и на частоту сердечных сокращений, то есть на волновые характеристики кровотока. При увеличении амплитуды дыхательного цикла возрастает амплитуда пульсовых колебаний кровотока в большей степени, чем сдвиги его средних значений. На изменение величины пульсовых колебаний кровотока влияют сдвиги внутригрудного и трансдиафрагмального давлений.

Таким образом, при рассмотрении взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем, работающих в колебательном режиме, показано, что изменение волновых характеристик дыхания оказывает непосредственное влияние на микро- и макрогемодинамику лёгочных сосудов, а также модулирующее действие на амплитудно-частотные характеристики артериального и венозного кровотоков, влияющие, в конечном итоге, на сопряжённые функции органных сосудов.

Полученные данные об участии волновых характеристик кровотока (давления) и внешнего дыхания в управлении сопряжёнными функциями регионарных сосудов и системной гемодинамикой позволяют предложить концепцию волновой регуляции функциями органных сосудов, в соответствии с которой гемодинамические параметры, характеризующие указанные функции, могут изменяться при модуляции волновых характеристик кровотока и внешнего дыхания. Возможность изменением амплитуды и частоты пульсаций сдвигать показатели резистивной, ёмкостной и обменной функций позволяет предположить существование волнового контура управления этими функциями.

В Ы В О Д Ы

1. Установлена функциональная значимость волновых характеристик кровотока, заключающаяся в возможности модуляцией амплитуды и частоты пульсаций, при сохранении его среднего значения, изменять величину и направленность сдвигов параметров, характеризующих резистивную, ёмкостную и обменную функции сосудов.

2. Наибольшими сдвигами в ответ на действие пульсаций характеризуются показатели обменной функции. Пульсирующий кровоток, в сравнении с непульсирующим, увеличивает интенсивность транскапиллярного перемещения жидкости, способствуя лучшему выполнению одной из главных задач системы кровообращения – её обменной функции.

3. Режим перфузии (постоянный кровоток или давление) при переходе от непульсирующего к пульсирующему влияет на величину и направленность сдвигов гемодинамических параметров резистивной и обменной сосудистых функций. В условиях стабилизации перфузионного давления сдвиги суммарного сопротивления сосудов в ответ на действие пульсаций направлены только в сторону увеличения и более выражены, чем при стабилизации кровотока, при котором изменения сопротивления были разнонаправленными. При перфузии постоянным кровотоком пульсации приводили к разнонаправленным и большим по величине сдвигам коэффициента капиллярной фильтрации, чем при стабилизации давления, в условиях которого изменения этого параметра были направлены только в сторону увеличения.

4. Модуляция амплитуды и частоты кровотока выявила свойство гемодинамических параметров, характеризующих резистивную и обменную сосудистые функции, достигать своих максимальных изменений – экстремумов при определённых значениях амплитуды и частоты пульсаций. Такие свойства исследуемых гемодинамических показателей ассоциируются с резонансными.

5. Увеличение амплитуды дыхательного цикла и частоты искусственной вентиляции доли лёгкого приводят к снижению показателей её макро- и микрогемодинамики; сдвиги указанных показателей мало зависят от частотно-объёмных характеристик вентиляции и относительно стабильны в физиологическом диапазоне изменения транстрахеального давления и определяются изменениями минутного объёма вентиляции. На фоне гипервентиляции сдвиги фильтрационно-абсорбционного равновесия в лёгких становятся более выраженными и смещаются в сторону фильтрации.

6. Возрастание амплитуды дыхательного цикла, вызывая увеличение отрицательного внутригрудного давления, приводит к росту частоты и амплитуды пульсовых колебаний артериального и венозного кровотоков, не изменяя их средние величины. Эти данные свидетельствуют об отсутствии прямого механизма действия отрицательного внутригрудного давления на средние величины регионарного артериального и венозного кровотоков.

7. Изменение волновых характеристик дыхания в условиях взаимодействия работающих в колебательном режиме сердечно-сосудистой и дыхательной систем оказывает непосредственное влияние на микро- и макрогемодинамику лёгочных сосудов, а также модулирующее действие на амплитудно-частотные характеристики артериального и венозного кровотоков, диапазон изменений которых оказывает непосредственное воздействие на сопряжённые функции органных сосудов.


загрузка...