2 курс / Нормальная физиология / Вегетативные_пароксизмальные_состояния_и_терморегуляция_организма

Рис. 2.4. Скорость транспорта (q) кислорода артериальной (а), смешанной венозной (v) кровью и артериально-венозный градиент рО2 у юных и взрослых велосипедистов высокого класса при ступенеобразно повышаюшейся нагрузке. Вертикально заштрихованная площадь – потребление кислорода юными спортсменами, горизонтально – взрослыми спортсменами.

Приведенные данные свидетельствуют о значительной роли повышения эффективности гемодинамики в онтогенезе и при спортивных тренировках, развития системы местной циркуляции с ее ауторегуляторными и внешними механизмами регуляции. Изменения гемодинамики у нетренированных и тренированных лиц в зависимости от состояния организма позволяют ориентировочно оценить количественный вклад разных уровней и механизмов регуляции в управление кровообращением. Известно, что в состоянии «готовности» к работе (аlertness) наблюдается учащение ЧСС, повышение систолического и пульсового давления, увеличение сердечного выброса, снижение ОПС. Условнорефлекторное усиление сердечной деятельности, учащение ЧСС, повышение систолического и пульсового давления, увеличение сердечного выброса, снижение ОПС становятся более выраженными во время фальш-старта, когда дается сигнал «начать работу», но работа фактически не начинается. МОК в этом случае несмотря на минимальное возбуждение проприорецепторов и хеморецепто-

141

ров у спортсменов может увеличиваться в 2 раза по сравнению с уровнем основного обмена, ЧСС — в 1,4 раза.

Нагрузка субмаксимальной интенсивности (при включении всех уровней регуляции кровообращения) приводит к четырехкратному увеличению ЧСС, шестикратному увеличению МОК, к более чем двукратному увеличению систолического индекса, а работа с МПК еще больше увеличивает МОК. Прекращение работы и, следовательно, прекращение раздражения проприорецепторов не вызывает немедленного возврата ЧСС, МОК и систолического индекса к норме. ЧСС снижается в первые 30 секунд только на 24%. а МОК — на 16% по сравнению с ЧСС и МОК при субмаксимальной нагрузке. Даже на 12-й минуте восстановительного периода, когда основной кислородный долг выплачен, ЧСС не только выше уровня покоя, но и уровня предстартового и условностартового состояния.

Если обратиться к данным об эффективности гемодинамики, то оказывается, что при условнорефлекторном изменении параметров гемодинамики соотношение между МОК и скоростью потребления кислорода снижается незначительно, но это небольшое снижение, обусловленное влиянием центральных механизмов на регуляцию тканевого кровотока, статистически достоверно. Наибольшее повышение эффективности гемодинамики, без которого кровоток не смог бы обеспечить выполнение работы, наблюдается во время нагрузки, когда центральные регуляторные влияния усиливаются в результате возбуждения многих афферентов, в первую очередь проприорецепторов работающих мышц и хеморецепторов сосудистого русла. Во время нагрузки снижение рО2 в работающих мышцах, накопление СО2 и других метаболитов усиливает также и деятельность ауторегуляторных механизмов, что приводит к значительному уменьшению общего периферического сопротивления и увеличению общей площади диффузионной поверхности для кислорода. При многократном увеличении скорости кровотока артерио-венозное различие по кислороду увеличивается до 17 об.%, содержание кислорода в смешанной венозной крови снижается до 3 об. %, а в случаях работы субмаксимальной интенсивности — до 2 об.%. Однако при таком резком уменьшении содержания кислорода скорость транспорта кислорода смешанной венозной кровью не только не ниже, но в 1,5 раза выше уровня покоя, т. е. общий резерв кислорода в венозной крови увеличивается.

Хочется подчеркнуть, что впервые несколько минут восстановительного периода повышенная скорость транспорта кислорода смешанной венозной кровью сохраняется при значительном снижении скорости транспорта кислорода артериальной кровью. Скорость транспорта кислорода артериальной кровью в это время уменьшается

142

не вследствие снижения содержания в ней кислорода: хотя во время нагрузки насыщение артериальной крови кислородом снижается на 8 – 10 %, потеря воды и гемоконцентрация приводят к сгущению крови и повышению ее кислородной емкости. Повышение температуры тела, рСО2 и снижение рН крови приводят к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина вправо, рО2 артериальной крови снижается незначительно. Казалось бы, что небольшое снижение рО2 вряд ли может вызвать такое значительное возбуждение хеморецепторов. Исследования, проведенные нами совместно с А.Г.Мисюрой, показали, что если во время физической нагрузки напряжение кислорода в артериальной крови снижается незначительно, то увеличение артериальновенозного градиента рО2 приводит к выраженному увеличению колебаний рО2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови на протяжении дыхательного цикла. Амплитуда этих колебаний в альвеолярном воздухе составляет 12 – 13мм рт. ст., а в артериальной крови — 4 – 8мм рт. ст., что в 2,5 – 3 раза больше, чем в покое. Полученные данные позволяют высказать предположение, что флуктуирующие колебания рО2 на протяжении дыхательного цикла вызывают периодическое усиление разрядов хеморецепторов и что они оказывают влияние не только на нервные образования, регулирующие дыхание, но и на гемодинамику. Это предположение, нам кажется, заслуживает дальнейшей экспериментальной проверки.

Приведенные данные дают основание для заключения о том, что хеморецепторный и метаболический механизм обладают значительным влиянием на параметры гемодинамики во время нагрузки и в первые минуты восстановительного периода. Предварительные расчеты показывают, что свыше 50% увеличение МОК обусловлено изменением напряжения респираторных газов в крови и тканях и накоплением метаболитов.

В условиях нормальной жизнедеятельности организма, как известно, происходят существенные изменения центральной гемодинамики. Мышечная нагрузка, эмоциональное напряжение приводят к росту системного артериального давления (САД), а при изменениях положения тела в вертикальной плоскости меняется соотношение между давлением крови в системах верхней и нижней полых вен. Эти изменения показателей центральной гемодинамики, очевидно, не должны сказываться на кровоснабжении головного мозга, который требует всегда высокой интенсивности кровоснабжения. В связи с этим в процессе эволюции вырабатывались специальные физиологические механизмы, которые, управляя сопротивлением сосудов головного мозга, обеспечивают необходимый уровень интенсивности мозгового кровотока при значительных колебаниях системного артериаль-

143

ного давления и при изменениях условий оттока крови от черепа при колебаниях давления в системе верхней полой вены. Этот феномен, указывающий на определенную функциональную устойчивость системы мозгового кровообращения, обусловленную деятельностью своих внутренних механизмов регуляции, получил название «ауторегуляция мозгового кровообращения». Однако подобная независимость показателей внутричерепного кровообращения и центральной гемодинамики наблюдается не всегда и нарушается при изменениях метаболизма, обусловленных нарушениями функции печени, поджелудочной железы, высокими соотношениями АсЛТ / АлАТ, низкими количественными показателями тромбоцитов. Эти группы показателей жестко зависят друг от друга. Последнее указывает на относительно легкую ранимость системы регуляции кровообращения на уровне целостного организма.

Понятие ауторегуляции мозгового кровообращения означает, таким образом, способность его сосудистой системы поддерживать средний мозговой кровоток на относительно постоянном уровне при изменениях перфузионного давления, а также изменять его в соответствии с потребностями нервной ткани при изменении химизма крови.

Учение об ауторегуляции мозгового кровообращения – механизма, способного поддерживать мозговой кровоток при сдвигах показателей центральной гемодинамики, прошло путь от полного отрицания такой возможности (доктрина Монто – Келли), признания пассивного следования просвета сосудов мозга за изменениями САД и до современных представлений о способности системы внутричерепной гемоциркуляции обеспечивать относительное постоянство кровотока, несмотря на изменения условий притока и оттока крови от черепа.

В последние 15 лет было выяснено, что мозговой кровоток практически не меняется при изменениях артериального давления в пределах 60 – 200мм рт. ст. и внутричерепного давления в пределах 15 – 100мм рт. ст., или обоих этих параметров таким образом, чтобы перфузионное давление через мозг не падало ниже 40мм рт. ст. – в этих условиях кровоток поддерживается за счет снижения цереброваскулярного сопротивления. Однако снижение перфузионного давления ниже 20 – 30мм рт. ст. быстро приводит к резкому уменьшению мозгового кровотока – до 10 – 20мл на 100г в минуту, падению рО2 в венах мозга ниже 20мм рт. ст. и к смерти. Таким образом, факт существования ауторегуляции мозгового кровотока в настоящее время вряд ли может вызвать сомнение.

Время срабатывания этого механизма в каждом эксперименте является весьма постоянной величиной, которая колеблется у разных животных от 25 до 80 секунд (45,7 ± 3,09сек). Существенной разницы

144

между временем стабилизации кровотока на исходном уровне после скачкообразного снижения или повышения давления не наблюдалось. Не удалось также обнаружить латентный период между установлением на одном уровне артериального давления и началом изменения кровотока, которое наблюдалось сразу же после установления давления на новом уровне, если давление изменялось быстро, но при достаточно медленных изменениях давления кровоток менялся несущественно, даже если давление падало или возрастало до 30 – 40мм рт. ст.

Весьма характерной особенностью проявления данных регуляторных процессов гемодинамики и метаболизма является то обстоятельство, что они наблюдаются лишь в условиях нормального функционирования внутренних органов, объединенных в системную регуляцию путем кровообращения. Системный характер регуляции обеспечивается непрерывным распределением и обменом натрия и калия, взаимосвязанных с обменом воды и ее распределением на килограмм массы тела.

При изменении перфузионного давления в сосудах мозга существует определенная направленность реакции сосудов мозга. Согласно исследованиямг.И.Мчедлишвили, для пиальных артерий типична реакция вазодилатации, в то время как внутримозговые артерии имеют тенденцию к сужению. Противонаправленность в реакции пиальных и внутренних артерий мозга наблюдалась и нами при изучении реакции сосудов мозга в ответ на воздействие СО2 (130, 134, 136, 139, 144, 146, 152, 153).

Сосудистые реакции, лежащие в основе ауторегуляции мозгового кровотока, осуществляются в сложной биофизической структуре полости черепа, характеризующейся нелинейными взаимосвязями объемов и давлений жидких сред — артериальной и венозной крови и ликвора в краниоспинальном пространстве. Это обусловливает, в свою очередь, нелинейность зависимости суммарного сопротивления сосудистой системы головного мозга от просвета того или иного уровня мозговых сосудов и означает, что механизм, лежащий в основе ауторегуляции мозгового кровообращения, должен учитывать также и особенности биофизической структуры системы внутричерепного кровообращения. Таковы основные отличительные черты ауторегуляционных процессов в сосудистой системе головного мозга.

Механизмы изменений цереброваскулярного сопротивления, лежащих в основе ауторегуляции мозгового кровотока, до сих пор остаются неясными. Из множества существующих представлений о механизмах ауторегуляции кровотока головного мозга можно выделить не-

145

сколько: концепцию тканевого давления, миогенную, метаболическую и нейрогенную.

По концепции тканевого давления процесс регуляции суммарного мозгового кровотока можно объяснить чисто механическими факторами. Согласно этому представлению, с ростом артериального давления нарушается процесс фильтрации жидкости вследствие изменения отношений прекапиллярного и посткапиллярного давления. Учитывая, что мозг заключен в ригидный контейнер, надо полагать, что этот процесс связан с повышением давления в ткани мозга. Вены как сосуды с низким давлением и податливыми стенками коллябируются, и посткапиллярное давление повышается. При снижении артериального давления наблюдается обратная картина.

Воснове миогенной концепции лежит феномен, заключающийся

втом, что мышечная оболочка артерий реагирует сокращением на повышение и расслаблением на снижение внутрисосудистого давления. Для сосудов мозга основным действующим фактором, стимулирующим ауторегуляцию при изменениях артериального давления, является измененное трансмуральное давление.

Метаболическая концепция регуляции суммарного мозгового кровообращения предполагает, что первичное падение перфузионного давления ведет к снижению кровотока, которое сказывается на концентрации метаболитов, а изменение концентрации метаболитов уже вторично ведет к изменению просвета сосудов. Среди вазоактивных веществ, которые могут принимать участие в процессе ауторегуляции

мозгового кровотока, особое значение придается изменениям рСО2 в ткани мозга и изменениям рН межклеточной среды и ликвора.

Нейрогенная концепция ауторегуляции суммарного мозгового кровотока основана на многочисленных данных о богатой иннервации мозговых сосудов, а также хорошо известных фактах наличия рефлексогенных зон в полости черепа. Согласно этой концепции, рефлекторный механизм является ведущим в процессе ауторегуляции мозгового кровотока.

Таким образом, в настоящее время нет единой точки зрения на физиологические механизмы, обусловливающие независимость мозгового кровотока при сдвигах показателей функционирования центральных отделов системы кровообращения. Проблема с каждым годом становится все более сложной, поскольку число противопоставляемых друг другу фактов непрерывно растет. Последнее, на наш взгляд, является свидетельством того, что используемые в настоящее время подходы к исследованию проблемы регуляции мозгового кровообращения далеки от совершенства. Прежде всего следует еще раз подчеркнуть, что внутричерепное кровообращение, как уже было от-

146

мечено, представляет собой сложнейшую биофизическую систему, отличающуюся нелинейностью характеристик и неоднозначностью реакций на внешние возмущения, которые определяются не только характеристиками внешнего стимула, но и состоянием системы в момент исследования.

Учитывая это, логично предположить, что регулирование мозгового кровотока является сложным многосвязным процессом. Это, в свою очередь, служит основанием для предположения о том, что изученные к настоящему времени факторы, участвующие в регуляции мозгового кровообращения и обозначаемые в настоящее время как различные механизмы, представляют собой лишь отдельные проявления системы регулирования данного функционального звена. В условиях нормальной жизнедеятельности организма это регулирование может складываться из суперпозиций названных механизмов, их независимого действия, а может быть следствием их скоординированного участия. В последнем случае результат регулирования, по-видимому, будет зависеть не только от поступающих стимулов, но и, учитывая особенности состояния системы в данный момент, являться оптимизированным решением для каждой конкретной ситуации. Этот случай предполагает, очевидно, и неоднозначность реакций на сходные стимулы, с чем, как известно, постоянно сталкиваются исследователи, занимающиеся экспериментальным изучением системы регуляции мозгового кровообращения. С позиции системного математического структурно – функционального подхода весьма конструктивной представляется гипотеза о том, что в основе регуляции системной гемодинамики и ауторегуляции мозгового кровообращения находится структурно - функциональный центр, в который с рефлексогенных зон, расположенных в артериальном и венозном отделах сосудов мозга, и с твердой мозговой оболочки поступает информация о состоянии условий притока и оттока крови от черепа, а также кардио – респираторной системы, желудочно – кишечного тракта, печени и селезенки. В зависимости от получаемой температурной информации нейрогенно вырабатывается управляющее воздействие на мозговые сосуды путем регуляции фазовых состояний вещества, перехода его из газообразного в жидкое и кристаллическое.

Однако подобная точка зрения нуждается в разработке, поскольку она дает возможность учесть сложность и многосвязность данной физиологической системы.

147

ГЛАВА 3

Диагностика нарушений пароксизмальных состояний вегетативного гомеостаза на основе терморегуляции организма с помощью прибора неинвазивного определения формулы крови биохимических и метаболических показателей

3.1. Структурно-функциональная организация вегетативной нервной системы.

Практически нет таких патологических состояний, в развитии и течении которых не принимала бы участие вегетативная нервная система посредством изменения активности ТПС. В одних случаях эта активность является существенным фактором патогенеза, в других – возникает вторично в ответ на повреждение любых систем и тканей организма. Сложность диагностики нарушений функций вегетативной нервной системы заключается в ее структурно-функциональной организации и сложности диагнгстики нарушений ТПС, определяющей кровообращение и метаболизм внутренних органов посредством изменения активности ферментативной системы, которая осуществляет этот процесс (4, 16, 17, 21, 22, 31, 32, 33, 40, 46, 48, 49, 53, 65, 74, 76, 86, 87, 104, 110, 112, 114, 118, 120, 122, 132, 135, 139, 146, 155, 156, 157, 158, 160, 177, 185, 188, 190, 192, 202, 213, 215, 222, 233, 244, 248, 252, 260, 264). Существенным моментом в регуляции ферментативных процессов взаимодействия вегетативной нервной системы по отношению к внешним фактора воздействия (атмосферное давление, газовый состав атмосферы) является ответная реакция организма, определяющая дифференцировку стволовых клеток костного мозга в направлении формирования зрелых эритроцитов и нейтрофилов, содержащих белковые компоненты эритропоэтин и интерлейкин, а также минеральные составлящие и металлы. Взаимодействие системы кроветворения и формирования периферического состава крови осуществляется на уровне биохимических процессов. Система регуляции биохимических процессов является многоуровневой с активным участием генной, эндокринной и нервной систем, объединенных в единую посредством изменения активности ТПС. Некоторые предпосылки регуляции ТПС заложены в самой структуре сети биохимических превращений, которые в зависимости от конкретных температурных условий и рН среды могут реализовываться в любом из двух противоположных направлений (активации или ингибирования ферментов), происходя-

148

щих в результате существования отдельных равновесных стадий или систем равновесных превращений (глюкокортикоиды и минералокортикоиды), обеспечиваемых кровообращением соответствующих органов. Равновесные превращения связаны с метаболизмом углеводов, липидов, белков и образованием воды, а также ее перераспределением по секторам организма. Достижение энергетического равновесия регулируется двумя триозофосфатами, работающими в режиме окис- ления-восстановления, связанных с временными параметрами кардиоцикла: при избытке NAD+ и интенсивном окислении 3- фосфоглицеринового альдегида происходит смещение реакции в сторону образования ацилкофермента А, который будет восстанавливаться до глицерин 3-фосфата; при дефиците последнего в мышечной ткани накапливается пируват и восстановленный никотинамидный кофермент. Эти биохимические преобразования определяют изоферментный спектр ткани и тип обмена веществ в ней. При этом изменения обмена веществ связаны с ферментными системами клетки (цитозоль, митохондрии, ядро). Эти превращения одновременно сопровождаются изменениями лактатдегидрогеназ сыворотки, аминотрансфераз, креатенинкиназ, фосфотаз, белков плазмы и небелковых азотистых компонентов крови. Регуляторными механизмами этих процессов является пространственная структура, которая включает в себя систему внешнего дыхания, систему кровообращения, транспорт кислорода к клетке и распределение в пространстве протекающих биохимических процессов в том числе и в клетке. При этом клеточная среда отделена от внешней клеточной мембраной, которая участвует в некоторых основополагающих для живой клетки процессах - производстве АТФ. Системы, осуществляющие данные процессы распределены между различными отделами митохондрий, которые обеспечивают создание трансмембранного градиента концентрации протонов, осуществляющих перенос электронов, от NAD * Н к молекулярному кислороду. Посредством этих процессов осуществляется сопряженное фосфорилирование АДФ с помощью ферментативных систем, которые полностью вмонтированы в митохондриальную мембрану. Митохондрии являются активными участниками кислородного и азотистого обмена посредством образования ά –кетоглютарата, который активирует первые этапы цикла мочевины. Эти биохимические процессы осуществляются с помощью пассивного транспорта незаряженных молекул, таких как СО2 и кислород. Этот транспорт зависит от изменения коэффициента растворимости данных молекул, который в свою очередь зависит от температурного градиента. Особенно наглядно эти аспекты биохимических превращений выражены в системе мышечного сокращения, осу-

149

ществляемого с помощью сегментарного отдела вегетативной нервной системы.

3.2. Сегментарная вегетативная нервная система.

Непосредственными участниками сокращения являются два белка – миозин и актин. Актин, являясь глобулярным белком, обладает способностью к полимеризации с удлинением структуры и превращением в F –актин. При отсутствии АТФ или его снижении раствор становится вязким. При добавлении АТФ вязкость снижается в результате разрушения комплекса, а затем начинает постепенно останавливаться в результате гидролиза АТФ. Эти процессы играют важную роль в процессах мышечного сокращения. (12, 13, 25, 27, 34, 41, 47, 72, 73, 88, 95, 111, 128, 129, 173, 245, 247, 252, 256, 259, 291, 296).

Процессы мышечного сокращения обеспечивают ферменты, которые находятся как в органах, так и в мышцах, а также в клетках крови. Главными ферментами, участвующими в мышечном сокращении, являются: аспартатаминотрансфераза, аланинаминотрасфераза, глутаматдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, креатинкиназа, альдолаза. Их системная регуляция осуществляется кровообращением с помощью вегетативных нейронов, заложенных главным образом в спинном мозге: в грудном отделе – симпатические, в крестцовом – парасимпатические и боковых рогах спинного мозга. Сегментарные аппараты заложены и в стволе головного мозга. Прежде всего это мощный ядерный аппарат десятого нерва (блуждающего); вегетативное ядро седьмого нерва, волокна от которого идут к подъязычной и подчелюстной железам и осуществляют расширение сосудов мозговой оболочки; вегетативное ядро девятого нерва, от которого начинается барабанный (Якобсонов) нерв, идущий к околоушной железе, и вегетативное ядро глазодвигательного нерва (ядро Якубовича — Эдингера

— Вестфаля), волокна которого участвуют в регуляции величины зрачка. Стволовые ядерные образования являются гомологами боковых рогов спинного мозга, так же как двигательные и сенсорные ядра ствола — гомологами передних и задних рогов. Сегментарная система состоит из симпатического и парасимпатического отделов. Рассмотрим их отдельно.

3.3. Симпатический отдел вегетативной нервной системы.

Как считают большинство исследователей, повышение активности ферментов в сыворотке крови прицелом ряде заболеваний прежде всего происходит из-за выхода энзимов из поврежденных органов и

150