Реакции системного и мозгового кровообращения у лиц с различными типами регуляции гемодинамики 03. 00. 13 физиология

Работа выполнена в Кубанском государственном медицинском университете.

Научный консультант: доктор медицинских наук профессор

Хананашвили Яков Абрамович.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук профессор

Дроботя Наталья Викторовна;
доктор медицинских наук профессор

Канорский Сергей Григорьевич;

доктор медицинских наук профессор

Никольский Всеволод Сергеевич.

Ведущая организация: НИИ Нормальной физиологии

им. П.К. Анохина РАМН

Защита состоится « 3 » октября 2008 г. в 10⁰⁰ на заседании диссертационного совета Д 208.038.01 при Кубанском государственном медицинском университете (350063, г. Краснодар, ул. Седина, 4, тел. {8612} 685731).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного медицинского университета.

Автореферат разослан «______» ______________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

профессор Ю.Р. Шейх-Заде

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. В физиологии кровообращения одно из ведущих мест принадлежит проблеме взаимодействия системной и регионарной гемодинамики в процессе адаптации организма человека. Являясь многоплановой, данная проблема наиболее остро ощущается в отношении закономерностей взаимодействия системной гемодинамики с мозговым кровообращением, что обусловлено все увеличивающимися масштабами распространенности среди населения Российской Федерации сосудистой патологии мозга, прежде всего, инсультов. Исключительная медико-биологическая и социально-экономическая значимость проблемы инсульта послужила основанием для разработки Минздравсоцразвития России целевой программы «Снижение смертности и инвалидности от сосудистых заболеваний мозга в Российской Федерации» с включением ее в число первоочередных задач приоритетного национального проекта в сфере здравоохранения на 2008-2010 годы. Это обстоятельство ставит установление закономерностей взаимодействия системного и мозгового кровообращения в разряд наиболее важных проблем отечественной медицинской науки и этим определяет необходимость интенсификации фундаментальных и клинико-физиологических исследований по ее комплексной разработке (Чазов Е.И., 2006; Гусев Е.И. и соавт., 2006; Скворцова В.И., 2007; Джеймс Ф. Тул, 2007).

Существенный вклад в разработку данного научного направления внесен классическими исследованиями, выполненными под руководством Москаленко Ю.Е. (1976-2002), Ткаченко Б.И. (1981-2000), Мчедлишвили Г.И. (1980-1992), Ганнушкиной И.В. (1982-2005), посвященными анализу многочисленных аспектов деятельности системного кровообращения и мозговой гемодинамики при разных функциональных состояниях организма. В развитие этого, за последние полтора десятилетия описаны закономерности ауторегуляции кровотока в головном мозге при острых нарушениях системного артериального давления, определены принципы организации микрогемодинамики в коре мозга в условиях хронической артериальной гипертензии (Хананашвили Я.А., 1995-2005). Сформировано представление, что в естественных условиях жизнедеятельности организма уровень кровоснабжения мозга есть результат интеграции регуляторных механизмов, обеспечивающих поддержание собственного внутримозгового гомеостаза, оптимальной внутричерепной гемо- и ликвородинамики, а также системной кардиогемодинамики (Москаленко Ю.Е., 2002).

В то же время, несмотря на определенные достижения, проблема еще далека от своего разрешения. Так, к числу нерешенных аспектов данной проблемы относится необходимость выяснения характера регуляторных явлений в артериальных и венозных сосудах мозга, их соотношения друг с другом и с параметрами системной гемодинамики при различных функциональных состояниях организма.

В качестве одного из информативных средств анализа регуляторных явлений в сосудистой системе мозга традиционно используют оценку реактивности церебрального кровотока по отношению к тестирующему воздействию (Москаленко Ю.Е., 1992; Гайдар Б.В. и соавт., 1998; Шахнович В.А., 2002; Лелюк В.Г., Лелюк С.Э., 2004; Aaslid R., 1992; Schondorf R. et al., 2005 и др.). Внедрение современных инструментальных методов исследования, таких как транскраниальная допплерография, комьютерная томография, ядерно-магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионная томография в сочетании с функциональными тестами расширили возможности для проведения количественной и качественной оценки регуляции мозгового кровообращения у человека. Полученные таким путем показатели сосудистой реактивности успешно используют для выработки тактики лечения цереброваскулярных заболеваний (Гайдар Б.В. и соавт., 1999; Свистов Д.В., Семенютин В.Б., 2003; Пышкина Л.И. и соавт., 2003; Верещагин Н.В. и соавт., 2004; Лелюк В.Г., Лелюк С.Э., 2004; Скворцова В.И. и соавт., 2005; Silvestrini M. еt al., 2004). Считается, что снижение цереброваскулярной реактивности влияет на функциональный исход инсульта (Хилько В.А. и соавт., 1998; Верещагин Н.В. и соавт., 2004) и значительно повышает риск развития повторных острых церебральных ишемий у пациентов с гемодинамически значимым поражением внутренних сонных артерий (Бархатов Д.Ю. и соавт., 1998; Назинян А.Г., 2001; Cullinane M., Markus H., 2000). Динамика цереброваскулярной реактивности используется в качестве прогностического критерия восстановления функционального состояния ткани мозга (Гайдар Б.В. и соавт., 1999; Settakis G. et al., 2003), эффективности гипотензивной терапии (Лелюк В.Г., Лелюк С.Э., 2004; Гапон Л.И. и соавт., 2005; Маколкин В.И., 2006; Novak V. et al., 2003 и др.).

В свою очередь известно, что характер реакций мозгового кровотока на тестирующие воздействия отличается вариабельностью. Очевидно, что сосудистые эффекты в системе мозгового кровообращения могут быть обусловлены индивидуально-типологическими особенностями регуляции системной гемодинамики, систематизированное представление о которых, основанное на роли сердечного и сосудистого компонентов в поддержании гемодинамического гомеостаза, было сформулировано Шхвацабая И.К. (1981-1986). Это положение определяет высокий научно-теоретический и практический интерес к выявлению принципов организации мозгового кровообращения у лиц с различными типами регуляции гемодинамики. Однако сведения по данному вопросу в литературе отсутствуют.

Внедрение в медицинскую науку системного подхода, позволяющего изучать отдельные физиологические процессы в их совокупности, открыло возможности для изучения функциональной организации организма как единого целого, неоценимый вклад в разработку которого внесен П.К. Анохиным (1968-1996), К.В. Судаковым (1971-2003). C позиций теории функциональных систем, сердечно-сосудистая и дыхательная системы представляются как системы, функционирующие по принципу саморегулирования, конечным приспособительным результатом которого является поддержание базисных показателей газового и кислотно-основного гомеостаза на оптимальном для организма уровне в каждый конкретный момент времени (Судаков К.В., 1997). Однако, если работ по раздельному изучению нейрорефлекторных механизмов регуляции системного и мозгового кровообращения и дыхания много, то число исследований, посвященных взаимоотношению этих функций у человека невелико.

В связи с вышеизложенным, целью работы явилось установление закономерностей реагирования системного и мозгового кровообращения на дыхательные и постуральные функциональные пробы, а также оценка уровня их сопряженности у практически здоровых лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции гемодинамики.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. 
   Выявить у лиц с гипо-, гипер-, эукинетическим типами регуляции гемодинамики различия в параметрах артериального и венозного мозгового кровотока, а также давления в центральной вене сетчатки глаза.
   
2. 
   Определить у лиц с различными типами регуляции гемодинамики характер реакций системного и мозгового кровообращения на воздействие гипервентиляции.
   
3. 
   Определить у лиц с различными типами регуляции гемодинамики характер реакций системного и мозгового кровообращения на воздействие пробы с задержкой дыхания (Breath-Holding Test).
   
4. 
   Определить у лиц с различными типами регуляции гемодинамики характер реакций системного и мозгового кровообращения на воздействие пробы с задержкой дыхания (проба Штанге).
   
5. 
   Определить у лиц с различными типами регуляции гемодинамики характер реакций системного и мозгового кровообращения на воздействие активной ортостатической нагрузки.
   
6. 
   Определить у лиц с различными типами регуляции гемодинамики характер реакций системного и мозгового кровообращения на воздействие антиортостатической нагрузки.
   
7. 
   На основе данных кросскорреляционного анализа параметров реакций установить у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции гемодинамики различия в уровне сопряженности между системным и мозговым кровообращением.
   

• 
  дана оценка состояния артериального и венозного кровотока в системе мозгового кровообращения у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции центральной гемодинамики;
  
• 
  показано, что параметры мозгового кровообращения у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции гемодинамики различается в отношении артериального кровотока, тогда как со стороны венозного кровотока такая зависимость не проявляется;
  
• 
  установлено, что, по сравнению с эукинетическим типом регуляции системной гемодинамики, в артериальных сосудах мозга при гипокинетическом типе преобладают вазодилататорные, а при гиперкинетическом типе – вазоконстрикторные влияния;
  
• 
  получены данные, отражающие зависимость реакций артериальных сосудов мозга от типа регуляции системной гемодинамики и вида функционального воздействия, а реакций венозных сосудов мозга – только от вида функционального воздействия;
  
• 
  выявлено, что цереброваскулярная реактивность на гипер- и гипокапнические функциональные воздействия у лиц с гипокинетическим типом регуляции снижена, а у лиц с гиперкинетическим типом – повышена.
  

Полученные в работе новые данные о существовании различий параметров мозгового кровообращения у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции системной гемодинамики позволяют сформулировать представление о наличии индивидуально-типологических особенностей кровоснабжения головного мозга у практически здоровых людей.

Выявленные особенности мозгового кровообращения у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции системной гемодинамики дополняют сведения о причинах вариабельности артериального мозгового кровотока у лиц одного пола и возраста как в условиях функционального покоя, так и при тестирующих воздействиях.

Результаты исследования расширяют возможности количественной и качественной оценки реактивности мозгового кровотока по отношению к тестирующему воздействию у человека. На основании полученных данных выявлено, что показатели цереброваскулярной реактивности (коэффициенты и индексы реактивности на гипо- и гиперкапнические нагрузки), а также реакции мозгового кровообращения на постуральные нагрузки находятся в зависимости от типа регуляции системной гемодинамики.

Разработаны предпосылки для совершенствования диагностики нормальных и патологических состояний центрального и мозгового кровообращения с учетом особенностей функционирования сердечно-сосудистой системы у лиц с различными типами регуляции гемодинамики. Выявленные различия в параметрах артериального мозгового кровотока по данным транскраниальной допплерографии у лиц с гипо-, гипер- и эукинетическим типами регуляции системной гемодинамики позволяют проводить индивидуальную оценку состояния мозгового кровообращения.

На основании полученных различий коэффициентов и индексов реактивности мозговых сосудов на гипер- и гипокапнические нагрузки у лиц с различными типами регуляции системной гемодинамики возможен индивидуальный подход к оценке резервных возможностей системы мозгового кровообращения, что может найти применение в диагностике и более обоснованному выбору способа лечения цереброваскулярных заболеваний.

На основании установленных различий в реакциях артериального мозгового кровотока на активное ортостатическое воздействие у лиц с различными типами ругуляции системной гемодинамики, выявлено, что лица с гипокинетическим типом могут быть группой риска развития ортостатической неустойчивости.

В настоящей работе представлены результаты исследования системного и мозгового кровообращения у практически здоровых лиц-добровольцев в возрасте от 20 до 30 лет, обладающих различными типами регуляции системной гемодинамики. В зависимости от величин сердечного индекса в состоянии покоя все испытуемые были разделены на три группы (Шхвацабая И.К. и соавт., 1981; Яковлев Г.М. и соавт., 1991):

1-я группа – лица с гипокинетическим типом регуляции гемодинамики (СИ<2,5 л·мин^-1·м^-2).

2-я группа – лица с эукинетическим типом регуляции гемодинамики (СИ от 2,5 до 3,5 л·мин^-1·м^-2).

3-я группа – лица с гиперкинетическим типом регуляции гемодинамики (СИ>3,5 л·мин^-1·м^-2).

В общей сложности проведен анализ 1144 протоколов исследования в покое и при функциональных воздействиях. В том числе 120 протоколов исследования параметров системного кровообращения и артериального мозгового кровотока в покое и при функциональных воздействиях у лиц с гипокинетическим типом регуляции гемодинамики, 220 – эукинетическим и 180 – гиперкинетическим; 96 протоколов исследования параметров системного кровообращения и венозного мозгового кровотока в покое и при функциональных воздействиях у лиц с гипокинетическим типом регуляции гемодинамики, 176 – эукинетическим и 144 – гиперкинетическим; 48 протоколов исследования давления в центральной вене сетчатки в покое и при функциональных воздействиях у лиц с гипокинетическим типом, 88 – эукинетическим и 72 – гиперкинетическим типом регуляции системной гемодинамики.

Исследования проводили в одно и тоже время суток (10-12 часов), в отсутствии у испытуемых предшествующей физической и эмоциональной активности. После 15-минутной адаптации к условиям исследования, производилось подключение аппаратуры и осуществлялась синхронная регистрация гемодинамических параметров системной и мозговой гемодинамики, а также напряжения СО₂ в конечной порции выдыхаемого воздуха в покое в течение 10 мин., затем в течение функциональной нагрузки. Интервал между регистрацией изучаемых параметров составлял 5-8 сек., то есть за одну минуту фиксировалось от 8 до 12 синхронных показаний параметров системной гемодинамики и допплерограмм, которые переносились в компъютер для дальнейшей статистической обработки. Изменения анализируемых параметров системной и мозговой гемодинамики во время функциональных проб оценивали по абсолютным (в соответствующих размерностях) и относительным (в %) максимальным отклонениям параметров, зарегистрированных в покое на последней (10-й) минуте.

Методы исследования системной гемодинамики. Исследование показателей системной гемодинамики производили с помощью полифункционального монитора Philips – М3046А с регистрацией систолического (АДс), диастолического (АДд), среднего (САД) артериального давления, частоты сокращений сердца (ЧСС) с последующим расчетом ударного индекса (УИ) с использованием поправочного коэффициента для определения УИ по формуле Старра (Заболотских И.Б. и соавт., 1999, 2001), сердечного индекса (СИ), общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС).

Методы исследования мозговой гемодинамики. Исследование параметров кровотока в средней (СМА, сегмент М1), основной (ОА) артериях мозга, вене Розенталя (ВР) и прямом синусе (ПС) производили методом транскраниальной допплерографии на допплерографе Сономед-315\М по стандартной методике (Шахнович А.Р., Шахнович В.А., 1996; Никитин Ю.М., Труханов А.И., 2004) с использованием импульсного режима и транскраниального зонда с частотой излучения 2 МГц. Количественная оценка показателей артериального мозгового кровотока включала измерение максимальной систолической скорости кровотока (Vs), максимальной конечной диастолической скорости кровотока (Vd), усредненной по времени максимальной скорости кровотока (Vm) (для отдельного комплекса Vm рассчитывалась по формуле Vm = (Vs + 2Vd)/3), индексов цереброваскулярного сопротивления - индекса пульсации Гослинга (PI=(Vs-Vd)/Vm), индекса сопротивления Пурсело (RI=(Vs-Vd)/Vs). При количественной оценке показателей венозного кровотока анализировали максимальную скорость кровотока (Vmax), соответствующую фазе диастолы.

Количественная оценка параметров внутричерепного давления производилась с помощью офтальмодинамометрии центральной вены сетчатки (ЦВС) электронным офтальмодинамометром ЭО-2 по методике М.Я. Бердичевскoго и О.Н. Породенко (1977).

Напряжение СО₂ в конечной порции выдыхаемого газа (Р_ЕТСО₂, мм рт. ст.) регистрировали с помощью полифункционального монитора Philips - М3046А, имеющего датчик-преобразователь двуокиси углерода М1460А.

Во время постуральных проб исследовались также параметры вентиляции легких и газообмена: дыхательный объем (ДО, мл), частота дыхания (ЧД, д∙мин^-1), минутный объем дыхания (МОД= ЧД • ДО, л∙мин^-1) с использованием лицевой маски, волюметра TYP 44901, включенного в экспираторную часть дыхательного контура, содержащего нереверсивный клапан, обеспечивающий раздельные потоки воздуха при вдохе и выдохе.

1. 
   гипервентиляционной нагрузкой (ГВ) - глубокое частое дыхание в течение 3-х мин;
   
2. 
   пробой с максимально возможной произвольной задержкой дыхания на фоне обычного дыхания без предшествующего глубокого вдоха или выдоха (Breath-Holding Test (BHT);
   
3. 
   пробой Штанге (ПШ) – проба с максимально возможной произвольной задержкой дыхания на глубоком вдохе, которые выполнялись исследуемым в положении лежа;
   
4. 
   активной ортостатической нагрузкой, которая воспроизводилась путем самостоятельного перехода исследуемым в вертикальное положение, во время которого осуществлялось измерение анализируемых параметров системной и мозговой гемодинамики;
   
5. 
   антиортостатической пробой, которая производилась путем поднятия ножного конца специальной поворотной кровати на 30º.
   

При ПШ оценивали изменения показателей на высоте максимального снижения скоростных характеристик кровотока (1-я фаза) с расчетом Кр^-_пш (на фоне глубокого вдоха) и максимального увеличения Vm в конце пробы (2-я фаза на фоне задержки дыхания) с вычислением Кр⁺_пш.

Рассчитывали индексы реактивности (ИР) на гиперкапническую нагрузку (ВНТ) - ИР⁺, пробу Штанге - ИР⁺_ПШ и гипокапническую нагрузку (ГВ) - ИР^-: ИР⁺ = ((V⁺ - V₀) / (V₀ (Р_ЕТСО₂ ⁺ - Р_ЕТСО₂⁰)) • 100%; ИР^- = ((V₀ – V^-) / (V₀ (Р_ЕТСО₂⁰ - Р_ЕТСО₂^-)) • 100%, где V₀ - значения Vm в покое (см/с); V⁺ - максимальные значения Vm на фоне гиперкапнической нагрузки (см/с); V^- - минимальные значения Vm на фоне гипокапнической нагрузки (см/с); Р_ЕТСО₂⁰ - напряжение СО₂ в выдыхаемом воздухе в покое (мм рт.ст.); Р_ЕТСО₂⁺ - напряжение СО₂ в выдыхаемом воздухе на фоне гиперкапнической нагрузки (мм рт.ст.); Р_ЕТСО₂^- - напряжение СО₂ в выдыхаемом воздухе на фоне гипокапнической нагрузки (мм рт.ст.) (Лелюк В.Г., Лелюк С.Э., 2001;Семенютин В.Б., Свистов Д.В., 2004).

Регистрируемые в рамках исследования показатели вносили в файл базы данных программы MS Excel XP (Microsoft Corp., США). Статистические расчеты произведены на персональном компьютере Pentium-IV c помощью статистических функций программы «BioSTAT» и Statistica 6.0 (SPSS 12). Учитывая характер распределения данных, использовались непараметрические методы статистического анализа. Величины показателей приведены в виде медианы (Ме), 25-го и 75-го процентилей (25% и 75%, соответственно). Для выявления межгрупповых различий на этапах исследования применяли критерии Манна-Уитни и Крускала-Уоллиса. В случае достоверности различий для множественного сравнения показателей в группах на этапах использовали критерии Дана и Даннета. Для сравнения изменений показателей до и после функциональной нагрузки применяли критерий Уилкоксона. Для оценки корреляционных зависимостей использовали критерий ранговой корреляции Спирмера с определением статистической значимости корреляции α (Гланц С., 1999). Была проанализирована сила корреляционных связей на основании значений 41600 коэффициентов корреляций.

Результаты исследования параметров системного кровообращения в покое у лиц с различными типами регуляции гемодинамики, соответствующие 1-ой, 2-ой и 3-ей группам, представлены в таблице 1.

Анализ полученных данных показал, что в покое параметры системной гемодинамики достоверно различались у испытуемых всех трех групп. Наряду с показателем, по которому испытуемые были разделены на группы - СИ, наблюдались также достоверные различия в отношении УИ, ОПСС, АДд и ЧСС. У лиц с гипокинетическим типом регуляции гемодинамики выявлены наименьшие значения СИ, УИ и наибольшие - ОПСС по сравнению с другими группами. Минимальные цифры АДд наблюдались у лиц с гиперкинетическим типом регуляции гемодинамики, максимальные - у испытуемых с гипокинетическим типом. ЧСС достоверно возрастала от 1-ой к 3-ей группе.

Результаты исследования параметров кровотока в средней мозговой и основной артериях по данным транскраниальной допплерографии в покое у лиц с различными типами регуляции системной гемодинамики, соответствующие 1-ой, 2-ой и 3-ей группам, представлены в таблице 2.