CC BY
12КАРДИОГЕМОДИНАМИКА У СОБАК И МЕХАНИЗМЫ КИСЛОРОДНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕРДЦА В УСЛОВИЯХ
ВЫСОКОГОРЬЯ
Х.Д. Каркобатов1, М.В. Балыкин2, Ю. Х-М. Шидаков3
институт горной физиологии нАн Кыргызстана1, г. Бишкек,
ульяновский государственный университет2, г. ульяновск, Кыргызско-российского славянского университета3, г. бишкек,
Резюме. Работа проведена на 14 собаках с применением современных физиологических методов исследования и посвящена раскрытие механизмов алаптации сердца коронарного кровотока высокогорной гипоксии. Раскрыты механизмы обеспечения организма и сердца кровью, кислородом: описана динамика процессов массопереноса и утилизации О2 в сердечной мышце в условиях высокогорья. Дана характеристика развития тканевой гипоксии.
Иттердин кардиогемодинамикасы жана бийик тоо шартында ЖYрeктY кычкылтек менен камсыздандыруунун мезанизмдери.
Х.Д. Каркобатов, М.В. Балыкин, Ю. Х-М. Шидаков Корутунду: Бул иште бийик тоо шартында азыркы кездеги изилдeeлeрдYн физиологиялык ыкмаларын колдонуп 14 итке тажрыйба жYргYЗYлгeндYГY кeрсeтYлгeн. Ошону менен бирге организмди жана жYрeктYн канын кычкылтек менен камсыздандыруу механизмдери аныкталган. Миокардтын ткандык гипоксиясынын eнYГYШYHYн мYнeздeмeсY берилген.
The mechanisms adaptation of heart dog to high altitude.
H.D. Karkobatov, M.V. Balykin, U. Ch-M. Shidakov Abstact. The work is carried out on 14 dog using modern physiological methods of investigation. The work is devoted to the detection of the mechanisms of adaptation of heart and coronary bed to high altitude hypoxia. Mechanisms of body and heart supply with blood O2. The characteristic of myocardial tissue hypoxia development is given.
Одним из основных механизмов приспособления организма к гипоксической гипоксии является возрастание минутного объема кровообращения, которое сопряжено с усилением насосной функции сердца [1.2]. Увеличение работы сердца в условиях артериальной гипоксемии создает предпосылки для возникновения тканевой гипоксии в органе, сопровождаясь изменениями сократительных возможностей миокарда. В первые дни пребывания в горах сократительная способность обоих желудков сердца снижается, однако по мере увеличения сроков адаптации (30-60 суток) показатель не только нормализуется, но и может превышать равнинную норму [2]. По мере увеличения сроков пребывания в горах формируется уровень метаболических процессов, функции внешнего дыхания, крови и сердечно-сосудистой системы, характеризующие стабильную фазу адаптации [1]. В этих условиях ведущие значение в компенсации гипоксии и тканевой гипоксии отводится межорганному перераспределению кровотока [3,4]. Между тем изменения регионарного кровотока являются одним из механизмов компенсации гипоксии, а кислородное обеспечение миокарда зависит от газового состава крови сродства гемоглобина к кислороду, диффузионных расстоянии для О2, способностей тканей утилизировать О2 [5, 6]. Исходя из вышеизложенного в задачи проведенного исследования входило изучение особенностей изменения газотранспортной функции крови, сис-
темной и регионарной кардиогемодинамики и их роли в кислородном обеспечении и компенсации тканевой гипоксии в разные сроки адаптации к условиям высокогорья.
Методика
Исследование проводили на п=14 беспородных собаках обоего пола массой 9-14 кг в предгорье (760 м над ур.м.), на 5-7-е и 30-е сутки пребывания животных в условиях высокогорья (3200 м над ур. м.). За 4-5 дней до эксперимента под общим гексеналовым наркозом (30 мг/кг массы тела) в полость левого и правого желудочков сердца трансплантировались катетеры под контролем электроманометра с дифференцирующим блоком. Зондирование осуществлялось через левую общую сонную артерию и правую наружную яремную вену. Регистрировали давление в полостях сердца и магистральных сосудах. Запись кривой давления в желудочках и его первой производной осуществлялось на самописце Н-3020/6 с параллельной записью ЭКГ во втором стандартном отведении. На основании этих данных рассчитывали систолическое и диастолическое давления в желудочках сердца, скорости нарастания и снижения, индекс сокращения и индекс расслабления миокарда, по [7].
Потребление кислорода ^02) определяли у интактных животных на аппарате Спиролит-2, после предварительной калибровки прибора газовыми смесями.
1у/ед1лцу1на ежемесячный научно-практический медицинский журнал
таблица 1 - Показатели сократительной функции левого желудочка сердца у собак в предгорье и высокогорье, М±m (п)
Показатели Предгорье 760 м над ур. м высокогорье 3200 м над ур. м.
5-7 сут 30 сут
МОК, мл/(мин, кг) 167±3,1 210±6,3 157±6,3
УО, мл 24±1,8 27±2,6 24±3,2
ЧСС, уд. мин 86±6,0 108±7,0* 90±6,0
Рс. мм рт. ст. 125±4,1 120±6,1 130±5,4
Рд. мм рт. ст 4,5±0,5 3,2±0,7 4,7±1,8
dP/dt max мм рт.ст/мин 2128±92 2611±131* 2506±116*
dP/dt min мм рт.ст/мин 1490±104 1771±102 1505±105
ИС 48±1,8 45±1,1 49±1,9*
ИР 32±1,2 37±2,0* 32±2,3
Примечание. МОК и УО - минутный и ударный объемы кровообращения. Рс и Рд - систолическое и диастолическое давления в левом желудочке. dP/dt max и dP/dt min - скорости нарастания и снижения давления в левом желудочке. ИС и ИР - индексы его сокращения и расслабления. Показано различие с покоем (•) и с предгорьем (*) при р<0,05.
таблица 2 - Кислородный режим сердца у собак в условиях предгорья и высокогорья
Показатели Предгорье, 760 м над сроки пребывания в горах, 3200 м над
ур.м. ур.м.
5-7-е сутки 30-е сутки
VO2 мл/(мл100 г) 4,1±0,2 8,7±0,8* 4,6±0,7
РаО2 мм рт.ст. 90,1±0,9 66,5±0,8* 62,0±1,2*
PvO2 мм рт.ст. 34,8±0,8 28,5±0,8 37,6±3,0
SaO2 % 96,3±0,1 92,5±0,2 91,6±0,5
SvO2 % 64,3±1,0 53,8±2,0* 60,0±2,4
CaO2 об.% 17,7±0,3 20,6±0,7* 19,5±0,3*
CvO2, об.% 11,7±0,3 12,1±0,4 13,0±0,5*
Коэф.утил. О2, % 33,8±2,0 41,2±1,3* 34,5±3,1
рНа 7,38±0,01 7,44±0,01* 7,39±0,01
pHv 7,34±0,01 7,32±0,02 7,33±0,01
РаСО2 37,2±0,7 27,5±0,8* 29,4±0,9*
PvCO2 43,5±1,2 34,3±0,8* 33,4±0,5*
qm л.ж., мл/(мин 100г) 80,5±3,4 125,9±8,4* 91,0±6,8*
qm п.ж., мл/(мин 100г) 72,6±2,9 113,3±6,9* 87,7±4,6*
Примечание. У02 - потребление кислорода. РаО2 и PvO2 напряжение кислорода в артериальной и венозной крови. SaO2 и SvO2 - насыщение кислородам артериальной, венозной крови. Са02 и ^02 - содержание кислорода в артериальной и венозной крови. РаСО2 и PvCO2 - напряжение углекислого газа в артериальной и венозной крови. qm л.ж., qm п.ж. - кровоток в левом и правом желудочке сердце. * Достоверность по сравнению с предгорьем Р<0,05.
Минутный объем кровообращения выявляли методом Фика, исходя из артерио-венозной разницы по кислороду в артериальной и смешанной венозной крови.
Напряжение кислорода (Р02), углекислого газа (РСО2) и концентрацию ионов Н в артериальной венозной крови определяли на микрогазоанализаторе АМЕ-1 (Дания). Насыщение крови кислородом (Б02) измеряли в кюветном оксигемометре, с поправкой на рН. Для определения органного кровотока использовали макроагрегат альбумина, меченный йодом 131, который вводили в левый желудочек сердца [8]. Через 3-5 мин после инъекции и определения функциональных показателей животным давали внутривенный гексеналовый наркоз и переводили на искусственную вентиляцию легких. При этом газовый состав артериальной крови строго поддерживался на уровне, зарегистрированном у интактных собак. После вскрытия грудной клетки через иглу катетер вводили в ве-
нозной синус для определения газового состава крови, оттекающей от сердца. Животных усыпляли раствором гексенала и KCL затем забивали. После взвешивания исследуемых органов определяли радиоактивность навесок на Л-счетчике ЛКБ (Швеция), с последующим расчетом объемной скорости кровотока [8]. Полученный материал обработан методом вариационной статистики.
результаты и их обсуждение.
Результаты исследования (табл.1) показали, что в покое на 5-7 сутки пребывания в высокогорье МОК (минутный объем крови) и ЧСС (частота сердечных сокращений) достоверно увеличиваются в среднем на 26%, по сравнению с контрольными данными в предгорье. Систолический объем сердца практически не изменяется, т.е. увеличение МОК сопряжено преимущественно с ростом ЧСС.
Усилению функциональной активности сердечно-сосудистой системы в период адаптации к условиям высокогорья находят разное объяснение.
В частности его связывают с понижением тонуса блуждающих нервов [2], а также с рефлекторным усилением ЧСС за счет афферентных сигналов в ЦНС в ответ на снижение артериального напряжения кислорода [11]. Неменьшее значение, по-видимому, имеет увеличение в крови катехола-минов, в частности адреналина и норадреналина, в результате активизации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы при действии гипоксии [10]. Что касается сократительной функции миокарда, то полученные данные свидетельствует, что в покое в первые дни адаптации в горах систолическое давление в левом желудочке сердца имеет тенденцию к снижению, но существенно не отличается от данных в предгорье. При этом максимальная скорость нарастания давления в левом желудочке сердца достоверно превышает данные в предгорье при неизменном индексе сократимости, что свидетельствует о преобладании положительных хронотропных влияний на сердце при соответствующем возрастании ЧСС и связанных с ними ростом.
МОК в первые дни пребывания в горах. Наряду с увеличением скорости нарастания давления в левом желудочке возрастает и скорость его падения в фазу изоволюмического расслабления. Эти изменения вполне закономерны на фоне компенсаторной тахикардии, когда период диастолы укорачивается. Сравнение с контрольными данными показало, что увеличение индекса расслабления при высокой dP/dt min является свидетельством высокой эффективности механизмов, обеспечивающих начальную фазу диастолы (Табл.1).
По мере увеличения сроков адаптации эти соотношения изменяются. При этом МОК и ЧСС через 30 сут снижаются по сравнению с ранними сроками адаптации в горах (5-7 сут). Систолическое давление в полости левого желудочка и индекс его сокращения в этот период повышаются по сравнению с более ранними сроками адаптации, что указывает на увеличение сократимости миокарда. Не отличается и конечно-диастолическое давление, указывая на увеличение силы сердечных сокращений, что происходит без участия механизма Франка-Старлинга, т.е. без изменений начальной длины мышечных волокон. Обращает на себя внимание соотношение показателей, характеризующих силовые и скоростные характеристики деятельности левого желудочка сердца. При увеличении систолического давления и индекса сокращения миокарда, максимальная скорость нарастания давления в желудочке снижается по сравнению с предыдущим сроком эксперимента, оставаясь более высокой, чем у контрольных животных в предгорье.
Результаты исследования показали, что причины этого кроются, по-видимому, в тканевой адаптации миокарда к артериальной гипоксе-мии в процессе месячного пребывания в горах. Свидетельством этому служат установленные
нами в этот период увеличение васкуляризации миокарда, признаки гипертрофии и гиперплазии внутриклеточных структур, расширяющих энергетической и пластической потенциал кардиоми-оцитов [12].
Анализ данных газового состава свидетельствует, что на высоте 3200 м над ур. м. напряжение О2 в артериальной крови снижается на 28,1-23,6 мм рт.ст., сохраняясь на этом уровне на протяжении месячного пребывания в горах (табл. 2). Насыщение крови кислородом оказалось сниженным лишь на 3,8-4,5%, что связано с кинетикой связывания Hb к О2 в легких, а его содержание в единице объема крови даже увеличивалось на 2,9-2,2 об.%. Возрастание содержания О2 в артериальной крови сопряжено с повышением концентрации гемоглобина и соответственно кислородной емкости, что является важным механизмом компенсации тканевой гипоксии в условиях низкого РО2.
Результаты исследования показали, что в условиях высокогорья сократительная функция миокарда увеличивается, обеспечивая повышение минутного объема кровообращения [9]. При этом потребление О2 тканями сердца в первые дни пребывания в горах (5-7-е сутки) возрастает более чем в два раза, возвращаясь к исходному уровню по мере адаптации организма к дефициту О2 на 30-е сутки (табл. 2). Увеличение функциональной активности сердца и его кислородного запроса в условиях артериальной гипоксии предполагает возможность развития тканевой гипоксии в органе, клетки которого достаточно высоко чувствительны к дефициту О2 [11]. Для оценки уровня тканевой гипоксии в сердце были использованы данные газового состава и КОС крови из коронарного венозного синуса. Эти данные свидетельствуют, что в первые дни пребывания в горах (5-7-сутки) венозное напряжение, насыщение и содержание О2 достоверно падают, что указывает на ухудшение кислородного режима сердца. При этом незначительное снижение рН и венозная гипокапния указывают на нормальное течение окислительных процессов в сердечной мышце, т.е. несмотря на падение PvO2 тканевая гипоксия носит компенсированный характер. Данные литературы подтверждают это и свидетельствуют, что тканевая гипоксия в сердце развивается при снижении венозного РО2 ниже 23 мм рт.ст. [11, 13]. По мере увеличения сроков пребывания в горах (30-е сутки) кислородное обеспечение сердца существенно улучшается, на что указывает увеличение венозных PvO2 и CvO2, т.е. после месячной адаптации в горах кислородный режим сердечной ткани мало отличается от данных в условиях нормоксии.
Каковы же механизмы компенсации тканевой гипоксии и удовлетворения кислородного запроса сердца в этих условиях?
Известно, что тканевое напряжение О2, зависит от уровня метаболических процессов и определяется возможностями газотранспортных систем
МЕДИЦИНА
ежемесячный научно-практическии медицинским журнал
в удовлетворении кислородного запроса органа [14].
Результаты исследования показали, что наряду с увеличением окислительного метаболизма в сердце в первые дни пребывания в горах достоверно возрастает объемная скорость кровотока в миокарде левого и правого желудочков, приводя к увеличению суммарного кровотока на 30%. Увеличение кровотока на фоне описанного выше увеличения кислородной емкости и содержания О2 в артериальной крови указывают на повышение количества О2 доставляемого в сердце. Однако, судя по величине VO2, такого увеличения доставки О2 в сердце недостаточно для полного удовлетворения кислородного запроса сердца, что становится возможным при повышении утилизации О2 из крови. На фоне артериальной гипоксемии и увеличения кислородного запроса сердца это приводит к отмеченному снижению РО2 в ткани и в венозной крови, которые, хотя и не падают ниже критического уровня, тем не менее создают определенные предпосылки для тканевой гипоксии.
После месячного пребывания в горах функциональная активности сердца снижается, сопровождаясь уменьшением кислородного запроса и формированием структурных изменений в органе, обеспечивающих повышение эффективности тканевого дыхания [15]. При этом изменяются и механизмы кислородного обеспечения сердца. Так, наряду с сохраняющимися высокими кислородной емкостью и содержанием О2 в артериальной крови, относительно повышенным остается кровоток в миокарде обоих желудочков и суммарный кровоток в сердце, обеспечивая соответствующую доставку О2 в ткани. В то же время до уровня в предгорье понижается коэффициент утилизации О2 из крови. В результате снижения кислородного запроса сердца при сохраняющемся высоком кровоснабжении органа кардиомиоциты, можно полагать, не испытывают дефицита О2, о чем свидетельствуют данные PvO2, SvO2 и CvO2, которые даже несколько превышают контрольные данные в предгорье, т.е. приспособительные реакции в органных системах транспорта О2 достаточно эффективны в компенсации тканевой гипоксии, несмотря на сохраняющуюся артериальную гипоксемию.
Таким образом, увеличение насосной функции желудочков и соответственно, кислородного запроса сердца обеспечивается несколькими механизмами: за счет повышения массопереноса О2 артериальной кровью, объемной скорости кровотока и количества доставляемого в ткани О2, в результате повышения средства ^ к О2 за счет утилизации О2 миокардом. При этом тканевая гипоксия в сердце носит компенсированный характер.
список литературы:
1. МиррахимовМ.М., Мейманалиев Т.С. Высокогорная кардиология. - Фрунзе: Кыргызстан, 1984. стр. 316.
2. Данияров С.Б. Работа сердца в условиях высокогорья.
- Медицина, 1979.
3. Айдаралиев А.А. Физиологические механизмы адаптации и пути повышения резистентности организма к гипоксии. Фрунзе: Илим, 1978.
4. Adachi H., Strauss H.W., Ochi H., Wagner H.N. The effect hypoxia on regional distribution of cardiac output in the dog. Cire. Res 39 - (3): 314-319. 1976
5. Hoppler H., Kleinert E., Schleger C. Morphological adaptation of human skeletal muscle to chromic hypoxia Jntj. Sport. Med. 11(1): 3-9 1990
6. ShumakerR.T., SuggetA.J., WagnerP.D. Rol of hemoglobin PSO in O2 transport during normoxuc and hypoxic exercise in the dog. JAPPL. Physiology 59(3) 749-757. 1985.
7. Veragut V.P., Kraycnbuhl H. Estimation guntixication of myocardial contractility in closed - chest dog. //Cardiogy 47(2) 96-112. 1965
8. Шошенко К.А., БарановВ.Н., БродВ.И. с соавт. Органное кровообращение и особенностей кислородного транспорта в мышцах //Исследование энергетики движения рыб. Новосибирск: Наука, 1984. стр. 78-115.
9. Балыкин М.В., Каркабатов Х.Д., Шидаков Ю. Х-М. Кислородный запрос и изменения кардиогемодинамики при мышечной деятельности в период кратковременного пребывания в горах //Изв. АН Кирг.ССР. 1987, №3. Стр. 64-69.
10. Закиров Д.З. Гипофизарно-адреналовая система при сложных формах адаптации. Фрунзе. Илим 1979.
11. Чегулин Т.С. Поврежденное сердце комплексное экспериментальное исследования на различных уровнях интеграции организма. М. Медицина 1975.
12. Каркабатов Х. Д., Балыкин М.В. Микроциркуляторное русло сердца у собак в покое и при физических нагрузках в условиях высокогорья // Пластичность и реактивность организма, органов тканей и клеток. Бишкек, Мединститут. 195-200. 1997.
13. Теплов С.И. Кровоснабжение и функция органов. П: Наука, 1987. - 125 с.
14. Колчинская А.З. Система дыхания, процесс массопереноса кислорода в организм, кислородные режимы организма // вторичная тканевая гипоксия //Под ред. Колчинской А.З.
- Киев: Наукова думка, 1983. - стр. 5-18.
15. Балыкин М.В. Физиологические механизмы кислородного обеспечения некоторых внутренних органов и скелетной мускулатуры у собак в условиях высокогорья и мышечной деятельности. Авт. реф. дисс. док. биол. наук. - Новосибирск, 1996. стр. - 45.
сведения об авторах:
Хасан джолдубаевич Каркобатов - доктор биол. наук, в.н.с., Институт горной физиологии НАН Кыргызстана, г. Бишкек, ул. Горького 1/5.
Михаил васильевич Балыкин - д доктор биол. наук, профессор, Ульяновский государственный университет. г. Ульяновск, ул. Л.Толстого 2.
Юсуф Хаджи-Махмудович Шидаков - кандидат мед. наук, академик АТЗ, зам декана по научной работе медицинского факультета Кыргызско-Российского Славянского Университета, г. Бишкек, ул. Л.Толстого 151.
