CC BY
40Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 25 (64). 2012. № 3. С. 222-239
УДК 591.112
ТИПОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ ЖИВОТНЫХ
Чуян Е.Н., Древетняк Н.А., Богданова О.Д., Раваева М.Ю., Трибрат Н.С.
Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, Украина
E-mail: elena-chuyan@rambler.ru
Методом лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) выявлены индивидуально-типологические особенности показателей микрогемодинамики крыс. В результате исследования выделено 3 типа ЛДФ-грамм: апериодический, монотонный с низкой и высокой перфузией. Анализ флаксмоций микрокровотока и показателей тепловой пробы показал, что наиболее высокой степенью сбалансированности регуляторных процессов микроциркуляции обладают животные с апериодическим типом ЛДФ-граммы.
Ключевые слова: микроциркуляция крови, метод лазерной допплеровской флоуметрии, крысы, тепловая проба, апериодический тип, монотонный тип с низкой перфузией, монотонный тип с высокой перфузией.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что, независимо от цели исследования, в любой экспериментальной выборке существуют особи более или менее сенситивные к воздействию, а разница в чувствительности может быть настолько значительна, что усреднение приведет к нивелированию результата. Становится очевидным, что типологическое разделение перспективно для адекватной оценки состояния физиологических систем в норме и при нагрузке, что подтверждается многочисленными исследованиями в различных сферах физиологии и экспериментальной медицины [1-8]. В то же время показано, что типологические особенности человека и животных находятся в тесной корреляции с различными физиологическими показателями [3, 7], в том числе и с показателями системы микроциркуляции [9-10], которая является важнейшим звеном энергетического и трофического обмена. Состоянием микрогемодинамики определяется гомеостаз и адаптационные резервы организма. Нарушения в данном звене сосудистой системы лежат в основе множества патологических состояний или коррелируют с ними [11-14]. Поэтому большой интерес представляет изучение компонентов микроциркуляции и ее регуляции в различных условиях как диагностического, так и прогностического аспекта в оценке функционального статуса организма [14].
Одним из перспективных и успешно применяемых диагностических методов исследования тканевого кровотока является лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ), которая позволяет выявить не только индивидуальную изменчивость микроциркуляции, но и исследовать механизмы ее регуляции [15-16]. Данный метод давно и успешно используется для исследования тканевой микроциркуляции у
людей, что отражено и в наших работах [10, 17]. Однако у животных метод ЛДФ в хронических экспериментах практически не используется, в частности, в исследовательских лабораториях на территории Украины, что значительно ограничивает физиологические исследования. В то же время, животные являются незаменимым объектом для моделирования различных адаптационных состояний, в том числе и стресса, который в большинстве случаев невозможно воспроизвести у человека. Кроме того, в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют данные о выявленных с помощью ЛДФ-метрии типологических особенностях микроциркуляции крыс, что и явилось целью нашего исследования.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование выполнено на 140 белых беспородных крысах-самцах массой 120-140 г, полученных из опытно-экспериментального питомника Института биологии Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина До начала исследования все животные были адаптированы к условиям вивария.
Микроциркуляторные процессы у животных изучали с помощью метода ЛДФ [16]. Так как ЛДФ является высокочувствительным методом, то, для сведения к минимуму внешних помех, крысу на время записи помещали в прозрачный пенал из оргстекла, ограничивающий подвижность животного. Размер пенала регулировался индивидуально и подбирался так, чтобы животное могло свободно дышать и ни одна часть тела не была плотно зажата. Хвосты фиксировались на ровной поверхности на одной линии с телом в горизонтальном положении тканевым пластырем. Оптоволоконный зонд прибора «ЛАКК-02» также фиксировался тканевым пластырем перпендикулярно у основания хвоста. Запись ЛДФ-сигнала велась, когда животное сидело неподвижно и спокойно.
ЛДФ-метрию проводили при помощи лазерного анализатора кровотока «ЛАКК-02» во втором исполнении (производство НПП «Лазма», Россия) с использованием программы ЬББ 2.20.0.507WL. Исследование базального кровотока проводилось в течение 6 минут.
С помощью компьютерной программы обработки ЛДФ-граммы определяли следующие основные статистические показатели:
- параметр микроциркуляции (ПМ; перф. ед.) - отражает степень перфузии в единице объема ткани за единицу времени и позволяет проследить ее динамику при реакции кровотока на различные воздействия [15]; определяется количеством и скоростью движения эритроцитов, тканевым гематокритом, а также количеством функционирующих капилляров [12, 16, 19, 20];
- среднее квадратическое отклонение (флакс, СКО, о; перф.ед.) - средние колебания перфузии относительно среднего арифметического значения ПМ, отражающее среднюю модуляцию кровотока во всех частотных диапазонах [12, 16];
- Кв (%) - коэффициент вариации, характеризующий соотношение флакса к среднему уровню перфузии; указывает на процентный вклад вазомоторного компонента в общую модуляцию тканевого кровотока: чем он выше, тем больше вазомоторная активность сосудов [18].
Расчетные параметры ПМ, СКО и Кв дают общую оценку состояния микроциркуляции крови. Однако наиболее существенным является не столько измерение скорости движения эритроцитов, сколько временная изменчивость потока эритроцитов [19]. Интенсивность потока крови при этом является результатом суперпозиции основных гемодинамических ритмов [20]. Вейвлет-преобразование позволяет точно и корректно проводить анализ нормированных характеристик ритмов колебаний кровотока: эндотелиального, нейрогенного, миогенного, дыхательного и пульсового компонентов [16, 19, 21].
Ввиду разброса колебаний амплитуд ритмов (А), их нормированные характеристики анализировались по формуле [15, 16]: Анорм = А/3 о, (1)
где А - амплитуда колебаний в диапазоне от 0,02 - 2 Гц.
Такая нормировка позволяет перейти к безразмерным величинам и исключить влияние нестандартных условий проведения исследований.
Вклад различных ритмических составляющих оценивался по мощности их спектра (Р) в процентном отношении к общему спектру флаксмоций [16]: Р = Аэ (н, м, д, с)2 /(Лэ2 +Лн2 +Ам2 + Ад2+Лс2) * 100%, (2)
где Аэ - амплитуды эндотелиальных, Ан - нейрогенных, Ам - миогенных, Ад -дыхательных, Ас - пульсовых ритмов колебаний тканевого кровотока.
Регуляция в системе микроциркуляции обусловлена взаимодействием низкочастотных и высокочастотных компонентов спектра. Наиболее низкая частота (0,0095-0,02 Гц) характерна для эндотелиальных колебаний, обусловленных периодическими сокращениями цитоскелета эндотелиоцитов. Эндотелиальные колебания отражают воздействие гуморально-метаболических факторов на микрососудистое русло и характеризуют состояние нутритивного кровотока [15]. Колебания в частотах 0,07-0,15 Гц, миогенные колебания, обусловлены периодической активностью гладкомышечных волокон артериол, приводящих к изменению диаметра их просвета (вазомоции) [16].На такую периодичность констрикции и дилатации микрососудов накладываются нейрогенные колебания (0,02-0,046 Гц), отражающие симпатическую регуляторную активность [16, 19].
К высокочастотным колебаниям относятся дыхательные (0,15-0,4 Гц) и пусльсовые (0,8-0,16 Гц) колебания. Дыхательные колебания представлены периодическими изменениями давления в венозном отделе сосудистого русла, вызываемыми дыхательными экскурсиями грудной клетки [12]. Пульсовые колебания кровотока обусловлены перепадами внутрисосудистого давления, которые в большей или меньшей степени синхронизированы с кардиоритмом [15]. Эндотелиальный, миогенный и нейрогенный компоненты относятся к активным механизмам регуляции процессов микроциркуляции, пассивными являются дыхательные и пульсовые влияния [15, 19].
Таким образом, математический аппарат Вейвлет позволяет наилучшим образом выявлять периодичность процессов микроциркуляции, представленных в ЛДФ-грамме [16].
Соотношение активных модуляций кожного кровотока, обусловленных эндотелиальным, миогенным, нейрогенным механизмами и дополнительных
парасимпатических влияний на него рассчитывалось как индекс флаксмоций, или индекс эффективности микроциркуляции (ИЭМ) [16].
В ряде работ [9, 19, 22, 23] установлено, что оценка базального кровотока и его амплитудно-частотных характеристик может быть существенно дополнена нагрузочным тестированием для исследования особенностей регуляции микроциркуляторного русла, а также для выявления и верификации типологических особенностей. Для этого в экспериментальной практике широко применяют функциональные пробы, в частности - тепловую. Она проста, довольно информативна и дает возможность выявить реактивность микрососудов [16]. В нашем исследовании тепловая проба представляла собой локальный нагрев исследуемого участка ткани с 32 до 40-41 с помощью модуля ЛАКК-тест (производство НПП «Лазма», Россия) с двумя источниками лазерного излучения, работающими на длине волны 0,8 мкм [16].
При анализе результатов тепловой пробы учитывали:
- ПМ исх. (перф.ед.) - исходный уровень перфузии;
- ПМ max (перф.ед.) - максимальный уровень перфузии при нагреве;
- ПМ max-ПМ исх. (перф.ед.) - прирост кровенаполнения как разность между максимальной и первоначальной перфузией;
- РКК (%) - резерв капиллярного кровотока - выраженное в процентах отношение максимальной перфузии к исходной:
РКК = [(ПМ max - ПМ исх.)/ ПМ исх.] х 100% (3)
- Т У (сек) - период полувосстановления, который определяли как время возврата перфузии от ПМ max в наивысшей точке графика до исходного уровня.
Статистическая обработка данных проводилась путем вычисления среднего значения исследуемых величин (М), средней ошибки (m) для каждого показателя. Исследуемые величины показателей подчинялись закону нормального распределения, оценка достоверности межгрупповых различий проводилась с помощью критерия Стьюдента. Межгрупповые различия считались достоверными при p<0,05. Для выявления связей между показателями микроциркуляции использовался метод кластерного анализа с построением дендрограмм, являющийся многомерным статистическим методом, позволяющим находить скрытые связи как внутри функциональных систем, так и между ними [24].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При изучении микроциркуляторных процессов в результате ЛДФ-метрии исследуемой популяции крыс обнаружены значительные отличия в нативных записях, заключающиеся в различной величине средней перфузии и ее вариабельности во времени - апериодичности или монотонности (рис. 1).
Это подтверждается достоверными различиями в базовых неосцилляторных показателях М, СКО и Кв, а также показателя ИЭМ, что согласуется с исследованиями у людей [9, 10, 19]. Использование этих параметров дало возможность разделить все ЛДФ-граммы на три микрогемодинамических типа: апериодический (44,53%), монотонный с низкой перфузией (31,25%) и высокой перфузией (24,22%) (рис. 2).
Рис.1. Нативная запись ЛДФ-граммы: А - у крыс с апериодическим типом ЛДФ-грамм; Б - у крыс с монотонно низким типом ЛДФ-грамм; В - у крыс с монотонно высоким типом ЛДФ-грамм.
Монотонный тип с
высокой пер<} 24,22%
Апериодический тип 44,53%
Мснотонный тип с
низкой перфузией 31,25%
Рис. 2. Распределение типов ЛДФ-грамм в экспериментальной группе крыс (в %).
Однако при сравнении аналогичных типов ЛДФ-грамм у людей наблюдается более высокий уровень перфузии, СКО и ИЭМ по отношению к данным показателям у крыс, что может быть объяснено меньшим кровенаполнением тканей. В то же время, уровень Кв у крыс значительно выше уровня данного показателя у человека, свидетельствующее о высокой вариабельности микрокровотока у крыс.
Для апериодического типа ЛДФ-грамм характерна сравнительно высокая степень кровенаполнения микроциркуляторного русла, что подтверждается уровень перфузии, равный 4,16±0,13 перф. ед. Также у крыс этой группы было отмечено самое высокое значение Кв (22,67 ±0,78%) среди всех групп и уровень флакса (0,92±0,02 перф. ед.) (табл. 1), который, как известно [12, 16, 19], характеризует временную изменчивость перфузии и отражает среднюю модуляцию кровотока во всех частотных диапазонах (рис. 1-А). Таким образом, для апериодической ЛДФ-граммы свойственны четко выраженные высокоамплитудные нерегулярные колебания значений показателя перфузии.
В то время как базовые показатели, такие как уровень перфузии, Кв и СКО дают лишь общее представление о состоянии микрокровотока, значения амплитудно-частотных характеристик и процентный вклад в общую мощность спектра каждой из них позволяют выявить состояние регуляторных механизмов [12,
15, 16, 19].
Таблица 1.
Показатели микроциркуляции у крыс с разными типами ЛДФ-грамм (М ± т)
№ группы
Типы ЛДФ-грамм
Показатели
Параметр микроциркуляции, М, перф.ед.
Уровень флакса, СКО, перф.ед.
Коэффициент вариаци
Кв,
%
Индекс эффективности микроциркуляции, ИЭМ
Апериодический (п=63)
4,16±0,13
0,92±0,02
22,67±0,78
1,48±0,04
Монотонный с низкой перфузией
(п=34)
3,04±0,12 Pi,2<0,05
0,42±0,02 р1,2<0,001
13,53±0,4 Pi,2<0,05
1,14±0,05 Pi,2<0,05
Монотонный с высокой перфузией (п=43)
6,2±0,28 р13 <0,001 р2,3<0,001
0,53±0,01 р13 <0,001 р2,3<0,05
8,54±0,59 р13 <0,001 р2,3<0,001
0,87±0,03 р13 <0,001 р2,3<0,05
1
2
3
Примечание: р1-3 - достоверность отличий при сравнении значений показателей в группах 1-3 соответственно.
При анализе амплитудно-частотных характеристик ЛДФ-грамм данного типа выявлено существенное доминирование низкочастотных компонентов флуктуации тканевого кровотока. Так, среднее значение амплитуд эндотелиального ритма составило 14,41±0,39 перф.ед., нейрогенного - 13,98±0,32 перф.ед., миогенного -11,23±0,45 перф.ед. (табл. 2). Наиболее низкочастотные эндотелиальные (0,01 Гц) колебания, обусловлены выбросом основного эндотелиального метаболита N0, являющегося мощным вазодилататором. Выброс N0 включен в физиологическую регуляцию мышечного тонуса и играет важную роль в регуляции давления и распределения потока крови [25]. По мере повышения или снижения амплитуд данных колебаний можно судить об уровне нутритивного кровотока [26]. Амплитуды нейрогенных колебаний отражают активность со стороны симпатических адренергических нервных волокон, их влияние локализуется на гладкомышечных стенках микрососудов. Миогенные колебания, по мнению ряда авторов [16], обусловлены периодическими вазомоциями, порождающимися локальной пейсмекерной активностью внутри гладкомышечных волокон. Они отражают реактивность миоцитов и прекапиллярного звена микрогемоциркуляторного русла [16, 26]. Такой сдвиг спектральных характеристик в сторону активных компонентов обусловил процентное преобладание вклада эндотелиальных (33,89%) и нейрогенных колебаний (32,51%) в общую мощность спектра. Вклад миогенных колебаний (20,95%) среди активных механизмов регуляции микроциркуляции был наименьшим. Вклад высокочастотных составляющих спектра был значительно меньшим. Вклад дыхательных колебаний составил 8,25% и пульсовых колебаний - 4,15%.(см. табл. 2).
Таблица 2.
Спектральные характеристики основных ритмов у крыс с различными _типами ЛДФ-грамм (М ± т)__
Спектральные хар актеристики Типы ЛДФ-грамм Апериодический (п=63) Монотонный с низкой перфузией (п=34) Монотонный с высокой перфузией (п=43)
№ группы 1 2 3
Эндотелиаль-ные колебания Амплитуда перф.ед., Аэ 14,35±0,32 11,22±0,69 Р!,2<0,001 15,46±0,07 Р1,з<0,05 Ргз<0,001
Вклад, % 33,89% 34,81% 27,61%
Нейрогенные колебания Амплитуда, перф.ед., Ан 13,98±0,39 10,46±0,61 Р1,2<0,001 15,87±0,58 Р1,3<0,01 р2,3<0,001
Вклад, % 32,51% 30,26% 29,09%
Миогенные колебания Амплитуда перф.ед., Ам 11,23±0,45 8,75±0,53 Р!,2<0,001 14,84±0,54 Р1,3<0,001 Р2,3<0,001
Вклад, % 20,95% 21,17% 25,43%
Дыхательные колебания Амплитуда, перф.ед., Ад 7,08±0,19 5,72±0,3 Р1,2<0,001 9,81±0,35 Р1,3<0,01 р2,3<0,001
Вклад, % 8,25% 9,04% 11,11%
Пульсовые колебания Амплитуда перф.ед., Ас 5,47±0,23 4,12±0,22 Р1,2<0,05 7,64±0,35 Р1,3<0,01 р2,3<0,001
Вклад, % 4,15% 4,69% 6,74%
Примечание: р1_3 - достоверность отличий при сравнении значений показателей в группах 1-3 соответственно.
Такое соотношение вкладов основных ритмов для данного типа ЛДФ-грамм характерно и для человека [10]. Однако вклад высокочастотных компонентов спектра у крыс выше, а вклад низкочастотных ритмов в общую мощность спектра ниже, чем у человека.
Достаточно высокий уровень перфузии тканей, сочетанный с высокими амплитудами эндотелиальных, нейрогенных и миогенных ритмов на фоне сниженных значений амплитуд дыхательных и пульсовых колебаний свидетельствует об оптимальном кровенаполнении микроциркуляторного русла и своевременном оттоке со стороны венул. Это позволяет считать апериодический тип ЛДФ-грамм наиболее физиологически оптимальным и сбалансированным, что находит подтверждение в высоком относительно других групп значении ИЭМ 1,48±0,04 (см. табл. 1).
При анализе тепловой пробы у животных с данным типом ЛДФ-грамм (рис. 3-А) наблюдался равномерный прирост и восстановление исходного уровня перфузии, а также пологое плато ЛДФ-граммы при максимальном нагреве, что свидетельствует о сбалансированности регуляторных процессов. Это подтверждается Т1/2 и РКК, имеющих средние значения относительно значений этих показателей в других группах (табл. 3). Сходные показатели и характер графика при тепловой пробе наблюдались в данном типе ЛДФ-грамм и у человека [9, 10]. Однако существует отличие показателей ПМ max-ПМ исх., что обусловлено исходно низким ПМ у крыс всех групп по отношению к показателю ПМ у человека.
Таблица 3.
Показатели микроциркуляции у крыс с разными типами ЛДФ-грамм при
п роведении тепловой п робы (М ± m)
Тип ЛДФ-грамм № группы М исх., перф. ед. М max, перф. ед. М max- М исх., перф. ед. РКК, % Т /, с
Апериодический 1 4,06±0,13 6,67±0,16 2,61±0,13 164,34±3,26 123,58±1,26
Монотонный с низкой перфузией 2 3,04±0,12 Ри<0,01 7,34±0,33 4,3±0,3 Pi,2<0,001 238,66±10,84 p1,2<0,001 107,71±3,1 p1,2<0,05
Монотонный с высокой перфузией 3 6,23±0,28 p1,3<0,001 р2,3<0,001 7,48±0,2 1,25±0,12 p1,3<0,01 р2,3<0,001 120,09±1,82 p1,3<0,001 p2,3<0,001 155,68±2,89 p1,3<0,01 р2,3<0,001
Примечание: р1-3 - достоверность отличий при сравнении значений показателей в группах 1-3 соответственно.
Таким образом, данные, полученные при анализе ЛДФ-грамм апериодического типа, показывают высокую степень сбалансированности регуляторных процессов у животных как в состоянии покоя, так и при функциональной нагрузке. Это обусловлено суперпозицией различных компонентов регуляции с доминированием низкочастотных ритмов, что соответствует физиологической норме [9, 17, 19] и позволяет отнести данный тип ЛДФ-грамм у крыс к нормоемическому типу микрогемодинамики.
Монотонный тип ЛДФ-грамм с низкой перфузией характеризовался наиболее низкими показателями базального кровотока ПМ (3,04±0,12 перф.ед.; р<0,001), СКО (0,42±0,02 перф.ед.; р<0,001) и Кв (13,53±0,4%; р<0,01) по сравнению с таковыми у животных апериодического типа ЛДФ-грамм (см. табл. 1, рис. 4).
Рис. 3. Нативная запись ЛДФ-граммы при тепловой пробе: А - у крыс с апериодическим типом ЛДФ-грамм; Б - у крыс с монотонно низким типом ЛДФ-грамм; В - у крыс с монотонно высоким типом ЛДФ-грамм.
ПМ
Апериодический тип ... - Монотонный тип с низкой перфузией — — Монотонный тип с высокой перфузией
Рис. 4. Значения показателей микроциркуляции у крыс с монотонными типами ЛДФ-грамм (в % относительно значений у крыс с апериодическим типом, принятых за 100%).
Как и у крыс с апериодической ЛДФ-граммой, у животных данного типа отмечалось преобладание низкочастотных компонентов спектра над высокочастотными, однако зарегистрированы относительно низкие амплитуды нейрогенного компонента (10,46±0,61 перф.ед.; р<0,01, вклад при этом составил 30,26%) (см. табл. 2), что позволяет сделать вывод о повышении симпатической адренергической активности. Это приводит к уменьшению лабильности сосудистой стенки, повышению ее жесткости и увеличению периферического сопротивления, что существенно ограничивает возможность кровенаполнения и объясняет невысокие показатели флакса [15-16]. Кроме того, достоверно сниженными были значения амплитуд дыхательных (5,72 ±0,3 перф.ед.; р<0,01) и пульсовых волн (4,12±0,22 перф.ед.; р<0,05), вклад которых в общую мощность спектра составил 9,04% и 4,69% соответственно (см. табл. 2), что свидетельствует о сниженном притоке крови в микроциркуляторное русло за счет спазма приносящих сосудов [16, 22]. При сравнении с данными, полученными у человека [10], у крыс наблюдается существенно меньший вклад эндотелиальных колебаний и высокий вклад дыхательных и пульсовых колебаний в общий спектр флаксмоций.
Таким образом, можно сделать вывод, что данный тип микроциркуляции менее сбалансированный, чем апериодический. Это подтверждается и достоверно меньшим значением ИЭМ (1,14±0,05; р<0,05) (см. табл. 1, рис. 4).
Для выявления реактивности микроциркуляции монотонного типа ЛДФ-грамм с низкой перфузией также были рассмотрены изменения параметров микроциркуляции при тепловой пробе. Оказалось, что у животных с исходно наиболее низким уровнем ПМ наблюдался наибольший РКК (238,66±10,84 %; p<0,001) и наиболее быстрое восстановление исходных параметров перфузии, то есть самое низкое значение Т '/г, (107,71±3,1 с; p<0,05) (см. табл. 3; рис.3-Б). Такая высокая реактивность системы микроциркуляции данного типа ЛДФ-грамм в сравнении с апериодическим типом обусловлена исходно более высоким нейрогенным тонусом [19], что отражается в низком значении показателя амплитуды нейрогенных колебаний (см. табл. 2, рис. 4).
Значения показателей РКК и Т1/2 при анализе тепловой пробы у крыс с монотонным типом ЛДФ-грамм и низкой перфузией близки к значениям таковых показателей у человека [9, 10, 12, 17] при исходно различном уровне перфузии. Это свидетельствует о сходных механизмах регуляции системы микроциркуляции и позволяет отнести этот тип ЛДФ-грамм к гипоемическому, или спастическому, типу микрогемодинамики.
Основными особенностями монотонного типа ЛДФ-грамм с высокой перфузией, в отличие от двух предыдущих, являлись достоверно более высокие значения ПМ (6,2±0,28 перф.ед.; p<0,001) и низкие значения Кв (8,54±0,59%; p<0,001) и СКО (0,53±0,01 перф.ед.; p<0,001) по сравнению с таковыми у животных 1 и 2 группы (см .табл. 1, рис. 4).
Это указывает на большую кровенаполняемость микрососудов на фоне относительно малой вариабельности флуктуаций микрокровотока, что отражается в монотонном характере ЛДФ-граммы. Также отличительной особенностью данного типа являются достоверно более высокие амплитудные значения всех компонентов спектра, нежели у животных предыдущих двух типов (см. табл. 2, рис. 4). Высокие амплитудные значения и вклады в общую мощность спектра миогенного (25,43%) и нейрогенного (29,09%) компонентов свидетельствуют о сниженных влияниях активных факторов регуляции микрокровотока, что влечет за собой компенсаторное увеличение вклада пассивных факторов в процесс регуляции за счет роста дыхательных (11,11%) и пульсовых (6,74%) колебаний [10, 16]. Следует отметить, что при анализе данного типа ЛДФ-грамм у человека [10] и крыс наблюдаются сходные в процентном отношении вклады эндотелиальных и миогенных компонентов спектра, наряду со сниженным вкладом нейрогенных колебаний и повышением вклада дыхательных и пульсовых колебаний у крыс.
Дыхательные волны в ЛДФ-грамме обусловлены периодическими колебаниями давления в венозном отделе микроциркуляторного русла, генерируемыми дыхательными экскурсиями грудной клетки [19]. Увеличение амплитуды дыхательной волны указывает на затрудненный отток из венул, что может привести к застойным явлениям в данном отделе микрососудистого русла [12, 16]. Пульсовая волна связана с кардиоритмами и с током крови приходит в микроциркуляторное русло со стороны артерий. Амплитуда пульсовой волны зависит от смены систолического и диастолического давления, приводящее к изменению скорости движения эритроцитов в микрососудах [13, 19]. Следовательно, изменение
амплитуды пульсовой волны прямопропорционально изменению притока крови в системе микроциркуляции.
Наблюдаемое увеличение амплитуд дыхательных и пульсовых волн относительно значений данных показателей у других групп, наряду со сниженным влиянием вазомоторного компонента, свидетельствует о высоком притоке крови со стороны артериол, связанным с вазодилатацией и затрудненным оттоком крови со стороны венул, что приводит к гиперемии тканей у животных этой группы.
Угнетение вазомоторного механизма и смещение доминанты регуляции микрокровотока в высокочастотную область привело к снижению показателя ИЭМ (0,87±0,03), что достоверно меньше по сравнению с таковыми у животных первой (р<0,001) и второй (р<0,05) групп (см. табл. 1, рис. 4).
В тепловой пробе у крыс с монотонным типом ЛДФ-грамм и высокой перфузией наблюдалось уменьшение прироста перфузии (см. табл. 3, рис. 3-В) и РКК сравнительно значений этих показателей у животных других групп на фоне наиболее длительного Т'А Полученные данные согласуются с результатами анализа тепловой пробы у людей [9, 10].
Таким образом, данной группе животных свойственна наименьшая функциональная лабильность, что может объясняться низким нейрогенным тонусом и, соответственно, снижением уровня симпатического контроля и постоянным повышенным кровенаполнением тканей [9-10, 12, 19]. Это позволяет отнести данный тип ЛДФ-грамм к гиперемическому типу микрогемодинамики.
Следовательно, в результате анализа данных, полученных с помощью метода ЛДФ, у крыс выявлено три основных типа микрогемодинамики. Первый тип ЛДФ-грамм - апериодический (нормоемический) характеризуется наибольшей сбалансированностью активных и пассивных компонетов регуляции [19]. Подтверждением этого является дендрограмма кластерного анализа показателей микроциркуляции, построенная путем иерархического объединения их в кластеры более высокой общности на основе критерия минимума расстояния в пространстве переменных (рис. 5).
Дендрограмма показателей микроциркуляции у животных 1 группы с нормоемическим типом микроциркуляции состоит из трех кластеров (см. рис. 5-А).
Первый кластер объединяет компоненты активной регуляции микрокровотока (Аэ, Ан, Ам), что свидетельствует о тесной взаимосвязи эндотелиального, нейрогенного и миогенного компонентов.
Второй кластер включает компоненты пассивной регуляции (Ад, Ас) и показатели СКО, ИЭМ и ПМ. Следовательно, у животных с данным гемодинамическим типом величина СКО, ИЭМ и ПМ в значительной степени определяется влиянием дыхательных и пульсовых колебаний: чем меньше амплитудные значения дыхательных и пульсовых волн, тем выше ИЭМ [16]. Эти два кластера объединяются с третьим кластером, состоящим всего из одного компонента - Кв, однако длина этой связи максимальна, что определяет опосредованную связь этого показателя с остальными компонентами регуляции микрокровотока.
Л 60
□_[
А
КВ Ам Ан Аэ ИЭМ СКО Ад Ас ПМ
0 120
Б
Ам Ан Аэ КВ ИЭМ СКО Ад Ас ПМ
Е 60 О
32
В
ИЭМ СКО Ам Ан Аэ Ад Ас КВ ПМ
120
100
0
120
100
100
0
Рис. 5. Дендрограммы кластерного анализа показателей микроциркуляции у животных с разными микрогемодинамическими типами (А - апериодический, Б -монотонный с низкой перфузией, В - монотонный с высокой перфузией).
Второй тип - монотонный с низкой перфузией (гипоемический), характеризуется повышенным нейрогенным тонусом на фоне сниженного влияния дыхательного компонента, что свидетельствует о преобладании симпатических влияний и некоторой констрикцией микрососудов. Увеличение жесткости сосудистой стенки обуславливает низкие показатели флакса. Результатом является сниженный приток крови в микроциркуляторное русло, и, следовательно, низкий уровень перфузии. Данные механизмы отражаются в дендрограмме, состоящей из двух кластеров (см. рис. 5-Б). Характерным является объединение показателя Кв в один кластер с активными компонентами регуляции, что указывает на их тесную взаимосвязь, наряду с увеличением длины связи между Ад и Ас и показателями ИЭМ и СКО.
Третий тип - монотонный с высокой перфузией (гиперемический), отличается высоким показателем перфузии и монотонными колебаниями тканевого кровотока, обусловленными низкими показателями флакса и Кв. При этом значительный вклад дыхательных и пульсовых компонентов, наряду со сниженным тонусом вазомоторных колебаний, свидетельствует об относительном ослаблении симпатических влияний и некоторой дилатации микрососудов, что приводит к повышенному притоку со стороны артериол и несколько затрудненному оттоку со стороны венул [14, 19]. Дендрограмма у испытуемых с данным микрогемодинамическим типом состоит из трех кластеров (см. рис. 5-В). Отличительной особенностью является объединение в один кластер показателей Кв и ПМ с пассивными факторы регуляции микрогемодинамики. А также выделение показателей ИЭМ и СКО в отдельный кластер и уменьшение их взаимосвязи с другими кластерами.
У крыс, как и у человека, методом ЛДФ выделено 3 типа микрогемодинамики: нормо-, гипо- и гиперимический, имеющие определенные отличия.
Нормоемический тип, численно доминирующий в исследуемой популяции животных, обладает наибольшей сбалансированностью регуляторных компонентов микроциркуляции: вазомоторного, метаболического и нейрогенного.
В случае исходно повышенного нейрогенного тонуса наблюдается констрикция и ригидность артериол, что приводит к снижению кровенаполнения микроциркуляторного русла и характерно для гипоемического типа.
Гиперемический тип микрогемодинамики характеризуется снижением вкладов вазомоторного и нейрогенного компонентов в общий спектр флаксомоций, что влечет за собой дилатацию прекапиллярного звена микроциркуляторного русла и повышение среднего уровня перфузии.
Таким образом, можно отметить схожесть механизмов регуляции микрогемодинамики у человека и крыс, однако для крыс характерен больший вклад высокочастотных ритмов в общий спектр флаксмоций.
ВЫВОДЫ
1. По совокупности ряда показателей ЛДФ-метрии у крыс выделено 3 типа ЛДФ-грамм: апериодический (44,53%), монотонные с низкой (31,25 %) и высокой перфузией (24,22 %).
2. Апериодический тип ЛДФ-грамм характеризуется высокими значениями флакса, коэффициента вариации, индекса эффективности микроциркуляции, доминированием в системе регуляции микрокровотока низкочастотных компонентов на фоне сниженного влияния высокочастотных волн, что указывает на полноценный приток крови в капиллярное русло и своевременный отток периферической крови и свидетельствует о высокой сбалансированности активных и пассивных составляющих регуляторных механизмов, что позволяет отнести данный тип ЛДФ-грамм к нормоемическому типу микрогемодинамики.
3. Монотонный тип ЛДФ-грамм с низкой перфузией достоверно отличается от апериодического типа более низкими значениями перфузии, флакса, коэффициента вариации, индекса эффективности микроциркуляции, амплитудами дыхательной волны, преобладанием симпатических нейрогенных влияний, что свидетельствует о слабом притоке крови в микроциркуляторное русло за счет спазма приносящих сосудов и меньшей, по сравнению с апериодическим типом, сбалансированностью никзо- и высокочастотных компонентов регуляции. В пользу этого свидетельствовуют и самые высокие из всех типов показатели реактивности в тепловой пробе, что делает возможным отнести этот тип ЛДФ-грамм к гипоемическому, или спастическому, типу микроциркуляции.
4. Монотонный тип ЛДФ-граммы с высокой перфузией характеризуется высокими значениями перфузии, низкими значениями флакса, коэффициента вариации и индекса эффективности микроциркуляции, высокими значениями амплитуд всех ритмов по сравнению с таковыми у двух предыдущих типов, что свидетельствует об угнетении вазомоторного механизма в регуляции микрокровотока, следствием чего является повышенный приток крови со стороны артериол и затрудненный отток со стороны венул. Это подтверждается низкой микрососудистой реактивностью в тепловой пробе на фоне наиболее высоких исходных значений перфузии, что позволяет отнести данный тип ЛДФ-грамм к гиперемическому типу микроциркуляции.
5. Методом ЛДФ-метрии выявлена схожесть механизмов регуляции микрогемодинамики у человека и крыс, однако для крыс характерен больший вклад высокочастотных ритмов в общий спектр флаксмоций.
Список литературы
1. Айрапетянц М.Г. Реакции на умеренные функциональные нагрузки у крыс с индивидуальными особенностями поведения / М.Г. Айрапетянц, Н.М. Хоничева, А.Я. Мехедова // Журн. выс. нерв. деят. -1980. - Т. 30, №5.- С. 994-1002.
2. Кириллина Т. Н. Особенности нейровегетативной регуляции у крыс с разной устойчивостью к стрессу, оцениваемые по вариабельности параметров гемодинамики / Т. Н. Кириллина, М. А. Усачева, Л. М. Белкина // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2006. - Т. 142, N 10. - С. 376-381.
3. Лушников К.В. Влияние крайневысокочастотного электромагнитного излучения низкой интенсивности на показатели гуморального иммунитета здоровых мышей / К.В. Лушников, А.Б. Гапеев, В.Б. Садовников, Н.К. Чемерис // Биофизика. - 2001. - Т. 46, № 4. - С. 753-760.
4. Пшенникова М.Г. Различия поведения и устойчивости желудка к язвообразованию у крыс Август и Вистар при стрессе. / М.Г. Пшенникова, Н.А. Бондаренко, М.В Шимкович., О.Н. Бондаренко, И.Ю. Малышев // Бюл. эксперим. биол. мед. 1999. - Т. 128. - № 12. - С. 638-641.
5. Темурьянц Н.А. Изменение некоторых психофизиологических функций под влиянием мм-терапии у лиц с различными индивидуальными особенностями организма / Н.А. Темурьянц, О.В. Хомякова, Е.Н. Чуян // Сб. докл. Крымского международного семинара «Космическая экология и ноосфера». -1997. - С. 45.
6. Чуян Е.Н. Зависимость аналгетического действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты от индивидуальных особенностей животных / Е.Н. Чуян, Э.Р. Джелдубаева, И.В. Постольникова, Н.Н. Митрофанова // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия "Биология, химия". - 2006. - Т. 19 (58), № 3. - С.27-35.
7. Штемберг А.С. Некоторые нейротропные эффекты электромагнитных волн малой интенсивности у крыс с разными типологическими особенностями высшей нервной деятельности / А.С. Штемберг, М.Г. Узбеков С.Н. Шихов // ЖВНД. - 2000. - Т. 50, № 5. - С. 867 - 877.
8. Calatayud F. Ethological validation and the assessment of anxiety-like behaviours: methodological comparison of classical analyses and structural approaches / F. Calatayud, C. Belzung, A. Aubert // Behav. Process. - 2004. - V. 67. - P. 195-206.
9. Станишевская Т.И. Индивидуально-типологические особенности микроциркуляции крови у девушек-студенток с разным соматотипом: диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук: 03.00.13 / Станишевская Татьяна Ивановна. - Мелитополь, Москва, 2006 г. - 174 с.
10. Чуян Е.Н.. Индивидуально-типологический подход к исследованию процессов микроциркуляции крови / Е.Н. Чуян, М.Н. Ананченко // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. - Серия «Биология. Химия». - 2009. - Т. 22 (61). - № 3. - С. 159-173.
11. Бабак О. Я. Артериальная гипертензия и ишемическая болезнь сердца - эндотелиальная дисфункция: современное состояние вопроса / О. Я. Бабак, Ю. Н.Шапошникова, В. Ю. Немцова // Укр. Терапевт. журн. - 2004. - №1. - С.14-21
12. Маколкин В.И. Метод лазерной допплеровской флоуметрии в кардиологии / В.И. Маколкин, В.В. Бранько, £ .А. Богданова. Пособие для врачей. - М.: Россельхозакадемия. - 1999. - 48 с.
13. Савельев В.С. Исследование микроциркуляции при хронической венозной недостаточности нижних конечностей. / В.С. Савельев. - М. - 2006. - 25 с.
14. Чернух А.М. Воспаление / А.М. Чернух. - М.: Медицина. - 1979. - 430 с.
15. Козлов В. И. Лазерная допплеровская флоуметрия и анализ коллективных процессов в системе микроциркуляции / В. И. Козлов, Л.В. Корси, В.Г. Соколов // Физиология человека. -1998. - Т. 24., №6. - С. 112.
16. Крупаткин А.И. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови / А.И. Крупаткин, В.В. Сидоров. - М.: Медицина. - 2005. - 254 с.
17. Чуян Е.Н. Влияние низкоинтесивного ЭМИ КВЧ на процессы микроциркуляции / Е.Н. Чуян, Н.С. Трибрат // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. - 2008. - С. 167-175.
18. Глазная микроциркуляция у больных первичной глаукомой до и после операции / науч. ред. А.В. Муравьев. - Ярославль: Материалы международной конференции в микро- и макроциркуляции. Гемореология, 2005. - 149 с.
19. Козлов В. И. Система микроциркуляции крови: клинико-морфологические аспекты изучения / В. И. Козлов // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. - 2006. - Т.5., N 1 - С.84-101.
20. Schmid - Schonbein H. Synergetic Interpretation of Patterned Vasomotor Activity in Microvascular Perfusion: Descrete Effects of Myogenic and Neurogenic Vasoconstriction as well as Arterial and Venous Pressure Fluctuations // H. Schmid - Schonbein, S. Ziege, R. Grebe, V. Blazek, R. Spielmann, F. Linzenich / Int J. Microcir. - 1997. - V.17. - P. 346-359.
21. Бакшинский П.П. Вейвлет-анализ общей и глазной микрогемодинамики у больных первичной открытоугольной глаукомой с нормализованным внутриглазным давлением / П.П. Бакшинский, А.Ю. Боголюбская, Г.А. Дроздова, Ф.Г. Сеидова, А.М. Шамшинова // Глаукома. -2006. - № 3. - С. 7.
22. Kvandal P. Regulation of human cutaneous circulation evaluated by laser Doppler flowmetry, iontophoresis, and spectral analysis: importance of nitric oxide and prostangladines / P. Kvandal, A. .Stefanovska, M. Veber, H.D. Kvernmo, K.A. .Kirkeboen // Microvascular Research. - 2003. - V.65. - P. 160-171.
23. Данченко Н.Н. Морфо-функциональное состояние микроциркуляции в стенке желудка и ее изменения при локальном тепловом и низкоинтенсивном лазерном воздействиях : диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук: 03.00.13 / Данченко Наталья Николаевна. -Москва, 2001 г. - 149 с.
24. Боровиков В.П. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов / В.П. Боровиков// СПб.: Питер. - 2001. - 656 с.
25. Савельев В.С. Исследование микроциркуляции при хронической венозной недостаточности нижних конечностей. Методическое пособие для врачей / В.С. Савельев // М. - 2006. - 25 с.
26. Stefanovska A. Physics of the human cardiovascular system / A. Stefanovska, M. Bracic // Contemporary Physics. - 1999. - V. 40, №1, p.31-35.
Чуян О.М. 1ндиввдуально-типолопчний пвдхвд до дослвдження проце«в мжроциркуляцй KpoBi / О.М. Чуян, Н.А. Древетняк, О.Д. Богданова, М.Ю. Раваева, Н.С. Трибрат // Вчеш записки Тавршського нацюнального ушверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2012. -Т. 25 (64), № 3. - С. 222-239.
Методом лазерно! доплеровсько! флоуметрп (ЛДФ) було виявлено шдивщуально-типолопчш особливост показниюв мжроциркуляцй кровi щурiв. Врезультат дослщження було видшено 3 типи ЛДФ-грам: аперюдичний, монотонний з низькою i високою перфузieю. Аналiз флаксмоцш мкрокровооб^у та показникiв теплово! проби показав, що найвищий ступiнь збалансованостi регуляторних процеЫв мiкроциркуляцii мають тварини з аперюдичним типом ЛДФ-грам. Ключовi слова: мжроциркулящя кровi, метод лазерно! доплеровсько! флоуметрп (ЛДФ), щури, теплова проба, аперюдичний тип, монотонний тип з низькою перфузieю, монотонний тип з високою перфузieю.
Chuyan E.N. Individually-tipological approach to research of processes of microblood circulation / E.N. Chuyan, N.A. Drevetnyak, O.D. Bogdanova, M.Y. Ravaeva, N.S. Tribrat // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2012. - Vol. 25 (64), No 3. - P. 222-239. By a laser Doppler flowmetry (LDF) was studied individually-typological features of indicators of the blood microcirculation parameters in rats. There were 3 types LDF-grammes revealed as a result of research: aperiodic, monotonous with low and high perfusion. The analysis of the micro-blood flow fluxmotions and the parameters of the thermal probe showed the highest equation of the regulatory processes of the microcirculation in aperiodic type LDF-grammes.
Keywords: micro-blood circulation, a method of laser Doppler flowmetry (LDF), rats, thermal probe, aperiodic type, monotonous type with low perfusion, monotonous type with high perfusion.
Поступила в редакцию 22.09.2012 г.
