Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Некоторые особенности кислородного гомеостаза мышечной ткани

российская академия медицинских наук

НИИ НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ им. П. К. АНОХИНА

На правах рукописи УДК 616—005.001.8:612.014.464

ЕРМИЛОВ Вячеслав Иванович

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КИСЛОРОДНОГО ГОМЕОСТАЗА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

(1i4.00.1i7 — нормальная, физиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

О ■>

'■< /

Москва 1(992

Работа выполнена в Ивановском государственном медицинском институте им. А. С. Бубнова (ректор—профессор Е. М. Бурцев).

Н а у ч п ы е руководители:

член-корреспондент академии космонавтики им. К. Э. Циолковского Росийской Федерации, доктор медицинских наук, профессор Е. А. Коваленко,

заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор медицинских наук, профессор | В. И. Фишкин. )

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор В. И. Тхоревский,

доктор медицинских наук, профессор К. В. Гавриков.

Ведущее учреждение —

Российский государственный медицинский университет.

Автореферат разослан . » _ _ _ 1992 г.

Защита диссертации состоится « » 1993 г.

41

в .часов на заседании специализированного ученого совета Д 001.08.01 при научно-исследовательском институте нормальной физиологии им. П. К. Анохина Российской ака-демии^'аук (Москва, ул. Герцена, 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат медицинских наук

В. Л. ГУМЕШОК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Обеспечение тканей организма кислородом при различных условиях функционирования -Фундаментатьная медико-биологическая проблема, иметсгш исключительное теоретическое и прикладное значение. Только г; нерке в покое энергетические потребности организма, его органов и тканей удовлетворяются без существенного напряжения систем,ответственных за доставку кислорода и выработку энергии. В деятельном состоянии при разнообразных воздействиях внешней среды, или при изменениях внутренней среди одним из наиболее важных Факторов, ограничивающих энергетические возможности, является доставка в ткани кислорода, . необходимого для процессов аэробного дыхания. Однако, в методическом плане изучение кислородного гомеостаза непосредственно в тканях наименее доступно именно при деятельном состоянии организма. В настоящее время основным способом исследования кислородного режима тканей является полярографический метод, но он осуществим главна сбросом в состояниях близких к покою. Поэтому основные результаты в исследовании кислородного гомеостаза тканей получены при состояниях покоя или приближенных к нему. Серьезным препятствием в исследовании кислородного режима в других состояниях организма является недостаточная разработка и изученность возможностей полярографического метода определения кислорода в тканях. Изучение этих возможностей, как и собственно исследование тканевого кислородного гомеостаза затруднено определенной разобщенностью, взаимной изолированностью экспериментальных и теорети-" ческих методов вследствие того., что в том и другом случае изучаются по сути разные параметры, на различных уровнях и в разнородных условиях. В экспериментах обычно измеряется средний уровень напряжения кислорода в тканях (р02) на макроуровне и его изменения во времени (Е. А. Коваленко и соавт., 1975). На математических моделях и в специальных экспериментах исследуется пространственное распределение р02 на микроуровне, в условном тканевом цилиндре или другой условной шкрошфкуляторней единице и в отдельных клетках (Ю. Я. "лсляков, 1975; Шаов 11 Т., 1990). Это затрудняет, с одной стороны, строгую экспериментальную проверку адекватности мзтемзтических моделей, а с другой - всесторонее исследование закономерностей кислородного обеспечения тканей. Отмечается такта "отставание клинических и патофизиологических приложений матема-

тического моделирования" кислородного режима в тканях.[ М. А. Ханин, l'JbUJ. Повышение теоретического и прикладного значения результатов исследования данной проблемы требует комплексного экспериментально-теоретического подхода к выявлению закономерностей поддержания кислородного гомеостаза тканей и отражения указанных за- • кономорностей на динамике среднего теневого р02.

Цель исследован и я. Усовершенствование методов исследования кис.лородного гомеостаза мышечной ткани и изучение динамики кислородного режима этой ткани при различных функциональных состояниях организма.

Задачи исследования. . 1. Разработать математические модели динамики среднего тканевого р02, позволяющие исследовать основные закономерности стационарных и нестационарных режимов кислородного снабжения тканей.

Усовершенствовать средства экспериментального кс(?ледования кислородного снабжения тканей в экстремальных и нестационарных режимах за счет снижения погрешностей определения тканевого ри2 в этих режимах' и разработать устройство для количественного измерения локального кровотока, обеспечивающего повышенную точность при измерениях кровотока в динамике.

3. Исследовать на моделях и в эксперименте закономерности кислородного гомеостаза мышечных тканей при различных состояниях и ■ найти отражение этих закономерностей в динамике среднего тканевого р02.

На основе'результатов исследования проанализировать приемы оценки кислородного снабжения тканей, основывающиеся на анализе динамики среднего тканевого р02 при тестовых воздействиях: а) оценить их объективность; б) определить границы применимости; . в) выявить специфику применения в разных условиях; г) рассмотреть пути повышения их эффективности.'

Научная новизна. Установлены, на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований критерии оптимальности основных параметров системы кислородного снабжения тканей на гисто-тематическом уровне в нестационарных режимах.

Впервые разработаны математические модели динамики среднего тканевого р02, адекватность которых может быть проверена экспериментально.

Разработан вариант метода измерения локального тканевого кро-вотогл на основе водородного клиренса, обеспечивающий повышение

точности при измерениях кровотока в динамике.

II р а и I и ч е с к а я . значимость. Впервые оценена обг-октивнссть н значимость известных приемов анализа результатов функциональных проб, используюкнхся при исслолопании кислородного ргмма тканей с помощью поляргтрпф'.поского метода, н лпг.аны границы их применимости и пути снитения методич-'-оких погрешностей.

Выявлены условия и особенности возникновения специфических методических погрешностей при полярографическом определении тканевого р02, обусловленных контактом электрода с кроило и влиянием молочной и пировинсградной кислот. Найдены рел;мы. обеспечиваю1::;"1 существенное снигение погрешностей.

Создано, на основе модификации' метода водородного клиренса, устройство для измерения кровоттл (а. с. N 94г501), позволягеее повысить разрешающую способность и точность измерения локального кровотока в динамике и оценивать доставку кислорода в тклни.

Разработан пригодный для клинического внедрения вариант полярографической методики сценки кислородного рехима тканей, отличающийся простотой и оперативностью обследования, достоверностью и информативностью получаемых результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования дологены и обс'улдены на ХХХУП Всесоюзной научной сессии, посвященной дню Радио, на заседании секции "Применение радиоэлектроники в биологии и медицине" (Москва, 1082г.), на Пленуме правления Всесоюзного общества травматологов и ортопедов 'Ленинград, 1962г.), соавторы В. И. Фнпкин и В. Е. Удальцов, на заседаниях Ивановских отделений Всесоюзных обществ травматологов' и ортопедов (1982г.), физиологов (1984г.), на Всесоюзном совещании " Транспорт кислорода и антиоксидантные системы" (Гродно, 1989г.), на Учредительном конгрессе международного общества патофизиологов, (Москва, 1991г.).

На защиту выносятся следующие поло ж е н и я :

1. Впервые, на основе комплексных экспериментально-теоретических исследований установлены критерии оптимальности основных параметров системы кислородного снабжения тканей на гисто-гемати-чсском уровне в нестационарных режимах, соответствующие наиболее эффективному поддержанию тканевого кислородного гомеостаза.

• 2. Екявлены закономерности отраггения динамики кислородного гомеостаза мтлечных тканей на динамике среднего ткэ.неЕого р02.

3. Выявлена взаимосвязь .между специфической формой кривой ' диссоциации оксигемоглобина и закономерностями поддержания кислородного го;,-.состава мышечной ткани.

■Структура и объем работы. Диссертация, издоенная на £05 страницах, содержит 146 страниц основного текста я состоит из введения, аналитического обзора литературы, 3 глав собственных исследований, обсуждения результатов и заключения, выводов, рписка литературы из 241 наименования, в том числе 118 на иностранных язкглх, включает 18 таблиц, 47 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Материалы и м-етоды. Выявление специфических методических погрешностей определения тканевого р02, возникающих за счет влияния на рабочую поверхность полярографического электрода молочной и иировиноградной кислот, а также за счет кинетической составляющей тока электрода при диссоциации оксигемоглоби-на близ поверхности электрода, проведено на консервированной крови человека - было снято свыше 1000 подпрограмм. Исследование динамики среднего тканевого р02 в скелетных мышцах проведено на бер'породных белых крысах обоего пола, массой 170 - 240 г. Всего выполнено 106 экспериментов. ' Исследование особенностей динамики кислородного гомэостаза мышечных тканей у- человека проведено на 29 здоровых добровольцах. Прогностическая и диагностическая эффективность новых усовершенствованных приемов оценки кислородного ■ режима скелетных мышц проверены в клинических условиях. Обследовано 57 болшых совместно с невропатологами 'и с травматологами.

В экспериментах были использованы две модификации полярографического метода - вольтамперрмеТрия и хроноамперометрия. В вольт-амперометрическом ре^-име снимались полные подпрограммы при исследовании влияния на открытый платиновый измерительный электрод молочной и пировиноградной кислот и влияния контакта рабочей поверхности электрода с эритроцитами и свободным гемоглобином, образующимся в результате гемолиза эритроцитов. Информативным показателем в этом случае была динамика зависимости тока электрода от величины приложенного потенциала. Показано, что молочная и гшро-виногралнаи кислоты способны восстанавливаться на открытом измерительном полярографическом электроде при потенциалах, соответс-

твукотх потенциалу определения кислорода. Пои этом электрод интенсивно загрязняется и чувствительность его к кислороду падает. В крови из-за буферной роли гемоглобина воздействие этих кислот резко ослабевает, однако возникает другая погрешность. Евиду наличия кинетической составляющей токе электрода диффузионная составляющая, соответствующая физически растворенному кислороду, может составлять в ряде случаев небольшую часть общего тока. Установлено,' что для открытого платинового измерительного электрода резкое нарастание кинетической составляющей тока происходит при потенциале -0.55... -0.65 В, а при связывании гемоглобином молочной или пировиноградной кислот дополнительно смешается влево примерно на 0.05 В и составляет -0.50... -0.60 В. Это соответствует максимальному значению в диапазоне потенциалов рабочей точки, платинового электрода при определении р02, рекомендованного III Всесоюзным симпозиумом по полярографическому определению кислорода в биологических объектах. Весью важным является установленное нами положение о предотвращении грубых методических ошибок при возможном контакте рабочей поверхности электрода с кровью, которое обеспечивается за счет выбора потенциала рабочей точки примерно -0.40... -0. 45 Вольт для платинового электрода. При этом пропорциональная зависимость величины тока от величины р02 сохраняется. Особое значение это имеет для клиники, и прежде всего, травматологии. . В поврежденных и ишемизированных тканях создаются все условия для проявления рассматриваемых погрешностей. Это может иметь место в целом ряде случаев при изучении различных видов гипоксии (Е. А. Коваленко, 1966,1972). Подобные ошибки, из-за влия-• пия молочной кислоты, вероятны также и при. обследовании больных со злокачественными опухолями, что бполне объясняет ранее наблюдавшиеся факты повышенного тока электрода в опухолевых тканях (В. А. Березовский, 1967), что нельзя объяснить соответствующим содержанием кислорода в них.

. Зависимость динамики тканевого р02 в нестационарных режимах от колебаний кровотока требует регистрации в этом же регионе и • объемного кровотока с достаточной точностью. Однако, методы, обеспечивающие удовлетворительную точность измерения объемного кровотока, . имёют большую длительность цикла измерения и позволяют регистрировать в динамике лишь сравнительно медленные изменения кровотока. Методы непрерывного измерения позволяет регистрировать качественные изменения кровотока, но не обеспечивают требуемой

точности. Известные попытки совмещения количественных и непрерывных методов недостаточно эффективны из-за появления специфических погрешностей. Одной из погрешностей является то, что результаты измерения двумя методами относятся к различным, в той или иной • степени объемам тканей и временным интервалам. Поэтому отсутству- • ет принципиальная возможность строгой идентификации точки на непрерывной записи, к которой относятся результаты количественного измерения, усредняющего изменения кровотока за время измерительного цикла. Для решения этих задач был выбран путь укорочения длительности, циклов количественного измерения и обеспечение возможности их многократного повторения. Очевидно, что по мере уко-ррчения измерительных циклов и увеличения частоты их повторения . разрешающая способность метода во времени Судет нарастать. Для практического осуществления такого подхода бил выбран вариант метода водородного клиренса с генерацией Н2 на измерительном электроде (В. А. Березовский, М. Г. Теплицкий, 1974). С целью изучения возможностей укорочения измерительного цикла, а такте повышения точности и чувствительности измерения была разработана и исследована новая модификация метода клиренса Н2. Отличие ее заключается в использовании режима короткого замыкания цепи измерительного электрода после генерации на нем водорода (т.е. непосредственно в редаме измерения). Установлено, что в режиме короткого замыкания • обеспечивается быстрое и эффективное очищение рабочей поверхности измерительного электрода от молекул водорода, т. к. вследствие обратимости электрохимической реакции на электроде к процессу вымывания молекул Н2 кровотоком добавляется процесс их окисления. ■В результате обеспечивается существенное укорочение измерительного цикла, что дает повышение точности и чувствительности измере- . ния. На основе модифицированного варианта метода водородного клиренса разработано специальное устройство для измерения кровотока," позволяющее существенно повысить точность измерения кровотока в динамике. Тарировка устройства осуществлена с помощью распространенного варианта метода с ингаляцией водорода.

Для определения скорости потребления кислорода тканью использовалась методика, основанная на кратковременной ишемизации ткани путем'ее.сдавления (И. М. Эпштейн,1971). В нашем исследовании выбрана опытным путем длительность ишемизации ткани £0. ..60 секунд, обеспечивавшая, так правило, снижение-напряжения кислорода в скелетных мышцах крыс практически до нуля.

•Исследования взаимосвязи различных факторов в системе кислородного снабжения тканей проводилось с помощью методов математического моделирования. На основе известного уравнения Хилла,' описывающего • приближенно зависимость связывания кислорода- гемоглобином от р02 крови, промоделировано влияние кривой диссоциации оксигемоглобина на поддержание адекватного потока кислорода в ткань в нестационарных режимах. Для теоретического исследования влияния основных параметров системы кислородного снабжения тканей на динамику среднего тканевого р02 и доставку 02 к тганям и нестационарных режимах разработаны оригинальные модели динамики среднего тканевого р02. В отличие от известных математических моделей, анализирующих транспорт 02 в тканях на микроуровне, разработанные математические модели поддаются непосредственной экспериментальной проверке, что и позволило провести параллельные экспериментально-теоретические исследования и сопоставить их результаты.

Результаты исследования. Изучение динамических характеристик транспорта кислорода 'в тканях экспериментальны),! путем затруднено гак ограниченными возможностями методик, так и большим объемом необходимых для этого комплексных исследований. Наиболее эффективным может бьггь использование для этой цели математических моделей, подкрепленное необходимым минимумом экспериментальных исследований. Однако, существующие математические модели для этих целей малопригодны, т. к. строятся по принципу, предложенному еще КгодИ (1936) для исследования пространственного распределения напряжения кислорода в условном ткане- ' вом цилиндре, окружающем капилляр. В этих случаях и экспериментальное определение р02 должно вестись в том или ином участке условного тканевого цилиндра. Такие исследования возможны только при наличии специальных методик ультрамикроизмерений р02 микронными электродами (Ш1а1еп V. аЪ а11,1037, Шаов М. Т. ,1990). Объект ряда обычных экспериментальных и клинических исследований должен быть принципиально иной, т. е. необходимо измерение средних значений тканевого р02 и их изменений во времени. В нестационарных режимах могут изменяться практически все параметры системы кислородного снабжения тканей, что обусловливает сложный характер влияния их на динамику тканевого рС2.

■ При разработке моделей динамики р02 в ткани приходится ограничиваться учетом изменений тех параметров, которые имеют наиболь-

шее значение для решения поставленной задачи. В данном случае, ввиду рассмотрения динамики среднего тканевого р02 при функциональных пробах, момо считать постоянными все параметры, сравнительно мало изменяющиеся за время проведения пробы, например, величину ооюмного тканевого кровотока. В то зк время, конкретные-числовое значения этих параметров можно задавать в 'широких пределах. Анализ, на основе закона диффузии Фика, взаимосвязи усредненных и интегральных параметров, определяющих кислородный режим единица объема ткани, позволил получить следующую формулу для среднего тканевого р02 в случае зависимости скорости потребления" кислорода от р02, последнее характерно для мышц в условиях гипоксии, когда уровень р02 опускается ниже критического (обозначет ■ ния отличаются от наиболее часто используемых ввиду смысловых отличий величин при аналое динамики среднего теневого р02):

Р+А К

+

Ж

1-ехр

/>+А

К .

п _ 2СУ0 г ~ 2СУ+й

где' X - искомая величина ереднетканегюго рОЯ; Р - р02 в начальный момент времени (Т-0); /3 - постоянная скорости потребления кислорода; к - козцфици;нт растворимости кислорода в ткани; Т --время; М - артериальное р02; С - кислородная емкость крови; V - объемный тканевый кровоток; й - диффузионная проводимость кислорода в ткани.

Величина "р" введена для упрощения записи, т.к. обозначенное, ею выражение встречается в формуле ■ несколько раз. Однако, она имеет и вполне определенный физиологический смысл. Соответствую-' щее ей выражение математически есть не что иное, как сумма двух величин - £СУ и й, имеющих размерность проводимостей кислорода. Из полученного выризыьнкя видно, что как напряжение кислорода в ткани, так и скорость его изменения зависит от суммы этих двух величин, обе они зависят.от кровотока. Первая увеличивается прямо пропорционально увеличению объемного кровотока, вторая связана с кро1иТ1л.ом Солеи сложной зависимостью. При изменении числа откры-' тих капияляров, связанном с регуляцией объемного кровотока, изме-ши/геи величины - суммарная площадь капиллярной стенки и ра-

диус диффузии, поэтому колебания величины С будут значительно более резкими, чем колебания- числа действующих капилляров. Это молк т приводить к тому, что падение напряжения кислорода в ткани даже при сравнительно небольшом уменьшении кровотока резко возрастет. Анализ показал, что оптимальные условия поддержания тканевого р02 при изменениях объемного кровотока обеспечиваются лишь при поддержании равенства проводимостей кислорода и крови и тканях (гемодинамической 2СУ и диффузионной 6). Механизм этого может быть прост и он сводится к поддержанию необходимого соотношения между числом открытых капилляров и линейной скоростью капиллярного кровотока. Это обстоятельство позволяет упростить модельные уравнения и получить более простые формулы для модельных исследований, режимов кислородного снабжения тканей в которых выполняется приведенное выше условие 2СУ=6:

X =Р?ехр

Величина "С" здесь существенно отличается от привычных представлений о кислородной емкости крови, являющейся интегральной характеристикой и отражающей суммарное содержание кислорода в" кровк при условии ее полного насыщения. Используемая здесь величина "С" отражает количество кислорода, отдаваемое единицей объема крови на единицу снижения ее р02. То есть не потенциальную способность крови к переносу кислорода, а реально отдаваемое ею количество 02 в конкретных условиях. Очевидно, что величина зта непостоянна и связана с закономерностью диссоциации оксигемогло-бина. Учет изменений этой величины Потребовал подробного анализа специфической формы кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО) и ее влияния на кислородное снабжение тканей в нестационарных режимах. Была найдена зависимость удельной отдачи кислорода кровью от величины ее р02. То есть количества кислорода, отдаваемого кровью при снижении ее р02 на кахлый миллиметр ртутного столба. Математически эта зависимость выражается первой производной от' КДО. Выявлено, что максимальная удельная отдача кислорода кровью человека соответствует величине р02 крови около 19... 20 мм рт. ст. Ниже этого . значения отдача кровью кислорода резко падает, что делает неэффективным усиление отдачи кислорода при дальнейшем снижении венозного р02. Соответствующие данные о критическом уровне венол-

СУ+/8

•к

+ ст

1-ехр

СУ+0

к

■Сх ■

О' £0 '40 СО ' р02

(мм рт. ст.)

Рис. 1. Кривые, характеризующие отдачу кислорода кровью человека:

верхняя - вависимость содер.кания связанного кислорода в крови от ее р02 (1Щ0); средняя - удельная отдача- кислорода кровью на единицу сниуйния ее р02 (мл/(мл-мм рт. ст.); ничлля - относительный прирост отдачи кислорода при снимзнии венозного р02.

ного р02 = 19. ..£0 мм рт. ст. имеются в литературе (Opitz Е. , Schneider №. 1950; Э. ХЭглитис, ЯВ. Скардс, В. ЯДзерве, 1078). Рассмотрена зависимость относительного прироста отдачи кислорода (ОПОК) кровью при изменениях артсрио-венозной разницы (ДВР) р02. Под ОПОК понимается отношение количества кислорода, отдаваемого при увеличении ЛВР на 1 мм рт.ст. к общему количеству 02, уже отданному кровью. Установлено, что при изменениях АВР р02 в широких пределах (для КДО человека соответствует изменению венозного р02 от 20... 29 до 60... 65 мм рт. ст.) ОПОК на каждый миллиметр ртутного столба остается постоянной величиной. Причиной тому нелинейность КДО. По мере того, как увеличивается отдаваемое кровью количество кислорода с одновременным снижением венозного р02, увеличивается и количество кислорода, отдаваемое па каждый миллиметр ртутного столба. Это видно и из формы КДО. Постоянство ОПОК обеспечивает условия наиболее эффективной регуляции потока 02 в ткань в нестационарных режимах за счет изменения АВР р02. Для практического использования моделей динамики среднего тканевого р02 была найдена зависимость величины С (средней удельной кислородной емкости крови) от р02 крови. Разработанные модели подверглись экспериментальной проверке. Регистрировалась динамика среднего тканевого р02 в скелетных мышцах крыс (средняя треть бедра) при.ишемической пробе. По кривой снижения тканевого р02 вычислялась постоянней скорости потребления кислорода. До и после наложения кровоостанавливающего жгута определялся локальный тканевый кровоток. Полученные данные подставлялись в математическую модель и вычислялись теоретические значения тканевого р02 при полученных значениях кровотока и скорости потребления кислорода. Строились теоретические кривые динамики р02т при ишемичеекой пробе. После этого производилось сравнение расчетных и полученных в эксперименте результатов. Ввиду того, что в модели Есе погрешности экспериментального определения параметров кислородного режима, а также погрешности, связанные с использованием усредненных литературных данных (в частности, кислородной емкости крови) проявляются в .совокупности, в каждом конкретном случае возможны более или менее значительные расхождения экспериментальных и теоретических результатов. Выли вычислены коэффициенты корреляции экспериментальных и теоретических значений р02 и кровотока для 106 пар значений. . Для пиры "р02зксп. - розтеор."' - Р-0.849. Для пары "кровоток окс-п.-кровоток теор. " - Р-0. ¡352. Средние величины р02 и

- И

крсг.огока в мышце были близки к литературным данным (р02эксп.« 34. 7±1. 2, рОЕтеор.-30. б£1. О мм рт. ст. , кровоток зксп. - 40. 3±4. 8, кровоток теор. = 47. б±8. 3 мл/100г-мпн). Для 20 случаев со сравнительно близкими значениями установившегося р02т проведено попарное сравнение экспериментальных и теоретических кривых. Рассчитывались коэффициенты корреляции по 10 парам точек. Точки на каждой экспериментальной и теоретической крибой определялись в соответствующие моменты времени, считая от начала подъема р02. Для всех 20 пар получены коэффициенты корретяции Слизкие к единице, а именно, от 0.924 до 0.997, что говорит о значительной близости экспериментальных и теоретических кривых динамики р02т. Ввиду того, что близость средних, а также близость кривых динамики р02т получены при изменениях в широком диапазоне и значений кровотока (от 2 до 180 мл / (10Сг• мин)), и ПСПК (от 0.62 до 15.4 мл02 / (мл-с-мм рт.ст.)), и р02т (от 13 до 70 мм рт. ст.), нами был сделан вывод о достаточной адекватности предложенной модели и, соответственно, справедливости положенных е ее основу допущений.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследования показали, что в широком диапазоне изменения условий функционирования системы кислородного снабжения скелетных мыиц поддерживается оптимальное соотношение между линейной скоростью капиллярного кровотока в ткани и числом действующих капилляров.

После зкеперименсального подтверждения адекватности моделей было проведено их исследование. Были аналитически получены формулы и.построены с помощью ЭВМ графики, описывающие влияние на величину тканевого рС2 и его динамику следующих факторов: а) изменения кислородной емкости крови; б) изменения насыщения артериальной крови кислородом; в) изменения объемной скорости кровотока; г) изменения скорости потребления кислорода тканью; д) влияния специфической форм^ кривой диссоциации оксигемоглоб'ина (КДО) на переходные процессы в системе кислородного снабжения тканей. Сопоставление имеющихся литературных данных с полученными результатами позволило дополнительно подтвердить адекватность модели, после чего с позиций разработанных моделей были проанализированы функциональные пробы, применяемые в экспериментальных и клинических исследованиях: ишемическая и "кислородная нагрузка" (КН) - проба с ингаляцией кислорода. Для ишемической пробы, позволяющей определять константу скорости потребления кислорода (КСШ) по кривой снижения тканевого р02 при кратковременной ишемии, вычис-

лена погрешность из-за остаточного кровотока. Покаоано, . что при остаточном кровотоке даже порядка нескольких процентов погрешность может быть соизмерима с величиной константы. Весьма существенно, что минимальные погрешности обеспечиваются при определении КСПК по начальному участку кривой снижения рОйт. Для пробы с кислородной нагрузкой рассмотрен вопрос, имеющий в литературе неоднозначное толкование - о достоверности оценки утилизации кислорода по кривой КН. Показано, что при нормоксии постоянная скорости снижения р02 ткани после КН зависит лишь от интенсивности вимина-ния кровотоком кислорода из избыточно оксигенированной ткаии и не зависит от скорости потребления кислорода тканью. Следовательно, судить об утилизации кислорода по кривой КН можно лишь косвенно, при условии соответствия кровотока интенсивности метаболизма, а ото возможно лишь в условиях нормы.

Оценка скорости доставки 02 в данную точку ткани (к кончику электрода) по отрезку времени с' момента первого вдоха кислорода и до ' начала под1«ма тога электрода является вполне достоверной и суммарно характеризует весь период доставки, включая и транспорт 02 в легких, и транспорт 02 кровообращением, и из капилляров в межклеточную жидкость. Это очень важный показатель.

Рассмотрена возможность применения КН при ишемии. Показано, что. при исходных уровнях тканевого р02 порядка единиц миллиметров ртутного столба прирост напряжения кислорода уменьшается в десятки раз и замедляется примерно вдвое. Е результате КИ мотет стать неразличимой на фоне небольших колебаний тканевого р02, вызываемых другими причинами.

■ Особый интерес как с практической, так и сугубо теоретической точек зрения представляет определение пределов изменения параметров кислородного режима, после которых кислородный гомеостаз ткани можно считать нарушенным. Соответственно, колебания параметров КРТ в этих пределах еще не являются нарушениями кислородного го-меостаза,- Конечно, этот вопрос является самостоятельной проблемой и не может Сыть решен в рамках настоящей работы. Однако методические подходы, разработанные в данной работе, позволяют прояснить некоторые существенные моменты и наметить пути его решения. • ■

В общем случае нарушения кислородного гомеост&зл тканей могут быть обусловлены нарушениями Либо доставки кислорода, либо его потребления. В обоих случаях ото проявляется в изменениях ткане-

вого р02, характеризующего равновесие доставки - потребления кис-' лорода в тканях. На практике во многих случаях имеют место оба нарушения одновременно.

Особенности изменений кислородного режима мышц при сохранении кислородного тканевого гомеостаза исследовались с помощью усовершенствованного' нами варианта полярографической методики на 29 здоровых добровольцах. Было выполнено 193 измерений.

В качестве моделей явно выраженных нарушений кислородного гомеостаза скелетных мышц был использован клинический материал.. Было проведено исследование особенностей динамики мышечного р02 при ряде патологий, соответствующих трем, выделенным нами, наиболее крупным группам нарушений кислородного режима тканей, а именно:

- нарушения соотношения между доставкой и потреблением кислорода при нарушениях вегетативной регуляции, обычно возникающей при ра-дикулопатиях (исследовалась динамика мышечного р02 при радикуло-патиях вызванных поясничным остеохондрозом);

- нарушения преимущественно доставки кислорода (исследовалась динамика мышечного р02 при циркуляторных расстройствах вслеД7 ствие травм опорно-двигательного аппарата);

- нарушения преимущественно потребления кислорода (исследовалась динамита мышечного р02 при.парезах периферического нерва и в участках миодистрофии различного генеза).

При обследовании практически здоровых лиц было выявлено,'что в состоянии покоя р02 в икроножных мышцах обследованных, не занимающихся физкультурой и спортом, составляло в среднем 20.3 ± 4.1 мм рт. ст. Различие уровней р02 в мышцах правой и левой конечности было статистически недостоверным (р > 0.5), а во многих случаях оба уровня практически не различались. После функциональной нагрузки (ФИ) - электрической стимуляции е течение- 30-40 секунд -уровни р02 либо практически кг изменялись, либо возрастали статистически недостоверно. Далее было исследовано влияние физической тренировки на эти показатели, определены уровни р02 в мышцах у лиц, занимающихся физкультурой и у мастеров спорта. Выявлено, что по мере повышения степени физической тренированности величина среднего мышечного р02 в покое снижается. Так, у лиц занимающихся оздоровительным бегом, в поксе среднее р02 в икроножной мышце составило 13.9 ±3.7 мм рт. ст., а у спортсменов высокой квалификации (футболисты - мастера спорта) - 7.9 ± 1.2 мм рт. ст.

В целом для кислородного гомеостаза мышц у здоровых людей ха-

рактерны симметрия уровней р02 на правой и левой стороне, устойчивость этих уровней в покое и устойчивость их при функциональной нагрузке.

Отличия кислородного режима мышц у лиц с выраженными нарушениями кислородного гомеостаза носили не только количественный, но и качественный характер. Так, у Сольных с радикулоиатиями были выявлены существенные нарушения кислородного режима ь пора;;анпых миотомах, выражающиеся в резком снижении мышечного р02 и его неустойчивости. В процессе исследования регистрировалась динамика р02 а пораженном миотоме (ПМ) (икроножная и передняя Сольшсберцз-вая мышцы) на больной и здоровой стороне в состоянии покоя и после Ш Полученные результаты приведены в табл. 1 (мм рт. ст.)

В покое

На здоровой р02з 20. 3 ± ¿. 7 стороне

р02б - 14.1 ± 2. 3

До

лечения На больной стороне

О. 05 < Р < О. 1

После нагрузки р02з.= 19.3 ± 2.3

р02б - ю. о ± 1. а

Р < 0.01

На здоровой После стороне лечения На больной стороне

р02э - 33. 4 ± 10. 1 р02б = 24. 6 + 5. 7 Р > 0. 2

р02з = 33. О 1 8. 2 р02б - 34. 4 .1 С. 2 Р > 0. 5

Как видно, во всех случаях была выявлена резко выраженная асимметрия уровней р02 на больной и здоровой стороне. В то время, как на здоровой стороне в покое уровень р02 (20.3^2.7 мм рт. ст.) соответствовал уровню контрольной группы (20. 3±4.1 мм рт. ст. -в таблице не показано), на больной стороне наблюдался существенно сниженный уровень р02 (14.1 ± 2.3 мм рт.ст. ). После функциональной нагрузки р02 на больной стороне резко упало (до 10. 9±1.8 мм рт.ст.), а достоверность различий уровней р02 на больной и здоровой-стороне возросла (Р < 0.01). Происходит это за счет неустойчивости р02 в пораженном миотоме,. снижающегося при функциональной нагрузке даже в случаях'с исходно повышенным р02. Выраженный эффект ■ лечебных воздействий на больной стороне связан е

нормализацией тканевого р02 после низкого его уровня до лечения. Н! здоровой стороне исходный уровень близок к норме, устойчив и изменение его в процессе лечения менее значительно. Однако, более важным результатом лечебных воздействий является'реакции на М -практически полное исчезновение остаточной (после лечения) асимметрии р02 при высоком среднем его уровне.

Таким образом, как в соотношении уровней мышечного р02 в симметричных участках, так и в характере дним.ики мышечного р02 наб-' людаются качественные показатели, позволяющие оценивать сохранение или же нарушение кислородного гомеостаза мышц. Совместно с известны;,! количественным - средним уровнем мышечного о02 в норме, эти показатели могут служить достаточно надежным критерием оценки лффективносги поддержания кислородного гомеостаза скелетных мысц.

ВЫВОДЫ.

1. При изменениях кровотока вследствие колебаний потребности мышечной ткани в кислороде, перенос необходимого количества кислорода из крови в ткань может быть обеспечен только при -соответствующих изменениях соотношения между линейной скоростью капиллярного кровотока и числом действующих капилляров, устанавливающих это соотношение оптимальным для данного уровня кровотока.

2. Критерием оптимальности указанного соотношения служит соп-ряжзнность условий транспорта кислорода по обе стороны капиллярной мембраны - переноса кислорода кровью в ткань и диффузионного перекоса кислорода непосредственно в ткани. Эта сопряженность вы, ража^тоя равенством величин, характеризующих перенос 02 гемодина-мнчеекнм и диффузионным путем.

я. Изкененг.е венозного р02 может обеспечивать эффективное поддержание доставки кислорода в ткань за счет изменений артерио-ве-испной рааници при резких колебаниях потребления кислорода мышечной тканью, когда система кровообращения не успевает обеспечить находимый прчрост доставки 02. Важным условием этого является соответствие венозного р02 оптимальной величине, которая зависит ■V: характеристик кривой диссоциации гемоглобина и для человека. в норм-1 составляет приблизительно 35-40 мм рт. ст.

1. ^М^ктипная регуляция кровью потока кислорода в ткань

обеспечивается венозным р02 в интервале, характеризующимся постоянством относительного прироста отдачи кислорода на единицу снижения венозного р02. Для крови человека нижняя граница указанного интервала - 26... 29 мм рт. ст.

5. Критическое значение венозного р02, равное для крови человека 19. ..20 мм рт. ст. , обусловлено переходом от повышения удельной отдачи кислорода на единицу р02 при усилении экстракции кислорода из крови, к-ее-резкому снижению. Значение венозного р02 » 19... 20 мм рт. ст. для крови человека соответствует максимальной отдаче кислорода на единицу снижения венозного р02.

6. Закономерности динамики среднего мышечного р02 при изменениях кислородного гомеостаза мышечных тканей описываются предложенными наш математическими моделями.

СПИСОК ОПУВЛИКОБА111ЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. О динамике кислородного режима тканей организма // изменения периферического кровообращения у больных с передомами в процессе реабилитации. -Иваново, 1979.-С. 56-63.

2. Многофункциональная установка для измерения и регистрации р02.и ОВП в эксперименте // Там же, (соавторы - В. Е. Удальцов, Е С. Зуев, С. Н. Воронов, ЕМ. Козлов). -С. 74-77.

3. О взаимосвязи местного кровотока с условиями транспорта кислорода из крови в ткань // Тезисы докладов юбилейной научной конференции ИШ1 -ИЕаново, 1981. -С. 131-133.

• 4. Математическая модель динамики среднего тканево1 з р02 при гипоксии // Физиологические и клинические проблемы адаптации к гипоксии, гиподинамии и гипертермии / Тезисы Ш Всесоюзного симпозиума. -Т. 2. -Шсква, .1981. -С. 45-46.

5. Устройства для измерения параметров кислородного режима тканей //• Тезисы докладов ХХХУП Всесоюзной научной сессии, посвяшэнной дню Радио. -Ч. 1. -Москва, 1982.-С. 94-95.

■ 6. Устройство для изг"рения кровотса. //Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. -М.,1982. -Ы 28.

7. К анализу методических погрешностей при полярографическом определении напряжения кислорода в тканях // Тезисы докладов гои-ференцни молодых научных работников ИГМИ. :Иваново, 1984.-0.43-44.

8. Кривая диссоциации океигемоглобина и-кислородное скабч-ни"

тглн.'П ü шггациоиариих режимах // Тезисы докладов конференции* меледчл ученых ИГ.'.Ш им. Л. С. Бубнова. -Иваново. 1985. -С. 119-120.

и. оо оптимальном соотношения числа действующих глшшмров и линейной скорости капиллярного кровотока в тклнях / Ивановский гос. !.:"Д. ИН-Т.-Лелиово, 1987. -9 с. -Дел. в ВИНИТИ 25. 02. 87, N1352-B87.

1С. Коивая диссоциации оксигемоглобина крови человека и кислородное снабжение тканей в нестационарных режимах / Ивановский гос. мол. ин-т.-Иваново, 1987.-10 с.-Деп. в ВИНИТИ 13. б. r.7,N4460-B87.

11. Погрешность определения константы скорости потребления кислорода тканью, вызываемая остаточным кровотоком / Ивановский гос. мед. ин-т. -Иваново, 1УИ7. -G с. -Деп. в ВИНИТИ 23.09.87, N 7U2S- Е.°'7.

12. Кгслородный режим мышц нижних конечностей при радикулопа-тиях вследствие поясничного остеохондроза // Реабилитация больных с травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата. -Иваново, 1980. -С. 59-33.

ИЗОБРЕТЕНИЕ И РАШ101ШГ/ЗЛТ0РСККЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ. . . .

!. Устройство для измерения кровотока. Авторское свидетельство l'C'JP М 9.16501.

2. Способ сценки эффективности регуляции кислородного снабжения скелетных 'мышц. Удостоверение на рационализаторское предложение N17/0,- ИГ МИ им. А. С. Бубнова. 18.12.86.

3. Вспомогательный полярографический электрод. Удостоверение на рационализаторское предложение N1771. - ИГМИ им. А. С. Бубнова, 13. 12. 8б'.

А. Устройство для калибровки полярографического электрода. Удостоверение на рационализаторское предложение • N1772. - ИГМИ им. А. 0. Бубнова, 18.12. 86.

5. Двухкаиальная полярографическая приставка. Удостоверение на рационализаторское предложение N1786. - ИГМИ им. А. С. Бубнова, 18. Iñ.GO.

6. Устройство для исследования кислородного режима тканей. Удостоверение на рационализаторское предложение N1783. - ИГМИ им. А. с. Бубнова, 18.12. 86.

J/