Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Особенности механизмов формирования типов саморегуляции кровообращения

МОСКОВСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ имени И.М- СЕЧЕНОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ ОД имени П.К. АНОХИНА РАМН

ПЕН

УДК 612.13:331.0113.001.57

ПЕТРОВ Сергей Валерьевич

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТИПОВ САМОРЕГУЛЯЦИИ КРОВООБРАЩЕНИЯ

14.00.17 - Нормальная физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Российском государственном медициною»; университете и Гродненском государственном медицинском институте

Научные руководители - доктор биологических наук, профессор.

член-корреспондент АН Беларуси АРИНЧИН Н.И - доктор биологических наук, профессор СМИРНОВ Е.М.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук, профессор,

УМРЮХИН Е.А.

доктор медицинских наук, профессор ТХОРЕВСКИЙ В.И.

Ведущая организация - Российский университет дружбы народов

Защита диссертации состоится " '->" декабря 1996 года в " " часов на заседании совета д 001.08.01 по защите диссертаций при Научно-исследовательском институте нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (103009, г.Москва, ул. Герцена, 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского института нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН.

Автореферат разослан "30м октября 1996 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

канд. мед. наук В.А. ГУМЕНЮК

(о) НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Изучение механизмов формирования типов саморегуляции крово-бращения (ТСК) относится к числу актуальных проблем физиологии и едицины, так как способствует выяснению патогенеза и выбора наи-олее эффективных методов лечения сердечно-сосудистой патологии.

В отечественной и зарубежной литературе распространено мне-ие, что системное кровообращение у здоровых лиц однородно, в то ремя как развитие гипертонической болезни сопровождается диффе-енциацией ее на гипер-, эу~ и гипокинетические варианты Sannerstedt R., 1970; Chan N.P. etal., 1978, Jandova R., 'idimsky J., Resse J., 1S80; Мазо Р.Э., 1981; Шхвацабая И.К., онстантинов E.H., Гундаров И.А., 1981 и др.).

Вместе с тем, давно известно о существовании внутренней био-югической неоднородности здоровых людей. В I960 году Н.И. Арин-:иным и сотрудниками выдвинута концепция о наличии ТСК у здоровых зодей. Разделение на ТСК осуществляется на основании интегральной >ценки сердечно-сосудистой системы, когда учитываются не только вбсолютные значения отдельных показателей, но и их физиологичес-;ое соотношение в различных условиях жизнедеятельности (Аринчин 1.И., Кулаго Г.В., 1969; Аринчин Н.И., 1978; Аринчин Н.И., Бори-:евич Г.Ф., 1985 и др.). Установлено, что в норме существуют три 'CK: сердечный, сосудистый и средний. Для каадого из этих трех ¡ариантов характерно определенное соотношение сердечного и сосу-¡истого компонентов центральной гемодинамики.

. Дальнейшее изучение проблемы показало, что как в оценке нор-ш, так и относительно развития патологических процессов, типоло-'ические закономерности организации системы кровообращения являлся во многом не ясными. Дискутабельными во многом остаются воп-гасы о механизмах формирования ТСК у здоровых людей: не выяснен 5клад частоты сердечных сокращений и систолического выброса крови з формировании минутного объема крови как в состоянии покоя, так I при воздействии дозированной физической нагрузки у представите-гей разных вариантов гемодинамики; не установлены особенности юддержания оптимального для метаболизма уровня постоянства артериального давления крови у разных ТСК; не выяснено значение при формировании вариантов кровообращения общего и артериального нал-

- г -

ряженного объема крови, эластичности (жесткости) артериального резервуара, венозного возврата и другие параметры центральной гемодинамики у людей с различными ТСК.

Исследование этих малоизученных вопросов имеет большое как теоретическое, так и практическое значение для решения принципиальных вопросов физиологии.

Связь работы с крупными научными программами, темами.

Работа является частью межкафедральной научной темы [шифр темы:010ь N госрегистрации: Всесоюзной 01.90.0058863 с 24.12.91 г., Республиканской: N 1993295 с 24.01.94 г.] "Особенности функционирования системы транспорта кислорода в механизмах антиокси-дантной защиты и обеспечения адаптации организма к воздействию отклоняющих факторов внешней и внутренней среды".

Цель и задачи исследования.

Целью настоящего исследования явилось выяснение особенностей механизмов формирования гемодинамики у людей с различными ТСК.

В соответствии с целью решались следующие основные задачи:

1) выяснить вклад частоты сердечных сокращений и систолического объема крови в сердечный дебит у лиц с различными вариантами гемодинамики как в состоянии относительного покоя, так и при действии дозированной физической нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг ;

2) установить особенности поддержания оптимального для метаболизма уровня постоянства артериального давления у лиц с разными ТСК как в состоянии относительного покоя, так и при действии дозированной физической нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг;

3) исследовать значение общего и артериального напряженного объема крови, эластичности (жесткости) сосудов артериального резервуара, венозного возврата при формировании центральной гемодинамики у людей с различными ТСК (по данным идентификации параметров классической математической модели "управляемой" части системы кровообращения);

4) изучить особенности сократительной функции миокарда у мальчиков с различными ТСК в состоянии относительного покоя и при действии дозированной физической нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг;

5) провести анализ уровня физической работоспособности у представителей разных ТСК по тесту ВГО170.

- 3 -

Научная новизна полученных результатов.

Исходя из анализа литературных данных, посвященных механиз-эм формирования ТСК, в настоящей работе впервые показано, что в эстоянии относительного покоя у представителей сердечного вари-нта гемодинамики общий напряженный объем крови, напряженный объ-м артериального русла и его эластичность существенно больше, чем людей с сосудистым типом кровообращения. Относительный прирост енозного давления на дозированную физическую нагрузку у них са-ый низкий в связи с большим объемом венозного русла.

Получены новые данные о вкладе частоты сердечных сокращений систолического выброса в минутный объем крови. Установлено, что состоянии относительного покоя у лиц с сердечным ТСК имеют мес-э высокие значения не только систолического, но и сердечного ыбросов крови, в отличие от представителей сосудистого варианта емодинамики. При дозированной физической нагрузке у них не про-сходит изменения систолического объема крови, а увеличение сер-ечного дебита осуществляется преимущественно за счет частоты ердечных сокращений; у представителей сосудистого варианта гемо-инамики - за счет хроно- и инотропных эффектов.

На основе впервые полученных данных сделано заключение, что оддержание постоянства артериального давления у представителей азных ТСК, осуществляется за счет изменения жесткости (эластич-ости) сосудов артериального русла; поддержание сердечного дебита декватного метаболическим запросам у представителей сердечного арканта кровообращения зафиксировано в состоянии максимизации ровотока, а у обследуемых с сосудистым ТСК - его минимизации.

Практическая и экономическая значимость результатов.

Установлено, что представители сердечного ТСК имеют наиболь-ую устойчивость к неожиданному, кратковременному воздействию озмущающих факторов; особи этого варианта гемодинамики имеют по-азатели гемодинамики на максимальном уровне полезного приспосо-ительного результата системы гомеостаза, что требует от организ-:а постоянного расхода энергетических ресурсов, несмотря на то, аходится обследуемый в состоянии покоя или на него действует ка-:ой-нибудь возмущающий фактор.

У лиц, относящихся к сосудистому ТСК, имеет место высокая 1риспособляемоапь к длительному воздействию возмущающих факторов, :ему способствует наличие у них широкого диапазона увеличения по-пзателей системы гомеостаза.

Люди среднего ТСК наиболее гармонично сбалансированы не только в количественном, но и в качественном отношении функциональных систем, обеспечивающих гомеостаз. 00 этом свидетельствуют не только абсолютные показатели системы центральной гемодинамики, сократительной функции миокарда, физической работоспособности, но и резервные возможности функциональной системы поддержания оптимального для метаболизма уровня постоянства системного артериального кровяного давления. В связи с этим они способны к широкому диапазону, как приспособляеноспи, так и устойчивости параметров гомеостаза к различи™ воздействиям возмущающих факторов.

Типологические особенности формирования гемодинамики необходимо учитывать при профессиональном отборе для занятий спортом, в авиакосмической медицине, в реанимации, в кардиологии - при выяснении патогенеза гипер- и гипотонической болезни и т.д.

Разработанный подход идентификации параметров управляемой части классической математической модели системы кровообращения позволяет рассчитать ряд показателей центральной гемодинамики у людей без применения инвазивных методов, что можно использовать с экономической выгодой в практической медицине.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработан подход идентификации ряда параметров центральной гемодинамики у здоровых людей в управляемой части классической математической модели без применения прямых методов их получения.

2. Реакция системы кровообращения у здоровых людей на нагрузку заключается в перераспределении напряженного объема крови из артериального в венозное русло; стабилизация давления в артериальном русле осуществляется путем увеличения жесткости (уменьшение эластичности стенок) артериальных сосудов.

3. Типологические особенности гемодинамики заключаются в различном соотношении величин напряженных объемов артериального и венозного русла, приводящие к качественно различной реакции ударного выброса не только в покое, но и при физической нагрузке.

Личный вклад соискателя.

Все эксперименты выполнены автором самостоятельно с использованием современных методов исследования, с широким применением статистической и математической обработки данных.

- 5 -

Внедрение в практику результатов исследования.

Полученные результаты используются в учебном процессе на кафедрах анатомии и физиологии биологического факультета, а также на кафедре спортивной медицины и лечебной физкультуры факультета физической культуры Гродненского государственного университета им. Я. Купады; на кафедре нормальной физиологии Гродненского государственного медицинского института.

Сведения об апробации результатов и их опубликованное™.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседаниях Гродненского отделения физиологического общества (1993-1995), на ежегодных конференциях молодых ученых и итоговых научных сессиях Гродненского медицинского института (1993), на международном съезде кардиологов "Актуальные вопросы кардиологии" (Минск, 1994). По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Сведения об объеме и структуре диссертации.

'Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, пяти глав собственных исследований, обсуждения, выводов, указателя литературы.

Работа иллюстрирована 2? таблицами и 9 рисунками. Указатель литературы содержит 187 источников, в том числе 105 отечественных и 72 иностранных.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач выполнены исследования на 114 мальчиках в возрасте 12 лет, не занимающихся спортом.

Для изучения центральной гемодинамики в положении сидя на фазе неполного выдоха проводилась синхронная регистрация электрокардиограммы (ЭКГ), фонокардиограммы (ФКГ), тетраполярной грудной реоплетизмограммы (ТГР) в модификации Ю. Т. Пушкаря и соавт. (1977) с использованием аппарата типа РПГ 2-02. Систолический объем определяли по W. Y. Kubicek et al. (1966), артериальное давление измеряли по Короткову. Рассчитывали периферическое сопротивление по Пуазейлю, среднее гемодинамическое давление по Хи-кему, а также ряд показателей центральной гемодинамики: сердечный индекс, объемную скорость выброса крови, работу, мощность, расход энергии на продвижение 1 литра крови из левого желудочка (Виноградова Т.С.[ред], 1986), индекс кровоснабжения и индекс периферического сопротивления (Аринчин Н.И., 1969).

По данным ЭКГ, ФКГ, ТГР проводился фазовый анализ сердечного цикла по В. Л. Карпману (1965) с определением частоты сердечных сокращений, длительности фаз и периодов сердечного цикла.

Деление испытуемых на ТСК осуществляли по экспресс-методу Н.И. Аринчина (1978).

Наш проводилась идентификация ряда параметров управляемой части классической модели гемодинамики (Grodins F., 1966; Пике-ринг У. Д. и др., 1968; Амосов H. M. и др., 1969-, ЛшукВ.А., 1991). Это позволило выделить один из ключевых параметров сердечно-сосудистой системы - общий напряженный объем крови и связать его с рядом физиологических показателей, на которых базируется анализ особенностей механизмов формирования ТСК. Достоинством этого подхода является то, что он не требует применения инвазив-ных методов измерения показателей у объекта исследования.

Для оценки гемодинамических механизмов обеспечения физической нагрузки у испытуемых различных ТСК применялась велоэргомет-рическая ступенчатая нагрузка мощностью 1 и 2 Вт/кг . Частота педалирования на каждой ступени нагрузки равнялась 60 об/мин, продолжительность работы на каждом уровне мощности составляла 5 минут. В конце выполнения каждой ступени велоэргометрического теста регистрировались параметры центральной гемодинамики с расчетом вышеприведенных показателей. Оценку физической работоспособности осуществляли по тесту PWCi7o (Карпман В. Л. и соавт., 1974).

Исследование внутренней структуры связей между показателями в каждом ТСК осуществлялось с помощью корреляционного (Мисюк Н. С., Мастыкин А. С., Кузнецов Г. П., 1975; ФерстерЭ., Ренц Б., 1983 и др.), двухфакторного дисперсионного (Славин М. В., 1989 и др.), а также факторного анализов по методу главных компонент с дополнительной ротацией референтных осей по варимакс - критерию (Дубров А. М., 1987; Иберла К., 1980; Окунь Я., 1974 и др.). Определялся суммарный вклад каждого фактора в общую дисперсию выборки, влияние отдельных показателей на величину фактора, а также динамику изменений в разных ТСК как в состоянии относительного покоя, так и при действии физической нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг .

Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась по общепринятым методам с использованием персональной ЭВМ типа IBM/PS AT 386 SX.

- 7 -

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

При анализе показателей центральной гемодинамики было установлено, что поддержание постоянства среднего гемодинамического давления, оптимального для метаболизма, у разных ТСК осуществляется при помощи различных механизмов.

В покое у обследуемых с сердечным ТСК (31,6 7* обследованных) сердечный дебит был значительно больше (5,376 ± 0Д4 л/мин), чем у мальчиков с сосудистым'(47,4 %) вариантом гемодинамики (2,633 ± 0,651 л/мин). Больший объем циркуляции обусловлен у них за счет значительно большего систолического выброса (р < 0,001).

Выявлено, что при действии физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг прирост сердечного дебита у мальчиков сосудистого варианта гемодинамики больше в 2,5 раза, а при нагрузке мощностью 2 Вт/кг -в 2,2 раза больше по сравнению с увеличением минутного объема крови у обследованных с сердечным ТСК. Этот результат достигается у мальчиков сосудистого варианта кровообращения за счет значительного хронотропного эффекта (соответственно: в 2,3 и 2,12 раза больше) и увеличения инотропной функции, что выражается в значительном приросте систолического выброса и контрактильной функции миокарда по сравнению с данными исходного фона. Так, на нагрузку мощностью 1 Вт/кг систолический объем крови увеличивается на 25,3 %, а на нагрузку 2 Вт/кг - на 38,2 % по сравнению с исходным состоянием.

У мальчиков с сердечным вариантом кровообращения на нагрузку мощностью 1 Вт/ кг вообще не наблюдается изменений в систолическом выбросе, а на нагрузку мощностью 2 Вт/кг - происходит даже его уменьшение (на 6,2 X) по сравнению с исходным уровнем.

Как показал анализ полученных данных, увеличение сердечного дебита у мальчиков с сосудистым вариантом гемодинамики осуществляется за счет двух механизмов - хроно- и инотропного, а у представителей сердечного варианта гемодинамики - только за счет хронотропного эффекта.

В настоящее время (Лишук В.А., 1991; Бураковский В.И., 1976; и др.) построены различные сложные математические модели кровообращения, которые позволяют подробно исследовать поведение сердечно-сосудистой системы. Данные литературы (Гайтон А., 1969; Гро-динз Ф., 1966; и др.) позволили предположить, что работа сердечно-сосудистой системы сильно зависит от такого параметра как об-

ший напряжённый объём крови. Однако, для получения этого параметра требуется применение инвазивных методов исследования системы кровообращения.

На базе разработанного нами метода идентификации параметров классической математической модели управляемой части системы кровообращения , используя данные параметров среднего гемодинамичес-кого давления, систолического выброса и продолжительности диастолы, определялись параметры гемодинамики, позволяющие с новых позиций рассмотреть причинно-следственные связи формирования ТСК как в покое, так и при действии дозированной физической нагрузки.

Установлено, что общий напряженный объем системы кровообращения на нагрузку 1и 2 Вт/кг составляет: у обследуемых сердечного варианта гемодинамики - 320,6-296,5 мл, у сосудистого - 94,9 -92,5 мл, а у среднего - 230 -189,5 мл. Столь большая разница в показателях общего напряженного объема крови у людей с сердечным и сосудистым ТСК (соответственно: на нагрузку 1 Вт/кг составляет в 3,378 раз, а на нагрузку 2 Вт/кг - в 3,205 раз) определяет значительное повышение давления наполнения сердца кровью, что приводит к существенному увеличению систолического и сердечного выбросов крови у обследуемых сердечного варианта гемодинамики.

Установлено, что в состоянии относительного покоя напряженный объем артериального резервуара у представителей сосудистого варианта гемодинамики (рис. 1.В.) был существенно меньше, чем у мальчиков со средним и сердечным ТСК (р<0,001). При нагрузке мощностью 1 и 2 Вт/кг параметры напряженного объема артериального резервуара уменьшаются у всех обследуемых, но особенно существенно у мальчиков с сосудистым типом саморегуляции при сравнении с лицами сердечного (р<0,001) и среднего (р<0,010) вариантов гемодинамики. Следовательно, высокий напряженный объем артериального резервуара у мальчиков с сердечным ТСК определяет у них не только больший систолический, но и сердечный выбросы, так как это способствует увеличению давления наполнения и венозного возврата.

Эластичность артериального резервуара (жесткость) в состоянии относительного покоя была самой низкой (высокой) у представителей сосудистого ТСК по сравнению с мальчиками сердечного и среднего (соответственно: pcO.QOl) вариантов гемодинамики (рис. I.A.). При нагрузке мощностью 1 и 2 Вт/кг происходит снижение эластичности артериального резервуара у всех обследованных мальчиков, но особенно существенно у представителей сосудистого ТСК,

1.5

2 2

1

2 га

О 0.5

т

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

А

гЭ^"

-Г"

Я 1й рЕЕн 1

Щ 1 II 11

С

Т1Р

В

рР-

X

1

..-п..

щ

т1р

1.4 1.2 1

8 0.8 £е

о 0.6

0.4 0.2 0

гР Б

- -Шк-

Т1Р

со

I

т1р

Рис. 1 .-Особенности параметров гемодинамики у сердечного (с), среднего (т) и сосудистого (б) ТСК в покое □ и при нагрузке Ши2В Вт/кг.

по сравнению с мальчиками сердечного (р<0,003) и среднего (р<0,002) вариантов гемодинамики. Различная степень уменьшения эластичности артериального резервуара (или увеличения его жесткости) свидетельствует о различном уровне изменения тонуса сосудов области высокого давления, что имеет существенное значение для поддержания оптимального для метаболизма уровня среднего ге~ модинамического'давления. Наши данные математического моделирования свидетельствуют о том, что эластичность артериального резервуара у мальчиков с сердечным ТСК самая высокая (жесткость, наоборот, низкая), а у представителей сосудистого варианта гемодинамики, наоборот, самая низкая (жесткость высокая) не только в состоянии относительного покоя, но и при действии дозированной нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг.

Таким образом, у сосудистого варианта кровообращения для поддержания постоянства среднего гемодинамического давления, оптимального уровню метаболизма, существенную роль играет эластичность (жесткость) сосудов аортально-компрессионной камеры. Этому способствует ряд приспособительных механизмов у обследованных мальчиков с сосудистым ТСК: у них снижены показатели как систолического, так и сердечного выбросов, увеличено периферическое сопротивление сосудов, наблюдаются низкие общий и напряженный объемы артериального русла не только в состоянии относительного покоя, но и при действии дозированной нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг.

В этом плане интересно сопоставить результаты параметров об индексе кровоснабжения у крайних ТСК. Так, у лиц с сердечным вариантом гемодинамики, у которых имеет место высокая эластичность (низкая жесткость) сосудов артериального резервуара, в состоянии относительного покоя выявляются высокие значения индекса кровоснабжения по сравнению с мальчиками сосудистого ТСК (р<0,001). При действии же дозированной физической нагрузки мощностью 1 и 2 Вт/кг происходит значительный прирост (в 2,25 раза) индекса кровоснабжения у лиц с сосудистым вариантом гемодинамики, по сравнению с обследуемыми сердечного ТСК (р<0,001), в связи с более интенсивным снижением у них периферического сопротивления сосудов. Так, при нагрузке мощностью 1 Вт/кг происходит снижение периферического сопротивления сосудов в 5,7 раза больше, чем у представителей сердечного варианта гемодинамики; а на нагрузку мощностью 2 Вт/кг , соответственно, больше в 2,6 раза.

Установлено, что время полунаполнения сердца кровью в состо-

янии относительного покоя самое короткое у представителей сердечного ТСК по сравнению с лицами как сосудистого, так и среднего вариантов гемодинамики (соответственно: р<0,001). Самое длительное время полунаполнения сердца кровью у мальчиков с сосудистым ТСК: оно в 2,993 раза больше, чем у лиц с сердечным вариантом гемодинамики и в 1,698 раза больше, чем у обследованных со средним типом кровообращения (рис.1.Б.). При нагрузке мощностью 1 и 2 Вт/кг время полунаполнения сердца кровью уменьшается у всех обследованных, но особенно существенно у представителей сердечного ТСК, по сравнению с мальчиками сосудистого (р<0,001) и среднего (р<0,013) вариантов гемодинамики.

Столь существенную разницу во времени полунаполнения сердца кровью, а именно: наличие большего времени у мальчиков с сосудистым ТСК и меньшего - у представителей сердечного варианта гемодинамики, можно объяснить неодинаковым объемом венозного возврата. У лиц с сердечным ТСК (в отличие от сосудистого варианта гемодинамики) имеют место значительные общий и артериальный напряженные объемы, у них самая большая эластичность артериального резервуара (низкая жесткость), что приводит к снижению периферического сопротивления артериальных сосудов и, как следствие, увеличению венозного возврата и уменьшению времени полунаполнения сердца кровью, а также к увеличению систолического и сердечного выбросов. Для изгнания большего систолического объема крови мальчикам с сердечным вариантом гемодинамики требуется больше времени, чем обследованным с сосудистым ТСК, так как обеспечение увеличения минутного объема крови у них при нагрузке осуществляется только за счет хронотропного эффекта.

У представителей с сосудистым вариантом гемодинамики, наоборот, самый низкий общий и артериальный напряженные объемы, малая эластичность (большая жесткость) артериального резервуара, высокое периферическое сопротивление сосудов, что приводит к снижению объема венозного возврата. В связи с этим для обеспечения метаболических запросов происходит увеличение систолического объема и частоты сердечных сокращений в 2,3 раза, которое приводит к увеличению общего времени полунаполнения сердца. У лиц с сердечным ТСК увеличение минутного объема крови не происходит за счет увеличения систолического выброса, так как он уже в состоянии покоя находится на верхней планке лимита; наоборот, на нагрузку мощностью 2 Вт/кг он даже снижается; у них увеличение минутного объ-

ема крови может происходить только за счет увеличения хронотропного эффекта.

Установлено, что прирост венозного давления (Рун^п) на нагрузку 1 и 2 Вт/кг был существенно больше у мальчиков с сосудистым ТСК по сравнению с обследованными с сердечным (р<0,001) и средним (р<0,043) вариантами гемодинамики (рисЛ.Г.). Низкий прирост венозного давления на нагрузку у мальчиков с сердечным ТСК не может обеспечить им положительный инотропный эффект, и, как следствие, у них имеет место не увеличение, а даже некоторое снижение систолического объема крови. Вследствие того, что у них наблюдается высокий общий и артериальный напряженные объемы, уже в состоянии покоя выявляются высокие показатели как систолическо-го.так и сердечного выбросов крови-, при нагрузке, когда увеличивается частота сердечных сокращений, малый прирост венозного давления не может обеспечить увеличение ударного объема крови, поэтому происходит его уменьшение на нагрузку 2 Вт/кг .

У представителей сосудистого ТСК, наоборот, прирост венозного давления уже в покое достаточно высокий, а на увеличение мощности нагрузки происходит его постоянное приращение. Вот почему, мальчики с сосудистым вариантом гемодинамики способны увеличивать не только систолический, но и сердечный выбросы крови как за счет ино-, так и хронотропного эффектов.

Более наглядно результаты математического моделирования центральной гемодинамики у крайних ТСК представлены на диаграммах сосудистой системы в целом (рис. 2, А и Б): по горизонтали-общий напряженный объем крови в системе, состоящий из напряженных объемов артериальной и венозных систем; по вертикали - давление в участках сосудистой системы. Наклон прямой, проведенной из начала координат артериального участка диаграммы, отражает эластичность (жесткость) артериального русла.

Рассмотрим сосудистый ТСК. Видно, что при физической работе происходит перераспределение крови из артериального резервуара (напряженный объем артериального резервуара уменьшается) в венозный резервуар, напряженный объем которого увеличивается. Для поддержания постоянства артериального давления (это универсальная межвидовая константа; Шмидт-Ниельсен К., 1987) происходит компенсаторное уменьшение эластичности артериального резервуара, что отражается ростом наклона прямой жесткости. Одновременно, ввиду значительного роста давления наполнения, происходит значительное

А

в2 в,

150 200 ¡¡о 'збо ' з4о

В. МЛ

120 -Р, 100 -

мм.рт.ст.

во -

Г//¿Уг: /// ; ¿У,

Вы

Б

чйа ' По ' 2З0 ' гТо ' зЗо ' з!о В, мл

Рис. 2.- Диаграмма взаимозависимости параметров гемодинамики в сердечном (А) и сосудистом (Б) ТСК в покое и при нагрузке мощностью 1 к 2 Вт/кг массы.

- 14 -

увеличение систолического объема.

У людей с сердечным ТСК величина напряженного объема артериального резервуара в 1,87 раз превышает такой напряженный артериальный объем у представителей сосудистого ТСК; систолический выброс у мальчиков с сердечным вариантом гемодинамики в 2,1 раза больше, чем у представителей сосудистого варианта кровообращения; эластичность артериального резервуара в 1,6 раза больше, чем у мальчиков с сосудистым вариантом гемодинамики. При физической нагрузке -.также происходит перераспределение крови из артериального русла в венозное, напряженный объем которого увеличивается. Однако, в отличие от сосудистого ТСК систолический объем крови у представителей сердечного варианта гемодинамики не увеличивается на нагрузку, а даже имеет тенденцию к уменьшению. Это является следствием уменьшения с ростом частоты сердечных сокращений времени наполнения сердца кровью, не скомпенсированное малым приростом венозного давления. У представителей сердечного ТСК на нагрузку также отмечается пропорциональное уменьшение эластичности артериального русла (увеличение жесткости), что компенсирует уменьшение напряженного объема артериального резервуара. На вторую нагрузку у сосудистого ТСК отмечается достоверно больший прирост частоты сердечных сокращений.

Вследствие резкого различия общего напряженного объема системы кровообращения у сосудистого и сердечного ТСК (в 3.12-3.47 раз), отмечается значительное отличие в наклоне прямых, отражающих эластичность венозного резервуара. Поскольку среднее давление в системе с остановленным сердцем практически постоянно [Гайтан А, 1969] и равно приблизительно 10 мм.рт.ст., то из-за отличия в наклонах прямых венозного давления при изменениях, вызванных физической нагрузкой, отмечается различный прирост давлений наполнения. У сердечного ТСК прямая эластичности венозного резервуара носит более пологий характер. Изменение объема венозного резервуара практически не меняет в нем давления, которое по той же причине в состоянии покоя значительно выше, чем у людей с сосудистым вариантом гемодинамики, что и определяет поведение систолического выброса в покое и при дозированной физической нагрузке.

В ходе обследования установлено, что абсолютные показатели мощности нагрузки у представителей среднего ТСК были наибольшими при сравнении с мальчиками сердечного варианта гемодинамики (соответственно: р<0,034; р<0,033). Физическая работоспособность по

тесту РИС17о У представителей сердечного ТСК была большей, чем у обследованных с сосудистым вариантом гемодинамики (р<0,050). При коррекции результатов физической работоспособности на кг массы тела выявлено, что мальчики с сердечным вариантом кровообращения способны выполнить большую нагрузку, чем представители сосудистого (р<0,016) и среднего (р<0,042) вариантов гемодинамики.

Как показал анализ полученных результатов, параметры абсолютных показателей максимального потребления кислорода у мальчиков разных ТСК статистически не отличались друг от друга, хотя следует отметить, что у обследованных сердечного варианта гемодинамики отмечается некоторая тенденция к их увеличению на грани достоверности (р<0,075). Анализ индексов аэробной способности с коррекцией на массу тела и возраст выявил существенное увеличение максимального потребления кислорода у представителей сердечного ТСК при сравнении с мальчиками сосудистого (р<0,006) и среднего (р<0,007) вариантов гемодинамики.

ВЫВОДЫ

1. Проведенная идентификация ряда параметров управляемой части классической математической модели кровообращения позволила выделить один из ключевых показателей деятельности сердечно-сосудистой системы - общий напряженный объем крови.

2. Получена оценка величины общего напряженного объема крови на основе управляемой части классической математической модели кровообращения. У детей с сердечным типом кровообращения она колеблется в пределах 320,6 - 296,5 мл, у сосудистого типа - 94,9 -92,5 мл, а у среднего - 230 - 189,5 мл.

3. Установлено, что реакция системы гемодинамики на физическую нагрузку заключается в перемещении напряженного объема крови из артериального русла в венозное.

4. При физической нагрузке поддержание постоянства артериального давления у представителей всех типов саморегуляции кровообращения осуществляется за счет повышения жесткости сосудов артериального русла.

5. При физической нагрузке поддержание сердечного выброса крови у крайних типов саморегуляции кровообращения осуществляется при помощи различных механизмов: у сердечного варианта гемодинамики за счет частоты сердечных сокращений, а у сосудистого типа

кровообращения - за счет частоты и силы сердечных сокращений.

6. У детей сердечного варианта гемодинамики за счет наличия у них большого общего и артериального напряженных объемов крови сосудистая система в целом зафиксирована в состоянии, когда кровоток находится у них выше уровня необходимого для удовлетворения текущих метаболических запросов.

7. У детей с сердечным типом саморегуляции кровообращения, в отличие от сосудистого варианта гемодинамики, на нагрузку мощностью 1 Вт/кг вообще не наблюдается изменений в ударном объеме, а на нагрузку 2 Вт/кг - происходит даже уменьшение систолического выброса по сравнению с исходным уровнем.

8. Дети сердечного типа саморегуляции кровообращения, в отличие от сосудистого, имеют наибольшую устойчивость системы стабилизации артериального давления к неожиданному, кратковременному воздействию возмущающих факторов. Дети, относящиеся к сосудистому типу саморегуляции кровообращения, имеют высокую приспособляемость к длительному воздействию возмущающих факторов. Представители среднего типа саморегуляции способны к различным воздействиям возмущающих факторов.

- 17 -СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пятроу С. В. Некаторыя асабл1васц1 тыпау самарэгуляцьй кроваз-вароту // Матэр. VIII канферэнцы! маладых вучоных.- Гродна.-1993,- с. 14

2. Пятроу С. В. Асабл1васц1 цэнтральнай гемадынамШ у сардэчнага i сасудз!стага тыпау самарэгуляцы! кровазвароту // Матэр. VIII канферзнцщ маладых вучоных.- Гродна.- 1993.- с. 13

3. Петров С. В. Гемодинамические механизмы обеспечения физической нагрузки у сердечного и сосудистого типов саморегуляции кровообращения // Матер, междукар. конфер.- Гродно.- 1993.- ч.I. -с. 44-45

4. Петров С. В., Сенько Ф. Н. Особенности сократительной функции миокарда у людей с разными вариантами гемодинамики // Материалы международной конференции.- Гродно.- 1993,- ч.I,- с. 45-46

5. Петров С. В. О некоторых причинно-следственных отношениях при формировании типов саморегуляции кровообращения // III Рес-публ. съезд кардиологов Беларуси совместно с Ассоциацией кардиологов СНГ "Актуальные вопросы кардиологии"/ Тез. докл., октябрь, 1994 Г.,- Мн.- 1994.- Ч. 2, с. 334

6. Петров С. В. Гемодинамические механизмы обеспечения адаптации к физической нагрузке у людей с разными типами саморегуляции кровообращения // Материалы I Всероссийской науч. конферен. "Образ жизни и здоровье студентов".- Москва.- 1995.- с. 173 -175.

7. Петров С. В. Типологические особенности центральной гемодинамики по данным факторного анализа при велоэргометрии // Гродненский гос. университет им. Я. Купалы М-ва просвещения Республики Беларусь.- Гродно, 1996. - 10 е.- Рук.Деп. В НПО "Бе-линформпрогноз", N Д199618.

8. Петров C.B. Особенности формирования типов саморегуляции кровообращения по данным факторного анализа показателей центральной гемодинамики// Гродненский гос. университет им. Я. Купалы М-ва просвещения Республики Беларусь,- Гродно, 1996. - 9 с,-Рук.Деп. В НПО "Белинформпрогноз", N Д199619.

9. Петров C.B., Сенько Ф.Н. Взаимоотношения между "время изгнания

- систолический объем" у представителей с различными типами саморегуляции кровообращения //IX съезд физиологов Беларуси (тез. докл.).- Минск, 1996,- с. 80.

10. Петров C.B. Значения некоторых параметров математической модели при формировании типов саморегуляции кровообращения //IX съезд физиологов Беларуси (тез. докл.).- Минск, 1996.- с. 79.

11. Аринчин Н.И., Петров C.B., Сенъко В.В. О некоторых причинно-следственных отношениях при формировании типов саморегуляции кровообращения// Весц! Акадэмп навук Беларусь Сер. 6i-ял. навук. - 1996. - N 2. - С. 95 - 99.

РЕЗЮМЕ

Петров Сергей Валерьевич

Особенности механизмов формирования типов саморегуляции кроЕС'Обрадекин

КлшчеЕые слова; центральная гемодинамика. систолический выб-юс, эластичность сосудов, общий напряженный объем, венозное давание, физическая нагрузка, время наполнения сердца кровью, тип ;аморегуляцпи кровообращения (гемодинамики), математическое моде-Еирование.

Впервые исследована зависимость формирования типов саморегу-:яции кровообращения (ТСК) у здоровых людей от величины общего ¡апряженного объема крови. С этой целью методам математического юделкровакия обработаны данные центральной гемодинамики у 114 ¡альчиков в возрасте 1£ лет, полученные методом тетраполярной [едвнсной грудной реограйни с определением ТСК по Н. И. Аринчину. 'отанозлено, что представители сердечного ТСК имеют большие зна-[енкя параметров общего напряженного объема крови (в 1,87 раз), ¡католического выброса (в 2.1 раза) и эластичности сосудистой :тенки (в 1.5 раза), чем о сосудистым вариантом гемодинамики. При ¡тупенчатой физической нагрузке, мощности каждая в 1 и £ Вт/кг у гадьчиков с сосудистым ТСК происходит снижение эластичности артериального русла, поэтому увеличение частоты сердечных сокращений гриводит к существенному увеличению систолического выброса, у «бследованных о сердечным ТСК, наоборот, к уменьшению ударного ¡бъема в связи с уменьшением времени наполнения сердца кровью, не ¡компенсированное приростом венозного давления. Полученные данные ; ноеых позиций объясняют причинно-следственные отношения при ¡армировании ТСК.

SUMMARY Petrov Sergei Valerievich Peculiarities of mechanisms of formation of types of blood circulation autoregulation Keywords: central hemodynamics,- systolic output, vasoelasticity, total stress volume, venous pressure, heart rate, physical load, heart blood filling time, type of blood circulation (hemodynamics) autoregulation, mat'nematic modelling.

Dependence of formation of types of blood circulation autoregulation (TBCA) from total stress volume of blood was firstly investigated in healthy humans. Data of central hemodynamics from 114 boys (age - 12 years) were obtained by tetrapolar impedance rheography with determination of TBCA by N.I.Arinchin and treated by mathematic modelling. Subjects with cardiac TBCA had larger values of total stress blood volume (by factor of 1.87), systolic output (by factor of 2.1), and elasticity of vascular walls (by factor of 1.5) than subjects with vascular variant of hemodynamics. Dosed physical load (repeatedly power enlargement by 1 and 2 W/kg) in boys with vascular TBCA resulted in decrease of arterial bed elasticity, and therefore rise of heart rate was followed by substantial increase of systolic output; inversely, in subjects with cardiac TBCA it resulted in decrease of stroke volume due to shortening of heart blood filling time not compensated by growth of venous pressure. Our results explain causal relationships during TBCA formation from new points of view.