МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ АРТЕРИО-ВЕНОЗНЫХ АНАСТОМОЗОВ И КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА

Для количественной оценки функциональной активности артерио-венозных анастомозов в настоящее время используют 2 основных методических подхода. Первый из них включает методы, основанные на оценке перехода частиц, превышающих по размерам диаметр капилляров, из артериального отдела сосуди-

Рис.

1 — нарушение прохождения микросфер через все сосуды; 2, 3, 5 — преимущественное прохождение через артерио-венозные анастомозы; 4, 6 — равномерное прохождение через все сосуды.

стого русла в венозный. Второй базируется на прижизненном измерении диаметра анастомозов с последующим анализом суммарных площадей их поперечного сечения и сопоставлении их с суммарной площадью прекапиллярных артериол.

Весьма заманчивой представляется возможность оценить шунтирование кровотока по степени оксигенации венозной крови. Подобные попытки были предприняты рядом авторов, однако этот подход, по-видимому, мало перспективен, поскольку утилизация кислорода из крови, проходящей через капилляры, решающим образом зависит от обмена в тканях и весьма непостоянна. Поэтому судить об активности артерио-венозных анастомозов по содержанию кислорода в смешанной венозной крови оказалось практически невозможно.

юз

Оценка функционального состояния артерио-венозных анастомозов по переходу через них надэритроцитарных частиц (превышающих по диаметру эритроциты и капилляр) лишь в какой-то степени количественная, а больше качественная. Она прежде всего дает представление о наличии паракапиллярного кровотока через анастомозы большего или меньшего диаметров и в меньшей степени отражает количество шунтируемой крови. Это объясняется, с одной стороны, тем, что из-за значительных вариаций в движении частиц трудно определить относительную долю кровотока по анастомозам (рис.

где: Q — объемная скорость кровотока; AP — перепад давления между участками сосудистого русла; г — радиус сосудов; 1—длина сосудов; г; — вязкость крови.

то нетрудно убедиться, что кровоток через анастомозы может во много раз превышать кровоток по капиллярам. По данным Staubesand и Genschow (1952), через анастомоз диаметром 40 мкм может пробрасываться в 250 раз больше крови, чем через капилляр такой же длины, но диаметром 10 мкм.

Применение формулы Пуазейля для условий кровотока, отраженных на рис. 28, показало, что при одинаковой вязкости крови кровоток через анастомоз диаметром 30 мкм и длиной 180 мкм превышает почти в 9000 (!) раз суммарный кровоток через 10 капилляров диаметром 10 мкм и длиной 600 мкм.

Steinach (1884) впервые для изучения шунтирования кровотока в почках применил споры ликоподия, которые обнаруживались в почечной вене после их введения в артерию. Поскольку размер спор ликоподия'около 30 мкм и, таким образом, больше диаметра капилляров, был сделан вывод о наличии непосредственной связи между артериальным и венозным руслом почек.

В дальнейшем для оценки функций анастомозов, кроме спор ликоподия, стали широко использовать различные искусственно приготовленные частицы (микросферы) — из воска, ионообменных смол, стекла, керамики и других материалов, а также (в опытах на млекопитающих) — эритроциты птиц, которые, будучи ядерными, к тому же превышают по диаметру безъядерные эритроциты животных (С. А. Селезнев, О. П. Храброва, 1967; П. К. Поздняков, 1973; Hiirlimann, Bucher, 1950; Dieter, 1954; Phibbs с соавт., 1967; Edlich с соавт., 1968а, и др.).

Prinzmetal и соавт. (1947) изучали наличие различных обходных путей в сердце человека, пользуясь секционными препаратами.

Рис. 28. Соотношение геометрических и гемодинамических параметров, характеризующее возможности прохождения крови по шунтирующему и нутритивному путям.

а — артериола (Р—55 мм рт. ст.)\ в — венула (P = 12 мм рт. ст.); ава — артериоло - венулярный анастомоз (D =30 мкм, Z= = 180 мкм); k — капилляр (D= = 10 мкм; Р=25 мм рт. ст., Z= = 600 мкм).

Bostroem, Schoedel (1953) при изучении артерио-венозных анастомозов нижних конечностей собак использовали восковые шарики (Carnaubawachs) диаметром 40 мкм. Для оценки суммарного объема кровотока через конечность к взвеси шариков добавлялась синяя Эванса. Взвесь, содержащую 5000 шариков, вводили в бедренную артерию, в бедренной вене шарики улавливались сеткой с порами 20 мкм. Оценку активности анастомозов (A_8lb8l) осуществляли по формуле:

где: N_& — количество сфер, введенных в артериальное русло; Nв — количество сфер, перешедших в венозное русло; C_a — количество (концентрация) синей Эванса, введенной в артериальное русло; C в — количество синей Эванса в венозном русле (разведение).

Определив таким образом часть кровотока через артерио-венозные анастомозы диаметром свыше 40 мкм, авторы пришли к выводу, что этот объем составляет в условиях наркоза, фиксации и введения антикоагулянтов от 0 до 30% общего кровотока. Денервация конечности* увеличивала долю кровотока через артериовенозные анастомозы.

Bostroem, Schoedel установили зависимость прохождения микросфер по анастомозам от их удельного веса.

Позже Piiper и Schoedel (1954), оценивая кровоток в конечности собак, применили для выявления активности артерио-

венозных анастомозов микросферы трех диаметров 21,32 и 40 мкм, изготовлявшиеся из воска. Авторы подробно описывают технику изготовления сфер и принцип их подсчета на сетках с помощью микроскопа при увеличении X 80. Подсчет сфер осуществлялся в гемолизированной сапонином крови. В артериальное русло (бедренная артерия) вводили 2000 сфер. Кровь из вены через Т-образную канюлю забирали в сосуд. Кровопотерю возмещали трансфузией крови в яремную вену.

Авторы установили, что из артерии в вену (минуя капилляры) проходит 16% введенных микросфер диаметром 21 мкм, 6,5% —диаметром 32 мкм и 3,8% —диаметром 40 мкм. На основании этих данных был сделан вывод, что диаметр анастомозов не превышает 21 мкм. Денервация увеличивала прохождение сфер, особенно диаметрами 32 и 40 мкм (в 2 и 2,5 раза).

В настоящее время для определения активности артериовенозных анастомозов наиболее часто используют так называемые «карбонизированные» частицы, производимые в США, которые содержат 67% углерода и 23% кислорода и имеют удельный вес, равный 1,1—1,6 г!cm^z. Вводятся они обычно в 10% растворе декстрана, в который для предотвращения агрегации добавляют эмульгаторы (Tween-20 и др.). 60 тысяч микросфер диаметром 50 мкм весят около 5 мг (Kaihara с соавт., 1968).

Ряд исследователей используют макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки, меченного изотопами (Spence с соавт., 1972). Принципы определения активности артерио-венозных анастомозов при использовании микросфер остаются аналогичными описанным.

В связи с тем, что необходимые для исследования артериовенозных анастомозов микросферы у нас в стране не выпускаются, последние могут быть заменены порошками из акриловых пластмасс (норакрил, стиракрил, бутакрил и др.), которые представляют собой смесь почти идеальных микросфер размерами от нескольких микрон до сотен. Следует заметить, что разделение таких порошков на фракции с заданными размерами гранул представляет собой довольно трудную задачу, поскольку использование для этих целей электростатического поля осаждения и флотации в растворах различной плотности, рассеивания с помощью воздушной струи и другие методы не отвечают полностью желаемым результатам. Наиболее надежным методом разделения микросфер оказалось их просеивание в воде через сито с ячейками заданных размеров и разделение с помощью вибрации.

П. К. Поздняковым и Ю. М. Симоновым (1973) был предложен метод частичного разделения норакрила осаждением его в колонке с физиологическим раствором. Разделенные таким образом микросферы использовались для функциональной оценки артерио-венозных анастомозов. Для этого взвесь, содержащая микросферы разных диаметров, вводилась в органные артерии. В последующем производилось сравнение количества шариков разных диаметров в артериальной и венозной крови. Авторы предлагают использовать графическое построение функций распределения микросфер во вводимой взвеси и в венозной крови, после чего определять нормализированное отношение функции распределения шариков в крови к функции распределения их по вводимой суспензии. Полученная на основании этих построений нормализированная функция апроксимируется отрезками прямых. Эти отрезки, по данным авторов, характеризуют прохождение частиц через различные отделы терминального сосудистого русла (либо через капилляры и анастомозы суммарно, либо только через анастомозы).

Количество и величина частиц в венозном русле после их введения в артериальное при определении активности артериовенозных анастомозов устанавливается либо подсчетом их в гемолизированной венозной крови, как это уже было описано ранее, либо (при наличии в составе частиц изотопов) по радиоактивности венозной крови.

Коэффициент шунтирования применительно к микросферам определенного диаметра в органе или организме в целом принимают равным отношению активности или числа микросфер, обнаруженных в венозной части сосудистого русла, к суммарной активности или числу микросфер, введенных в артериальный отдел русла.

Для радиоактивной метки микросфер обычно используют изотопы йода (I¹²⁵ или I¹³¹), хрома (Cr⁵¹), скандия (Sc⁴⁵), стронция (Sr⁸⁵), церия (Се¹⁴¹), иттербия (Yb¹⁶⁹) и др. (Kaihara с со- авт., 1968; Meyer с соавт., 1968; Slater с соавт., 1973).

Применение в одном эксперименте микросфер разной величины, меченных изотопами с неодинаковой энергией излучения, позволяет одновременно исследовать активность анастомозов различных диаметров.

Другим приемом, который может быть использован для определения активности артерио-венозных анастомозов при изучении микроциркуляции в опытах с витальной микроскопией, является метод сравнения суммарных просветов артерио-венозных анастомозов и прекапиллярных артериол (С. А. Селезнев, О. П. Храброва, 1967).

Для такого рода расчетов измеряются диаметры всех прекапиллярных артериол и диаметры артерио-венозных анастомо

зов в нескольких полях зрения. Рассчитывается площадь поперечного сечения каждого из сосудов —

На основании этих данных и данных о количестве функционирующих артериол и артерио-венозных анастомозов определяются суммарные площади поперечных сечений прекапиллярных артериол (Sna) и артерио-венозных анастомозов (S_aBa).

После этого может быть рассчитана относительная величина,

Рис. 29. Соотношения площадей поперечного сечения прекапиллярных артериол (SS_na) и артерио-венозных анастомозов (SS_aaa) в обычных условиях (У) и при шоке (2).

названная коэффициентом активности артерио-венозных анастомозов (/Сава) (рис. 29).

Применение данного способа оценки активности артерио-венозных анастомозов возможно лишь при витальной микроскопии некоторых объектов, в которых сосуды микроваскулярного русла расположены в один слой, например брыжейка аппендикса крысы, защечный мешок хомячка, ухо кролика и т. д.

Использование микросфер позволило выявить ряд интересных закономерностей функционирования артерио-венозных анастомозов. Так, при введении микросфер диаметром 19, 32 и 40 мкм в бедренную артерию собак в опытах Dieter (1954) оказалось, что в венозной крови обнаруживается не более 5% микросфер больших диаметров и 17,5% с диаметром 19 мкм. Автор полагает, что анастомозы диаметром более 19 мкм едва ли играют какую-либо существенную роль в кровотоке через мышцы. Остается неясным вопрос о том, проходят ли микросферы диаметром 19 мкм через артерио-венозные анастомозы, или через раскрытые капилляры, так как диаметр их вследствие растяжимости может достигать 20 мкм (Burton, 1966). И все же прохождение микросфер через капилляры представляется мало вероятным, поскольку инородные частицы даже меньшего диаметра, чем просвет капилляров, проходят через них хуже, нежели эритроциты.

По данным П. К. Позднякова (1973), стимуляция симпатических нервов приводит к уменьшению максимального диаметра артерио-венозных анастомозов, снижению показателей шунтирования кровотока в тонком кишечнике и селезенке и увеличению этих показателей в икроножной мышце и почке у кошек. При прессорном синокаротидном рефлексе и электрическом раздражении седалищного нерва автором отмечено увеличение диаметра анастомозов в тонком кишечнике, уменьшение их просвета в селезенке, почке и икроножной мышце.

Опыты с введением меченных изотопами микросфер диаметром 50 мкм в левый желудочек сердца кроликов показали, что активность изотопов в крови верхней полой вены не определяется, а в то же время в крови правого предсердия обнаруживалось 0,038% введенных активных микросфер (в объеме, равном 10% венозного возврата). При введении сфер в нисходящий отдел аорты в легких обнаруживалось 0,03% введенных микросфер у животных с нормальным артериальным давлением и 0,25%—при гипотензии. У неанестезированных кроликов эти величины составили соответственно 0,32 и 0,6%. В крови портальной вены определялось 18% введенных изотопов (Neutze с соавт., 1968). На основании результатов опытов авторы делают выводы, что через артерио-венозные анастомозы может проходить лишь 1 % сердечного выброса. C этим едва ли можно согласиться: во-первых, потому, что авторы оценивали функции артерио-венозных анастомозов диаметром от 50 мкм и более, а, во-вторых, потому, что количество прошедших через анастомозы частиц свидетельствует о площади их сечения и не в полной мере отражает объемный кровоток через них.

По другим данным (Smith, 1951), около 8% почечной фракции сердечного выброса проходит через артерио-венозные анастомозы. Шунтирование венозной крови в легких составляет менее 1,3% сердечного выброса (Д. П. Дворецкий, 1973), что обусловлено главным образом не диаметром капилляров, а их геометрией (плоскостная форма).

В работе Spence с соавт. (1972) сделана попытка дать одновременную сравнительную оценку абсолютного кровотока через капилляры и артерио-венозные анастомозы (с помощью электромагнитного расходомера) и определения потока через артериовенозные анастомозы в задней конечности собак с использованием микросфер (макроагрегатов альбумина человеческой сыворотки, меченного Тс", диаметром 15—30 мкм). По данным этих авторов, капиллярный кровоток составлял 80%, а поток через артерио-венозные анастомозы — 20% общего кровотока через лапу (скорости соответственно 71 и 8 мл/мин). Стимуляция (3-адренорецепторов изопротеренолом увеличивала капиллярный кровоток до 500% по сравнению с контролем, не оказывая влияния на ток крови по артерио-венозным анастомозам. Стимуляция а-адренорецепторов уменьшала на 15% кровоток по артерио-венозным анастомозам и на 39%—по капиллярам. Блокада а-адренорецепторов увеличивала тотальный кровоток за счет открытия анастомозов, а p-блокаторы увеличивали капиллярный кровоток, не влияя на ток крови через анастомозы. Авторы .пришли к выводу, что артерио-венозные анастомозы находятся под а-адренергическим контролем, в то время как капилляры — под а- и р-адренергическим.

Определенная информация о величинах кровотока через артерио-венозные анастомозы была получена при использовании микросфер для изучения распределения фракций сердечного выброса. Применение карбонизированных микросфер диаметром 14—61 мкм у собак для определения регионарной фракции коронарного кровотока позволило установить, что радиоактивность венозной крови, оттекающей от сердца, не превышала 0,1% общей радиоактивности сердца (Domenech с соавт., 1969).

Kaihara и соавт. (1968) показали, что при введении микросфер в сонную артерию и нисходящий отдел аорты значительная часть их оказывается в легких, особенно при использовании микросфер диаметром 15 мкм, при диаметре же сфер 50 мкм через анастомозы проходит лишь 0,5—0,6%. При внутривенном введении микросфер легкие экстрагируют 99,6% их диаметром 50 мкм и 99,7% —диаметром 15 мкм. Применение наркоза приводило к увеличению содержания в легких сфер диаметром 15 мкм, но не отражалось на переходе через анастомозы сфер диаметром 50 мкм.

По данным П. К. Позднякова (1973), максимальный диаметр артерио-венозных анастомозов в тонком кишечнике кошек равняется 48 мкм, в селезенке и почках — 64 мкм, в икроножной мышце — 32 мкм. Проанализировав данные литературы, П. К. Поздняков пришел к заключению, что диаметр анастомозов в разных органах колеблется в широких пределах и составляет в сердце 70—170 мкм, в селезенке— 160—170 мкм, в почках — 30—440 мкм, в тонком кишечнике — 20—180 мкм, в желудке — 40—140 мкм, в печени— 100—370 мкм, легких — 28—500 мкм, скелетной мускулатуре — 20—40 мкм.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что диаметр артерио-венозных анастомозов и их «пропускная способность» в разных органах далеко не одинаковы,

ПО

что вполне объясняется различной спецификой функций, скоростью метаболизма, величиной кислородного запроса и особенностями строения терминального отдела сосудистого русла. Эти данные не согласуются с результатами исследования суммарного шунтирования кровотока, на долю которого приходится не более 1% сердечного выброса (Neutze с соавт., 1968; Kaihara с соавт., 1968). Причины несоответствия между регионарным и тотальным шунтированием остаются недостаточно ясными. Вероятно, в общем балансе шунтирования кровотока имеет значение неодинаковая его выраженность в разных органах и, кроме того, суммарный коэффициент шунтирования вовсе не отражает доли сердечного выброса, проходящей через артерио-венозные анастомозы, которая во многом зависит от интенсивности потока, о чем уже говорилось ранее.

Для характеристики нутритивного (капиллярного) кровотока в настоящее время все более широко используются индикаторные методы, основанные на введении в артериальное русло ряда веществ с различной диффузионной способностью и последующей регистрацией их концентрации в венозной крови. Основы этого метода изложены в работах Renkin (1955, 1959). Как правило, для определения доли нутритивного и шунтируемого кровотока применяется двойной (Э. А. Кянджунцева и др., 1973; Winbury и др., 1965), реже — тройной (Shu Chien, 1971) индикаторные методы, т. е. в артерию вводятся легко диффундирующие, ограниченно проникающие и недиффундирующие через капиллярную стенку вещества. Наиболее часто с этой целью в качестве легко проникающих через капиллярную стенку препаратов используются изотопы Rb⁸⁶, К⁴², а как непроникающий — альбумин, меченный I¹³¹ (Friedman, 1968; Winbury и др., 1971). Кинетика выхода ионов рубидия за пределы капилляров аналогична таковой для ионов калия (Ziegler, Goresky, 1971).

В работах Э. А. Кянджунцевой и соавт. (1973, 1974) применен нерадиоактивный рубидий, а в качестве недиффундирующего индикатора — синий Эванса, связанный с белками плазмы. Авторами определялась экстракция рубидия (FRb) как критерий числа открытых капилляров и функционального состояния прекапиллярных сфинктеров:

где: Rb — рубидий; СЭ — синий Эванса; а, в — их содержание в артериальной и венозной крови.

а также клиренс рубидия — C = FRb-Q (где Q- объемная скорость кровотока) и коэффициент эффективности кровотока —

В исследовании Shu Chien (1971), посвященном теории транскапиллярного обмена, на основании математических расчетов показано, что экстракция свободно диффундирующего индикатора, каким является рубидий, соответствует кровотоку через обменные (нутритивные) сосуды. Определение экстракции индикатора и капиллярной диффузии показало зависимость их от скорости кровотока. Если предположить, что кровоток в капиллярах отсутствует, то всасывание продуктов «неполноценного» (вследствие гипоксии) метаболизма в тканях приведет

Рис. 30. Схема расчета движения индикаторов по шунтирующим и обменным сосудам (по Shu Chien, 1971).

1 — скорость входа индикатора в зону, E_k—экстракция индикаторов через капиллярную стенку, она зависит от типа индикатора; E_k — 0 для недиффундирующего; 1>£/с >0 для ограниченно диффундирующего; E_k =1 для легко проникающего индикатора; q_ш и q_K— фракции шунтирующего и капиллярного кровотока.

к вазодилятации и открытию обменных капилляров, которые в обычных условиях закрыты. Когда же скорость кровотока увеличивается, содержание сосудорасширяющих агентов уменьшится, но повысится перфузион- ное давление, что опять-таки приводит к расширению сосудов и открытию новых капилляров. Значит, изменения диффузионной способности капилляров возможны под влиянием двух факторов: уровня метаболизма и эффекта колебаний перфузионного давления. Авторы приводят интересную схему расчета движения индикаторов в шунтирующих и обменных сосудах (рис. 30).

Использование индикаторных методов в изучении капиллярного кровотока весьма перспективно для оценки эффективности терминального кровообращения.