книги из ГПНТБ / Шахнович, А. Р. Математические методы в исследовании биологических систем регулирования

основе концепции Мопго-КеШе лежит отрицание регуляции мозгового кровотока.

Однако уже в 30-х годах нашего столетия было убедительно показано, что изменение системного артериального давления при­ водит к изменениям диаметра сосудов головного мозга, что соз­ дает условия для стабильности мозгового кровотока (Wolfü, 1936; Fog, 1938; Forbs, 1940).

Такая ауторегуляция мозгового кровотока способствует по­ стоянству кровоснабжения мозга при значительных колебаниях системного артериального давления. В нормальных физиологи­ ческих условиях только прн значительном падении систедшого артериального давления (более чем на одну треть от первоначаль­ ной величины) скорость мозгового кровотока начинает уменьшать­ ся (Fümerty et al., 1954; Häggendal 1965; Harper 1966). При этом гипоксия мозговой ткани (выявленная на основании клинических н электроэнцефалографцческнх признаков) наступает лишь при уменьшении объемной скорости мозгового кровотока до 21 мл на 100 г в мин., т. е. когда мозговой кровоток меньше 60% по срав­ нению с исходным уровнем (McHeury et al., 1961).

Ауторегуляция АЮЗГОВОГО кровотока функционирует только при медленных изменениях артериального давления. В то жѳ время при быстрых изменениях артериального давления одно­ временно изменяется и мозговой кровоток (Harper, 1966; Capon, 1969). Вопрос о механизмах ауторегуляции мозговых сосудов крайне сложен и активно обсуждается в литературе.

По мнению некоторых исследователей, решающее значение имеют мпогенные механизмы: при увеличении внутрисосудистого давления мозговые сосуды суживаются, а при уменьшении расши­ ряются (Fog, 1938; Ekstrom-Jodal et al., 1969). Помимо миогенных механизмов для ауторегуляции мозгового кровотока существенное значение имеют, по-видимому, и метаболические факторы. При снижении артериального давления одновременно уменьша­ ется и мозговой кровоток, что приводит к уменьшению р 0 2 и уве­ личению р С 0 2 мозговой ткани. Эти изменения приводят к рас­ ширению мозговых сосудов и нормализации мозгового кровотока. Однако даже при постоянном р С 0 2 в артериальной крови уве­ личение содержания молочной кислоты и падение pH мозговой ткани при уменьшении системного артериального давления мо­ гут способствовать нормализации мозгового кровотока (Fujishlma et al., 1970).

Миогенный и метаболический механизмы регуляции мозгового

Особенно сложным является вопрос о значении нейрогенных механизмов для ауторегуляции мозгового кровотока. В стенках мозговых сосудов обнаружены как афферентные, так и эфферент-

90

черепного давления после длительного его повышения приводит к резкому усилению мозгового кровотока (Zwetnov, 1970). Внутри­ черепная гипертензия вызывает паралич и расширение мозговых сосудов. При этом увеличивается внутричерепной объем крови и возникает отек мозга (Langfitt et al., 1968).

Мозговой кровоток зависит не только от перфузиониого дав­

р С 0 2 артериальной крови ниже 26 мм рт. ст. приводит к снижению скорости мозгового кровотока на 35% (Kety, Schmidt, 1946).

Если же р С 0 2 артериальной крови снижается ниже 20 мм рт. ст., мозговой кровоток больше не меняется (Harper, Glass, 1965). Мозговой кровоток зависит именно от артериального р С 0 2 , а не от тканевого или венозного. Эти факты дают основание считать, что углекислота действует на гладкие мышечные клетки артерий и артериол (Severinghaus, Lassen, 1967).

В условиях наркоза степень изменений мозгового кровотока под влиянием углекислоты уменьшается. В то же время известно, что под влиянием анестетиков уменьшается продукция углекис­ лоты мозговой тканью. Эти факты дают основание считать, что эф­ фекты действия СО,, образующейся в мозговой ткани в результате метаболизма, и С 0 2 — в артериальной крови суммируются. При выраженной гипервептиляцип снижение напряжения углекисло­ ты в артериальной крови может достигнуть 20 мм рт. ст. Возникаю­ щая при этом гипоксия мозговой ткани зависит как от снижения скорости мозгового кровотока, так и от нарушения диссоциации оксигемоглобина в условиях респираторного алкалоза (так назы­ ваемый эффект Бора) (Grote, 1969).

В отличие от углекислоты кислород суживает мозговые со­ суды, повышение его концентрации во вдыхаемом воздухе сни­

Сосудорасширяющее влияние гипоксии мозга бывает нарушено при гипогликемии, обусловленной введением инсулина. В то же время на реактивность мозговых сосудов к углекислоте гипо­ гликемия не влияет. Эти факты делают обоснованным предполо­ жение о том, что одним из механизмов сосудораспшряемого эффек­ та гипоксии является усиление анаэробного гликолиза и накоп­ ление лактата в мозговой ткани.

Помимо влияния на мозговой кровоток таких внешних факто­ ров, как перфузионное давление и газовый состав крови, крово-

92

снабжение мозга находится в интимной зависимости от его мета­ болизма и функциональной активности (Roy, Sherrington, 1890).

В основе тесной корреляции кровоснабжения и функции мозга лежит изменение тонуса мозговых сосудов, возникающее в ре­ зультате прямого действия на них метаболитов (в основном С0 2 ) . Локальное действие С 0 2 па мозговые сосуды было продемонстри­ ровано путем аппликации гиперкапнического раствора на поверх­ ность мозга (G-otoh, 1961).

Согласно гипотезе «р С 0 2 электрода» (Lassen, 1968) действие С 0 2 на мозговые сосуды осуществляется следующим образом: С 0 2 в отличие от Н + и НСО3 свободно диффундирует через эндотелий капилляров в межклеточную жидкость, изменяя тем самым кон­ центрацию ионов водорода вокруг и, по-видимому, внутри гладких мышечных клеток артериол. Следовательно, изменение концент­ рации С 0 2 в артериальной крови приводит к изменению pH в меж­ клеточной жидкости. Увеличение концентрации Н + в межкле­ точной жидкости приводит к вазодилятации, а уменьшение ее — к вазоконструкции (Wahl et al., 1970).

В экспериментальных исследованиях (Severighaus, 1965) было установлено, что рЫ ликвора коррелирует с мозговым кровотоком в большей степени, чем р С 0 2 в артериальной крови. Аналогичные результаты были получены в исследованиях Kontos et al. (1971). Было показано, что пиальные прекапиллярные сосуды реагируют на изменения pH независимо от изменений артериального р С 0 2 .

Эти факты позволяют сделать вывод, что рИ межклеточной жид­ кости является основным фактором, регулирующим мозговой кровоток.

Колебания pH в межклеточной жидкости изменяют всю ионную среду ткани, в частности содержание К + и Са + + , которые играют большую роль в осуществлении реакций мозговых сосудов (Betz, 1968).

Для понимания более тонких механизмов изменения тонуса мозговых сосудов некоторыми авторами (Wahl, 1970) использо­ вались специальные микрошшетки, через которые на 'ограничен­ ную поверхность мозга наносили растворы различного химиче­ ского состава. Эти исследования позволили установить, что вазодилятация сосудов головного мозга при низком pH возможна толь­

ных химических веществ с помощью микропипеток, но также ре­ гистрация локального мозгового кровотока, р 0 2 и нейронной ак­ тивности. Для комплексной регистрации локального мозгового

93

платина. Подобные электроды широко используются для записи нейронной активности. Попытка применить этот же электрод для регистрации локального мозгового кровотока методом водород­ ного клиренса не дала положительных результатов из-за малой чувствительности электрода к водороду. В то же время напыление палладия позволило регистрировать локальный мозговой крово­ ток, напряжение кислорода и нейтронную активность с помощью одного н того же электрода (рис. 15).

Использование специального микроманипулятора, укреплен­ ного на черепе, дало возможность регистрировать локальный моз­ говой кровоток и нейронную активность при различной степени погружения микроэлектрода в серое и белое вещество головного мозга. При этом была обнаружена четкая зависимость локального мозгового кровотока от глубины погружения микроэлектрода (рис. 16). В экспериментах на кроликах при погружении электрода на глубину более 2000 мк от поверхности коры наблюдается рез­ кое падение локального мозгового кровотока, что, по-видимому, обусловлено переходом активной поверхности электрода из серого вещества мозга в белое (толщина коры в области зрительного анализатора у кролика 2000 мк) (Блинков, Глезер, 1964).

Градуальность изменения мозгового кровотока при погруже­

обусловлена, по-видимому, различной плотностью капиллярной сети в пределах серого вещества (Блинков, Глезер, 1964). Оцени­ вая ускоренный клиренс водорода в самых поверхностных слоях коры, необходимо учитывать возможность диффузии водорода с поверхности мозга! Однако не исключена возможность, что на поверхности коры кровоток усилен в связи с высокой плотностью капиллярной сети.

Корреляция кровоснабжения и функциональной активности

95

мозга обнаружена в исследованиях не только на животных, но и на людях.

Risberg, Ingvar (1967) определяли объем крови в мозгу, при­ меняя недиффундпрующий радиоактивный индикатор «Risa», вводимый внутривенно. При использовании теста, связанного с запоминанием картинок, объем крови увеличился в затылочной области приблизительно на 10%, в теменной и лобной областях отмечалось уменьшение объема крови. При тестах, в которых нуж­ но было выбирать общую деталь в серии геометрических фигур, объем крови увеличивался в лобной, постцентралыюй и затылоч­ ной областях.

При чтении «цветных» слов, где конфликтная ситуация созда­ валась различием в цвете букв и содержанием слова, объем крови

В этих условиях увеличение объема крови в лобной области до­ стигало 4,8%. В то же время в области центральных извилин от­ мечалось уменьшение объема крови, которое достигало 5,3%.

Влаборатории Н. П. Бехтеревой произведено детальное иссле­ дование уровня свободного кислорода с помощью вживленных электродов в глубокие структуры мозга человека при различных функциональных нагрузках. При этом была выявлена четкая зави­ симость изменений уровня свободного кислорода от эмоциональ­ ного состояния больных, различных двигательных реакций и т. д. (Бехтерева, 1971; Гречин, 1966).

Висследованиях Cooper с соавт. (1965) с помощью термоэлек­ тродов было обнаружено усиление локального мозгового кровото­ ка в затылочной доле при зрительном восприятии различных объектов. Однако термоэлектродиая методика, применявшаяся Cooper, не позволяет получить количественных данных о мозго­ вом кровотоке, а дает возможность судить об его усилении или ослаблении.

Количественные данные об изменении локального мозгового кровотока при функциональных нагрузках (чтение, счет, речь,

оценки эффективности лечебных мероприятий в послеоперацион­ ном периоде были использованы платиновые электроды с активной поверхностью на конце 0,2 мм2, имплинтированные в вещество мозга. Локальный мозговой кровоток регистрировали полярогра­ фическим методом (водородный клиренс). Исследования локального мозгового кровотока в покое и при различных функциональных нагрузках чередовались.

В результате произведенных исследований было установлено четко дифференцированное изменение локального мозгового кро­ вотока при различных функциональных нагрузках.

96

функций мозга и свидетельствуют о том, что одна и та же функ­ ция может осуществляться при участии различных структур. В то же время одно и то же структурное образование мозга может принимать участие в организации различных функций (Филимо­ нов, 1940; Лурия, 1962). В соответствии с такой динамической организацией функций мозга возникают зональные изменения мозгового кровотока.

При одной и той же функциональной нагрузке — чтении текс­ та — обнаруживается разная степень усиления локального кро­ вотока в разных точках одной и той же области.

Можно предположить, что такая различная степень усиления кровотока зависит от разной удаленности конца электрода от со­ суда. Однако использование другой функциональной нагрузки,

например оптокинетического нистагма, может привести к усиле­ нию кровотока одинаковой степени в области тех же электродов. Эти факты дают основание предположить, что различная степень усиления локального мозгового кровотока в области разных электродов зависит от различного количества активных нейронов в данной точке мозга при данной функциональной нагрузке. При­ менение другой нагрузки приводит к функционированию других нейронных ансамблей; что сопровождается соответствующим из­ менением мозгового кровотока.

98

деления крови: «обкрадыванием» одной зоны при усилении кро­ вотока в соседней зоне.

Для решения вопроса о нейрональиом или цпркуляториом ме­ ханизме ослабления кровотока при функциональных нагрузках необходима регистрация нейронной активности. Дифференциро­ ванный характер изменений кровотока в соседних точках мозга, расположенных на близком расстоянии друг от друга, выявляется также при тяжелых постгиноксических состояниях.

Анализируя причины, которые приводят к изменениям мозго­ вого кровотока после травматического повреждения мозга, нужно учитывать также развитие пареза мозговых сосудов. На рис. 18 приведены результаты исследования мозгового кровотока в по­ кое и при функциональных нагрузках у больных, оперирован­ ных по поводу аневризм сосудов и опухолей головного мозга.

Анализ результатов ежедневных многократных измерений моз­ гового кровотока у этих больных (см. рис. 18) позволяет выделить два периода в динамике кровоснабжения мозга: первый период — осциллирующих реакций — продолжается около 10 дней после операции, вслед за ним наступает второй период — стабильного кровотока.

Анализ гемодинамических изменений, наблюдаемых в первый период, позволяет разделить его на три отдельные фазы.

Первая фаза — ранняя гипермия (обычно первые сутки после операции) характеризуется значительным усилением кровотока.

Вторая фаза — критическое течение послеоперационной бо­ лезни (обычно вторые-третьи сутки после операции) характеризу­ ется нарастающей ишемией мозговой ткани. Во время этой же фа­ зы отмечается нарастание пареза мозговых сосудов, о котором можно судить по ослаблению и извращению реакции мозговых сосудов на дыхание углекислотой. Кроме того, о нарастающем парезе мозговых сосудов можно судить по нарушению саморегу­ ляции мозгового кровотока. При уменьшении артериального давления внутривенным капельным введением арфонада можно обнаружить в этот период уменьшение диапазона изменения сис­ темного артериального давления, в пределах которого мозговой кровоток оставался стабильным.

Третья фаза — поздние реакции, наступающая вслед за кри­ тической фазой, характеризуется повторным усилением кровотока по отношению к стабильному уровню. В ряде случаев в этой же фазе наблюдается увеличение напряжения «свободного кислорода» при нормальном или даже сниженном кровотоке.

Одной из наиболее общих реакций мозга на различные по­ вреждающие воздействия (травму, кровоизлияние, компрессию, гипоксию, ирритацию) является усиление анаэробного гликолиза в нейронах, которое приводит к увеличению количества лактата в межклеточной жидкости. Одновременно происходит нарастание содержания лактата и в ликворе, который по своему составу очень близок к межклеточной жидкости.

4* 99