Взаимоотношения между различными показателями функционального состояния сердечно-сосудистой системы - динамика сердечно-сосудистой системы
Достижения современной науки и техники сыграли огромную роль в быстро развивающемся прогрессе наших знаний о структуре, функции регуляции и нарушениях состояния сердечно-сосудистой системы. Возможность выбора большого количества различных типов регистрирующих и анализирующих приборов обеспечили получение точной и всеобъемлющей информации. В то же время увеличение сложности аппаратуры, методов исследований и интерпретаций данных затрудняют возможности понимания и анализа фундаментальных взаимоотношений между различными сторонами соответствующих физиологических процессов. Так, например, в свое время исследование сердца и кровеносных сосудов проводилось путем анатомического изучения их препаровки и микроскопии. Данные, полученные на основе изучения структуры различных элементов, использовались при попытках анализа процессов функциональных взаимоотношений различных частей этой сложной системы. Эти попытки интерпретации функциональных взаимоотношений на основе данных изучения структуры неживых тканей явились причиной появления фантастических теорий, существовавших до тех пор, пока не были установлены новые фундаментальные факты. Возможности секционной анатомии были полностью исчерпаны. Гистология и цитология дали толчок новым выводам и заключениям, связанным с возможностью более тонкого изучения структуры с помощью светового и особенно электронного микроскопа. Однако процесс подготовки клеток и тканей для изучения их структуры под микроскопом обычно приводил к остановке жизни, гибели тканей и появлению различных нарушений. Это была цена, которую исследователи должны были платить за возможность визуально наблюдать некоторые тонкие структуры. Функциональные процессы в живых клетках можно наблюдать благодаря чисто химической технике. Она используется для изучения клеток, находящихся в ненатуральных условиях в тканевых культурах. В общем возможности наблюдать более точно и детально и количественно измерять процессы, происходящие в клетках и тканях, получены ценой фиксации и остановки жизни либо в живых клетках в культуре ткани, но не в естественных условиях из жизни в организме. Интерпретация данных этих исследований и попытки использования их для толкования процессов, происходящих в живых клетках, обычно приводили к неправильным заключениям. Подобно этому данные изучения цитохимических процессов, наблюдаемых в тканевых культурах, использовались для толкования процессов, происходящих в клетках, в их нормальном окружении в организме млекопитающих (что, конечно, также является источником ошибок). Отношения всевозможных связей клеток с другими нормально функционирующими в организме при этом утрачивались. Эти сравнительно простые примеры показывают, как трудно использовать данные, полученные путем аналитических исследований и пусть даже очень точно воспроизводимых количественных измерений. Эти исследования, как правило, проводятся на клетках, извлеченных из условий, в которых они нормально функционируют в организме даже низших животных, не говоря уже об организме человека.
Биологический принцип неопределенности
Принцип неопределенности — это принцип физики, в соответствии с которым в микромире положение частицы в пространстве может быть определено точно лишь в том случае, когда неизвестна ни ее скорость, ни направление ее движения. Этот принцип неопределенности Гайзенберга, по нашему мнению, применим и к биологическим системам. Наиболее общим свойством всех живых организмов является сложность их организации, которая выражается в огромном числе различных ответов на большое количество воздействий, как внутренних, так и внешних. Антипод этой сложности — простые причинно-следственные отношения в живой природе—возникает исключительно редко. Клетки или ткани редко (или никогда) находятся в такой изоляции, при которой изменение уровня активности ткани не влияет на другие части организма. В действительности деятельность всех тканей и органов регулируется- они находятся под влиянием столь большого количества факторов в естественных условиях, что попытка произвести измерение нормальных процессов жизнедеятельности и исследовать их вызывает значительные сдвиги функции в момент исследования. Эти ответы организма на процедуру измерений или воздействий приводят к совершенно различным результатам у разных животных или даже у одного и того же животного в различное время. На измерениях отражается физиологическая изменчивость, лабильность физиологических процессов, влияющая на функции во время исследования. В связи с этим необходимо регистрировать значительное количество процессов одновременно и при этом изучать их взаимодействие в одном или двух отношениях. Научный метод обязывает исследователей собирать огромное число количественных данных, полученных в разных экспериментальных условиях, и изучать их путем статистического анализа. Этот метод в какой-то мере компенсирует помехи, вызванные влиянием физиологической лабильности и различиями в экспериментальных условиях. В качестве альтернативы используют регистрацию многих ответов у того же исследуемого в различных состояниях, причем результаты записи в нормальных условиях представляют собой контроль. Исследование таких индивидуальных реакций характеризует многие экспериментальные работы, проведенные в лаборатории автора настоящей книги. Обсуждения различий результатов таких наблюдений и их интерпретация будут предприняты в следующих разделах этой книги. Подобные же данные приводятся в ряде руководств по физиологии сердечно-сосудистой системы. Полученные различия не могут быть использованы для того, чтобы выдвинуть какое-либо одно предположение в противовес другому. Просто необходимо понять, что ту же общую проблему можно изучать с различных точек зрения, причем разные ответы, совершенно несопоставимые на первый взгляд, являются вполне закономерными.
Исследования отдельных компонентов системы, контролируемых в
тех или иных экспериментальных условиях, с целью создания некоей общей концепции относительно характера данной функции обычно имеют название синтеза. Так как экспериментатор внедряется в течение нормальных физиологических процессов, он предпринимает попытку получить информацию относительно возможности потенциальных регуляторных механизмов, но при этом часто оказывается неспособным предсказать ответы системы, возникающие в условиях, отличающихся от нормальных. Анализ представляет собой процесс регистрации (настолько точной, насколько это возможно) изменений, которые возникают спонтанно в системе во время нормальных или патологических условий. Цель этого методического приема — понять, что, собственно, происходит, однако подобный подход беспомощен при попытке понять те явления, в которых отражаются процессы гиперкомпенсации как свойства сложных систем. Различия между методом синтеза и методом анализа и возможностями их применения необходимо четко уяснить при попытках создать интегративные представления относительно функций и механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы.
Синтез физиологических концепций
При исследовании реакций сложных систем используют метод идентификации их реакций на различные виды возмущений и контролируемых экспериментальных воздействий. В прежние времена функция сердца могла быть исследована объективно только у наркотизированного животного главным образом у собак при вскрытой грудной клетке, чтобы получить доступ к сердцу. Только таким путем можно было исследовать изменения давления и кровотока при различных контролируемых условиях. Сердечно-сосудистая система анестезируемого животного при вскрытии грудной клетки функционирует исключительно стабильно в течение сравнительно длительного промежутка времени. Частота сердечных сокращений при этом высокая, но сравнительно постоянная. Сердечный выброс, как и артериальное и венозное давление, остается относительно неизменным до тех пор, пока исследователь не воздействует на систему. Ответы, вызванные стереотипными воздействиями исследователя, имеют стандартный характер и могут быть воспроизводимы вновь и вновь в случае подавления функции ряда регуляторных систем. Полученные таким образом концепции кажутся твердо установленными экспериментально. Однако при всем этом такая высокая степень стабильности системы вряд ли может быть использована для толкования процессов, протекающих у нормального животного, регуляторные функции которого не подавлены наркотическими веществами. Важное значение имеет тот факт, что в описанных выше условиях исследователь вызывает различные изменения, меняя частоту сердечных сокращений, кровяное давление или приток крови к сердцу. При этом он может изучить механизмы регуляции системы путем таких дозированных воздействий. Существуют недекларируемые, но общепризнанные предположения о том, что изменения, которые возникают при подобных воздействиях, точно соответствуют тем, которые возникают при действии нормальных регуляторных механизмов в естественных условиях существования. Манипуляции этого сорта имеют большое значение для получения информации о механизмах регуляции, используемых организмом. Они весьма важны для определения типов возникающих ответных реакций. Экстраполяция этих данных позволяет выяснить природу механизмов регуляции, которые действительно имеют место в норме у интактного животного или человека. Ценность таких экстраполяций определяется прямыми наблюдениями, проведенными при нормальных условиях или при нормальной активности. В идеале экспериментальные данные должны быть использованы без оговорок по отношению к условиям, в которых они были получены. Чем больше степень экстраполяции экспериментальных данных для приложения их к принятой концепции, тем больше условность этих данных и тем сомнительнее сама возможность их прямого применения для понимания сущности нормальных функций.
Задача физиологии человека — углубить наше познание концепции с помощью использования методов прямых измерений, проведенных в условиях, максимально близких к ситуациям, к которым эти концепции применимы. С этой точки зрения иерархия экспериментальных данных начинается от моделей (концептуальных, физических, химических или математических) через биохимический анализ, цитологические исследования, манипуляции на перфузируемых органах, контролируемые опыты на животных (острые опыты), регистрацию физиологических процессов у интактных животных в свободном поведении и, наконец, исследования человека.
Модель, приведенная на рис. 2.2, конечно, неадекватно отражает нормальные функции сердечно-сосудистой системы животных или человека. Однако сущностью и степенью различий между такой моделью и реальными функциями сердечнососудистой системы в некоторых случаях можно пренебречь с тем, чтобы приблизить возможность исследований и измерений реальных отношений, имеющих место в сердечно-сосудистой системе в той мере, в какой это будет возможно. Этот прием исследования и представляет собой анализ.
Анализ функций сердечно-сосудистой системы в норме и при некоторых заболеваниях
Вплоть до 1950 г. возможности получения информации относительно функций сердца и сосудистой системы у интактного человека определялись главным образом исследованием внешних проявлений деятельности сердца и состояния сосудов, изучением электрокардиограммы (ЭКГ), артериального пульса или сердечных тонов. Существенным было использование рентгеновских лучей для измерения размеров, конфигурации и движений сердца. Экраны с фотоумножителями, скоростная съемка, комбинированная с введением контрастных веществ, позволили осуществить ангиокардиографию, которая стала богатым источником для детальной информации относительно структуры и функции отдельных камер сердца. Катетеризация сердца и сосудов позволила получить ряд точных количественных данных относительно изменений давления, градиента давлений, содержания кислорода и других веществ в крови.
Распространение методики введения индикаторов, красок или радиоактивных изотопов сыграло важную роль в развитии клинической диагностики. В последнее время использование ультразвука дает возможность получать информацию о локализации и движении различных внутренних структур сердца, сосудов и крови (расположенных далеко в глубинах тела). Все эти методические приемы значительно расширили наши представления о функциях сердца и сосудов организма в норме и патологии. Они дали возможность оценить и реализовать концепции, основанные на данных, полученных в острых опытах на изолированных органах и целых животных. Современные инструментальные методы позволяют производить синхронную регистрацию ряда показателей с помощью чувствительных воспринимающих устройств. Они могут быть использованы в хронических экспериментах путем имплантации в глубины тела экспериментальных животных различных датчиков. Таким образом, функции сердечно-сосудистой системы могут сегодня изучаться не только в состоянии покоя, но и при различных воздействиях на организм и реакциях его, что позволяет оценить функцию ряда нормальных регуляторных механизмов. Синхронная регистрация величин, представленных на рис. 2.2 у животного в условиях свободного поведения при использовании метода катетеризации сердца, позволяет измерить его функции в тех же величинах, которые используются инженерами для оценки работы механических помп. Эти данные все же трудно экстраполировать для того, чтобы объяснить функции соответствующих систем у человека благодаря различиям между человеком и животным. Однако эта методика все же чрезвычайно важна для того, чтобы понять сущность регуляторных механизмов и у человека. Соответствующие более или менее важные примеры использования новой техники и методических приемов будут последовательно изложены ниже в настоящей главе.
