Взаємовідносини між різними показниками функціонального стану серцево-судинної системи - динаміка серцево-судинної системи
Досягнення сучасної науки і техніки зіграли величезну роль у швидко розвивається прогрес наших знань про структуру, функції регулювання і порушеннях стану серцево-судинної системи. Можливість вибору великої кількості різних типів реєструючих і аналізують приладів забезпечили отримання точної і всеосяжної інформації. У той же час збільшення складності апаратури, методів досліджень та інтерпретацій даних ускладнюють можливості розуміння і аналізу фундаментальних взаємин між різними сторонами відповідних фізіологічних процесів. Так, наприклад, свого часу дослідження серця і кровоносних судин проводилося шляхом анатомічного вивчення їх препаровки і мікроскопії. Дані, отримані на основі вивчення структури різних елементів, використовувалися при спробах аналізу процесів функціональних взаємин різних частин цієї складної системи. Ці спроби інтерпретації функціональних взаємин на основі даних вивчення структури неживих тканин призвели до появи фантастичних теорій, що існували до тих пір, поки не були встановлені нові фундаментальні факти. Можливості секційної анатомії були повністю вичерпані. Гістологія і цитологія дали поштовх новим висновків і висновків, пов`язаних з можливістю більш тонкого вивчення структури за допомогою світлового і особливо електронного мікроскопа. Однак процес підготовки клітин і тканин для вивчення їх структури під мікроскопом зазвичай приводив до зупинки життя, загибелі тканин і появи різних порушень. Це була ціна, яку дослідники повинні були платити за можливість візуально спостерігати деякі тонкі структури. Функціональні процеси в живих клітинах можна спостерігати завдяки чисто хімічної техніці. Вона використовується для вивчення клітин, що знаходяться в ненатуральних умовах в тканинних культурах. Загалом можливості спостерігати більш точно і детально і кількісно вимірювати процеси, що відбуваються в клітинах і тканинах, отримані ціною фіксації і зупинки життя або в живих клітинах у культурі тканини, але не в природних умовах з життя в організмі. Інтерпретація даних цих досліджень і спроби використання їх для тлумачення процесів, що відбуваються в живих клітинах, зазвичай приводили до неправильних висновків. Подібно до цього дані вивчення цитохімічних процесів, які спостерігаються в тканинних культурах, використовувалися для тлумачення процесів, що відбуваються в клітинах, в їх нормальному оточенні в організмі ссавців (що, звичайно, також є джерелом помилок). Відносини всіляких зв`язків клітин з іншими нормально функціонуючими в організмі при цьому втрачалися. Ці порівняно прості приклади показують, як важко використовувати дані, отримані шляхом аналітичних досліджень і нехай навіть дуже точно відтворених кількісних вимірів. Ці дослідження, як правило, проводяться на клітинах, витягнутих з умов, в яких вони нормально функціонують в організмі навіть нижчих тварин, не кажучи вже про організм людини.
Біологічний принцип невизначеності
Принцип невизначеності - це принцип фізики, відповідно до якого в мікросвіті положення частинки в просторі може бути визначено точно лише в тому випадку, коли невідома ні її швидкість, ні напрямок її руху. Цей принцип невизначеності Гайзенберга, на нашу думку, можна застосувати і до біологічних систем. Найбільш загальною властивістю всіх живих організмів є складність їх організації, яка виражається в більшій кількості різних відповідей на велику кількість впливів, як внутрішніх, так і зовнішніх. Антипод цієї складності - прості причинно-наслідкові зв`язки в живій природі-виникає виключно рідко. Клітини або тканини рідко (або ніколи) знаходяться в такій ізоляції, при якій зміна рівня активності тканини не впливає на інші частини організму. Насправді діяльність всіх тканин і органів регуліруется- вони знаходяться під впливом такої великої кількості факторів в природних умовах, що спроба провести вимірювання нормальних процесів життєдіяльності і досліджувати їх викликає значні зрушення функції в момент дослідження. Ці відповіді організму на процедуру вимірів або впливів призводять до абсолютно різних результатів у різних тварин або навіть у одного і того ж тварини в різний час. На вимірах відбивається фізіологічна мінливість, лабільність фізіологічних процесів, що впливає на функції під час дослідження. У зв`язку з цим необхідно реєструвати значну кількість процесів одночасно і при цьому вивчати їх взаємодія в одному або двох відносинах. Науковий метод зобов`язує дослідників збирати величезну кількість кількісних даних, отриманих в різних експериментальних умовах, і вивчати їх шляхом статистичного аналізу. Цей метод в якійсь мірі компенсує перешкоди, викликані впливом фізіологічної лабільності і відмінностями в експериментальних умовах. В якості альтернативи використовують реєстрацію багатьох відповідей у того ж досліджуваного в різних станах, причому результати записи в нормальних умовах являють собою контроль. Дослідження таких індивідуальних реакцій характеризує багато експериментальні роботи, проведені в лабораторії автора цієї книги. Обговорення відмінностей результатів таких спостережень і їх інтерпретація будуть зроблені в наступних розділах цієї книги. Подібні ж дані наводяться в ряді посібників з фізіології серцево-судинної системи. Отримані відмінності не можуть бути використані для того, щоб висунути якесь одне припущення на противагу іншому. Просто необхідно зрозуміти, що ту ж загальну проблему можна вивчати з різних точок зору, причому різні відповіді, абсолютно непорівнянні на перший погляд, є цілком закономірними.
Дослідження окремих компонентів системи, контрольованих в
тих чи інших експериментальних умовах, з метою створення якоїсь загальної концепції щодо характеру даної функції зазвичай мають назву синтезу. Так як експериментатор впроваджується протягом нормальних фізіологічних процесів, він робить спробу отримати інформацію щодо можливості потенційних регуляторних механізмів, але при цьому часто виявляється нездатним передбачити відповіді системи, що виникають в умовах, що відрізняються від нормальних. Аналіз являє собою процес реєстрації (настільки точною, наскільки це можливо) змін, які виникають спонтанно в системі під час нормальних або патологічних умов. Мета цього методичного прийому - зрозуміти, що, власне, відбувається, проте подібний підхід безпорадний при спробі зрозуміти ті явища, в яких відображаються процеси гіперкомпенсації як властивості складних систем. Відмінності між методом синтезу і методом аналізу і можливостями їх застосування необхідно чітко усвідомити при спробах створити інтеграційні уявлення щодо функцій і механізмів регуляції серцево-судинної системи.
Синтез фізіологічних концепцій
При дослідженні реакцій складних систем використовують метод ідентифікації їх реакцій на різні види збурень і контрольованих експериментальних впливів. У колишні часи функція серця могла бути досліджена об`єктивно тільки у наркотизованого тваринного головним чином у собак при розкритій грудній клітці, щоб отримати доступ до серця. Тільки таким шляхом можна було дослідити зміни тиску і кровотоку при різних контрольованих умовах. Серцево-судинна система анестезіруемого тваринного при розтині грудної клітини функціонує виключно стабільно протягом порівняно тривалого проміжку часу. Частота серцевих скорочень при цьому висока, але порівняно постійна. Серцевий викид, як і артеріальний і венозний тиск, залишається відносно незмінним до тих пір, поки дослідник не вплине на систему. Відповіді, викликані стереотипними діями дослідника, мають стандартний характер і можуть бути відтворені знову і знову в разі пригнічення функції ряду регуляторних систем. Отримані таким чином концепції здаються твердо встановленими експериментально. Однак при цьому така висока ступінь стабільності системи навряд чи може бути використана для тлумачення процесів, що протікають у нормального тваринного, регуляторні функції якого не пригнічені наркотичними речовинами. Важливе значення має той факт, що в описаних вище умовах дослідник викликає різні зміни, змінюючи частоту серцевих скорочень, кров`яний тиск або приплив крові до серця. При цьому він може вивчити механізми регуляції системи шляхом таких дозованих впливів. Існують недекларований, але загальновизнані припущення про те, що зміни, які виникають при подібних впливах, точно відповідають тим, які виникають при дії нормальних регуляторних механізмів в природних умовах існування. Маніпуляції цього сорту мають велике значення для отримання інформації про механізми регуляції, які використовуються організмом. Вони дуже важливі для визначення типів виникають у відповідь реакцій. Екстраполяція цих даних дозволяє з`ясувати природу механізмів регуляції, які дійсно мають місце в нормі у интактного тварини або людини. Цінність таких екстраполяції визначається прямими спостереженнями, проведеними при нормальних умовах або при нормальній активності. В ідеалі експериментальні дані повинні бути використані без застережень стосовно умов, в яких вони були отримані. Чим більше ступінь екстраполяції експериментальних даних для застосування їх до прийнятої концепції, тим більше умовність цих даних і тим сумнівні сама можливість їх прямого застосування для розуміння сутності нормальних функцій.
Завдання фізіології людини - поглибити наше пізнання концепції за допомогою використання методів прямих вимірювань, проведених в умовах, максимально близьких до ситуацій, до яких ці концепції можуть застосовуватися. З цієї точки зору ієрархія експериментальних даних починається від моделей (концептуальних, фізичних, хімічних або математичних) через біохімічний аналіз, цитологічні дослідження, маніпуляції на перфузіруемих органах, контрольовані досліди на тваринах (гострі досліди), реєстрацію фізіологічних процесів у інтактних тварин у вільному поведінці і , нарешті, дослідження людини.
Модель, зображена на рис. 2.2, звичайно, неадекватно відображає нормальні функції серцево-судинної системи тварин або людини. Однак сутністю і ступенем відмінностей між такою моделлю і реальними функціями серцево-судинної системи в деяких випадках можна знехтувати з тим, щоб наблизити можливість досліджень і вимірювань реальних відносин, що мають місце в серцево-судинній системі в тій мірі, в якій це буде можливо. Цей прийом дослідження і являє собою аналіз.
Аналіз функцій серцево-судинної системи в нормі і при деяких захворюваннях
Аж до 1950 р можливості отримання інформації щодо функцій серця і судинної системи у интактного людини визначалися головним чином дослідженням зовнішніх проявів діяльності серця і стану судин, вивченням електрокардіограми (ЕКГ), артеріального пульсу або серцевих тонів. Істотним було використання рентгенівських променів для вимірювання розмірів, конфігурації і рухів серця. Екрани з фотоумножителями, швидкісна зйомка, комбінована з введенням контрастних речовин, дозволили здійснити ангіокардіографію, яка стала багатим джерелом для детальної інформації щодо структури та функції окремих камер серця. Катетеризація серця і судин дозволила отримати ряд точних кількісних даних щодо змін тиску, градієнта тиску, вмісту кисню та інших речовин в крові.
Поширення методики введення індикаторів, фарб або радіоактивних ізотопів зіграло важливу роль в розвитку клінічної діагностики. Останнім часом використання ультразвуку дає можливість отримувати інформацію про локалізацію та рух різних внутрішніх структур серця, судин і крові (розташованих далеко в глибинах тіла). Всі ці методичні прийоми значно розширили наші уявлення про функції серця і судин організму в нормі та патології. Вони дали можливість оцінити і реалізувати концепції, засновані на даних, отриманих в гострих дослідах на ізольованих органах і цілих тварин. Сучасні інструментальні методи дозволяють виробляти синхронну реєстрацію ряду показників за допомогою чутливих сприймають пристроїв. Вони можуть бути використані в хронічних експериментах шляхом імплантації в глибини тіла експериментальних тварин різних датчиків. Таким чином, функції серцево-судинної системи можуть сьогодні вивчатися не тільки в стані спокою, а й при різних впливах на організм і реакціях його, що дозволяє оцінити функцію ряду нормальних регуляторних механізмів. Синхронна реєстрація величин, представлених на рис. 2.2 у тварини в умовах вільної поведінки при використанні методу катетеризації серця, дозволяє виміряти його функції в тих же величинах, які використовуються інженерами для оцінки роботи механічних помп. Ці дані все ж важко екстраполювати для того, щоб пояснити функції відповідних систем у людини завдяки відмінностям між людиною і твариною. Однак ця методика все ж надзвичайно важлива для того, щоб зрозуміти сутність регуляторних механізмів і у людини. Відповідні більш-менш важливі приклади використання нової техніки і методичних прийомів будуть послідовно викладені нижче в цій главі.
