БИОФИЗИЧЕСКАЯ МОРФОЛОГИЯ

УДК 611.13./.16

ИСКРИВЛЕНИЯ МИКРОСОСУДОВ И ПЛАСТИЧНОСТЬ КОНФИГУРАЦИИ МИКРОСОСУДИСТЫХ СЕТЕЙ

© 1999 г. В. А. Глотов

Просвет микрососудов в реальных микрососудистых сетях как правило искривляется (изгибается, поворачивается [1]). Этот морфологический феномен в литературе иногда называют термином "начальное искривление" [5. - С. 162].

С целью выяснения распространенности этого феномена в реальных микрососудистых сетях автор провел качественный тотальный анализ искривлений микрососудов по опубликованным микрофотограммам, биомикрофотограммам и покадровый анализ киноматериалов по биомикроскопии микрососудистых сетей: 1) брюшины, перикарда, фиброзной капсулы почки, стенки тонкой кишки, мышечной оболочки стенки тонкой кишки собаки; брыжейки, капсулы щитовидной железы, сплетения боковых желудочков кошки; мышечной оболочки стенки тонкой кишки, мыщцы, поднимающей яичко, двуглавой мышцы плеча белой крысы; брыжейки морской свинки; перикарда, париетальной и висцеральной плевры, капсулы поджелудочной железы, собственной сосудистой оболочки глаза, сетчатки, перепончатого лабиринта среднего завитка улитки, спиральной связки, слизистой оболочки, выстилающей полости сосцевидного отростка, антрума, барабанной полости, висцерального листка синовиального влагалища, синовиальной оболочки, подошвенного апоневроза стопы человека, полученных в лаборатории В. В. Куприянова [2, 5]; 2) тонкой кишки собаки; грудинной части диафрагмы, уха крысы; уха кролика; кожи ногтевого валика, конъюнктивы глазного яблока человека, полученные в лаборатории Н. В. Крыловой [6]; 3) защечного мешка хомячка, брыжейки крысы, печеночной вены человека, полученные в лаборатории А. М. Чернуха [11]. При помощи аппарата для чтения микрофильмов "Микрофот" типа 5ПО-1 проведен покадровый анализ микрососудистых сетей по известным учебным фильмам: "Коллатеральное кровообращение" (Научный руководитель - В. В. Куприянов) и "Патология микроциркуляции" (Научный руководитель - А. М. Чернух).

Проведено изучение искривлений микрососудов в микрососудистых сетях пленчатых образований париетальной плевры, перикарда, надкостницы, суставной капсулы, твердой мозговой оболочки, посмертно изолированных из плода человека (ТКД = 280 мм, что соответствует возрасту 7,5 "лунных" месяцев по шкале А. Г. Кнорре [7]), предварительно налитого через аорту раствором туши по Ромейсу и фиксированному в формалине по Блюму [9]. Суммарная площадь изготовленных просветленных препаратов приближается к 100 см². На рис. 1-4 приведены негативные микрофотограммараммы, обработанные при промощи графического редактора Adobe®Photoshop® 4.0, типичных участков микрососудистых сетей париетальной плевры, полученной при помощи специально сконструированного проекционного устройства [*] способом прямой проекции изображения через микроскоп (объектив 8х, окуляр 15х) на фотобумагу [**].

Рис. 1

При анализе искривлений микрососудов в изучаемых микрососудистых сетях для каждого из них на участке между двумя соседними микрососудистыми бифуркациями устанавливалось визуально наличие или отсутствие искривления.

В результате проведенного анализа установлено, что искривление микрососудов в реальных микрососудистых сетях - универсальный морфологический феномен, имеющий место практически у всех микрососудов (рис. 1-4). Он может быть выражен в большей или меньшей степени. Прямые (неискривленные) микрососуды представляют собой только частный случай степени искривленности.

Рис. 2

Рис. 3

Искривленность микрососудов - это обычное нормальное явление в микроангиоархитектонике системы микроциркуляции. В. В. Куприянов отмечает: "Мы еще не можем ответить на вопрос, в чем значение резкого искривления артериолы в месте ее отхождения от артерии. Расшифровка формы структурной детали и функции требует полных и точных знаний" [5. - С.162].

В этой работе автор предпринимает попытку дать объяснение значения искривления микрососудов в микрососудистых сетях.

Рис. 4

Исследования реакции микрососудистых сетей при различных патологических состояниях организма, а также в эксперименте [5, 6], позволяют сделать вывод, что степень искривления микрососуда величина непостоянная и изменяется во времени в зависимости от состояния гемодинамики. При ряде заболеваний, например при атеросклерозе, гипертонической болезни, специфическая искривленность микрососудов глазного дна является патогномоничным признаком, который широко используют клиницисты для дифференциальной диагностики этих заболеваний, уточнения характера заболевания и стадии его развития [10].

Микрососуд, соединяющий два соседние микрососудистые узла, обладает по крайней мере двумя видами подвижности:

1) может изменять величину диаметра своего просвета;

2) может изменять свою длину, что проявляется в виде изменения степени искривления.

Под конфигурацией микрососудистого узла (рис. 5, 6) условимся понимать форму внутреннего просвета области разветвления (бифуркации) микрососудов, представляющую собой стык трех микрососудов с прилегающими к нему под определенными углами j_i (i=1,2,3) участками определенной минимальной длины круглых цилиндрических просветов этих микрососудов (LҐ_(i) - ось симметрии i-го микрососуда), имеющих диаметры d_i.

Рис. 5. Микрососудистый узел

Рис. 6

Движение крови по микрососуду можно рассматривать как непрерывный поток объемов или квантов крови, следующих друг за другом вплотную, без разрывов. В области микрососудистого узла квант крови либо распадается на два новых кванта, либо сливается с другим квантом и образуется новый квант крови (рис. 7).

Рис. 7.

Биофизический анализ этого процесса (квантовая гипотеза движения крови), подробно изложенный в работе автора [3], позволяет установить следующие свойства оптимальной (наилучшей для данных параметров гемодинамики из всех возможных) конфигурации микрососудистого узла:

1. Оси симметрии микрососудов LҐ_(i) в области узла (рис. 6) лежат в одной плоскости P и пересекаются в одной точке.

2. Плоскость симметрии P делит микрососудистый узел на две зеркально равные половины.

3. Для углов j_i, образующихся между осями симметрии LҐ_(i) микрососудов справедливы соотношения:

(1)

Соотношения (1) ограничивают возможные значения величины j_i в микрососудистом узле.

4. По своим вязкостным свойствам движущаяся по микрососудам кровь приближается к неньютоновским жидкостям. Между параметрами d_i,j_i и коэффициентом динамической вязкости крови h_i имеется связь, описывающаяся следующей системой уравнений:

(2)

5. Система уравнений (2) имеет континуум решений относительно параметров h_i:

(3)

Задав параметр коэффициента динамической вязкости крови t в 1-м микрососуде узла, по формулам (3) однозначно определяем параметры динамической вязкости крови в двух других ее микрососудах.

6. Величина равна длине кванта крови в i-м микрососуде.

7. Между параметрами h_i, , плотностью крови r_i в i-м микрососуде и скоростью движения кванта крови v_i в i-м микрососуде имеется связь, описываемая уравнением:

(4)

Предположим, что реальные микрососудистые сети обладают пластичностью (приспособительной изменчивостью [5. - С. 175] ), под которой условимся понимать способность или свойство микрососудистых сетей изменять свою конфигурацию при изменении параметров гемодинамики в последних и при этом вновь принимать оптимальную конфигурацию, но уже для этих новых параметров.

Пластичность или приспособительная изменчивость имеет норму реакции, т. е. она может реализоваться в определенных пределах, которые могут иметь различные границы у микрососудистых сетей различных морфологических образований. Конфигурация микрососудистых сетей всегда оптимальна при реализации свойства пластитчности внутри нормы реакции. Пластичность микрососудистых сетей детерминируется структурно-динамическими свойствами микрососудистой стенки.

Рассмотрим фрагменты микрососудистых сетей, париетальной плевры (рис.1-4). Так как реальные микрососудистые сети имеют оптимальную конфигурацию, то для всех микрососудистых узлов этих фрагментов выполняются свойства 1-7. Микрососуды, соединяющие эти узлы, также имеют оптимальные конфигурации. При этом на концах каждого микрососуда при входе в соседние узлы параметры d и h должны быть соответственно равны параметрам d_i и h_i соответствующих микрососудистых узлов.

Предположим, что у одного из микрососудов в одном из приведенных фрагментов произошло изменение диаметра просвета d. Так как кровь, движущаяся по микрососуду, по своим вязкостным свойствам приближается к неньютоновским жидкостям, коэффициент динамической вязкости которых имеет сложную зависимость от напряжения сдвига [4, 8], произойдет изменение значения коэффициента динамической вязкости крови в этом микрососуде. В следствие этого конфигурации соседних микрососудистых узлов окажутся неоптимальными для изменившихся условий гемодинамики и, в силу своей пластичности, должны будут подстроиться, чтобы вновь принять оптимальные конфигурации, что приведет к изменению их параметров d_i, j_i, h_i.

Эта подстройка и изменения конфигураций двух соседних микрососудистых узлов приведет к изменениям параметров d и h в 4-х других, входящих в них, микрососудах, что в свою очередь приведет к нарушению оптимальности конфигураций соседних 4-х микрососудистых узлов, которые, в силу своей пластичности, вынуждены будут подстроиться, чтобы вновь принять оптимальные конфигурации. Далее процесс распространится на 8 следующих соседних микрососудистых бифуркаций и т. д. В результате произойдет цепная реакция подстроек, вследствие которой фрагмент микрососудистой сети вновь примет оптимальную конфигурацию.

Подобная же реакция произойдет при изменении параметра движущейся по микрососуду крови, или параметров микрососудистого узла, или любой комбинации изменений параметров в нескольких микрососудах и микрососудистых узлах одновременно. Пластичность микрососудистых сетей в результате цепных реакций подстроек будет приводить их постоянно к оптимальной конфигурации, что в свою очередь будет обуславливать оптимальное функционирование микрососудистых сетей в нормальных и патологических состояниях организма.

Конфигурация микрососудистого узла может подстраиваться под оптимальную путем изменения параметров d_i и j_i, конфигурация микрососуда - путем изменения параметра d и длины микрососуда l. Изменение длины микрососуда может происходить как в сторону увеличения, при этом степень искривления микрососуда будет увеличиваться, так в сторону уменьшения, при этом степень искривления микрососуда будет уменьшаться.

При движении крови по искривленному микрососуду квант крови вынужден постоянно изменять направление движения. На него будет действовать сила перпендикулярная вектору скорости, направленная от наружной стенки изгиба к внутренней. При этом в потоке крови будут возникать изменения скорости сдвига по его сечению [8], что приведет к изменению напряжения сдвига, что в свою очередь приведет к изменению коэффициента динамической вязкости крови [4], при этом последний будет связан с диссипацией механической энергии [8] крови при ее движении через искривленный микрососуд. Таким образом, в зависимости от степени искривления микрососуда будет изменяться коэффициент динамической вязкости крови на концах этого микрососуда на входах в соседние микрососудистые узлы.

Искривления микрососудов в реальных микрососудистых сетях отражает их функциональное состояние.

При атеросклерозе, гипертонической болезни и ряде других заболеваниях, сопровождающимися ангиопатиями, происходит изменение структурно-динамических свойств микрососудистой стенки, что приводит к уменьшению нормы реакции пластичности микрососудистых сетей организма. В результате снижается способность микрососудистых узлов и микрососудов подстраивать конфигурации реальных микрососудистых сетей к оптимальному состоянию, путем изменения параметров d_i, j_i, h_i микрососудистых узлов и прараметров d и l микрососудов.

Так как длина микрососуда как правило во много раз превышает диаметр его просвета, то изменение структурно-динамических свойств микрососудистой стенки в абсолютных значениях менее отразится на способности микрососуда изменять свою длину, чем на способности изменять диаметр своего просвета, поэтому подстройка микрососудистых сетей к оптимальной конфигурации на поздних стадиях развития этих заболеваний, когда уже произойдут органические изменения в сосудистой стенке, будет осуществляться преимущественно за счет изменений степени искривления микрососудов. При углублении органических изменений диссипация механической энергии крови через стенки искривленных микрососудов будет возрастать, что будет приводить в некоторых местах к механическим повреждениям микрососудистой стенки, приводящим к микроочаговым кровоизлияниям, что хорошо подтверждается клиницистами.

Приведенные рассуждения позволяют сделать следующий вывод: феномен искривления микрососудов является необходимым условием оптимального функционирования реальных микрососудистых сетей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Архитектоника кровеносного русла. //Шошенко К. А., Голубь А.С., Брод В. М. и др.- Новосибирск: Наука, 1982.- C. 74-75.

2. Вопросы функциональной микроангиологии и микроциркуляции. Под редакцией В. В. Куприянова.- М.:МОЛГМИ, 1972. - Т.VI. - Вып. 1.-С.161-207.

3. Глотов В. А. Правила Ру и конфигурации микрососудистых бифуркаций. //Биофизика.- 1992. - №2.- С. 341-344.

4. Захарченко В. Н. Коллоидная химия. - М.: Высшая школа,1974. -С.134-140.

5. Куприянов В. В., Караганов Я. Л., Козлов В. И. Микроциркуляторное русло. - М.: Медицина, 1975. - С. 13-14,29,30,34,38,42,70,74,76,80, 92,98, 103-106, 109-110, 115,118,123,134, 137-139, 146,149,150, 152,162, 167,172, 175-176, 180-182, 184-186,188, 190-191, 194.

6. Крылова Н. В., Соболева Т. М. Микроциркуляторное русло человека. Атлас-пособие.- М.: Университет дружбы народов, 1986. - С. 5-10, 20, 22-27, 31,33,36, 41-52, 54-56.

7. Кнорре А. Г. Краткий очерк эмбриологии человека с элементами общей, сравнительной и экспериментальной эмбриологии. - Л.: Медгиз, 1959.- С. 144-145.

8. Каро К., Педли Т., Шротер Р., Сид У. Механика кровообращения.- М.: Мир, 1981.- С.37, 55-56, 88-91.

9. Ромейс Б. Микроскопическая техника. - М.: Иностранная литература, 1953. - С. 62-67, 483-486.

10. Сандригайло А. И. Вспомогательные методы диагностики в невропатологии и нейрохирургии. Атлас. - Минск.: Вышэйшая школа, 1986.-С.12.

11. Чернух А. М., Александров П. Н., Алексеев О. В. Микроциркуляция. - М.: Медицина, 1984.- С. 52,73,125,127,131,135,137, 365-366.

* Глотов В. А., Нечаев В. И. Проекционное устройство для получения негативных микрофотограмм препаратов. - Рационализаторское предложение №930 от 25. 10. 88. (БРиЗ СГМА).

**Глотов В. А. Способ негативного картирования микроскопических и гистологических препаратов. - Рационализатороское предложение №944 от 19. 12. 88. (БРиЗ СГМА).

Искривления микрососудов в реальных микрососудистых сетях - универсальный морфологический феномен, наблюдающийся практически у всех микрососудов. Микрососуды обладают по крайней мере двумя видами подвижности: способностью изменять величину просвета и способностью изменять свою длину, проявляющуюся в виде изменения степени искривления. Предпринята попытка объяснить значение этого феномена при помощи гипотезы о пластичности микрососудистых сетей.

Пластичность микрососудистых сетей в результате цепных реакций подстроек будет приводить их постоянно к оптимальной конфигурации, что в свою очередь будет обусловливать оптимальное функционирование микрососудистых сетей в нормальных и патологических состояниях организма.

Объяснены патологические искривления микрососудов при атеросклерозе, гипертонической болезни и ряде других заболеваний, сопровождающихся ангиопатиями.

Ключевые слова: искривления микрососудов, микрососудистая бифуркация, микрососудистый узел, пластичность микрососудистых сетей, динамическая вязкость крови.

CURVATURES OF MICROVESSELS AND PLASTICITY OF A CONFIGURATION MICROVESSELS OF NETWORKS

V. A. Glotov

Curvatures of microvessels in real microvessels networks - universal morphological phenomenon observed practically at all microvessels. The microvessels have at least two kinds of mobility: by ability to change size of a gleam and ability to change length shown as change of a degree of a curvature. The attempt is undertaken to explain meaning of this phenomenon through a hypothesis about plasticity microvessels of networks.

The plasticity microvessels of networks as a result of chain reactions will result them constantly in an optimum configuration, that in turn will cause optimum performance microvessels of networks in normal and pathological condition.

The pathological curvatures of microvessels are explained at atherosclerosis, hypertension and other diseases.

Key words: curvatures of microvessels, microvascular bifurcation, microvascular knot, plasticity microvessels of networks, dynamic viscosity of blood.

Кафедра анатомии человека

Смоленская государственная медицинская академия

Поступила в редакцию 31.12.99.