Морфофункціональна характеристика кровоносного русла легень в умовах пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії та її хірургічної корекції (експериментальне дослідження)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство охорони здоров'я України

Тернопільський державний медичний університет імені І.Я. Горбачовського

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

14.03.01 - нормальна анатомія

Морфофункціональна характеристика кровоносного русла легень в умовах пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії та її хірургічної корекції (експериментальне дослідження)

Герасимюк Ілля Євгенович

Тернопіль 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Тернопільському державному медичному університеті імені І.Я. Горбачевського МОЗ України

Науковий консультант: доктор медичних наук, професор Вайда Роман Йосипович

Офіційні опоненти:

- доктор медичних наук, професор Головацький Андрій Степанович, Ужгородський національний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри анатомії людини та гістології;

- доктор медичних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Козлов Володимир Олексійович, Дніпропетровська державна медична академія МОЗ України, завідувач кафедри анатомії людини;

- доктор медичних наук, професор Гунас Ігор Валерійович, Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова МОЗ України, директор науково-дослідного центру.

Провідна установа: Івано-Франківський державний медичний університет МОЗ України, кафедра анатомії людини.

Захист відбудеться 22 грудня 2005 p. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 58.601.01 у Тернопільському державному медичному університеті імені І.Я. Горбачевського МОЗ України (46001, м. Тернопіль, майдан Волі, 1).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Тернопільського державного медичного університету імені І.Я. Горбачевського (46001, м. Тернопіль, вул. Січових Стрільців, 8)

Автореферат розіслано 15 листопада 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор медичних наук, професор Я.Я. Боднар

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Резекція легень нерідко є основним способом радикального лікування хворих на хронічні неспецифічні, хронічні специфічні, пухлинні захворювання та травматичні ушкодження легень (Бисенков Л.Н. и соавт., 2004; Зинченко С.В., Потапин В.П., 2004; Weissberg D., 2001).

Незважаючи на постійне вдосконалення оперативної техніки і застосування високоефективних методів реабілітації, частота ускладнень та летальність у хірургічній пульмонології і надалі залишаються високими (Радионов Б.В. и соавт., 2000; Bernard A. et al., 2001) з пропорційною залежністю від обсягу втручання (Дьяченко Т.Ю., Муромский Ю.А., 1990; Левчик С.О., 1999; Fergusson M.K., Lehman A.G., 2003).

За сучасних умов основним напрямком легеневої хірургії є поєднання радикальності операції з максимальним збереженням легеневої паренхіми (Левашов Ю.Н., Кузакиев М.И., 1997; Огиренко А.П. и соавт., 1996). Проте в клінічній практиці нерідко виникають умови, які вимагають проведення двобічних обширних резекцій, чи повторних втручань на уже оперованих легенях (Дужий І.Д. і співавт., 2004; Радионов Б.В. и соавт., 2000; Knuttgen D. et al., 2003).

Водночас доведено, що зменшення об'єму судинного русла малого кола кровообігу і дихальної поверхні після резекції легень спричиняє до розвитку вторинної легеневої артеріальної гіпертензії (Вайда Р.И., Гнатюк М.С., 1984; Резник С.Х., Марченко Ю.Г., 1985; Lucas C.L., 1983). Тому актуальним залишається питання удосконалення і розробки нових ефективних способів корекції цього ускладнення на основі вивчення особливостей ремоделювання легенвих судин. Однак, стан судинного русла оперованої легені, особливо його просторова реорганізація та її залежність від обсягу оперативного втручання і тривалості післяопераційного періоду ще недостатньо вивчені (Усманов М.У., 1992).

Анатомо-фізіологічна особливість легень, як органа, полягає у їх подвійному кровопостачанні, що визначається специфікою функції. Тому для розуміння патогенезу різних патологічних станів важливе значення має вивчення співвідношення і взаємодії кровоносних русел легеневих та бронхових судин, а також особливості динаміки цих процесів у залежності від ступеня розвитку легеневої артеріальної гіпертензії (Симбирцев С.А., Беляков Н.А., 1986).

Особливо небезпечним ускладненням у післяопераційному періоді є застійні явища які спричиняють гемодинамічний набряк легень (Ройтштейн М.Б., 1986; Хорохордин Н.Е. и соавт., 1997). Це впливає на метаболічні процеси, зокрема виникає пошкодження альвеолоцитів другого типу, що приводить до зниження синтезу сурфактанта і підвищення поверхневого натягу альвеол (Серебровская И.А. и соавт., 1980; Выжигина М.А. и соавт., 1995). В окремих працях з вивчення стану сурфактантної системи після резекції легень (Филиппенко Л.Н. и соавт., 1977) дослідження здійснювалося переважно із застосуванням функціональних методів і без співставлення з обсягом видалення легеневої паренхіми та ступенем легеневої артеріальної гіпертензії.

Вивчення пострезекційних ускладнень і морфогенезу легеневої артеріальної гіпертензії закономірно привело до пошуку методів їх профілактики та лікування. До останніх належить спосіб Н.П. Бисенкова (1967), який полягає в одночасному з резекцією накладанні співустя між артерією і веною видаленої нижньої частки. Недоліком цього способу є можливість зворотного току крові з лівого передсердя в правий шлуночок при систолі передсердь. З метою усунення вказаного недоліку була розроблена ціла серія екстракорпульмональних шунтів з клапанами (Бабаджанов Б.Р. и соавт., 1989; Шамирзаев Н.Х., Бабаджанов Б.Р., 1990; Шамирзаев Н.Х. и соавт., 1989). Проте, застосування всіх згаданих методів, попереджуючи підвищення тиску в малому колі кровообігу, створює умови для скидання неоксигенованої крові у велике коло кровообігу з розвитком гіпоксемії та всіма її наслідками.

Наведені вище дані визначають актуальність проблеми пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії і є об'єктивною підставою для більш ретельного пошуку і розробки нових ефективних методів її хірургічної корекції.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації і основні напрямки її виконання обговорені та затверджені Проблемною комісією МОЗ і АМН України “Морфологія людини” (протокол № 51 від 21 жовтня 2002 року). Дисертаційна робота виконана в межах міжкафедральної наукової тематики Тернопільського державного медичного університету імені І.Я. Горбачевського “Морфофункціональні основи адаптаційних процесів у серцево-судинній і травній системах при артеріальній гіпертензії у великому та малому колах кровообігу при різних коригуючих впливах” (№ державної реєстрації 0104U004522). Автор даного дослідження є виконавцем складової частини вказаної науково-дослідної роботи.

Мета дослідження. Розробити нові методи корекції пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії та дати їм анатомо-фізіологічне обгрунтування на основі порівняльної топічної і кількісної оцінки структурних та функціональних змін у судинному руслі малого кола кровобігу в нормі та після різних за обсягом резекцій легень.

Завдання дослідження:

1. Вcтановити видові особливості мофофункціональної і просторової організації кровоносного русла легень собаки в нормі.

2. На органному, тканинному і ультраструктурному рівнях встановити особливості структурної і просторової перебудови легеневих і бронхових судин, а також елементів сурфактантної системи за умов пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії.

3. Визначити залежність вираженості морфофункціональних змін в судинному руслі легень від обсягу оперативного втручання, ступеня легеневої артеріальної гіпертензії і тривалості післяопераційного спостереження.

4. Вивичити особливості морфофункціональних і просторових реакцій притоків легенвих вен та встановити їх роль у формуванні легеневого судинного опору.

5. Розробити нові способи хірургічної корекції пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії.

6. Дати порівняльну характеристику компенсаторно-пристосувальних процесів у кровоносному руслі легень після застосування різних способів хірургічної корекції пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії.

Об'єкт дослідження: кровоносне русло (легеневі та бронхові судини) і паренхіма легень.

Предмет дослідження: динаміка пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії після різних обсягів резекції легень та при застосуванні її хірургічної корекції.

Методи дослідження: Макроскопічний - для візуального вивчення структури легеневої паренхіми і її кровонаповнення, рентгенангіографічний - для встановлення динаміки стереоскопічних змін кровоносних судин легень в залежності від обсягу втручання і тривалості післяопераційного спостереження, мікроскопічне дослідження гістологічних зрізів - для вивчення мікроструктурної перебудови судинних стінок та проведення морфометричного аналізу, функціональний - для вивчення ефективності різних способів хірургічної корекції пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії, електронномікроскопічний - для співставлення функціональних і морфологічних змін, статистичний - для обробки цифрових даних.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше на органному, тканинному і ультраструктурному рівнях вивчено динаміку структурних і функціональних змін в судинному руслі малого кола кровообігу зумовлених резекцією легень різних обсягів, у тому числі обширною двобічною за одномоментним способом. Дана топічна і кількісна характеристика просторової реорганізації легеневих судин мішаного (м'язово-еластичного) типу великого калібру, встановлено морфометричні особливості перебудови інтраорганних судин м'язового типу, простежено реакції ланок гемомікроциркуляторного русла, а також досліджено роль легеневих вен у формуванні судинного опору. Вивчено особливості реакції бронхового компонента кровоносного русла легень на пострезекційну легеневу артеріальну гіпертензію, а також співвідношення морфофункціональних характеристик легеневих і бронхових судин в різні терміни після оперативного втручання. Розроблено нові способи профілактики та хірургічної корекції пострезекційних гемодинамічних зрушень у малому колі кровообігу і дана їх порівняльна характеристика.

Доведено, що значне підвищення тиску крові в легеневій артерії після великих обсягів резекції легень, особливо в ранньому післяопераційному періоді, обумовлює розлади гемомікроциркуляції з інтерстиціальним набряком легеневої тканини, порушенням метаболізму сурфактанта і розвитком ателектазів як додаткового фактора, що сприяє наростанню респіраторних та гемодинамічних ускладнень.

Корекція пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії шляхом артеріо-венозного шунтування малого кола кровообігу, а також дозована редукція легеневого кровотоку за різними способами попереджують розлади гемомікроциркуляції і тим самим запобігають виникненню інтерстиціального набряку, порушенню метаболізму сурфактанта і розвитку поширених ателектазів, а отже дозволяють покращити вентиляційну і гемодинамічну функцію часток, що залишилися після резекції.

Дозоване обмеження притоку крові до малого кола кровообігу шляхом тимчасового регульованого звуження каудальної порожнистої вени дещо менше ніж шунтування, чи навіть стенозування легеневої артерії знижує тиск крові, але є більш сприятливим для газообмінної функції як у ранньому, так і у віддаленому післяопераційному періоді. Крім того цей спосіб дозволяє одночасно знизити навантаження на праві відділи серця і тим самим зменшити імовірність розвитку ускладнень.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати дозволять розкрити механізми впливу різних за обсягом і способом резекцій легень на морфофункціональний стан їх судинного русла та поверхневу активність альвеолярної вистілки, а також обгрунтувати застосовування нових методів хірургічної корекції для попередження розвитку пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії і профілактики набряку легень та гострої правошлуночкової недостатності. Проведене дослідження відповідає сьогоднішнім запитам вітчизняної торакальної хірургії. Його результати обгрунтовують на експериментальній моделі резекції легень необхідність корекції ускладнень, що виникають у післяопераційному періоді. Так методика дозованого обмеження притоку крові до малого кола кровообігу шляхом звуження каудальної порожнистої вени (Деклараційний Патент України на винахід № 50307 А) дозволяє одночасно знизити рівень пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії та навантаження на праві відділи серця і тим самим зменшити імовірність розвитку легенво-серцевої недостатності особливо у ранньому післяопераційному періоді.

Регульоване обмеження припливу крові до малого кола кровообігу може бути запропоноване для подальшої апробації в хірургії.

Вказані методи корекції як інформаційні джерела впроваджені в навчальний процес на кафедрах Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця, Буковинського державного медичного університету, Дніпропетровської державної медичної академії, Донецького державного медичного університету, Івано-Франківської державної медичної академії, Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського, медичного факультету Сумського державного університету, Тернопільського державного медичного університету імені І.Я. Горбачевського, медичного факультету Ужгородського національного університету, Харківського державного медичного університету, Одеського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача. Автором проаналізовано наукову літературу, визначено обсяг творчого пошуку. Самостійно зібрано і опрацьовано матеріал дослідження, проведено його статистичну обробку і аналіз отриманих даних, написано та проілюстровані всі розділи дисертації. Інтерпретація результатів, основні положення і висновки також належать автору. У працях, опублікованих у співавторстві, реалізовані наукові ідеї здобувача. Автором не були використані результати виконаної ним кандидатської дисертації та ідеї співавторів публікацій.

Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертації оприлюднені на обласній конференції “Применение єлектронной микроскопии в медицине” (Івано-Франківськ, 1989); * XLIV, XLV, XVLI підсумкових наукових конференціях Тернопільської державної медичної академії ім. І.Я. Горбачевського “Здобутки клінічної та експериментальної медицини” (Тернопіль, 2001, 2002, 2003); * ІV Міжнародному конгресі з інтегративної антропології (Санкт-Петербург, 2002); * ІІІ Національному конгресі анатомів, гістологів, ембріологів і топографоанатомів “Актуальні питання морфології”(Київ, 2002); * Міжнародній конференції “Саміт нормальних анатомів України та Росії” (Тернопіль, 2003); * Міжнародному конгресі “Розвиток в морфологічних, експериментальних та клінічних дослідженнях положень вчення В.М. Шевкуненка про індивідуальну мінливість будови тіла людини” та науково-практичній конференції з міжнародною участю “Сучасні методи наукових досліджень в морфології” (Полтава, 2003); * Пироговських читаннях (Вінниця, 2004); * V Міжнародному конгресі з інтегративної антропології (Вінниця 2004); V Общероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Казань 2004).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 37 наукових праць, з них - 17 у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 1 авторське свідоцтво СРСР на винахід, 9 деклараційних патентів України на винахід. У моноавторстві отримано 2 деклараційних патенти України на винахід та опубліковано 16 робіт (з них 12 у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України).

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 436 сторінках комп'ютерного друку. Складається із вступу, 10 розділів, висновків, рекомендацій щодо наукового і практичного використання здобутих результатів і списку використаних джерел, який нараховує 490 посилань (377 - кирилицею, 113 - латинським шрифтом), а також додатків. Робота ілюстрована 27 таблицями і 165 рисунками. Бібліографічний опис джерел літератури, ілюстрації та додатки викладені на 169 сторінках.

2. Основний зміст роботи

Матеріали і методи дослідження. Для досягнення мети і реалізації поставлених завдань дослідження виконане на 86 безпородних собаках. Усі втручання та забій тварин проводилися з дотриманням міжнародних принципів Європейської конвенції про захист хребетних тварин, які використовуються для експериментальних та інших наукових цілей (Страсбург, 1985), ухвали Першого національного конгресу з біоетики (Київ, 2000). Комісією з питань біоетики Тернопільського державного медичного університету імені І.Я. Горбачевського (протокол № 7 від 11 травня 2005 р.) порушень морально-етичних норм при проведенні науково-дослідної роботи не виявлено.

У залежності від характеру оперативного втручання і обсягу резекції легеневої паренхіми тварини були розділені на 7 експериментальних груп.

До першої групи ввійшли контрольні тварини. У тварин другої групи експерименту досліджували вплив на судинне русло малого кола кровообігу правобічної нижньочасткової білобектомії (резекція 33 % легеневої тканини).

У третій групі вивчали наслідки правобічної пульмонектомії (видалення біля 58 % легень).

Для вивчення впливу на судинне русло легень двобічних обширних резекцій у четвертій групі експериментальних собак після лівобічної торакотомії за загальноприйнятими правилами проводили видалення лівої легені, після чого через розріз у середостінній частині пристінкової плеври між стравоходом і каудальною порожнистою веною в лівий геміторакс переміщали і видаляли нижню частку правої легені (видалення біля 67 % легеневої паренхіми). Такого ж обсягу втручання досягали видаленням через правобічний доступ середньої, нижньої і білясерцевої часток правої легені з наступним переміщенням з лівого геміторакса в правий і видаленням нижньої частки лівої легені.

До п'ятої групи ввійшли тварини, яким з метою попередження гемодинамічних і відповідних морфофункціональних змін у судинах малого кола кровообігу одночасно з двобічними обширними резекціями легень накладали артеріо-венозне співустя між судинами видаленої нижньої частки за запропонованим нами способом (А.с. СССР № 1476518).

У шостій групі експерименту вивчали ефективність попередження функціональних порушень і структурних змін у легеневих судинах після двобічних обширних резекцій легень при застосуванні дозованої редукції легеневого кровотоку шляхом звуження легеневого стовбура (Деклараційний Патент України на винахід № 45073 А).

До сьомої групи ввійшли тварини, яким корекцію пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії і попередження функціональних порушень та структурних змін у легеневих судинах, а також зменшення навантаження на праві відділи серця після двобічних обширних резекцій легень здійснювали шляхом звуження каудальної порожнистої вени і обмеження притоку крові до правого передсердя (Деклараційний Патент України на винахід № 50307 А). Аналогічного гемодинамічного ефекту досягали також вшиванням отвору каудальної порожнистої вени (рис. 4) в ділянці її проходження через діафрагму (Деклараційний Патент України на винахід № 68849 А).

Просторову організацію легеневих артерій і вен вивчали шляхом контрастної рентгенангіографії. Кількісну оцінку рентген ангіограм проводили за методикою К.А. Шошенко і співавт. (1982).

Діаметри галужень бронхових артерій біля їх усть вимірювали за допомогою бінокулярної лупи МБС-2 з вимірювальною лінійкою в окулярі. Ступінь звивитості бронхових розраховували за методикою Сомової В.В. (1987) у відносних одиницях.

Для гістологічного дослідження забирали кусочки із різних відділів легеневих часток. Морфометричну оцінку гілок легеневої артерії м'язового типу малого калібру здійснювали шляхом визначення величини їх зовнішнього і внутрішнього діаметрів. Товщину середньої облонки (м'язового шару) судин розраховували за формулою Автандилова Г.Г. (1973, 1990)

Оцінку функціонального стану судини давли на основі вирахування індекса Керногана (Есипова И.К. и соавт., 1971; Белкин В.Ш. и соавт., 1980).

Функціональну морфологію структурних елементів судинних стінок, а також складових частин аерогематичного бар'єра вивчали за допомогою методу електронної мікроскопії, що дало змогу пов'язати особливості функції паренхіми із ступенем і тривалістю легеневої артеріальної гіпертензії та характером структурних змін у легеневих судинах.

Для більш цілісного уявлення про характер і динаміку морфологічних процесів, що відбуваються в стінках легеневих судин за умов пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії, проводили їх вивчення у співставленні з особливостями динаміки функціональних характеристик малого кола кровообігу. В першу чергу це стосується тиску крові в легеневій артерії та передній порожнистій вені, реєстрацію яких здійснювали пункційним методом за допомогою водяного манометра Вальдмана. Проводили також визначення об'ємної швидкості магістрального кровотоку по легеневій артерії за допомогою витратоміра крові РКЭ 2 - БИ.

Газообмінну функцію легень вивчали методом оксигемометрії. Для цього насичення крові киснем у стегновій артерії і стегновій вені визначали за допомогою оксигемометра 057 У 4,2.

Відображенням функціонального стану аерогематичного бар'єра може бути рівень метаболізму сурфактанта. Оцінку цього процесу доцільно проводити шляхом визначення поверхневої активності легень. Одним із найпростіших, але водночас достатньо інформативних методів вивчення активності сурфактантної системи легень є визначення стійкості міхурців піни за R. Pattle (Выжигина М.А., 1995).

Отриманий при проведенні морфологічних і функціональних дослідженнях цифровий матеріал статистично опрацьовували за допомогою Microsoft Exel for Windows 98 із визначенням середніх величин та їх стандартних похибок. Достовірність різниць встановлювали за критерієм Стьюдента при Р < 0,05.

Результати дослідження та їх аналіз.

Морфофункціональні прояви компенсаторних процесів у кровоносному руслі легень за умов 33 % їх резекції.

Видалення порівняно невеликої за обсягом частини легеневої тканини при правобічній нижньочастковій білобектомії не викликає суттєвих змін гемодинаміки малого кола кровообігу і не здійснює значного впливу на морфофункціональний стан кровоносного русла легень. Це підтверджує достатні компенсаторні можливості кардіопульмональної системи, які дозволяють протягом місяця усунути ті гемодинамічні і морфофункціональні зміни, що були відмічені в ранньому післяопераційному періоді.

Дані морфофункціонального дослідження свідчать, що на 5-ту добу після резекції 33 % тканини легень спостерігається тенденція до збільшення ємнісних характеристик гілок легеневих артерій мішаного типу великого калібру з одночасним зниженням пропускної здатності артерій м'язового типу малого калібру. Такої реакції виявляється цілком достатньо для забезпечення стабільності гемодинаміки і газообміну на рівні гемомікроциркуляторного русла і аерогематичного бар'єру. Саме цим ми схильні пояснити відсутність помітних морфофункціональних реакцій у венозному відділі судинного русла легень та бронхових артеріях.

Провідною функціональною ланкою в морфогенезі виявлених просторових і структурних змін у легеневих артеріях, безумовно, перш за все є гемодинамічний фактор. Хоча відмічене у ранньому післяопераційному періоді підвищення тиску крові в легеневій артерії може бути зумовлене не лише анатомічним скороченням ємності судинного русла легень, але цілком імовірно, що воно може залежати від зміни реологічних властивостей крові, викликаних операційною травмою (Александрова Н.П. и соавт., 1986; Дахнюк І.Є., 2000), а також рефлекторними впливами (Капилевич Л.В. и соавт., 2003; Яльцев А.В., Шорманов С.В., 2000; Olschewski H., Seeger W., 1996). Незначне переважання інтенсивності виявлених змін на стороні втручання може бути обумовлене більшим ступенем гемодинамічних дисфункцій внаслідок виникнення в оперованій легені посттравматичних ателектазів, яких повністю уникнути при маніпуляціях на елементах кореня легень практично неможливо (Леоско В.А., Мошко И.А., 1980). Водночас це може бути одним із стимулів для посилення активності функціонування сурфактантної системи легень.

У віддаленому післяопераційному періоді основною ознакою морфологічних змін можна вважати компенсаторну гіпертрофію часток легені, що залишилися після відповідної резекції і пов'язане з нею збільшення в 1,1 - 1,3 рази абсолютної довжини і довжинно-діаметрових співвідношень легеневих судин. Переважання цих процесів в оперованій легені обумовлене заповненням вільної частини геміторакса, що утворилася після видалення часток під дією від'ємного тиску в плевральній порожнині.

Морфофункціональні прояви компенсаторних процесів у кровоносному руслі легень за умов 58 % їх резекції.

Видалення більше ніж половини об'єму паренхіми і судинного русла легень при правобічній пульмонектомії закономірно веде до розвитку стійкої легеневої артеріальної гіпертензії (з підвищенням тиску крові в легеневій артерії в середньому на 30-45 %) та відповідної морфофункціональної перебудови судин малого кола кровообігу і більш глибоких порушень кровообігу легень та їх респіраторної функції. За нашими даними в динаміці функціональних і структурно-просторових змін, що виникають у післяопераційному періоді можна прослідкувати декілька послідовних етапів. Перший етап відповідає ранньому післяопераційному періоду (до п'яти днів після втручання) і характеризується наявністю ознак ушкодження (альтерації) кровоносних легеневих судин в результаті комплексного впливу сукупності ряду факторів: внутрішньосудинної гіпертензії, гіпоксії та операційної травми. Ці ознаки можна розглядати як прояв розвитку “шокової легені”, що цілком узгоджується з сучасними класичними уявленнями про механізми патофізіологічних процесів (Березовский В.А., Горчаков В.Ю., 1982). Для морфологічних проявів альтерації на цьому етапі був притаманний набряк судинної стінки, дистрофічні зміни у клітинах її оболонок, розвиток інтерстиціального набряку з одночасною клітинною інфільтрацією в паренхімі легень (як прояв альвеоліту) та ушкодження ендотеліоцитів. Дисфункція на рівні аерогематичного бар'єра відображалася у вигляді гідропічної дистрофії великих пневмоцитів з одночасним зниженням поверхневої активності внутрішньоальвеолярної вистілки. Ці процеси слід вважати основою генезу післяопераційних ателектазів, і вони повинні розцінюватися як ускладнення, що порушують вентиляційну функцію легень і можуть мати негативний вплив на прогноз.

Водночас у судинному руслі легень активується комплекс компенсаторно-пристосувальних механізмів, які в своїй сукупності якщо повністю і не усувають, то принаймні послаблюють різке перевантаження гемомікроциркуляторного русла і тим самим дозволяють попередити критичні зміни на рівні аерогематичного бар'єра. До цього комплексу належить підвищення тонусу і пов'язане з цим зниження пропускної здатності артерій м'язового типу малого калібру, що підтверджується достовірним зростанням у них на 33-63 % індекса Керногана, а також посилення звивистості і наростання (на 10-12 %) симетрії галужень магістральних артерій мішаного м'язово-еластичного типу, які спрямовані на сповільнення магістрального кровотоку.

Покращення оксигенації крові при зменшенні дихальної поверхні легень за таких умов здійснюється також шляхом сповільнення її руху через гемомікроциркуляторне русло. Це забезпечується підвищенням гемодинамічної резистентності посткапілярного відділу кровоносного русла легень, зокрема венул і малих за діаметром вен які реагують підвищенням тонусу м'язово-еластичних сфінктерів, розміщених у місцях впадіння цих судин в колектори наступних порядків.

Другий етап у морфофункціональній перебудові кровоносного русла легень характеризується як період відносної компенсації. Він триває приблизно від першого до третього місяця післяопераційного спостереження. В цей час відбувається часткове покращення функціональних параметрів легеневої гемодинаміки і стабілізація морфофункціональних показників кровоносного русла легень. Структурним проявом відносної компенсації є, на нашу думку, розкриття внутрішньолегеневих артеріо-венозних співусть, а також розправлення резервних відділів легень і збільшення кількості капілярів за рахунок їх додаткового розкриття. Однак, не дивлячись на це, повної компенсації порушених функцій не відбувається, а розкриття артеріо-венозних співусть крім свого позитивного значення має і негативний вплив. Скидування через них неоксигенованої крові з малого кола кровообігу у велике сприяє поглибленню гіпоксії, яка належить до активних стимуляторів проліферації сполучної тканини. Тому у віддаленому періоді (з третього по шостий місяць спостереження) як наслідок на перший план виступають склеротичні зміни у легеневих кровоносних судинах, які у поєднанні з фіброзом легеневої тканини, що розвивається у місцях перенесеного в ранньому післяопераційному періоді альвеоліту, сукупно сприяють посиленню ригідності судинних стінок і наростанню гемодинамічного опору. У кінцевому результаті це приводить до повторного підвищення тиску в легеневій артерії з прогресуванням метаболічних розладів на рівні аерогематичного бар'єра і є проявом третього етапу розвитку змін з декомпенсацією легеневого кровообігу.

На зміни легеневої гемодинаміки, крім легеневих артерій, активно реагують і бронхові судини. Зокрема, в ранні терміни після резекції легень у відповідь на різке підвищення тиску крові в малому колі кровообігу бронхові артерії реагують зниженням пропускної здатності за рахунок підвищення тонусу стінок і зменшення діаметра просвіту. Така судинна реакція може бути наслідком як рефлекторних так і гуморальних впливів, що цілком узгоджується з сучасними уявленнями про продукцію клітинами судинного ендотелію легень вазодилятуючих субстанцій. Зменшення площі ендотелію легеневого судинного русла і гіпоксія, які мають місце після такого виду втручань, зменшують дилятуючі впливи і створюють умови для констрикторних реакцій (Заволовская Л.И., Орлов В.А., 1996; Ребров А.П. и соавт., 2002).

Помітно збільшується у таких випадках і звивистість бронхових артерій, що також може сприяти посиленню їх судинного опору (Сомова В.В., 1987), оптимізації гемомікроциркуляції і попередженню розвитку гемодинамічного набряку легень. У більш віддалені терміни для бронхових судин був характерним розвиток анастомозів як з системою легеневих вен, так і з судинами грудної стінки через утворені злуки.

В цілому можна констатувати, що у віддаленому післяопераційному періоді завдяки компенсаторним можливостям організму і зменшенню гідродинамічного навантаження структура бронхових артерій після пульмонектомії стабілізувалася, а їх морфометричні показники порівняно незначно відрізнялися від контрольних.

Морфофункціональні прояви компенсаторних процесів у кровоносному руслі легень за умов 67 % їх резекції.

Найбільш інтенсивні, як морфофункціональні, так і структурно-просторові зміни у легенях та їх кровоносному руслі відбуваються після екстремального за обсягом одномоментного видалення легеневої паренхіми.

Результати проведеного дослідження свідчать про відповідну морфофункціональну реакцію легеневих артерій на різке підвищення гідродинамічного навантаження за умов вираженої пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії, яка виникає після видалення 67 % тканини легень. Виявлені в легеневих судинах структурно-просторові зміни після такого обсягу операцій (із зростанням тиску крові в легеневій артерії на 50-70 % та тиску крові в передній порожнистійвені у 5-7 разів) також мають певну стадійність перебігу, яка за послідовністю етапів є такою ж, як і після правобічної пульмонектомії, але відрізняється порівняно більшою контрастністю, глибиною та інтенсивністю темпів розвитку.

У ранньому післяопераційному періоді (5 доба експерименту) як в ендотелії, так і в гладком'язових клітинах середньої оболонки артерій оперованих тварин переважали явища гідропічної дистрофії, як наслідок функціонування судин в екстремальних умовах. Перебуваючи у прямій залежності від ступеня легеневої артеріальної гіпертензії, ці процеси за глибиною помітно превалювали над аналогічними змінами, що виникають після правобічної пульмонектомії. Особливістю лейоміоцитів середньої оболонки артерій м'язового типу на даному етапі було помітне підвищення їх тонусу. Зниження пропускної здатності судинного русла, яке виникає в результаті цього, сприяє запобіганню критичного перевантаження гемомікроциркуляторної ланки та попереджає розвиток гемодинамічного набряку легень (Ройтштейн М.Б., 1986). Не дивлячись на те, що морфофункціональні ознаки підвищення судинного опору легень після двобічних обширних резекцій мали більшу інтенсивність, ніж після правобічної пульмонектомії, ефективність їх захисної функції стосовно до гемомікроциркуляторного русла і легеневої паренхіми є явно не достатньою. Це підтверджується вираженими ознаками порушення мікроциркуляції (стази, мікротромбози) і розвитком інтерстиціального набряку легень.

У терміни від 1 до 3 місяців після видалення 67 % легенвої тканини також спостерігається часткова компенсація порушень легеневого кровообігу і адаптація легеневих судин до нових умов функціонування. Це проявляється гіперпластично-гіпертрофічними процесами в елементах стінок легеневих артерій та стабілізацією їх просторової організації. Однак слід зауважити, що після такого обсягу оперативного втручання не тільки повністю не відновлюється структурно-просторова організація кровоносного русла легень, але й ті реконструктивні процеси, що спостерігаються, за інтенсивністю менш виражені ніж після правобічної пульмонектомії.

Період від 3 до 6 місяців характеризується розвитком ознак декомпенсації легеневої гемодинаміки. Разом з повторним підвищенням тиску крові у легеневій артерії відновлюються дистрофічні процеси в ендотелії та гладких міоцитах з поступовим нашаровуванням на них склеротичних змін, які можуть бути наслідком впливу гіпоксії, що закономірно розвивається після такого виду оперативних втручань. Причому інтенсивність проліферації сполучної тканини визначалася ступенем вираженості попередніх морфофункціональних змін, які в свою чергу залежали від рівня пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії.

Саме після двобічних обширних резекцій найбільшого розвитку набуває комплекс адаптаційних структур, котрі дозволяють легеневим судинам активно реагувати на зміни гемодинамічного навантаження з компенсаторною метою. В артеріях мішаного типу, тобто в судинах розподілу, в яких менш виражені реакції “розширення-звуження” такі структури представлені у вигляді субадвентиційних пучків поздовжньо і косо-поздовжньо орієнтованих гладких міоцитів, які здатні своїм скороченням змінювати радіус кривизни судинних згинів і тим самим впливати на характер кровоплину. Як відомо, довжина судин має значну варіабельність і залежить від величини внутрішньосудинного тиску крові (Huang W. et al., 1999). Тому збільшення кількості пучків косо-поздовжньо орієнтованої гладкої мускулатури може бути наслідком наростання абсолютної довжини гілок легеневих артерій, яке спостерігається за таких умов і цілком узгоджується з даними інших авторів, що вивчали судинні стінки при їх розтягуванні (Филиппов С.В. и соавт., 1993). Водночас наростає рівень симетрії галужень (на 12-15 %) і ємність (на 30-35 %) артерій м'язово-еластичного типу. Артерії м'язового типу можуть змінювати діаметр просвіту і відповідно свою пропускну здатність за рахунок функціональної активності гладком'язових клітин середньої оболонки в цілому, а також за рахунок гладком'язових поліпоподібних подушок (подушки Ебнера) зокрема, які в умовах підвищеного внутрішньосудинного тиску крові ві оперованих тварин зазнають гіперплазії і гіпертрофії. Активною ланкою формування судинного опору є також притоки підчасточкових і підсегментних легеневих вен, які в місцях злиття мають м'язово-еластичні сфінктери. Суттєве підвищення тиску крові в системі легеневої артерії активізує також функціонування артеріо-венозних співусть із шунтуванням крові з малого кола кровообігу у велике.

Що стосується динаміки артеріо-венозних співвідношень, то порівняно великий розмах діапазону значень артеріо-венозного індекса та ступеня симетрії галужень на рівні судин малого калібру (з діаметром просвіту 1 мм і менше) може свідчити про їх різноманітний функціональний стан, а значить про їх найбільш активну участь у перерозподілі легеневого кровоплину. В той же час зростання артеріо-венозного індекса в судинах більшого калібру може бути підтвердженням збільшення ємності артеріальної ланки кровоносного русла легень, а зниження у судинах меншого калібру - редукції пропускної здатності на рівні артерій опору.

Як після правобічної пульмонектомії, так і після одномоментних двобічних обширних резекцій легень активно реагують на зміни легеневої гемодинаміки і бронхові судини. Дані проведеного морфометричного аналізу стану бронхових артерій як в нормі, так і після оперативного видалення легеневих часток, свідчать про їх досить активну участь у кровопостачанні легень. Причому характер та інтенсивність реакцій бронхових артерій як свідчать результати проведеного дослідження залежать від обсягу втручання, тривалості післяопераційного періоду, а значить - від рівня легеневої артеріальної гіпертензії. У ранньому післяопераційному періоді це проявляється вираженими констрикторними реакціями з помітним звуженням просвіту судин. Посиленню судинного опору бронхових артерій сприяє також збільшення їх звивистості, яке спостерігалося у експериментальних тварин даної групи. Така редукція бронхового кровотоку також може бути спрямована на розвантаження мікроциркуляторного русла і попередження розвитку гемодинамічного набряку легень як одного із післяопераційних ускладнень, що розвиваються після великих обсягів резекції.

У віддаленому післяопераційному періоді завдяки компенсаторним можливостям організму і зменшенню в результаті цього гідродинамічного навантаження на бронхові артерії їх структурна організація стабілізувалася, а морфометричні показники за своїм значенням наближалися до контрольних. Однак після двобічних обширних резекцій морфо-функціональна активність бронхових артерій була дещо вищою, ніж після правобічної пульмонектомії, що підтверджується схильністю правої і лівої магістральних та часткових артерій до збільшення своїх ємнісних характеристик на фоні зменшення пропускної здатності підсегментних і підчасточкових гілок. Більш плавні реакції бронхових артерій на повторне підвищення тиску в легеневій артерії у віддаленому післяопераційному періоді логічно пояснюються розкриттям чисельних бронхово-легеневих артеріо-венозних співусть, наявність яких підтверджується рентгенангіографічним дослідженням.

Існування бронхово-легеневих артеріо-артеріальних і артеріо-венозних анастомозів тепер вже ніукого не викликає сумнівів, бо це переконливо було доведено ще у 80-ті роки (Бегишев О.Б., Сериков В.Б., 1983; Страхов С.Н., Косырева Н.Б., 1987). Та їх функціональна активність згідно до законів гідродинаміки може проявлятися лише при відповідному градієнті тиску. Найчастіше бронхово-легеневі артеріальні співустя в напрямку від бронхових артерій до легеневих виявляються при гіпоперфузії малого кола кровообігу. Зворотній рух крові можливий лише при тиску в легеневій артерії не меншому за 120 - 150 мм рт. ст. (Есипов А.С., 1989). Якщо навіть при вираженій пострезекційній легеневій артеріальній гіпертензії рівень тиску крові в легеневій артерії не сягає таких величин, то цілком логічно, що адаптаційні реакції за таких умов проявляються розкриттям саме артеріо-венозних бронхово-легеневих співусть.

Збільшення звивистості бронхових артерій, яке спостерігалося протягом всього експерименту можна розглядати як один із факторів посилення судинного опору, а також як результат розвитку післяопераційної вікарної емфіземи часток, що залишилися.

Всі зміни бронхових артерій після двобічних обширних резекцій легень були значно більше вираженими, ніж після попередніх, менших за обсягом втручань. Основна причина таких відмінностей полягає у залежності стану бронхіального кровотоку від ступеня легеневої артеріальної гіпертензії, а значить від обсягу втручання.

Отримані результати дають підстави вважати, що основним патофізіологічним механізмом, який викликає морфофункціональні зміни у кровоносному руслі легень, є рівень пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії і обумовлені нею розлади легеневої гемодинаміки. Однак це далеко не єдинй фактр, який може мати вплив на згадані процеси. У патогенезі розладів гемоциркуляції суттєве значення можуть мати зміни реологічних властивостей крові, стаз і агрегація еритроцитів, а також порушення їх форми (Гайворонский И.В. и соавт., 1995; 1997).

Що стосується вторинних розладів легеневої гемодинаміки і пов'язаних з ними структурно-просторових змін в легеневих судинах у віддаленому післяопераційному періоді, то тут слід взяти до уваги те, що розвиток явищ набрякового характеру в тканині легень у ранньому післяопераційному періоді за умов високого рівня легеневої артеріальної гіпертензії сприяє виникненню змін запального характеру, що протікають під виглядом альвеоліту. В той же час відомо, що інтерстиціальні хвороби легень - це гетерогенна група захворювань, які об'єднуються за ознакою фіброзуючого альвеоліту і характеризуються прогресуючим пневмосклерозом, який клінічно проявляється наростаючою дихальною недостатністю та легеневою артеріальною гіпертензією. Згідно до сучасних уявлень про механізми пневмофіброзу, функціонально активні клітини запалення, що накопичуються в інтерстиціальній тканині легень, стимулюють процеси проліферації і склерозу в судинній стінці. Це в свою чергу приводить до зменшення площі легеневого судинного русла і клінічно проявляється прогресуванням легеневої артеріальної гіпертензії. Водночас під впливом медіаторів у вогнищі ушкодження міняється функціональна активність ендотеліоцитів. В результаті міжклітинних взаємодій на території аерогематичного бар'єра легеневий ендотелій набуває нових властивостей. Ендотеліоцити розпочинають активно секретувати прозапальні і просклерогенні цитокіни (оксиданти, трансформуючий фактор росту, фактор росту тромбоцитів та інші), накопичення яких у свою чергу стимулює склероз легеневої тканини. Таким чином, за наведеними міркуваннями можна зробити висновок, що первинні гемодинамічні зрушення, які виникають у малому колі кровообігу в ранньому післяопераційному періоді після резекції легень є причиною метаболічних порушень, які стимулюють фіброзні і склеротичні зміни як в паренхімі легень, так і в судинних стінках, що в кінцевому результаті складає підгрунтя для вторинного прогресування легеневої артеріальної гіпертензії у віддалені терміни.

Підводячи підсумок, слід наголосити, що виявлені особливості морфофункціональної перебудови кровоносного русла легень після одномоментних обширних резекцій легень, а також менших за обсягом втручань (після правобічної пульмонектомії і навіть після правобічної нижньочасткової білобектомії) за своїм характером були однотипними. Але за глибиною, ступенем вираженості та темпами наростання вони відрізнялися. І ця відмінність визначалася обсягом видалення легеневої тканини. Із збільшення обсягу оперативного втручання, а значить і рівня легеневої артеріальної гіпертензії, інтенсивність виявлених змін наростала. Відповідно і ознаки розвитку декомпенсації легеневого кровообігу після видалення 67 % легеневої тканини були найбільш вираженими. Підтвердженням цього були результати всього комплексу досліджень: як функціональних, так і морфологічних (на органному, тканинному, субклітинному рівнях) та морфометричних.

Морфофункціональна характеристика кровоносного русла легень при застосувавнні хірургічної корекції пострезекційної легеневої артеріальної гіпертензії.

Специфіка пострезеційної легеневої артеріальної гіпертензії полягає в тому, що її основною патогенетичною ланкою, особливо в ранньому післяопераційному періоді, є анатомічне скорочення об'єму судинного русла малого кола кровообігу. Одномоментне видалення значної частини легеневої паренхіми веде до різкого наростання гемодинамічного опору малого кола кровообігу за рахунок його кількісного зменшення. Для подолання цього опору правий шлуночок серця вимушений виконувати додаткову роботу (Р.Й. Вайда і співавт., 1988; Н.Х. Шамирзаев, Б.Р. Бабаджанов, 1990). В редукованому судинному руслі вимушено пришвидшується кровоплин і водночас підвищується тиск крові у легеневій артерії та її гілках всіх рівнів галуження аж до капілярів. В результаті цього посилюється трансудація плазми в інтерстиціальну тканину легень, що при недостатній реабсорбції і неадекватному лімфатичному дренажі може викликати порушення альвеолярно-капілярної дифузії і привести до гіпоксії. У відповідь на гіпоксію виникає вазоконстрикція прекапілярних артеріол, яка ще більше активує гемодинамічний опір і в кінцевому результаті приводить до перевантаження правих відділів серця з розвитком гострої правошлуночкової недостатності. Якщо ж енергодинамічні можливості міокарда правого шлуночка бувають достатніми для подолання збільшеного судинного опору, то тоді створюються передумови для розвитку гострого гемодинамічного набряку легень. Подібні ускладнення у більшості торакальних хірургічних клінік складають не менше 5 - 7 % (Р.И. Вагнер і співавт., 1996; Н.Е. Хорохордин і співавт., 1997).

Враховуючи те, що провідною патофізіологічною ланкою в морфогенезі структурно-просторових змін у кровоносному руслі легень, які можуть бути основною причиною післяопераційних ускладнень і визначати рівень післяопераційної летальності якраз і є рівень легеневої артеріальної гіпертензії, то при розробці нових способів хірургічної корекції ми в першу чергу брали до уваги саме цей факт.

Метод позалегеневого артеріо-венозного шунтування малого кола кровообігу.

Він відрізняється від відомих тим, що у венозній частині анастомоза шляхом інвагінації бокових притоків формуються штучні клапани, які попереджають ретроградний потік крові при систолі лівого передсердя і тим самим дозволяють частково запобігти зростанню гіпоксемії.

Отримані експериментальні результати свідчать про те, що створення додаткового штучного обхідного шляху для крові після великих обсягів резекції легень, особливо у ранньому післяопераційному періоді, практично майже повністю усуває легеневу артеріальну гіпертензію як одну із основних патогенетичних ланок післяопераційних ускладнень дихальної і серцево-судинної системи. Стабілізація легеневої гемодинаміки за таких умов має позитивний вплив на структуру легеневої паренхіми в цілому і на стінки судин зокрема. Застосування даного методу корекції запобігає перевантаженню мікроциркуляторного русла і розвитку гемодинамічного набряку легень, а зниження гемодинамічних впливів на судинні стінки зменшує інтенсивність їх вазомоторних реакцій та ступінь ремоделювання. Однак, легенева артеріальна гіпертензія є далеко не єдиним патофізіологічним механізмом виникнення морфофункціональних розладів у судинах малого кола кровообігу після резекції легень. Значне зменшення площі дихальної поверхні після таких операцій закономірно супроводжується розвитком гіпоксії. Створення позалегеневого артеріовенозного анастомоза за таких умов у певній мірі сприяє її поглибленню і, як відомо, стимулює проліферацію сполучної тканини як у паренхімі легень, так і в судинних стінках (Амосова Е.Н. и соавт., 2002; Коган Е.А. и соавт., 2002). Насичення крові киснем у стегнових судинах після таких операцій знижувалося на 8-14 %. Якраз вплив вказаних факторів: звуження просвіту і ригіднісь стінок штучного анастомозу, виражена гіпоксія з розвитком явищ пневмосклерозу і периваскулярних склеротичних змін (у тому числі і в зоні мікроциркуляції) у віддаленому післяопераційному періоді приводить до зменшення пропускної здатності легеневого артеріального русла. Зниження інтенсивності легеневого кровообігу веде до наростання рівня гіпоксії і її констрикторних впливів на гладеньку мускулатуру стінок артерій з наступним розвитком легеневої артеріальної гіпертензії (Кізуб І.В. і співат., 2003; Robertson T.P. et al., 2001; Waypa G.B. et al., 2001). Тобто даний метод хірургічної корекції, усуваючи підгрунтя для ранніх післяопераційних гемодинамічних ускладнень, створює передумови для обмінних і не тільки легеневих, але й загальних, а разом з ними і гемодинамічних порушень у віддаленому післяопераційному періоді.