Monos, Emil

Monos Emil

University of Szeged

- 287 - / Semmelweis OTE Kísér let i Kutató Laboratórium A z qr ter ía- fg l quasí-stat ikus és dinamikus tulajdonságaínak v izs-gá la ta számitógépi módszerekkel Monos Emil Legnagyobb orvosi probléma - egyben fe ladat - ma ha-zánkban és sok már országban is a morbidi tási és mortal i tási stat iszt ikák é lén stagnáló sziv-érrendszeri betegségek leküzdése A hatékony gyógyításhoz, i l l . megelőzéshez azonban még f o n -tos é le t tan i , b i o f i z i ka i alapismeretek h iányoznak, különösen az érrendszer funkc ió inak irányítási fo lyamatai terén. A z i l yen vo -natkozású v izsgálatok során a kutatók túlnyomórészt vérnyomás és véráramlás teszteket a l ka lmaz tak . A z ¡ rányi tó ( i deg i , hormo-ná l is , farmakológiai s tb . ) hatások f i z i o l ó g i a i , pa to lóg ia i , i l l . terápiás jelentőségének pontos felméréséhez, megértéséhez azon-ban elengedhetet len annak v izsgálata , hogy az érfal b iomecha-n ika i á l lapota (feszültség-megnyúlás viszonyok) miként be fo lyá-sol ja a neurohumorális ágensek e f fek t iv i tását az é r -s ima izomza- . fon , másrészt hogyan hatnak ezek az ágensek az erek mechanikai tu lajdonságaira. Nagyon lényeges aspektus ez azér t is, mert olyan fontos je l lemzők, mint a vérkeringési rendszer nyomás-áramlás, nyomás-térfogat, nyomás-pulzussebesség je l leggörbéi (Peferson, 1960), vagy az érfalban lévő nyújtási receptorok érzékenysége (Bagshaw, Peterson, 1972) közvet lenül függnek a fa l statikus és dinamikus mechanikai tu la jdonságai tó l . Ezek a lap ján is ny i l vánva ló , hogy a vérkeringési rendszer működési mechanizmusairól nem lehet hü mo-d e l l t a lkotn i az érfa l f i z i k a i tulajdonságainak pontos meghatározá-sa n é l k ü l . A z i l yen irányú kutatósokra ujabban serkentőleg hat á mérés- és számítástechnika nagyarányú fejfó'dése. E terü le t p rob lé -mái u . i . csak komplex, precíz mérési el járásokkal o ldhatók meg, m e l y e k hatalmas számítási igényeket támasztanak mind a ruf inszá-molás, mind a modellezés terén. Az érfalra bioniechanikai szem-pontból jellemző', hogy ak t ív és passzív elemekből épül f e l , továbbá - 288 - / inhomogén, viszkoelaszt ikus, neml ineár is , s kü lönböző nagyságú és d inamiká jú deformációknak van k i téve az é l ő szervezetben. E viszonyokból következ ik , hogy nagy deformációkra k i t e r j e d ő és k ie lég í tő pontosságú érmechanikai elemzést a legkorszerűbb techn ika i segédlet mel le t t is sokszor csak in v i t ro lehet megva-lósí tan i . Ezért a közelmúltban két f ő vonalon végeztünk ku ta -tásokat a ph i lade lph ia i Bockus Kutató Intézet munkatársaival együttműködésben: A . ) U j , in v i t ro módszert a lka lmazva (Cox, 1974) quas i -statikus v iszonyok és ax ia l is izometr ia me l le t t e lemez tük , hogy széles in t ra luminal is nyomástartományban hogyan v á l t o z i k az a r -tér iák fa lónak c i rkumferénciá l is megnyúlása, va lamint háromdi -menzional is feszülése horadrenal in és arginin-vasopressin hatására (Monos, Cox , Peterson 1973a, 1974). B.) In v i v o , a pu lza t i l vá l tozók ampl i túdó és f r e k v e n c i a -tartományában harmonikusánálizist a lka lmazva v i zsgá l t uk , hogyan vá l t oz i k az ar tér iák fa lának dinamikus elaszt ikus modulusa a r g i n i n --vasopressin hatására stop- f low me l le t t (Monos, C o x , Peterson 1973 b) . A . A z in v i t ro kísérletekben három vá l tozó t reg isz t rá l tunk a l -ta to t t kutyákból kimetszett a . carot is communis és a . i l i a c a c i l i n d -rikus szegmentjein exia l is izometr ia me l l e t t . Ezek : in t ra lumina l i s nyomós, mint függet len vá l tozó , va lamint külső átmérő és ax iá l i s nyu j tóerő , mint függő vá l tozók . A z 1. ábrán működési váz l a t l á t -ható a mérések k iv i te lezésérő l . Az in v i vo hosszra nyú j t o t t é r - c i -l inder t C C ^ gázkeverékkel á tbuboréko l ta to t t , u l t ra termosztá t -tal temperált f i z io lóg iás e lek t ro l i t -dex t rose puf fe ro lda tba h e l y e z t ü k . A z ér in t ra luminal is nyomását levegő egyenletes, lassú - 100 H g m m / min - befuvásával , ¡11. leeresztésével vá l t oz ta t t uk 0 - 2 5 0 Hgmm-es nyomástartományban. A nyomást e lekt romanométerre l , az átmérőt és az ax iá l is nyuj tóerőt pedig el lenál lásbélyeges- je l óta la k i tóva l mér tük . A z analóg v i l lamos je leket egy elosztó berendezés közbeik ta tásóval on- l?ne mágnesszalagos ¡e l táro lón, i l l . oszc i l loszkópon és X - Y r a j -zo lón reg isz t rá l tuk , végül adat fe ldolgozás cé l já ra o f f - l i n e nyomás-- 289 -1. ábra A z ér fa lmechanika in v i t ro mérésére szolgáló berende-zés működési váz la ta . W W (W w 0 (cm) 2. ábra Noradrenal in (NE) és arginin-vasopressin (VPA) hatása az ar tér ia i l iaca ( IA) és a z ar tér ia coratis communis (CC) nyomás (P) vs. á t -méró' (D) és P vs. ax ia l i s nyujtóeró' (T) je l leggörbé i re . A P vs .D görbék a szektorok jobb fe lső, a P vs. T pedig bal fe lső sarka fe lé tar tanak. Szaggatott : kont ro l l (e l l azu l t s ima izomzat ) , fo lyama-tos: hormonnal a k t i v á l t á l lapot (NE: 0 , 5 u g / m l , N E M A X : 5 u g / m l , VPA: 150 uE/ml ) . - 220 - / á tmérő és nyomás-axiál is nyu j tóerő je l leggörbék formájában r a j -zo l ta t tuk k i a mágnesszalagon rögz í te t t vá l t ozóka t . I lyen j e l l e g -görbék lá thatók a 2 . ábrán. A görbékről 10 Hgmm-es i n t e r v a l -lumokban olvastuk le az a lapadatokat és d ig i t á l i s számítógéppel határoztuk meg a passziv és ak t í v megnyúlás, va lam in t a három-dimenzionál isan f e l l épő feszültségek é r t éke i t . A z adat fe ldo lgozás f ő lépéseit mutat ja a 3. ábra. A z a k t i v c i rkumferenc iá l i s meg-nyúlást a külső kerü let mentén, egy adot t nyomásszint esetére a következő összefüggésből számítot tuk k i : 2 b , i r - 2b T A , £ _ 1 o _ £lb "b 2b 1T b o o ahol b a kon t ro l l , e l l azu l t á l lapotban mért b^ ped ig a s imaizom akt iváfás a la t t mért külső sugár. A z i gy d e f i n i á l t a k t i v megnyúlás inverze egyen lő az érkont rakc ió re l a t í v é r tékéve l . A háromdimenzionál is fa l feszül tségeket klasszikus e k v i l i b r i -um egyenletek segítségével számítot tuk k i . A P. nyomásértékekhez tar tozó átlagos c i rkumferenciá l is fa l feszül tség a köve tkező összefüg-gés a lap ján határozható meg : - P I ° A z átlagos ax iá l i s é ^ H l . rad iá l is é i rányú feszü l t ség : 6 = - _ Í L _ r (b + a) 2 T 6 = ° „ + X ( b 2 - a 2 ) T . ( b 2 - a 2 ) ahol a : belső sugár, b : külső sugár, T ped ig az ax iá l i s i r á n y -ban ható nyu j tóerő . Az a k t i v fa l feszül tség a kont ro l l és az a k t i v á l t simaizomzatu erek falára számított feszültségek azonos passziv meg-nyújtásnál leolvasott különbségéből nyerhető. - 291 -TÁROLÓ SZKÓP X-V IRÓ ADATFELDOLGOZÁS HATÁSVÁZLATA J N VITRO" ÊRFAL VIZSGÁLATOK SORÁN 3 . ábra 10 5 -S 3 o § U1 > p o «X 10 250 50 100 150 200 INTERNAL PRESSURE (mmHg) 50 100 150 200 , INTERNAL PRESSURE (mmHg) 250 4 . ábra 0 , 5 ug /m l noradrenal innal (NE) k ivá l to t t c i rkumferenciá l is meg-nyúlás változás (ACTIVE STRAIN) az int ra luminal is nyomás (PRESSURE) függvényében ar tér ia carotis communison (CC), 11. kísér let át laga . További magyarázat a szövegben. - 292 - / A 4 . ábra muta t ja , hogy 0 , 5 ug /m l koncen t rác ió jú no -radrenal in átlagosan mekkora a k t i v c i rkumferenc iá l is megnyúlást vá l to t t k i a carotis communison, összesen 11 kísér letben. Fo l ya -matos in f lác iós és def lációs c ik lusok me l le t t két izben a k t i v á l t u k ugyanazt az eret ( I . és I I . ) 1 - 2 órás i dőközze l , s a noradrena-l i n adást követő 2 - 3 . és 10-12. percben rögz í te t tük a vá l t ozóka t (1. és 2 . ) . Megf igyelhető ' , hogy a hatás jó közelítéssel azonos szinten marad 10 perces periódus a l a t t , s reprodukálható . A m a x i -mál is kontrakc ió jóval a f iz io lóg iásnak tekinthető ' 100-120 Hgmm a l a t t i nyomásértékeknél fe j lődöt t k i . Hasonlóan reproduká lható a válasz (5. ábra) az a . i l iaca esetében, a kont rakc ió azonban lényegesen nagyobb, s maximuma még inkább ba l ra , az a lacsony nyomássziritek i rányába to l t , mint a carot is esetében. Meglepetésre az t t a l á l t uk , hogy az in v i vo hatásosnak b i -zonyul t vasopressin mennyiség (30-150 uE/ml ) in v i t r o te l jesen h a - , tástalan, noradrenal innal együt t adva azonban sz ign i f ikáns po ten -c i rozó effektust mutatott mindkét ért ipus esetében (ó. ábra) . A potencirozás maximuma ott j e l en tkeze t t , ahol a noradrenal in hatás maximuma k i f e j l ődö t t . A 7 . ábra a hormonok hatására k i f e j l ő d ő a k t i v fa l feszülés változását mutat ja a külső sugár függvényében. M e g f i g y e l h e t ő , h o g y a c i rkumferenciá l is ak t i v feszültség egy nagyságrenddel nagyobb, mint az ax iá l i s feszültség, a rad iá l is pedig nega t i v . A noradrena-I i nna l , a noradrenal in + vasopressinnel és a maximál is kon t rakc ió t k i vá l tó (5 ug/ml ) noradrenalin dózissal a k t i v á l t ér fa l adata i egymás mel le t t lá tha tók . Vasopressin önmagában nem vá l toz ta t ta meg a f a l -feszülést a kontro l l á l lapothoz képest. F igyelmet é rdemel , hogy az ak t i v feszülés e lé r t egy maximumot, majd meredeken csökkent , a vasopressin potenci rozó hatása ennél kisebbfoku passzív nyújtás m e l -le t t j e len tkeze t t . A z in v i t r o , quasi-statikus v izsgálatok eredményei t összefog-la lva megá l lap í t j uk , hogy: 1. a nagyartéria fa l s imaizomzatának a k t i v á l hatósága d i f f e r e n -c iá l tan függ a fa l feszültség t ő i , ¡11. a c i rkumferenc iá l i s megnyújtás f o -ká tó l , - 293 -« 0 100 190 t oo 290 INTERNAL P R E S S U R E (mmHg ) g SO 100 ISO 100 190 INTERNAL PRESSURE (mmHg) 5. ábra Noradrenalinnal kiváltott cirkumferenciális megnyúlás változás az intraluminalis nyomás függvényében artéria il iaca-n (IA). 11 kisérlet átlaga. További magyarázat a 4 . ábránál, i l l . a szövegben. (*) NIVH1S 1VI1N3SNV1 3AI10V 6. ábra 0 , 5 ug/ml noradrenalin (NE), valamint NE és 150 uE/ml arginin--vasopressin (VPA) együttes alkalmazásával kiváltott cirkumferenci-ális megnyúlás változás (ACTIVE STRAIN) az intraluminalis nyomás (PRESSURE) függvényében artéria carotis communison (CC) és artéria iliaca-n (IA). - 294 -600 700 600 _J 4 500 £ P u >» 5 400 8 c 0 1 o p JOO m O 200 — (A 100 1 0 • CC-NE o CC-NE .-AVP > CC-NEMAX o CC-AVP a' i UL > \ 200 -I 4 100 I ......... I 1 oío OÍ/O o öli DHJ. o oto o A M OUM b-o-trd-ooa to 012 014 0.16 OI8 0.22 0.24 O P , . Q -100 L EXTERNAL RADIUS (cm) 7. ábra Hormonokkal kiváltott akt iv tangenciális, axiál is és radiál is falfeszültség (STRESS) a külső sugár függvényében a . carotis communison (CC). NE, 0 ,5 ug/ml noradrenalin, NA MAX : 5 ug/ml noradrenal in , AVP: 150 uE/ml arginin-vasopressin. 12/b. sz. kísérlet. OISPLAV POLYGRAPH P, P. D. JELÁTALAKÍTÓK ANALOO MAGNÓ POLYGRAPH (kid .Jólok) (CC, AF) PULZUSOÖRBÉK KIVÁLASZTÁSA. AZONOSÍTÁSA ADATKÁRTYÁK . SZÁMITÓKÖZP0N1 DIGITALIS ( kalibrált ado • (IBM 370/165) MAGNO (ok) ELLENŐRZÉS, RENDEZÉS (elm AM program kártyák ) SZÁMITÓKÖZP0N1 (IBM 370/165 ) EREDMENVLAPOX (Fourlor, E* Z átlagolás pul-zusokra 1 A/0 KONVERZIO OSSZESITES STATISZTIKA ÁBRÁK ADATFELDOLGOZÁS HATÁSVÁZLATA „IN VIVO" ÉRFAL VIZSGÁLATOK SORÁN 8 . ábrd - 295 -2 . a maximál is kontrakc ió az alacsony vérnyomással ana-lóg feszültség-tartományban f e j l őd i k k i ( f igyelemre méltó szempont ez p l . a h ipotenz iv kórá l lapotok kezelésénél) , de ezen belül j e -lentós regionóliis eltérések tapasztalhatók, 3 . arginin-vasopressin az endogén koncent rác ió - te r jede lem-nek megfelelő' dózisban szignif ikánsan potenci rozza a noradrenal in hatását c i rkumferenciá l is ak t i v megnyújtásra és a fa l feszültségekre, 4 . a neurohormonok á l ta l k i vá l to t t ak t i v falfeszültség a v izsgál t tartományban mutat egy maximumot, mely után meredeken csökken, 5 . az érválaszok gondosan kon t ro l lá l t körülmények közöt t jó valószínűséggel reprodukálhatók, a kont rakc ió legalább 10 perces nagyságrendű idó'tartamig fennmarad. B. Bár régóta ismert, hogy a vasopressin nagy adagban igen potens vazoakt iv hormon, a vérker ingés-regulác ióval kapcsolatos in v i vo szerepe még máig sincs megnyugtatóan t i sz tázva. Akadá lya vo l t ennek többek közöt t a z , hogy a kutatósok során ál ta lában i n -adaequat hormonpreparátumot használ tak, továbbá az idegi kompen-zá ló ref lexek árnyékában vérnyomás teszten tanulmányozták a hatá-sát - e leve magas endogén hormonszint me l le t t . Az utóbbi évek v izsgála ta i a lap ján , elsősorban A l tu ra (1967) munkáiból b i zony í to t t -nak vehető', hogy a vasopressin a mik roc i rku lác ió t az endogén kon-cent rác ió-határokon be lü l mennyiségben igen in tenz iven befo lyásol ja . Szisztémás keringési szerepe mel le t t is mind több adat szól (Cowlcy et a l . 1974, Monos c t a l , 1967). Nem vo l t azonban in v ivo kísér-letes b izony i ték ar ra , hogy közvet lenül a nagy erek falára is hat kís dózisokban. Előbbiekből k i indu lva megvizsgál tuk, hogy a l ta to t t kutyán a sebészileg denervólt a . carotis cornmunisra cs a . femoralisra hogyan hat a local isan a lka lmazot t arginin-vasopressin hypophysecromia e lőt t és után in v ivo . Az ar tér iák 1 cm-es szakaszán be lü l , tehát közel egy pontban mértük az oldalnyomást és a külső átmérőt széles f rek -venc ia -á tv i t e lű jel á ta lak í tó- reg isz t rá ló rendszerrel. A vá l tozók pu lza -- 29ó -t i l összetevőinek harmonikus anal iz isére (Fourier) támaszkodva számítottuk k i az érfa l dinamikus elaszt ikus modulusát. A ru -galmassági modulust az alábbi d e f i n i c i ó szer int ha tároz tuk meg: E + ( N ) = K 4 2 L , K = f M B 2 - O 2 ahol K geometr ia i je l lemzőktő l függő á t v i t e l i t ényező , P(n) a pu lza t i l nyomás a lap , ¡11. fe lharmonikusainak amp l i túdó ja (mo-dulusa), u(n) pedig a sugár i rányában tö r ténő é rpu l zác ió a l a p , ¡11. fe lharmonikusainak modulusa. A z elaszt ikus modulus v á l t o -zásának megbízhatóbb meghatározása, azaz a középnyomás-tranziens kiküszöbölése érdekében a vasopressin tesztet s top - f l ow mel le t t végeztük . A hormon adagolása lokáj isan ( in t ra lumina l isan) tör tént . Az eredmények végső fe ldolgozása során összesen öt ha r -monikust ve t tünk f igyelembe.' A z adat fe ldo lgozás f ő menetének tömbvázlatát a 8. ábra mutat ja be. A 9 . ábrán látható az a . femoral is d inamikus é r f a l - m o d u -lusának változása vasopressin hatására. 30-150 uE/ml -es vasopres-sin vérkoncentrác ió tartományban sz ign i f i káns, nagyfokú merevség csökkenést ta lá l t unk , viszonylag kismértékű átmérőcsökkenés m e l l e t t . A hatás hypophysectomia után tartósabb v o l t , mint e l ő t t e . A r u g a l -massági modulus változásában f r ekvenc ia - f üggő je l legzetességeket nem ta lá l tunk , ezt mutatja a re la t ív vál tozásokat demonstráló ábra (10. ábra). A z a . carotis communis fa lának tu la jdonságai t a vasopres-sin az a lka lmazot t dózisokban nem befo lyáso l ta . Összefoglalásul megá l lap í t j uk , hogy a vasopressin az endogén koncentrác ió-határokon be lü l i mennyiségben közve t lenü l hat a nagy ar tér iák fa lára in v i v o . A dinamikus modulus érzékenyebben tük röz i az árhatásokat, mint a külső átmérő. Ada ta ink tovább i alátámasztásul szolgálnak a vasopressin f i z io lóg iás árhatásaihoz. - 297 -G5-H1 y « H S 70H I • I I 5°" UT 40-¿ 3 0 -20-10-0-D - F A 0 * 0,7-rzOfr <M 0.2 0,1 0 r f i RUI I G O UJ U) I > X - t -1+1 R H J . rí - Ï I F -P - F A [mmHgj 140 C VRAI VRA2 C VPA1 VPA2 -120 -100 - 8 0 -60 - 4 0 -20 0 9 . ábra A z ar tér ia femoral is (FA) dinamikus érfalmodulusának ( G 5 - H 1 ) , kulsó' átmérőjének (D) és int ra luminal is középnyomásának (P) vál tozása 2 - 3 , és 6 - 8 perccel arginin-vasopressin lokál is adása után (VPA 1, ¡11. VPA 2). A tesztet hypophysectomia után egy órával megismételtük. 6 kísérlet á t laga. - 298 -1 0 . á b r a A z a r t é r i a f e m o r a l i s d i n a m i k u s é r f a l m o d u l u s á n a k ( G 5 ) r e l a t i v v á l t o z á s a a p u l z u s 5 h a r m o n i k u s á t ( H l - 5 ) á t f o g ó f r e k v e n c i a -s á v b a n 2 - 3 , á s 6 - 8 p e r c c e l a r g i n i n - v a s o p r e s s i n l o k á l i s a d á s a u t á n ( V P A 1 , ¡ 1 1 . V P A 2 ) . A t e s z t e t h y p o p h y s e c t o m i a u t á n 1 ó r á v a l m e g i s m é t e l t ü k , ó k í s é r l e t á t l a g a . - 299 -I r o d a I o m A l t u r a , B . M . : Evalustlon of neurohumoral substances in loca l regulat ion of blood f l o w . Am. J . Physiol, 212: 1447-1454 , (1967 . ) Bagshaw, R . J . , L. H. Peterson: Sympathetic control of the mechanical properties of the canine carot id sinus. A m . J.Physio l . 222: 1462-1468, (1972. ) C o w l e y , A . W . , E.Monos, A . C . G u y t o n : Interact ion of vasopres-sin and the barorecepter re f lex system in the regulat ion of ar ter ia l pressure in the dog. C i r cu la t . Res. 34: 504 -514 , 0974 . ) Cox , R. H. : Three-dimensional mechanics of ar ter ia l segments in vi tro : methods. J . A p p l . Physiol. 36: 381-384, (1974.) Monos E . , R. H. Cox , L. H. Peterson: Effects of vasopressin and norepinephrine on large deformat ion mechanics of canine arteries in v i t ro . Physiologist, 16_: 399, (1973a.) Monos E . , R. H. Cox , L. H. Peterson: Effects of hypophysectomy and vasopressin on canine ar ter ia l mechanical properties in v ivo . C i rcu la t ion 7 . , S. Suppl. I V . : 29, (1973b.) Monos E . , R. H. Cox , L. H . Peterson: Stress and strain characte-ristics of excised canine arteries in a wide pressure range after ac t i va t i on w i t h neurohormones. In: "Physiology of Smooth Muscles" IUPS Symposium Abstracts. K iev , (1974.) Pp. 155-156. Monos E . , E. Ko l tay , A . G . B . Kovdch : Adrenal blood f low and cort icosteroid secretion I I I . : Effect of vasopressin on blood c i rcu la t ion and cort icosteroid secretion in the dog, before and after acute hypophysectomy. Ac ta physio l . Acad . Sci . Hung. 31: 149-157, (1967.) Peterson, L . H . : Physical factors which inf luence vascular ca l iber and blood f l o w . C i r cu la t . Re?, 1 8 . , 19. Suppl. I . : 3 - 1 3 , (1966.) - 300 -

Az artéria-fal quasi-statikus és dinamikus tulajdonságainak vizsgálata számítógépi módszerekkel

http://acta.bibl.u-szeged.hu/45791/1/szamtech_orvost_koll_005_287-300.pdf

Az artéria-fal quasi-statikus és dinamikus tulajdonságainak vizsgálata számítógépi módszerekkel

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

University of Szeged