Цель: изучение функциональной регуляции предстательной железы и мочевого пузыря для выявления взаимосвязей этих органов in vivo. Материал и методы. В исследованиях на наркотизированных собаках и крысах осуществляли одновременную регистрацию внутрипузырного давления и импедансов мочевого пузыря и предстательной железы для динамической оценки in situ. Метод гармонического анализа микроколебаний биоимпеданса позволил выявить и оценить регионарную нейрогенную и тоническую активность, а также изменения кровоснабжения в разные фазы наполнения мочевого пузыря. Результаты. Установлено, что во время наполнения МП возрастала симпатическая активность с одновременным снижением парасимпатической иннервации, что соответствует реципрокной взаимосвязи двух отделов автономной нервной системы в этом органе. При этом в ПЖ также происходили реципрокные изменения симпатической и парасимпатической активностей, однако направление этих изменений было противоположным наблюдаемым в МП. Выявлено, что наполнение МП сопровождалось усилением его кровоснабжения и снижением такового в ПЖ. При Фурье-анализе установили сопряженность вегетативной регуляции с тонической активностью органов. Так, повышение тонуса в МП и ПЖ было связано с возрастанием парасимпатической активности и снижением симпатической, а при снижении тонуса обоих органов были зарегистрированы противоположные изменения. Тонические же колебания самих органов происходили в противофазу. Так, при повышении тонуса ПЖ снижался тонус МП и падало детрузорное давление, а при повышении тонуса МП и давления в нем снижался тонус ПЖ. Заключение. Исходя из полученных нами данных установлена фазная и тоническая взаимосвязь МП и ПЖ, определяющая морфофункциональное состояние этих органов, а значит, и сопряженность их в развитии патологий.
И.В. Кабанова – ФБГУ НИИ урологии Минздрава России, Москва, отдел экспериментального моделирования урологических заболеваний; И.С. Мудрая – ФБГУ НИИ урологии Минздрава России, Москва, отдел экспериментального моделирования урологических заболеваний.
Введение. Заболевания предстательной железы (ПЖ) нередко сопровождаются нарушениями функции мочевого пузыря (МП) [1, 2]. Возможно, причина сопряженности заболеваний состоит в морфологической и функциональной общности этих органов. Эмбриологически МП и ПЖ развиваются из единого источника – урогенитального синуса. Артериальная кровь поступает к этим органам через каудальные мочепузырные артерии, а венозный отток обеспечивают сообщающиеся мочепузырное и простатическое сплетения. Иннервация МП и ПЖ осуществляется из каудального подчревного сплетения.
Роль автономной нервной системы (АНС) в регуляции функции МП и ПЖ доказана прямыми электрофизиологическими измерениями нервной активности [3] и выявлением рецепторов симпатической и парасимпатической систем [4]. В ткани ПЖ также выявлены адренергические и холинергические рецепторы [5], что может обеспечивать общность в регуляторных процессах этих органов. Тем не менее, объективные данные о функциональной взаимосвязи МП и ПЖ отсутствуют. Предыдущие исследования показали реальные возможности метода гармонического анализа микровариаций биоимпеданса оценивать in situ состояние кровоснабжения и симпато-парасимпатической активности органов и тканей [6].
Цель поиск и оценка функциональной регуляции МП и ПЖ для выявления морфофункциональных взаимосвязей этих органов in vivo.
Эксперименты проведены на здоровых половозрелых самцах крыс (n=24) и собак (n=7) в условиях тиопенталового наркоза. Все исследования были проведены нами с соблюдением всех принципов Европейской конвенции о гуманном отношении к животным. Для оценки нейрогенной регуляции мочевого пузыря и предстательной железы применяли метод гармонического анализа биоимпеданса (ГАБ) [6]. Базовый и переменный компоненты импеданса исследуемых органов регистрировали с помощью двух пар хлорсеребряных электродов, прикрепленных к стенке МП, а также на правую и левую доли ПЖ, одновременно с внутрипузырным (детрузорным) давлением, измеряемым электроманометром посредством пункционного катетера (рис. 1). Измерения, запись и анализ данных производили программно-аппаратным комплексом («Биола», Россия) при естественном наполнении МП в разные фазы его активности.
Рис. 1. Схема исследования функции МП и ПЖ в эксперименте; ПК – персональный компьютер
Для оценки нейрогенного и циркуляторного статуса МП и ПЖ применяли метод ГАБ [6]. Длительность записи составляла 90-1200 мин. Оригинальный измерительный комплекс регистрировал полный (базовый) биоимпеданс и его микровариации с разрешающей способностью 50 мОм (диапазон 0–1000 Ом) и 250 мкОм (диапазон ±4 Ом) соответственно по каналам полного и переменного импеданса.
Амплитудные спектры колебаний биоимпеданса вычисляли методом быстрого преобразования Фурье. Для этого запись переменной составляющей биоимпеданса фильтровали в частотной полосе 0,05–15,0 Гц и разбивали на эпохи определенной длительности. На эпохе 25,6 сек (4096 точек, разрешение 0,04 Гц) получали «обзорный» спектр для анализа низкочастотных вариаций биоимпеданса на частотах волны Майера (М) и дыхания (R). Эпоху с длительностью 12,8 сек (2048 точек, разрешение 0,08 Гц) применяли для анализа сердечных (пульсовых) гармоник биоимпеданса. Амплитудные спектры нескольких эпох выбранного фрагмента записи усредняли.
Основываясь на результатах исследования [6], интенсивность симпатических и парасимпатических влияний оценивали по спектральным пикам биоимпеданса на частотах соответственно 0,08-0,14 (пик Майера, М) и 0,25-0,40 Гц (респираторный пик, R). Регионарное кровообращение оценивали по первой пульсовой гармонике кардиального (сердечного, С1 пика, 3,5-4,3 Гц). Базовый (постоянный) импеданс (Z) служил показателем тонуса исследуемых органов, учитывая, что электрические свойства определяются структурой измеряемой ткани [6]. Миогенный тонус зависит, как известно, от состояния сократительных белков и электрической активности гладкомышечных клеток, входящих в состав обоих органов [3]. Поэтому колебания давления в мочевом пузыре и базового импеданса, происходящие помимо активных (фазных) сокращений детрузора, вызывающих мочеиспускание, расценивались как показатели колебаний тонического напряжения детрузора – его тонуса, а об изменениях тонуса ПЖ судили по колебаниям ее базового импеданса.
Регистрация давления в МП и его импеданса в течение постепенного наполнения МП позволила наблюдать изменения его тонической и фазной активности в реальном времени (рис. 2, А). Анализ спектральных параметров, получаемых с последовательных участков записей переменного импеданса МП и ПЖ, позволил оценить регионарные регуляторные процессы в этих органах во время разных фаз активности МП (рис. 2, Б).
Рис. 2. Примеры одновременных записей базового импеданса МП (1), детрузорного давления (2) и базового импеданса ПЖ (3) во время резервуарной фазы активности мочевого пузыря (А) и (Б) примеры спектрограмм МП и ПЖ, полученных Фурье-преобразованием фрагментов записей, отмеченных стрелками. Участки снижения тонуса обоих органов обозначены 1, а и 3, а; участки повышения тонуса обозначены 1, б и 3, б.
При подсчете и анализе спектров биоимпедансов изучаемых органов нами были получены следующие данные. В фазу наполнения мочевого пузыря у 90% крыс, когда давление повышалось с 2,9±0,2 до 3,6±5,1 см водного столба, пик М возрастал на 142±30% при одновременном снижении пика R на 22±10%. Во время опорожнения мочевого пузыря у всех 100% крыс контрольной группы наблюдали обратные изменения: пик М уменьшался на 62±11%, а пик R возрастал на 43±9%.
Изменения показателей нейрогенной активности в фазу накопления и эвакуации мочи в мочевом пузыре собак были аналогичными изменениям, наблюдаемым в исследованиях на крысах. Так, во время резервуарной фазы МП пик Майера у собак возрастал на 29-43% соответственно при умеренном и значительном наполнении, что сопровождалось одновременным снижением на 34-53% R-пика (рис. 3, А). Наблюдаемые противоположные изменения спектральных М- и R-пиков демонстрируют реципрокные отношения симпатического и парасимпатического отделов АНС: активизации симпатической активности в фазу накопления мочи, способствующей снижению тонуса и поддержанию низкого внутрипузырного давления, и активизации парасимпатической нервной активности в фазу изгнания мочи, ответственной за сократительную функцию детрузора.
Противоположная динамика М- и R-пиков в разные фазы деятельности МП зарегистрирована у собак также в ПЖ, демонстрируя реципрокные отношения симпатической и парасимпатической иннервации (рис. 3, Б). При этом изменения спектральных характеристик в ПЖ в фазу накопления и изгнания мочи были обратными изменениям этих параметров в МП. Так, на протяжении резервуарной фазы наблюдали снижение М-пика (на 20-32 %) и увеличение R-пика (24-54%), а во время эвакуаторной фазы МП R-пик в спектрограмме ПЖ уменьшался (на 31%).
Изменения С-пика в обоих органах происходили параллельно с изменениями М-пика, и в ПЖ также наблюдалась обратная динамика этого показателя в сравнении с его изменениями в МП. При наполнении МП до физиологического объема кардиальный пик в спектрограмме МП увеличивался (на 36-53% при умеренном и значительном наполнении), свидетельствуя об усилении вазоактивности и интраорганного кровотока, тогда как в ПЖ зарегистрировано равномерное уменьшение С-пика по мере наполнения МП.
Постоянный мониторинг импеданса МП и ПЖ одновременно с детрузорным давлением в течение резервуарной (накопительной) фазы позволил наблюдать тонические изменения, проявляющиеся колебаниями внутрипузырного давления и базового импеданса в обоих органах (см. рис. 2, А). Периодичность и размах тонических изменений в МП и ПЖ зависели от фазы активности мочевого пузыря (таблица).
В состоянии покоя, при опорожненном МП, колебания тонуса были незначительными в обоих органах. По мере наполнения мочевого пузыря амплитуда колебаний тонуса в обоих органах и их длительность увеличивались, причем периодичность тонических колебаний была приблизительно одинаковой в МП и ПЖ. Непосредственно перед эвакуаторной фазой наблюдали противоположные тонические изменения: в МП колебания тонуса становились чаще, сохраняя высокую амплитуду, а в ПЖ зарегистрированы продолжительные и возросшие троекратно редкие колебания тонуса.
Наблюдения за колебаниями тонуса МП и ПЖ во время фазы накопления мочи выявили интересную закономерность: при приблизительно одинаковой периодичности тонических изменений в обоих органах эти изменения в МП и ПЖ происходили в противофазу (см. рис. 2, А). Так, тонус ПЖ возрастал в то время, когда тонус и давление в МП снижались, и, напротив, тонус ПЖ снижался при повышении детрузорного давления и базового импеданса МП. Анализ спектральных параметров во время тонических колебаний биоимпеданса МП и ПЖ показал, что в обоих органах эти колебания были сопряжены с циклическими изменениями активности симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной регуляции, судя по изменениям М- и R-пиков (см. рис. 2, Б). При этом, увеличение М-пика и уменьшение R-пика были зарегистрированы при снижении тонуса обоих органов (рис. 2. 1, а и 3, а), а повышение везикального давления и увеличение тонуса детрузора были связано с возрастанием регионарной парасимпатической активности как в МП, так и в ПЖ, судя по возрастанию R-пика и снижению М-пика, отражающего симпатическую активность, в обоих органах (см. рис. 2. 1, б и 3, б).
Рис. 3. Относительные изменения спектральных параметров, отражающих регионарную нейрогенную и сосудистую активность в МП (А) и ПЖ (Б) собаки при разных состояниях детрузора: I – после мочеиспускания (опорожненный МП); II – умеренно наполненный МП; III – значительно наполненный МП; IV – мочеиспускание. Обозначение графиков: Pdet – детрузорное давление; M – пик Майера; R – респираторный пик; С – кардиальный пик.
Следовательно, метод ГАМБ позволил продемонстрировать функциональную взаимосвязь нейрогенных регуляторных процессов, осуществляемых АНС в этих органах при колебаниях тонуса детрузора МП. Роль внутрипузырного давления явилась важным, возможно основным, регуляторным фактором, вызывающим изменения функционального состояния ПЖ как при фазных сокращениях, так и при тонических колебаниях давления в нем.
Повышение детрузорного давления во время эвакуаторной фазы МП (IV, как демонстрирует рис. 3, Б,) было сопряжено с усилением симпатической активности ПЖ. Аналогично усиление симпатической активности ПЖ и уменьшение парасимпатических влияний зарегистрировано во время тонического возрастания детрузорного давления, при этом тонус простаты снижался (см. рис. 2. 3, а). Повышение тонуса ПЖ, напротив, происходило при тоническом снижении детрузорного давления, и ее регионарный симпато-парасимпатический баланс смещался в сторону активизации парасимпатического отдела (см. рис. 2. 3, б).
На основании исследований иннервации ПЖ по состоянию ее рецепторов показано модулирующее влияние парасимпатической нервной системы на секреторную и тоническую активность ПЖ [7, 8]. Метод гармонического анализа микровариаций биоимпеданса МП и ПЖ позволил in situ продемонстрировать роль симпатического и парасимпатического звеньев автономной нервной системы в регуляции функции исследуемых органов.
Тонус органов мочеполовой системы помимо пассивных элементов, входящих в состав каждого органа, обеспечивается автономными микродвижениями и электрической активностью активных гладкомышечных элементов, входящих в их состав [5]. Спонтанный электрический ритм выявлен на протяжении мочевого тракта, однако его клеточное происхождение и связь с сократительной и тонической функцией отдельных органов, а также их иннервацией являются предметом исследований [3, 4]. До сих пор роль регуляторных влияний вегетативной нервной системы на функциональную активность разных органов обсуждается с позиций рецепторного аппарата клеточной мембраны гладкомышечных, секреторных и эпителиальных клеток [2, 9, 10]. Полученные нами объективные данные об одновременных, происходящих в противофазу, изменениях тонуса МП и ПЖ, частота и размах которых зависят от величины и колебаний давления в МП, а также выявленные синхронные с колебаниями тонуса изменения М- и R-пиков спектрограмм этих органов, характеризующих реципрокные отношения симпатического и парасимпатического отделов АНС, свидетельствуют о нейрогенной природе происходящих тонических изменений. Можно предположить, что противофазные изменения тонуса МП и ПЖ указывают на функциональные взаимосвязи этих органов в осуществлении функции изгнания мочи, когда в ответ на сокращение детрузора происходит расслабление ткани простаты, уменьшая тем самым сопротивление уретры току мочи. Ухудшение состояния кровообращения в ПЖ, наблюдаемое при повышенном внутрипузырном давлении, может указывать на важность этого патогенетического фактора заболеваний ПЖ при интравезикальной обструкции разной этиологии, а снижение парасимпатической активности ПЖ, которое происходит при активизации сокращений детрузора и его парасимпатической активности, может иметь значение для исследований секреторной функции ПЖ.
Проведенные исследования свидетельствуют в целом о координирующей роли АНС в регуляции фазной активности и поддержании тонуса МП и ПЖ. Выявление существующей функциональной взаимосвязи этих органов у здоровых животных объясняет сопряженность заболеваний этих органов, и исследование регуляторных расстройств может быть полезным для их диагностики и лечения.
Конфликт интересов. Исследование проводилось на базе ФГБУ НИИ урологии Минздрава России в рамках утвержденного плана программы для отделения экспериментального моделирования урологических заболеваний.
Таблица. Изменения тонуса МП и ПЖ у собак, выявленные импедансными исследованиями в разные фазы активности МП
Фаза активности МП |
Амплитуда тонических колебаний импеданса МП |
Периодичность тонических колебаний в МП |
Амплитуда тонических колебаний импеданса ПЖ |
Периодичность тонических колебаний в ПЖ |
Пустой МП (после мочеиспускания) Резервуарная фаза 1: умеренного наполнения МП Резервуарная фаза 2: значительного наполнения МП Мочеиспускание |
2,82 Ом 5,85 Ом 8,07 Ом 6,06 Ом |
11 сек 42 сек 74 сек 17 сек |
2,55 Ом 3,03 Ом 3,36 Ом 9,9 Ом |
19 сек 52 сек 75 сек 257 сек |