Уважаеми Дами и Господа,

С настоящото писмо се обръщам към Вас и моля да обърнете внимание на един въпрос, който трябва да бъде решен във физиологията по възможност най-скоро. Поканвам Ви да вземете участие в една дискуссия, която се отнася до теоретичната база на микроциркулацията. С моята работа по тези въпроси, която сега стои на Ваше разположение в Интернет, аз доказвам, че хипотезата на английският учен Старлинг от преди 100 години е не само погрешна, но и че тя субстанциално пречи на развитието на физиологията.

През последните 8 години аз работих като независим изследовател. При този начин на работа се получават проблеми, най–вече защото държавата не подкрепя дейността на частни лица. Освен това на практика се оказват сериозни затруднения при публикацията на материала. Всичко това води най–вече до излишна загуба на време, особенно когато става въпрос до компютерните разработки в моята работа. Затова днес аз се радвам много на постигнатото и особено на това, че за пръв път представям част от работата си на английски език. Едва сега аз мога да Ви обясня най–прецизно всичко, което съм искал да Ви съобщя още преди години. Вие тогава се отнесохте много приятелски с мен и аз съм Ви много благодарен за това.

Аз съм сигурен, че Вие сам ще разберете какви огромни предимства предлага моят метод за решаване на проблемите на микроциркулацията. Той не само улеснява нашата работа, но и разширява неимоверно много възможности ни като изледователи. Ако Вие желаете, аз ще Ви демонстрирам това лично като приложа моят метод за изчисление на Вашите собственни изследователски задачи от тази област на физиологията, с които Вие се занимавате.

Строго научният и най–вече математически подход в моята работа позволява да се направят крайно категорични изводи. Аз съм работил години наред в инженерните науки, в областа на теорията на системите, в областа на хидрологията и в последствие в медицината и физиологията. Уверявам Ви, че в момента развитието на физиологията има есенциална нужда от коренни промени. Но внедряване им може да стане, само ако се върви без компромиси по пътя на коректните доказателства, без предположения и без хипотези.

Според мен най-проблемно ще бъде да се разбере, че ефективното филтрационно налягане в интакната тъкан не зависи от колоидно-осмотичното налягане (СОР). С това аз заставам на коренно различна позиция от тази на Старлинг. Смисълът на моята концепция е пределно ясен, защото се състои в простото откритие, че природата не търпи да се изразходва излишна енергия в кръвообръщението, за да се преодолява в тъканта постоянно един фактор като СОР? Важното е, че този принцип представлява един от многобройните секрети на природата, той не е измислен от мен и си съществува и със и без нас. Аз го откривам, като прилагам един подходящ научен подход за анализ, Вижте фигура 2 от моята работа.

Резултатите показват, че физиолозите днес нямат право на друг избор, освен да разглеждат капилярите като елементи с разпределени параметри. Капилярът е порьозна тръба и друг път за решаване на неговата флуиддинамика не се предлага в науката. Днес не може да се работи повече по интуиция или по чувство, след като съществува строго научен подход, който води винаги и задължително до резултатите в моята работа.

В 1896 г. Старлинг предполага, че СОР е причината за рефилтрацията на филтрираната в интерстициума течност. Но експериментално той показва само, че по-голямата част от филтрираната в интерстициума течност се завръща обратно в капилярите. За това постижение той си е заслужил завинаги почетно място във физиологията. Но останалите му идеи, особено тази за ролята на СОР в кръвта не отговарят на теорията на флуиддинамиката в тъканта. И ако Старлинг днес беше жив (see Michel, 1997, p. 27), той сигурно пръв щеше да разбере за необходимостта от прилагането на учението за разпределените параметри при пресмятане на течностния обмен в тъканта. А това учение е по–удобно и много по–лесно разбираемо от всички досегашни хипотези в микроциркулацията.

След цели 100 години сега е дошъл момента за смяна на теоретичната база в микроциркулацията. А това означава необходимост от създаването на напълно нови концепции във физиологията. В този смисъл аз отправям това писмо като възвание не само към физиолозите от цял свят, а и към всички учени, които могат да имат мнение по тези въпроси.

Също и Вие днес лично най-учтиво се поканвате да си изберете позиция в един неизбежен спор, който трябва да реши бъдещето на теорията на микроциркулацията. Време за отлагане на този проблем няма, защото ние всички заедно носим отговорност пред физиологията, пред науката като цяло и пред бъдещите поколения.

С настоящия принос към теорията на микроциркулацията, днес аз давам старт за едно крайно належащо обновяване на физиологията. В бъдеще ни очаква много труд, който може да се свърши само с обединените усилия на всички. Не само физиологията, а общо взето науката за живия свят ни задължава да си свършим добре работата. Затова аз съм щастлив да науча, че Вие ще бъдете сред първите, които ще ме разберат и ще ме подкрепят.

Няма съмнение, че за физиолозите ще се наложи да работят с учени от други области извън физиологията, с математици, физици, биолози, системтеоретици, с теоретици от хидрологията и др. В рамките на подобни интердисциплинарни групи по въпросите на тъканното снабдяване ще се покаже най-добре и най–бързо правилността на моите заключения.

Днес аз Ви моля за конкретно съдействие. Ако намерите за целесъобразно да ме поканите за дискусия при Вас или за съвместна работа, аз стоя изцяло на Ваше разположение. Освен това Вие можете да ме поканите да направя публикациите си във Вашето научно списание. От една година работата ми се намира в държавната библиотека в Бавария и в Интернет: http:\\petrow.de

Чакам с радост Вашият отговор. С най-сърдечни приятелски поздрави

Ваш Йордан М. Петров.

Януари, 2001,

Адрес: Badstraße 26, 83646 Bad Tölz, Germany

Йордан М. Петров

Key words: Microcirculation in tissues, Starling’s hypothesis, blood pressure, oncotic pressure, interstitial hydraulic pressure, lymph formation, filtration, fluid exchange, capillary filtration coefficient

В сегашната теория на микроциркулацията, базираща се най-вече на хипотезата на английския учен Старлинг от преди 100 години, кръвното налягане и СОР се третират като противодействащи сили при процеса на тъканната перфузия. Според тази теория кръвното налягане увеличава конвективния поток през клетъчния интерстициум, а СОР намалява този поток. Тъй като тук се касае за нутритивното снабдяване на тъканта със животоподдържащи вещества, един такъв модел като хипотезата на Старлинг не изглежда подходящ, за да задоволи изключително взискателните критерии в еволюционния ход на природата.

В настоящата работа се доказва точно обратното от твърденията в хипотезата на Старлинг, а именно, че кръвното налягане и СОР се подпомагат взаимно в процеса на снабдяването на тъканта. СОР не само прави възможно дишането, като основа за поява на живот на сушата, а и по правило удвоява възможностите за интензивиране на тъканната перфузия. Величината ЕФР в здравата тъкан не се редуцира със стойността на СОР, както досега се смяташе във физиологията. Защото при нормални условия и в отсъствие на преходни процеси ЕФР към капилярната стена се определя най-вече от кръвното налягане и е независимо от СОР.

Когато Старлинг формулира своята хипотеза през 1896 година, той дава израз на едно мислено предположение за течностния обмен при капилярната стена. Но 100 години след Старлинг, днес вече далеч не е необходимо да се ограничаваме само до интуитивни представи.

За разлика от Старлинг в настоящата работа решението на проблема се постига по математичен път, като се използва събраният опит както във физиологията, така и в научната област "Теория на системите". Тъй-като капилярът и неговата околност представляват особен вид елементи с разпределени параметри, за решаването на поставените задачи се изисква използването на специален математически инвентар. От научна гледна точка показаният в работата аналитичен метод е абсолютно задължителен за теорията на микроциркулацията.

Механизмът на снабдяване на клетките в живия организъм с кислород и други витални вещества представлява неделима част от вечният въпрос около възникването на живота на земята. Защото всяка по-комплексна форма от света на животните се поддържа чрез система от кръв и кръвообръщение. И не случайно тази система е станала в нашето съзнание символ за жизнеспособност. Защото преди всичко качеството на снабдяването на клетките определя жизнеността на всеки организъм, лимитира границите на неговата виталност и решава просто въпроса за живот или смърт.

В медицината въпросите на клетъчното снабдяване се отнасят до областта на Микроциркулацията. Това е една самостоятелна наука, с която се занимават предимно физиолозите.

За обяснението на проблемите на микроциркулацията през последните 100 години във физиологията се налага хипотезата на английския учен Старлинг. Преди 100 години Старлинг открива, че филтрираната в клетъчния интерстициум течност се завръща в по-голямата си част обратно в капилярите. Така той ревидира други представи от онова време и си осигурява завинаги почетно място във физиологията. Този факт особено добре се подчертава и в обзорната работа на С.С. Мичел от 1997 година по случай 100-годишния юбилей от създаването на хипотезата на Старлинг (стр. 27).

„I am sure that if Starling were alive today he would be happy to know that his hypothesis had been so fruitfull in clarifying thinking and encouraging experimentation."

Старлинг прави предположението, че колоидно-осмотичното налягане в кръвта (СОР) връща посредством резорбция част от интерстициалната течност обратно в капилярите. Сегашната теория на микроциркулацията се придържа към това твърдение и представя величината СОР като сила, която пряко действува в обратна посока на кръвното налягане. А кръвното налягане обославя паракапилярния интерстициален поток и само то е най-важният носител на кислород и други необходими за организма витални вещества. Ако приемем твърдението във физиологията относно СОР за вярно, ние би трябвало да се съгласим и с факта, че една придобивка в еволюцията от рода на СОР е била неразумно създадена, за да се противопостави на най-виталният от всички животоопределящи фактори. Никой досега не се е замислял върху проблема, че една такава "придобивка" под въпрос неминуемо би довела до допълнителен разход на енергия в сърдечно съдовата система. Основната задача на тази система е да снабдява клетките на организма и точно при тази задача приблизително около една четвърт от сърдечната мощност би трябвало да се пропилява в капилярното русло за преодоляването на една относително константна величина като резултантната СОР. А когато въпросът опре до енергийния баланс в организма, природата никога не търпи да й се поставят прътове в колелото на еволюцията. Затова от чисто прагматичен подход идеята на Старлинг се оказва даже на пръв поглед като крайно нецелесъобразна.

Преди 100 години Старлинг прави своите заключения като резултат от експерименталното наблюдение, че обема на една тъкан започва да намалява, когато СОР в кръвта се повиши и обратно същият този обем започва да расте, когато кръвното налягане се повиши. Този антагонистичен ефект на двата параметра е така очебиен, че той става по-късно база за създаването на един т.н. изогравиметричен метод за практически изследвания. При този метод се търси някаква зависимост между различните стойности на кръвното налягане и на СОР, като в същото време се внимава обема или теглото на изследваната тъкан да се запазват постоянни (Pappenheimer, J.R. and A. Soto-Rivera, 1948). Удобството на изогравиметричния метод се състои в това, че изследваните величини могат да се измерват извън тъканта. Защото много скоро и в модерната физиология се разбира, че при подобни измервания вътре в тъканта и на клетъчно ниво изследователите ще се сблъскат с непреодолими трудности. Но с годините във физиологията се набира опит и вече след смъртта на Старлинг се стига до един математически израз на неговата хипотеза, който за пръв път се среща в работите на Landis от 1927 год. (вж. също Michel, 1997):

J_v/A = L_p [ (P_c-P_i) - ( p _c - p _i )] = L_p (D P - D p ), (1)

където J_v/A е течностният поток за единица повърхност, L_p е коефициент на хидравличната проводимост, D P и D p са съответно разликите в хидравличното и в онкотичното налягане от двете страни на капилярната мембрана. По-късно се появяват и други модификации на уравнението (1), които обаче по същество не променят основната конструкция на Landis:

N

J_v/A = L_p [ (P_c-P_i) - S s _r D p _r ] , (2)

r =1

Да изтълкуваме уравнение (1) означава първо да направим извода, че СОР представлява енергийна загуба за сърцето в капилярното русло. Второто тълкование на уравнение (1) представлява заключението, че антагонизмът между кръвното налягане и резултантната СОР се извършва на нивото на капилярната стена. Това заключение ние ще поясним по–подробно в следващият отдел, вж. фиг.2a₁.

Като се има впредвид, че вътре в капилярите СОР е относително константна величина и че кръвното налягане по протежение на капиляра прогресивно пада, може да се конструира и едно графическо изображение на хипотезата на Старлинг, както това е показано на фиг.1. Това е графиката, която днес може да се намери във всяка книга по физиология.

Освен споменатото вече енергийното разточителство в теоретичната концепция от фиг.1 се съдържат още ред недостатъци, които тук за краткост само ще споменем:

За конструирането на графиката от фиг. 1 се приема без никакво обоснование, че интерстициалното хидравлично налягане (IHP) представлява също константна величина. Как обаче стойностите на хидравличното налягане зад една порьозна стена се приемат да остават постоянни, след като пред същата порьозна стена стойностите на хидравличното налягане се променят?

Системата според концепцията на фиг. 1 не е в състояние да изпълни и най-елементарните критерии за стабилност. Областта на нейната сигурност е фактически безкрайно малка и това заключение в никакъв случай не се покрива с наблюденията от практиката в живата природа.

При равни стойности на кръвното налягане и на равнодействащата СОР интерстициалният поток би трябвало да се прекрати. Къде е смисълът на това заключение, след като зад капилярната стена се намират клетки, за които този поток е жизнено необходим?

Ако СОР се увеличи значително, интерстициумът би трябвало да изсъхне. Това нещо на практика не се наблюдава и тук остава въпросът за естеството на силата, която се противопоставя и в крайна сметка неутрализира действието на СОР.

От математическа гледна точка със концепцията от уравнение (1) не може да се работи. Защото тя изисква неизпълнимото на практика условие за измерване на участващите величини във всяка точка покрай капилярната стена. Затова тази концепция не позволява да се извърши изчислението на отделните параметри в пространството и във времето, в началото на един процес (t® 0) и в неговия край (t® ¥ ).

Всеки от изброените горе недостатъци сам за себе си е достатъчен за да се отхвърли хипотезата на Старлинг като несъстоятелна. Но точка 5 изразява истинския проблем на физиологията от нейното създаване като наука до днес: Досега в микроциркулацията няма подходящ метод за изчисление на течностния обмен при капилярната стена.

Теорията на порьозните тръбички ще разделим на две части. В настоящия отдел 2.1 тя ще бъде обяснена по описателен път, за да се разбере по-лесно нейният смисъл и нейната философия. Това ще бъде подготовката за отдел 2.2, в който ще се направи чисто математическото изчисление.

За се прави теория за тъканно снабдяване, трябва на първо време да имаме някаква представа за строежа на тъканта. А щом се говори за течностна динамика, трябва да се знае какво се простира отвъд капилярната стена и най-вече как завършва интерстициалното пространство. По принцип съществуват 4 възможности и първата от тях е, че интерстициалното пространство е отворено, фиг.2a₁. Макар и абсурдна наглед, една такава ситуация не е съвсем изключена в природата, например при хрилете на рибите. Другите две възможности са интерстициалното пространство да е затворено от една мембрана, която в единия случай да е податлива и мека (фиг.2a₂), а във другия да е еластична и достатъчно здрава, за да издържи на някакво пределно интерстициално хидравлично налягане- да предположим от около 200-300 ммHg, фиг. 2a₃. Четвъртата възможност се явява като производна на третата в случая, че мембраната на интерстициума механически се подкрепя от някаква костна конструкция. Такава е например ситуацията в черепната кухина, но тя тук няма да се разглежда, защото може лесно да се възпроизведе от фиг. 2a₃. Затова трябва само да се направи уговорката, че еластичността на интерстициалната мембрана клони към нула.

Втората крачка по пътя за създаването на теория на тъканното снабдяване е да се намери обяснение за наблюдавания на практика антагонизъм между кръвното налягане и СОР. Никой досега във физиологията не е разграничил, че:

Антагонизмът между кръвното налягане и СОР може да се реализира в тъканта на нивото на капилярната стена. Ние ще покажем по–долу, че това условие, т.е. уравнение (1), се изпълнява само при отворен интерстициум, фиг. 2a₁. Отворени интерстициуми не са нормално явление в природата и те съществуват само в дихателните органи на морските животни (пример хрилете на рибите). За всички останали случаи на живот

Антагонизмът между кръвното налягане и СОР се реализира в тъканта на нивото на интерстициума, по точно на нивото на интерстициалното налягане. Тази реализация се получава винаги и за всички случаи на интактна тъкан при затворен интерстициум. Този затворен интерстициум напомня в най–елементарния си вид конструкцията на един природен осмометър, състоящ се от една семипермеаблена мембрана поставена във водна среда и в едно затворено пространство.

Затвореният интерстициум е нормалното състояние при всички живи същества на земята. Но теорията, която предлагаме в настоящата глава е еднакво валидна както за отворени, така и за затворени интерстициални пространства.

Третата крачка по пътя за създаване на теория е да акцептираме уравнение (1) и да намерим съотвентната ситуация от четирите вида тъканна реализация, която да отговаря на това уравнение. Ако по протежение на капиляра от фиг. 2a₁ хидравличното налягане от двете страни на капилярната стена многократно се измери, ще се установи, че тук е дадена валидността на уравнение (1). Но графичното изображение на измерените стойности няма да отговаря на фиг. 1, а на фиг. 5c, която вече се изчислява по новата теория на микроциркулацията. Освен това експериментът ще покаже, че уравнение 1 важи и за ситуацията от фиг. 2a₂

Конструкцията от фиг. 2a₁ може лесно да се възпроизведе като експеримент и даже да се построи с подходящи изкуственни материали. Но в живата природа на сушата не съществува подобен случай. Затова пък ситуацията от фиг. 2a₂ може да се реализира като експеримент със жива тъкан, на която всички структури са все още напълно запазени. Така става ясно, колко е близко да се предположи, че намерената тук зависимост под формата на уравнение (1) ще важи и за всички останали ситуации от фиг. 2. Самият Старлинг е правил своите опити най-вече с клетъчна тъкан в състояние на едема. Може би затова той пише през 1896 година:

„… and whereas capillary pressure determines transsudation, the osmotic pressures of the proteins of the serum determines absorption. Moreover, if we leave the frictional resistance of the capillary wall to the passage of fluid through it out of account, the osmotic attraction of the serum for the extravascular fluid will be proportional to the force expended in the production of this latter, so that, at any given time, there must be a balance between the hydrostatic pressure of the blood in the capillaries and the osmotic attraction of the blood for the surrounding fluids (E.H. Starling, 1896)..."

От този цитат става ясно, че тук СОР и кръвното налягане се разглеждат като две сили, които се противопоставят една на друга. Това е всъщност основната идея, която определя хипотезата на Старлинг, уравнение (1) и сегашната теория на микроциркулацията. Както вече посочихме, тази идея е вярна за фиг. 2a₁, защото при нея капилярната стена представлява един вид граница, зад която започва един интерстициум с безкраен compliance. В този случай за антагонизма между кръвното налягане и СОР няма друг избор, освен да съществува на нивото на тази капилярна стена. По този начин капилярната стена от фиг. 2a₁ представлява субстратната основа за валидността на уравнение (1).

Това, което важи за тъканта от колонка 1, не може обаче в никакъв случай да се приложи за обяснение на ситуациите от втората и третата колонки на фиг.2. Тук не може една наука да бъде обективна и да не забележи, че колонка 1 коренно се различава от колонките 2 и 3 и че тази разлика се дължи най–вече на мембраната, която затваря интерстициума. Практически измервания както при фиг. 2a₁ не могат да помогнат в случая, защото те неминуемо водят до разрушаване на мембраната, затваряща интерстициума и до създаване на условия валидни за колонка 1. Така че условията от колонките 2 и 3 на фиг. 2 налагат да се направи един друг вид анализ, който ще опишем по–нататък:

При зададените стойности от фиг.2b₂ е редно да приемем, че едемата на меката тъкан от фиг.2a₂ вече ще се резорбира вследствие на засмукващото действие на СОР. При това мембраната, която служи като обвивка на клетъчната тъкан, се придвижва към клетките и след определено време ще спре. Защото клетъчните тела ще попречат на по-нататъшното й доближаване към капилярната стена. Когато движението на тази мембрана спре, засмукващата сила на СОР ще създаде едно субатмосферно (отрицателно) хидравлично налягане в интерстициума. Точно на този принцип работят уредите за измерване на колоидно-осмотичното налягане. Така в ситуацията от фиг.2b₂ се създава пълно равновесие на силите, при което СОР се неутрализира от съпротивлението на рехавата (мека) ципа, която обвива клетките и получава опора от клетъчните тела. В тази система няма вече движения нито на мембраната, нито на течността, която още се намира между клетките в интерстициума. Това са основните положения на фиг.2b₂, които коренно я различават от ситуацията на фиг.2b₁ със един вече изсъхнал интерстициум.

На това място трябва да се разбере, че в състояние на равновесие на силите от фиг.2b₂ всяко, даже и безкрайно малко повишение на кръвното налягане Рс ще доведе до изваждане на системата от равновесното й положение. И както това е показано на фиг.2c₂, това повишение на Рс веднага ще прокара един конвективен ток на междуклетъчната течност през интерстициума. А при ситуацията от фиг.2c₁ няма да има такъв конвективен поток и интерстициумът ще продължава да бъде сух. Затова пък процесите от фиг.2b₃ и респ. фиг.2c₃ протичат аналогично на тези от фиг.2b₂ и фиг. 2c₂.

Няма съмнение в това, че който вече е разбрал същественната разлика между ситуациите от първата и втората колонка на фиг.2, той ще разбере и основните положения на новата теория на микроциркулацията. Трябва просто да се знае, че кръвното налягане даже в един интерстициум със субатмосферно IHP ще прокара конвективен ток, защото няма сила, която да му се противопостави. Защото в описания случай силата на СОР е вече напълно неутрализирана с помоща на механичната опора от страна на тъканната обвивка. При това няма никакво значение дали тъканната обвивка е много рехава, малко рехава или безкрайно здрава, както при една костна кухина. Като ектремален пример може да се посочи, че при белия дроб като такава обвивка се явявя повърхностното напрежение на алвеоларната течност.

На четвъртият ред от фиг. 2 се показва как реагират трите вида клетъчна тъкан

на условието за форсирана перфузия. В природата това условие се налага при всяко физическо натоварване на организма. На фиг.2d₁ от тъканта тече интерстициална течност, на фиг.2d₂ се развива патологична едема, а само при фиг.2d₃ паракапилярният поток през интерстициума може да бъде многократно увеличен, както това се изисква от условието за форсирана перфузия. Примерите показват, че ситуации като на фиг.2d₁ не може да има в организма, ситуации като на фиг.2d₂ не трябва да ги има, а при ситуациите от фиг.2d₃ тъканта трябва да притежава достатъчна вътрешна здравина, за да издържи на натоварването.

Mеханизмът за неутрализиране на СОР в едно затворено интерстициалното пространство е най-важната характерна черта на порьозните капилярни тръбички. Но при някои капилярни конструкции, това условие не винаги се изпълнява. Като пример могат да се вземат особенностите на бъбречните глумерули. Затова на фиг. 3 е изобразено как точно става механизмът на неутрализиране на СОР. В една порьозна тръбичка поставена при подходящи условия, силата на СОР в началото на тръбичката се неутрализира от силата на СОР в нейния край, т.е. СОР неутрализира СОР. При тази гениална конструкция на природата свързващото звено между противоположно насочените сили на СОР се явява течният медиум в интерстициума. Сега се разбира, че обвивката на тъканта играе една второстепенна роля в този процес. Но без нея ефектът не се получава, защото в този случай интерстициалната течност получава безкраен compliance и не може да фунгира като свързващо звено.

Механизмът за компенсация на силата на СОР означава, че кръвното налягане в една система със СОР филтрира по същия начин по посока на интерстициума, както и без СОР. В една интактна тъкан в състояние на равновесие няма сила, която да се противопостави на кръвното налягане. Това означава, че уравнението (1) е грешно и 100 години след Старлинг ние можем да запишем:

Първото свойство от теорията на порьозните тръбички, каквито са капилярите, поставени в едно затворено пространство с крайни измерения като клетъчния интерстициум, се явява факта, че паракапилярният интерстициален поток в състояние на равновесие се определя само от кръвното налягане и е независим от резултантната СОР, която действува по протежение на капилярната стена.

В състояние на равновесие и при постоянен обем на интакната тъкан засмукващата сила на резултантното СОР в капилярите се проектира в интерстициума и снижава интерстициалното налягане IHP.

Второто свойство от теорията на порьозните тръбички, каквито са капилярите, поставени в едно затворено пространство с крайни измерения като клетъчния интерстициум, се явява следствието, че интерстициалното налягане IHP в интактната тъкан се намалява със стойността на резултантната СОР, която действува по протежение на капилярната стена.

В следващият отдел тези две свойства ще бъдат изведени по математичен път.

Капилярът предстявлява една порьозна тръбичка, която е поместена в интерстициалното пространство с дефинирани еластични свойства. Напълно е безсмислено да се правят опити за изчислението на такива структури с уравнение (1), защото те представляват системи с разпределени параметри. Това определение идва от научната област "Теория на системите". Един друг пример за такива системи е една телефонна верига, която се простира на хиляди километри. Важното тук е, че системите с разпределени параметри се изчисляват със специални математически методи. Ето защо капилярът не може да се разглежда като обикновенна тръбичка, въпреки че дължината му не надвишава и 1мм. Тази тръбичка е порьозна и милионите пори по протежение на капилярната дължина водят до зависимост на всички параметри от мястото на отчитане. Тази особеност задължава капилярът да се третира като сума от множество отделни сегменти, които за себе си са безкрайно малки или поне дотолкова малки, че да се изключи споменатата вече разпределеност на параметрите за отделния сегмент. Така се стига до една заместваща схема на капиляра и това правило важи и за случаите, когато множество капиляри си поделят едно общо интерстициално пространство и образуват един т.н. заместващ капиляр в определена част от клетъчната тъкан.

За да се стигне до заместващата схема на един капиляр трябва преди всичко да се знае как да се изразят отделните свойства на участващите в микроциркулацията елементи. За тази цел съществува в науката един отдел, който се занимава с т.н. електро-механични аналогии. Целта тук е да се създаде една обща научна основа, с помоща на която определени принципи да кажем от хидрологията могат вече да се изразят с познати понятия от електротехниката. За конструкцията на заместващата схема на капиляра от фиг.4a ние използваме следните параметри:

Хидравличното съпротивление вътре и по продължение на капиляра. Всеки капилярен сегмент с елементарната дължина D l се противопоставя на течащия поток с едно съпротивление, което ние сме обозначили с R_cm . Тук m представлява един индекс от 1-N, като N е общия брой на капилярните сегменти.

Капилярен филтрационен коефициент. Този коефициент определя пропускливостта на капилярната стена за посочения сегмент. Той се замества със едно съпротивление R_qm във всеки сегмент и се поставя напряко на капилярната стена.

Хидравличното съпротивление на интерстициалното пространство. Всяка тъкан се характеризира със своя собствена структура на интерстициалното си пространство, която се противопоставя на паракапилярния поток със определено съпротивление. За различните сегменти то може също да се променя и затова получава също един индекс и се обозначава с R_im .

СОР при капилярната стена. Действието на СОР тук представлява засмукване в зависимост от посоката на колоидно-осмотичния градиент. Това свойство се приема в пълно съответствие със всички досегашни наблюдения от експерименталната физиология. Подобно на кръвното налягане СОР се явява векторна сила p _d , която се обозначава като стрелка в един кръг и получава самостоятелен индекс за всеки сегмент.

Хидравличен капацитет Cm . Тази величина дава израз на способността на интерстициалното пространство да поема течности и характеризира еластичните свойства на интерстициалните структури.

С помоща на изброените структури се получава заместващата схема на капиляра, която сме показали на фиг.4b. Самата конструкция на фиг.4b представлява най-важната крачка напред, защото след нея изчислението на отделните параметри става чисто технически проблем. Като пример елементарният поток J_vm в съответния сегмент може да се намери по следната формула:

N

J_vm = mm . P_CA + S n_jm . p _dj, (3)

j=1

където P_CA е кръвното налягане в началото на капиляра, а m и n представляват коефициенти с димензия на проводимост. p _dj е резултантното СОР за съответния сегмент, N обозначава общия брой на капилярните сегменти.

Ефективното филтрацонно налягане EFP при капилярната стена се дефинира като спад върху съответното съпротивление R_qm . Ако това съпротивление по протежение на капиляра остане постоянно, то графичното изображение на IHP съвпада по принцип с това на J_vm .

EFP = J_vm . R_qm (4)

От съображения за краткост на изложението не можем да се спрем на всички параметри. Но пълното изчисление на заместващата схема е много по-просто, отколкото това може да се помисли след първото впечатление за уравниение 3. За тази цел съществуват отдавна компютерни програми, които предлагат и най-големите подробности в готов вид. Така изчислението и на най-сложната ситуация от тъканната перфузия се свежда до един единствен клик с компютерната мишка. Разбира се, че това е едно огромно облекчение за изследователите на микроциркулацията. От тях се иска в бъдеще само да се научат да боравят с понятията на електро-механичните аналогии, за да могат да конструктират заместващите схеми на изследваните обекти. Така и "Микроциркулацията" ще получи най-после предимствата, които отдавна са навлезли в другите изледователски клонове на науката.

Досега представихме теорията на течностната динамика при порьозни тръбички каквито са капилярите, когато те се намират в едно затворено пространство като тъканния интерстициум. Пресмятането на заместващата схема на капиляра даде същите резултати, които ние получихме по описателен път в отдел 2.1. Самото пресмятане няма никакъв смисъл да се поставя под съмнение, защото то представлява един математически инвентар, който отдавна е приет в науката. Затова ние тук ограничаваме нашата дискусия само до вида на заместващата схема на капилярите.

Изображението на капиляра в съответствие с фиг. 4b е единственният правилен път за извеждане на теорията на микроциркулацията. Други възможности за пресмятане на елементи с разпределени параметри няма в науката. Разбира се, че изображението от фиг. 4b в крайна сметка представлява само един модел на кръвоснабдяването на тъканта. Но истинската науката съществува винаги в съответствие с някакъв модел. Само вербални представи във физиологията никак не са достатъчни, защото и най-простото практическо измерване се нуждае непременно от съответен научен модел, според който трябва да се направи интерпретацията на измерените стойности.

Хипотезата на Старлинг представлява за себе си също един модел. Изразът от цитата на Старлинг "... Moreover, if we leave the frictional resistance of the capillary wall to the passage of fluid through it out of account..." (вж. отдел 2.1) означава например, че Старлинг предлага едно опростяване. Той обаче не може да даде някакво обоснование на това опростяване, само защото му липсва съответния математически модел. Затова пък ние конкретно посочваме на фиг. 4а, че Старлинг е имал впредвид съпротивлението R_qm . И освен това можем да покажем, че според новата теория това съпротивление играе роля главно при преходни процеси, като определя тяхното времетраене. Така че в някои специални случаи на разглеждане съпротивлението R_qm наистина може да бъде пренебрегнато. Едно подобно опростяване обаче не става интуитивно, а задължително трябва да бъде научно обосновано, вж. по-долу и точка 7.

Изображението от фиг. 4b е универсално, защото с него могат да бъдат пресмятани капиляри от най-различни тъкани. Този метод позволява да се изучава течностният обмен както при нехомогенни структури така и при нелинейни процеси в тъканта. Освен това моделът от фиг.4b може да бъде безкрайно разширен, например за повишаване на детайлната точност или за изследване на лимфните процеси. В конкретния случай на фиг. 4b е изобразен един хомогенно структуиран капиляр, тъй-като този модел е напълно достатъчен за да бъдат намерени принципните зависимости между величините, които определят течностния обмен при капилярната стена.

Новата теория позволява изследвания на параметрите в зависимост от времето и това значи, че за пръв път с нея могат с да се обхванат и преходните процеси в микроциркулацията (фиг.6). От друга страна тази възможност позволява да се използват и определени тестови функции (фиг.6c), както това се прави например в "Теорията на системите". С получената информация от тестовите функции могат да се определят непознатите величини в микроциркулацията, които по една или друга причина не могат да се измерват директно.

Трябва да се има в предвид, че в състояние на равновесие деиствието на еластичните елементи в тъканта, а с това и влиянието на времето са приключили (фиг.6b). В този случай интерстициумът на тъканта се третира като нееластичен и затворен компартмент с постоянен обем, вж. фиг.6a,и 6f.

Едно от най-важното свойство от теорията на порьозните тръбички, каквито са капилярите, може да се види като се сравнят фигурите 6b и 6d. От сравнението става ясно, че качеството на процеса е инвариантно по отношение на стойностите на неговите параметри. С други думи тук се показва, че законът който обвързва елементарните величини R и С не зависи от конкретното отношение на тези величини помежду им. Затова каквито и стойности да се заместят за величините R и С, процесът по принцип остава непроменен. На фиг. 6b и 6d се променят само амплитудата и мащабът по времето.

На това място се вижда предимството на новата теория на микроциркулацията пред всички досегашни опити за изчисление на течностния обмен в тъканта. Изведнаж става ясно, че е възможно да се получат принципните зависимости между онези параметри, които я определят, без да има необходимост да се прави нито едно практическо измерване. В заместващата схема на капиляра е достатъчно да се впишат някакви произволни стойности на R и С и да се получи видът на търсената зависимост. За привържениците на практическите измерване във физиологията този факт представлява огромно облекчение, защото резултатите от всеки експеримент могат да бъдат предварително прогностицирани. Самият експеримент се провежда, ако изобщо е необходимо, само за да се потвърди или онагледи теоретичната постановка на изследвания въпрос.

На това място ще бъдат описани някои от следствията, които се получават от новата теория на микроциркулацията.

Най-важното следствие е без съмнение резултатът, че величината EFP в интакната тъкан не се редуцира със стойността на СОР, както това се смяташе досега. Това заключение, както и една необходима коректура на досегашните стойности на CFC (Petrow, 1990e) поставят физиолозите пред факта, че филтацията в капилярната мрежа на човека за един ден е 100-200 или повече пъти по–голяма, отколкото досега приетата норма от около 20 литра. Това означава необходимостта от коренни промени в досегашната физиология.

Предимството, което природата си създава с въвеждане на фактора СОР се състои в това, че със СОР се създава възможност за значително по-интензивно перфундиране на тъканта, отколкото без СОР. Тук става дума за паракапилярния поток през интерстициума, който носи на клетките кислород и жизненонеобходими вещества и отнася шлаките обратно в кръвта и извън тялото. Без наличието на СОР един и същ поток през интерстициума би се получил с много по-голямо напрежение на опън в тъканта, отколкото със СОР. По отношение на кръвното налягане СОР намалява раздуването на тъканта и нейната обвивка 1:1 и я прави с това по-компактна и по-жизнеспособна.

Особено интересно е приложението на новата теория за обяснение на функцията на белия дроб. (1) Белият дроб може да функционира правилно само ако стойностите на СОР превишават тези на кръвното налягане. При нормални условия течностният филм в алвеолите на белия дроб затваря интерстициума на дихателните капиляри откъм страната на въздуха. Тук повърхностното напрежение на алвеоларната течност действува като тънка ципа, напълно достатъчна да предотврати проникването на въздушни мехурчета в кръвта. (2) В този особен вид "интерстициум" на белодробните капиляри съществува субатмосферно хидравлично налягане, което държи дробовете "сухи" и прави възможно дишането. (3) Под действието на кръвното налягане в този интерстициум тече един паракапилярен конвективен поток, който подпомага функцията на белия дроб. Той спомага за насищането на кръвта със кислород и за отмиването на шлаки, отрови, бактерии и други вредни прибавки, които проникват на това място от въздуха.

При меките тъкани, както например при подкожната тъкан или при тъканта под серозните лигавици в тялото трябва също да е изпълнено условието за превес на СОР над кръвното налягане. В противен случай те биха развили едема и не биха могли да изпълняват функциите си. С помоща на СОР в меките тъкани се създава едно субатмосферно (отрицателно) хидравлично налягане със засмукване по посока на капилярите. Но въпреки това интерстициумът на меките тъкани продължава да се перфундира от един паракапилярен конвективен поток, който се създава от кръвното налягане. Това гениално изобретение на природата е причината, че кожата и всякакъв вид лигавици в организма прилепят плътно към тялото или съответно към вътрешните органи. Така се създават необходимите условия за телесни движения на индивида. Поради същата причина инжектираните течности в подкожната тъкан бързо се резорбират.

Естественният капиляр съдържа безброй пори и при тази порьозна капилярна тръбичка от само себе си автоматично се установява равновесие между филтрацията и рефилтрацията по отношение на интерстициума. А животът показва, че това равновесие се запазва в рамките на физиологичните натоварвания на организма. Това означава, че самата конструкция от порьозния капиляр и неговата околност създава условията за стабилност на тъканната перфузия. СОР пък дава възможност за допълнително интензивиране на тази перфузия.

Кръвният капиляр и неговата околност под формата на паракапилярния цилиндър представляват една самооптимираща се и самонагаждаща се система, която осигурява стабилно и жизнеспособно снабдяване на тъканта.

Досега във физиологията изогравиметричният метод се смяташе за най-сериозното доказателство в полза на хипотезата на Старлинг.(Michel, 1997, p. 14):

"The experimental result of Pappenheimer & Soto-Rivera (1948) were a complete vindication of Starling`s hypothesis that fluid across microvaskular walls are determined by differences in hydrostatic and oncotic pressure."

По–подробна дискусия на този по принцип грешен метод за измерване на CFC сме направили на друго място (Petrow, 1990e- тази публикация ще бъде преведена скоро на английски език).

Антагонизмът между кръвното налягане и СОР е факт, защото повишаването на кръвното налягане повишава обема на клетъчната тъкан, а повишаването на СОР намалява този обем. Това не значи обаче, че кръвното налягане и СОР се противопоставят един на друг на нивото на капилярната стена. Според новата теория на микроциркулацията антагонизмът между кръвното налягане и СОР се отнася не до течностния поток през капилярната стена, а до хидравличното налягане в интерстициума (IHP). Така че същноста на изогравиметричният метод се състои именно в запазване на константна стойност на IHP за да се запази ответно и константен обемът на клетъчната тъкан. След като това се знае, изогравиметричният метод може да се използва вече не за потвърждаване, а даже напротив, за оборване на хипотезата на Старлинг.

Например в случая, ако стойностите на кръвното налягане и на СОР се повишават, но разликата между тези два параметъра да остава постоянна, например 20-16=40-36=60-56. При това конвективната обмяна на течност би трябвало да се запази постоянна, защото ефективното филтрационно налягане според Старлинг и в трите случая не се променя. А според новата теория на микроциркулатията конвективният паракапилярен поток през интерстициума ще се увеличи значително. Всеки експериментатор, който работи в тази област ще потвърди това заключение, ако използва оцветител на интерстициалната течност и измери скоростта на неговото елиминиране от тъканта за различните стойности на посочените параметри. При по -високите стойности на кръвното налягане и на СОР елиминирането на оцветитела става по-бързо и този факт не може да се обясни със хипотезата на Старлинг. Затова пък той отлично пасва на новата теория.

Повишаването на кръвното налягане води до повишаване на обема на тъканта по две причини:

Повишеното кръвно налягане увеличава разликата между усреднените налягания в капилярите и в интерстициума. Поради това едно определено количество течност ще премине в интерстициума и ще увеличи интерстициалното налягане IHP а с това и обема на тъкънта.

Повишеното кръвно налягане разширява кръвоносните съдове от артериалната страна. Този ефект допринася за допълнително увеличение на обема на тъканта.

Компенсиращото увеличение на СОР при изогравиметричния метод намалява налягането в интерстициума а с това и обема на тъканта. СОР обаче не влияе на обема на допълнително разширените кръвоносни съдове. Затова изогравиметричните точки ще се получават в този случай при по- голяма стойност на СОР, отколкото това се очаква по опростения теоретичен модел.

Изогравиметричната крива отдолу нагоре, т.е. от ниско кръвно налягане към високо кръвно налягане ще се премества поради посочената причина надясно а обратно, т.е. отгоре надолу ще се премества по аналогични причини наляво. Полученият хистерезисен ефект потвърждава новата теория. Той е специфичен за всеки вид тъкан и се влияе от свойствата на интерстициума и на кръвоносните съдове, които се намират в него.

На практика изогравиметричният метод може да се използва за определяне на тези свойства и това е важно за конкретизиране на теоретичния модел на тъканта.

Преди 100 години Старлинг е открил, че филтрираната в интерстициума течност частично се връща обратно в капилярите и за тогавашното време това е било значително постижение.

Дори и само за това постижение, Старлинг си остава за нас един голям излседовател, когото винаги ще респектираме. Но да се направи едно предположение като например в цитата на Старлинг от отдел 2.1 или да се изведе една зависимост от рода на уравнение (1) в никакъв случай не означава, че в една теория това може да стане като изолиран за себе си акт. В действителност както вербалният израз така и математическата формула са преди всичко задължение да се определят и условията на теоретичният модел, при които те са валидни, сравни Фиг.2. По същата причина един практически експеримент не може да бъде самоцел и той ще представлява само една прахосана енергия, ако не се поддържа 100% от една сериозна теоретична концептия. Във всички останали случай, той ще има грешки. Когато например се изстреля една ракета към Марс, не може да се каже, че траекторията е била отчасти правилна, защото тази ракета в крайна сметка е паднала на луната. Така че малко правилни идеи по принцип не съществуват- те или са верни или са грешни. Това правило важи винаги, защото всяка идея може да се раздроби до безкрайност на подидеи, за които винаги може да се приложи този начин на оценка от вида на да или не.

За съжаление досега никой не се е замислил за това, доколко измисленият от Старлинг модел е практически приложим и дали той може да осигури едно ефективно снабдяване на клетъчната тъкан. Поради тези причини за изминалите 100 години са се натрупали доста заблуждения във физиологията, които ще разгледаме по-долу.

Идеята на Старлинг, че СОР в здравата тъкан може да спре филтратията на течност е погрешна. Антагонизмът между кръвното налягане и СОР съществува, но не както смятал Старлинг на нивото на капилярната стена, а на нивото на интерстициума. Taka kръвното налягане повишава IHP, а СОР го намалява. С това IHP се явява най-важният фактор, който може да се противопостави на кръвното налягане, за да се получи едно смислено равновесие на силите в тъкънта. Също и статичното налягане във кръвоносните съдове се неутрализира напълно от IHP, вж. по-долу точка 20.

При това положение на нещата се решава и въпроса за енергийния проблем, за който писахме във отдел 1. При новата теория на микроциркулацията СОР не създава енергийни загуби срещу кръвното налягане, защото антагонизмът между тези две величини се прехвърля на нивото на интерстициума. Един такъв резултат е нормално да се очаква от природата. Защото тя не само не търпи празни пространства, но тя не понася и решения, които не са достатъчно оптимални.

Предположението на Старлинг, че факторът СОР причинява резорбция на течност от интерстициума (вж. цитата на Старлинг в отдел 2.1) е също погрешно, защото в здравата тъкан по принцип същестува не резорбцията, а рефилтрацията. Тук ние въвеждаме понятието "рефилтрация", за да се дистанцираме от "резорбцията" на Старлинг, която се използва от него не на мястото, където тя наистина съществува (вж. по долу т. 6).

Конвективният поток в интерстициума покрай капилярите ние делим на "филтрация" по посока към интерстициума и "рефилтрация" обратно към капилярите. Движещата сила на този поток се явява разликата в кръвното налягане от началото до края на капилярите и явлението се подчинява на закона на Ом, вж. Фиг. 3b₁ и фиг. 7. Разделянето на "филтрация и рефилтрация" е чисто формално и се прави, за да се обозначи тази част на потока, която постъпва в интерстициума от онази част, която го напуска. В състояние на равновесие филтрацията и рефилтрацията "автоматически" се изравняват една на друга.

Даже и при преходните процеси, например при внезапно повишаване на СОР, една допълнителна част от интерстициалната течност ще се върне в капилярите не защото ще бъде резорбирана: (1) Повишаването на СОР предизвиква веднага спад на интерстициалното налягане (вж. фиг.6f,g. (2) Еластичните елементи на интерстициума се разтоварват, свиват се и при това рефилтрират част от интерстициалната течност обратно в капилярите.

Една истинска резорбция се получава например когато при едема в тъканта СОР в кръвта внезапно се повиши. Но тук се касае вече за една патологична ситуация, която не може да бъде валидна и за здравата тъкан. Ние затова държим на това, да определим коректно понятията резорбция и рефилтрация. Между впрочем Старлинг е провеждал своите експерименти главно на клетъчни тъкани с едема. Може би това е била и причината, за да направи той тези погрешни заключения.

Понятието "рефилтрация" не е чуждо на Старлинг и в своята работа той го определя като "back filtration". Старлинг обаче категорично отхвърля тази възможност, защото предполага, че от по-високото интерстициално налягане венолите щели да колабират, вж. C.C. Michel- p. 10. Тук се касае за едно друго предположение на Старлинг, което също е погрешно. Теорията показва именно, че при подобни условия, капилярите няма да колабират, а ритмично ще пулсират. На друго място ние даваме даже една опитна постановка, която показва това на практика (Petrow, 1991). Кръвният поток при тези пулсации на венолите не може да бъде прекратен.

Значението на новата теоретична постановка ще бъде разбрано даже и от непосветени, защото едва сега може да се определи правилно ролята на СОР в кръвта. Сега се знае, че конвективният поток през интерстициума тече при всички положения. Колкото и да е висока резултантната СОР, тя не може да предотврати хранителният поток към клетките, ако целостта на тъканта е запазена. Новата теоретична постановка показва преди всичко едно оптимално снабдяване на клетките при висока стабилност на процеса на кръвоснабдяване на тъканта. Тези заключения не могат да се получат нито при постановката на Старлинг, нито при по-новите разработки, които всъщност само доразработват идеите на Старлинг.

Уравнение (1) и графиката на фиг.1 не изразяват взаимодействието на параметрите в интакната тъкан, както досега смятат физиолозите. Те всъщност се отнасят до една патологична ситуация, при която един бял дроб е просто пълен с вода. Но даже и в този случай уравнение (1) не може да се използва за пресмятане на процеса. Изчисляването на една масивна едема на белия дроб, както тя се получава например при удавниците, се прави по новата теория в съответствие с фиг. 5.

Капилярите представляват структури със разпределени параметри. Ако за тяхното изчисляване използваме уравнение (1), то значи ние да сведем тези комплексни структури до една точка или до един пръстен от точки (вж. фиг. 3а). По-важното е обаче, че в математиката няма такова правило, което да ни позволи да сторим това.

Именно в смисъл на критиката от точка 10 изследователите в микроциркулацията упорито търсят от десетилетия насам една стойност на IHP, която да заместят в уравнение (1). За нейното измерване се предлагат през това време всякакви практически методи, на които тук няма смисъл да се спираме.

Живият организъм се състои от най-различни тъкани. И от само себе си се разбира, че във всяка тъкан съществува нейното специфично IHP. Освен това е съвсем логично да се приеме, че това IHP от външната страна на една порьозна капилярна стена се променя по някакъв закон и има не една стойност, а показва един непрекъснат низ от стойности. По същият начин, както и кръвното налягане вътре и по продължение на същата капилярна стена непрекъснато се променя и прогресивно пада. Всяко друго предположение ще бъде грешно.

Затова е напълно безсмислено да се търсят някакви методи за измерване на IHP. (1) Защото никакъв практически метод не може да бъде така прецизен, че да измери истинските стойности на IHP. (2) Освен това и най-добрите измервания на IHP не носят никаква полза, ако експериментаторът не знае как да ги интерпретира.

Ние смятаме, че и в бъдеще няма да се намери подходящ метод за измерване на IHP. Но затова пък IHP може лесно да се изчисли, ако се знаят някои ъглови параметри. Това са например кръвното налягане в началото и в края на капилярите, профила на СОР, пропускливостта на капилярната стена, еластичните стойности на интерстициума и т.н. За разлика от IHP тези параметри могат реално да се измерят.

Не съществува нито една причина, която да ни даде право да приемем, че в интерстициума от външната страна на един капиляр хидравличното налягане ще остане постоянно, ако в същото време от вътрешната страна на този капиляр кръвното налягане или пък СОР се променят. "Поради невероятните трудности при измерването на IHP, бяхме принудени досега да приемем IHP за константна величина при експериментите in vivo"- Pappenfuß, (1993). За съжаление в математиката не се признават подобни извинения. И не е прието да се правят удобни заключения, само защото една величина не можело да се измери. Разстоянието до слънцето ние също не можем да измерим директно с линеал. Това обаче никак не пречи да се постави един смислен модел за неговото изчисление. Съвсем естественно е в науката да се правят опростявания, те трябва обаче да бъдат добре обосновани, за да могат по пътя на индукцията да доведат до по-общи заключения. Условието IHP=Конст. не може да бъде обосновано в теорията на микроциркулацията.

Не може да бъде обосновано свойството за безкрайна вместимост на интерстициума. Това свойство обаче директно се изисква, ако се приеме условието, че IHP=Конст. Никой не може да обоснове, че на практика капилярите се намират в един безкрайно голям съд с течност, или че интерстициума е просто отворен. Така че IHP=Конст. не може да бъде само едно обикновенно предположение. В математиката IHP=Конст. е най-вече задължение за определени качества на интерстициума.

При практически експерименти се наблюдава, че интакната тъкан започва да намалява обема си, ако СОР изведнаж се повиши. Този процес спира след кратко време и този прост наглед факт е най-доброто доказателство, че IHP не може да бъде константна величина. Защото в тъканта няма на практика друга сила, която да неутрализира влиянието на изведнаж повишеното СОР. Тук само ответният спад на IHP е в състояние да спре допълнителния течностен поток към капилярите и с това да прекъсне обемното намаляване на тъканта. При IHP=Конст. този процес би се прекратил едва ако стойността на СОР се разреди от хипотонния интерстициален приток до инициалното ниво. Този ефект на разреждане на СОР може лесно да се компенсира с една пригодена за целта опитна постановка.

IHP=Конст. в пространството зад една пропусклива стена като капилярната изисква интерстициум с безкраен капацитет да поема течност. Един такъв интерстициум би трябвало да бъде отворен и такива примери в живата природа на сушата няма. Тук даже и белият дроб презентира един затворен интерстициум, който се намира между най-малко две пропускливи стени в пространството на тъканта от въздуха до кръвта. Повърхностното напрежение на алвеоларната течност не само затваря този особен вид интерстициум. То в същото време предотвратява и въздушната емболия в кръвта и реализира по този начин един от най-важните феномени за създаване на живот- процеса на дишането (за подробности вж. отдел 3.1.).

При едема на белия дроб неговият интерстициум изведнаж става отворен, вж. фиг.5. Капилярите в хрилете на рибите би трябвало също да имат отворен интерстициум: в бъдеще затова би трябвало да се обърне внимание на механизмите на регулиране на обменните процеси там. При практически експерименти капилярният интерстициум може да бъде отворен по неестествен път- например чрез разрушаване на капилярния цилиндър. Това са на практика малкото примери в животинския свят, при които може да се говори за отворен интерстициум.

При стоящ човек в долните му крайници действува една компонента на кръвното налягане, която може да надхвърли няколко пъти стойността на СОР. Това е статичното налягане и то може да бъде компенсирано само от едно ответно увеличение на IHP. Няма друга сила в тъканта за компенсация на това налягане, която да стои зад пропускливите капиляри. Неговата величина ни показва, че собственната здравина на интерстициума, и особено тази на мускулния интерстициум трябва да бъде така оразмерена, че да издържи на това натоварване. А да се опитаме да говорим тук за един отворен интерстициум е просто несериозно. В меката тъкан не може да се компенсира влиянието на СОР.

Всеки учен физиолог би трябвало да се пита как ще се изхранва клетъчната тъкан, ако би била вярна хипотезата, че един превес на СОР над кръвното налягане би спрял конвективния поток през клетките. Предположението, че в този случай преобладавала уж дифузията не може да бъде обосновано. Защото истинската дифузия е много бавна, за да може да преодолее за едно така кратко време сравнително големите пространства между капилярите. Освен това при семипермеаблени мембрани и при наличието на концентрационен градиент дифузията е винаги свързана с конвекция, Petrow, (1991). Този прост факт упорито се игнорира досега във физиологията. В същото време е сякаш трудно да се разбере, че повечето процеси около капилярната стена лесно се обясняват с добре познатите класически закони от хидрологията, вж. Фиг.7.

Лимфата в тъканта не се образува като остатък от филтрираната в интерстициума течност, както се смяташе досега. Лимфата в крайна сметка е резултат от акумулирането на осмотично активни вещества в интерстициума, Petrow, (1990d).

Приносът на настоящата работа се състои в прилагането на един нов метод за изчисляване на обменните процеси около капилярната стена. Новата теоретична постановка дава резултати, които преди всичко се отличават с точност, логичност и смисленост. Освен това за пръв път ни се показва една концепция на кръвоснабдяването, която се оказва изключително оптимална. Точно такава, каквато а приори би трябвало да се очаква в живата природа.

Новият подход към тези проблеми ни показва освен това, че във физиологията съществуват и други пропуски и грешки, които в бъдеще следва да се разгледат най-подробно. Те се касаят до проблеми като (1) Capillary filtration coefficient CFC, Petrow – (1990е); (2) Edema and Formation of Limph, Petrow- (1990b); (3) The Role of the blood pulsation and blood amplitude, Petrow- (1990c); (4) The movement of the kolloids through kapillary membranes, Petrow- (1990d), Petrow- (1992); и други, Petrow- (1991).

В новата теория не са направени никакви предположения, за да се нарече тя хипотеза. Тя представлява просто математика и затова е толкова вярна, колкото е вярна математиката изобщо. Използването на новата теория за пресмятане на капилярните процеси е не само удобно и изгодно. От научна и логична гледна точка новата теория е задължителна за решаване на проблеми с подобен характер като на течностният капилярен обмен.

По обширен вариант на тази тематична разработка ще намерите на немски език в интернет: http:\\www.petrow.de

Фиг.1: Профил на потока J_vm през капилярната стена по протежение на капиляра в съответствие с хипотезата на Старлинг. Незначително увеличение на кръвното налягане води до критичен превес на филтрацията (вж. втората поредица от стойности). За да се реализира една подобна конструкция на тъканната перфузия интерстициумът около капилярите трябва да бъде отворен. Тук D Pm и D p m са съответно хидравличното налягане и онкотичното налягане, които тангират капилярната мембрана. km е димензионален коефициент а CA и CE маркират съответно началото и края на капиляра.

Фиг.2: Три различни възможности за конструкция на клетъчната тъкан. На фиг.2a₁ интерстициумът над капилярната стена е отворен (важи за колонка 1) и тук IHP е константно, като то се определя от височината на водния стълб. На фиг.2a₂ е дадена мека тъкан (важи за колонка 2), като например подкожната тъкан, в състояние на едема и на фиг.2a₃ схематично е изразена клетъчна тъкан със определена вътрешна здравина като например мускулната тъкан (важи за колонка 3). С А, С и V се обозначават артериалната, капилярната и венозната част на кръвоносните съдове. Рс и p _d са съответно средното налягане в капилярите и разликата в онкотичното налягане от двете страни на капилярната стена. I= интерстициум.

Фиг.3: Понякога размерите на капиляра или пък начина на включването му в околната обстановка позволяват той да се разглежда като елемент с една единственна пора или с един пръстен от пори. В такъв случай СОР и кръвното налягане действуват едно срещу друго и влиянието на СОР не може да се компенсира, въпреки, че интерстициумът е затворен, фиг. 3a₁ and 3a₂.

От фигурите 3b₁ до 3 b₄ пък се вижда, че компенсацията на СОР може да се получи само при капиляри, които позволяват да се представят като елементи с най-малко две или повече пори, респ. с най-малко два или повече пръстена от пори (фиг.3b_1-4 и 3a₃). Течната среда в интерстициума се явява свързващо звено по веригата, за да може например засмукващата сила на СОР в края на капиляра да се предаде с противоположен знак на засмукващата сила на СОР в началото на капиляра. Така силите на СОР, които действат по протежение на капиляра, взаимно се унищожават, фиг.3b₄.

Фиг.4: 4а: Изображение на един капилярен сегмент с елементарна дължина D l и елементарните величини Cm , R_i, R_q, R_c and p _dm .. Съвкупността от множество подобни сегменти образуват сумарната заместваща схема, която на фиг.4b е изобразена с 11 капилярни сегмента. R_c0 and R_v са съпротивленията на кръвоносните съдове преди и след капиляра. Резултантната величина p _d на фиг. 4b е означена със инициалите СОР. P_CA и P_CE са съответно кръвното налягане в началото и в края на капиляра.

Фиг.5: 5а: Патологичната ситуация на един пълен с вода бял дроб отговаря доста точно на хипотезата на Старлинг и може да се използва за демонстрационни цели.

5b: заместващата капилярна схема на белодробна едема в съответсвие с фиг4b.

5с: Разпределение на транскапилярния поток по протежение на капиляра в един определен момент от време t =150с - сравни с фиг.5d. Забележи, че основната линия във фиг.5c се премества надолу под влиянието на константното IHP.

5d: Зависимост на транскапилярния поток от времето за различни стойности на кръвното налягане P_c и резултантното онкотично налягане p _d, означено тук със СОР, вж. фиг. 5е.

Фиг. 6: Симулация на капилярния течностен обмен за интактна тъкан според заместващата схема на фиг.4b.

6а: Зависимост на транскапилярния поток от времето за тъкани с нееластичен интерстициум- на фиг.4b за C_i=0 във всички сигменти. Положителният скок на СОР при 150с не оказва никакво влияние на процесите на филтрация и рефилтрация. Затова пък интерстициалното налягане ( фиг.6f и 6g) прави моментален скок в отрицателната област.

6b: При тъканта със еластичен интерстициум всеки скок на кръвното налягане или на СОР води до възникването на преходен процес с определена продължителност.

6c: Графично изображение на кръвното налягане в началото на капиляра и на СОР за всички капилярни сигменти

6d: Значителни промени на еластичността на тъканта Cm и на стойностите на съпротивленията R_i : R_q : R_c не предизвикват качествени промени във вида на преходния процес, сравни със фиг.6b

6e: Детайлирано изображение на графиките от фиг.6d около нулевата линия

6f: Промяна на IHP при тъкан със нееластичен, респ. фиг 6g с еластичен интерстициум

6h: В здравата тъкан отношението между филтрацията (Fi) и рефилтрацията (ReFi) се запазва и системата остава стабилна даже и при многократно увеличение на кръвното налягане капилярите.

Фиг. 7: Кръвоснабдяването на тъканта с помоща на капиляри представлява по правило pressure-perfusion напреко през тъканта. При това интерстициалният поток се разпределя по закона на Ом, по същия начин както се промиват от водната струя поставените в подходящ чувал малки топчета от фиг.7а. Скоростта на промивка тук се регулира от водното налягане и системата остава дотогава стабилна докато не се пръсне чувалът в който са поставени топчетата. При по-продължителна промивка топчетата, които пречат на най-силната струя ще се притиснат встрани, и в центъра ще се получи канал, както това е показано на фиг.7b. Принципът на тази промивка няма да се промени, ако по вътрешната повърност на канала постепенно се образува една водопропускаща мембрана, фиг.7c. Така законът на Ом като основен принцип в хидравликата и канализиращият ефект на кръвното налягане и течностния поток са най-важните механизми, който спомага за образувамето на нови капиляри в травматизираната и едематозна тъкан след нараняване.

7d: Стилизирано изображение на тъканта за онагледяване на действието на закона на Ом- по отдалечените от капилярната стена области се перфундират по-слабо, защото оказват по-голямо съпротивление на течностния поток.

Micro-injektion studies of capillary permeability II. The relation between capillary pressure and the rate at which fluid passes through the walls of single capillaries. American Journal of Physiology 82, 217-238.

Starling: The Formulation of his Hypothesis of microvascular fluid exchange and its significance after 100 Years. Experimental Physiology (1997), 82, 1-30.

Gutachten zur Habilitationsschrift des Dr.med. Dr. Ing. Jordan M. Petrow mit dem Titel: Theorie der Mikrozirkulation im Gewebe und ihre praktische Anwendung. Unveröff. Manuskript, Archiv der Universität Rostock.

Effective osmotic pressure of the plasma proteins and other quantities associated with the capillary circulation in the hindlimbs of cats and dogs. Am. J. physiol. 152, 471-491.

Theorie der Mikrozirkulation, Teil 1: Die Fehlinterpretationen in der Starling’schen Hypothese der Mikrozirkulation. Z . gesamte inn. Med. 45, H18, 531-535.

Theorie der Mikrozirkulation, Teil 2: Die Probleme der Mikrozirkulation aus der Sicht der neuen theoretischen Konzeption. Z . gesamte inn. Med. 45, H18, 535-540.

Petrow, J.M. (1990c).

Theorie der M,ikrozirkulation, Teil 3. Die Rolle der Blutdruckamplitude bei der Mikrozirkulation im Gewebe. Z.gesamte inn. Med. 45 H21, 633-638.

Petrow, J.M. (1990d).

Theorie der, Mikrozirkulation, Teil 4: Die Bewegung von Molekülen durch semipermeable Membranen. Z. gesamte inn. Med. 45 H23, 695-703.

Neue Methode zur Bestimmung des kapillären Filtrationskoeffizienten im Gewebe. Teil 1 und Teil 2. Z. gesamte inn. Med. 45 H5, 137-144.

Theorie der Mikrozirkulation und ihre praktische Anwendung. Teil 1-3. Habilitationsschrift, Unveröff. Manuskript, Archiv der Universität Rostock.

Kritik an der Anwendung des Reflexionskoeffizienten s nach Stavermann in der Theorie der Mikrozirkulation. Z. gesamte inn. Med. 47 H2, 78-82.