РЕГИОНАРНЫЙ КРОВОТОК. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ
Задача регионарного (локального) кровотока — обеспечение кровью данного региона, в интересах этого региона. В определенной степени при этом игнорируются интересы или запросы организма в целом.
Считается, что регуляция регионарного кровотока осуществляется различными механизмами — местными, гуморальными, нервными. Одни механизмы срабатывают быстро, в пределах секунд, минут, другие механизмы реализуются в пределах недель, месяцев. Поэтому физиологи выделяют долговременную регуляцию и кратковременную, или быструю регуляцию. Обычно физиологи детально рассматривают механизмы быстрой или срочной регуляции, а представители других дисциплин (патофизиологи, морфологи) — долговременную. Необходимость долговременной регуляции возникает в том случае, когда все механизмы срочной регуляции не создают все-таки оптимальных условий для кровообращения. Ведущим фактором в этом случае является недостаток кислорода в тканях. Это вызывает продукцию так называемого фактора ангиогенеза, который вызывает в свою очередь выход из стенки вен, предшественников капилляров, что приводит к росту капилляров. В итоге, в ткани, которая испытывает кислородную недостаточность, возрастает число капилляров и длина работающих капилляров, т. е. возрастает степень капилляризации. Это происходит, например, при всех ситуациях, при которых в тканях возникает кислородная недостаточность (пороки сердца, жизнь в условиях высокогорных районов, альпинисты). Предполагается, что использование в клинической практике фактора ангиогенеза или фактора роста новых сосудов — это перспективное направление.
|
|
Быстрая, или срочная, регуляция регионарного кровотока осуществляется за счет местных, гуморальных и нервных механизмов.
Местная регуляция регионарного кровотока играет ведущую роль в процессах обеспечения необходимого уровня кровотока при данной интенсивности метаболизма. Здесь принято выделять 2 варианта механизмов: метаболическую ауторегуляцию периферического кровообращения и миогенную ауторегуляцию периферического кровообращения.
Метаболическая ауторегуляция (или — гистометаболическая ауторегуляция периферического тонуса, или вазодил ататорная регуляция) заключается в том, что в результате недостаточного снабжения данного региона кислородом и питательными веществами (в основном, за счет недостаточности кровотока) в тканях накапливаются метаболиты, среди которых имеются мощные вазодилататоры (расслабляющие гладкие мышцы сосудов), особенно прекапиллярных сфинктеров. Среди этих метаболитов-дилататоров выделяют такие как молочная кислота, АТФ, АМФ, АДФ, аденозин, ионы калия, избыток ионов водорода (явление ацидоза), избыток углекислого газа. Эти вещества одновременно могут менять чувствительность гладких мышц к медиатору симпатических волокон — к норадреналину (например, за счет «маскировки» бета-адренорецепторов сосудов) и тем самым уменьшать влияние сосудосуживающих нервов на сосуды данного региона.
|
|
Некоторые исследователи считают, что главным фактором, определяющим состояние тонуса гладких мышц сосудов в регионе, является кислород: когда кислорода много, сосуды находятся в состоянии сокращения, когда кислорода мало (уменьшается парциальное напряжение кислорода), тогда происходит релаксация мышц и кровоток возрастает. В легких (см. подробнее «Малый круг»), наоборот, если в альвеоле много кислорода, то капил-
259
ляр, подходящий к этой альвеоле, будет открыт (прекапилляры расслаблены), а если альвеола не вентилируется (не содержит в достаточных количествах кислорода), то капилляр не функционирует. Итак, теория кислородного запроса (как вариант вазодилататорный метаболической теории) имеет право на существование. Следовательно, уровень метаболизма клетки может определять интенсивность регионарного кровотока.
2-й механизм, поддерживающий на необходимом уровне кровенаполнение данного региона, это многенная ауторегуляция. Во многом она напоминает закон сердца (Франка-Старлинга): чем больше мышца растянута, тем выше тонус этой мышцы. Механизм миогенной ауторегуляции выражен наиболее отчетливо в сосудах мозга, почки, сердечной мышцы, печени, чревной области. Он состоит в том, что в ответ на повышение артериального давления (кровяного давления) сосуд ратягивается. Если бы стенка сосуда пассивно следовала за величиной давления, то это привело бы к расширению диаметра сосуда и к увеличению его проходимости, что привело бы к увеличению кровенаполнения. Не все области «желают» роста кровенаполнения. Для зашиты от этого явления возникает рост активности гладких м ыши стенок растягиваемого сосуда — и чем больше растягивается сосуд (за бчет бокового давления), тем на большую величину возрастает тонус гладких мышц этого сосуда. В итоге — диаметр остается неизменным. При падении давления, наоборот, чтобы сохранить исходный просвет сосуда, гладкие мышцы расслабляются.
Нервный механизм регуляция регионарного кровотока. Выше подробно рассматривались вопросы нервной регуляции сосудистого тонуса. За счет потока импульсов, идущих от работающего органа, интенсивность регионарного кровотока может меняться рефлекторно. Например, при возбуждении скелетных мышц с рецейторов этих мышц (сухожильные, проприорецепторы, или мышечные веретена) идет поток импульсов, в ответ на который происходит возбуждение симпатической нервной системы — это вызывает повышение вазоконстрикторных влияний на все сосуды, но особенно — на сосуды кожи, сосуды чревной области. В результате — происходит перераспределение кровотока: в неработающих мышцах, коже, чревной области — кровоток снижается, а в сосудах работающих мышц — он возрастает (за счет того, что в них происходит рабочая гиперемия, вызванная метаболитами, и за счет того, что эти метаболиты блокируют конетрикторные эффекты в работающей мышце, идущие от симпатических воздействий (см. подробнее — «Кровоток в скелетных мышцах»).
Гуморальная регуляция регионарного кровотока заключается в том, что помимо метаболитов, накапливающихся в работающих органах, сюда же с током крови могут подходить гормоны к биологически активные вещества, оказывающие вазодилатацию (гистамин, брадикинин, простациклины, атриопептин) или вазокойстрикцшо (адреналин, норадреналин, дофамин, ангиотензин II, альдостерон, серотонин). Эти вещества будут модулировать метаболические эффекты и эффекты симпатических воздействий на сосуд.
|
|
Рассмотрим некоторые особенности регионарного кровотока.
КОРОНАРНЫЙ КРОВОТОК
Особенностью коронарного кровотока (главным образом, кровотока левого желудочка) является его импульсность, периодичность: в момент систолы кровоток по артериям прекращается, а по венам кровь выталкивается. Таким образом, в основном, миокард (левый желудочек) до 85% крови получает в период диастолы. Поэтому, чем длительнее диастолический период (или — чем короче систола, а точнее — чем меньше систолический показатель), тем лучше кровоснабжение миокардиальных клеток.
В среднем, в условиях покоя на 100 г массы сердца приходится 50—90 мл крови в 1 минуту» а е учетом, что средняя масса сердца составляет 300 г — в условиях покоя сердце получает около 200—250 мл крови, т. е. около 4—6% от минутного, объема крови (от 4,5— 5 л/мин). В условиях физической нагрузки, когда потребность в кровотоке резко возрастает (МОК достигает 25 л), значительно возрастает коронарный кровоток — он становится рав-
00,06 0.10,150,20,250,3
Время, с
Рис. 78. Коронарные сосуды сердца. ___ ~
Слева — кривая, показывающая изменения на протяжении сердечного цикла: 1 — ЭКГ. 2 — давление в дуге аорты, 3 — давление в огибающей ветви левой коронарной артерии, 4 — интрамурального давления, 5 — скорости кровотока в коронарной артерии. Справа—изменения давления в левой и правой коронарных артериях—при систоле и диастоле.
ным 3—4 л/мин. Это означает, что в состоянии покоя интенсивность коронарного кровотока далека от максимально возможной, т. е. имеются механизмы, ограничивающие емкость коронарного русла в условиях покоя.
Сердечная мышца является самым большим потребителем кислорода (в расчете на 1 г массы): в условиях покоя 300 г массы сердца поглощают около 30 мл кислорода за 1 мин. (а всего за 1 минуту человеку требуется на все нужды организма в условиях покоя около 250—300 мл кислорода). Сердце очень хорошо поглощает кислород из крови. Если в других тканях артериовенозная разница составляет в среднем 80 мл/л крови (в артериальной крови — 200 мл кислорода на 1 л крови, в венозной — 120 мл кислорода на 1 л крови, разница — 80 мл), то в сердце она достигает 120—150 мл/л крови, т. е. каждый литр крови отдает не 80 мл, а 120— 150 мл кислорода.
|
|
Важной особенностью коронарных сосудов является способность гладкомышечных клеток внутреннего слоя сосудов продуцировать эластин. При чрезмерной продукции эластина возникает вероятность образования атеросклеротических бляшек, нарушающих нормальный кровоток по коронарным сосудам. В среднем слое стенки сосуда имеют другой тип недифференцированных глаткомышечных клеток, которые вырабатывают кейлоны. Кейлоны — это специфические вещества, блокирующие (тормозящие) продукцию эластина. Та-
ким образом, в норме выработка кейлонов препятствует образованию атеросклеротических бляшек. Когда продукций кейлонов нарушена, то это вызывает усиленное образование эластина и тем самым — атеросклеротический процесс, мешающий нормальному кровотоку.
Установлено, что снижение коронарного кровотока приводит к уменьшению сократимости миокарда: когда кровоток уменьшается на 50% от нормы, сократимость миокарда тоже снижается на 50%. При падении артериального давления ниже 50—20 мм рт. ст. кровоток по коронарным сосудам резко прекращается (давление нулевого кровотока).
В регуляции коронарного кровотока принимают участие местные, гуморальные и рефлекторные механизмы. Считается, что коронарный кровоток не принимает участия в регуляции системного кровотока, т. е. он относительно независим от системного кровотока. Ведущим механизмом регуляции является местный механизм, который в основном представлен метаболическим звеном.
Коронарные сосуды снабжаются адренергическими волокнами симпатической системы. В условиях покоя, благодаря наличию в гладких мышцах коронарных сосудов альфа- и бета- адренорецепторов, норадреналин, выделяющийся из симпатических нервов, вызывает не* которое повышение тонуса гладких мышц (тонус покоя), тем самым ограничивает чрезмерное расширение коронарного русла. Полагают, что часть симпатических волокон является холинергическими — в окончаниях выделяется ацетилхолин, который может релаксировать гладкие мышцы сосудов. Дискутируется вопрос о наличии и парасимпатических волокон в коронарных сосудах, благодаря которым возможна дополнительная дилатация коронарных сосудов. Однако эти данные требуют подтверждения.
При физической нагрузке повышается тонус симпатической нервной системы: это вызывает на первых секундах работы небольшой спазм сосудов сердца и одновременно повышает уровень экстракции кислорода из крови — способность сердечной мышцы извлекать кислород под влиянием симпатической системы возрастает еще больше! В дальнейшем, если физическая нагрузка продолжается или существенно возрастает. — накапливаются метаболиты, которые, с одной стороны, сами по себе вызывают расслабление гладких мышц сосудов, в том числе прекалиллярных сфинктеров, а с другой стороны — они «блокируют» альфа-адренорецепторы, т.е. приводят к тому, что популяция бета-адренорецепторов становится в этих условиях доминирующей. Поэтому симпатические влияния (норадреналин) вызывают тоже дилатацию коронарных сосудов, что Вместе с метаболическим влиянием существенно повышает коронарный кровоток. Считается, что вазодилатацию вызывают в сердечной мышце: избыток углекислого газа (пшеркапния), избыток водородных ионов, молочная кислота, АТФ, АДФ, АМФ, аденозин. Многие авторы придают особое значение аденозину как наиболее сильному вазодилататору. В условиях гипоксии, вероятно, возрастает и продукция простациклинов в мнокардиоцитах, что также способствует вазодилатации. Дискутируется вопрос о прямом влиянии низкого парциального напряжения кислорода на тонус коронарных сосудов: логично допустить, что гипоксия сама по себе должна вызывать релаксацию гладких мышц коронаров. Однако пока веских доказательств этому не получено.
Показано, что при отрицательных эмоциях, когда происходит сильное возбуждение симпатической нервной системы, наблюдается резкий спазм коронарных сосудов. Однако это явление почти отсутствует, если эмоциональная реакция протекает на фоне мышечной активности. Вот почему чрезвычайно важно, чтобы после появления у человека отрицательных эмоций (ярость, гнев) возникала мышечная активность, которая снимала бы вероятность коронарного спазма. Нами установлено, что эндогенный сенсибилизатор Р-адрено- рецепторов во много раз повышает способность адреналина релаксировать гладкие мышцы коронарных артерий.
Естественно, что не во всех случаях в ответ на физическую нагрузку происходит адекватное повышение коронарного кровотока. Недостаточность коронарного кровотока при физической нагрузке, так же как и недостаточность коронарного кровотока в условиях покоя, часто сопровождается выраженным спазмом сосудов, что приводит к появлению боли
в области сердца и иррадиации болевых ощущений в левое плечо, под левую лопатку, или в загрудинную область. Считается, что спазм коронарных сосудов может возникать, например, из-за наличия в сосудах атеросклеротических бляшек; при их наличии стенка сосуда не способна развивать достаточное напряжение для противодействия сокращающемуся миокарду, поэтому в период систолы кровоток резко снижается (в норме — до 1/6—1/7 от уровня диастолы, а в условиях патологии — до 1/10 и более). Кроме того, спазму коронарных артерий при кислородной недостаточности способствует: 1) активация ренин-ангио- тензиновой системы, 2) повышение агрегационных способностей тромбоцитов, 3) повышение свертывающей способности крови, 4) снижение уровня бета-адренорецепторов в сосудах сердца (и, как результат, усиление вазоконстрикторного влияния симпатической системы), 5) повышение продукции простагландина ПГТ2*.«Ф> — одного из вазоконстрикторов. Все эти факторы приводят к вазоконстрикции и усугубляют возникающую коронарную недостаточность.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КОРОНАРНОГО КРОВОТОКА
Существуют различные способы, позволяющие оценить состояние коронарного кровотока. Как правило — это различные функциональные пробы, например, ортостатическая проба, гипервентиляция, проба с применением хлористого калия, бета-адреноблокаторов (по 40 мг per os), проба с внутривенным введением курантила, эргометрина, проба с дозированной физической нагрузкой. Пробы с дозированной физической нагрузкой нашли наибольшее распространение. Суть их заключается в том, что при дозированной нагрузке регистрируется состояние сердечной мышцы (главным образом, по ЭКГ) и субъективное состояние. Когда предложенная физическая нагрузка вызывает недостаточность коронарного кровообращения, возникает боль в области сердца и одновременно появляются определенные изменения на ЭКГ—в основном—смещение сегмента ST от изолинии вверх или вниз, а также появление экстрасистол и других изменений на ЭКГ. Та физическая нагрузка, при которой впервые появляются все эти признаки коронарной недостаточности, является критерием эффективности коронарного кровотока.
Существуют различные способы выполнения физической нагрузки: проба Мастера (Гар- вадский степ-тест), велоэргометрии, тредмил-тест. Проба Мастера предложена во время 2-й мировой войны для оценки физического развития населения. В настоящее время она используется в тех случаях, когда отсутствует велоэргометр. Суть пробы: испытуемый совершает в определенном темпе восхождения на две ступеньки лестницы (подъем-спуск, подъем-спуск и т.д.) в течение 3 минут. Обычно используется ступенька высотой 22—23 см, глубиной 25 см, шириной 50—60 см. На основании данных о массе тела, высоте ступеньки и числа восхождений в минуту — рассчитывается нагрузка. Однако эта проба не позволяет точно дозировать физическую нагрузку, поэтому в последнее время она уступила велоэргометрии.
Велоэргометрии — это дозированная физическая нагрузка на велоэргометре (велосипед в стационарных условиях), где можно задавать усилия для совершения движений, т. е. дозировать мощность выполняемой нагрузки. Нагрузка дозируется вВт (1 Вт = 6 кгм/мин).
У людей с недостаточностью коронарного кровотока ее признаки появляются намного раньше, чем при нагрузках субмаксимальной мощности. Та нагрузка, при которой у человека появляются признаки коронарной недостаточности, и является мерой недостаточности коронарного кровотока. При лечении больного повышение мощности нагрузки, при которой впервые появляются признаки коронарной недостаточности, является критерием эффективного лечения.
Тредмил-тест — это использование для нагрузки бегущей дорожки. Считается, что этот вид физической нагрузки наиболее физиологичен и лучше отражает приспособление коронарного кровотока к нагрузкам. Нагрузка в этом способе задается скоростью движения ленты (бегущей дорожки).
263
МОЗГОВОЙ КРОВОТОК
Подача кррви в головной мозг идет по 4 магистральным сосудам: 2 внутренние сонные артерии и 2 позвоночные артерии, а отток крови от мозга идет по 2 основным сосудам — яремным венам. Магистральные артерии на основании черепа образуют анастомоз — вил- лизиев круг, откуда отходят артерии, снабжающие кровью ткани головного мозга.
Капиллярная сеть достаточно плотная. Плотность ее в разных структурах мозга различна. Например, очень высокая плотность капилляров в паравентршсулярных ядрах гипоталамуса, в коре мозжечка. В среднем, плотность капилляров в сером веществе мозга в 2—3 раза выше, чем в белом. Капилляры находятся примерно на расстоянии S—15 мкм от нейрона, а это пространство заполнено глиальными клетками. Капилляры мозга переходят в радиальные вены, которые на поверхности мозга образуют пиальные вены, сливающиеся в венозные синусы с жесткими стенками. Интенсивность кровотока в мозге очень высокая: в среднем на 100 г ткани приходится около SO мл крови в 1 минуту. Мозг массой 1500 г получает ежеминутно около 750 мл крови, т. е. около 13% крови от МОК. Несмотря на колебание системного артериального давления в пределах от 60 до 180 мм рт. ст., количество крови, притекающей к мозгу, сохраняется на постоянном уровне — около 750 мл. Это достигается главным образом за счет миогенного механизма — при повышении артериального давления тонус гладких мышц магистральных сосудов мозга возрастает, что препятствует увеличению диаметра этих сосудов, а следовательно, и притоку крови. Таким образом, гетерометрическая саморегуляция тонуса сосудов мозга — одно из важнейших приспособлений, позволяющих поддерживать на постоянном уровне интенсивность мозгового кровообращения.
Вместе с тем, внутри мозга постоянно происходит перераспределение кровотока—там, где совершается работа нейронов, там кровоток выше. Это особенно относится к корковому кровотоку. Например, в состоянии общего возбуждения кровоток в коре больших полушарий возрастает на 50—100% от уровня «покоя». В процессах распределения мозгового кровотока принимают участие метаболические механизмы, а также специальные механизмы с участием нейронов. Хотя все сосуды мозга получают симпатические волокна и, возможно, парасимпатические волокна (так считают некоторые исследователи), однако влияние симпатических нервов крайне слабое: даже при сильном раздражении шейных симпатических нервов сосуды мозга суживаются всего лишь на 10% от исходного уровня. Это свидетельствует о том, что при регуляции системного кровотока сосуды мозга не затрагиваются, т.е. мозговое кровообращение не принимает участия в регуляции системного кровотока, мозговое кровообращение — автономно.
Повышение кровообращения в данном участке мозга обеспечивается за счет накопления в этой области продуктов метаболизма, в том числе водородных ионов, ионов калия, снижения в среде ионов кальция, появление вазоактивных веществ типа простагландинов, ГАМК, адреналина. Однако, по мнению многих исследователей, главный регулятор кровотока — угольная кислота. Когда парциальное напряжение углекислого газа становиться выше 40 мм рт. ст., то кровоток увеличивается, а когда это давление падает ниже 25 мм рт. ст., то интенсивность кровотока резко снижается. Вот почему при гнпервентиляцин легких — произвольной или непроизвольной — возникает явление гипокапнии (сниженное напряжение углекислого газа), и это приводит к резкому уменьшению коркового кровотока, что проявляется в возникновении спутанного сознания, головокружения, судорог. Подобный эффект (спазм сосудов) возникает при повышении парциального напряжения кислороде. Однако влияние кислорода менее выражено, чем влияние углекислого газа. Кстати, роль газов хорошо используется в быту: когда у человека возникают признаки мозгового спазма, он производит задержку дыхания, что вызывает накопление углекислого газа н расширение мозговых сосудов.
Дэя доказательства сказанного можно привести примере при возбуждении нейронов спустя доли секунды концентрация ионов кадия вокруг нейронов возрастает с 3 до 10 ммоль/л,
что вызывает увеличение кровотока примерно на 25—30% от исходного уровня. Одновременно, при возбуждении нейрона уменьшается концентрация кальция в среде — это тоже способствует усилению кровотока. Наконец, спустя некоторое время, повышается парциальное напряжение СО2, что тоже способствует усилению кровотока в данной области.
Обнаружен еще один механизм, регулирующий локальный кровоток: при возбуждении нейрона (в частности, пирамидных клеток коры больших полушарий) по коллатералям к пиальным сосудам идет импульс, который вызывает расширение сосуда и увеличение кровотока в области расположения данного нейрона. Таким образом, нейрон за счет «врожденных» механизмов, вероятно, способен обеспечить себе адекватный кровоток.