24

Тема 8. Патофизиология сердечно-сосудистой системы

1. Гипертрофия миокарда и явление дилятации как приспособительные механизмы к нарушениям в системе кровообращения.

2. Инфаркт миокарда как результат развития недостаточности кровообращения сердечной мышцы.

3. Патофизиологические механизмы нарушения венозного притока к сердцу

4. Морфо-функциональные характеристики сосудов разного типа

5. Патофизиология гипотензии

6. Патофизиология гипертензии

6.1. Патофизиология первичной (эссенциальной) гипертензии

7. Патофизиология атеросклероза

1. Гипертрофия миокарда и явление дилятации как приспособительные механизмы к нарушениям в системе кровообращения.

Сердечно-сосудистая патология по праву считается проблемой № 1 современной медицины. И это неудивительно. В наше время в высокоразвитых странах поражения сердца являются причиной более 50% всех случаев смерти. За последние годы, по данным ВОЗ, смертность от сердечно-сосудистых болезней среди мужчин, которые болеют ими в 7 раз чаще женщин, для 35-44-летних возросла более чем на 60%.

В последние годы упала и продолжает снижаться смертность от ревматического поражения сердца. Его этиология и патогенез наиболее изучены, а потому лучше разработаны меры профилактики и лечения. Значительно большую опасность продолжают представлять менее глубоко познанные теоретически формы патологии: атеросклероз, нарушения коронарного кровообращения, гипертоническая болезнь, кардиогенный шок, аритмии, фибрилляция.

Нарушения циркуляции крови в тканях могут быть вызваны разнообразными морфо-функциональными изменениями сердца и сосудов. К ним относят пороки клапанов сердца различного происхождения (пролапс – провисание створок клапанов), поражение сосудов сердца, нарушения обмена миокарда, морфологические изменения магистральных сосудов, спазм или, напротив падение тонуса артериол.

Все эти нарушения в сердце и сосудах в конечном итоге опасны тем, что могут приводить к нарушению важнейшей функции системы кровообращения – к нарушению нормального тока крови через органы и ткани. Ослабление кровотока сопровождается недостаточным снабжением тканей кислородом, а значит, и пониженным образованием энергии окисления. Нарушение кровотока одновременно ведет к понижению доставки всех необходимых тканям веществ и химических регуляторов их деятельности, а также замедляет унос всех метаболитов.

Такое неблагоприятное и даже опасное для жизни состояние называют недостаточностью кровообращения.

Врачам хорошо известно, что в большинстве случаев болезни сердечно-сосудистой системы долго не приводят к появлению серьезных признаков недостаточности кровообращения. Организм обладает огромным «запасом прочности», то есть структурно-функциональными резервами, которые используются при условиях, создающих препятствие для нормального тока крови. Эти приспособительные механизмы помогают преодолевать возникающее препятствие и поддерживать, вопреки ему, достаточный ток крови через ткани.

Примерами действия таких механизмов являются:

• площадь митрального отверстия в нормальном сердце – 4-6 см². Однако его сужение при митральном стенозе даже в 2-3 раза (до 2 см²) обычно не вызывает существенных нарушений циркуляции крови в тканях;

• известны случаи, когда у мировых рекордсменов, много лет занимающихся спортом, лишь случайно, при тщательном обследовании выявляли морфологические признаки порока сердца. То есть их сердце, даже в моменты огромного повышения нагрузки, преодолевало существенные препятствия и обеспечивало ткани усиленным кровоснабжением.

В здоровом организме увеличенная нагрузка ложится на сердце только периодически – в моменты физического или эмоционального напряжения. При заболеваниях сердечно-сосудистой системы, возникшие в ней изменения нарушают движение крови постоянно, даже в покое, а потому создают необходимость в длительном непрерывном совершении сердцем увеличенного объема сократительной работы.

Сократительная работа миокарда в основном определяется как произведение его систолического напряжения на частоту сокращений.

Повышение нагрузки на миокард в условиях патологии создается двумя основными путями:

• в результате обратного тока крови (регургитации) при недостаточном смыкании клапанов или при дефектах перегородки между правым и левым сердцем; этот объем крови сердце повторно выбрасывает при систоле; поддержание остаточного объема выбрасываемой в сосуды крови достигается увеличением силы сокращения избыточно растянутых в фазу диастолы миоцитов;

• нагрузку на миокард увеличивает также повышенное сопротивление выбросу крови при артериальной гипертензии в большом и малом кругах, при сужении клапанных отверстий, а также при гибели части миоцитов сердца (уцелевшим клеткам достается лишняя работа); в этом случае диастолическое растяжение миофибрилл не усилено, но сократительная работа миокарда сильно возрастает за счет значительного увеличения напряжения миофибрилл. Именно напряжение их повышает расход энергии АТФ при сокращении. Поэтому такие нарушения циркуляции крови преодолеваются менее экономным путем и скорее сопровождаются недостаточностью сократительной работы миокарда.

Среди путей адаптации организма к нарушениям в системе кровообращения следует выделить два:

• сердечный механизм (главный)

• внесердечные (экстракардиальные) приспособительные механизмы.

Сердечные механизмы адаптации организма к нарушениям в системе кровообращения представлены гипертрофией и дилятацией миокарда.

Как известно, синтезируемая в митохондриях клетки АТФ, является накопителем энергии окисления глюкозы и других веществ. Полагали, что, поступая в цитоплазму и диффундируя через мембраны и миофибриллы, АТФ передает им свою химическую энергию, которая превращается в механическую энергию сокращения миофибрилл. Однако биохимики доказали, что энергию окисления из митохондрий к миофибриллам переносит не АТФ, которая не способна проникать через мембраны, а креатинфосфат. То есть центральная роль в механизме транспорта энергии в клетках миокарда принадлежит креатинфосфокиназной системе. В ослабленном миокарде у животного с экспериментальным инфарктом находили пониженное содержание креатинфосфата. А доставка его к миокарду восстанавливала его сократительную способность.

Итак, значительное увеличение функции сердца (в здоровом организме и при нарушениях кровообращения) ведет к усиленному распаду накопителя энергии АТФ и ее переносчика креатинфосфата. Отношение концентрации самих этих соединений и продуктов их распада изменяется в пользу последних. Этот сдвиг через промежуточное звено (фактор-регулятор) оказывает воздействие на активность генетического аппарата миоцита.

Генетический аппарат миоцита стимулирует синтез рибосомной, транспортной и информационной РНК. В результате количество полирибосом, в которых происходит синтез белка, значительно возрастает, и образование белка превышает его распад. Растет масса клетки и ее сократительная сила. То есть повышенный расход и убыль в миоците АТФ и креотинфосфата через генетический аппарат «делает структуру» («структурный след»).

В опытах на животных выяснено, что такие изменения в миокарде вызывает не только происходящее при его перегрузке снижение АТФ и креатинфосфата, но и снижение их концентрации по любой иной причине: при ишемии, миокардите, разобщении окисления и фосфорилирования (под действием холода или изопротеренола), при генетической неполноценности митохондрий у больных наследственной кардиомиопатией. В культуре клеток миокарда снижение концентрации АТФ и креатинфосфата при недостатке кислорода закономерно вызывало возрастание синтеза нуклеиновых кислот и белка.

Итак, повышенная перегрузка на миокард или повреждение его клеток через генетический аппарат миоцитов вызывает усиление синтеза РНК и белка в их цитоплазме и в меньшей степени – ДНК в ядрах. Растет масса каждой клетки, и за счет этого растет масса и размер всего сердца в 2-3 раза (нормальная масса сердца – около 300 г, т.е. 4,8 г/кг). Это явление называют гипертрофией. Благодаря гипертрофии повышенная нагрузка распределяется в возросшей массе сердца, и интенсивность сократительной работы его структур снижается до нормальной (или приближаясь к ней). Систолическое давление в желудочках, ударный и минутный объем долго остаются нормальными. Так компенсируется повышенная нагрузка на сердце или неполноценность его поврежденной ткани.

Морфологически в гипертрофированном миокарде происходят следующие изменения (рис.1):

• утолщение мышечных волокон (миоцитов) с 12-24 мкм до 50 мкм;

• увеличение размера их ядер;

• увеличивается в миоцитах и количество их специфических ультраструктур – миофиламентов (сократительных волокон) и содержание в них главного сократительного белка актомиозина;

• увеличивается количество и размер митохондрий;

• усиливается активность ферментов окислительно-восстановительного цикла;

• нарастает и масса саркоплазмы клеток.

• одновременно происходит гиперплазия стромы миокарда, т.е. укрепляется соединительно-тканный каркас напряженно работающего сердца;

• увеличивается и количество сосудистых веточек в миокарде,

• гипертрофируются его нервные структуры.

Гипертрофия не нарастает бесконечно, т.к. при увеличении массы клеток, а значит при нормализации интенсивности их работы, приходит к нормальному уровню и степень расходования АТФ и креатинфосфата. При этом прекращается повышенная стимуляция генетического аппарата, а значит, прекращается усиление синтеза РНК и белка. Так, «структурный след» стабилизируется, а в случае прекращения повышенной нагрузки даже «стирается», т. е. масса сердца возвращается к исходной величине.

Развитие компенсаторной гиперфункции и гипертрофии миокарда – стадийный процесс:

1. аварийная стадия – это начальные явления острой перегрузки миокарда, например, при тяжелых гипертонических кризисах, травматических пороках, быстром разрушении клапанов сердца. Им могут сопутствовать признаки острой недостаточности сердца. Компенсация возникающих нарушений кровообращения и обеспечение возросшей потребности в увеличенной сократительной работе миокарда достигается путем включения механизмов срочной адаптации. Значительно возрастает выброс катехоламинов, и учащаются сокращения мышцы сердца. Сильно возрастает интенсивность сокращений, а потому быстро растет расход и снижается концентрация АТФ и еще более – креатинфосфата. Растет дефицит энергии, который частично покрывается активацией гликолиза за счет расходования резервов гликогена миокарда.

В первые часы такой напряженной работы сердца дефицит АТФ и КФ достигает максимума, и это вызывает мощное усиление синтеза РНК и белка и быстрый рост сердца.

2. стадия устойчивой компенсаторной гипертрофии сердца, долговременной его адаптации. «Структурный след» функционального сдвига достигает значительной величины – увеличение массы сердца в 1,5-3 раза, и рост его прекращается. На рентгенограмме, а еще более четко – при эхокардиографии (т. е. с помощью ультразвука) – можно определить расширение границ сердца. При этом нарушение циркуляции крови оставляет наибольший след на том отделе миокарда, на который падает наибольшая нагрузка. А поэтому по изменению контуров сердца можно распознать, какой именно отдел сердца наиболее напряженно функционировал.

При возросшей массе сердца синтез РНК и белка на единицу массы, возвращается к норме, т. к. вернулась к норме концентрация АТФ и КФ. Явления повреждения и острой недостаточности на этой стадии отсутствуют.

Такое состояние, когда сердце выполняет увеличенный объем работы, обеспеченный возросшим объемом источника энергии и сократительных структур, соответствует стадии болезни, называемой стадией компенсации. Это бывает у большинства больных с пороками сердца, гипертонической болезнью, гипертензией малого круга. Однако неблагоприятное течение болезни, ее прогрессирование могут привести к переходу в третью стадию гиперфункции и к развитию хронической недостаточности сердца.

3. прогрессирование кардиосклероза и изнашивание структур миокарда. Наступление в неблагоприятных случаях этой нежелательной стадии гипертрофии обусловлено тем, что в миокарде может нарушаться обновление его структур, гибели части из них и замещение соединительной тканью – то есть развитие кардиосклероза (рис. 2).

Дело в том, что гипертрофия, хотя она и представляет колоссальной важности долговременное приспособление, является несбалансированной формой роста ткани. То есть, в ходе гипертрофии масса и функциональные возможности тех структур, которые обеспечивают миокарду его нервную регуляцию, транспорт ионов, обеспечение энергией и ее использование, увеличиваются меньше, чем масса миокарда.

Отставание роста аксонов симпатических нервных клеток и уменьшение таким путем плотности симпатической иннервации приводит к тому, что трата норадреналина превышает его ресинтез.

Отставание роста артериол и капилляров от увеличения размеров миоцитов становится причиной снижения их количества, приходящегося на единицу массы миокарда.

При утолщении каждой клетки очень сильно отстает от роста ее массы увеличение поверхности, и показатель поверхности (масса может снижаться в 2,5 раза). Именно поэтому нарушается транспорт ионов в клетку и из нее, т.к. натрий-калиевый насос, натрий-кальциевый обменный механизм и другие важные системы транспорта ионов и различных веществ расположены в мембране. Поэтому же затрудняются условия питания клетки и поступления в нее кислорода.

Постепенно выявляется также и отставание роста числа и размера митохондрий – места образования энергии.

Все перечисленные неблагоприятные проявления нарушения баланса между структурными элементами миокарда при его гипертрофии приводят к гибели части его мышечных клеток и замещению их соединительной тканью – т.е. к кардиосклерозу и снижению сократительной силы сердца. Этот процесс называют изнашиванием гипертрофированного миокарда и развитием его преднедостаточности.

Установлено, что в генезе гипертрофии участвует целый ряд других факторов. Так, инсулин вызывает репликацию ДНК и гиперплазию клеток, т.е. необратимую гипертрофию миокарда. Второй механизм, способствующий гипертрофии миокарда – это усиленная канальцевая реабсорбция натрия под действием инсулина.

Соматотропный гормон (СТГ) ассоциируется также с первичной гипертрофией левого желудочка (ГЛЖ). Существует мнение, что в основе эффекта СТГ на левый желудочек лежит врожденная локальная гиперчувствительность тканей миокарда к СТГ.

Известны случаи развития гипертрофической кардиопатии (ГКМП) при гипертиреозе, особенно при повышенных концентрациях трийодтиронина.

В настоящее время отводится огромная роль ренин-ангиотензивной системе (РАС). Последние исследования показали, что в ряде органов и тканей существуют собственные РАС-системы. В сердце превращение ангиотензина-I (AT-I) в ангиотензин-II (АТ-II) обеспечивается ферментом химазой. Было установлено, что у больных идиопатическими кардиомиопатиями (первичными поражениями миокарда) активность химозависимого образования АТ-II возрастает. У человека AT-II играет большую роль в ремоделировании миокарда (его гипертрофии), поскольку это вещество способствует как сокращению периферических сосудов, так и повышению синтеза альдостерона, что в свою очередь, приводит к задержке натрия и воды в организме.

Было установлено, что ряд протоонкогенов являются одним из факторов, определяющих развитие гипертрофии миокарда.

Увеличение концентрации альдостерона в крови способствует росту клеток стромы с изменением состава коллагена и развитием миокардиофиброза (это кардиосклероз, характеризующийся образованием волокнистой соединительной ткани, расположенной в миокарде диффузно или в виде крупных очагов).

В механизмах гипертрофии миокарда принимают участие специальные ионные каналы, которые активируются при растяжении миоцита. Растяжение активирует натриевые каналы, что служит сигналом для активации ряда генов, ответственных за перераспределение микротубулярного аппарата в гипертрофированном миоците.

Итак, важный приспособительный механизм – гипертрофия несет в себе зачатки своей диалектической противоположности и является одним из наиболее изученных примеров превращения аптационной реакции в патологическую. Приспособительное значение гипертрофии не беспредельно, оно ограничено.

Следует подчеркнуть справедливость этого положения не только для так называемой патологической гипертрофии, вызываемой избыточной патологической нагрузкой, повышенным сопротивлением току крови и повреждению миокарда. Специалист, ведущий контроль за здоровыми людьми (спортсменами), должен помнить об относительности, не беспредельности приспособительной роли и физиологической гипертрофии.

Сердце, гипертрофирующееся в здоровом организме одновременно со скелетной мускулатурой под влиянием регулярной физической нагрузки, утолщается равномерно всеми отделами: нагрузка на них возрастает равномерно. Несмотря на утолщение мышцы, во время систолы, сердце достигает почти нормальных размеров. Периодическое дозированное нарастание нагрузки вызывает в здоровом организме более сбалансированный рост всех структур миокарда.

Однако нарушения режима тренировок, перетренированность могут вызывать чрезмерную гипертрофию, не сбалансирование роста и нарушение сократительной работы сердца. Критическим примером массы тренированного сердца считаются примерно 500 г (8 г/кг).

Итак, на третьей стадии гипертрофии миокарда, когда происходит изнашивание его структур, сравнительно рано возникающие нарушения сократительной функции сердца долгое время могут ограничиваться явлениями преднедостаточности, долго не приводя к явной сердечной недостаточности кровообращения. Преднедостаточность сердца – это неполное изгнание крови из полости желудков, повышение в них систолического давления (диастолическая дисфункция), начальное снижение минутного объема. Развитие сердечной недостаточности характеризуется явным снижением насосной функции сердца – уменьшением минутного объема ниже необходимого тканям уровня.

Гипертрофия является важнейшим, но не единственным сердечным механизмом приспособления к нарушениям в системе кровообращения. С гипертрофией тесно связано явление тоногенной дилятации.

Дилятация сердца – это расширение его полостей избытком крови. Тоногенной называют дилятацию полостей сердца на стадии компенсированных нарушений кровообращения, когда еще достаточно велика сократительная сила миокарда. На этой стадии мышца сердца, растянутая в фазу диастолы большим объемом крови, при последующей систоле, по закону Старлинга, усиленно сокращается. При этом размер сердца даже может приближаться к нормальному. Растяжение сердца при тоногенной дилятации происходит преимущественно на предельной оси, а потому его поперечник сильно не увеличивается.

К огда нарастает изнашивание миокарда и его сократительная сила снижается, растяжение полостей сердца нарастает за счет миогенной дилятации. Теперь в фазу систолы сила сокращения мышечных волокон уже не возрастает соответственно величине их диастолического растяжения. Закон Старлинга при данном состоянии миокарда уже утратил силу. Кровь не может быть полностью изгнана из желудочков, и они значительно растягиваются в поперечнике, границы сердца расширяются (рис. 3). Иногда остаток крови в конце систолы может в 3-4 раза превосходить ударный объем. Тем не менее, даже в таких условиях, сердце может еще годами сохранять относительно достаточную работоспособность.

Ослабление сократительной функции сердца на стадии изнашивания гипертрофированного миокарда компенсируется дополнительно некоторыми внесердечными (экстракардиальными) компенсаторными механизмами.

К ним относят такую приспособительную сосудистую реакцию, как централизация кровообращения. Даже небольшое снижение сердечного выброса рефлекторно (путем возбуждения барорецепторов артерий) возбуждает симпатические сосудосуживатели большинства органов и тканей (кроме сосудов мозга, сердца и легких). При этом значительная часть кровотока из менее чувствительных тканей перераспределяется в сосуды наименее выносливых к гипоксии тканей мозга и сердца, а также в легочные сосуды, где кровь насыщается кислородом.

Поддержанию достаточного притока кислорода к тканям при снижении сократительной силы сердца способствует также обогащение крови эритроцитами за счет сужения сосудов органов, депонирующих кровь с более высоким количеством клеток в единице объема. При этом возрастает и объем циркулирующей крови (ОЦК).

Позже количество эритроцитов крови нарастает путем усиления эритропоэза: даже небольшой дефицит кислорода в тканях при некотором снижении в них кровотока усиливает образование эритропоэтина, который стимулирует развитие эритроцитов.

Понижающийся приток кислорода с кровью помогают возмещать и тканевые приспособительные механизмы. К ним относят увеличение мощности системы митохондрий в тканях и возрастания в связи с этим их способности извлекать кислород из тканей. Усиливаются и анаэробные процессы образования энергии в тканях.

Кроме того, начальные трудноуловимые нарушения гемодинамики через нейроэндокринную регуляцию тормозят основной обмен и снижают двигательную активность организма, снижая его требования к системе кровообращения.

Все перечисленные механизмы адаптации к начальным нарушениям гемодинамики помогают установиться в организме состоянию неустойчивого равновесия системы кровообращения, которое называют стадией компенсации (или состояние преднедостаточности).