15.2. Регуляція кровообігу

Кровообіг є саме тим основним змінним фактором, що піддається регулюванню й дозволяє організму пристосовуватись до змін у потребах його органів і систем й забезпечувати в кожен момент необхідний для них рівень кровопостачання. Така регуляція здійснюється, з одного боку, за рахунок змін у накачуючій функції серця, а з другого – за рахунок регуляція периферійного кровотоку. Керуючими параметрами при цьому є ті зміни фізичних і хімічних характеристик внутрішнього середовища, що виникають у процесі життєдіяльності.

Внутрішньосерцеві механізми регуляція кровотоку. Ці механізми забезпечують, у першу чергу, зміну інтенсивності накачуючої функції серця (міокарда). Основний з них відомий як закон Франка–Старлінга. Суть його полягає в залежності сили скорочення міокарда від кількості крові, яка притікає до серця. Основою такої залежності служить зв‘язок між силою скорочення серцевих м‘язових волокон та їхньою вихідною довжиною, тобто ступенем розтягнення під час фази розслаблення серця (діастоли). Більш сильне розтягнення міокарда підчас діастоли сприяє посиленому притоку крові в серце; при цьому відповідно зростає сила його скорочення (систоли). Як наслідок, серце кожен раз перекачує в артеріальну систему всю ту кількість крові, яка до нього надходить з венозної системи.

Останнім часом отримано дані про те, що поряд із цим м‘язовим регуляторним механізмом у серці функціонує також нервовий механізм, що замикається через внутрішньосерцеві (інтрамуральні) нервові вузли. Ця система включає аферентні нервові клітини, дендрити яких формують рецептор розтягнення на м’язових волокнах серцевої стінки, а також проміжні та еферентні нейрони, аксони яких іннервують серцеві м‘язові волокна, а також гладенькі м‘язові волокна вінцевих (коронарних) судин, що забезпечують кровопостачання серцевої стінки. Наявність таких локальних внутрішньосерцевих нервових зв‘язків було встановлено на функціонуючому трансплантованому серці, в якого всі екстракардіальні нервові зв‘язки було перерізано. За рахунок внутрішньосерцевих рефлекторних впливів при збільшеному розтяганні стінки передсердя відбувається посилення скорочення шлуночків, яке захоплює не тільки той відділ серця, який безпосередньо розширюється кров‘ю, але й інші його відділи; це робить таку компенсаторну його реакцію більш досконалою.

Обидва описані внутрішньосерцеві механізми забезпечують стабільність кровонаповнення артеріальної системи й створюють тим самим найважливішу умову для ефективного її функціонування.

Позасерцеві механізми регуляції кровотоку. Ці механізми функціонують на базі взаємодії двох систем зворотних рефлекторних зв’язків. Одна з них створюється симпатичною, а друга – парасимпатичною нервовою системою. Розподіл відповідних нервових структур на ці дві системи початково базувався на анатомічних особливостях будови, а далі його було підтверджено також їхніми функціональними та фармакологічними особливостями. Центральні структури симпатичної нервової системи розташовуються у грудних і верхніх поперекових сегментах спинного мозку, а їхні еферентні проекції розповсюджуються практично по всьому тілу, включаючи й серце. При цьому аксони нейронів спинного мозку на своєму шляху проходять через розташовані на задній стінці грудної та черевної порожнин нервові вузли (ганглії), де ці прегангліонарні аксони формують синаптичні контакти з наступними (постгангліонарними) нервовими клітинами, аксони яких вже безпосередньо надходять до тканин (проходячи, як правило, вздовж стінок кровоносних судин). Центральні структури парасимпатичної нервової системи локалізовані у стовбурі головного мозку та крижовому відділі спинного мозку. Найбільш значним еферентним шляхом парасимпатичної системи є блукаючий нерв (n. vagus), який спускається зі стовбура головного мозку у грудну та черевну порожнини й іннервує там більшість внутрішніх органів, і серце включно. Цей шлях також включає два послідовні синаптично-пов‘язані нейрони, але на відміну від симпатичної системи їх синаптичне переключення відбувається в гангліях, розташованих безпосередньо у виконавчих структурах. Парасимпатичні волокна мають більш обмежене поширення, ніж симпатичні. Так, вони не надходять до скелетних м‘язів, і тому останні підлягають лише симпатичній регуляції.

Функціональний розподіл між симпатичною й парасимпатичною системами полягає, як правило, у протилежних (антагоністичних) впливах на ефекторні структури, за яких одна система викликає посилення їхніх функції, а друга, навпаки – її послаблення. Разом з тим, у деяких випадках обидві системи можуть викликати подібні ефекти, що відрізняються лише певним якісними особливостями.

Для спрощення аналізу механізмів рефлекторної регуляції кровотоку можна не враховувати кровотік через легені (мале коло кровообігу), який регулюється лише в невеликому об‘ємі, а також вважати постійним кров‘яний тиск, який за фізіологічних умов залишається більш-менш стабільним. У такому випадку це співвідношення є аналогічним закону Ома, що пов‘язує електричний струм, напругу та опір в електричному ланцюгу.

Основними змінними в системі регуляції артеріального тиску є викид крові лівим шлуночком (серцевий викид) та опір тертя, що створюється стінками судинного русла великого кола кровообігу. Серцевий викид є добутком частоти серцевих скорочень та ударного об‘єму. Як це зазначалося вище, ударний об‘єм регулюється внутрішньосерцевими механізмами. Разом з тим, він підлягає зазнає ефективній позасерцевій регуляції, збільшуючись під впливом симпатичної імпульсації та зменшуючись під впливом парасимпатичної (що надходить до серця по волокнах блукаючого нерва).

Регульованою змінною є також другий фактор, що визначає артеріальний тиск – опір судинного русла великого кола кровообігу. Він залежить в основному від діаметра прекапілярних судин – дрібних артерій та артеріол. В їхній стінці міститься шар гладеньких м‘язових волокон, що іннервуються симпатичною нервовою системою. Скорочення цих волокон приводить до звуження просвіту судин і відповідно до підвищення периферійного судинного опору. Але на відміну від регуляції серцевого викиду, в цьому випадку відсутні антагоністичні парасимпатичні впливи, оскільки в більшості судин парасимпатична іннервація відсутня.

Розширення судин стає можливим завдяки тому, що навіть в умовах спокою по симпатичних волокнах до судин йде періодична імпульсація, що підтримує їхні м‘язові волокна у стані деякого постійного (тонічного) напруження. У таких умовах розслаблення мускулатури судини та її розширення є можливим за рахунок зменшення частоти такої фонової імпульсації, що надходить з відповідних мозкових структур.

Таким чином, змінюючи серцевий викид і периферичний опір, організм може здійснювати вплив на тиск у кровоносній системі. Для того, щоб при цьому гарантовано підтримувати його в необхідних для кровопостачання органів і тканин межах, необхідна точна координація тих рефлекторних впливів, що надходять до серця та судин. Обов‘язковою умовою для здійснення такої координації є, без сумніву, наявність постійної інформації про рівень артеріального тиску.

Така інформація забезпечується системою рецепторів тиску (барорецепторів), розташованих в різних ділянках судинного русла (у стінці дуги аорти, місці розгалуження загальної сонної артерії на зовнішню та внутрішню – так званому каротидному синусі тощо). Бароцептори являють собою вторинні механорецептори, основні клітини яких містять у своїй мембрані механочутливі іонні канали; деполяризація цих клітин при підвищенні тиску спричиняє виділення хімічного медіатора (серотоніну), що, у свою чергу, збуджує розташовані на них нервові закінчення. Виникаюча імпульсація по аферентних волокнах надходить до головного мозку. Її частота несе інформація про рівень артеріального тиску (рис. 15.3).

Рис. 15.3. Імпульсна активність в аферентних волокнах синокаротидного нерва (нижній ряд), викликана змінами артеріального тиску (верхній ряд): 1 –- знижений; 2 – нормальний; 3 – підвищений артеріальний тиск

У довгастому мозку існують кілька нейронних структур, які на основі інформації, що надходить від судинних барорецепторів, а також деяких інших джерел, формують команди для ефекторних органів (серця та судин). Одна з них позначається як судиноруховий (вазомоторний) центр. Він відповідальний, як про це свідчить назва, в основному за регуляцію скоротливої діяльності м‘язів судинної стінки шляхом активації симпатичної нервової. Проведені детальні мікроелектродні дослідження активності окремих нейронів, що входять до цієї мозкової структури, показують, що останні чітко розподіляються на дві групи. Одна з них дає розряд імпульсів при підвищенні артеріального тиску, а друга, навпаки – при його зниженні. Такі дані дають підставу вважати, що судиноруховий центр складається з двох взаємопов‘язаних частин – пресорної та депресорної, які між собою перебувають у реципрокних взаємовідношеннях. Нейрони, що входять до пресорної групи, через низхідні шляхи активують прегагліонарні симпатичні нейрони спинного мозку й таким чином індукують скорочення судинної мускулатури та підвищення артеріального тиску. Навпаки, нейрони депресорної групи гальмують активність симпатичних нейронів і тим самим викликають розслаблення судинних м‘язів і зниження кров’яного тиску. Залежно від характеру інформації, що надходить до судинорухового центру від барорецепторів, відбувається перерозподіл активності між нейронами пресорної та депресорної груп, що і є основою формування відповідної регулюючої команди.

Поряд із судинними реакціями при активації судинорухового центру відбувається також зміни в симпатичній регуляції діяльності серцевої мускулатури. При збудженні депресорних нейронів симпатична стимуляція серця послаблюється, і серцевий викид відповідно зменшується; при збудження пресорних, навпаки, посилена активність симпатичної системи стимулює серцеву діяльність і збільшує серцевий викид, що викликає підвищення артеріального тиску.

Основною нейронною структурою довгастого мозку, що також бере безпосередню участь у формуванні команд, є ядро блукаючого нерва, що входить до парасимпатичної нервової системи. Активація нейронів цього ядра пригнічує скоротливу функцію серця та зменшує серцевий викид, тому його позначають як гальмівний нерв серця.

Усі зазначені структури та взаємодію між ними у процесі стабілізації артеріального тиску схематично зображено на рис. 15.4. Зниження тиску в судинах зменшує частоту імпульсації від барорецепторів, тим самим активуючи пресорний центр шляхом зняття фонового його гальмування. Водночас послаблення збуджуючих впливів від барорецепторів на депресорну частину судинорухового центру та гальмівний центр серця пригнічує їхню активність. У результаті відбувається збільшення серцевого викиду та підвищення периферичного судинного опору, що приводить до відновлення зниженого кров‘яного тиску. Навпаки, підвищення останнього гальмує пресорний центр, але збуджує депресорний і серцево-гальмівний. Серцевий викид і периферичний опір падають, і артеріальний тиск знижується до початкового рівня.

Рис. 15.4. Загальна схема прямих і зворотних зв’язків, що беруть участь у регуляції артеріального тиску

Така генеральна схема регуляції кровотоку не виключає, природно, участі в останній і регіональних механізмів, що перерозподіляють у певних межах загальний кровотік між різними органами та системами залежно від їхньої потреби за такої діяльності організму. Локальними факторами, що можуть викликати розширення судин, є зниження рН і парціального тиску кисню, підвищення парціального тиску СО₂, виділення деяких інших продуктів метаболізму.

Гуморальні механізми регуляції кровотоку. Описаний вище ауторегуляторний гомеостатичний механізм, який використовує рефлекторні зворотні зв‘язки, тривалий час розглядався як основний механізм регуляції кровотоку. Проте останні дослідження показали, що він являє собою лише початкову, швидку ланку цього механізму. Крім нього, в підтриманні серцево-судинного гомеостазу беруть участь також інші механізми тривалої дії, що базуються на основі не нервового, а гуморального шляху передачі сигналів (тобто на використанні фізіологічно-активних сполук, які виділяються у кров при зміні параметрів кровотоку, розносяться ним по організму й досягають таким чином тих органів, які мають до них специфічну чутливість). Одним з них є ренін-ангіотензиновий механізм, суть якого в загальних рисах полягає в такому.

Основним компонентом цього механізму є фермент ренін. Ренін виробляється в юкстагломерулярних клітинах, розташованих в артеріолах ниркових клубочків (нирковим клубочком є кулеподібний початковий сегмент основної функціональної одиниці нирки – нефрону). У стані спокою ренін зберігається в цих клітинах, але за зменшення кровотоку в артеріях нирок (і за деяких інших обставин) виділяється з них у кровотік. У крові ренін розщеплює поліпептид ангіотензин, що також в виробляється в нирках. У результаті виникає менший поліпептид ангіотензин-1, який далі перетворюється на ангіотензин-2. Цей поліпептид має сильну судинозвужувальну дію. Крім того, він також збуджує центральні й периферичні симпатичні структури, внаслідок чого периферичний опір та артеріальний тиск підвищуються. Такий ефект розвивається дуже повільно (десятки хвилин) і триває довго без суттєвого послаблення.

Пізніше було знайдено ще один гуморальний фактор, що бере участь у функціонуванні цієї системи. Крім того, м‘язові клітини передсердя також виявляють гуморальну активність, синтезуючи й накопичуючи поліпептид, який одержав назву натрійуретичного фактора передсердя. Цей пептид виділяється у кровотік при розтягненні м‘язових волокон унаслідок переповнення передсердя кров‘ю. Після надходження у кров він переноситься з артеріальним кровотоком до різних органів, у тому числі й до нирок. Тут він якимось чином гальмує вироблення реніну, тобто протидіє появі пов‘язаної з останнім судинозвужувальної реакції. Цей пептид має також справляти пряму судинорозширювальну дію шляхом розслаблення гладеньких м‘язів великих артерій. Як наслідок, забезпечується пришвидшення відтоку крові від серця та попереджається розвиток у ньому застійних явищ.

Таким чином, гуморальний механізм регуляції кровотоку складений з інтегрованих підсистем, що контролюють одна одну. Завдяки цьому організм може ефективно регулювати його впродовж всього життя й підтримувати на належному рівні навіть у таких патологічних ситуаціях, як значна крововтрата. Гуморальні фактори, що беруть участь у регуляції кровообігу, водночас ефективно впливають на екскреторну функцію нирок – видалення ними води та солей. Тим самим регуляторні механізми тривалої дії можуть змінювати ще один важливий чинник кровообігу, який ми для спрощення взяли як сталий – об‘єм циркулюючої крові.