Сердечно-сосудистая система в условиях патологии.

При патологии любой системы и любого органа мы выделяем два типа реакций: 1) реакции повреждения, 2) реакции защиты, приспособления и компенсации. Если реакции повреждения имеют четкую зависимость от тех структур сердца, которые повреждаются, то приспособительные и компенсаторные механизмы представляют стандартный набор реакций и процессов, включающийся при различной патологии сердца, правда в зависимости от возможности их реализации они могут быть выражены в разной степени, а в отдельных случаях некоторые из них вообще отсутствовать.

Процессы компенсации при заболеваниях сердца.

Многие пациенты с различными формами заболеваний сердца в течение многих лет продолжают вести нормальную, умеренно активную жизнь. Люди со значительным (в смысле функции) клапанным дефектом часто ведут совершенно нормальную жизнь. Известны случаи, когда такие больные занимались большим спортом и даже становились Олимпийскими чемпионами. Таким образом, пациенты могут вести активный образ жизни, несмотря на заболевание сердца, ограничивающее их возможности до тех пор, пока у них в покое сохраняются какие-то резервы. Хотя определенная форма заболевания сердца может полностью истощить какой-то компонент резервов сердечно-сосудистой системы, остальные компоненты страдают в меньшей степени.

При оценке состояния каждого больного следует помнить о всех возможных механизмах компенсации, которые можно разделить на две большие группы: 1) кардиальные, 2) экстракардиальные.

Кардиальные приспособительные механизмы

I. Компенсаторная гиперфункция сердца

Кардинальное отличие компенсаторной гиперфункции сердца от гиперфункции, которая часто возникает в здоровом организме, определяется, во-первых, причиной (т.е. она возникает только при патологии), а во-вторых, длительности воздействия этиологического фактора. Гиперфункция, возникающая в процессе решения текущих физиологических задач, всегда является временной, преходящей, она прекращается вслед за решением физиологической задачи. Компенсаторная гиперфункция сердца является не только длительной, но и, что особенно важно, непрерывной, ибо возникающие в организме нарушения, как правило, необратимы и непрерывность компенсаторной гиперфункции является жизненной необходимостью.

Можно выделить два вида компенсаторной гиперфункции: при увеличении притока крови к желудочкам развивается преимущественно изотоническая гиперфункция (длина мышцы уменьшается, поперечный диаметр увеличивается, но напряжение мышечных волокон не меняется — характеризуются умеренным увеличением силы сокращения миокарда, умеренной его (гипертрофией и медленным темпом изнашивания), когда же создается препятствие оттоку крови из желудочка, развивается преимущественно изометрический тип гиперфункции (укорочение возбужденной мышцы произойти не может и ее сокращение выражается лишь развитием напряжения — характеризуется существенным увеличением силы сокращения миокарда, резко выраженной гипертрофией и относительно быстрым изнашиванием сердца и его регуляторных механизмов).

Компенсаторная гиперфункция осуществляется через ряд механизмов:

1. Повышение интенсивности функционирования мышечных структур сердца. — Ф. 3. Меерсон дает следующее описание механизмов данного явления. При предъявлении к сердцу повышенных требований интенсифицируется процесс возбуждения, что проявляется в увеличении степени деполяризации мембраны, следствием этого будет интенсификация реакций сопряжения и увеличенное освобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. Систолическое напряжение микрофибрилл возрастает, и развивается гиперфункция клетки. Увеличенное напряжение микрофибрилл влечет за собой дефосфорилирование АТФ с образованием АДФ. Возникает некоторый дефицит богатых энергией фосфорных соединений: креатин-фосфата, АТФ и увеличение концентрации продуктов их распада, что находит отражение в снижении потенциала фосфорилирования.

Создавшаяся ситуация приводит к активации гликолиза.

Недостаток энергии становится сигналом к активации генетического аппарата клетки, которая проявляется в первоочередном биосинтезе мембран митохондрий, в результате мощность синтеза АТФ увеличивается, и осуществляемая митохондриями выработка АТФ на единицу массы тканей возрастает. Затем развивается общая активация биосинтеза и строительства клеточных структур, в том числе сократительных, и рост клеток, миокардиоциты гипертрофируется и снижается интенсивность функционирования структур. Этот сдвиг означает снижение потребности АТФ на единицу массы клетки. В итоге этих двух сдвигов недостаток АТФ оказывается устраненным и развивается устойчивая адаптация.

На описанный процесс оказывает влияние ряд дополнительных факторов:

а) увеличение коронарного кровотока (повышение симпатических влияний приводит к расширению коронарных сосудов под влиянием норадреналина, что увеличивает поступление в миокард кислорода и веществ, необходимых для синтеза макроэргов и белка,

б) увеличение трофического влияния нервной системы. Норадреналин активирует окислительное фосфорилирование и гликолиз (повышает активность фосфорилазы), активирует аденозинтрифосфотазную активность миозина. При возбуждении блуждающего нерва отмечается уменьшение потребления миокардом кислорода, а также снижение интенсивности распада и ресинтеза АТФ.

При длительной компенсаторной гиперфункции сердца его нервная регуляция характеризуется прогрессирующим падением концентрации норадреналина в миокарде, трата которого не может быть компенсирована возросшим процессом синтеза и связывания этого медиатора в иннервирующих сердце симпатических нейронах, при сохранении нормальной концентрации ацетилхолина и реакции на раздражение блуждающего нерва. При этом синтез нуклеиновых кислот и белков в нейронах симпатической нервной системы оказывается недостаточным для того, чтобы обеспечить рост их массы и функциональной мощности, необходимых для нормальной нервной регуляции сердца. Главным следствием этого является уменьшение степени управляемости этого органа — снижение темпа и глубины мобилизации его сократительных функций при различных приспособительных реакциях организма.

2. Тоногениая дилятация сердца. Обеспечение нормального уровня центральной гемодинамики при любом патологическом воздействии на желудочек осуществляется прежде всего за счет механизма Франка-Старлинга. Увеличение конечного диастолического объема желудочка ведет при этом к более мощному его сокращению, а нарастание размера его полости позволяет выбрасывать больший объем крови с меньшей степенью укорочения циркуляторных волокон миокарда.

Наиболее вероятный механизм «длина-напряжение» состоит в том, что увеличение степени растяжения саркомеров миокарда до определенного предела меняет взаимоотношение актиновых и миозиновых нитей внутри саркомера таким образом, что возрастает либо количество актиномиозиновых связей, возникающих между ними, либо контрактильная сила, которую развивает каждая такая связь. При этом механизм Франка-Старлинга не регулирует скорость сокращения. Адаптивная роль механизма Франка-Старлинга состоит в том, что во-первых, увеличение числа функционирующих сократительных структур уменьшает 'нагрузку на каждую из них в отдельности, во-вторых, при работе сердца в постоянном ритме механизм Франка-Старлинги позволяет каждому желудочку независимо приспосабливать величину ударного объема от сокращения к сокращению, тем самым обеспечивая. Оптимальное распределение общего объема крови между легочными сосудами и сосудистым руслом большого круга кровообращения.

Действие механизма Франка-Старлинга (как и любого механизма компенсации) является фазовым. При повышенной нагрузке из двух его составляющих: сила сокращения и дилятация — на первом этапе выступает сила сокращения. Когда же миокард исчерпает свои резервы, на первый план выступает дилятация, которая из компенсаторной переходит в патологическую, что сопровождается возрастанием остаточного объема крови и конечного диастолического давления.

3. Гипертрофия мышцы сердца. Под гипертрофией миокарда понимают увеличение массы сердца свыше нормальных пределов для данного возраста, пола и массы тела. Такое увеличение массы обычно развивается как компенсаторная реакция на возрастающую нагрузку на сердце. При этом различают физиологическую (или рабочую) и патологическую гипертрофию.

При физиологической гипертрофии масса сердца увеличивается пропорционально развитию скелетной мускулатуры, что имеет место у лиц, занижающихся физическим трудом, спортом, у артистов балета.

Патологическая гипертрофия характеризуется увеличением массы сердца вне зависимости от развития скелетной мускулатуры. Оно может быть следствием врожденных аномалий, приобретенных клапанных пороков, заболеваний легких (легочное сердце), системной гипертензии, различных эффектов лекарственных препаратов и гормонов (тиреоидных гормонов, соматотропного гормона, катехоламинов) или невыясненных причин, как в случае кардиопатий.

Гипертрофия миокарда может быть концентрической (нагрузка давлением, для камер характерны толстые стенки и нормальный или уменьшенный объем) и эксцентрической (нагрузка объемом, камеры сердца имеют большой объем, стенки вариабельной толщины).

Гипертрофию миокарда можно разделить на симметричную и асимметричную. Для большинства случаев заболеваний сердца степень гипертрофии в различных участках данной камеры сердца одинакова (симметричная гипертрофия). Исключением является гипертрофическая кардиомиопатия, при которой межжелудочковая перегородка утолщается в значительно большей степени, чем свободные стенки обоих желудочков.

Выделяют три стадии гипертрофии миокарда:

(а) стадия развития гипертрофии, характеризующаяся активным синтезом новых клеточных компонентов;

(б) стадия стабильной гиперфункции или компенсаторной гипертрофии;

(в) стадия истощения клеток, при которой происходит ухудшение работы сердца, а в кардиомиоцитах развиваются различные дегенеративные изменения (Ф. 3. Меерсон).

До определенных пределов, известных как критическая масса (500 г), считается, что гипертрофия миокарда человека обусловлена увеличением размера самих кардиомиоцитов. Гипертрофия кардиомиоцитов является ответом на повышение совер шаемой ими работы, что может быть следствием ряда причин: 1) перегрущ, давлением из-за внутрижелудочковой или системной гипертонии; 2) перигрузки объемом из-за наличия предсердно-желудочкового шунта, другие дефектов структур сердца (например, пороки сердца) или гиперволемии; 3) постоянно повышенной частоты сердечного ритма; 4) локального повреждения миокарда, вызванного острой или хронической ишемией или инфнекцией, нарушением питания или гормональной регуляции, а также динамит кой или изометрической физической нагрузкой.

Существует мнение, что гипертрофия представляет собой компенсаторный механизм, позволяющий удовлетворить на какое-то время повышенные требования организма к сердцу как насосу, а когда гипертрофия оказывается недостаточной, развивается сердечная недостаточность. При этом ряд факторов особенно важны для развития гипертрофии: напряжение стенки желудочков, продолжительность такого напряжения, природа инициирующего фактора, в каком желудочке (правом или левом) развивается гипертрофия, а также вид, возраст и общее состояние здоровья животного или человека.

Чрезмерная нагрузка на сердце вызывает увеличение напряжения в стенках и давления, оказываемого на кардиомиоциты, а также большую степень растяжения мышечных волокон. Растяжение, сопровождающееся увеличением механического напряжения волокон, ускоряет процесс транскрипции и синтеза белков. В последние годы в инициации гипертрофии кардиомиоцитов важное место отводится содержанию цАМФ. Многие из факторов, вызывающих гипертрофию, могут действовать, как прямо на ядро, так и опосредованно через следующую последовательность событий: кальций, выходящий из саркоплазматического ретикулума, может увеличивать концентрацию цАМФ и фосфорилирование белков. Такое повышение уровня цАМФ и его влияние на фосфорилирование белков способны увеличивать синтез белков. Эта последовательность событий может быть опосредована освобождением норадреналина из нервных окончаний или же модулироваться под действием норадреналина.

Большая часть прироста массы кардиомиоцитов при гипертрофии миокарда связана с увеличением числа митохондрий и миофибрилл. Однако количественные соотношения между этими двумя компонентами могут сильно варьировать в зависимости от причин и стадии гипертрофии. При этом доля клеточного объема, занимаемого миофибриллами, обычно увеличивается, а доля клеточного объема, занимаемого митохондриями, существенно уменьшается. Это свидетельствует о том, что количество органелл, поставляющих энергию, может снижаться по отношению к сократительному аппаратта и таким образом приводить к развитию сердечной недостаточности. Развитию сердечной недостаточности способствует и то, что и ее гипертрофии не затрагивает коронарные сосуды, которым обеспечивать питанием возросшую массу сердечной мышцы, вследствие чего увеличения массы кардиомиоцитов значительно уменьшает плотность капилляров, что ухудшает кровоснабжение клеток; 2) увеличение объема гипертрофированных мышечных волокон приводит к уменьшению удельной поверхности клеток, а значит ухудшению поступления в них питательных веществ и выделения продуктов обмена; 3) нервный аппарат сердца и его проводящая система не подвергаются заметной гипертрофии, что ухудшает условия нервной регуляции сердечной мышцы. Гипертрофированные кардиомиоциты существенно изменяют свои электрофизиологические свойства, что в конечном счете отражается и на их сократительной способности.

Понижение концентрации кальция в околомиофибриллярном пространстве

При расслабление гипертрофии отмечается уменьшение плотности медленного входящего тока. Это может быть следствием снижения числа активируемых медленных каналов на единицу площади сарколеммы или снижением вероятности открытия медленных каналов. Возможно здесь задействованы оба фактора. Уменьшение плотности медленного входящего тока приводит к меньшему, чем в нормальных условиях, освобождений числа ионов кальция из саркоплазматического ретикулума. В результате концентрация ионов-активаторов сокращения будет ниже, чем при возбуждении неизмененной клетки. Для максимального освобождения кальция, особенно из удаленных отделов саркоплазматического ретикулума, необходима более высокая разность потенциала на мембране гипертрофированной клетки. Таким образом, электрический сигнал (в виде потенциала или тока), генерируемый в ходе потенциала действия в гипертрофированном миокарде, даже если имеет нормальную амплитуду, будет восприниматься саркоплазматическим ретикулумом, как сигнал с меньшей амплитудой, и, значит, меньше ионов кальция будут освобождаться из саркоплазматического ретикулума и в меньшей степени будут активизироваться сократительные белки.

На силу сокращения наряду с максимальной величиной медленного входящего тока существенное влияние оказывает уровень потенциала действия. Природа взаимосвязи между сокращением и потенциалом действия сложна и зависит от вида животного и экспериментальных условий. При гипертрофии отмечаются нормальная или несколько повышенная сила сокращения, скорость укорочения уменьшается, время до пика сокращения и до пика укорочения увеличивается. Длительность же потенциала действия возрастает вследствие удлинения фазы плато. Это удлинение потенциала действия в гипертрофированном миокарде может увеличивать длительность сократительного цикла, что будет способствовать поддержанию силы сокращения на обычном уровне, несмотря на уменьшение скорости укорочения или развития силы сокращения.

Однако, как только длительность потенциала действия достигает определенной величины, ее дальнейшее увеличение уже не влияет на активное развитие силы (сокращение).

Гипертрофия желудочков сопровождается удлинением потенциала действия во всех миокардиальных тканях, что приводит к стабильному уменьшению амплитуды Т-волны. Изменение Т-волны на ЭКГ может быть следствием разной длительности потенциалов действия в эндокарде и эпикарде. Чрезвычайно важной проблемой при гипертрофии миокарда является вопрос обратимости описанных изменений. Многими исследователями было показано, что при снятии чрезмерной нагрузки давлением или объемом в гипертрофированном миокарде происходит быстрое обратное развитие изменений, вызванных гипертрофией. Будет ли регрессия полной или частичной, по-видимому, зависит от степени гипертрофии, а также от возраста и общего состояния здоровья животного или человека. Однако сократимость обычно полностью не восстанавливается. Последнее может быть связано с тем, что изменения, происходящие в соединительной ткани, по-видимому, не регрессируют так же легко, как изменения массы миокарда. Возможно, при гипертрофии происходят некоторые необратимые биохимические и структурные изменения.

4. Миогенная дилятация. На этой стадии снижается интенсивность синтеза нуклеиновых кислот и белков в гипертрофированном миокарде, что становится причиной нарушения обновления сократительных структур — миофибрилл и энергообразующих структур — митохондрий. В результате, с одной стороны, развивается падение АТФ-азной активности миофибрилл и их способности сокращаться при взаимодействии с АТФ, а с другой — происходит деструкция и уменьшение массы митохондрий, снижение активности митохондриальных ферментов и некоторое снижение креатинфосфата и АТФ. Следствием этих изменений является постепенная атрофия части мышечных волокон и распада других волокон, прогрессирующий кардиосклероз, сочетающийся с еще большей гипертрофией уцелевших волокон. Сократительная способность миокарда падает, а расширенные полости сердца выполняют больше роль резервуара крови — это один из последних механизмов кардиальной компенсации.