2.4. Особенности реализации доктрины профилактики вторичного повреждения мозга – физиологические факторы
Доктрина предупреждения вторичных патологических воздействий в приложении к мозгу имеет ряд особенностей и ограничений, связанных с физиологическими и анатомическими факторами. Влияние этих факторов вносит существенные поправки в принципы лечения поражений мозга по сравнению с коррекцией нарушений функций других органов.
2.4.1. Центральная регулирующая роль мозга и экстрацеребральные нарушения
К наиболее важным физиологическим факторам относится центральная регулирующая роль мозга. Выключение этого регулятора при ЧМТ вызывает серьезные и порой плохо управляемые нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы, легких, желудочно-кишечного тракта, почек, печени, иммунитета, коагуляции, электролитного и кислотно-основного баланса. К таким же эффектам могут приводить намеренные действия врача: введение седативных и наркотических средств, применение симпатомиметиков, гипотермии, барбитуратов, нейровегетативной блокады. Возникающие экстрацеребральные нарушения могут, в свою очередь, привести к нарушениям перфузии и оксигенации мозга, а также запускать еще не уточненные до конца механизмы церебральной дисфункции (например, аутоиммунные процессы, цитокиновый каскад и др.).
2.4.2. Гематоэнцефалический барьер и осмотическое давление
Следующим важным физиологическим фактором, определяющим специфику лечения поражений мозга является наличие гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Этот специальный механизм эволюционно создан для обеспечения автономности мозга от остального организма. Функция ГЭБ заключается в обеспечении строгого контроля проницаемости сосудов мозга для метаболитов, ионов и лекарственных средств. Данная функция осуществляется за счет плотных контактов между эндотелиальными клетками и меньших размеров пор в стенках мозговых сосудов по сравнению с сосудами других органов. Наличие мелких пор приводит к тому, что ГЭБ ведет себя как полупроницаемая мембрана в аппарате для гемодиализа, разделяющая среды с разной осмоляльностью. Понятие об осмолярности и осмоляльности настолько важно для нейрореаниматологии, что необходимо остановиться на нем подробнее.
Немного физиологии. Осмолярность – это осмотическое давление, создаваемое жидкостью, выраженное в концентрации осмотически активных веществ в единице объема раствора. Оно измеряется в осмолях или миллиосмолях на литр.
Осмолярность плазмы – это осмотическое давление, рассчитанное, исходя из концентрации осмотически активных агентов в объеме всей плазмы. Но плазма состоит из воды и сухого остатка (белки и липиды). Наличие сухого остатка снижает концентрацию осмотически активных агентов. Объем основного растворителя, воды, меняется в зависимости от температуры. В связи с этим более точной характеристикой осмотического давления крови является осмоляльность.
Осмоляльность – это то же давление, но выраженное в осмолях (миллиосмолях) на килограмм воды, то есть растворителя. Норма осмоляльности крови 280 - 295 мОсм/кг воды, мочи – 300 - 800 мОсм/кг воды (по мнению других исследователей – 300 - 400 мОсм/кг воды). Осмометры, аппараты, измеряющие осмотическое давление биологических жидкостей, измеряют именно показатель осмоляльности.
Факторами, определяющими осмоляльность крови, являются концентрация натрия, глюкозы, азотистых продуктов (в основном мочевины), а также уровень отсутствующих в норме (так называемых неизмеряемых) осмолей. К неизмеряемым осмолям относятся, например, спирты и маннитол.
Необходимо внести ясность в теоретические представления о коллоидно-осмотическом (онкотическом) и общем осмотическом давлении, а также о так называемых водных секторах. Вода в организме распределяется внутри и вне клеток. Соответвественно выделяют внутриклеточный сектор и внеклеточный. Внеклеточный сектор делят, в свою очередь, на внутрисосудистое и интерстициальное пространство.
Белки в норме не проникают через сосудистую стенку, поэтому объем их распределения – внутрисосудистое пространство. Обеспечиваемое белком давление называется онкотическим. Электролиты (важнейший из них натрий) проходят в норме через поры в сосудистой стенке, но не проникают через клеточные мембраны, поэтому объем их распределения – внеклеточное пространство (внутрисосудистое и интерстициальное) (рис. 2.6). Мочевина проникает через сосудистую стенку и клеточные мембраны и распределяется во всех водных секторах, вне- и внутриклеточных. Глюкоза не проходит через поры в сосудистой стенке, а активно захватывается эндотелиальными клетками и затем попадает в интерстициальное и внутриклеточное пространства (R.J. Hariri, J. Gyajar, 1993). Механизм этого процесса до конца еще не установлен.
Рис. 2.6. Проницаемость стенки периферического капилляра в норме
Создаваемое белком, глюкозой, электролитами и мочевиной суммарное давление называется общим осмотическим.
С точки зрения создания градиента осмоляльности между клеточным и внеклеточным водными секторами различают общую осмоляльность крови и эффективную. Эффективная осмоляльность (иначе называемая тоничностью) определяет градиент осмотического давления между вне- и внутриклеточным секторами. Электролиты и глюкоза вместе с мочевиной определяют общую осмоляльность, без мочевины – эффективную. Экзогенно вводимый концентрированный раствор мочевины, являясь гиперосмолярным, не создает осмотического градиента из-за свободного прохождения мочевиной большинства биологических мембран. Следовательно, раствор мочевины не является гипертоническим. В противоположность этому 20-25% раствор маннитола является и гиперосмолярным, и гипертоническим, так как распределяется только во внеклеточном пространстве.
Для расчета эффективной осмоляльности можно использовать следующую формулу:
2 · (натрий + калий) + глюкоза /20
Обращает на себя внимание, что в этой формуле не учитывается концентрация белка. Но ведь белки создают онкотическое давление, которое является частью общего осмотического?! Да, это так. Однако онкотическое давление настолько мало по сравнению с общим осмотическим, что при расчете эффективной осмоляльности концентрация белков не учитывается! Несмотря на простоту формулы, наличие неизмеряемых осмолей, которые могут значительно влиять на величину осмоляльности, делает предпочтительным прямое измерение осмоляльности крови.
Таким образом, содержание воды внутри сосудистого русла зависит от разницы концентраций белка в плазме крови и в интерстициальном пространстве, то есть от онкотического давления. Для поддержания внеклеточного объема жидкости принципиальной является разница концентраций электролитов и глюкозы во внутрисосудистом и интерстициальном пространстве, с одной стороны, и внутриклеточном пространстве – с другой. Иными словами, распределение воды между вне- и внутриклеточными секторами зависит от эффективного осмотического давления.
Исключением из этой схемы является гематоэнцефалический барьер, а также другие барьеры – между кровью и тканями щитовидной железы, хрусталика глаза и т.д. Электролиты не диффундируют через ГЭБ, поэтому разница между их концентрацией в крови и в интерстиции определяет степень гидратации интерстициального пространства мозга (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Проницаемость стенки церебрального капилляра в норме (гематоэнфефалический барьер сохранен)
Cодержание воды в мозге в большей степени зависит от изменений общей осмоляльности плазмы крови, чем от коллоидно-осмотического давления. Повышение уровня натрия в плазме крови всего на 1 мэкв/л вызывает увеличение градиента давления между сосудистым руслом и мозгом на 39 мм рт.ст. В то же время увеличение уровня плазменных белков с 40 до 80 г/л (в два раза!) повышает этот градиент только на 23 мм рт.ст. В связи с этим, в нейрореаниматологии при проведении инфузионной терапии важнейшим ориентиром является не уровень белка в плазме крови, а концентрация в ней натрия.