3 курс / Патологическая физиология / Учебник Атаман Патфиз

"К а л ь ц и е в ы й п а р а д о к с" - это экспериментальный фено­

мен, который развивается после того, как в бескальциевый раствор,

которым перфузировали сердце в течение нескольких минут, вносят

ионы кальция. При этом развивается необратимое повреждение мио­

карда: уменьшается содержание АТФ и креатинфосфата, из кардио­

миоцитов выходят белки, в том числе ферменты (миоглобин, креатин­

киназа), разрушается саркоплазматический ретикулум.

" Кальциевый парадокс" сегодня объясняют тем, что в бескальцие­

ция в саркоплазме, что "запускает" кальциевые механизмы повреждения

(см. разд. 1 1).

27. 36. Какие факторы Влияют на состояние кальциевых ка­ налов сарколеммы кардиомиоцитов? Чем могут быть обу­ словлены их активация и блокада?

В сарколемме кардиомиоцитов имеются потенциалзависимые мед­ ленные Са-каналы. Это белковые молекулы, вмонтированные в плаз­ матическую мембрану, способные пропускать через себя ионы кальция в том случае, когда они открыты. Открытие Са-каналов происходит при деп011яризации мембраны. Открываться способны не все имею­

щиеся каналы, а только те, которые фосфорилированы (активи­ рованы).

Под а к т и в а ц и ей С а - к а н ал о в понимают их фосфорилиро­

вание, в результате чего увеличивается количество Са-каналов, спо­ собных открываться при возникновении потенциала действия. В осно­

ве фосфорилирования Са-каналов лежит увеличение концентрации

цАМФ в саркоплазме мышечных волокон. Все факторы, вызывающие

образование цАМФ, ведут к активации Са-каналов. К таким факторам,

(ингибиторы фосфодиэстеразы).

С активацией Са-каналов связан положительный инотропный эф­ фект катехоламинов. Он представляется следующим образом: катехо­ ламины -+ активация [3-адренорецепторов -+ активация аденилатцикла­

зы -+ образование цАМФ -+ активация протеинкиназ -+ фосфорилиро-

377

вание Са-каналов сарколеммы -+ увеличение поступления Са2+ в сар­ коплазму во время потенциалов действия -+ увеличение концентрации Са2+ в саркоплазме -+ увеличение силы сокращений сердца.

В условиях б л о к а д ы С а - к а н а л о в уменьшается поступление

ионов Са в саркоплазму кардиомиоцитов и, следовательно, уменьшает­ ся сила сердечных сокращений.

Блокаду Са-каналов вызывают:

а) эндогенные факторы - дефицит АТФ, дефицит цАМФ, ионы

водорода (ацидоз);

б) экзогенные факторы - двувалентные ионы (Ni2+, Сон, Mn2+),

некоторые трехвалентные ионы (La3+), органические соединения, при­ меняющиеся в практической медицине (верапамил, нифедипин и др.).

27. 37. Какие факторы влияют на состояние систем удале­ ния ионов кальция из кардиомиоцитов и, как следствие, на силу сердечных сокращений?

К таким факторам относятся:

а) сердечные гликозиды - фармакологические препараты расти­ тельного происхождения, повышающие силу сокращений сердца (пре­ параты дигиталиса, строфантин и др.);

б) эндогенные диzиталисподобные и строфантиноподобные факто­

ры. Открыты недавно. Считают, что сердечные гликозиды, давно ис­ пользуемые в медицине, имитируют действие эндогенных естествен­ ных факторов. Физиологическое значение последних сегодня еще не установлено.

Механизм действия сердечных гликозидов и подобных им эндо­

генных факторов связан с угнетением активности Nа-К-АТФ-азы кар­ диомиоцитов. Следствием этого является нарушение работы Nа-К-на­ сосов сарколеммы, уменьшение градиента концентраций ионов Na+ по обе стороны плазматической мембраны мышечных волокон. Это при­ водит к нарушению Nа-Са-обменного механизма в кардиомиоцитах, в

результате чего уменьшается удаление Са2+ из саркоплазмы во внекле-

.точную среду и увеличивается внутриклеточная концентрация Са2+. Последнее и обусловливает увеличение силы сердечных сокращений.

27. 38. От чего зависит сила сокращений отдельных кардио­ миоцитов?

На силу сокращений мышечных волокон сердца влияют:

1) концентрация ионов Сан в саркоплазме. Зависимость здесь сле­

дующая: чем выше содержание Са2+ в саркоплазме, тем больше обра­

зуется комплексов Са2+ с тропонином С, тем больше освобождается центров связывания (активных центров) на актиновых миофиламен-

378

тах, тем больше образуется "мостиков" между актином и головками миозина, тем большей будет сила сокращения мышечного волокна. При уменьшении концентрации Са2+ в саркоплазме -наосорот;

2) степень сродства тропонина С к ионам кальция. Ионы водоро­ да и неорганического фосфата, связываясь с тропонином С, делают

невозможным взаимодействие этого белка с Са2+, в результате чего си­

ла сокращений кардиомиоцитов уменьшается;

3) состояние сократительных белков - актина и .миозина. Боль­ шое значение имеет взаиморасположение актиновых и миозиновых миофиламентов. Оно лежит в основе зависимости, определяемой зако­ ном Франка-Старлинга. При очень сильном растяжении мышечных

волокон количество образующихся актомиозиновых "мостиков" умень­ шается - указанный закон не "срабатывает", сила сокращений сердца

падает;

4) концентрация АТФ, энергия гидролиза которого обеспечивает

скольжение мышечных филаментов относительно друг друга.

27.39. Что лежит в основе расслабления кардиомиоцитов?

Какие механизмы обеспечивают удаление ионов кальция из саркоплазмы волокон миокарда? Что может быть причиной нарушений расслабления сердечной мышцы?

Основной процесс, определяющий р а с с л а б л е н и е к а р д и о -

м и о ц и т о в, - это удаление ионов кальция из саркоплазмы, в ре­ зультате чего концентрация Са2+ в ней уменьшается и становится ни­

же 1 0-7 моль/л. При этом комплексы Са2+ с тропонином С распадают­ ся, тропомиозин смещается по отношению к актиновым филаментам и

закрывает их активные центры - сокращение прекращается.

Существует три механизма у д а л е н и я и о н о в С а 2 + и з с а р к о п л а з м ы кардиомиоцитов:

1)Са-насосы плазматической мембраны и саркоплазматическоzо

ретикулума. Удаляют Са2+ во внеклеточную среду и цистерны сарко­

плазматического ретикулума. Составной их частью является Са-АТФ­ аза, которая для осуществления активного транспорта ионов Са2+ ис­ пользует энергию АТФ;

2)Nа-Са-обменный механизм. Удаляет ионы Са2+ во внеклеточ­ ную среду. Является разновидностью вторичного активного транспор­ та (антипорта). Использует энергию градиента концентраций ионов натрия по обе стороны плазматической мембраны, поэтому зависит от работы Nа-К-насоса, создающего этот градиент;

3)Са-аккумулирующая функция митохондрий. Активируется

только при значительном повышении содержания ионов Са2+ в сарко­

плазме, что чаще всего бывает в условиях патологии. Удаление Са2+ из

379

саркоплазмы в матрикс митохондрий происходит за счет энергии, ос­ вобождающейся в процессе транспорта электронов по дыхательной це­ пи. Использование этой энергии на активный транспорт ионов Са2+ в митохондрии является альтернативой окислительному фосфорилиро­ ванию.

ди о м и о ц и т о в являются:

а) дефицит АТФ. При этом нарушается энергообеспечение Са- и

Nа-К-насосов, а также не происходит расщепление образовавшихся в процессе сокращения актомиозиновых "мостиков";

б) нарушение работы Са-транспортирующих систем. Известны

наследственно обусловленные дефекты белков Са-насосов, приводя­ щие к развитию кардиопатии.

Нарушения расслабления кардиомиоцитов проявляются развити­ ем мышечных контрактур.

21. 40. Каково значение А ТФ в обеспечении функций клеток миокарда? Чем могут быть обусловлены нарушения энерге­ тического обмена в сердечной мышце?

Энергия гидролиза АТФ в функционирующих кардиомиоцитах

обеспечивает:

1) механическую работу сокращений миофибрилл (скольжение

миофиламентов относительно друг друга);

2) осмотическую работу - активный транспорт ионов Са2+, Na+,

к+ против градиентов концентраций (работа ионных насосов);

3) фосфорwтрование белков Са-каналов, фосфоламбана (белка

Са-насосов саркоплазматического ретикулума).

Расстройства энергообеспечения кардиомиоцитов могут быть свя­ заны с нарушениями:

а) ресинтеза АТФ (гипоксия, голодание, дефицит витаминов, уменьшение активности ферментов энергетического обмена);

б) транспорта АТФ из митохондрий к местам его использования (нарушения креатинкиназной транспортной системы);

в) утилизации АТФ (уменьшение АТФ-азной активности струк­ тур кардиомиоцитов).

27. 41. Дайте сравнительную характеристику гипо- и гипер­ кальциевого вариантов недостаточности сердца.

Современный уровень знаний о молекулярных механизмах сокра­

тительной функции сердца позволяет выделить два принципиально

разных патогенетических варианта недостаточности сердца: гипокаль­ циевый и гиперкальциевый, для которых характерно соответственно

380

уменьшение и увеличение концентрации ионов Са2+ в саркоплазме

кардиомиоцитов.

Гипокальциевый вариант развивается в результате нарушений возбуждения и электромеханического сопряжения в волокнах мио­

карда. Это бывает при аритмиях (брадикардии разного происхож­

дения, блокады), кратковременной ишемии миокарда (нарушается фосфорилирование Са-каналов в результате дефицита АТФ), аци­

дозе (блокада Са-каналов ионами водорода), гипокальциемии. Про­

является уменьшением силы сердечных сокращений. Основной

принцип лечения - повышение содержания ионов Са2+ в саркоплаз­ ме кардиомиоцитов во время систолы сердца. Для этого используют:

а) сердечные гликозиды; б) катехоламины и -адреномиметики;

в) парные электрические стимулы.

Гиперкальциевый вариант развивается в результате усиленного

поступления ионов Са2+ в саркоплазму кардиомиоцитов из внеклеточ­ ной среды (все виды повреждения сарколеммы, при которых повыша­ ется ее проницаемость) или вследствие нарушений удаления Са2+ из саркоплазмы (дефицит АТФ, нарушения функции Са-транспортиру­ ющих систем). Проявляется развитием контрактуры (пересокращения) миофибрилл, в результате чего становится невозможным расслабление мышечных волокон, а следовательно, и последующее их сокращение. Основной принцип лечения - уменьшение содержания ионов Са2+ в

саркоплазме кардиомиоцитов. Для этого используют: а) -адренобло­ каторы; б) блокаторы Са-каналов.

27. 42. Когда развивается внемиокардиальная недостаточ­

ность сердца? Какие компенсаторные механизмы включа­ ются при этом?

В н е м и о к а р д и а л ь н а я н е д о с т а т о ч н о с т ь развивается в тех случаях, когда к сердцу притекает мало крови по венам или когда оно не в состоянии принять всю притекающую кровь. Первое наблю­

дается при гиповолемии (кровопотеря) или резком расширении сосудов

(коллапс), второе - при накоплении жидкости в полости перикарда, что вызывает затруднение расширения полостей во время диастолы.

Накопление жидкости в полости перикарда может происходить быстро и медленно. Быстрое накопление происходит вследствие кро­ воизлияния при ранении или разрыве сердца, при быстроразвиваю­ щемся перикардите. Из-за плохой растяжимости перикарда в полости повышается давление, препятствующее диастолическому расширению

сердца, возникает острая тампонада сердца. В эксперименте этот про­

механизмы, которые при этом возникают. Прежде всего, уменьшается кровенаполнение полостей серд­ ца, снижаются ударный объем и артериальное дав­ ление. Между этими показателями и внутрипери­ кардиальным давлением имеется четкая обратная зависимость: чем больше внутриперикардиальное давление, тем ниже артериальное. Венозное давле­ ние при этом повышается.

Включение компенсаторных механизмов при

перикардите происходит рефлекторно с участием

сигналов, поступающих из трех рецепторных полей:

1) отверстий полых и легочных вен - повышенным

давлением на путях притока; 2) аорты и сонных си­ нусов (синокаротидные зоны) - снижением давления на путях оттока и последующим уменьшением депрессорного эффекта; 3) перикарда,

раздражаемого повышенным внутриперикардиальным давлением. При перерезке блуждающих и депрессорных нервов, а также при выключе­ нии рецепторных полей с помощью новокаина приспособительные ме­ ханизмы не включаются и нарушения кровообращения протекают на­ много тяжелее. При тампонаде сердца мобилизация мощных механиз­ мов компенсации, которые ведут к усилению сокращений сердца (го­ мео- и гетерометрические механизмы, инотропный эффект катехола­ минов), малоэффективна или невозможна. Поэтому работает только сравнительно маломощный и энергетически расточительный механизм компенсации и поддержания артериального давления - учащение со­ кращений сердца, к которому затем подключается сужение перифери­ ческих сосудов. Этим и объясняется тяжелое клиническое течение острой тампонады сердца.

При более медленном накоплении жидкости в перикарде работа компенсаторных механизмов оказывается более эффективной; повы­ шение внутриперикардиального давления в течение некоторого време­

ни может компенсироваться. Медленное накопление жидкости, кото­ рое наблюдается при хроническом экссудативном перикардите и гид­ роперикарде, сопровождается постепенным растяжением перикарда и увеличением объема околосердечной сумки. Вследствие этого внутри­ перикардиальное давление изменяется сравнительно мало, а наруше­ ние кровообращения не возникает длительное время.

27. 43. Какие изменения показателей кардио- и гемодинамики характерны для недостаточности сердца?

При декомпенсации сердца показатели кардиодинамики изменяют­ ся следующим образом:

382

1)уменьшается сердечный выброс (ударный объем);

2)увеличивается конечносистолический обьем;

3)увеличивается конечнодиастолический обьем;

4)увеличивается конечнодиастолическое давление, в результате

чего развивается миогенная дилатация сердца (расширение его по­

лостей); 5) уменьшение сердечных индексов, т.е. показателей, характери­

зующих сократительную активность сердца. Среди них большое зна­

чение имеет снижение dP/dt111ax - максимальной скорости прироста

давления во время периода изоволемического сокращения;

6) увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия). Раз­ вивается рефлекторно в результате возбуждения рецепторов устья пе­ реполненных кровью полых вен (рефлекс Бейнбриджа). Имеет также значение непосредственное возбуждение клеток синусно-предсердного узла в результате повышения давления крови в полости правого пред­

сердия. Расстройства гемодинамики характеризуются следующими изме­

нениями:

1)уменьшается минутный обьем крови;

2)если недостаточность сердца развивается по левожелудочково­

му типу, то:

а) уменьшается артериальное давление в большом круге кровооб­ ращения;

б) увеличивается общее периферическое сопротивление (реакция,

направленная на уменьшение падения артериального давления);

в) увеличивается давление крови в малом круге кровообращения -

гипертензия малого круга, приводящая к застою крови в легких; 3) если недостаточность сердца развивается по правожелудочко­

вому типу, то:

а) уменьшается артериальное давление в малом круге кровообра­ щения;

б) увеличивается сопротивление сосудов малого круга; в) увеличивается центральное венозное давление - застой крови в

большом круге кровообращения;

4) увеличивается обьем циркулирующей крови - развивается гu­

перволемия. Она является результатом задержки воды в организме и полицитемии.

27. 44. Какими клиническими синдромами и признаками прояв­ ляется недостаточность сердца?

1. Циркуляторная гипоксия (см. разд. 19).

2. Одышка. В ее развитии имеют значение:

383

а) влияние избытка ионов водорода на хеморецепторы сосудов и

непосредственно на дыхательный центр; б) отек интерстициальной ткани легких и связанное с этим воз­

буждение ]-рецепторов.

3.Цианоз. Обусловлен увеличением концентрации восстановлен­ ного гемоглобина в результате более полного извлечения кислорода тканями.

4.Отеки. При правожелудочковой недостаточности развиваются отеки нижней половины тела; при левожелудочковой - интерстици­ альный отек легких (синдром сердечной астмы) или альвеолярный отек (синдром отека легких).

5. Кардиальный цирроз печени. Характерен для правожелудочко­

:вuй недостаточности сердца. Проявляется нарушениями функции пе­ чени и синдромом портальной гипертензии (см. разд. 3 1).

6. Нарушения кислотно-основного состояния. Возможны следую­

щие их варианты:

а) негазовый ацидоз - в крови накапливаются кислые продукты

обмена веществ, в частности, молочная кислота. Является отражением гипоксии; б) газовый ацидоз - может быть проявлением альвеолярного оте­

ка легких. В результате развивающейся недостаточности внешнего ды­ хания возникает гиперкапния;

в) негазовый алкалоз - может быть результатом вторичного гипе­

ральдостеронизма и обусловленной им гипокалиемии;

г) газовый алкалоз - может быть следствием рефлекторной одыш­

ки, которая приводит к гипокапнии.

7.Вторичный гиперальдостеронизм (см. разд. 33). Обусловливает электролитные нарушения в организме - гипернатриемию, гипергид­

рию, гипокалиемию.

8.Полицитемическая гиперволемия (см. разд. 26.1).

27.45. Какими особенностями характеризуется венечное

кровообращение в сердце?

1 . Высокий уровень экстракции кислорода в капиллярах сердца. В

сердце экстрагируется 70-75% 02, поступающего с артериальной кро­

вью, в то время как в тканях головного мозга - 25%, в скелетных

мышцах и печени - около 20%, в почках - 1 0%. Высокий уровень из­

влечения 02 в сердце объясняется значительной длиной его капилля­ ров и большим в связи с этим временем контакта крови со стенкой

капилляров.

При увеличении потребности сердца в кислороде она не может быть удовлетворена увеличением экстракции 02 (как в скелетных

384

мышцах), поскольку последняя и так является максимально возмож­

ной в состоянии покоя. Поэтому для обеспечения возросших энерге­

тических потребностей сердца остается только один путь - увеличе­ ние венечного кровотока.

2. Высокий базальный тонус венечных сосудов. Он дает возмож­

ность в состоянии покоя обеспечивать венечный кровоток на уровне 250-300 мл/мин, что составляет около 5% минутного объема крови.

Высокий базальный тонус венечных сосудов обусловливает высо­

кий резерв коронарного кровообращения. Так, при уменьшении ба­ зального тонуса сосудов сердца интенсивность венечного кровотока может возрастать в 7- 1 О раз.

3. Фазный характер венечного кровотока, связанный с периодами сердечного цикла. Во время систолы происходит сдавление интраму­ ральных сосудов - кровоток минимальный и составляет около 1 5% общего венечного кровотока. Во время диастолы сдавление сосудов прекращается и кровоток становится максимальным (около 85% об­ щей величины).

Фазность венечного кровотока наиболее выражена в субэндокар­ диальной зоне миокарда (наибольшее сдавление сосудов) и наименее выражена - в субэпикардиальной зоне.

4. Подчиненность венечного кровообращения метаболическим по­ требностям сердца и относительная независимость его от нервных

регуляторных влияний. В условиях патологии эта подчиненность часто

нарушается и возрастает чувствительность венечных сосудов к нерв­ ным импульсам.

5.Исключительно высокая чувствительность венечных сосудов к

уменьшению напряжения кислорода в крови. Уменьшение р02 артери­ альной крови всего лишь на 5% существенно увеличивает интенсив­

ность венечного кровотока.

6.Недостаточное развитие коллатеральных сосудов. При неблаго­

приятных условиях коллатерали в сердце не могут компенсировать

нарушения венечного кровотока, поэтому коллатеральное кровообра­ щение здесь является функционально неполноценным.

27.46. Как осуществляется регуляция венечного кровообра­

щения?

1.Миогенная ауторегуляция. Ее основу составляет закон Бейлиса,

всоответствии с которым при растяжении гладких мышц кровеносных

сосудов увеличивается сила их сокращения.

Миогенная ауторегуляция обеспечивает постоянство венечногоауторегуляцию, метаболическую и нервную регуляцию.

385