Учебники / Адо

/

Глава 17. Патологическая физиология кровообращения

17.1.Краткие сведения

офункции сердечно-сосудистой системы

Деятельность разных отделов сердечно-сосудистой системы (сердце, артерии, капилляры и вены) обеспечивает сложный и жизненно важный процесс — кровообращение. Благодаря этому происходят снабжение кислородом клеток, тканей, органов, доставка питательных веществ, а также удаление продуктов тканевого обмена.

Система кровообращения обеспечивает распространение большого количества нейрогуморальных, вазоактивных соединений, оказывающих влияние на другие органы. Движущей силой кровообращения, прежде всего является сердце, которое выполняет главным образом насосную функцию. Интеграция насосной функции четырех камер сердца, представляющая собой последовательное сокращение предсердий и желудочков, способствует кровенаполнению артерий.

Кровь возвращается по венозной системе к правому предсердию и правому желудочку. Затем неоксигенированная кровь накачивается в легочную артерию и легкие, и обогащенная кислородом кровь из легких поступает в левое предсердие.

Сила сердечного сокращения, сообщенная волне крови, частично расходуется на растяжение артерий, которые обладают эластичностью, поэтому сокращаются до восстановления своего первоначального состояния, сообщая волне крови давление для дальнейшего продвижения по артериальной системе. Этому движению способствует также и сила, действующая по закону передвижения жидкости — из области более высокого давления в зону более низкого. Пропульсивная сила сердца в виде прерывистого тока крови еще заметна в аотериолах, но в капиллярах она исчезает и движение крови становится равномерным. В этой зоне артериальное русло переходит в венозное. В капиллярах осуществляются все процессы обмена между кровью и тканями.

Сокращение камер сердца координируется благодаря наличию в них специализированных клеток, образующих синусовый и предсердно-же- лудочковый узлы, а также проводящую систему (внутрипредсердные пучки, пучок Гиса, волокна Пуркинье). Наибольшей активностью обладают клетки синусового узла и поэтому в норме он является водителем ритма сердца. Это связано с тем, что клетки водителя ритма отличаются от клеток сократительного миокарда. При регистрации внутриклеточного по-

398

тенциала действия в клетках синусового и предсердно-желудочкового узла быстрая фаза (фаза 0) выражена слабо, но фаза 4 (деполяризация клетки) ускорена. Данные отличия обусловлены наличием в этих клетках специализированных натриевых и кальциевых ионных каналов (Na+lf, Са2+- Т). Возникший в синусовом узле импульс электрической активности распространяется по предсердиям со скоростью 1 м/с, но затем в пред- сердно-желудочковом узле скорость замедляется до 0,05 м/с. Непосредственно от предсердий импульс в норме не может распространиться на миокард желудочков, минуя предсердно-желудочковый узел, так как предсердия и желудочки разделены фиброзным кольцом, не обладающим проводимостью. В пучке Гиса скорость проведения возбуждения достигает 1 м/с, а в волокнах Пуркинье — 4 м/с.

Направление тока крови во время систолы или диастолы предсердий и желудочков обеспечивается клапанным аппаратом (двухстворчатым, трехстворчатым, аортальным клапаном и клапаном легочной артерии).

Сердечный цикл начинается с сокращения предсердий. Систола предсердий происходит в третью фазу диастолы желудочков и обеспечивает дополнительное их наполнение. В конце их диастолы митральный и трикуспидальный клапаны закрываются, затем следует короткий период изоволемического сокращения желудочков. В это время все клапаны закрыты и нарастает внутрижелудочковое давление. Когда давление в желудочках достигает уровня давления в аорте и легочной артерии, открываются аортальные клапаны, клапаны легочной артерии и кровь из желудочков изгоняется. После завершения сокращения начинается расслабление миокарда желудочков и в тот момент, когда давление в их полостях становится ниже, чем в аорте или легочной артерии, аортальные клапаны и клапаны легочной артерии закрываются. Во время систолы желудочков кровь накапливается в предсердиях. В диастолу желудочков в первой ее фазе (изоволемическое расслабление) активно расслабляется миокард желудочков и давление в них быстро снижается. В тот момент, когда оно становится ниже, чем в предсердиях, открываются митральный и трикуспидальный клапаны. В первую фазу диастолы желудочков из предсердий поступает около 70 % всего объема крови, которая наполняет их во время всей диастолы. В среднюю фазу диастолы поступление крови замедляется. В третью фазу диастолы желудочков возникает систола предсердий и начинается новый сердечный цикл.

Анализ взаимоотношения между временем и давлением, между давлением и объемом во время сердечного цикла позволяет оценивать функцию сердца, в частности сердечный выброс, ударный объем. Ударный объем — это количество крови, изгоняемое из желудочков во время систолы. Сердечный выброс является производной величиной, определяемой частотой сердечного ритма и ударным объемом.

Ударный объем зависит от сократимости миокарда, а также от величины показателя преднагрузки и постнагрузки. Сопротивление, против которого сердце выполняет работу, называют термином «постнагрузка», увеличение которой вызывает снижение ударного объема. Термин «пред-

399

нагрузка» означает объем крови, который находится в желудочках в конце диастолы. В норме миокард желудочков сокращается по принципу: чем больше растяжение (больше объем крови), тем сильнее сокращение (закон Франка—Старлинга).

Таким образом, если сердце — главный двигатбль транспорта кислорода к тканям, то функция артерий, капилляров и вен обеспечивает надлежащий уровень артериального давления, необходимого для функции всего аппарата кровообращения, а также для распределения крови по системам и органам по мере их потребности в кислороде

Атеросклероз — наиболее распространенная причина, вызывающая расстройства функций сердца и основных сосудов, поэтому первый раздел главы анализирует вопросы патогенеза атеросклероза.

17.2. Атеросклероз

Атеросклероз — это прогрессирующее поражение крупных артерий эластического и мышечно-эластического типа, которое возникает в результате воздействия многих факторов и характеризуется накоплением в определенных участках стенки артерии липидов, пролиферацией гладкомышечных клеток, появлением макрофагов, образованием большого количества матрикса соединительной ткани. Атеросклеротические изменения проявляются образованием жировых полосок, утолщением интимы, формированием атеросклеротических (фиброзных) бляшек.

Жиродые полоски начинают формироваться в детском возрасте и в большинстве случаев являются предшественниками образующихся в последующем бляшек. Использование методики с моноклональными антителами позволило доказать, что в полосках содержатся наполненные липидами макрофаги, Т-лимфоциты и небольшое количество гладкомышечных клеток. Желтая окраска полосок обусловлена наличием в них пенистых клеток, в которых содержатся холестерин и его эфиры, транспортируемые из плазмы крови через эндотелиальные клетки с помощью липопротеинов.

Диффузное утолщение интимы характеризуется увеличением количества гладкомышечных клеток, включенных в соединительную ткань В некоторых ее участках содержатся также липиды, макрофаги и Т-лим- фоциты. До настоящего времени их роль остается неясной. Возможно, что эти участки в последующем преобразуются в бляшки, но не исключается также вероятность того, что они возникают лишь как ответ на увеличение нагрузки на сосудистую стенку.

Атеросклеротические (фиброзные) бляшки неоднородны по своему составу и могут содержать различное количество липидов (холестерина или эфиров холестерина). Это отличие может быть обусловлено их локализацией и имеющимися факторами риска развития атеросклероза (курение, артериальная гипертензия, гиперхолестеринемия и др.). Например, у курильщиков бляшки содержат мало липидов и локализуются преимущественно в наружной бедренной артерии. При наличии

400

:теринемии бляшки богаты липидами и наиболее часто образуются в коронарных артериях. Фиброзные бляшки содержат большое количество "ладкомышечных клеток, макрофагов, Т-лимфоцитов и соединительную гкань. Обычно они выступают в просвет сосуда и в различной степени суживают его. Верхушка бляшки покрыта коллагеновыми фибриллами, содержит гладкомышечные клетки и протеогликаны. Аорта в большей стегни поражается в брюшном отделе и местах отхождения крупных арте- )ий, а коронарные артерии — преимущественно на протяжении 6 см от ixустья. При повышенном артериальном давлении атеросклеротические )ляшки чаще локализуются в сонных, базилярных и мозговых артериях.

17.2.1. Теории происхождения

Внастоящее время обсуждаются две теории:

I)ответ на повреждение,

!) моноклональная.

В соответствии с последней теорией предполагается, что механизм юзникновения атеросклероза близок по характеру своеобразным неошстическим процессом. Однако пока она не имеет достаточного колиюства научных доказательств. Наиболее широкое признание получила первая гипотеза.

В соответствии с этой теорией предполагается, что многие факторы могут оказывать повреждающее действие на эндотелий. До недавнего времени одним из основных факторов считалась гиперхолестеринемия, вчастности модифицированные формы липопротеинов. В последнее время широко обсуждается роль некоторых инфекционных агентов (вирусы, хламидии, токсины), но обнаружение в бляшке, например, хламидий еще не свидетельствует о наличии причинно-следственной связи между ними.

Повреждение эндотелия проявляется нарушением многих его функций:

•снижением барьерной функции;

•уменьшением тромболитических и усилением тромбогенных свойств;

•увеличением продукции вазоконстрикторных факторов и уменьшением синтеза вазодилататоров;

•увеличением содержания факторов роста (простагландины F, тканевый фактор роста и др.).

Повреждающее действие при гиперлипидемии, по-видимому, оказывают окисленные липопротеиды низкой плотности, а также холестерин.

Кроме того, под их влиянием меняются также поверхностные свойства моноцитов и тромбоцитов, что повышает их адгезивность. После фиксации на эндотелии моноцит мигрирует между эндотелиальными клетками в субэндотелиальный слой и превращается в макрофаг, который с участием специальных рецепторов-«чистильщиков» начинает захватывать липиды. Большое количество липидов, поступающих в субэндотелиаль-

401

Гладкомышечные

клетки

Фиброзная

оболочка бляшки Кристаллы

холестерина

Рис 17 1 Этапы образования атеросклеротической бляшки а — повреждение эндотелия и проникновение в субэндотелиальный слой моноцитов и

липопротеидов низкой плотости (ЛПНП), б — образование пенистых клеток из макрофа гов и гладкомышечных клеток в результате включения в них большого количества липидов, преимущественно в виде эфиров холестерина, в — фиксация тромбоцитов в участке поврежденного эндотелия, г — образование бляшки с формированием фиброзной «покрышки»

ный слой, вызывает образование пенистых клеток Макрофаги продуцируют повреждающие вещества (лейкотриены, интерлейкины), которые в свою очередь отрицательно влияют на прилегающие клетки эндотелия Активированные макрофаги продуцируют несколько факторов роста, которые оказывают митогенное действие на гладкомышечные клетки и вызывают их миграцию в интиму, стимулируют миграцию и пролиферацию фибробластов, а также образование соединительной ткани (рис. 17.1)

При повреждении эндотелия патогенно? влияние оказывают также тромбоциты, которые при контакте с эндотелием вызывают ретракцию клеток. После этого тромбоциты начинают взаимодействовать с пенистыми клетками и клетками соединительной ткани. Возможно также, что тромбоциты агрегируют и образуют пристеночный тромб. Выделяемые при активации тромбоцитов факторы роста в свою очередь оказывают

402

Холестерин сыворотки

Рис. 77.2. Риск летального исхода от ишемической болезни сердца (ИБС) в зависимости от уровня содержания холестерина в сыворотке крови.

митогенное действие и вызывают пролиферацию гладкомышечных клеток. В процессе пролиферации в свою очередь продуцируется фактор роста (PDGF), приводящий к прогрессированию поражения.

Предполагается, что ретракция клеток эндотелия может возникнуть вследствие накопления в них холестерина, липопротеидов низкой плотности. Избыточное их содержание нарушает податливостьклеток. Поэтому в местах, подвергающихся в наибольшей степени воздействию тока крови (области бифуркации, отхождения сосуда) из-за ригидности возникает сепарация клеток эндотелия, Измененные эндотелиальные клетки начинают также продуцировать факторы роста, под влиянием которых формируются полоски и бляшки.

Кроме гиперлипидемии, на развитие атеросклероза влияют и другие факторы: артериальная гипертензия, гормональная дисфункция, изменения реологии крови, курение, диабет. Их действие опосредуется нарушением барьерной функции эндотелия.

Однако не только повышенное содержание холестерина, липопротеидов низкой плотности оказывает важное влияние на развитие атеросклероза. Другие виды дислипопротеидемий, вероятно, также играют патогенную роль. В частности, триглицериды, липопротеиды (а), дефицит апопротеина Е и липопротеидов высокой плотности, по данным клинических и экспериментальных наблюдений, влияют на атерогенез и прогрессирование поражения.

По современным представлениям следует считать, что нет так называемых нормальных показателей содержания, например, холестерина (рис. 17.2), так как при любом его уровне возможно развитие атеросклероза с поражением сосудов разных областей (мозговых и коронарных артерий, а также поражение аорты и периферических артерий).

403

17.2.2. Регресс атеросклероза

Дополнительные и очень важные доказательства значения дислипопротеидемий были получены в исследованиях с длительным применением гиполипидемических препаратов. Многие препараты, особенно статины, в сочетании с диетой, принимаемые непрерывно в течение нескольких лет, обеспечивали достоверное снижение общей летальности за счет уменьшения случаев возникновения инфаркта миокарда, внезапной смерти. Положительные результаты связаны в основном со стабилизацией состояния имевшихся бляшек и предупреждением образования новых. В ряде случаев наблюдается уменьшение их размера, что более вероятно для мягких бляшек, богатых липидами, и которые не всегда выявляются во время коронароангиографии, однако такие бляшки склонны к надрывам или разрыву интимы с последующим развитием тромбоза. Образование последнего способствует формированию нестабильного состояния, инфаркта миокарда и внезапной смерти.

17.3. Нарушение коронарного кровотока

17.3.1. Ишемия миокарда

Ишемия миокарда, как проявление ишемической (коронарной) болезни сердца, является следствием уменьшения его перфузии кровью и недостаточной доставки кислорода, которые сочетаются с нарушением оттока продуктов обмена веществ.

Возникновение ишемии миокарда может быть обусловлено:

•наличием стеноза коронарной артерии;

•изменением тонуса или появлением спазма артерии.

Нередко оба фактора играют роль в развитии эпизодов ишемии, которые могут сопровождаться появлением симптомов, чаще в виде боли, или быть безболевыми.

Сохранение баланса между потребностью и доставкой кислорода обеспечивается с помощью существующих механизмов саморегуляции тонуса артерий, объема коронарного кровотока. Потребность миокарда в кислороде определяют следующие факторы:

кислороде.

Тонус коронарных артерий зависит от интенсивности метаболизма, нейрогуморальных влияний и величины экстраваскулярного сдавления. На величину коронарного кровотока влияет длительность диастолы. Кроме того, доставка кислорода может нарушаться в связи с изменением транспортных свойств крови (например, из-за возникшей анемии или метгемоглобинемии и т.п.).

404

Потребность миокарда почти полностью обеспечивается путем аэробных процессов. Экстракция кислорода из крови максимальная, поэтому уменьшение его доставки очень быстро изменяет тонус коронарных артерий. При увеличении потребности кровоток начинает возрастать

впределах 1 с и максимум его достигается к 15—20-й секунде, что связывают с сосудорасширяющим действием аденозина, оксида азота (N0), простагландинов, ионов водорода. В частности, содержание аденозина и его метаболитов (инозина, гипоксантина) нарастает параллельно продолжительности ишемии и приводит к развитию реактивной гиперемии метаболического происхождения. -

Эндотелиальная дисфункция. Эндотелий также продуцирует вазодилатирующие и вазоконстрикторные субстанции. Вазодилатирующее действие оказывает в основном эндотелий — зависимый фактор, представляющий собой молекулу N0. При атеросклерозе коронарных артерий в ответ на нагрузку, воздействие холода, учащение сердечного ритма или повышение выброса катехоламинов не происходит усиления синтеза эндотелий-зависимого фактора и расширения коронарного русла, а

впротивоположность этому возможно возникновение вазоконстрикции.

При эндотелиальной дисфункции образующиеся во время агрегации тромбоцитов и тромбообразования вещества, в частности серотонин, способны вызывать сужение просвета коронарных артерий. Кроме того, эндотелий продуцирует вазоконстрикторные факторы — эндотелины.

Наиболее мощным действием по сравнению с другими эндотелинами обладает эндотел ин-1, который также оказывает наиболее длительное действие (от нескольких минут до нескольких часов). В то же время действие эндотелий-зависимого фактора длится лишь несколько секунд. Синтез эндотелина усиливается под влиянием тромбина, ангиотензина II, адреналина и вазопрессина. Концентрация эндотелина в плазме крови увеличена при атеросклерозе, инфаркте миокарда, артериальной гипертензии и застойной сердечной недостаточности. Эндотелии-1 также продуцируется также макрофагами, имеющимися в бляшках, особенно при остром коронарном синдроме, т.е. при надрыве или разрыве бляшек.

Тонус коронарных артерий контролируется адренергической иннервацией, например стимуляция альфа-адренорецепторов может вызвать коронарный спазм и привести к появлению ишемии миокарда, что клинически квалифицируется как вазоспастическая стенокардия (стенокардия Принцметала).

Наличие бляшки в артерии может ограничивать кровоток. Однако выраженность нарушения зависит от степени сужения просвета сосуда и его протяженности, а также от степени растяжимости или ригидности стенки артерии, наличия на ней агрегированных тромбоцитов или тромбоза.

Отрицательное влияние стеноза на величину кровотока может быть уменьшено компенсаторной дилатацией артериол, расположенных дистальнее сужения, и уменьшением сопротивления току крови, поэтому в

405

покое при небольшой или умеренной степени стеноза кровоток не страдает. Однако величина максимального кровотока начинает снижаться при уменьшении просвета сосуда на 30—45 %. Возможность увеличения кровотока при возросшей потребности полностью исчезает при стенозе, суживающем просвет на 90 % и более. При этом имеет значение также и геометрическая характеристика стеноза, в частности его эксцентрическое расположение, крутизна подъема бляшки, ее длина.

При атеросклерозе коронарных артерий в наибольшей степени снижается кровоснабжение субэндокардиальных слоев миокарда за счет перераспределения кровотока в пользу субэпикардиальных слоев.

Снижению кровотока способствует синдром обкрадывания, вызываемый аденозином, а также повышенное конечно-диастолическое давление в левом желудочке, что наблюдается при артериальной гипертензии или сердечной недостаточности.

Преходящая ишемия миокарда (болевая или безболевая ее форма) возникает при стенозе основной ветви (или ветвей) коронарной системы кровообращения в пределах 70 % от диаметра просвета сосуда. Только при стенозе основного ствола левой коронарной артерии, достигающего 50 %, возможно появление эпизодов ишемии.

При полной или субтотальной окклюзии коронарной артерии перфузия миокарда может частично обеспечиваться коллатеральными сосудами, которые существуют и в норме, но не функционируют. Их открытие происходит в первые 24 ч от начала ишемии миокарда, а затем в течение 1 — 6 мес Коллатерали преобразуются в мелкие сосуды диаметром до 1 мм. Ишемия и гипоксия являются пусковым фактором для их трансформации.

17.3.2. Оглушенный и бездействующий миокард

Кратковременная и выраженная ишемия миокарда приводит к его

дисфункции, которая постепенно в течение нескольких дней восстанавливается после возобновления кровоснабжения. Это состояние именуется как оглушенность миокарда (от англ. myocardial stunninc). Развитию этого состояния могут способствовать физический стресс, спазм коронарных артерий. Оглушенность миокарда возникает как следствие:

•нарушения перфузии миокарда;

•недостаточности образования энергии митохондриями;

•повреждения экстрацеллюлярного коллагенового матрикса;

•уменьшения чувствительности миофиламентов к кальцию и перегрузки кальцием;

•нарушения использования энергии миофибриллами;

•накопления свободных радикалов и т.д.

Бездействующий миокард (от англ. myocardial hibernation) — это длительно существующая дисфункция миокарда в результате его хронической гипоперфузии, которая также вызывает появление вышеперечис-

406

ленных нарушений. Это состояние обратимо при возобновлении кровотока после ангиопластики или аорто-коронарного шунтирования.

Полное прекращение кровотока в коронарных артериях в течение нескольких секунд способствует значительному снижению сократительных свойств миокарда. Если площадь ишемии миокарда велика, то снижаются функции левого желудочка: уменьшаются ударный объем, сердечный выброс, фракция выброса и увеличиваются конечно-диастолический Объем и давление в левом желудочке. Левожелудочковая недостаточность развивается в тех случаях, когда поражается 20—25 % массы миокарда. При площади поражения миокарда, достигающей 40 %, возможно развитие кардиогенного шока.

При ишемии миокарда страдает не только систолическая, но также и его диастолическая функция, т.е. нарушается расслабление, что увеличивает сопротивление при наполнении левого желудочка и может вызвать появление застоя крови в легких.

17.3.3. Реперфузия миокарда

Восстановление кровотока после длительной ишемии (в пределах около 20 мин) предупреждает гибель миоцитов. Однако в ряде случаев возможно появление реперфузионной аритмии, в том числе и фатального течения (фибрилляции желудочков), и сохранение состояния оглушенности участка миокарда, подвергшегося воздействию ишемии.

17.3.4. Острый инфаркт миокарда

Инфаркт миокарда — это гибель участка миокарда вследствие прекращения коронарного кровотока, продолжительностью около 20 мин и более.

В абсолютном большинстве случаев причиной инфаркта миокарда

является атеросклероз коронарных артерий, осложненный тромбозом.

В редких случаях инфаркт миокарда вызывается артериитом, травмой сердца и коронарных артерий, заболеваниями, сопровождающимися утолщением интимы артерий, эмболией коронарных артерий, тромбозом.

Медленно прогрессирующее атеросклеротическое сужение артерии вплоть до ее окклюзии может не сопровождаться возникновением инфаркта миокарда, что можно объяснить развитием мощной сети коллатералей.

Острый инфаркт миокарда, как правило, возникает в связи с появлением надрыва или разрыва бляшки, которая обычно богата липидами, фиброзными некротическими массами, экстравазатами крови, содержит кальций и имеет фиброзную верхушку. Она также имеет большое количество Т-лимфоцитов, макрофагов и тучных клеток, которые продуцируют протеиназы, тормозящие образование интерстициального коллагена в

407