Регуляция микроциркуляторного кровотока

Чем выше разность давлений, тем больше линейная скорость кровотока в микрососудах (v). Линейная скорость - это путь, пройденный в единицу времени каждой частицей крови. В отличие от объемной, линейная скорость кровотока неодинакова для различных участков сердечно-сосудистой системы. По закону Д. Бернулли, она наибольшая в артериях и наименьшая в капиллярах, т.е. обратно пропорциональна суммарной площади поперечного сечения.

Кровь - взвесь частиц разного диаметра на основе коллоидно-кристаллоидного раствора. Из за своего композитного состава она сочетает признаки ньютоновской (однородной упруго-несжимаемой) и неньютоновской жидкости. В крупных сосудах струю крови можно уподобить однородно-упругому телу, которое деформируется согласно зависимости:

Т=h De / ¶t

где Т - напряжение, действующее на клетку в потоке крови, De / ¶t -скорость деформации.

При этом, если в крупных сосудах неньютоновскими свойствами крови можно пренебречь, то в микроциркуляторном русле, особенно, при малых линейных скоростях, неньютоновские свойства крови проявляются особенно ярко, то есть она ведет себя при деформации не как упругое тело, а как совокупность деформируемых тел (Б.И.Ткаченко, 1984).

В потоке крови скорость отдельных частиц различна. В относительно крупных сосудах линейная скорость максимальна для частиц, движущихся в центральном потоке, и минимальна для пристеночных слоев. Кровь течет как бы скользящими друг по другу пластинами, которые сдвигаются один относительно другого как целые тела, испытывая определенное трение и развивая напряжения сдвига. Эти напряжения деформируют клетки крови. Деформация, зависящая от свойств клеточных мембран и от величины действующего напряжения, будет делать линейные скорости клеток разными и определять текучесть крови в микрососудах. В крупных сосудах, а также в артериолах или венулах при достаточно большой линейной скорости, наблюдается, вследствие этого, характерное деление струи крови на осевой, богатый эритроцитами, и пристеночный - плазматический, обогащенный тромбоцитами и лейкоцитами кровоток. Такая картина характеризует ламинарное течение крови. При значительном замедлении потока деление на слои исчезает, растет вязкость и внутреннее трение и снижается текучесть, что ведет к повышению ОПС. От текучести крови будет зависеть время контакта клетки с капиллярной стенкой, поскольку через капилляры клетки проходят по поршневому типу, одна за другой (12 -25 эритроцитов в минуту).

В капилляре линейная скорость кровотока не должна превышать скорости диффузии кислорода через капиллярную стенку.(С.А.Селезнев и др.,1976). У млекопитающих в покое она находится, в среднем, на уровне 0,5-1 мм/сек (В.В.Куприянов, А.М.Чернух 1987), что обеспечивает около 0,15 сек контакта форменного элемента с капилляром. Время контакта для эритроцитов определяет условия газообмена, для тромбоцитов и лейкоцитов - условия адгезии.

Объемная скорость - это количество (объем) крови, проходящей в единицу времени через поперечное сечение сосуда. Объемная скорость кровотока, по закону непрерывности, определяется как произведение линейной скорости и площади поперечного сечения сосудов:

Q= vS

Через суммарное поперечное сечение каждого отдела кровеносной системы проходит за секунду одно и то же количество крови, равное секундному дебету сердечного насоса. Если объемная скорость относится к системе кровообращения в целом, то она характеризует количество крови, нагнетаемой сердцем в аорту в единицу времени, т.е. минутный объем кровобращения (мл/мин). Если же применить ее для отдельных областей сердечно-сосудистой системы, то она будет определять кровоснабжение различных органов и тканей или распределение МОмежду потребителями - отдельными микроциркуляторными единицами.

Как подчеркивает Г.И.Мчедлишвили (1994), из всех сосудов микроциркуляторного русла только артериолы обладают механизмами активного сокращения. Капилляры не иннервируются и лишены гладкомышечных элементов, не снабжено нервами и большинство метартериол. В венулах иннервация и сократительные элементы представлены относительно скудно: так, в собирательных венулах имеются лишь рассеянные гладкие миоциты. Поэтому решающую роль в определении давления и кровотока в микроциркуляторном русле играет состояние внутриорганных артериол (по определению П.Чандрасомы и К.Тэйлора (1998) - приносящих сосудов с диаметром до 2 мм), а также прекапиллярных, метартериолярных и анастомозных сфинктеров, открывающих или перекрывающих те или иные пути кровотока. Именно поэтому еще И.М.Сеченов уподобил обнаруженные А.В.Голубевым (1868) и И.Р.Тархановым (1874) прекапиллярные сосуды кранам. При этом артериолы обладают богатой симпатической, а в ряде органов - и парасимпатической иннервацией. Сфинктеры же полностью лишены иннервации или иннервируются очень мало.

В связи с этим, регуляция системного кровотока и микроциркуляции имеет и существенные отличия. В системных эластических артериях сужение сосуда повышает давление, а расширение - понижает. Но принцип эластической камеры О.Франка, действующий в применении к системным сосудам и диктующий неизбежное повышение системного давления при сужении эластических артерий, в микроциркуляторном русле не актуален. Дело в том,что из-за наличия сфинктеров и нефункционирующих капилляров микроциркуляторные единицы не подпадают под модель эластической камеры с несжимаемой жидкостью.

Кровоток в этой области сосудистого русла, скорее, можно описать с помощью модели крана. Если кран, то есть приносящий сосуд, расширяется - то при открытом прекапиллярном сфинктере это обусловливает не падение, а повышение давления во всей перфузируемой данным сосудом области. Сужение сосуда сказывается на заполнении капиллярных сетей и числе функционирующих капилляров, и давление в капиллярах падает. По А.Гайтону (1995), прекапиллярные сфинктеры не знают промежуточных положений: каждый отдельный сфинктер в определенный момент времени или закрыт, или полностью открыт. В поверхностных и тонких тканях (например, крыло летучей мыши) это приводит к мерцанию сфинктеров - вазомоции (игре вазомоторов). В течение минуты каждый сфинктер несколько раз открывается и закрывается, причем суммарный период открытия пропорционален метаболическим нуждам ткани. В глубоких тканях при развитом коллатеральном кровообращении определенное число сфинктеров капилляров, снабжающих какую-то область, всё время открыто, а какое-то резервное число - закрыто. Общее число открытых сфинктеров пропорционально в каждый момент времени метаболическим запросам данного участка ткани или органа.

Рассмотрение детальной картины нормальных механизмов регуляции микрокровотока находится за рамками задач данной книги. Однако, в целом нельзя не отметить, что в определении параметров микроциркуляторного кровотока, в отличие от поддержания системных констант кровообращения, местные регуляторные контуры доминируют над действием центральных нейроэндокринных механизмов, а гуморальная регуляция преобладает над рефлекторными взаимодействиями.

Нейрогенные воздействия в микроциркуляторном русле представлены ограниченно и адресованы, прежде всего, артериолам. Они исходят от симпатических вазоконстрикторов, терминали которых выделяют норадреналин, действующий на a₁-рецепторы гладкомышечных клеток, и симпатических же вазодилятаторов, оперирующих у низших млекопитающих ацетилхолином, а у приматов - адреналином, через b₂-рецепторы.

Констрикторные волокна преобладают в большинстве собственно симпатических и смешанных нервов, особенно, при иннервации кожи, почек, селезёнки и ЖКТ. Например, перерезка седалищного нерва лягушки дает в микрососудах плавательной перепонки иннервируемой им конечности активизацию кровотока, поскольку в интактном нерве резко преобладают волокна, несущие констрикторные сигналы. Норадреналиновые a₁-рецепторы относительно мало представлены в сосудах мозга, сердца, их нет в матке, но их плотность высока в сосудах кожи (см. также ниже, раздел “Стресс…”.)

Роль симпатических вазодилятаторов относительно велика в сосудах мозга, сердца, половых органов, скелетных мышц (где они являются холинергическими) и слюнных желёз. Адреналин является вазодилятатором в симпатических вазомоторных нервах печени. Имеются представления, что ряд симпатических вазодилятаторов, в частности, в коронарном русле и в трахее, используют в качестве медиатора аденозин (пуринэргическая вазодилятация)

Е.Н.Коган (1936) указывал, что единственными, по сути дела, примерами нервов с преобладанием сосудорасширяющих волокон служат chorda tympani и n. erigens penis. По современным представлениям, вазодилятация при активации симпатических вазомоторов опосредуется интактным эндотелием, синтезирующим после адреналинового, пуринэргического или ацетилхолинового сигнала окись азота. Парасимпатические вазодилятаторы не имеют большого практического значения в регуляции вазомоторных реакций микрососудов, однако, по данным Дж.Барнстока, могут участвовать в М-холинэргической вазодилатации в мозге, легких и некоторых органах ЖКТ(1978).

Для описания поведения микроциркуляторного русла при различных реакциях традиционно привлекается понятие “ сосудистый тонус ”. Прежде его значение сводилось к нейрогенной норадренергической вазоконстрикторной тонической импульсации от симпатического вазомоторного центра (область С1 передне-латеральных отделов верхней части продолговатого мозга и нижней части моста) к сократительным элементам сосудов. Такая импульсация с частотой 0,5-2 имп./сек действительно регистрируется. Более того, блокада проведения этих импульсов при анестезии, либо перерезке спинного мозга ведет к падению среднециклового системного давления на 50% (А.Гайтон, 1969). Однако, в течение нескольких дней после подобной денервации происходит значительный рост давления, связанный с внутренним спонтанным тоническим сокращением гладких миоцитов.

Этот факт, а также отсутствие иннервации в значительной части микрососудов, заставляют оценить особую роль местного спонтанного компонента базального сосудистого тонуса, определяемую автоматической сократительной активностью самих гладких миоцитов. Таким образом, тонус сосудов не сводится к нейрогенному, а определяется различными сложно взаимодействующими между собой факторами (П. Джонсон, 1982):

1. Базальный (периферический или миогенный) компонент - заключается в сократительном автоматизме гладко-мышечных клеток, возникающем вследствие внутренней нестабильности их мембран и распространяющемся от клетки к клетке. Миогенная активность усиливается растяжением под влиянием давления крови (так называемая ауторегуляция). Она хорошо развита в почке, головном мозге, слабее в скелетной мускулатуре, сердце, кишечнике, отсутствует в коже. Миогенной активности все время противодействуют непрерывно образующиеся сосудорасширяющие тканевые метаболиты, на нее влияет содержание кислорода, ионов Na⁺, Ca²⁺, гистамин, простагландины.

Изменение базального тонуса - главный механизм местной регуляции кровотока, в покое базальный тонус определяет на 80 % общую констрикторную активность гладких мышц прекапиллярных резистивных сосудов и прекапиллярных сфинктеров. У емкостных сосудов базальная сократительная активность незначительна - их тонус в большой мере определяется симпатической вазоконстрикцией.

2. Центральный (нейрогенный) компонент сосудистого тонуса - это, главным образом, текущая импульсация по вазоконстрикторным волокнам норадренэргических нервов (см. выше). В покое нейрогенный компонент низок в сравнении с величиной базального тонуса

(исключение представляют резистивные сосуды кожи). “Нейрогенный контур в роли фактора, постоянно регулирующего сосудистый тонус, по-видимому, не выступает.” (Ю.Е.Москаленко, С.И.Теплов; 1986). Однако, нейрогенные влияния могут быть существеными при патологии и в осуществлении ряда острых адаптивных реакций.

.

Помимо нервных механизмов, в определенных патологических ситуациях и при адаптивных реакциях известное влияние на сосудистую динамику оказывают системные гуморальные воздействия, в частности, гормоны мозгового вещества надпочечников, особенно сильно влияющие на кожно-мышечный кровоток, а также ангиотензины и вазопрессин, действующие в качестве системных вазоконстрикторов, синергично с симпатическими сосудосуживающими сигналами. Однако, их действие более значительно сказывается на системных параметрах гемодинамики, чем на ее местных характеристиках.

Гораздо большее значение для микроциркуляции имеют наиболее мощные из всех известных вазоконстрикторов - паракринные пептиды эндотелины, вырабатываемые клетками внутреннего эпителия сосудов в ответ на механическое воздействие, тромбин и норадреналин. Это эффективные местные вазоконстрикторы. Эндотелин-3 действует в сосудах мозга, кишечника и почек, эндотелин -2 активен в почках и кишечнике, а эндотелин-1, по - видимому, убиквитарен для сосудистого русла. Синергистом рецепторов эндотелинов на гладких мышцах сосудов является змеиный яд сарафотоксин, вызывающий ишемические некрозы. Хроническое действие эндотелина-1 митогенно для гладкомышечных клеток.

Сильными вазоконстрикторами паракринного действия служат лейкотриены (см. ниже), а также некоторые пептиды диффузной нейэндокринной системы, например, нейропептид Y. Нейропептиды могут действовать на микрососуды, попадая к ним антидромно, через болевые нервные окончания (см. ниже).

Гуморальные вазодилятаторы - кинины, простагландины, гистамин и другие - это также, по преимуществу, агенты местного действия, и их роль именно в регуляции микроциркуляции очень значительна. Это связано с тем, что лёгочные ангиотензинконвертазы активируют ангиотензины, но разрушают кинины, даже при однократном прохождении крови через малый круг. Пептиды диффузной эндокринной системы - вещество Р, предсердный натрийуретический пептид, вазоактивный интестинальный пептид и пептид, ассоциированный с геном кальцитонина, могут опосредовать местную вазодилятацию в специализированных микроциркуляторных бассейнах.

Первоосновой для достижения главной цели кровообращения - оптимальной перфузии тканей - служит периферическая саморегуляция.

Наибольшее значение для поддержания соответствия локального кровотока и метаболических запросов отдельных структурно-функциональных элементов ткани имеют следующие механизмы:

Гистометаболический механизм - предусматривает расширение микрососудов и открытие сфинктеров под влиянием вазоактивных продуктов тканевого обмена, количество которых пропорционально работе данного функционального элемента ткани или степени его гипоксии. В роли гуморальных агентов, изменяющих кровоток в зависимости от клеточной работы и метаболизма, выступают углекислый газ, молочная кислота, катионы калия и водорода, продукты гидролиза АТФ. Существуют веские основания полагать, что наибольший вклад в метаболическую вазодилятацию, по крайней мере, при острых реакциях, осуществляемых в пределах 60 мин., вносит аденозин, действие которого позволяет интактному эндотелию микрососудов вырабатывать из аргинина при помощи флавинзависимого фермента нитроксидсинтазы моноксид азота - эндотелиальный сосудорасширяющий фактор. Нитроксидсинтаза (НОС) 3 действует в эндотелии, НОС-2 - в макрофагах и иммунокомпетентных клетках, а НОС-1 - в нервной стистеме.

Окись азота опосредует и сосудорасширяющий эффект многих других медиаторов (кининов, ацетилхолина, серотонина и катехоламинов, полипептидных гормонов апудоцитарного происхождения), а также механических воздействий на сосуд - но всё это только при интактном эндотелии (С.Монкада и соавт.,1987). Таким образом, NO является главным паракринным вазодилятатором (рис. 43).

В церебральном микроциркуляторном русле, помимо аденозина, очень значительна роль диоксида углерода и катионов водорода, сильно расширяющих мозговые артериолы. Интересно, что прямой эффект диоксида углерода на вазомоторный центр, наоборот. приводит к системной стимуляции вазоконстрикции.

В почках расширение приносящих сосудов клубочков стимулируется понижением концентрации натрия и азотсодержащих продуктов белкового метаболизма в дистальных канальцах. Определенное сосудорасширяющее действие во многих тканях способны оказать избыток ацетата, цитрата, магния и гиперосмолярное состояние протекающей по сосудам крови.

Принцип “больше поработал- больше получил” превратился бы в коммунистическое “кто не работает- тот не ест” и создавал бы серьёзные проблемы для повреждённых и больных клеток и тканей, если бы не дополнялся своего рода “собесом”, обеспечивающим интенсивное кровоснабжение тех участков ткани или органа, функция которых нарушена вследствие повреждения. Повреждённые ткани выделяют ряд медиаторов, обладающих мощным сосудорасширяющим действием: гистамин, брадикинин, каллидин, простагландины и др.. Большинство из них является короткоживущими и действует сугубо локально. Подробно этот вопрос рассматривается ниже в разделе “Сосудистая реакция при воспалении”на стр. 288 и далее. Определенные количества гистамина и простагландинов выделяются и при усиленной работе органа, внося вклад в метаболическую регуляцию местного кровотока.Большую роль играют мастоциты - резервуары биорегуляторов (см. раздел “Аллергия”).

Кислородзависимый механизм - основан на свойстве гладких миоцитов расслабляться при гипоксии даже в отсутствие химических вазодилятаторов. Показано, что энергодефицит и гипоксия могут вызывать паретическое состояние вазомоторных сфинктеров. Это, в частности, объясняет расширение кожных сосудов при авитаминозе В₁ - болезни бери-бери, при подъеме на высоту, отравлении цианидами, гипогликемии и т.д.. При усиленной работе тканей повышается потребление кислорода, и относительная гипоксия способствует вазодилятации.

Гистомеханический механизм - основан на повышении базального тонуса гладкомышечных клеток при их растяжении. Возможно, этот миогенный автоматизм предохраняет микрососуды от повреждения высоким системным давлением. Однако, как указывает Гайтон, данный контур регуляции представляет собой положительную обратную связь в системе контроля кровяного давления и способен приводить к порочному кругу: выше давление - больше растяжение - выше тонус - больше ОПС- ещё выше давление и т.д.. По-видимому, в нормальных условиях этого не происходит из-за уравновешивающего действия отрицательных обратных связей, формируемых двумя вышеописанными контурами.

Итак, благодаря наличию базального тонуса ивышеописанной системы местных “сдержек и противовесов”, внутриорганное русло способно стабилизировать местный кровоток, руководствуясь лишь уровнем локального метаболизма, вопреки изменениям системного артериального давления, контролируемого центром. Центральная регуляция, практически, мало вмешивается в распределение общего ресурса МОи АДмежду бесчисленным множеством отдельных микроциркуляторных единиц. Метаболически детерминированному усилению местного кровотока в работающем органе сопутствует рефлекторное сужение сосудов, перфузирующих нефункционирующие ткани, что обеспечивает стабилизацию средне-системных параметров кровообращения. Экономия резервов кровотока достигается за счёт сочетания самоуправления на периферии и действия центральной регуляции. С этой точки зрения, одновременное повышение ОПСи системного АД наблюдается не столько потому, что уровень ОПС определяет значение АД, а скорее в силу того, что местные микроциркуляторные механизмы автоматически увеличивают ОПС при возрастании МО и АД, стремясь вернуть перфузию тканей к нормальным величинам (модель Гайтона-Грейнджера, см. с. 15-16).

Длительная гипоксия или гиперфункция органов и тканей вводит в действие хронические механизмы адаптации микроциркуляторного русла, основанные на ангиогенезе - гиперплазии микрососудов.

Макрофаги и тромбоциты выделяют факторы ангиогенеза, среди которых важная роль принадлежит фактору некроза опухолей и тромбоцитарным факторам роста, подробнее рассматриваемым ниже. Под влиянием этих регуляторов происходит образование новых микрососудов и ткань обогащается кровеносными каналами.

Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 1129 | Нарушение авторских прав