Патологическая физиология периферического кровообращения
Общие сведения
Патологическая физиология периферического кровообращения изучает механизмы расстройств кровотока на уровне микроциркуляторного русла. Адекватность периферического кровообращения обеспечивается балансом трех основных гемодинамических параметров: объема циркулирующей крови (ОЦК), минутного объема кровотока (нагнетательной функции сердца) и общего периферического сопротивления сосудов.
С функциональной и анатомической точек зрения периферические сосуды подразделяются на несколько групп. Резистивные сосуды (артериолы, прекапилляры, метаартериолы и прекапиллярные сфинктеры) создают основное сопротивление кровотоку и регулируют приток крови к тканям. Обменные сосуды (капилляры) обеспечивают транскапиллярный обмен газов и метаболитов. Емкостные сосуды (посткапилляры, венулы, мелкие вены) выполняют функцию депонирования крови. Важную роль в микроциркуляции играет лимфатическая система, выполняющая резорбтивную и дренажную функции.
Транспорт веществ через сосудистую стенку осуществляется посредством активных и пассивных механизмов. Пассивный транспорт протекает без затрат энергии согласно осмотическому, концентрационному или электрохимическому градиентам. Жирорастворимые вещества (кислород, углекислый газ) проникают через липидный слой мембран эндотелиоцитов путем простой диффузии. Вода и водорастворимые вещества транспортируются через межклеточные промежутки (составляющие около одной тысячной доли от общей поверхности капилляров) или через специализированные белковые каналы путем облегченной диффузии и фильтрации.
Фундаментальными реакциями сосудистого русла являются вазоконстрикция (сокращение гладкомышечных элементов, ведущее к ишемии и локальной гипертензии) и вазодилатация (расширение сосудов, сопровождающееся гиперемией и снижением местного давления).
Артериальная гиперемия
Артериальная гиперемия представляет собой увеличение кровенаполнения органа или участка ткани вследствие расширения резистивных сосудов и усиленного притока артериальной крови. Данный процесс может носить как физиологический, так и патологический характер.
Физиологическая артериальная гиперемия подразделяется на рабочую (функциональную) и реактивную. Рабочая гиперемия обеспечивает адекватное кровоснабжение органа при повышении его функциональной активности (например, усиление кровотока в скелетной мускулатуре при физической нагрузке или в определенных зонах головного мозга при психической деятельности). Реактивная гиперемия возникает после кратковременного ограничения кровотока и направлена на ликвидацию возникшей «задолженности» по кислороду и питательным веществам.
Патологическая артериальная гиперемия возникает под воздействием патогенных раздражителей (бактериальных токсинов, механических травм, ожогов, медиаторов воспаления и аллергии). В клинической практике она проявляется покраснением кожных покровов при инфекционных заболеваниях (корь, скарлатина), системной красной волчанке или при невралгиях (например, раздражение тройничного нерва).
По патогенезу выделяют нейрогенную гиперемию и гиперемию, обусловленную местными гуморально-метаболическими факторами. Нейрогенная гиперемия подразделяется на нейротонический и нейропаралитический типы. Нейротонический тип развивается вследствие повышения тонуса парасимпатической нервной системы или раздражения сосудорасширяющих нервов (с участием таких медиаторов, как ацетилхолин). Нейропаралитический тип возникает при снижении тонуса симпатического (адренергического) отдела вегетативной нервной системы, например, при перерезке симпатических волокон или фармакологической блокаде симпатических ганглиев.
Гуморально-метаболическая артериальная гиперемия опосредована биологически активными веществами, образующимися непосредственно в тканях. Важнейшим фактором вазодилатации является тканевая гипоксия. Снижение парциального давления кислорода приводит к падению синтеза АТФ, что вызывает открытие АТФ-зависимых калиевых каналов в мембране гладкомышечных клеток. Выход ионов калия вызывает гиперполяризацию мембраны и расслабление мышцы. Дополнительными мощными вазодилататорами выступают углекислый газ, молочная кислота, аденозин, ионы калия и оксид азота (NO), синтезируемый ферментом индуцибельной NO-синтазой (iNOS) в очагах воспаления.
В микроциркуляторном русле при артериальной гиперемии повышается гидростатическое давление в капиллярах, что стимулирует процессы фильтрации жидкости в интерстиций. Компенсаторно усиливается лимфодренаж. Возрастает скорость кровотока, в результате чего ткани не успевают утилизировать весь поступающий кислород, и венозная кровь приобретает артериальный (алый) цвет (артериолизация венозной крови). Несмотря на адаптивный потенциал, артериальная гиперемия может приводить к тяжелым осложнениям, включая разрыв сосудов и кровоизлияния в жизненно важные органы (головной мозг).
Венозная гиперемия
Венозная (застойная) гиперемия характеризуется увеличением кровенаполнения органа вследствие затруднения оттока крови по венозным коллекторам при сохраненном артериальном притоке.
Причинами венозной гиперемии могут выступать обтурация просвета вены тромбом или эмболом, экстравазальная компрессия (сдавление опухолью, рубцом, беременной маткой), конституциональная слабость эластического и мышечного аппарата вен (варикозная болезнь, характерная для лиц, длительно пребывающих в положении стоя). Системная венозная гиперемия большого круга кровообращения развивается при правожелудочковой сердечной недостаточности или снижении присасывающего действия грудной клетки. Застой в венах малого круга кровообращения возникает при левожелудочковой недостаточности, эмфиземе легких и пневмосклерозе.
Клинически венозная гиперемия проявляется цианозом (синюшностью кожных покровов из-за накопления восстановленного гемоглобина), снижением местной температуры (вследствие замедления кровотока и падения интенсивности метаболизма), развитием выраженного отека (из-за повышения гидростатического давления в венозном колене капилляров) и диапедезом эритроцитов.
Продолжительный венозный застой вызывает тяжелую тканевую гипоксию, нарушает окислительно-восстановительные процессы и ведет к накоплению токсичных метаболитов. Возникают необратимые дегенеративные изменения паренхимы органа с последующим её замещением соединительной тканью (склерозирование). Классическим примером исхода хронического венозного застоя является цирроз печени. Острая закупорка крупных венозных коллекторов (воротной или нижней полой вены) приводит к массивному депонированию крови (до 90 процентов ОЦК), катастрофическому падению артериального давления, ишемии головного мозга и сердца, что может завершиться летальным исходом.
Ишемия
Ишемия (местное малокровие) — это патологический процесс, характеризующийся несоответствием между потребностью тканей в кислороде и его доставкой в результате замедления или полного прекращения притока артериальной крови.
Местные признаки ишемии включают выраженную бледность, снижение температуры ткани, ослабление пульсации артерий, снижение тканевого тургора и появление специфических болевых ощущений (парестезий в виде онемения, покалывания). Болевой синдром обусловлен раздражением ноцицепторов недоокисленными продуктами обмена, накапливающимися в условиях кислородного голодания.
По этиологии и механизму развития ишемию классифицируют на три вида: Компрессионная ишемия возникает при сдавлении приводящей артерии извне (опухолью, рубцовой тканью, лигатурой, жгутом). Обтурационная ишемия обусловлена сужением или закрытием просвета артерии изнутри. Наиболее частыми причинами являются тромбоз, эмболия, атеросклеротические бляшки, а также пролиферативные изменения сосудистой стенки при облитерирующем эндартериите или узелковом полиартериите. Ангиоспастическая ишемия развивается в результате стойкого патологического спазма гладкой мускулатуры артерий. Ангиоспазм может быть индуцирован воздействием низких температур, механической травмой, психоэмоциональным стрессом или экзогенными токсинами. В патогенезе ангиоспазма ведущую роль играют гиперактивность симпатоадреналовой системы, избыточный выброс катехоламинов, серотонина, гистамина (продуцируемых в том числе клетками диффузной нейроэндокринной APUD-системы), а также гиперпродукция эндотелина-1. Эндотелин-1 является мощнейшим локальным вазоконстриктором, открывающим кальциевые каналы клеточных мембран, что вызывает массивный вход ионов кальция в цитоплазму гладкомышечных клеток и их стойкое сокращение.
Тяжесть последствий ишемии критически зависит от скорости ее развития и особенностей органа. Наиболее чувствительны к гипоксии органы с высоким уровнем метаболизма и слабым развитием коллатерального (обходного) кровообращения. Нейроны коры головного мозга подвергаются необратимой деструкции уже через 5 минут после прекращения кровотока, кардиомиоциты сохраняют жизнеспособность в течение 20-30 минут, тогда как фибробласты соединительной ткани или клетки костной ткани могут переносить многочасовую ишемию.
На клеточном уровне ишемия приводит к угнетению цикла Кребса, активации анаэробного гликолиза и катастрофическому истощению пула АТФ. Падение энергообеспечения нарушает работу ионных насосов, что сопровождается накоплением внутриклеточного кальция. Избыток кальция активирует фосфолипазы и протеиназы, разрушающие клеточные мембраны, что неминуемо ведет к некрозу. В исходе ишемического повреждения зона некроза замещается фиброзной (рубцовой) тканью за счет пролиферации фибробластов и усиленного синтеза коллагена.
Особую клиническую значимость имеет реперфузионный синдром — парадоксальное повреждение тканей после восстановления кровотока в ранее ишемизированном участке. Поступление кислорода в ткани с истощенной антиоксидантной системой вызывает массивный "кислородный взрыв" с генерацией свободных радикалов. Кроме того, вымывание из очага ишемии токсичных метаболитов, калия и продуктов распада в системный кровоток может спровоцировать тяжелые аритмии и шок.
Стаз
Стаз представляет собой замедление вплоть до полной остановки кровотока в микроциркуляторном русле. Выделяют истинный капиллярный, ишемический и венозный стаз. Ишемический и венозный стазы являются крайними степенями развития соответствующих нарушений периферического кровообращения. Истинный (капиллярный) стаз возникает в результате прямого повреждающего воздействия на стенки капилляров физических, химических или биологических факторов (высоких или низких температур, солей тяжелых металлов, скипидара, кротонового масла). При истинном стазе происходит резкое повышение проницаемости капиллярной стенки, потеря жидкой части крови (плазмы), набухание и гомогенизация эритроцитов с потерей гемоглобина и их внутрисосудистая агрегация.
Тромбоз и Синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС)
Тромбоз — прижизненное формирование сгустков крови (тромбов) в просвете сосудов. Патогенез тромбообразования базируется на триаде Вирхова: повреждении сосудистой стенки, нарушении реологии и гемодинамики (замедлении кровотока, турбулентности) и изменениях физико-химических свойств крови (гиперкоагуляции). Повреждение эндотелия (вследствие атеросклероза или воспаления) приводит к утрате его антитромбогенных свойств: снижается синтез простациклина и оксида азота, обнажается субэндотелиальный коллаген и высвобождается фактор активации тромбоцитов. Процесс тромбообразования включает клеточную фазу (адгезию, агрегацию и агглютинацию тромбоцитов) и плазматическую фазу (формирование активной протромбиназы, превращение протромбина в тромбин и фибриногена в нерастворимый фибрин с последующей ретракцией сгустка). Тромбоз артерий ведет к острой обтурационной ишемии, инфарктам и гангрене (например, тромбоз венечных артерий вызывает инфаркт миокарда). Венозные тромбы встречаются в пять раз чаще артериальных, преимущественно локализуясь в венах нижних конечностей.
Синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром) — жизнеугрожающая патология, развивающаяся при массивном поступлении в кровоток тканевого тромбопластина (при преждевременной отслойке плаценты, краш-синдроме, тяжелом сепсисе). Происходит генерализованная микротромбообразование с последующим истощением пула факторов свертывания и тромбоцитов (коагулопатия потребления). В результате активируется вторичный фибринолиз, и развивается тяжелый гипокоагуляционный геморрагический синдром с массивными кровотечениями.
Эмболия
Эмболия — это типовой патологический процесс, характеризующийся циркуляцией в крови или лимфе не встречающихся в нормальных условиях частиц (эмболов) и последующей закупоркой ими просвета сосудов.
По происхождению эмболы классифицируют на экзогенные (воздух, инородные тела, паразиты, бактерии) и эндогенные (оторвавшиеся тромбы, капли жира, фрагменты тканей, околоплодные воды, пузырьки газа). Воздушная эмболия развивается при ранении крупных вен шеи и грудной клетки, где давление может быть отрицательным (яремная, подключичная вены, синусы твердой мозговой оболочки), а также при грубых нарушениях техники внутривенных инфузий или повреждениях легких. Жировая эмболия возникает при переломах крупных трубчатых костей, массированном размозжении подкожной жировой клетчатки. Особенно высок риск у лиц пожилого возраста, так как красный костный мозг у них замещен жировым (желтым). Эмболия околоплодными водами является тяжелым акушерским осложнением. Газовая эмболия наблюдается при кессонной болезни (болезни декомпрессии), когда при резком перепаде атмосферного давления растворенный в тканях и плазме азот переходит в газообразное состояние. Азот обладает высокой тропностью к липидам, поэтому пузырьки газа особенно повреждают структуры центральной нервной системы. Тканевая (клеточная) эмболия лежит в основе гематогенного метастазирования злокачественных опухолей.
По направлению движения выделяют прямую эмболию (по току крови), ретроградную (движение массивного эмбола против тока крови под действием силы тяжести при снижении венозного давления) и парадоксальную эмболию (переход эмбола из венозного русла сразу в артериальное, минуя малый круг кровообращения, через незаращенное овальное окно или дефект межжелудочковой перегородки).
Локализация эмболов строго подчиняется законам гемодинамики. Эмболия сосудов малого круга кровообращения (в частности, тромбоэмболия легочной артерии — ТЭЛА) вызывается эмболами, формирующимися в венах большого круга (глубокие вены голени, таза) или правых отделах сердца. Попадание эмбола в легочную артерию вызывает резкий рефлекторный спазм легочных сосудов, перегрузку правого желудочка сердца (синдром острого легочного сердца), катастрофическое падение артериального давления в большом круге и тяжелую гипоксемию. Это одна из наиболее частых причин внезапной смерти.
Эмболия сосудов большого круга кровообращения инициируется субстратами из легочных вен, левых полостей сердца или аорты. Приводит к острым инфарктам миокарда, ишемическим инсультам, инфарктам почек и селезенки. Эмболия воротной вены вызывает синдром портальной гипертензии, депонирование огромного объема крови в органах брюшной полости, развитие асцита и ишемию головного мозга из-за резкого снижения венозного возврата к сердцу.
См. также
Патологическая физиология Микроциркуляция Ишемия Тромбоз Эмболия Шок