Микроциркуляторные расстройства

Закономерности регуляции кровотока и реологические характеристики крови в микроциркуляторном русле имеют некоторые общие черты с системной гемодинамикой. В потоке крови скорость отдельных частиц неодинакова. В относительно крупных сосудах линейная скорость максимальна для частиц, движущихся в центральном потоке, и минимальна для пристеночных слоев. Кровь течет по типу скользящих друг по другу слоев, которые сдвигаются относительно друг друга как целые тела, испытывая определенное трение и развивая так называемое напряжение сдвига. Эти напряжения приводят к деформации клеток крови, которая обусловливает разную линейную скорость клеток и определяет текучесть крови в микрососудах. В крупных сосудах, а также в артериолах и венулах при достаточно большой линейной скорости движения крови наблюдается характерное деление струи крови на осевой (богатый эритроцитами) и пристеночный (плазматический), обогащенный тромбоцитами и лейкоцитами кровоток. При значительном замедлении потока деление на слои исчезает, увеличиваются вязкость и внутреннее трение, снижается текучесть, что ведет к повышению общего периферического сопротивления. От текучести крови зависит время контакта клеток с капиллярной стенкой, поскольку клетки проходят по капилляру по поршневому типу, одна за другой (12–15 эритроцитов в мин.). Линейная скорость движения крови в капилляре должна обеспечивать достаточную диффузию кислорода через капиллярную стенку. У млекопитающих в покое она составляет 0,5–1,0 мм/с. Время контакта форменного элемента с участком стенки капилляра (около 0,15 с) для эритроцитов определяют условия газообмена, для тромбоцитов и лейкоцитов – условия адгезии.

Из всех сосудов микроциркуляторного русла только артериолы обладают механизмами активного сокращения. Считается, что капилляры не иннервируются и лишены гладкомышечных элементов, а прекапиллярные сфинктеры и артериолы находятся под превалирующим влиянием местных гуморальных факторов. Поэтому венозный возврат каждой из таких единиц оределяется не центральным влиянием, а состоянием обмена веществ в данном участке ткани и продукцией локальных гуморальных сосудорасширяющих метаболитов и медиаторов, осуществляющих локальную регуляцию их функций. Местные сосудистые реакции изменяют кровоснабжение органа или ткани соответственно их метаболическим потребностям. Однако приспособление регионарного микрососудистого русла к текущим условиям деятельности может быть реализовано лишь в системе всего циркуляторного аппарата и обеспечивается нервными механизмами. В венулах иннервация и сократительные элементы представлены относительно слабо, но в их стенке обнаружены α- и β-адренорецепторы. Поэтому решающую роль в определении давления и кровотока в микроциркуляторном русле играет состояние артериол, прекапиллярных и анастомозных сфинктеров. При этом артериолы обладают богатой симпатической, а в ряде органов и парасимпатической иннервацией. Сфинктеры же полностью лишены иннервации или иннервируются достаточно слабо. Нейрогенные воздействия на артериолы исходят от симпатических вазоконстрикторов, терминали которых выделяют норадреналин, влияющий на β₁-адренорецепторы гладкомышечных клеток. Симпатический вазодилататор адреналин оказывает свое действие на β ₂ -адренорецепторы. По мере приближения к капиллярам нейрогенные влияния ослабевают, но при этом значительно усиливается чувствительность микрососудов к вазоактивным веществам. Наибольшей чувствительностью к действию вазоактивных веществ характеризуются миоциты прекапиллярных сфинктеров, а наименьшей – крупных артерий и вен. Вазоактивные вещества, вырабатываемые тканевыми клетками, в составе интерстициальной жидкости непосредственно достигают мембран гладких миоцитов. Отсутствие иннервации в значительной части микрососудов придает особую роль местному тонусу, регулирующемуся автоматической сократительной активностью гладких миоцитов.

Кроме нервных механизмов при патологических состояниях некоторое влияние на сосудистую динамику оказывают системные гуморальные воздействия. Так гормоны мозгового слоя надпочечников особенно сильно влияют на кожно-мышечный кровоток, вазопрессины и ангиотензин действуют в качестве системных вазоконстрикторов синергично с симпатическими сосудосуживающими стимулами. Однако их действие более значительно сказывается на системных параметрах гемодинамики, чем на ее локальных характеристиках. Гораздо большее значение для микроциркуляции имеют самые мощные из всех известных вазоконстрикторов – тромбин и норадреналин, а также паракринные пептиды – эндотелины, вырабатываемые эндотелиоцитами сосудов в ответ на механическое воздействие. Это так называемые эффективные местные вазоконстрикторы. Сильными вазоконстриктарами паракринного действия служат лейкотриены, а также нейропептид-γ. Значительную роль в регуляции микроциркуляции играют агенты местного действия – кинины, простагландины, гистамин и другие гуморальные вазодилататоры. Пептиды диффузной эндокринной системы (вещество Р, вазоактивный интерстициальный пептид, предсердный натрийуретический пептид С и пептид, ассоциированный с геном кальцитонина) могут опосредовать местную вазодилатацию в специализированных микроциркуляторных бассейнах.

В условиях покоя у животных и человека функционируют одновременно не более 20–35% от общего числа капилляров. В условиях патологии при развитии прекапиллярного спазма к нему сравнительно быстро добавляется затруднение оттока крови в посткапиллярном отделе, что вызывает повышение посткапиллярного сопротивления. Эта реакция направлена на выравнивание кровяного давления в капиллярах и предотвращение оттока жидкости из интерстиция; потеря жидкости интерстицием снижает ультрациркуляцию и ухудшает состояние клеток, находящихся в гипоксии. Реологические особенности кровотока в посткапиллярных венулах и высокая реактивность эндотелиоцитов в них создают условия для пристеночной адгезии и внутрисосудистой агрегации форменных элементов, что ведет к повышению периферического гемодинамического сопротивления на путях оттока крови из капиллярного русла. Это, в свою очередь, влияет на распределение крови в капиллярах и вызывает в них снижение интенсивности капиллярного кровотока и повышение кровяного давления. В этих условиях закупорка капилляров протекает быстрее как за счет затруднения оттока крови, так и вследствие того, что жидкая часть крови пропотевает в интерстициальное пространство, резко ухудшая реологические свойства крови, находящейся в капиллярах. Приведенные обстоятельства приводят к венозному застою крови и нарушению транскапиллярного обмена.

Реологические свойства крови в капиллярах определяются ее вязкостью, текучестью, степенью деформации и агрегации эритроцитов. Основной движущей силой микроциркуляции является градиент давления крови. Режим течения крови в микрососудах нерегулярен, что обусловлено пульсовыми изменениями, радиальным смещением клеток, спорадическими изменениями скорости и направления их движения. при этом лейкоциты как более крупные клетки оттесняются ближе к стенке сосуда (феномен краевого стояния лейкоцитов), что облегчает транскапилярный обмен. Форма эритроцитов меняется и деформируется, особенно в наиболее узких участках капиллярного русла. Скорость движения эритроцитов в капиллярах составляет в среднем 0,3–0,7 мм/с. В посткапиллярно-венулярных отделах скорость эритроцитов возрастает до 0,8–2,3 м/с. Большое значение для микроциркуляции имеет агрегация эритроцитов, возникающая при уменьшении скорости их движения и снижении электрического заряда. Смежные эритроциты слипаются и образуют конгломераты различной протяженности. Большие сладжи эритроцитов значительно увеличивают вязкость крови, существенно нарушая кровоток в капиллярах и более крупных звеньях микроциркуляторного русла, что в конечном итоге приводит к стазу. Снижение кровотока в области микроциркуляции ниже критического уровня ламинарного течения обусловливает расположение кровяных клеток в капиллярных петлях в виде свитков и шариков, а в венулах – в виде кучек. Склеенные эритроциты быстро теряют клеточные очертания. Соединение клеток происходит в два этапа: этап скопления (обратимый) и этап склеивания (необратимый). Картина скопления соответствует патологическому состоянию и появляется в первую очередь в венулярном отделе микроциркуляторной системы и синусоидных капиллярах. Возникающий ацидоз приводит к появлению отека интимацитов и деполяризации их клеточных оболочек, за счет чего происходит скопление эритроцитов и тромбоцитов. Метаболический ацидоз является результатом гипоксических растройств внутриклеточных энзиматических цепей. Появление сладжа в капиллярах сопровождается падением интенсивности кровотока и его временной блокадой. В условиях патологии, когда в плазме увеличивается концентрация фибриногена и глобулинов, кровоток замедляется, агрегация эритроцитов усиливается и может приобретать распространенный характер, приводя к стойкому нарушению микроциркуляции. Способность эритроцитов и лейкоцитов к деформации является основным условием текучести крови, т.е. определяет ее реологические свойства. В клинике снижение способности эритроцитов к деформации обнаружено у больных диабетом, церебрососудистыми заболеваниями, при хроническом психоэмоциональном стрессе, беременности, всех видах интоксикации и др.

Размер лейкоцита нередко больше, чем диаметр капилляра. В силу этого при прохождении через узкие участки капиллярного русла лейкоциты подвергаются сильной продольной деформации и создают временное затруднение току крови. Такая временная закупорка, возникающая в области прекапиллярного сфинктера, обусловливает появление феномена, который называют «игрой прекапилляров». В потоке крови лейкоциты, как более крупные и ригидные клетки, движутся медленнее эритроцитов и оттесняются к стенке сосуда. Около 95% лейкоцитов мигрирует к стенке венулы, а продолжительный контакт с интимой сосуда усиливает адгезию. Повышенная адгезия лейкоцитов в посткапиллярных венулах является результатом градиента реактивности эндотелия, который достигает своих максимальных значений в посткапиллярных сосудах. Эндотелиальные клетки микрососудов очень чувствительны к мельчайшим изменениям микрогемодинамики и реагируют на них соответствующими сдвигами своих параметров. Так, при экстравазальных воздействиях на сосуды, вызванных различными раздражителями, первичные сдвиги наблюдаются в области контактов люминальной поверхности эндотелия с пристеночным слоем плазмы. При этом наблюдаются повышенная адгезивность эндотелия и пристеночное стояние лейкоцитов с временным прилипанием отдельных из них к эндотелиоцитам. При хроническом стрессе начинается процесс миграции лейкоцитов в прекапиллярное пространство. При далеко зашедших изменениях эндотелия развивается стаз с последующей интеграцией эндотелиального пласта. В условиях острой ишемии повышенное количество лейкоцитов приводит к закупориванию ими капиллярных разветвлений. В норме сосудистый эндотелий непосредственно не контактирует с форменеными элементами, т.к. отделен от них тонким фибриновым слоем плазмы. При патологических состояниях этот слой теряет свои буферные свойства, что приводит к повышению сцепления форменных элементов белой крови и тромбоцитов с люминальной поверхностью эндотелия. Адгезия лейкоцитов существенно изменяет реологию крови в микрососудах, повышает сопротивление, особенно на путях оттока, а также вызывает увеличение вязкости крови в 2–3 раза.

Главным результатом функционирования системы микроциркуляции является транскапиллярный обмен. Он необходим не только для удовлетворения метаболизма, но и участвует в стабилизации давления в микроциркуляторном русле. Величина диффузии находится в прямой зависимости от числа функционирующих капилляров и является одним из ведущих механизмов стабилизации кислородного обеспечения тканей в условиях его дефицита. Этот механизм быстро включается при возникновении гипоксии и обеспечивает увеличение тканевого кровотока и поверхности функционирующих капилляров. Кроме того, скорость диффузии имеет прямую зависимость от градиента концентраций и обратную зависимость от величины кровотока в микроциркуляционном русле. Известно, что кровь это суспензия клеток в жидкости (плазме). Стабильность этой суспензии должна поддерживаться на протяжении всей жизни, т.к. слипание клеток крови немедленно прекращает кровоток и непременно приводит либо к существенным нарушениям работоспособности органа (инфаркт, инсульт), либо к смерти. Необходимым условием для взаимного отталкивания является наличие на поверхности клеток одноименного электрического заряда, который рождается за счет деятельности плазматической мембраны. Универсальные механизмы генерации мембранного потенциала работают на клеточной поверхности эритроцита. Они обеспечивают селективное распределение ионов по обеим сторонам мембраны – К ⁺ внутри и Na ⁺ снаружи. Поддержание этого ионного гетерогенитета обеспечивается, как и в других клетках, функционированием специальной ионной помпы (Na ⁺, К ⁺ -й АТФ-азы), которая за счет энергии АТФ восстанавливает концентрации ионов внутри клетки. Благодаря этим процессам на поверхности эритроцита формируется разность потенциалов, причем внутренняя поверхность мембраны клетки заряжена отрицательно, а на наружной поверхности концентрируются положительные заряды. Разность потенциалов на плазматической мембране является необходимой для осуществления целого ряда важных для любой клетки функций. В связи с этим следует учитывать, что в крови, в соответствии с различными функциональными состояниями, существенно меняется содержание физиологически активных веществ – гормонов и медиаторов, многие из которых имеют непосредственное отношение к регуляции транспортных процессов на плазматической мембране. Взаимодействие физиологически активных веществ с рецепторами на клеточной поверхности приводит к существенному изменению в проницаемости и, соответственно, изменяет разность потенциалов на мембране. Заряд мембраны является фиксированным зарядом и заряженные частицы окружающей среды, в первую очередь ионы, естественно приводят к тому, что фиксированные заряды притягивают ионы противоположного знака и клетка оказывается окруженной облаком заряженных частиц. Причем, чем выше заряд клеточной поверхности, тем больше облако, представляющее двойной электрический слой. При многих воздействиях, меняющих физиологическое состояние клетки, отмечается изменение СОЭ. С одной стороны, СОЭ зависит от заряда клеточных поверхностей, отталкивающих клетки друг от друга, а с другой стороны, обусловлена наличием в плазме клеток специальных белков – агглютининов, склеивающих клетки между собой. Колоссальные различия в скорости оседания эритроцитов у здоровых коров и лошадей объясняются именно различиями в содержании агглютининов. Если эритроциты коровы оседают в специальном капилляре на 0,5–1,5 мм/час, то эритроциты лошади оседают значительно быстрее – 70 мм/час. Информативная значимость определения СОЭ, а без этого не обходится ни один клинический анализ крови, заключается в выявлении реакции организма на инфекцию. В ходе ответного шага на проникновение микроорганизмов в плазме крови появляются агглютинины, предназначенные в первую очередь для склеивания микробных тел. После того, как микробы «теряют свободу», с ними значительно легче справиться иммунокомпетентным клеткам.

Для эритроцита форма двояковогнутого диска неслучайна: именно в этом случае создаются наиболее благоприятные условия для диффузии углекислого газа и кислорода, осуществления транспортных процессов и перемещения в потоке крови. Чем же поддерживается форма клеток и каковы возможности её изменения? Практически все клетки используют для обеспечения своей пространственной организации опорные структуры и структуры натяжения. Обычно опорными структурами клетки являются микротрубочки, представленные специфическим клеточным белком – тубулином. Имеются в клетке и структуры натяжения, и клеточная мускулатура. Причем сочетание процессов разборки и сборки отдельных компонентов внутриклеточного каркаса позволяет клетке менять свою форму. В нужном месте клетки опорные структуры могут «разобраться» и освободить внутриклеточные структуры. Особенность структуры эритроцитов в отсутствии микротрубочек и скелетных фибриллярных структур. Микрофибриллы, образующие цитоскелет эритроцитов, состоят из Т-актина и спектрина. Спектрин, являющийся специфическим белком эритроцитов, располагается на внутренней стороне мембраны и обладает АТФ-азной активностью. Этот белок обеспечивает стабилизацию интегральных белков в мембране эритроцита. Наличие такой связи или её отсутствие позволяет эритроцитам менять форму при прохождении их через капилляры. Капилляры млекопитающих имеют диаметр от 3 до 10 микрон. Чтобы пройти капилляр, диаметр которого меньше диаметра эритроцита, последний должен деформироваться. Прижизненные наблюдения показывают, что обычно эритроциты внутри мелких капилляров принимают самую разную форму – одни из них изгибаются наподобие купола парашюта, другие свертываются в трубочку и продвигаются по сосуду вперед торцом. В норме обычные эритроциты способны значительно деформироваться, не меняя при этом ни своего объема, ни площади поверхности. Измененные клетки, обладающие большей жесткостью, утрачивают способность к столь сильной деформации и поэтому не могут проходить через мелкие сосуды. Исследования с применением меченных изотопами эритроцитов показали, что средняя продолжительность их жизни составляет от 90 до 120 сут. Следовательно, для поддержания в крови постоянной концентрации этих клеток необходимо, чтобы каждые сутки разрушалось и образовывалось вновь примерно 0,8% всего их количества. По мере старения эритроциты становятся более хрупкими и в последующем становятся жертвами лейкоцитов и других клеток-«чистильщиков». Полагают, что механическое разрушение клеток крови происходит в основном в микрососудах, именно здесь кровь испытывает наибольшее напряжение сдвига. При некоторых болезнях крови, например, наследственной сфероцитоме, эритроциты имеют сферическую форму и диаметр около 6 микрон. У таких больных гемолиз резко усилен, и хотя образование эритроцитов у них увеличено в несколько раз, оно не компенсирует их потерю в результате разрушения и результатом является анемия. Удаление селезенки в этих случаях приводит к значительному улучшению состояния пациентов. Причиной этому, вероятно, является то обстоятельство, что при прохождении через капилляры паренхимы селезенки эритроцитам приходится «протискиваться» через очень узкие щели до 3 микрон. Нормальные клетки проходят через них без гемолиза. Но для патологически измененных клеток это путешествие оказывается роковым. Как мы уже отмечали, нарушение формы эритроцитов отмечается не только при наследственных гемолитических заболеваниях. В результате воздействия токсических веществ, аутоиммунных конфликтов и т.п. возникают извращенные по форме эритроциты, обладающие повышенной жесткостью внутриклеточного каркаса. Клетки с нарушением сократительных структур также подвержены разрушительным влияниям. Объективная оценка состояния цитоскелета является существенным диагностическим и прогностическим признаком.

При изучении проблемы транспорта кислорода не уделяется должного внимания оценке реологических свойств крови, несмотря на то, что последние годы значительно расширились наши знания в этой области. Цельная кровь с точки зрения биореологии является аномальной, неньютоновской жидкостью, так как её поведение в области малых скоростей сдвига не подчиняется закону Ньютона. Реологические свойства крови определяются различными факторами, которые условно подразделяются на гемодинамические, клеточные, плазменные, факторы взаимодействия и внешних условий. Ключевая роль в формировании реологического поведения крови принадлежит форменным элементам, и, прежде, всего эритроцитам, на объемную долю которых приходится до 98%. Нормальный эритроцит человека и многих животных в стационарных условиях имеет двояковогнутую дисковидную форму, за счет этого его общая площадь увеличивается на 20% в сравнении со сферой такого же объема. Внутриэритроцитарная жидкость, содержащая гемоглобин, имеет вязкость около 7 сПз, что значительно выше, чем значение вязкости цельной крови. Механические свойства эритроцитов обусловлены их деформируемостью, т.е. способностью изменять форму клетки под действием внешних сил.

В настоящее время в системе периферического кровообращения условно выделяют микроциркуляторное, или терминальное, сосудистое русло, которое, в свою очередь, в соответствии с делением сосудов на крове- и лимфоносные, делится на микроциркуляторное крове- и лимфоносное русло. Микроциркуляторное кровеносное русло состоит из сосудов, диаметр которых не превышает 100 мкм, т. е. артериол, метартериол, капиллярных сосудов, венул и артериоловенулярных анастомозов. В нем осуществляются доставка питательных веществ и кислорода к тканям и клеткам, удаление из них углекислоты и «шлаков», поддерживаются равновесие притекающей и оттекающей жидкости, оптимальный уровень давления в периферических сосудах и тканях.

Микроциркуляторное лимфоносное русло представлено начальным отделом лимфатической системы, в котором происходят образование лимфы и поступление ее в лимфатические капилляры. Процесс образования лимфы имеет сложный характер и заключается в переходе жидкости и растворенных в ней веществ, в том числе белков, через стенку кровеносных капиллярных сосудов в межклеточное пространство, распространении веществ в периваскулярной соединительной ткани, резорбции капиллярного фильтрата в кровь, резорбции белков и избытка жидкости в лимфоносные пути и т. д.

Таким образом, с помощью микроциркуляторного кровообращения осуществляется тесное гематоинтерстициальное и лимфоинтерстициальное взаимодействие, направленное на поддержание необходимого уровня метаболизма в органах и тканях в соответствии с их собственными потребностями, а также потребностями организма в целом.