Теги: кровообращение кровь патология сердечно-сосудистой системы сердечно-сосудистые заболевания внутренние болезни биофизика, биохимия и физиология животных и человека медицина
ISBN: 5-314-00164-0
Год: 2000
Текст
Д. Морман
Л. Хеллер
Физиологий
сердеч но-сосуд _
СИСТЕМЫ V
Современное изложение сложных процессов
физиологии сердечно-сосудистой системы
в простой и доступной форме делает эту книгу
незаменимым учебным пособием не только для
специалистов-физиологов и клиницистов,
но и для студентов и аспирантов.
А. Вандер
5-е международное издание
310093, Хфыюв, а/я9130
для жителей Украины
22001?. Мит
длвжитамМ 6е<
СПРАШИВАЙТЕ В КНИЖНЫХ МАГАЗИНАХ.
Заказ наложенным платежом:
197198, Санкт-Петербург, а/я619
e-mail: postbook@piter-press.ru
для жителей России
ISBN 5-314
4-е международное издание
Д. Морман
Л. Хеллер
сйИЬиология
СЕРДЙНО-СОСУДИСТОЙ
чг" СИСТЕМЫ
Cardiovascular
Physiology
Fourth edition
David E. Mohrman, Ph.D
Associate Professor, Department of Medical and Molecular Physiology
Lois Jane Heller, Ph.D.
Professor, Department of Medical and Molecular Physiology
School of Medicine
University of Minnesota, Duluth
Duluth, Minnesota
McGraw-Hill, Inc.
HEALTH PROFESSIONS DIVISION
New York • St Louis • San Francisco Auckland • Bogota Caracas • Lisbon London Madrid
Mexico City • Milan • Montreal • New Delhi • San Juan • Singapore • Sydney Tokyo • Toronto
Д. Морман
Л. Хеллер
ФИЗИОЛОГИЯ
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ
СИСТЕМЫ
С^ППТЕР
Санкт-Петербург
Москва • Харьков • Минск
2000
Д. Морман, Л. Хеллер
ФИЗИОЛОГИЯ
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
Перевод с английского
канд. мед. наук Г. А. Лаписа
под общей редакцией доцента Р. В. Болдырева
Серия «Физиология»
Главный редактор
Заведующий редакцией
Научный редактор
Литературный редактор
Художественный редактор
Корректор
Дизайн и верстка
В В Усманов
П. В Алесов
Р В. Болдырев
Т. П. Ульянова
В. Б. Шимкевич
А. М. Михайлова
А. Л. Кудрявцев
ББК 54.10+28.911
УДК 612.1+616.1
Морман Д., Хеллер Л.
М79 Физиология сердечно-сосудистой системы. — СПб: Издательство «Питер», 2000. — 256 с.
(Серия «Физиология»),
ISBN 5-314-00164-0
Перед вами четвертое издание замечательного американского пособия по клинической физиологии
сердечно-сосудистой системы. Книга содержит около 70 схем и рисунков, а также великолепную подбор-
ку тестов для самоподготовки
Книга предназначена не только для студентов и аспирантов, ио п специалистов-физиологов, а также
клиницистов
© 1997, 1991, 1986, 1981 by The McGraw-Hill Companies, Inc.
© Перевод на русский язык, Г. А. Лапис, 2000
© Серия, оформление, Издательство «Питер», 2000
Права на издание получены по соглашению с McGraw-Hill, Inc.
Все права защищены Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими
бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав
ISBN 5-314-00164-0
ISBN 0-07-028025-8 (англ.)
Изда1ельс1во «Нигер» 196105, Санкг-Пе1ербур1, ул. Блаюдащая. 67
Лицензия ЛР№ 066333 01 23.02 99.
Подписано в печать 29.12 99. Формаг70Х I00*/w. Усл. 11. л. 20.8. Тираж 5000 жз 3аказ№ 1994.
Ошечатано с юювых диапозитивов в ГПП «Печатный Двор»
Мииис1ерс1ва РФ но делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций.
197110, Санк1-Пе1ербур1, Чкаловский пр., 15.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ..................... 10
ПРЕДИСЛОВИЕ........................................'.....11
Глава 1
ГОМЕОСТАЗ И КРОВООБРАЩЕНИЕ.............................12
ГОМЕОСТАЗ И СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА.............13
ОСНОВНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ.14
Кровь.............................................14
Сердце и сосуды...................................16
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ....................18
Основные уравнения гидродинамики..................18
Общий транспортный поток и принцип Фика...........20
Транскапиллярная диффузия растворов...............21
Транскапиллярное перемещение жидкости.............23
ЛИМФАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА...............................26
Глава 2
ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИИ СЕРДЦА.......................27
НАСОСНАЯ ФУНКЦИЯ СЕРДЦА.............................27
ВОЗБУЖДЕНИЕ СЕРДЦА..................................29
НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕРДЦА...............31
НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ
ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ НАСОСНОЙ ФУНКЦИИ СЕРДЦА............3 1
Глава 3
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА............................33
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ СЕРДЦА......................34
Мембранные потенциалы..............................34
Потенциалы действия сердечной клетки...............37
6
Оглавление
Проведение потенциалов действия по тканям сердца......43
Электрокардиограмма...................................46
Регуляция частоты сердечных сокращений................46
МЕХАНИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЦА . 49
Сокращение сердечной мышцы............................49
Сопряжение процессов возбуждения и сокращения.........50
Процессы, протекающие в мышечной клетке сердца........52
Глава 4
СЕРДЕЧНЫЙ НАСОС...........................................60
СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ . 61
Левый сердечный насос.................................61
Правый сердечный насос................................64
Тоны сердца...........................................65
МИНУТНЫЙ ОБЪЕМ СЕРДЦА 66
РЕГУЛЯЦИЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА 67
Закон Лапласа........................................67
Влияние изменения преднагрузки
на желудочки: закон Франка—Старлинга..................70
Влияние изменения постнагрузки на желудочки............71
Влияние изменения сократительной функции миокарда......73
ОБЗОР ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ МИНУТНЫЙ ОБЪЕМ 74
Функциональные кривые сердца...........................75
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН СЕРДЦА 7 6
Источники энергии......................................76
Факторы, определяющие потребление кислорода миокардом..77
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ФУНКЦИИ СЕРДЦА 7 9
'Минутный объем сердца/сердечный индекс................79
Визуальные методы исследования .......................82
Глава 5
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА........................................84
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ 84
Основные концепции электрокардиографии.................86
ДИПОЛИ СЕРДЦА И ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИЕ КРИВЫЕ 87
Деполяризация желудочков и комплекс QRS................89
Реполяризация желудочков и зубец Т.....................91
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОСЬ СЕРДЦА И ЕЕ ОТКЛОНЕНИЯ............ 91
г СТАНДАРТНАЯ 12-ОСЕВАЯ СИСТЕМА ОТВЕДЕНИЙ
Оглавление
7
Глава 6
НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИИ СЕРДЦА..................................95
НАРУШЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИИ СЕРДЦА И АРИТМИИ 95
ПАТОЛОГИЯ КЛАПАНОВ 99
Глава 7
ПЕРИФЕРИЧЕСКАЯ СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА......................... 102
ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ СОСУДИСТОЙ СЕТИ 103
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ СОСУДОВ 105
Сопротивление и поток жидкости в сосудистой сети... 105
Объемный кровоток и скорость движения крови........ 107
Ламинарный и турбулентный поток.................... 109
Объемы крови в периферических сосудах................ 110
Давление крови в периферических сосудах..............110
Сопротивление в периферических сосудах...............111
Общее периферическое сопротивление...................112
Эластические свойства сосудов........................112
ИЗМЕРЕНИЕ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ 1 14
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ 115
Среднее артериальное давление........................115
Артериальное пульсовое давление...................... 117
Глава 8
РЕГУЛЯЦИЯ СОСУДИСТОГО ТОНУСА.............................. 120
ГЛАДКАЯ МУСКУЛАТУРА СОСУДОВ 121
Механика сокращения.................................. 122
Мембранные потенциалы............ ...................123
Электромеханическое и фармакомеханическоесопряжение.. 123
Механизмы расслабления...............................125
Сосудистый тонус..................................... 125
РЕГУЛЯЦИЯ ТОНУСА АРТЕРИОЛ 126
Локальные воздействия на артериолы................... 126
Нервная регуляция тонуса артериол.................... 133
Гормональная регуляция тонуса артериол .............. 134
РЕГУЛЯЦИЯ ВЕНОЗНОГО ТОНУСА 13 5
ОБЗОР ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ ТОНУСА СОСУДОВ 136
РЕГУЛЯЦИЯ ТОНУСА СОСУДОВ В ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНАХ . 137
ДГхчм «лм/члАЖЛК* 1 QQ
8
Оглавление
Мозговой кровоток................................ 142
Кровоток в органах брюшной полости................143
Почечный кровоток................................ 144
Кровоток в коже.................................. 145
Легочный кровоток................................ 147
Глава 9
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ВЕНОЗНОЕ ДАВЛЕНИЕ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ
СОСТОЯНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ............................. 150
КРИВАЯ ВЕНОЗНОГО ВОЗВРАТА 15 2
ВЛИЯНИЕ ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО ВЕНОЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
НА ВЕНОЗНЫЙ ВОЗВРАТ 15 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНУТНОГО ОБЪЕМА И ВЕНОЗНОГО ВОЗВРАТА
ЦЕНТРАЛЬНЫМ ВЕНОЗНЫМ ДАВЛЕНИЕМ 15 5
КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ЦЕНТРАЛЬНОГО
ВЕНОЗНОГО ДАВЛЕНИЯ 159
Глава 10
РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ..................... 161
КРАТКОВРЕМЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ 163
Артериальный барорецепторный рефлекс............. 163
Другие сердечно-сосудистые рефлексы и реакции.... 168
Равновесие в системе артериальной барорецепции .. 174
ДОЛГОВРЕМЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ 178
Жидкостное равновесие и артериальное давление.... 178
Влияние артериального давления
на интенсивность мочеотделения................... 181
Глава 11
РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ НА
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СТРЕССЫ................................ 185
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ДЫХАНИЯ 18 7
ВЛИЯНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ 190
Реакции на изменение положения тела ............... 190
Реакции на состояние невесомости................... 194
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ 195
Реакции на резкое начало физической нагрузки....... 195
Реакции на постоянную физическую нагрузку.......... 199
ВЛИЯНИЕ СТАРЕНИЯ . 200
Глава 12
л тчг» гтгчгггл уч /> 17 rr гг лпуч Л Л Г/Х"* J"» UTdLF
Оглавление
9
ГЕМОДИНАМИЧЕСКИЙ ШОК . . 203
Первичные расстройства..........................203
Компенсаторные механизмы........................204
Процессы декомпенсации..........................205
НАРУШЕНИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 208
Ишемическая болезнь сердца......................208
Хроническая застойная сердечная недостаточность.210
АРТЕРИАЛЬНАЯ ГИПЕРТЕНЗИЯ 215
Терапевтические мероприятия ....................218
ВОПРОСЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ............................219
ОТВЕТЫ..........................................227
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................239
ПРИЛОЖЕНИЯ......................................245
ПРИЛОЖЕНИЕ А 245
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 246
ПРИЛОЖЕНИЕ В 247
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 249
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ
ИЗДАНИЮ
Предлагаемый вниманию читателей перевод четвертого, значительно перерабо-
танного издания «Физиологии сердечно-сосудистой системы» Д. Мормана и Л. Хел-
лера представляет собой учебное пособие для студентов медицинских институтов.
К основным достоинствам учебного пособия следует отнести относительную про-
стоту изложения сложных процессов с использованием достижений последних двух
десятилетий в области изучения физиологии сердечно-сосудистой системы (роль сар-
коплазматического ретикулума, природа пейсмекерного потенциала водителей ритма
сердца, роль ионов кальция и два типа входящего тока в миокарде, роль Na+- Са2+
обмена в регуляции сократительной функции, регуляция тонуса и электрофизиологии
миокарда и др.) При этом авторы не скрывают от студентов дискутабельность и непол-
ноту данных об интимных процессах в системе кровообращения
Это подготавливает читателя к более эффективному восприятию патологии сер-
дечно-сосудистой системы и пониманию фармакологического воздействия на нее с чет-
ким представлением об ограниченности и вариабельности результатов.
Несмотря на некоторую упрощенность данных о физиологии сердечно-сосудис-
той системы, нам представляется полезным использование предлагаемого учебного
пособия начинающими врачами широкой практики, что позволит им подготовиться к
изучению специальной литературы и нешаблонному терапевтическому воздействию
на кардиологическую патологию.
Большое количество удачно подобранных рисунков содействует пониманию дан-
ных о физиологических процессах в сердечно-сосудистой системе.
Доцент Р. В. Болдырев
ПРЕДИСЛОВИЕ
/
Эта книга предназначена для того, чтобы снабдить студентов информацией и зна-
ниями тех концепций, которые необходимы для четкого понимания, как функцио-
нирует сердечно-сосудистая система в норме. Специально сформулированные в каж-
дой главе цели и вопросы для изучения позволяют студентам проверить, в какой степени
они овладели представленным материалом. Это издание подразумевает возможность
самостоятельного изучения предмета, но в то же время оно может сопровождаться
(хотя и необязательно) дополнительным лекционным материалом. Литературные ссыл-
ки представлены к каждой главе, чтобы снабдить заинтересованных студентов досту-
пом к соответствующей научной литературе
Мы очень надеемся, что представленная информация принесет студентам не про-
сто набор фактов, но также и понимание того, как функционирует сердечно-сосуди-
стая система в норме. Физиология сердечно-сосудистой системы часто является для
студента первым прикосновением к пониманию деятельности целой системы органов,
и поэтому бывает затруднительно разобраться с постоянным взаимодействием между
различными компонентами системы. Мы старались прежде всего представить деятель-
ность сердечно-сосудистой системы вцелом, а не излагать набор фактов.
Изменения и дополнения, которые внесены в четвертое издание книги, являются
следствием появления новых научных разработок, нашего собственного опыта по ра-
боте с предыдущими изданиями, а также полезной критики и комментариев коллег и
студентов Например, мы существенно пересмотрели и расширили описание клеточ-
ных механизмов деятельности сердечной и гладкой мускулатуры, с тем чтобы отра-
зить последние научные данные в этой области. Учитывая тенденцию к интеграции
курсов обучения в современном медицинском образовании, объем текста в некоторых
вопросах был увеличен Например, мы дополнили информацию о системе крови и
гемостазе. Как и при подготовке предыдущих изданий, мы старались оптимизировать
изложение материала с учетом перспективы дальнейшего обучения студента. Мы
стремились написать хорошо читаемый и логически выдержанный текст, позволяю-
щий читателю понять деятельность сердечно-сосудистой системы в целом. С этих по-
зиций мы несколько изменили изложение материала, улучшили и добавили рисунки, а
также внесли вопросы для изучения и приложения.
Мы хотим выразить нашу искреннюю признательность всем коллегам и студен-
там, которые пожелали внести предложения по усовершенствованию текста и будем
приветствовать ваши комментарии и критические замечания по данному изданию
книги.
ГЛАВА 1
ГОМЕОСТАЗ
И КРОВООБРАЩЕНИЕ
Цели
Студент понимает основные принципы кровообращения и их роль в поддержании
гомеостаза
1. Дает определение понятия «гомеостаз»
2. Указывает основные жидкостные пространства в организме и приблизительный
объем каждого из них
3. Описывает основные компоненты жидкой и клеточной частей крови.
4. Иллюстрирует пути тока крови между сердцем и другими основными органами
5. Указывает на два условия, зависящие от деятельности сердечно-сосудистой сис-
темы, которые существенны для регуляции состава интерстициальной жидко-
сти
6. Устанавливает взаимоотношения между кровотоком, давлением крови и сосуди-
стым сопротивлением.
7. Способен предсказать процентное изменение потока жидкости по трубе при увели-
чении в два раза ее длины, радиуса, вязкости жидкости или разности давления.
8. Определяет такие понятия как «общий транспортный поток» и «диффузия» и
перечисляет факторы, определяющие величину каждого из них.
9. По заданным параметрам может с помощью принципа Фика, рассчитать скорость
удаления растворенного вещества из крови по мере ее прохождения через орган.
10. Описывает, каким образом проницаемость капиллярной стенки по отношению
к растворенному веществу соотносится с величиной молекул и жирораствори-
мостью данного химического соединения.
И. Перечисляет факторы, влияющие на транскапиллярный обмен жидкости, и по
заданным параметрам прогнозирует направление транскапиллярного переме-
щения жидкости.
12. Описывает лимфатическую сосудистую систему и ее роль в предотвращении
накопления жидкости в интерстициальном пространстве.
Гомеостаз
и сердечно-сосудистая система
Французский физиолог XIX века Клод Бернар (1813-1878) первый обнаружил,
что все высшие живые организмы активно и постоянно препятствуют тому, чтобы
факторы внешней среды нарушили те условия, которые необходимы для жизнедея-
тельности в организме. Таким образом, температура, концентрация кислорода, pH,
ионный состав, осмолярность и много других важных переменных величин, характе-
ризующих нашу внутреннюю среду, подвергаются жесткому регулированию Этот
процесс поддержания «постоянства» нашей внутренней среды в настоящее время опре-
деляется термином «гомеостаз». Для выполнения этой роли в процессе эволюции
возникла сердечно-сосудистая система — сложная транспортная сеть, занимающаяся
переносом разнообразных веществ.
Различные жидкостные пространства, содержащие воду, в целом называемые тер-
мином общая вода организма, составляют около 60% массы тела. Эта вода распреде-
ляется между внутриклеточным, интерстициальным и плазменным пространства-
ми, как показано на рис. 1-1 Около 2/ всей воды нашего организма содержится
внутри клеток и соединяется с интерстициальной жидкостью через плазматическую
мембрану клеток. Из внеклеточной жидкости-только небольшой объем, плазменный
объем, циркулирует внутри сердечно-сосудистой системы. Кровь состоит из плазмы и
приблизительно равного ей объема форменных элементов (преимущественно красных
клеток крови). Жидкость циркулирующей плазмы соединяется с интерстициальной
жидкостью через стенку тонких капилляров
Интерстициальная жидкость является непосредственной внешней средой отдель-
ных клеток. Эти клетки должны получать свои питательные вещества из интерсти-
Рис 1-1 Основные жидкостные пространства с указанием средних объемов у человека с
массой 70 кг. Общее содержание воды в организме составляет около 60 % массы тела,
цифры в скобках указывают приблизительный процент от общего объема воды в организме,
содержащейся в каждом пространстве
циальной жидкости и выделять свои продукты обмена в нее. В то же время интер-
стициальная жидкость не может рассматриваться как значительный резервуар, пи-
тательных веществ или как большая раковина для стока продуктов метаболизма,
поскольку ее объем составляет менее половины объема тех клеток, которые она
омывает. Таким образом, нормальная жизнедеятельность отдельных клеток в зна-
чительной степени зависит от гомеостатических механизмов, регулирующих со-
став интерстициальной жидкости. Эта задача выполняется посредством постоян-
ного контакта интерстициальной жидкости со «свежими порциями» циркулирующей
плазмы.
По мере того, как кровь протекает через капилляры, растворенные в ней вещества
обмениваются между плазмой и интерстициальной жидкостью в процессе диффузии.
Конечный результат транскапиллярной диффузии заключается в том, что интерстици-
альная жидкость всегда имеет тенденцию приобрести состав поступающей крови. На-
пример, если концентрация ионов калия в интерстициальном пространстве конкрет-
ной скелетной мышцы выше, чем в плазме, поступающей в мышечную ткань, то ионы
калия будут диффундировать в кровь по ее мере протекания через капилляры мышцы.
Поскольку это приводит к удалению калия из интерстициальной жидкости, то концен-
трация ионов калия в интерстициальной жидкости будет снижаться. Снижение пре-
кратится, когда результирующее движение калия в капилляры также остановится, т.е.
когда концентрация вещества в интерстициальном пространстве достигнет той, кото-
рая характерна для поступающей плазмы.
Необходимы два условия, для того чтобы данный циркуляторный механизм
эффективно регулировал состав интерстициальной жидкости: (1) должен осуще-
ствляться адекватный кровоток через тканевые капилляры и (2) химический со-
став поступающей (или артериальной) крови должен регулироваться таким обра-
зом, чтобы обеспечить оптимальный состав интерстициальной жидкости.
Выполнение этих двух условий осуществляю т строение и функционирование сер-
дечно-сосудистой системы.
Основные составные части сердечно-
сосудистой системы
Кровь
Кровь является сложной по составу жидкостью, которая служит средством транс-
порта веществ между тканями организма, а также выполняет множество других функ-
ций. В норме около 40 % объема цельной крови занимают клетки крови, взвешенные в
водянистой жидкости, плазме, которая и составляет остальной объем. Часть объема
крови, которую занимают клетки, является клинически важным показателем и назы-
вается гематокритом'.
Гематокрит = клеточный объем /общий объем крови.
Клетки крови. Кровь содержит три основных типа «форменных элементов»:
эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (см. приложение А). Все они образуются в
костном мозге из общей стволовой клетки. Эритроциты, безусловно, наиболее
многочисленны. Они специализируются для переноса кислорода из легких к дру-
гим тканям организма путем присоединения кислорода к гемоглобину — желе-
зосодержащему гемопротеину, концентрированному внутри эритроцитов. Благо-
даря наличию гемоглобина, кровь может переносить в 40-50 раз большее коли-
чество кислорода по сравнению с транспортной способностью плазмы. Кроме того,
свойство гемоглобина оказывать буферный эффект по отношению к иону водоро-
да является жизненно важным для способности крови переносить двуокись угле-
рода.
Незначительной по количеству, но важной частью клеток крови являются белые
клетки, или лейкоциты. Лейкоциты участвуют в иммунных процессах. В приложении
А приведена более подробная информация о типах и функциях лейкоцитов. Тромбоци-
ты являются небольшими клеточными фрагментами, которые играют важную роль в
процессе свертывания крови.
Плазма. Плазма является жидким компонентом крови и, как указано в приложе-
нии Б, представляет собой сложный по составу раствор электролитов и белков. Сыво-
ротка является жидкостью, получаемой из образца крови, после того как в ней обра-
зовался сгусток. Со всех практических точек зрения состав сыворотки идентичен
составу плазмы за исключением того, что первая не содержит ни одного из белков,
участвующих в процессе свертывания крови.
Неорганические электролиты (неорганические ионы, такие как натрий, калий,
хлор и бикарбонат) содержатся в плазме в наиболее значимых количествах. Из пере-
численных выше ионы натрия и хлора значительно преобладают и, таким образом, в
первую очередь обеспечивают нормальную осмолярность плазмы, составляющую око-
ло 300 моем/л. В первом приближении плазменный «бульон» является раствором
натрия хлорида с концентрацией 150 ммоль. Такой раствор носит название изотони-
ческого и имеет широкое клиническое применение в качестве жидкости, в которой
могут находиться клетки.
В нормальной плазме содержится много различных белков. Большинство плаз-
менных белков можно классифицировать как альбумины, глобулины или фибри-
ноген, на основании различных химических и физических характеристик, исполь-
зуемых при их разделении. В настоящее время идентифицировано более 100
различных белков плазмы, каждый из которых выполняет преимущественно свою
специфическую функцию. Значительное количество плазменных белков учеству-
ет в процессе свертывания крови или в иммунных (защитных) реакциях организма.
Многие другие белки выполняют важные транспортные функции по отношению к
разнообразным веществам, таким как жирные кислоты, железо, медь, витамин D и
определенные гормоны.
Белки не могут легко преодолевать стенку капилляров и обычно их концентрация
в плазме существенно выше, чем в интерстициальной жидкости. Как будет обсуждено
ниже в данной главе, белки плазмы играют важную осмотическую роль при транска-
пиллярном обмене жидкости и, таким образом, в распределении внеклеточной жидко-
сти между кровью и интерстициальным пространством. Альбумин выполняет особо
важную роль в данном отношении просто по той причине, что его концентрация в
плазме, по сравнению с другими белками, наиболее велика.
Плазма выполняет также транспортную роль при переносе питательных веществ
и продуктов обмена, подлежащих экскреции. Таким образом, в плазме содержится
множество мелких органических молекул, таких как глюкоза, аминокислоты, мочеви-
на, креатинин и мочевая кислота, определение концентрации которых имеет большое
значение при клинической диагностике.
дщдИВСТ)
, j ОМИГТ’
Сердце и сосуды
В целом функциональная организация сердечно-сосудистой системы пред-
ставлена на рис. 1 -2. Поскольку на данном рисунке скорее представлена функ-
циональная, а не анатомическая точка зрения, то сердце изображено трижды:
как правый сердечный насос, левый сердечный насос и как миокард. Обычно сер-
дечно-сосудистую систему рассматривают как (1) малый (легочный) круг кро-
вообращения, включающий правый сердечный насос и легкие, а также (2) боль-
шой круг кровообращения (системную циркуляцию), в рамках которого левый
сердечный насос обеспечивает кровью все системы органов (все структуры орга-
низма за исключением той, где осуществляется функция газообмена в легких).
Легочная и системная циркуляция функционируют в организме последователь-
но, т.е. одна вслед за другой. Соответственно, правое и левое сердце должны
выбрасывать в сосудистое русло идентичный объем крови в минуту. Этот объем
крови носит название минутного объема сердца. В норме величина минутного
объема сердца составляет 5~6 л/мин в покое.
Как показано на рис. 1 -2, разнообразные органы тела функционально включенй
в систему кровообращения параллельно (т.е. имеют боковую параллель). Существуют
два важных следствия этой параллельной организации системы кровоснабжения орга-
нов. Во-первых, почти все органы тела получают кровь с идентичным составом —
таким, какой она имеет после того, как покидае т легкие. Такая кровь носит название
артериальной. Во-вторых, кровоток через любой орган тела может регулироваться
независимо от кровотока через другие органы. Так, например, при реакции сердечно-
сосудистой системы на физическую нагрузку может отмечаться увеличение кровото-
ка через одни органы, снижение кровотока через другие и неизменность его через
третьи органы.
Многие органы в теле человека участвуют в выполнении задачи постоянного об-
новления крови, циркулирующей в сердечно-сосудистой системе. Ключевую роль здесь
играют такие органы, как легкие, которые контактируют с окружающей средой. Как
становится ясно из схемы на рис. 1-2, вся кровь, которая только что прошла через
какой-либо орган, возвращается в правое сердце и прогоняется через легкие, где про-
исходит обмен кислорода и двуокиси углерода. Благодаря этому, газовый состав крови
возобновляется сразу после прохождения крови через орган.
Подобно легким многие другие органы выполняют функции по возобновлению
состава крови, хотя этот процесс происходит и не за один круг кровообращения.
Почки, например, постоянно регулируют электролитный состав крови, которая про-
текает через них. Поскольку кровь, состав которой был возобновлен в почках, в
дальнейшем свободно смешивается со всем объемом циркулирующей крови и, в свя-
зи с тем, что электролиты и вода свободно проникают через большинство стенок
капилляров, то почки регулируют электролитное равновесие во всей внутренней
среде организма. Для этого необходимо, чтобы определенный объем крови чаще про-
ходил бы через почки. Фактически почки (в состоянии покоя) в норме получают
одну четвертую от минутного объема сердца. Такое количество существенно превы-
шает объем, необходимый для удовлетворения потребностей тканей почки в пита-
нии. Это явление типично для органов, которые осуществляют функции по возоб-
новлении состава крови.
Органы тела, регулирующие состав крови, также могут выдержать, по крайней
мере, временно, существенное уменьшение объема кровотока. Например, кожа может
легко выдержать значительное уменьшение кровотока в тех случаях, когда для орга-
р^ЖКЛТетТТОГОГОСЖРАШЕЯИГ
17
Рис. 1-2. Циркуляция крови в сердечно-сосудистой системе с отражением процентного
распределения минутного объема сердца по различным органам тела человека в покое.
низма необходимо сберечь тепло. Большинство крупных органов брюшной полости
также попадают в эту категорию. Дело в том, что из-за свойственных данным органам
функций по регуляции состава крови в норме объемный кровоток через них суще-
ственно превышает то количество, которое необходимо для удовлетворения их основ-
ных метаболических потребностей.
Головной мозг, сердечная мышца и скелетная мускулатура являются типичными
органами, в которых кровоток обеспечивает только метаболические потребности тка-
ней. Они не регулируют состав крови для обеспечения какого-либо другого органа.
Кровоток в головном мозге и сердечной мышце в норме только слегка превышает тот,
который необходим для удовлетворения их метаболических потребностей и они пло-
хо переносят нарушения кровоснабжения. Потеря сознания может произойти ужг
через несколько секунд после прекращения мозгового кровотока, а устойчигое по-
w
I
вреждение головного мозга может отмечаться через 4 мин после прекращения крово-
снабжения. Аналогично мышца сердца (миокард) поглощает около 75% поступающе-
го в нее кислорода, и насосная деятельность сердца начинает страдать при нарушении
коронарного кровотока. Как мы увидим далее, задача обеспечения адекватного крово-
тока в головном мозге и в миокарде является одной из важнейших среди всех функций
сердечно-сосудистой системы.
Физические основы кровообращения
Сердечно-сосудистая система представляет собой сеть для передвижения веществ
из одного участка организма человека в другой. Ее эффективное строение позволяет
использовать очень ограниченный объем циркулирующей жидкости для того, чтобы
регулировать химический состав всей внутренней среды организма человека В ходе
функционирования сердечно-сосудистой системы используются только процессы дви-
жения жидкости и диффузии, вот почему понимание простых физических закономер-
ностей, которые управляют данными процессами, является фундаментом для понима-
ния функционирования сердечно-сосудистой системы в целом.
Основные уравнения гидродинамики
Одним из наиболее важных ключей к пониманию того, как функционирует сер-
дечно-сосудистая система, является представление о взаимоотношениях между физи-
ческими факторами, которые определяют скорость потока жидкости через трубу.
Труба, изображенная на рис 1-3, представляет собой участок любого сосуда в
организме. Он имеет определенную длину (L) и внутренний радиус (г), через который
протекает кровь Жидкость течет по трубе только в том случае, когда величины давле-
ния жидкости на входе и выходе (Р и Р) не равны, т е. когда между концами сосуда есть
градиент давления (ДР). Градиент давления является движущей силой потока. Посколь-
Входящее
давление
ДР=Р,- Ро
Выходящее
давление
Рис 1-3 Факторы, влияющие на поток жидкости по трубе
ку между движущейся жидкостью и неподвижными стенками трубы возникает трение,
то сосуды оказывают сопротивление движению жидкости через них
Это сосудистое сопротивление является мерой того, какое сопротивление испы-
тывает поток жидкости при движении через трубу, т е какая часть разности давления
тратится на создание потока жидкости Общая связь между потоком, градиентом давления
и сопротивлением описывается следующим основным уравнением гидродинамики'
Поток = гРадиент Давления
сопротивление
ГОтЕиСТАЗИКРОВООБРАЩЕНИЕ
19
где Q = скорость потока (объем/время),
ДР = градиент давления (мм рт. ст.1),
R = сопротивление потоку (мм рт. ст. х время /объем).
Основное уравнение гидродинамики применимо не только в случае единичной
трубы, но и к целой сети трубок, например, к сосудистой системе органа или ко всей
системе в целом. Например, поток крови через головной мозг определяется разницей
давления между мозговыми артериями и венами (в числителе дроби), деленной на
общее сопротивление всего сосудистого ложа мозга. Из основного уравнения гидроди-
намики видно, что существует только два пути изменения потока крови через орган:
(1) изменение градиента давления в его сосудистом русле или (2) изменение его сосуди-
стого сопротивления. Чаще всего изменения сосудистого сопротивления органа при-
водят к изменениям тока крови через данный орган.
Из работ французского физика Жана Леонарда Мари Пуазейля (1799-1869),
который выполнил эксперименты с потоком жидкости через маленькие стеклянные
капиллярные трубочки, мы знаем, что сопротивление потоку через цилиндрическую
трубку зависит от нескольких факторов, в том числе от радиуса и длины трубки и
вязкости жидкости, протекающей по трубке Эти факторы определяют сопротивление
току жидкости в соответствии со следующим уравнением:
nr
где г = внутренний радиус трубки,
L = длина трубки,
Г) = вязкость жидкости
Обратите внимание, что внутренний радиус трубки в данном уравнении возведен в
четвертую степень. Таким образом, даже небольшие изменения величины внутреннего
радиуса трубки будут оказывать существенное влияние на сопротивление потоку жид-
кости. Например, уменьшение внутреннего радиуса трубки в 2 раза приведет к увели-
чению сопротивления потоку жидкости в 16 раз.
Приведенные выше уравнения могут быть объединены в выражение, известное
под названием уравнение Пуазейля, которое включает все факторы, влияющие на
поток жидкости через цилиндрический сосуд2.
1 Хотя давление наиболее точно выражается в единицах силы на единицу площади, но
традиционно давление в сердечно-сосудистой системе выражается в миллиметрах ртутного
столба (мм рт ст ) Например, среднее артериальное давление, можно сказать, равняется
100 мм рт ст , поскольку это соответствует давлению, которое создается у основания столбика
ртути высотой 100 мм Все величины давления в сердечно-сосудистой системе, соотносятся с
атмосферным давлением, которое составляет величину примерно 760 мм рт ст
- Уравнение Пуазейля строго применимо только к гомогенным жидкостям, протекающим
через ригидные (жесткие) несуживающиеся трубки, в том случае, если ток жидкости по
ним можно охарактеризовать как ламинарный Хотя не все упомянутые условия строго
соблюдаются в любом сосуде организма, допущение достаточное, чтобы сделать общее
заключение на основании уравнения Пуазейля
SO
Глава 1
Опять же обратите внимание, что ток жидкости возможен лишь при наличии раз-
ности давления. Поэтому не удивительно, что артериальное давление крови является
чрезвычайно важным и тщательно регулируемым параметром сердечнососудистой
системы. Также обратите внимание еще раз, что приданном градиенте давления вели-
чина радиуса трубки оказывает очень большое влияние на интенсивность потока жид-
кости внутри трубки. Следовательно, величина кровотока в органах непосредственно
регулируется за счет изменения величины радиусов сосудов в данных органах. Хотя
длина сосуда и вязкость крови являются факторами, также влияющими на сосудистое
сопротивление, они не являются переменными, которыми легко манипулировать с це-
лью моментального воздействия на величину кровотока.
Общий транспортный поток
и принцип Фика
Вещества переносятся между органами сердечно-сосудистой системой с помо-
щью процесса, называемого общий транспортный поток — т.е. процесса простого
переноса веществ потоком жидкости, в которой они содержатся. Скорость, с которой
вещество (X) транспортируется посредством данного процесса, зависит только от кон-
центрации вещества в крови и скорости кровотока.
Скорость переноса = скорость кровотока х концентрация
или
где Х = скорость переноса вещества X (масса/время),
<2 = скорость кровотока (объем/время),
[X] = концентрация вещества X в крови (масса/объем).
Как видно из приведенного уравнения, существует только два способа изменения
скорости, с которой вещество транспортируется к органу: (1) изменение скорости
кровотока через орган или (2) изменение концентрации вещества в артериальной кро-
ви. Приведенное уравнение можно использовать, например, для расчета количества
кислорода, переносимого к определенной скелетной мышце за минуту. Однако обра-
тите внимание, что данный расчет не будет показывать, использует ли данная мышца
переносимый к ней кислород.
Можно распространить принцип общего транспортного потока на определение
скорости утилизации тканями вещества путем одновременной оценки скорости пере-
носа вещества по направлению к ткани и из ткани. Полученное соотношение описыва-
ется под названием принципа Фика (Адольф Фик, немецкий врач, 1829-1901) и мо-
жет быть представлено в виде следующей формулы:
X =<МНЧ).
где Х/с= скорость транскапиллярного транспорта веществах (масса/время),
Q = скорость кровотока (объем/время),
Щ,Л= концентрация вещества X в артериальной и венозной крови.
ГОМЕОСТАЗ И КРОВООБРАЩЕНИЕ 21
Принцип Фика по существу утверждает, что количество вещества, поступающее в
орган заданный промежуток времени (Q[X]a), минус количество вещества, выносимое
с потоком крови из органа (Q[X]v), должно равняться серости утилизации данного
вещества в ткани.
Транскапиллярная диффузия растворов
Капилляры служат зонами интенсивного обмена, где большинство веществ пере-
секают капиллярную стенку путем простой пассивной диффузии из,зоны с высокой
концентрацией в зону с низкой концентрацией3. Как в случае любого процесса диффу-
зии существует 4 фактора, определяющих скорость диффузии вещества между кровью
и интерстициальной жидкостью: (1) градиент концентрации, (2) площадь поверхнос-
ти, на которой происходит процесс обмена, (3) расстояние, на протяжении которого
протекает процесс диффузии и (4) проницаемость капиллярной стенки для диффун-
дирующего вещества4.
Капиллярное ложе позволяет огромным массам веществ поступать в кровь и по-
кидать ее, поскольку в капиллярах резко возрастает площадь поверхности, через
которую может происходить обмен, и в то же время до минимума сокращается рассто-
яние, через которое должно пройти диффундирующее вещество. Капилляры представ-
ляют собой очень тонкие сосуды с внутренним диаметром просвета, составляющим
около 5 мкм, толщиной стенки приблизительно 1 мкм и средней длиной около 0,5 мм.
(Для сравнения: человеческий волос в диаметре составляет около 100 мкм). Капилля-
ры распределены в невообразимом количестве в органах тела и тесно связаны со всеми
участками интерстициального пространства. Подсчитано, например, что один куби-
ческий сантиметр сердечной мышцы содержит около 2 000 000 отдельных капилляров
с общей поверхностью для транскапиллярной диффузии около 400 см2. Это примерно
соответствует площади данной страницы. Интерстициальный объем кубического санти-
метра ткани, если его распределить по поверхности данной страницы, образует слой тол-
щиной только около 8 мкм. Диффузия представляет собой чрезвычайно мощный меха-
низм для обмена вещества, если она происхедит на такой незначительной протяженности
и на столь огромной площади. Мы весьма далеки в своих возможностях повторения —
например, в искусственных легких или почках — столь совершенной геометрии для диф-
фузионного обмена, которая существует в тканях нашего собственного организма.
Как показано на рис. 1 -4, толщина самой капиллярной стенки представлена толь-
ко одним слоем эндотелиальных клеток, образующих трубку. Легкость, с которой
каждое конкретное растворенное вещество пересекает капиллярную стенку, выража-
ется показателем, который называется проницаемостью капилляров. Проницаемость
учитывает все факторы (коэффициент диффузии, расстояние, на котором осу-
ществляется диффузия, и площадь поверхности диффузии), за исключением градиен-
3 Исследования показали, что эндотелиальные клетки капилляров могут метаболизировать
или продуцировать определенные вещества. В этих случаях капиллярная стенка не может
рассматриваться как пассивный барьер между внутрисосудистым и интерстициальным
пространствами.
4 Эти факторы объединяются уравнением (первый диффузионный закон Фика), которое
описывает скорость диффузии (Xd) вещества X через мембрану Х = DA Д[Х]/ ДД, где D, А,
Д[X], и ДЦ означают соответственно: коэффициент диффузии, площадь поверхности, градиент
концентрации и расстояние, на котором осуществляется процесс диффузии.
"Ч4МЧЯ
^7 Глава 1
Рис 1-4 Пути транскапиллярной диффузии растворов
та концентрации, которые оказывают влияние на скорость, с которой растворенное
вещество преодолевает капиллярную стенку.
Тщательные экспериментальные исследования того, как быстро различные веще-
ства пересекают капиллярную стенку, показывают, что существуют два фундаментально
различных пути транскапиллярного обмена Жирорастворимые вещества, такие как
газообразные кислород и двуокись углерода, легко преодолевают капиллярную стен-
ку. Так как липидные плазматические мембраны эндотелиальных клеток не представ-
ляют собой существенного препятствия для диффузии жирорастворимых веществ, то
транскапиллярный перенос данных субстанций может осуществляться на всей площа-
ди поверхности капиллярного русла.
Проницаемость капилляров для мелких заряженных частиц, таких как ионы на-
три$Сй калия, примерно в 10000 раз меньше, чем для кислорода. Тем не менее, прони-
цаемость капилляров для мелких ионов на несколько порядков больше, чем проница-
емость, которая могла бы ожидаться, если бы ионы передвигались через липидные
плазматические мембраны. Таким образом, выдвинут постулат о том, что капилляры в
какой-то степени имеют перфорации через определенные интервалы в виде заполнен-
ных водой каналов или пор5 Количественная характеристика процесса диффузии ука-
зывает, что общая площадь поверхности всех пор, в сравнении с общей площадью
поверхности капилляров, сильно варьирует в капиллярном русле различных органов.
5 Поры, как таковые, не всегда с легкостью различимы при электронном микрофотографи-
ровании капиллярных эндотелиальных клеток. Большинство исследователей считают, что
поры в действительности представляют собой расселины в области соединений между
эндотелиальными клетками. и .
ГОМЕОСТАЗ И КРОВООБРАЩЕНИЕ
23
Капилляры головного мозга представляются очень плотными (они содержат мало пор),
в то время как капилляры в почке и железах, продуцирующих жидкий секрет, оказа-
лись гораздо более проницаемыми. В среднем, тем не менее, поры составляют только
небольшую часть от общей площади поверхности капилляров — около 0,01 %. Эта
площадь, тем не менее, достаточна для того, чтобы осуществить очень быстрый обмен
небольших по размерам водорастворимых веществ между плазмой и интерстициаль-
ной жидкостью большинства органов Таким образом, показатели концентрации неор-
ганических ионов в плазме могут рассматриваться как индикаторы их концентраций во
всем внеклеточном пространстве.
Истинный максимальный диаметр около 40А° был установлен для некоторых пор
в капиллярах, поскольку вещества с молекулярным диаметром больше данной величи-
ны, как правило, не пересекают капиллярную стенку6. Таким образом, альбумин и
другие плазменные белки ограничены в норме только плазменным пространством7.
Транскапиллярное перемещение жидкости
Помимо обеспечения диффузии полярных молекул, пронизывающие стенку ка-
пилляров наполненные водой каналы, позволяют потоку жидкости проникать через
стенку капилляров Результирующее перемещение жидкости между капиллярным и
интерстициальным пространством является важным для множества физиологиче-
ских функций организма человека, в том числе для поддержания объема циркулиру-
ющей крови, абсорбции жидкости в кишечнике, образования отеков в тканях, выра-
ботки слюны, пота и мочи. Результирующее передвижение жидкости из капилляров
называется фильтрацией, а перенос жидкости в просвет капилляров называется ре-
абсорбцией
Жидкость проходит через транскапиллярные каналы под влиянием градиента дав-
ления, существующего между интерстициальной и внутрикапиллярной жидкостью в
соответствии с основным уравнением гидродинамики. В то же время и гидростати-
ческое и осмоти ческое давление оказывают действие на транскапиллярное перемеще-
ние жидкости Мы ранее уже обсуждали, мак гидростатическое давление создает дви-
жущую силу для передвижения крови вдоль сосудов Гидростатическое давление внутри
капилляров, Рс, составляет около 25 мм рт ст. и представляет собой движущую силу,
которая заставляет кровь возвращаться в правое сердце из капилляров системных
органов.
В то же время гидростатическое внутрикапиллярное давление величиной в 25 мм рт. ст.
вызывает перемещение жидкости через внутрикапиллярные поры и в интерстициальное
пространство, где гидростатическое давление (Р) составляет около 0 мм рт ст.
Таким образом, в норме отмечается существенный градиент давления, способ-
ствующий фильтрации жидкости через капиллярную стенку Весь объем нашей плаз-
мы вскоре оказался бы в интерстициальном пространстве, если бы не существовало
6 Истинным механизм, ответственный за данную селективность в зависимости от размера
частиц, остается нераскрытым Торможение в передвижении частиц может быть обусловлено
определенными физическими размерами «пор» или может быть связано с фильтрующими
свойствами волокнистого матрикса, который выстилает или заполняет поры
7 В реальности крупные молекулы все же очень медленно пересекают капиллярную стенку
посредством механизма пиноцитоза, который иногда обозначается как система «крупных
пор». Однако даже с этой специальной системой проницаемость капилляров для белков
остается в 1000 раз меньшей, чем проницаемость для ионов натрия или молекул глюкозы.
24 А- Глава!
некой противодействующей силы, заставляющей жидкость перемещаться в капилляр-
ное русло. Уравновешивающей силой является осмотическое давление, которое воз-
никает вследствие того, что в плазме концентрация белка больше, чем в интерстици-
альной жидкости.
Напомним, что растворитель всегда стремится к перемещению из области с низ-
кой концентрацией в область с высокой концентрацией для установления осмотиче-
ского равновесия. Также напомним, что осмотические силы количественно выража-
ются в величинах осмотического давления. Осмотическое давление данного раствора
определяется как гидростатическое давление, необходимое для предотвращения осмо-
тического передвижения воды в тестируемый раствор при контакте с дистиллирован-
ной водой через мембрану, проницаемую только для воды.
Общее осмотическое давление раствора пропорционально общему количеству
частицрастворенного вещества в растворе. В плазме, например, общее осмотическое
давление составляет около 5000 мм рт. ст., почти полностью оно обусловлено раство-
ренными в ней минеральными солями, такими как NaCI и КО. Как уже обсуждалось,
проницаемость капилляров для мелких ионов весьма высока. Их концентрации в плаз-
ме и интерстициальной жидкости почти равны и, соответственно, они не влияют на
транскапиллярное передвижение жидкости.
Однако существует небольшой, но важный градиент осмотического давления между
плазмой и интерстициальной жидкостью, который обусловлен наличием альбумина и
других белков в плазме, которые в норме отсутствуют в интерстициальной жидкости.
Специальный термин, онкотическое давление, используется для обозначения той
части осмотического давления жидкости, которая обусловлена частицами, не способ-
ными свободно передвигаться через стенки капилляров. Благодаря наличию белков в
плазме, онкотическое давление (л) составляет около 25 мм рт. ст Благодаря отсут-
ствию белков, онкотическое давление интерстициальной жидкости (л) составляет око-
ло 0 мм рт. ст
Таким образом, в норме существует значительная осмотическая сила, вызываю-
щая реабсорбцию жидкости в капиллярах. Силы, которые влияют на транскапилляр-
ное перемещение жидкости, суммарно представлены в левой части рис 1-5.
Взаимоотношения между факторами, которые оказывают воздействие на транс-
капиллярное перемещение жидкости, известное под названием гипотезы Старлин-
га8 , можно выразить следующим уравнением.
Результирующая скорость фильтрации - КЦР-P,)-(л-л)],
где Р= гидростатическое давление внутрикапиллярной жидкости,
' л. = онкотическое давление внутрикапиллярной жидкости,
Р и л, = те же показатели интерстициальной жидкости,
К = константа, выражающая в какой степени жидкость способна передвигаться
через капилляры (в значительной степени эта величина обратна сопротивлению пере-
мещения жидкости через капиллярную стенку).
Жидкостное равновесие в тканях (или отсутствие результирующего транскапил-
лярного перемещения воды) имеет место, когда заключенная в скобки величина в данном
уравнении равняется нулю. Данное равновесие может быть нарушено в результате изме-
нений любого из четырех показателей давления Различия величин давления, приводя-
щие к капиллярной фильтрации и реабсорбции, указаны в правой части рис. 1-5.
8 По имени британского физиолога Эрнеста Старлинга (1866-1927).
ГОМЕОСТАЗ И КРОВООБРАЩЕНИЕ
25
Интерстиций
Рис 1-5 Факторы, влияющие на транскапиллярное передвижение жидкости
В большинстве тканей организма быстрая результирующая фильтрация жидко-
сти представляет собой патологическое явление. Например, вещество под названием
гистамин часто освобождается в повреждейных тканях. Одним из эффектов, который
оказывает гистамин, является увеличение проницаемости капилляров до такой степе-
ни, что белок проникает в интерстициальное пространство. При освобождении гиста-
мина возникает результирующая фильтрация и накопление жидкости в тканях (отек).
Частично это происходит в результате того, что градиент онкотического давления (л-д)
опускается ниже нормы.
Транскапиллярная фильтрация жидкости необязательно является неблагоприят-
ным для организма событием Действительно, такие продуцирующие секрет органы,
как слюнные железы и почки, используют механизм высокого внутрикапиллярного
гидростатического давления для осуществления продолжительной результирующей
фильтрации. Кроме того, при некоторых патологических состояниях, таких как выра-
женное уменьшение объема крови при кровотечении, результирующая реабсорбция
жидкости, возникающая за счет уменьшения внутрикапиллярного гидростатического
давления, позволяет восстановить объем циркулирующей жидкости.
Дополнительным фактором является то, что внутрикапиллярное гидростатичес-
кое давление, является более высоким на входе в капилляр, чем на выходе из него
поскольку часть величины давления теряется из-за сопротивления, возникающего при
кровотоке по капиллярам. В начальном участке капиллярного русла капиллярное гид-
ростатическое давление в норме превышает капиллярное онкотическое давление, об-
ратная ситуация складывается в области венозного конца капиллярного русла.
26
Глава 1
Таким образом, в норме существует результирующая фильтрация жидкости в на-
чальных участках капилляров и результирующая реабсорбции жидкости в их конеч-
ных участках. В целом же в капилляре, существует «результирующее» равновесие,
если начальная фильтрация и последующая реабсорбция равны между собой. К счас-
тью, результирующее транскапиллярное перемещение жидкости может быть оценено
при сравнении со средними величинами интракапиллярного гидростатического давле-
ния в уравнении Старлинга, как мы уже продемонстрировали в ходе приведенного
обсуждения
Лимфатическая система
Несмотря на чрезвычайно низкую проницаемость капиллярной стенки для белков,
их молекулы, так же как и другие частицы, такие как длинные цепочки жирных кислот
и бактерии, тем не менее, проникают в интерстициальное пространство. Если бы данные
частицы имели возможность накапливаться в интерстициальном пространстве, то силы
фильтрации в конечном итоге превысили бы силы реабсорбции и в тканях возник бы
отек Лимфатическая система представляет собой путь, по которому крупные молеку-
лы возвращаются в циркулирующую кровь.
Лимфатическая система начинается в тканях лимфатическими капиллярами со
слепыми концами, которые по размерам примерно соответствуют обычным капилля-
рам, но менее многочисленны Эти капилляры обладают значительным количеством
пор и с легкостью собирают крупные частицы, поступающие с интерстициальной жид-
костью Эта жидкость, называемая лимфой, двигаясь по сходящимся лимфатическим
сосудам, фильтруется через лимфатические узлы, в которых бактерии и другие части-
цы задерживаются, и в дальнейшем возвращается в систему кровообращения, рядом с
той областью, где кровь впадает в правое сердце. I
Движения лимфы из тканей по направлению к тому участку, где она поступает в
систему кровообращения, осуществляется под действием двух факторов: (1) увеличе-
ния интерстициального давления в тканях (в результате накопления жидкости или
перемещения из окружающих тканей) и (2) сжатия собственно лимфатических сосу-
дов Клапаны, существующие в этих сосудах, также препятствуют обратному току
жидкости
Примерно 2,5 л лимфатической жидкости поступает в сердечно-сосудистую систе-
му в сутки В норме данная величина свидетельствует, что результирующая скорость
транскапиллярной фильтрации жидкости в организме в целом составляет 2,5 л в сутки
При сравнении с общим количеством крови, которое протекает по сердечно-сосудистой
системе в день (около 7000 л), данная величина может показаться весьма незначитель-
ной утечкой жидкости из капиллярного русла Однако застой лимфы является весьма
серьезной проблемой и сопровождается появлением выраженных отеков.
Таким образом, лимфатическая система играет определяющую роль в поддержа-
нии низкой концентрации белка в интерстициальной жидкости и в извлечении избыт-
ка капиллярного фильтрата из тканей
Контрольные вопросы: 1-6
ГЛАВА 2
ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ
И ФУНКЦИИ СЕРДЦА
Цели
Студент знает основы строения и функции сердца:
1. Различает камеры и клапаны сердца и описывает путь кровотока через сер-
дце
2. Описывает путь распространения потенциала действия в сердце.
3. Знает распределение симпатических и парасимпатических нервов в тканях серд-
ца и перечисляет основные эффекты, которые они оказывают на сердце.
4. Перечисляет пять факторов, необходимых для нормальной насосной деятельно-
сти желудочков сердца. t
Насосная функция сердца
Сердце располагается в центре грудной клетки, заключено в тонкую фиброзную
околосердечную сумку, перикард, и поддерживается крупными кровеносными сосу-
дами. Небольшое количество жидкости в полости перикарда смачивает поверхность
сердца и способствует его свободным движениям во время сокращения и расслабле-
ния
Единственной функцией сердца является обеспечение энергией, которая необ-
ходима для циркуляции крови в сердечно-сосудистой систем.е. Кровоток через все
органы тела осуществляется пассивно и происходит только благодаря тому, что при
осуществлении насосной деятельности сердца артериальное давление поддерживает-
ся на более высоком уровне, чем венозное Насос правого сердца создает энергети-
ческий импульс, необходимый для передвижения крови через сосуды легких, а насос
левого сердца обеспечивает необходимую энергию для перемещения крови через
органы тела.
Путь крови через камеры сердца указан на рис. 2-1. Венозная кровь возвращает-
ся из органов тела в правое предсердие через верхнюю и нижнюю полые вены. Она
--—X”
Глава 2
Рис 2-1 Пути кровотока в сердце
проходит через трикуспидальный клапан в правый желудочек, а отсюда прогоняется
через клапан легочной артерии в легочное кровообращение через легочные арте-
рии Насыщенная кислородом венозная легочная кровь течет по легочным Ьенам в
левое предсердие и проникает через митральный клапан в левый желудочек Отсюда
кровь прогоняется через аортальный клапан в аорту для дальнейшего распределения
по органам тела
Хотя в целом анатомические характеристики насоса правого сердца несколько
отличаются от таковых левого сердца, тем не менее, их деятельность как насосов иден-
тична Каждый насос состоит из желудочка, который является закрытой камерой,
окруженной мышечной стенкой, как показано на рис 2-2
. Клапаны имеют такое строение, чтобы кровоток мог осуществляться только в
одном направлении, они пассивно открываются и закрываются, реагируя на динамику
градиента давления вокруг них Насосная деятельность желудочка осуществляется за
счет циклического изменения полости желудочков в результате ритмичного и синх-
ронного сокращения и расслабления отдельных клеток сердечной мышцы, которые
концентрически располагаются в толще стенки желудочка Когда мышечные клетки
желудочка сокращаются, то в желудочковой ткани возникает концентрическое на-
пряжение, которое создает постепенно нарастающее давление внутри камеры Как толь-
ко желудочковое давление превышает давление в легочной артерии (правый насос)
или аорте (левый насос), кровь с силой выбрасывается из камеры через выходной
клапан, как показано на рис 2-2
Эта фаза сердечного цикла, во время которой сокращаются клетки мускулатуры
желудочка, называется систолой Так как во время систолы давление в желудочке
выше, чем в предсердии, то атриовентрикулярный (AV) клапан закрыт.
29
Когда мышечные клетки желудочка расслабляются, давление в желудочке падает
ниже, чем в предсердии, AV клапан открывается и желудочек заполняется вновь кро-
вью, как показано на рис 2-2 Эта часть сердечного цикла называется диастолой
Клапан на выходе во время диастолы закрыт, так как артериальное давление выше, чем
внутрижелудочковое После периода диастолического заполнения начинается систо-
лическая фаза нового сердечного цикла «
Возбуждение сердца
Для того чтобы насосная деятельность сердца была эффективной, необходима
точная координация сокращений миллионов отдельных клеток сердечной мышцы
Сокращение каждой отдельной клетки вызывается когда электрический импульс воз
буждения {потенциал действия) распространяется по ее мембране Правильная ко
ординация сократительной активности отдельных клеток сердечной мускулатуры до
стигается прежде всего, посредством проведения данного потенциала действия от
одной клетки к другой через вставочные диски, которые объединяют все клетки сердца
в единый функциональный синцитии (т е ткань, которая функционирует, как синх
ронно работающая система)
Кроме того, мышечные клетки в некоторых участках сердца специфично приспо
соблены для регуляции частоты возбуждения миокарда пути проведения и скорости
распространения импульсов через различные отделы сердца Основные компоненты
этой специализированной системы, отвечающей за процессы возбуждения и проведе-
ния в сердце, показаны на рис 2-3 Она включает синоатриальный узел (SA узел),
• ч -y.4wjpi«, ’ТЭЙВЯУ
Синоатриальный
узел
Атриовентрикулярный
узел
Мышца предсердия
Хрящ
Пучок Гиса
Левая ножка
пучка Гиса
Правая ножка
пучка Гиса
Мышца желудочка
Рис 2-3 Проводящая система сердца.
предсердные межузловые пути, атриовентрикулярный узел (AV узел), общий AV
узловой пучок Гиса, правая и левая ножки пучка, состоящие из специализированных
клеток, называемых волокнами Пуркинье.
SA узел расположен в области впадения верхней полой вены в правое предсердие.
Специализированные клетки предсердной мускулатуры этой зоны могут спонтанно
генерировать потенциалы действия, которые в дальнейшем распространяются по все-
му сердцу, вызывая его сокращение. Эта зона SA узла в норме функционирует как
внутрисердечный водитель ритма. Потенциал действия далее распространяется по стен-
ке предсердия в виде волны, исходящей из SA узла Хотя есть некоторые доказатель-
ства существования особых путей проведения в предсердии от SA узла к AV узлу через
передние, средние и задние межузловые пучки, анатомически эти пути недостаточно
различимы.
Скорость проведения сигнала по предсердию составляет около 1 м/с и волна
потенциала действия достигает AV узла примерно через 0,08 с после того, как она
возникла в БАузле.
AV узел состоит из мелких специализированных клеток, расположенных на пра-
вой поверхности межпредсердной перегородки непосредственно под эндокардом. Ниж-
няя часть AV узла состоит из параллельно ориентированных волокон, которые в нор-
ме образуют только мостик из смежных клеток сердца через хрящевидное образование,
создающее опору для клапанов сердца и электрически изолирующее предсердия от
желудочков. Распространение импульса через эту зону AV узла происходит очень
медленно (=0,05 м/с) и поэтому между возбуждением предсердия и желудочков воз-
никает промежуток длительностью = 0,15 с.
В области вхождения пучка Гиса в ткань межжелудочковой перегородки, пучок
распадается на левую и правую ножки, которые состоят из волокон Пуркинье большого
диаметра. Эти специализированные мышечные волокна быстро (со скоростью 3 м/с)
проводят импульс по перегородке до субэндокардиальных слоев миокарда, основания
папиллярных мышц и далее, через пенетрирующие волокна, проходят в эпикардиаль-
ный слой мышечной ткани правого и левого желудочка. Волна возбуждения, проходя
по многочисленным веточкам волокон Пуркинье, в конечном итоге достигает обыч-
ных мышечных клеток. Это приводит к быстрому, почти одновременному возбужде-
нию всех клеток желудочковой мускулатуры.
Нервная регуляция деятельности сердца
Хотя сердцу присущ автоматизм, на его деятельность существенное влияние мо-
гут оказывать нервные импульсы, исходящие как из симпатического, так и из парасим-
патического отделов вегетативной нервной системы. Эти импульсы позволяют нам
приспособитьдеятельностьсердечного насоса к изменяющимся гомеостатическим по-
требностям организма Все отделы сердца обильно иннервированы адренергическими
симпатическими волокнами. При возбуждении эти симпатические нервные оконча-
ния выделяют норадреналин на мышечные клетки. Норадреналин взаимодействует с
бета-адренергическими рецепторами в клетках миокарда, что увеличивает частоту
сердечных сокращений, скорость проведения потенциала действия и силу сокраще-
ния. В целом возбуждение симпатических нервов ведет к усилению насосной деятель-
ности сердца.
Волокна холинергических парасимпатических нервов подходят к сердцу от блуж-
дающего нерва и иннервируют SA узел, AV ^зел и предсердную мускулатуру. При возбуж-
дении эти парасимпатические нервные окончания выделяют ацетилхолин на мышечные
клетки. Ацетилхолин взаимодействует с мускариновыми рецепторами, расположенными
на клетках миокарда, что ведет к уменьшению числа сердечных сокращений (SA узел) и
скорости проведения потенциала действия (AV узел)
Парасимпатические нервы могут также уменьшать силу сокращения предсерд-
ных, но не желудочковых мышечных волокон В целом активация парасимпатической
системы ведет к ослаблению деятельности сердечного насоса. Обычно усиление актив-
ности парасимпатического отдела сопровождается снижением активности симпати-
ческого отдела, и наоборот.
Необходимые условия для эффективной
насосной функции сердца
Для того чтобы насосная функция желудочков сердца была достаточно эффек-
тивной, пять следующих основных аспектов его деятельности должны осуществлять-
ся должным образом.
1 Сокращения отдельных клеток сердечной мышцы должны происходить синх-
ронно через равные интервалы времени (не аритмично)
2 Клапаны должны открываться полностью (не должно быть стеноза)
3 В закрытом состоянии клапаны не должны пропускать жидкость (не должно
быть их недостаточности или регургитации)
4 Сокращения миокарда должны быть сильными (не должно быть его недоста-
точности)
5 Во время диастолы желудочки должны адекватно наполняться
В последующих главах мы в деталях изучим, как данные условия удовлетворяют-
ся в процессе нормальной деятельности сердца
ГЛАВА 3
ХАРАКТЕРИСТИКА
КЛЕТОК СЕРДЦА
Цели
Студент понимает электролитные основы спонтанной электрической активности
мышечных клеток сердца
1. Описывает, каким образом образуются мембранные потенциалы на полупрони-
цаемых мембранах с помощью трансмембранного градиента концентрации ионов
2. Дает понятие потенциала равновесия и указывает его нормальное значение для
ионов калия и натрия
3. Указывает, каким образом величина мембранного потенциала отражает относи-
тельную проницаемость мембраны для различных ионов
4. Дает определение потенциала покоя и потенциала действия
5. Описывает характеристики «быстро» и «медленно нарастающего» потенциала
действия
6. Определяет величины рефрактерного периода электрического цикла кардиаль-
ных клеток
7, Определяет понятие порогового потенциала и описывает взаимоотношения меж-
ду состоянием ионных каналов и мембранным потенциалом во время фазы депо-
ляризации потенциала действия
8. Дает определение потенциала водителя ритма и описывает основы ритмичной
электрической активности сердечных клеток
9. Перечисляет фазы электрического цикла сердечных клеток и указывает на изме-
нения проницаемости мембран, которые имеют значение для каждой фазы
Студент знает течение нормального процесса электрического возбуждения сердца
10. Описывает вставочные диски и их роль в возбуждении сердца
11. Описывает нормальный путь проведения потенциала действия через сердце
12. Указывает временные параметры электрического возбуждения различных участков
сердца и приводит характеристики кривых потенциала действия и значения скорости
проведения в каждомнз основных отделов проводящей системы
34
Глава 3
13. Устанавливает взаимоотношения между электрическими характеристиками
возбуждения миокарда и зубцами Р, QRS и Т, интервалом PQ и сегментом ST
электрокардиограммы.
Студент понимает, какие факторы регулируют частоту сердечных сокращений и
проведение потенциала действия в сердце:
14. Указывает, как диастолические потенциалы клеток водителя ритма могут моду-
лироваться для изменения частоты сердечных сокращений
15. Описывает, каким образом воздействие симпатических и парасимпатических
нервов изменяет частоту сердечных сокращений и проведение потенциалов дей-
ствия в сердце
16. Дает определение терминам дромотропный и хронотропный.
Студент понимает механизмы сокращения мышечных клеток сердца:
17. Описывает субклеточные структуры, ответственные за сокращение клеток сер-
дечной мышцы.
18. Определяет и описывает процесс электромеханического сопряжения.
19. Определяет изометрическое, изотоническое и сокращение сердечной мышцы
после нагрузки.
20. Описывает влияние изменения преднагрузки на способность сердечной мышцы
к укорочению и напряжению.
21. Описывает влияние изменения постнагрузки на способностьсердечной мышцы
к сокращению
22. Дает определение терминов сократительная способность и состояние со-
кратительной способности и описывает влияние изменения сократительной
способности на укорочение и напряжение сердечной мышцы.
23. Описывает воздействие изменения активности симпатических нервов на состо-
яние сократительной способности сердца.
Электрическая
активность сердца
Во всех клетках поперечнополосатой мускулатуры сокращение инициируется бы-
стрым изменением вольтажа на клеточной мембране, который называется потенци-
алом действия. Потенциалы действия клеток мышцы сердца существенно отличаются
от соответствующей характеристики клеток скелетной мускулатуры по трем важным
параметрам, которые обеспечивают синхронное ритмичное возбуждение сердца: (1) они
способны к самозарождению, (2) они могут проводиться непосредственно от клетки к
клетке и (3) для них характерен длительный период существования, что предотвращает
слияние отдельных мышечных сокращений Для того, чтобы понять эти особые элект-
рические свойства сердечной мышцы, и то, каким образом сердечная деятельность зави-
сит от них, нам необходимо сперва рассмотреть основные электрические особенности
возбудимых мембран клеток.
Мембранные потенциалы
У всех клеток по обе стороны их мембран существуют электрические потенциалы
(напряжение). Существование мембранных по те нциаловобу словлено тем, что кон-
центрации ионов в цитоплазме существенно отличаются <^мковыхии»нтерстициаль-
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА
ной жидкости и ионы, движущиеся против градиента концентрации путем диффузии
на полупроницаемых мембранах, способствуют возникновению разности потенциа-
лов. Нам необходимо учитывать три наиболее важных иона, которыми являются на-
трий (Na+) и кальций (Са2+), которые имеют более высокую концентрацию в интерсти-
циальной жидкости, чем внутри клеток, и калий (К+), распределение которого
противоположно. Диффузия ионов сквозь мембрану клетки происходит через кана-
лы, которые (1) построены из белковых молекул, перекрывающих поверхность мемб-
раны (2) специфичны для определенных ионов (например, Na+ каналы) и (3) существу-
ют в различных формах: могут быть закрыты, открыты или инактивированы (не
способны к открытию) Проницаемость мембраны для отдельных ионов непосред-
ственно зависит от количества каналов для данного иона, открытых в конкретный
промежуток времени.
На рис 3-1 показано, как различия концентрации ионов могут создавать элект-
рический потенциал на клеточной мембране. Представим сперва, как показано в верх-
ней части рисунка, клетку, где (1) концентрация К+ внутри клетки существенно боль-
ше, чем снаружи, (2) которая проницаема только по отношению к К+(т. е. открыты
только калиевые каналы) и (3) отсутствует первоначальный трансмембранный потен-
циал.
Из-за наличия градиента концентрации ионы калия (заряженные положительно)
будут диффундировать из клетки. Между тем, отрицательно заряженные частицы,
такие как анионы белка, не могут покинуть клетку, поскольку для них мембраны не
проницаемы
Таким образом, утечка ионов калия приведет к тому, что внутри клетки создастся
отрицательный заряд (дефицит положительно заряженных ионов), в то время как более
высокий положительный заряд создастся в интерстициальной жидкости (большее коли-
чество положительно заряженных ионов). Теперь ион калия, обладая положительным
зарядом, притягивается в зоны, заряженные отрицательно. Таким образом, когда ион
калия диффундирует из клетки, он создает на поверхности мембраны электрический
потенциал, который притягивает его обратно в клетку.
Г радиент
концентрации
Для клеток,
проницаемых только
для калия
Электрические
потенциалы
Для клеток,
проницаемых только
для натрия
Рис. 3-1. Электрохимическая основа мембранных потенциалов.
Существует разновидность мембранного потенциала, который называется по-
тенциал равновесия калия, при котором электрические силы, притягивающие К+ в
клетку, равны влияниям концентрации, вытягивающим К+ из клетки. Когда у мембран-
ного потенциала имеется такое значение, то результирующего движения иона калия
через мембрану не происходит.
При нормальных значениях концентрации около 145 ммоль К+внутри клетки И
4 ммоль К+ во внеклеточной жидкости, потенциал равновесия калия составляет при-
близительно -90 мВ (внутри клетки он более отрицательный, чем снаружи на девять
сотых вольта)1. Мембрана, проницаемая только для иона калия, обладает способно-
стью быстро (практически мгновенно) создавать потенциал равновесия калия. Кроме
того, изменения в величине мембранного потенциала подразумевают перемещение
столь небольшого количества ионов, что в ходе данного процесса градиенты концент-
рации существенно не меняются.
Как изображено в нижней половине рис. 3~ 1, сходные рассуждения показывают,
как мембрана, проницаемая только для нона натрия, обладает потенциалом равнове-
сия натрия. Потенциал равновесия натрия составляет примерно +60 мВ, при нор-
мальной внеклеточной концентрации иона натрия — 140 ммоль и внутриклеточной —
5 ммоль. В реальности клеточные мембраны, тем не менее, никогда не бывают прони-
цаемы только для Na+ или только для К+. Когда мембрана проницаема для обоих этих
ионов, величина мембранного потенциала будет находиться где-то между потенциалом
равновесия натрня и потенциалом равновесия калия. Какую величину будет состав-
лять потенциал равновесия в каждый данный момент, зависит от относительной про-
ницаемости мембраны для Na+ и К+. Если мембрана более проницаема для К+, чем для
Na+ величина мембранного потенциала будет ближе к цифре -90 мВ.
Соответственно, наоборот, когда проницаемость для На+выше, чем для К+, мемб-
ранный потенциал будет ближе к величине +60 мВ2. Из-за низкой проницаемости или
концентрации или неизменности их содержания, влияния на величину мембранного
потенциала прочих ионов, помимо Na+ и К+, обычно не великн, и ими можно пренеб-
речь. Однако, как мы увидим позже, ионы кальция, Са2+, участвуют в создании потен-
циала действия сердечной мышцы. Как и Na+, Са2+ содержится в более высокой кон-
центрации вне клетки, чем в клетке. Потенциал равновесия для Са2+ равен
приблизительно + 100 мВ, и по мере того, как проницаемость мембраны для Са2+ возра-
стает, отмечается тенденция к увеличению положительного заряда на внутренней сто-
роне мембраны.
J Потенциал равновесия (Ej для любого иона (X1) определяется его внутриклеточной и
внеклеточной концентрацией в соответствии с уравнением Нернста
п -61,5мВ,
=----------log
[X2] внутри
[X2] снаружи
- Количественная характеристика того, каким образом концентрации К+ и Na+ и
относительная проницаемость Рк) мембраны для данных ионов влияют на мембранный
потенциал (Ет) приведена в следующем уравнении:
= -61,5MBlog10
[К+] + ЯJPK[Na4
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА
37
В состоянии покоя у большинства клеток сердечной мышцы величина мембран-
ного потенциала близка к потенциалу равновесия калия. Таким образом, как электри-
ческие, так и концентрационные градиенты способствуют проникновению Na* в поко-
ящуюся клетку. В то же время очень низкая проницаемость покоящейся мембраны
для Na* в сочетании с потребляющим энергию натриевым насосом, который выводит
Na+ из клетки, препятствуют постоянному накоплению натрия внутри покоящейся
клетки3.
Потенциалы действия сердечной клетки
Потенциалы действия клеток в.различных участках сердца не одинаковы, а имеют
различные характеристики, что является важным фактором в общем процессе воз-
буждения тканей сердца.
Некоторые клетки, входящие в специализированную проводящую систему, обла-
дают способностью функционировать как водители ритма и спонтанно инициировать
возникновение потенциала действия, в то время как обычные клеткн мускулатуры
сердца этой способностью не обладают (за исключением ряда необычных ситуаций).
Основные электрические характеристики мембранного потенциала обычной клетки
сердечной мускулатуры и клетки водителя ритма сердца представлены на рис. 3-2.
Потенциалы действия этих типов клеток называются «быстро нарастающими» или «мед-
ленно нарастающими» потенциалами действия, соответственно.
Как показано в части А данного рисунка для быстро нарастающих потенциалов
действия характерна быстрая деполяризация (фаза 0) со значительным всплеском
(overshoot — положительный заряд на внутренней мембране), быстрое снижение вы-
сокого потенциала (фаза 1), длинное плато (фаза 2) и реполяризация (фаза 3) до ста-
бильного, высокого (например, значительного отрицательного) мембранного потен-
циала покоя (фаза 4).
По сравнению со сказанным, медленно нарастающие потенциалы действия, как
показано в части В рисунка, характеризуются медленной первоначальной фазой депо-
ляризации, низкоамплитудным всплеско/я, более короткой и менее стабильной фазой
плато и последующей реполяризацией до нестабильного медленно деполяризующего-
ся потенциала «покоя». Нестабильный потенциал покоя, отмечающийся в клетках во-
дителя ритма с медленно нарастающими потенциалами действия, обозначаются по-
разному: как фаза 4 деполяризации, диастолическая деполяризация или потенциал
водителя ритма.
Как указано в нижней части рис. 3-2, А, на протяжении большего времени раз-
вертывания потенциала действия, клетки находятся в абсолютно рефрактерном состо-
янии, т. е. на этом этапе их невозможно стимулировать для образования нового потен-
циала действия. Ближе к концу потенциала действия мембрана становится
относительно рефрактерной и может быть заново возбуждена стимулом более силь-
ным, чем в норме. Непосредственно вслед за потенциалом действия мембрана посте-
пенно становится гипервозбудимой и, как говорят, переходит в «уязвимый», «супер-
нормальный» период. Сходные изменения в возбудимости мембраны, возможно, имеют
3 Натриевый насос не только удаляет Na* из клетки, но также и проводит К+ в клетку.
Поскольку Na* вводится в клетку больше, чем выводится из нее К+ (3:2), то насос называется
электрогенным. Величина мембранного потенциала покоя становится несколько менее
отрицательной, чем в норме, при резком прекращении деятельности насоса.
Быстро нарастающие
потенциалы действия
Медленно нарастающие
потенциалы действия
Рис 3-2 Изменение во времени мембранного потенциала и проницаемости для ионов при
быстро (слева) и медленно (справа) нарастающих потенциалах действия.
место во время медленно нарастающих потенциалов действия, но они в настоящее вре-
мя не достаточно полно описаны
Напомним, что мембранный потенциал любой клетки в конкретный момент зави-
сит от относительной проницаемости мембраны клетки для конкретных ионов в дан-
ный момент времени. Как и во всех возбудимых клетках, потенциалы действия карди-
альных клеток являются результатом изменений проницаемости клеточной мембраны
для ионов, которые вызываются первоначальной деполяризацией. Схемы С и D на рис.
3~2 показывают изменения в проницаемости мембраны для К+, Na+ и Са2+, что ведет к
возникновению различных фаз быстро и медленно нарастающих потенциалов действия.
Обратите внимание, что на протяжении фазы покоя мембраны обоих типов кле-
ток более проницаемы для К+, чем для Na+ и Са2+. Поэтому мембранные потенциалы
близки к величине потенциала равновесия калия (-90 мВ) на протяжении этого пери-
ода. В клетках водителей ритма считается, что, по крайней мере, три механизма вносят
свой вклад в медленную деполяризацию мембраны, которая происходит в период диас-
толы. Во-первых, отмечается постоянное снижение проницаемости мембраны для К+ во
время фазы покоя и, во-вторых, слегка возрастает проницаемость для Na+ Постепенное
увеличение отношения величин проницаемости Na+/K+ приводит к медленному сдвигу
мембранного потенциала от значения потенциала равновесия калия (-90мВ) в направ-
лении величины потенциала равновесия натрия. В третьих, имеет место увеличение
проницаемости мембраны для ионов кальция, что ведет к перемещению внутрь клетки
положительно заряженных ионов и также вносит вклад в диастолическую деполяри-
зацию4.
Когда деполяризация мембранного потенциала достигает определенного порого-
вого потенциала в клетке любого типа, запускаются значительные быстрые изменения
проницаемости мембраны для конкретных ионов. Уже начавшись, указанные измене-
ния проницаемости не могут остановиться, и они продолжаются до завершения про-
цесса.
Характерная быстрая фаза подъема быстро нарастающего потенциала действия
является следствием внезапного увеличения проницаемости мембраны для Na+. Это
ведет к явлению, которое называется быстрым потоком внутрь клетки иона натрия
и заставляет быстро сдвинуться величину мембранного потенциала к цифре, характер-
ной для потенциала равновесия натрия.
Как указано на участке С рис. 3-2, этот период очень высокой проницаемости для
натрия кратковременен. Вслед за ним следует более медленно развивающееся увели-
чение проницаемости мембраны для Са2+ и снижение проницаемости для К+ Также
существует второе медленно развивающееся увеличение проницаемости для Na+, ко-
торое, как считается, вызвано механизмом, отличным от того, который участвует в
первоначальном быстром изменении проницаемости для Na+.
Эти более устойчйвые изменения проницаемости (которые ведут к процессу, на-
зываемому медленным потоком в клетку) пролонгируют этап деполяризации мемб-
раны с образованием плато (фаза 2) сердечного потенциала действия Первоначаль-
ный быстрый поток ионов в клетку не велик (или даже отсутствует) в тех клетках,
которые обладают медленно нарастающим потенциалом действия. Поэтому медленная
фаза подъема данных потенциалов действия, прежде всего, является результатом пе-
ремещения в клетку ионов кальция
В обоих типах клеток мембрана реполяризуется (фаза 3) до уровня первоначаль-
ного потенциала покоя, по мере того как проницаемость для К+увеличивается, а про-
ницаемость для Са2+ и Na+ возвращается к их низким значениям покоя Эти поздние
изменения проницаемости приводят к процессу, называемому отсроченным пото-
ком из клетки
В целом плавно нарастающие изменения проницаемости, которые ведут к образо-
ванию потенциала действия, являются суммарным результатом изменений, происхо-
дящих в каждом из многих отдельных ионных каналов плазматической мембраны одной
4 Препараты, обладающие способностью блокировать кальциевые каналы, часто вызывают
снижение автоматизма сердца вследствие их ингибирующего воздействия на поток ионов
кальция внутрь клетки
клетки. Экспериментальная методика, имевшая успех, под названием «селективной бло-
кады» дала возможность изучить работу отдельных ионных каналов.
В соответствии с полученными результатами по этой методике теперь четко изве-
стно, что отдельный ионный канал в конкретный момент времени или закрыт, или
открыт; не существует переходной ступени частичного открытия. Градации возмож-
ны лишь процента времени, в течение которого канал остается открытым, т.е. вероят-
ности того, что он будет открыт. В то время как канал может быть закрыт, в течение
длительного промежутка времени, он редко бывает открыт дольше, чем на несколько
миллисекунд однократно.
Таким образом, вероятность того, что канал будет открыт, зависит, как от часто-
ты, с которой он открывается, и от того, как долго он остается открытым после каж-
дого такого акта. У величение вероятности того, что ионный канал будет открыт («ак-
тивация» канала), ведет к возрастанию общего времени открытия и увеличению общей
проницаемости мембраны для данного иона.
Определенные виды каналов носят название электроуправляемых каналов (или
управляемые напряжением каналы), поскольку вероятность того, будут ли они от-
крыты, определяется величиной мембранного потенциала. Другие разновидности ка-
налов, называемыехемоуправляемыми (или каналы, управляемые рецепторами), акти-
вируются определенными нейротрансмиттерами или другими специфическими
молекулами, способными передавать информацию. В табл. 3-1 перечислены некото-
рые из главных ионных потоков и типов каналов, участвующих в электрической актив-
ности сердечной клетки.
Некоторые из электроуправляемых каналов реагируют на внезапное появле-
ние, устойчивое изменение мембранного потенциала только коротким периодом ак-
тивации. В то же время изменения мембранного потенциала, протекающие медлен-
но, хотя и той же величины, могут оказаться вовсе неспособными активировать
данные каналы. Для объяснения этого явления выдвинуто предположение, что дан-
ные каналы обладают двумя независимо работающими «воротами» — воротами ак-
тивации и воротами инактивации — оба варианта ворот должны быть открыты,
чтобы канал в целом был открыт. Оба этих типа ворот реагируют на изменение мем-
бранного потенциала, но временные характеристики и их чувствительность к вели-
чине электрического напряжения у них различны.
Данные концепции представлены на рис. 3-3. В состоянии покоя при поляризации
мембраны до примерно -80 мВ активация быстрого Na+ канала отсутствует (или т-ворота
закрыты), а инактивация имеетместо (или h-ворота открыты) (рис. 3-3, А). При быстрой
деполяризации мембраны до порогового уровня натриевые каналы значительно активиру-
ются, обеспечивая быстрый вход внутрь клетки положительно заряженных ионов натрия,
что приводит к дальнейшей деполяризации мембраны, и тем самым, запускает «быстро
нарастающий» потенциал действия, как показано на рис. 3-3, В. Это происходит, по-
скольку m-ворота реагируют на деполяризацию мембраны более быстрым открытием, чем
h-ворота реагируют своим закрытием. Поэтому за быстрой деполяризацией до порогового
уровня следует короткий, но резкий период активации натриевого канала, когда т-ворота
открыты, а h-ворота уже закрыты. Фактически фаза 0 быстро нарастающего сердечного
потенциала действия свидетельствует о том, насколько быстро m-ворота могут открывать-
ся, в то время как фаза 1 может частично свидетельствовать о периоде закрытия h-ворот.
Первоначальная деполяризация мембраны также вызывает активацию d-ворот с
медленным открытием кальциевого канала. Это обеспечивает медленное поступление
Са2+ внутрь клетки, что позволяет поддерживать деполяризацию в течение фазы плато
потенциала действия (рис. 3-3, С). В конечном итоге происходит реполяризация вслед-
Таблица 3—1.
Характеристики основных ионных каналов сердца в соответствии с их уча-
стием в образовании потенциала действия
Поток ионов Канал Механизм управления Функциональная роль
'К1 К+ канал (выпрямление, направленное внутрь) Напряжение Поддерживает высокую проница, мость для К+ во время фазы 4. Его ослаб- ление способствует диа- столической деполяризации. Его подавление во время фаз с 0 по 2 способствует возникновению плато.
'Na Na+ канал (быстрый) Напряжение Обусловливает развитие фазы 0 потенциала действия. Его инактивация может способствовать возникновению фазы 1 потенциала действия.
'to К+ канал (перенос наружу) Напряжение Способствует возникновению фазы 1 потенциала действия.
'Са Са2+ канал (медленные каналы L-типа) Напряжение Преимущественно отвечают за фазу 2 потенциала действия. Его инактивация может способствовать возникновению фазы 3 потенциала действия. Ак- тивируется симпатическими влияниями и введением Р-адренергических веществ.
'К К+ канал (отсроченное выпрямление) Напряжение 4 Вызывает фазу 3 потен- циала действия. Может активироваться при уве- личении содержания вну- триклеточного иона Са2+.
'КАТФ К+ канал (АТФ- чувствительный) Лиганд Увеличивает проницаемость для К+ при низкой [АТФ]
'КАЦХ К+ канал (активируемый ацетилхолином) Лиганд Обуславливает эффект стимуляции блуждающе- го нерва. Уменьшает диастолическую деполя- ризацию (и частоту сер- дечных сокращений). Вы- зывает гиперполяризацию мембранного потенциала покоя. Сокращает фазу 2 потенциала действия.
'Г Na + канал (поток водителя ритма) Оба варианта Вносит вклад в диастоли- ческую деполяризацию Активируется симпатичес- кой стимуляцией и введе- нием Р-адренергических веществ. Угнетается при стимуляции блуждающего нерва.
Внутренняя
сторона —
Внешняя
сторона
Na
Быстрый
канал
Q Ворота «f» )
Са2+ +
Медленный
канал
Быстро нарастающий
потенциал действия
Медленно нарастающий
потенциал действия
D
Рис. 3 3 Концептуальная модель изменений специфических ионных каналов (А) при «быстро
нарастающем» (В и С) и «медленно нарастающем» (D и Е) потенциалах действия.
ствие отсроченной инактивации кальциевого канала (путем закрытия f-ворот) и от-
крытия калиевых каналов, которые не показаны на рис. 3-3. Факторы, регулирующие
работу калиевых каналов (которые могут быть селективно заблокированы ионами
тетраэтиламмония), остаются не до конца исследованными. Высокая внутриклеточ-
ная концентрация Са2+ может обусловливать активацию калиевых каналов во время
реполяризации. h-Ворота остаются закрытыми в течение всего остального периода
потенциала действия, с успехом инактивируя натриевый канал и обеспечивая длитель-
ный рефрактерный период сердечных клеток, который продолжается до конца фазы
3. При реполяризации оба вида ворот натриевого канала возвращаются к своему ис-
ходному состоянию и с этого момента канал готов к реактивации с последующей депо-
ляризацией.
Медленно нарастающий потенциал действия, показанный в правой половине
рис. 3-3, отличается от быстро нарастающего потенциала действия, прежде всего,
отсутствием в начале его выраженной активации быстрого натриевого канала. Это
является прямым следствием медленной деполяризации до порогового потенциала.
Медленная деполяризация предоставляет инактивационным h-воротам время для зак-
рытия, даже если активационные m-ворота открываются (рис. 3-3, D). Таким обра-
зом, при медленно нарастающем потенциале действия не сущ ествует первоначального
периода когда преимущественно все натриевые каналы клетки одновременно откры-
ты Деполяризация за пределы порогового уровня происходт медленно и вызвана, преж-
де всего, вхождением Са2+ через медленные каналы (рис. 3-3, Е)
В то время как в клетках определенных зон сердца в качестве типичного варианта
отмечаются быстрый тип потенциала действия, а в клетках других областей в норме мы
видим медленный тип потенциала действия, важно знать, что все сердечные клетки
теоретически способны обладать любым типом потенциала действия, который зависит
от того, с какой быстротой они деполяризируются до порогового потенциала. Как мы
увидим, быстрая деполяризация до порогового потенциала обычно происходит в клет-
ке при возникновении потенциала действия на соседней клетке. Медленная деполяри-
зация до порогового уровня происходит, когда сама клетка спонтанно и постепенно
утрачивает свою поляризацию покоя, что в норме возникает только в синоатриальном
(SA) узле. Хроническая умеренно выраженная деполяризация покоящейся мембраны
(вызванная, например, высокой внеклеточной концентрацией К+) может инактивиро-
вать быстрые каналы (путем закрытия h-ворот) без инактивации медленных кальцие-
вых каналов. При этих условиях все сердечные клетки будут обладать потенциалом
действия медленного типа. Выраженная и длительная деполяризация в то же время
может вызвать инактивацию как быстрых, так и медленных каналов и тем самым сде-
лать клетки сердечной мышцы неспособными к возбуждению.
Проведение потенциалов действия
по тканям сердца
Потенциалы действия проводятся по поверхности отдельных клеток, поскольку
активная деполяризация в любом участке мембраны ведет к возникновению локаль-
ных потоков внутриклеточной и внеклеточной жидкости, в результате чего происхо-
дит пассивная деполяризация непосредственно соседствующих зон мембраны до их
порогового напряжения для возникновения активной деполяризации.
Потенциалы действия распространяются в сердце от клетки к клетке, так как
соседние клетки сердечной мышцы имеют участки тесного соприкосновения мембран,
которые называются вставочными дисками (нексусами), через которые может легко
Клетка А, обладающая
потенциалом действия
Вставочный
диск (нексус)
Клетка D
в покое
Рис 3-4 Локальные электрические токи и межклеточное проведение потенциала действия
в сердечной мышце.
проходить внутренний локальный электрический ток. Специализированные каналы,
построенные из белковых соединений, расположены на концах клеток и соединяют-
ся конец в конец с образованием межклеточного канала, который позволяет ионам
перемещаться из клетки в клетку. На рис. 3~4 схематически показано, каким обра-
зом эти вставочные диски способствуют передвижению потенциала действия от клетки
к клетке
Клетки В, С, D представлены в состоянии покоя, при этом на их внутренней поверх-
ности отрицательный заряд больше, чем на наружной Клетка А показана в фазе плато
потенциала действия и ее положительный заряд на внутренней поверхности мембраны
выше, чем на наружной. Из-за наличия вставочных дисков электростатическое притяже-
ние может вызвать локальный поток (перемещение ионов) между деполяризированной
мембраной активной клетки А и поляризированной мембраной покоящейся клетки В, как
указано стрелками на рисунке. Вследствие этого перемещения ионов уменьшается раз-
ность потенциалов на покоящейся мембране, т. е. происходит деполяризация мембраны
клетки В. Поскольку локальные потоки ионов из активной клетки А деполяризуют мемб-
рану клетки В возле вставочных дисков до порогового уровня, то в данной области иници-
ируется потенциал действия и переносится на клетку В Отсюда по ветвям клетки В (обыч-
ная морфологическая характеристика волокон сердечной мышцы) потенциал действия
вызовет появление потенциала действия на клетках Си D. Этот процесс распространяется
по всему миокарду.
Скорость, с которой потенциал действия распространяется через участок сердеч-
ной ткани, называется скоростью проведения. Скорость проведения существенно
варьирует в различных отделах сердца. Эта скорость непосредственно зависит от диа-
метра вовлеченных в процесс мышечных волокон Таким образом, проведение через
клетки малого диаметра в атриовентрикулярном (AV) узле происходит гораздо мед-
леннее, чем проведение через клетки большого диаметра в вентрикулярной системе
волокон Пуркинье. Скорость проведения также напрямую зависит от интенсивности
локального деполяризирующего тока ионов, которые в свою очередь непосредственно
зависят от интенсивности повышения потенциала действия. Быстрая деполяризация
способствует быстрому проведению. Различия емкости и (или) сопротивления кле-
точных мембран, вставочных дисков и цитоплазмы также являются факторами, кото-
рые обусловливают различие величин скорости проведения потенциала действия че-
рез определенные области сердца.
—Т •’—--ГТ.-’ — - ~-« -м4,1 «V4,5W||U№U1J<.’‘ ||>шшил -г— - , ,
~ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА .45
Специфические электрические свойства различных клеток сердца отражаются в
характерной форме потенциалов действия, показанных в правой части рис. 3-5. Обра-
тите внимание, что потенциалы действия, представленные на рис. 3—5, изображены
таким образом, чтобы обозначить время, в течение которого электрический импульс,
образующийся в SA узле, достигает других зон сердца. Клетки SA узла служат нор-
мальным водителем ритма сердца и определяют частоту сердечных сокращений. Так
происходит потому, что спонтанная деполяризация мембраны в покое наиболее быст-
ро происходит в клетках SA узла и они достигают своего порогового потенциала преж-
де, чем все другие клетки.
Потенциал действия, возникший в клетках SA узла, последовательно распростра-
няется через стенку предсердия На рис. 3-5 показаны потенциалы действия клеток
из двух различных участков предсердия: один расположен непосредственно рядом с
SA узлом, другой несколько более отдаленно от данного образования Обе клетки
имеют сходную форму потенциала действия, но их смещение по времени отражает тот
факт, что требуется некоторое время для того, чтобы импульс распространился по
предсердию.
Как показано на рис. 3-5, потенциалы действия клеток AV узла по форме похожи
на соответствующие кривые клеток SA узла. Обратите также внимание, что у клеток
мВ
Рис. 3-5. Электрическая активность сердца: регистрация потенциалов отдельных клеток
(кривые от А до G) и запись электрокардиограммы во II отведении.
AV узла отмечается более быстрая спонтанная деполяризация покоя, чем у других
клеток сердца, за исключением клеток SA узла. AV узел иногда называется латент-
ным водителем ритма и во многих патологических ситуациях он в большей степени,
чем S А узел, определяет ритм сердца. Из-за небольшого размера клеток узла и медлен-
ной скорости подъема их потенциала действия кардиальный импульс проходит очень
медленночерез ткань AV узла.
Поскольку AV узел несколько замедляет передачу кардиального импульса от пред-
сердия к желудочкам, то желудочки сокращаются несколько позже предсердий в каж-
дом сердечном цикле. Из-за быстрого повышения потенциалов действия и других фак-
торов, таких как большой размер клеток, электрическое проведение в волокнах
Пуркинье осуществляется чрезвычайно быстро. Это обстоятельство позволяет систе-
ме волокон Пуркинье передавать импульс клеткам во многие участки желудочков прак-
тически одновременно.
На рис. 3-5 показаны потенциалы действия от мышечных клеток в двух зонах
желудочков. Из-за высокой скорости проведения в тканях желудочков в точке начала
процесса отмечается лишь небольшое отличие. Обратите внимание (рис. 3-5), что
клетки желудочков, которые деполяризуются последними, обладают более коротки-
ми потенциалами действия и поэтому первыми начинают процесс реполяризации.
Электрокардиограмма
Электрическое поле, вызванное электрической активностью сердца, пронизы-
вает ткани организма и может быть измерено с помощью электродов, помещенных
на поверхность тела. Метод скалярной электрокардиографии позволяет зарегис-
трировать, как напряжение между двумя точками на поверхности тела меняется с
течением времени в результате электрических процессов, происходящих во время
сердечного цикла. В каждое мгновение сердечного цикла электрокардиограмма
регистрирует результирующее электрическое поле, которое является суммой мно-
гих слабых электрических полей, порождаемых изменением разности потенциа-
лов, происходящим на отдельных клетках сердца в данный момент. Когда одновре-
менно в большой массе клеток сердца осуществляется процесс деполяризции или
реполяризации, на электрокардиограмме наблюдается значительный вольтаж. По-
скольку электрический импульс распространяется через ткань сердца стереотип-
но, то временная характеристика изменения напряжения, регистрируемая между
двумя точками на поверхности тела, тоже является стереотипной и будет копиро-
вать саму себя во время каждого сердечного цикла.
В нижней части рис. 3-5 представлена типичная запись изменения напряжения,
которая в норме измеряется между правой рукой и левой ногой по мере того, как в
сердце происходит один цикл электрического возбуждения; такая регистрация назы-
вается II стандартным отведением электрокардиограммы и будет детально обсуждена в
главе 5. Основными характеристиками электрокардиограммы являются зубец Р, ком-
плекс QRS и зубец Т. Зубец Р отражает деполяризацию предсердий, комплекс QRS —
деполяризацию желудочков, а зубец Т — реполяризацию желудочков.
Регуляция частоты сердечных сокращений
Нормальные ритмичные сокращения сердца происходят вследствие спонтанной
активности клеток водителя ритма, расположенного в S А узле. Промежуток времени
между сокращениями сердца (и таким образом частота сердечных сокращений) опре-
деляется тем временем, которое требуется мембранам клеток водителя ритма для дос-
тижения порогового уровня за счет спонтанной деполяризации. Сокращения сердца
происходят со спонтанной или автономной частотой 100 ударов в минуту) при
отсутствии каких-либо внешних воздействий. Внешние воздействия, однако, необхо-
димы для того, чтобы увеличить или уменьшить частоту сердечных сокращений по
сравнению с указанной автономной частотой.
Два наиболее важных внешних воздействия на сердечный ритм происходят со
стороны вегетативной нервной системы. Волокна как симпатического, таки парасим-
патического отделов вегетативной нервной системы оканчиваются на клетках SA узла
и указанные волокна могут влиять на автономную частоту сердечных сокращений.
Активация симпатических нервов сердца (повышение симпатического тонуса сердца)
увеличивает частоту сердечных сокращений. Повышение парасимпатического тонуса
сердца замедляет частоту сердечных сокращений. Как показано на рис. 3-6, парасим-
патические и симпатические нервы влияют на частоту сердечных сокращений за счет
изменения процесса спонтанной деполяризации потенциала покоя в клетках водителя
ритма SA.
Парасимпатические волокна, которые подходят к сердцу в составе ветвей блуж-
дающего нерва, выделяют медиатор, ацетилхолин, на клетках SA узла. Ацетилхолин
увеличивает проницаемость мембраны в покое для К+ и снижает диастолическую про-
ницаемость для Na+5. Как показано на рис. 3-6, эти изменения проницаемости оказы-
вают два эффекта на потенциал покоя клеток водите ля ритма сердца: (1) они вызывают
первоначальную гиперполяризацию мембранного потенциала покоя путем приближе-
ния его значения к потенциалу равновесия калия и (2) они замедляют скорость спон-
танной деполяризации мембраны в покое.
Оба эти эффекта увеличивают промежуток времени между сокращениями сердца
путем удлинения периода, который необходим для деполяризации покоящейся мембра-
ны до порогового уровня. Так как в норме существует определенная постоянная тони-
ческая активность кардиальных парасимпатических нервов, нормальная частота сер-
дечных сокращений в покое составляет около 70 ударов в минуту.
Из симпатических нервов на сердечные клетки освобождается медиатор норадре-
налин. Помимо прочих эффектов, которые будут обсуждены позже, норадреналин уве-
личивает потоки Na+ (i,) и Са2+, направленные внутрь клетки, во время диастолы5 6 Эти
изменения увеличивают частоту сердечных сокращений за счет возрастания скорости
диастолической деполяризации, как показано на рис. 3-6
Помимо симпатических и парасимпатических нервов существует много (обычно
менее важных) факторов, которые могут изменять частоту сердечных сокращений
Они включают ряд ионов и циркулирующих гормонов, а также такие физические воз-
действия, как температура и растяжение стенки предсердия. Все они воздействуют,
определенным образом изменяя время, необходимое для деполяризации покоящейся
5 Ацетилхолин взаимодействует с мускариновым рецептором на мембране клеток SA узла,
который в свою очередь связан с ингибирующим белком G, G Активация G, оказывает два
эффекта (1) увеличение проницаемости для К+ вследствие увеличения открытия KAch каналов
и (2) торможение активности аденилатциклазы, что ведет к падению внутриклеточного
содержания циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), что приводит к снижению
направленного в клетку водителя ритма потока Na4 (I ).
6 Норадреналин взаимодействует с 6,-адренергическим рецептором на мембране клеток SA
узла, который в свою очередьсвязан со стимулирующим белком G, Gs. Активация Gs увеличивает
активность аденилатциклазы, что ведет к увеличению содержания внутриклеточного
циклического АМФ, что усиливает открытие Na4 канала G'() водителя ритма.
мембраны др порогового потенциала. Ненормально высокая концентрация^* во вне-
клеточной жидкости, например, вызывает уменьшение частоты сердечных сокраще-
ний за счет сдвига порогового потенциала.
Факторы, которые увеличивают частоту сердечных сокращений, оказывают по-
ложительный хронотропный эффект. Те факторы, которые уменьшают частоту сер-
дечных сокращений, оказывают отрицательный хронотропный эффект.
Помимо влияния на частоту сердечных сокращений, вегетативные нервные во-
локна также влияют на скорость проведения потенциалов действия через ткани серд-
ца. Усиление симпатических влияний увеличивает скорость проведения (оказывает
положительный дромотропный эффект), в то время как усиление парасимпатичес-
ких влияний снижает скорость проведения (имеет отрицательный дромотропный
эффект). Эти воздействия наиболее значимы в AV узле и могут влиять на длитель-
ность интервала PQ.
Рис. 3-6. Влияние тонуса симпатической и парасимпатической иннервации на потенциал
водителя ритма.
Механическая деятельность сердца
Сокращение сердечной мышцы
Сокращение клетки сердечной мышцы инициируется воздействием информаци-
онного сигнала потенциала действия на внутриклеточные органеллы, в результате чего
происходит развитие напряжения и (или) укорочение клетки. В данном разделе мы
опишем (1) субклеточные процессы, участвующие в сопряжении возбуждения и со-
кращения клетки (электромеханическое сопряжение) и (2) механические свойства
сердечных клеток.
Основные гистологические характеристики клеток сердечной мышцы весьма
сходны с соответствующими чертами клеток скелетной мускулатуры и включают в
себя: (1) обширную миофибриллярную структуру, состоящую из параллельных пе-
реплетенных тонких и толстых нитей, которые расположены группами по несколь-
ко штук и носят название саркомеров — они ответственны за механические процес-
сы развития укорочения и напряжения7; (2) внутреннее разделение цитоплазмы
перегородками системы внутриклеточных мембран, называемой саркоплазмати-
ческим ретикулумом (SR), где секвестрируется кальций во время диастолического
интервала с помощью накапливающего кальций белка — кальсеквестрина, (3) регу-
лярно расположенные глубокие впячивания клеточной мембраны (сарколеммы), на-
зываемые Т-тубулами, которые связаны с определенными отделами саркоплазма-
тического ретикулума («соединительный» SR) посредством плотных тяжей («ножек»)
и которые передают информационный сигнал потенциала действия во внутренние
части клетки, и (4) большое количество митохондрий, которые обеспечивают осу-
ществление процессов окислительного фосфорилирования, что необходимо для вы-
работки нужного количества АТФ для удовлетворения высоких метаболических
потребностей сердечной мышцы. Студентам рекомендуется просмотреть учебную
литературу по гистологии, для уточнения специальных деталей, касающихся морфо-
логического строения клетки.
7 Белки, из которых состоят тонкие и толстые нити, носят общее название «сократительных
белков». Толстые нити состоят из белка, называемого миозином, который обладает
длинной прямой цепью с двумя глобулярными головками, каждая из которых содержит
зону связывания с аденозинтрифосфатом (АТФ) и зону связывания с актином; легкие
цепи рыхло связаны с головками, и их фосфорилирование может регулировать (или
модулировать) функцию мышцы. Тонкие нити состоят из нескольких белков, в том числе
актина, — двух а-винтообразных тяжей полимеризированных субъединиц (g-актин) с
локусами, которые взаимодействуют с головками молекул миозина для образования
поперечных мостиков с толстыми волоконцами; тропомиозина — регуляторного белка
фиброзного типа, расположенного в желобке а-винтообразного тяжа актина, который
препятствует взаимодействию актина и миозина, когда мышца находится в покое; и
тропонина — регуляторного белка, состоящего из трех субъединиц: тропонина С, который
связывает ионы кальция во время активации и инициирует изменения конфигурации
регуляторных белков, в результате чего зона актина получает возможность образовывать
поперечный мостик; тропонина Т, который привязывает комплекс тропонина к
тропомиозину, и тропонина I, который участвует в ингибировании взаимодействия актина
и миозина в состоянии покоя.
Сопряжение процессов
возбуждения и сокращения
Потенциалы действия мышцы инициируют механическое сокращение посред-
ством процесса, называемого сопряжение возбуждения и сокращения, который пред-
ставлен на рис. 3-7. Основным звеном сопряжения процессов возбуждения и сокра-
щения является резкое увеличение внутриклеточной концентрации свободного Са2+.
Концентрация «покоя» внутриклеточного свободного Са2+ составляет менее 0,1 мкм.
В противоположность этому во время максимальной активации сократительного аппа-
рата, внутриклеточная концентрация свободного Са2+достигает почти 100 мкм. Когда
волна деполяризации распространяется по мембране мышечной клетки и вниз по Т-
тубулам, Са2+ освобождается из саркоплазматического ретикулума во внутриклеточ-
ную жидкость.
Как показано на левой стороне рис. 3-7, инициатором запуска данного механизма
является вход кальция в клетку через кальциевые каналы L-типа и увеличение концент-
рации Са2+ в зоне непосредственно под сарколеммой на поверхности клетки и на протя-
жении всей t-канальцевой системы. В отличие от скелетной мышцы, данное исключи-
тельно локальное увеличение содержания кальция является важным фактором для
инициирования значительного освобождения кальция из SR. Это инициированное каль-
цием освобождение кальция является результатом открытия каналов в SR, чувстви-
тельных к освобождению кальция8. Хотя количество Са2+, которое проникает в клетку
во время единичного потенциала действия невелико по сравнению с тем количеством,
которое выделяется из SR, но оно не только достаточно для инициирования освобожде-
ния SR кальция, но и для поддержания адекватных уровней Са2+ в конечном итоге во
внутриклеточной жидкости организма.
При высокой внутриклеточной концентрации Са2+ (>1мкм) в мышце между двумя
типами нитей образуются связи, которые называются поперечными мостиками. Еди-
ницы саркомера, как представлено в нижней части рис. 3-7, соединяются конец в
конец по Z линиям с образованием миофибрилл, которые простираются по всей длине
мышечной клетки. Во время сокращения тонкие и толстые нити скользят друг задру-
гой, в результате чего сокращается каждый саркомер и тем самым мышца в целом.
Мостики образуются, когда регулярно расположенные головки миозина толстых ни-
тей прикрепляются к регулярно расположенным зонам молекул актина тонких нитей.
Последующая деформация мостиков приводит к втягиванию молекул актина по на-
правлению к центру саркомера
Такое соединение молекул актина и миозина нуждается в энергии из аденозинтри-
фоефата (АТФ). В мышцах в состоянии покоя прикрепление миозина к зонам актина
ингибируется тропонином и тропомиозином. Кальций вызывает сокращение мышцы
посредством взаимодействия с тропонином С, изменяющего конфигурацию, что устра-
няет ингибицию зон актина тонких нитей Поскольку единичный поперечный мостик
является очень короткоживущим образованием, массивное сокращение мышцы подра-
зумевает повторное образование поперечных мостиков, возникновение прогрессиру-
ющего передвижения миофиламентов, их разъединение, образование вновь в новой
зоне актина и так опять и опять в виде циклического процесса.
8 Эти каналы могут быть заблокированы растительным алкалоидом, рианодином, а
стимулируются метилксантином, кофеином Данные вещества являются химическими
средствами, используемыми для определения свойств данных SR каналов.
51
Г
Сокращенный Расслабленный
саркомер саркомер
Рис 3-7 Электромеханическое сопряжение и укорочение саркомера
s
Существует несколько процессов, которые участвуют в уменьшении количества
внутриклеточного Са2+, что прекращает сокращение. Эти процессы изображены на
правой половине рис. 3-7. Примерно 80% кальция активно извлекается обратно в SR
за счет работы Са2+-АТФазных насосов, расположенных в сетчатой зоне SR9. Пример-
но 20% кальция вытесняется из клетки вб внеклеточную жидкость или за счет Na+-
Са2+ обменника, расположенного в сарколемме10, или посредством Са2+-АТФазных
насосов в сарколемме.
Сопряжение процессов возбуждения и сокращения в сердечной мышце отличается
от соответствующего процесса в скелетной мышце тем, что первый может модулировать-
ся, от одиночного потенциала действия, инициированного в сердечной мышце, может воз-
4 Действие этих насосов регулируется белком под названием фосфоламбан. При
фосфорилировании данного белка скорость ресеквестрации Са2+ возрастает и частота
периодов релаксации увеличивается
10 Деятельность Nat'-Ca2+ обменника поддерживается градиентом концентрации натрия на
сарколемме, которая в свою очередь поддерживается деятельностью Na+/K+- АТФазы. Этот
обменник создает напряжение, так как три иона Na+ проникают в клетку в обмен на каждый
ион Са2+, выходящий из клетки Это результирующее перемещение внутрь клетки
положительных зарядов может внести вклад в поддержание фазы плато потенциала действия
Сердечные гликозиды, дигиталис, замедляют деятельность Na+/K+ насоса и тем самым
уменьшают градиент натрия, что, в свою очередь, ведет к увеличению содержания
внутриклеточного Са2+. Этот механизм участвует в положительном действии сердечных
гликозидов на сократительную способность при сердечной недостаточности.
никнуть взаимодействие между актином и миозином (сокращение) различной интенсивно-
сти. Считается, что механизм этого явления зависит от различий в том количестве Са2+,
которое достигает миофиламентов и, следовательно, от числа поперечных мостиков, акти-
вированных во время сокращения. Эта способность сердечной мышцы варьировать силу
своего сокращения — т. е. менять свою сократительную способность — Является чрез-
вычайно важным фактором для функции сердца, как это будет показано в последующих
отделах данной главы.
Длительность сокращения клетки сердечной мышцы приблизительно такая же,
как и продолжительность потенциала действия. Поэтому электрический рефрактер-
ный период клетки сердечной мышцы не заканчивается, пока не завершается механи-
ческая реакция. Как следствие этого клетки мышцы сердца не могут активироваться
достаточно быстро, чтобы возник слитный (тетанический) вариант длительного со-
кращения. Это важно, поскольку попеременное сокращение и расслабление является
необходимым условием для деятельности сердца как насоса.
Процессы, протекающие
в мышечной клетке сердца
Образование поперечных мостиков, которое происходит после активации мыш-
цы в качестве подготовки к сокращению, дает мышце возможность для развития силы
и (или) укорочения. Произойдет ли первое или второе, или некая комбинация обоих
явлений зависит, прежде всего, от того, что допустимо при условии внешних сил, при-
ложенных к мышце во время сокращения. Например, активация мышцы, чьи концы
жестко фиксированы, заставляет ее развить напряжение, но она не может укорачи-
ваться. Это явление носит название изометрического («с фиксированной Длиной»)
сокращения. Сила, которую развивает мышца во время изометрического сокращения,
указывает на ее максимальную способность к развитию напряжения. В противопо-
ложном случае активация нефиксированной мышцы заставляет ее сокращаться без
развития силы, поскольку нет объекта, против которого данная сила могла бы быть
приложена. Такой тип сокращения носит название изотонического («с фиксирован-
ным напряжением»), В данных условиях мышца укорачивается с максимально воз-
можной для нее скоростью (называемой V ), которая определяется максимально
возможной скоростью протекания цикла образования поперечных мостиков. Если к
мышце добавить нагрузку, то это снизит скорость и степень ее укорочения. Таким
образом, процесс сокращения мышцы зависит как от внутренних свойств мышцы, так
и от внешних сил, приложенных к мышце в процессе сокращения. Мышечные клетки
стенки желудочка функционируют при действии различных сил во время различных
фаз каждого сердечного цикла. Чтобы понять функцию желудочков, мы должны, преж-
де всего, исследовать, как сердечная мышца ведет себя, когда на нее воздействуют
различные силы.
Изометрическое сокращение: взаимоотношения длины и напряжения.
Влияние длины мышцы на поведение сердечной мышцы во время изометрического
сокращения представлено на рис. 3-8. В верхней части показана экспериментальная
установка для измерения силы мышцы в покое и во время сокращения при трех раз-
личных вариантах ее длины. В средней части рисунка представлены временные харак-
теристики мышечного напряжения при каждом варианте первоначальной ее длины и
на нижней части рисунка показан график результатов исследования напряжения мыш-
цы в зависимости от ее длины.
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА
53
Первый важный факт, который виден на рис. 3-8, заключается в том, что необхо-
дима сила для того, чтобы покоящуюся мышцу растянуть до различной длины. Эта
сила носит название напряжения покоя. Нижняя кривая на графике на рис. 3-8 пока-
зывает напряжение покоя, измеренное при различной длине мышцы, она называется
кривой зависимости напряжения от длины в покое. Когда мышца стимулируется с
целью вызвать ее сокращение, в то время как ее длина остается постоянной, данная
мышца демонстрирует дополнительный компонент напряжения, называемый актив-
ным напряжением. Общее напряжение, развиваемое мышцей во время сокращения,
является суммой напряжения покоя и активного напряжения.
Рис. 3-8. Изометрическое сокращение и влияние длины мышцы на развитие напряжения
покоя и активного напряжения.
Второй важный факт, представленный на рис. 3-8, заключается в том, что актив-
ное напряжение, развиваемое сердечной мышцей во время процесса изометрического
сокращения, в значительной степени, зависит от длины мышцы, при которой происхо-
дит сокращение. Активное напряжение достигает своего максимума при некой проме-
жуточной длине, обозначаемой как Ггмх. Небольшое активное напряжение возникает
при очень небольшой или при очень значительной длине мышцы. В норме сердечная
мышца работает при длине, существенно меньшей, чем LmaV так что увеличение длины
мышцы приводит к увеличению напряжения, развиваемого во время изометрического
сокращения
Существуют три отдельных механизма, которые предложены для объяснения вза-
имоотношений между длиной мышцы и развиваемым ею напряжением. Первый меха-
низм предполагает, что данная взаимосвязь зависит от степени нахлеста толстой и
тонкой нитей саркомера в покое. Гистологические исследования показывают, что из-
менения в длине покоя целой мышцы связаны с пропорциональными изменениями в
отдельных саркомерах. Максимальное напряжение возникает в саркомере длиной от
2,2 до 2,3 мкм. При длине саркомера менее = 2 мкм противостоящие тонкие волоконца
могут пойти внахлест или изогнуться и поэтому помешать развитию активного напря-
жения, как показано в верхней части рис 3-8. При больших значениях длины сарко-
мера перехлест может быть не достаточен для оптимального образования поперечных
мостиков.
Второй (и, возможно, самый важный) механизм основан на зависящем от длины
изменении чувствительности миофиламентов к кальцию. При малой длине, по-види-
мому, активируется только часть потенциальных поперечных мостиков при данном по-
вышении концентрации кальция в клетке. При большей длине активируется большее
количество поперечных мостиков, что ведет к повышению активного напряжения. Это
изменение чувствительности к кальцию происходит мгновенно после изменения в длине
без какой-либо временной отсрочки. «Датчик», ответственный за определяемою длиной
активацию сердечной мышцы, представляется связанным с молекулой тропонина С, но
механизм этого действия не до конца понятен.
Третий механизм базируется на наблюдении, что на протяжении нескольких ми-
нут после удлинения покоящейся сердечной мышцы, отмечается возрастание количе-
ства кальция, которое освобождается во время возбуждения, что сопряжено с даль-
нейшим увеличением силы сокращения Считается, что чувствительные к растяжению
ионные каналы в клеточных мембранах могут быть ответственны за эту отсроченную
реакцию
Не совсем ясно, в какой степени каждый из перечисленных механизмов вносит
вклад в силу сокращения сердечной мышцы в каждый данный момент, но это и не очень
важно для наших целей. В любом случае зависимость развития активного напряжения
от длины мышцы является фундаментальным свойством сердечной мышцы, которое
оказывает исключительно важное воздействие на функцию сердца
Изотоническое сокращение и сокращение с постнагрузкой. Во время сокра-
щения, называемого изотоническим («с фиксированной нагрузкой»), мышца сокра-
щается, преодолевая постоянную нагрузку Мышца сокращается изотонически при
подъеме определенной массы, например, масса в 1 г, как показано на рис. 3-9 Данная
масса в 1 г, помещенная на мышцу, приведет к определенному изменению ее длины в
покое, что можно охарактеризовать кривой зависимости напряжения от длины мыш-
цы в покое
Если бы мышца изометрически сокращалась при данной длине, то она была бы
способна создать определенное напряжение, например, 4,5 г, как показано пунктир-
ной линией на графике рис. 3-9.
Сократительное напряжение величиной в 4,5 г, очевидно, не может возникнуть
при подъеме массы в 1 г. Когда мышца обладает сократительным потенциалом, превы-
шающим то напряжение, которое она реально развивает, то мышца укорачивается.
Таким образом, при изотоническом сокращении длина мышцы уменьшается при по-
стоянном напряжении, как показано горизонтальной стрелкой из точки 1 в точку 3 на
рис. 3-9.
По мере сокращения мышцы, между тем, ее сократительный потенциал уменьша-
ется, как изображено нисходящей частью кривой максимального изометрического
напряжения на рис. 3~9. Существует определенная небольшая длина, при которой
Изотоническое сокращение
Сокращение с постнагрузкой
Длина мышцы
Рис 3-9 Отношение изотонического сокращения и сокращения с постнагрузкой и диаграммы
зависимости напряжения от длины миокарда
мышца способна создавать напряжение величиной только в 1 г, и когда данная длина
достигнута, дальнейшее сокращение должно быть прекращено" . Таким образом, кри-
вая диаграммы зависимости напряжения от длины сердечной мышцы, которая показы-
вает, насколько большое изометрическое напряжение способна развить мышца при
различных величинах длины, также указывает предел, до которого может происхо-
дить сокращение мышцы при различных нагрузках.
На рис. 3-9 также показан комплексный тип мышечного сокращения, называе-
мого изотоническим сокращением с постнагрузкой, при котором нагрузка на поко-
ящуюся мышцу, преднагрузка, и нагрузка на мышцу во время сокращения, общая
нагрузка, различны На примере, изображенном на рис 3-9, преднагрузка равна 1 г
и, поскольку дополнительная нагрузка в 2 г (постнагрузка) добавляется во время
сокращения, то общая нагрузка составляет 3 г.
Так как преднагрузка определяет длину мышцы в покое, то оба варианта изото-
нического сокращения, которые показаны на рис 3-9, начинаются с одинаковой
длины Из-за различных условий нагрузки, тем не менее, мышца с постнагрузкой
должна увеличить общее напряжение до 3 г, прежде чем начнется укорочение Пер-
воначальное напряжение будет развиваться изометрически и его можно предста-
вить, как происходящее из точки 1 в точку 4 на диаграмме зависимости напряжения
от длины Поскольку мышца генерирует достаточное напряжение, чтобы уравнять
общую нагрузку, ее выход напряжения фиксируется на величине в 3 г и теперь мыш-
ца будет сокращаться изотонически, поскольку ее сократительный потенциал все
еще превышает ее выход по напряжению Это изотоническое сокращение представ-
лено в виде горизонтального отрезка на диаграмме зависимости напряжения от дли-
ны вдоль линии из точки 4 в точку 5 Как при любом изотоническом сокращении,
укорочение должно прекратиться, когда мышечный потенциал развити^ напряже-
ния существенно уменьшается в результате изменения длины, которая должна быть
эквивалентна нагрузке на мышцу
Обратите внимание, что мышца, испытывающая постнагрузку, укорачивается в мень-
шей степени, чем мышца, не испытывающая постнагрузки, даже в том случае, если обе
мышцы начали сокращение при одинаковой первоначальной длине Факторы, которые
воздействуют на степень сокращения сердечной мышцы в условиях постнагрузки, пред-
ставляют для нас особый интерес, поскольку, как мы увидим, ударный объем определяет-
ся тем, насколько сильно сокращается сердечная мышца при этих условиях.
Сократительная способность сердечной мышцы. Целая группа факторов,
помимо первоначальной длины мышцы, может воздействовать на потенциал образова-
ния напряжения сердечной мышцы Любое вмешательство, увеличивающее макси-
мальное изометрическое напряжение, которое может развить мышца при фикси-
рованной длине, считается, что увеличивает сократительную способность
сердечной мышцы В этом случае говорят, что такой фактор обладает положитель-
ным инотропным эффектом на сердце
11 В реальности для сокращения мышцы необходимо некоторое время, а длительность
мышечного сокращения ограничена, поскольку внутриклеточный уровень Са2* оказывается
повышен только кратковременно вслед за началом возникновения мембранного потенциала
действия Вследствие этого и, возможно, по другим причинам, изотоническое сокращение в
реальности не может заходить настолько далеко, насколько это должно иметь место в
соответствии с диаграммой изометрической кривой зависимости напряжения от длины
Поскольку данное расхождение не влияет на общее соотношение между мышечным
изометрическим и изотоническим сокращением, мы склонны Й^иЧреиевречь.
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРИНА 57
Наиболее важным физиологическим регулятором сократительной способности
сердечной мышцы является норадреналин. Когда норадреналин освобождается на мем-
браны клеток сердечной мышцы из симпатических нервов, он оказывает не только
хронотропный эффект на частоту сердечных сокращений, что обсуждалось ранее, но
и выраженный положительный инотропный эффект, который заставляет клетки сер-
дечной мышцы сокращаться быстрее и интенсивнее.
Положительное воздействие норадреналина на изометрический генерирующий
напряжение потенциал представлен на рис 3-10, А Когда норадреналин содержится в
растворе, омывающем сердечную мышцу, то последняя при любой длине развивает
большее по величине изометрическое напряжение при условии стимуляции, чем это
происходит при отсутствии норадреналина Кратко говоря, норадреналин увеличивает
максимум кривой изометрического напряжения на графике зависимости напряжения
от длины сердечной мышцы. Считается, что норадреналин увеличивает сократитель-
ную способность сердечной мышцы, так как он усиливает интенсивность сокращения
мышцы, даже если ее длина остается постоянной. Изменения сократительной спо-
собности и первоначальной длины могут происходить одновременно,но, по определе-
нию, изменения сократительной способности подразумевают сдвиг от одного пика
изометрической кривой зависимости напряжения от длины к другому.
На рис. 3-10, В показано, как подъем пика изометрической кривой зависимости
напряжения от длины под действием норадреналина увеличивает степень сокращения
мышцы в условиях постнагрузки. При условии постоянства величин преднагрузки и
общей нагрузки при наличии норадреналина происходит более мощное сокращение,
чем в условиях отсутствия медиатора. Так происходит, потому что, когда сократи-
тельная способность возрастает, потенциал образования напряжения равен общей
нагрузке при меньшей длине мышцы. Обратите внимание, что норадреналин не оказы-
вает воздействия на зависимость напряжения от длины в условиях покоя Таким обра-
зом, норадреналин вызывает более мощное сокращение путем изменения конечной, а
не начальной длины мышцы при сокращении в условиях постнагрузки
Клеточный механизм воздействия норадреналина на сократительную способность
обусловлен его взаимодействием с [^-адренергическим рецептором. Путь прохожде-
Изометрическое сокращение
Напряжение с постнагрузкой
Рис. 3-10. Влияние норадреналина (НА) на
сокращение миокарда с постнагрузкой (В).
изометрическое сокращение миокарда (А) и
58
Глава 3
ния сигнала включает активацию 0,,-протеин-цАМФ-протеинкиназы А, которая фос-
форилирует Са2+ канал, увеличивая поток кальция внутрь клетки на этапе плато по-
тенциала действия Это увеличение притока кальция не только обусловливает увели-
чение внутриклеточного содержания Са2+ при данном сокращении, но также приводит
к депонированию кальция в клетке, что позволяет использовать данный ион в большем
количестве во время последующей деполяризации Это увеличение содержания сво-
бодного Са2+ во время активации позволяет образоваться большему количеству попе-
речных мостиков и развиться большему напряжению
Поскольку норадреналин также вызывает фосфорилирование регуляторного бел-
ка, фосфоламбана, на кальциевом АТФазном насосе саркоплазматического ретикулу-
ма, скорость возврата кальция в SR возрастает и интенсивность расслабления также
увеличивается Это явление носит название положительного батмотропного эф-
фекта Таким образом, в присутствии катехоламинов систолическое сокращение не
только более мощное, но и более краткое по времени12 13
Показано, что увеличение парасимпатической активности оказывает на сердце
небольшой отрицательный инотропный эффект Предполагается, что в предсердии,
где данное воздействие наиболее выражено, отрицательный инотропный эффект воз-
никает благодаря сокращению времени потенциала действия и уменьшению количе-
ства Са2+, которое поступает в клетки во время потенциала действия
Изменение частоты сердечных сокращений также оказывает влияние на сократи-
тельную способность сердца Помните, что небольшое количество внеклеточного Са2+
поступает в клетки во время фазы плато каждого потенциала действия По мере увели-
чения частоты сердечных сокращений, в клетки поступает большее количество Са2+ в
минуту Происходит накопление внутриклеточного Са2+ и большее количество Са2+
поступает в саркоплазматический ретикулум при каждом потенциале действия Таким
образом, вслед за внезапным увеличением частоты сердечных сокращений следует
прогрессирующее увеличение силы сокращения до уровня высокого плато Такое яв-
ление носит название феномена лестницы (или tгерре) Изменения сократительной
способности, возникающие в результате внутреннего механизма, иногда обозначают-
ся как гомометр инее кая ауторегуляция Значение такой, связанной с частотой сер-
дечных сокращений, модуляции сократимости при нормальной деятельности желу-
дочков в настоящее время остается неясным
Сократительная способность изолированной сердечной мышцы часто оценивает-
ся по максимальной скорости сокращения препарата мышцы во время изотонических
сокращений при различных вариантах общей нагрузки Полученные данные исполь-
зуются для создания так называемой зависимости скорости от силы мышцы, как
показано на рис 3-11 А Зависимость скорости от силы указывает на замену развития
силы скоростью сокращения, заложенную в механизме сокращения всех мышц На
изометрическую способность мышцы генерировать силу указывает точка, где кривая
12 Большинство эффектов катехоламинов на сердце является результатом увеличения
симпатической стимуляции Циркулирующие катехоламины надпочечникового происхождения
в норме содержатся в столь незначительной концентрации, что их воздействием можно
пренебречь
13 Все эффекты катехоламинов на сердечную мышцу могут быть заблокированы
специфическими препаратами, которые называются Р-адреноблокаторами Эти 0 блокаторы
обычно используются при лечении патологии коронарных артерий (ишемической болезни
сердца) для того, чтобы уменьшить повышенные метаболические потребности, которые
создают в сердце чрезмерно активизированные симпатичееИИ|Й₽®Ы-
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЕТОК СЕРДЦА
59
Рис 3-11 Зависимость скорости укорочения от силы миокарда
пересекает ось силы Точка, где кривая зависимости скорости от силы пересекает ось
скорости, носит название Утах Эта точка Vmax тесно коррелирует с активностью актин-
миозиновой АТФазы мышцы и как считается, указывает на максимально возможную
скорость взаимодействия между тонкими и толстыми нитями в пределах саркомера
Значение Утах обычно используют как показатель сократительной способности изо-
лированной сердечной мышцы
На рис З-il В показано влияние норадреналина (или другого инотропного
фактора) на зависимость скорости от силы Обратите внимание, что как пик изо-
метрического напряжения, так и Утах возрастают по мере увеличения сократитель-
ной способности экспериментального препарата
Контрольные вопросы: 7-10
ГЛАВА 4
СЕРДЕЧНЫЙ НАСОС
Цели
Студент знает основные электрические и механические явления, происходящие
время сердечного цикла:
1. Сопоставляет детали электрокардиографической записи с механическими явле-
ниями во время сердечного цикла.
2. Перечисляет основные фазы сердечного цикла, ограниченные процессом откры-
тия и закрытия клапанов.
3. Описывает изменение давления и объема в предсердиях, желудочках и аорте во
время каждой фазы сердечного цикла.
4. Определяет и указывает нормальные значения для (1) конечно-диастолического
объема желудочков, конечно-систолического объема, ударного объема, диас-
толического давления и максимального систолического давления и (2) диасто-
лического давления, систолического давления и пульсового давления в аорте.
5. Указывает на сходства и различия между механическими явлениями в левой и
правой части сердечного насоса.
6. Указывает происхождение сердечных тонов.
-Студент понимает факторы, определяющие минутный объем сердца:
7. Указывает на взаимосвязь между минутным объемом сердца, частотой сердеч-
ных сокращений и ударным объемом.
8. Определяет основные факторы, влияющие на частоту сердечных сокращений.
9. Описывает основные факторы, определяющие ударный объем.
а. Описывает взаимосвязь между напряжением стенки желудочков, радиусом
камеры и давлением (закон Лапласа).
б Вычерчивает зависимость между давлением и объемом в левом желудочке во
время сердечного цикла.
в Описывает закон Франка—Старлинга.
г. Способен рассчитать влияние изменения преднагрузкинажелудочки, на удар-
ный объем ина зависимость между объемом и давлением в желудочке.
д. Способен рассчитать влияние изменения постнагрузки на желудочки, на удар-
ный объем ина зависи мость между объемом и давленом в желудочке.
СЕРДЕЧНЫЙ НАСОС 61
*
е. Способен рассчитать влияние изменения сократительной способности желу-
дочка (инотропное состояние) на ударный объем и на зависимость между
объемом и давлением в желудочке.
10. Обобщает влияние вегетативной нервной системы и изменений сердечной пред-
и постнагрузки на минутный объем.
11. Описывает влияние симпатической иннервации сердца на сократительную спо-
собность, ударный объем и минутный объем сердца.
12. Способен нарисовать группу кривых, характеризующих сердечные функции,
для описания взаимосвязи между давлением наполнения и минутным объемом
при различной степени симпатического тонуса.
13. По заданным параметрам способен рассчитать минутный объем сердца, исполь-
зуя принцип Фика.
14. Определяет различные визуальные методы, используемые в настоящее время
для получения клинической информации о функции сердца.
Повторные, синхронные сокращения и расслабления клеток сердечной мышцы
создают силы, необходимые для продвижения крови через большой и малый круги
кровообращения В данной главе мы опишем (1) основные механические характери-
стики сердечного насоса, (2) факторы, которые влияют и (или) регулируют минутный
объем и (3) различные методы оценки механической функции сердца.
Сердечный цикл
Левый сердечный насос
Механическая функция сердца может быть описана посредством изменений дав-
ления, объема и кровотока, которые происходят во время каждого сердечного цикла.
Сердечным циклом называют одну полную^оследовательность сокращения и расслаб-
ления сердца. Механические явления сердечного цикла левой половины сердца, про-
исходящие в норме, представлены на рис. 4-1. Этот важный рисунок объединяет боль-
шое количество информации, и его следует тщательно изучить.
Диастола желудочков. Диастолическая фаза' сердечного цикла начинается с
открытия атриовентрикулярных (AV) клапанов. Как показано на рис. 4-1, митраль-
ный клапан открывается, когда давление в левом желудочке падает ниже давления в
левом предсердии, после чего начинается период наполнения желудочка. Кровь, кото-
рая до этого накапливалась в предсердии за закрытым митральным клапаном, быстро
опорожняется в желудочек, что вызывает первоначальное падение давления в пред-
сердии Позже давление в обеих камерах медленно одновременно поднимается по мере
того, как предсердие и желудочек продолжают одновременно наполняться кровью,
возвращающейся в сердце через вены.
Сокращение предсердий начинается ближе к концу желудочковой диастолы де-
поляризацией мышечных клеток предсердия, что порождает зубец /’на электрокарди-
ограмме. По мере того, как мышечные клетки предсердия развивают напряжение и
1 Предсердия и желудочки сокращаются не одновременно. Обычно (как это уже отмечалось)
терминами «систола» и «диастола» обозначают фазы деятельности желудочков.
62
-* Глава 4
Закрыт
Аортальный клапан
Открыт
Закрыт
1 Ч . I . I
0,2 0,4 0,6 0,8
Время, с
Рис. 4-1. Сердечный цикл — левое сердце.
сокращаются, давление в предсердии увеличивается, и дополнительное количество
крови вытесняется в желудочек. При нормальной частоте сердцебиений сокращение
предсердий не является необходимым условием для адекватного наполнения желудоч-
ков. Это видно на рис. 4— 1, так как желудочек почти достигает своего максимального
или конечно-диастолического объема прежде, чем начинается сокращение предсер-
дий. Роль сокращения предсердий в наполнении желудочков кровью становится зна-
чительнее при увеличении частоты сердечных сокращений,Д|к как временной проме-
жуток для пассивного наполнения укорачивается по»<ИИ?м*Растания частоты
сердечных сокращений. Обратите внимание, что на поотмМЙМЖИастолы величины
СЕРДЕЧНЫЙ НАСОС ' 63
давления в предсердии и желудочке практически одинаковы. Дело в том, что в норме
открытый митральный клапан оказывает очень незначительное сопротивление крово-
току и, в результате этого, для наполнения желудочка необходима лишь незначитель-
ная разница давления между предсердием и желудочком.
Систола желудочков. Систола желудочков начинается, когда потенциал дей-
ствия проходит через AV узел и распространяется по мускулатуре желудочков —
данное явление на электрокардиограмме представлено комплексом QRS. Сокращение
мышечных клеток желудочков вызывает увеличение внутрижелудочкового давления
выше, чем в предсердии, что приводит к резкому закрытию AV клапана.
Давление в левом желудочке продолжает резко возрастать по мере усиления его
сокращения. Когда давление в левом желудочке превышает давление в аорте, открыва-
ется аортальный клапан. Период между закрытием митрального клапана и открытием
аортального называется фазой изометрического сокращения, так как в течение это-
го промежутка времени желудочек представляет собой закрытую камеру с неизмен-
ным объемом крови. Изгнание крови из желудочка начинается с открытием аорталь-
ного клапана. На раннем этапе изгнания кровь быстро поступает в аорту, что приводит
к повышению давления в ней. Давление одновременно увеличивается как в желудочке,
так и в аорте, так как мышечные клетки желудочка продолжают сокращаться на ран-
нем этапе систолы. Этот период часто называют фазой быстрого изгнания.
Давление в левом желудочке и аорте в конечном итоге достигает максимума и
носит название максимального систолического давления. В этот момент сила сокра-
щения мускулатуры желудочка начинает ослабевать. Сокращение мышцы и процесс
изгнания продолжаются, но уже с меньшей скоростью. Давление в аорте начинает
снижаться, потому что кровь покидает аорту и крупные артерии быстрее, чем кровь
поступает из левого желудочка. В процессе изгнания между левым желудочком и аор-
той разность давления не велика, поскольку отверстие аортального клапана так значи-
тельно, что оно оказывает крайне малое сопротивление кровотоку.
В конечном итоге сила сокращения желудочка уменьшается до такой степени,
что давление в желудочке падает ниже давления в аорте. Это вызывает резкое закры-
тие аортального клапана. Небольшое падение, называемое Incisura, или дикротиче-
ская выемка, появляется на графике давления в аорте, так как небольшой объем крови
должен возвратиться из аорты обратно, чтобы заполнить лепестки аортального клапа-
на при закрытии. Обратите внимание, что во время систолы желудочка кровь продол-
жает возвращаться в сердце и заполнять предсердие. Таким образом, давление в пред-
сердии прогрессивно возрастает во время систолы желудочка до величины, которая
обеспечивает быстрое наполнение желудочка после открытия AV клапана при начале
нового сердечного цикла
После закрытия аортального клапана давление в желудочке быстро уменьшается
по мере расслабления его мускулатуры. В течение короткого промежутка времени,
называемого периодом изометрического расслабления, митральный клапан также
закрыт. В конечном итоге внутрижелудочковое давление падает ниже предсердного,
AV клапан открывается и начинается новый сердечный цикл. Объем крови в желудоч-
ке достигает своего минимума или конечно-систолического объема в момент закры-
тия аортального клапана. Количество крови, выбрасываемой из желудочка во время
одного сокращения, ударный объем, равняется конечно-диастолическому объему же-
лудочка минус конечно-систолический объем желудочка.
Во время систолы аорта растягивается, так как в это время в нее поступает боль-
шее количество крови, чем покидает ее. Во время диастолы артериальное давление
под держивается за счет эластической тяги стеиок аорты и других крупных аотеоий
64
Глава4
Тем не менее давление в аорте постепенно снижается во время диастолы, по мере того,
как кровь из аорты переходит в системное сосудистое русло. Самая низкая величина
давления в аорте, которая отмечается в конце диастолы, называется диастолическим
давлением. Разница между диастолическим и максимальным систолическим давлением
в аорте носит название артериального пульсового давления. Типичные величины для
систолического и диастолического давления в аорте составляют 120 и 80 мм рт. ст.,
соответственно.
При нормальной частоте сердечных сокращений в покое около 70 уд/мин при-
мерно две трети длительности сердечного цикла занимает диастола и одну треть —
систола. При увеличении частоты сердечных сокращений как диастолический, так и
систолический промежуток времени сокращаются. Длительность потенциала действия
уменьшается, и скорость проведения импульса возрастает. Также увеличивается ско-
рость сокращения и расслабления. Данное укорочение систолического промежутка
способно сделать более выраженными потенциальные нежелательные эффекты уве-
личения частоты сердечных сокращений на время диастолического наполнения.
Правый сердечный насос
Так как все сердце обслуживается единой системой электрического возбужде-
ния, сходные механические явления происходят практически одновременно как в пра-
вом, так и в левом сердце. У обоих желудочков систолический и диастолический пери-
оды синхронизированы, а клапаны и правого, и левого сердца открываются и
закрываются практически одновременно. Поскольку два отдела сердца последовательно
участвуют в циркуляции, то они должны накачивать одинаковое количество крови и
поэтому иметь идентичный ударный объем.
II отведение электрокардиограммы
Рис. 4-2. Сердечный цикл — правое сердце.
65
Основное отличие между правым и левым сердечным насосом заключается в величи-
не максимального систолического давления. Величины давления, создаваемого правым
сердцем, как показано на рис. 4-2, существенно ниже, чем в левом сердце (рис. 4-1).
Сосуды легких создают гораздо меньшее сопротивление кровотоку, чем все системные
органы. Поэтому для перемещения минутного объема крови через легкие требуется
гораздо меньшее артериальное давление, чем для осуществления кровотока через си-
стемные органы тела. Типичные цифры артериального систолического и диастоличе-
ского давления в легочной артерии составляют соответственно 24 и 8 мм рт. ст.
Пульсации, отмечающиеся в правом предсердии, передаются в ретроградном на-
правлении на крупные вены, расположенные рядом с сердцем. Эти пульсации, пока-
занные на графике давления в предсердии на рис. 4-2, могут представлять ценную
клиническую информацию.
Сокращение предсердия создает первый пикдавления, который называется вол-
ной а. Волна с, которая следует через небольшой промежуток времени, совпадает с
началом систолы желудочка и обусловлена первоначальным выбуханием трикуспи-
дального клапана в правое предсердие. Давление в правом предсердии резко уменьша-
ется сразу после волны с в связи с расслаблением предсердий и смещением вниз три-
куспидального клапана во время опорожнения желудочка. Давление в правом
предсердии затем начинает увеличиваться до третьего пика, волны и, по мере того, как
центральные вены и правое предсердие наполняются кровью, возвращающейся в серд-
це из периферических органов, при закрытом трикуспидальном клапане. После от-
крытия трикуспидального клапана в конце систолы желудочка давление в правом пред-
сердии вновь падает по мере перемещения крови в расслабленный правый желудочек.
Вскоре после этого давление в правом предсердии вновь начинает подниматься до сле-
дующей волны а по мере того, как возвращающаяся кровь во время диастолы одновре-
менно наполняет центральные вены, правое предсердие, правый желудочек.
Тоны сердца
Фонокардиографическая запись звуков, возникающих во время сердечного цик-
ла, представлена на рис. 4-1. Первый тон сердца (S,) возникает в начале систолы из-за
резкого закрытия AV клапанов, в результате которого происходит вибрация структур
сердца и крови в полостях желудочков S, наиболее отчетливо прослушивается при
помещении стетоскопа на верхушку сердца. Обратите внимание, что этот тон возника-
ет непосредственно после комплекса QRS на электрокардиограмме.
Второй тон сердца (S2) возникает в результате закрытия клапанов аорты и легоч-
ной артерии в начале периода изометрического расслабления. Этот тон прослушива-
ется примерно в момент возникновения зубца Тна электрокардиограмме. Клапан ле-
гочной артерии обычно закрывается чуть позже аортального клапана. Поскольку это
несовпадение увеличивается во время инспираторной фазы дыхательного цикла, то
вдох вызывает так называемое физиологическое расщепление второго тона сердца.
Это различие в закрытии клапанов во время вдоха может колебаться от 30 до 60 мс.
Одним из факторов, который ведет к удлинению фазы изгнания из правого желудочка
на вдохе, является снижение внутри трудно го давления, происходящее во время вдоха,
которое временно увеличивает возврат венозной крови и диастолическое наполнение
правого сердца. С учетом обстоятельств, которые будут детально освещены в данной
главе, этот дополнительный объем наполнения также будет изгнан, но для этого потре-
буется немного дополнительного времени. Аортальный и легочный компоненты вто-
рого сердечного тона лучше всего выслушиваются при помещении стетоскопа во вто-
ром межреберном промежутке слева и справа от грудины соответственно.
В норме третий и четвертый сердечные тонынеразличимы при аускультации.
Однако если они выслушиваются, то они вместе е S, и S2 создают так называемые
ритмы галопа, напоминающие топот копыт бегущей галопом лошади. Третий тон сер-
дца выслушивается сразу после S2 во время периода быстрого пассивного наполнения
желудочков. Хотя иногда S3 может выслушиваться у детей в норме, обычно он прослу-
шивается у пациентов с левожелудочковой недостаточностью (желудочковый ритм
галопа}. Четвертый тон сердца, который иногда выслушивается непосредственно пе-
ред Sp связан с сокращением предсердия и быстрым активным наполнением желудоч-
ка. Таким образом, сочетание Sp S2 и S4 создает так называемый предсердный ритм
галопа. Наличие S4 часто указывает на недостаточное диастолическое расслабление,
что может иметь место при некоторых заболеваниях сердца.
Минутный объем сердца
Минутный объем сердца (количество крови в литрах, которое накачивается
каждым желудочком за минуту) является исключительно важной переменной вели-
чиной сердечно-сосудистой системы, которая постоянно регулируется таким обра-
зом, чтобы сердечно-сосудистая система могла удовлетворить транспортные потреб-
ности организма в конкретный момент времени. При переходе от состояния покоя к
интенсивной физической нагрузке, например, минутный объем среднего человека уве-
личивается приблизительно с 5,8 до 15 л/мин. Увеличенный минутный объем обеспе-
чивает участвующие в интенсивной физической нагрузке скелетные мышцы дополни-
тельным количеством питательных веществ, которые необходимы для поддержания
ускоренного метаболизма. Для того чтобы понять реакцию сердечно-сосудистой си-
стемы не только на физические усилия, но и на все физиологические и патологические
нагрузки, мы должны понять, что определяет и регулирует минутный объем сердца.
Минутный объем (МО) определяется количеством крови, выбрасываемым из каж-
дого желудочка при каждом сокращении (ударный объем, УО), и количеством сердеч-
ных сокращений в минуту (частота сердечных сокращений, ЧСС). Математически это
выражается следующим образом:
МО = ЧСС х УО
Объем _ Число сокращений* Объем
Минута Минута Сокращение
' Из данной зависимости вытекает, что все факторы, влияющие на минутный объем
сердца, должны воздействовать путем изменения или частоты сердечных сокращений,
или ударного объема
Факторы, влияющие на частоту сердечных сокращений, осуществляют это, изме-
няя диастолическую деполяризацию клеток водителя ритма, как это обсуждалось в
главе 3 (рис 3-6) Вспомним, что изменение активности симпатических и парасимпа-
тических нервов, оканчивающихся на клетках SA узла, является наиболее важным
регулятором частоты сердечных сокращений. Усиление симпатической активности
увеличивает частоту сердечных сокращений, в то время как увеличение парасимпати-
ческой активности уменьшает частоту сердечных сокращений. Эти нервные импульсы
оказывают непосредственное и немедленное воздействие (в пределах одного сокраще-
ния) и поэтому могут обеспечить очень быструю регуляцию минутного объема.
Регуляция ударного объема
Закон Лапласа
Конкретные геометрические факторы определяют, каким образом зависимость
напряжения от длины сердечных мышечных волокон стенки желудочка влияет на за-
висимость давления от объема полости желудочка. Истинное взаимоотношение слож-
ное, так как форма желудочка сложная. Форма левого желудочка чаще представляет-
ся в виде цилиндрической или сферической модели, хотя в действительности она
представляет собой нечто среднее между ними. Поскольку клетки сердечной мышцы в
стенке желудочка ориентированы циркулярно, то любая из указанных моделей может
быть использована для иллюстрации трех важных функциональных моментов.
1. Увеличение объема желудочка вызывает увеличение окружности желудочка и, та-
ким образом, увеличение длины отдельных клеток сердечной мышцы (и наоборот).
2. При заданном объеме желудочка увеличение внутрижелудочкового давления
вызывает увеличение напряжения отдельных мышечных клеток сердечной стен-
ки (и наоборот)
3. По мере увеличения объема желудочка (т е. по мере увеличения радиуса желу-
дочка) требуется большая сила каждой отдельной мышечной клетки для созда-
ния заданного внутрижелудочкового давления.
Последний пункт является отражением закона Лапласа, который устанавливает
взаимосвязь между силами, действующими в стенках любого криволинейного вмести-
лища жидкости, и давлением на ее содержимое Если представить модель желудочка в
виде цилиндра, где изменение желудочкового объема связано только с изменением
величины радиуса, то, в соответствии с законом Лапласа, общее напряжение стенки
желудочка (Т) на единицу длины стенки вдоль оси цилиндра зависит как от внутриже-
лудочкового давления (Р), так и от внутреннего радиуса желудочка (г), что выражает-
ся уравнением Т -Р х г. Данная закономерность полностью применима к отдельной
мышечной клетке сердца, поскольку при Цилиндрической модели желудочка количе-
ство мышечных клеток на единицу ее длины является постоянной величиной.'(3акон
Лапласа принимает несколько разные формулы для сосудов различных форм, но во
всех случаях смысл остается одинаковым напряжение стенки является функцией как
внутреннего давления, так и радиуса сосуда2)
Рис. 4-3 помогает проиллюстрировать, как изменения длины и напряжения мыш-
цы, давления в желудочке и его объема, которые происходят во время сердечного
цикла, взаимосвязаны в соответствии с законом Лапласа. Представим, что диаграмма
А на данном рисунке характеризует состояние желудочка в начале диастолы. Давле-
ние в желудочке, его радиус и напряжение стенки соотносятся, как Т=Рхг. Во время
диастолы радиус (объем) желудочка увеличивается при небольшом увеличении давле-
ния Как показано на рисунке при переходе от А к В, удвоение радиуса при постоянном
давлении в соответствии с законом Лапласа приведет к удвоению напряжения стенки
2При сферической модели в соответствии с законом Лапласа Т - Рх г/2, где Т вновь
является общим напряжением на единицу длины стенки Однако в сферической модели
желудочка изменение радиуса также изменяет число мышечных клеток, приходящихся на
единицу длины стенки С учетом этого фактора напряжение каждой клетки (Г ) относится
к желудочковому давлению и радиусу, как Тк1етки°= Р х гг
Во время изометрического напряжения волокна сердечной мышцы развивают напря-
жение без укорочения.
Как указано на рис. 4-3 при переходе от В кС, дальнейшее 25-кратное увеличение
напряжения в стенке при постоянном радиусе в соответствии с законом Лапласа вызовет
25-кратное увеличение давления внутри желудочка. В начале фазы изгнания радиус
желудочка уменьшается, в то время как напряжение стенки остается постоянным. На
рис 4-3 при переходе от С к D показано, как уменьшение радиуса при постоянном
напряжении стенки сопровождается дальнейшим увеличением давления внутри желу-
дочка. В конечном итоге на рис. 4-3 переход от D к А показывает, почему давление в
желудочке падает, вследствие уменьшения напряжения в стенке во время изометричес-
кого расслабления.
Более полное описание взаимосвязи между давлением внутри желудочка и измене-
ниями объема, которые происходят во время типичного сердечного цикла, показано на
А Т
Рис 4-3 Закон Лапласа и функция желудочка в цилиндрической модели. Р = давление внутри
желудочка, г = радиус желудочка; Т = общее напряжение стенки желудочка на единицу длины
цилиндра.
рис. 4-4, А, а соответствующие изменения длины и напряжения мышцы показаны на
рис. 4-4, В. (рис. 4-4, А представляет просто другое изображение изменений величин
давления в желудочке и его объема, ранее проиллюстрированного на рис. 4-1. Студен-
там предлагается сравнивать рис. 4-4, А с рис 4-1 до тех пор пока их взаимосвязь не
станет ясной).
Из рис. 4-4 следует, что каждая нз основных фаз желудочкового цикла соответ-
ствует определенной фазе динамики длины и напряжения сердечной мышцы. Во время
диастолического наполнения желудочков, например, прогрессирующее увеличение
давления внутри желудочка и его объема приводят к увеличению мышечного напряже-
A
120
2
2
8
5
80
- Достигает
конечно-
' систоличе-
. ского объема
Изгнание
Систола
Открытие
аортального
клапана
С
£
со
I
g
а
<о
- Изометрическое
расслабление
Открытие
митрального
клапана \
Диастолическое
наполнение
____Изометрическое
сокращение
Достигает конечно-
диастолического
объема
В
60'___________________>130
Ударный объем
Объем полости желудочка, мл
Рис 4-4 Желудочковый цикл: зависимость давления от объема (А) и соответствующий
цикл миокарда: зависимость напряжения от дайны (В).
ния (Т = Р х г), в результате чего расслабленная сердечная мышца удлиняется в соот-
ветствии с кривой графика зависимости напряжения от длины в покое. Конечно-диас-
толическое давление называется желудочковой преднагрузкой, так как оно опреде-
ляет напряжение волокон сердечной мышцы в покое в конце диастолы.
В начале систолы в мышечных клетках желудочков развитие напряжения проис-
ходит изометрически, и, соответственно, возрастает давление внутри желудочков
(Р = Т/г). После того, как давление внутри желудочка возрастает в такой степени, что
открывается выходной клапан, начинается желудочковое изгнание, вследствие сокра-
щения мышцы желудочка. Системное артериальное давление часто называется желу-
дочковой постнагрузкой, поскольку оно определяет напряжение, которое необходи-
мо развить волокнам сердечной мышцы, прежде чем они смогут укорачиваться3
3 Данное указание некорректно, по крайней мере, по двум соображениям Во-первых,
артериальное давление является в большей степени аналогом общей нагрузки желудочков,
чем желудочковой постнагрузки Во-вторых, в соответствии с законом Лапласа, фактически
напряжение стенки, которое должно возникнуть, чтобы создать данное внутрижелудочковое
давление, также зависит от величины радиуса желудочка.
70
Тлава4
Во время фазы изгнания сердечная мышца одновременно создает активное напря-
жение и укорачивается. Степень изменения объема полости желудочка во время фазы
изгнания (или ударный объем) определяется просто тем, в какой степени клетки мыш-
цы желудочка укорачиваются во время сокращения. Это, как мы уже с вами обсужда-
ли ранее, зависит от взаимосвязи напряжения и длины клеток сердечной мышцы и той
нагрузки, против которой они укорачиваются. Когда укорочение прекращается и вы-
ходной клапан закрывается, клетки сердечной мышцы расслабляются изометрически.
Напряжение стенки желудочка и давление в нем во время изометрического расслабле-
ния уменьшаются параллельно, поскольку радиус желудочка остается постоянным на
протяжении финальной фазы систолы.
Влияние изменения преднагрузки
на желудочки: закон Франка—Старлинга
Объем крови, который сердце выбрасывает при каждом сокращении, может суще-
ственно меняться. Одна из самых главных причин изменения ударного объема была описа-
на W. Howell (1884) и О. Frank (1894) и формализована Е.Н. Starling(1918). Эти исследо-
ватели показали, что сердце сокращается более сильно во время систолы, если оно
наполняется в большей степени вовремя диастолы. Вследствие этого, как показано на
рис. 4-5, при прочих равных условиях, ударный объем возрастает по мере увеличения
наполнения сердца. Данный феномен называется законом Франка-Старлинга.
Теперь мы знаем, что механические свойства клеток миокарда являются основой
закона Франка—Старлинга. На рис. 4-6, А показано, как увеличение мышечной преднаг-
рузки увеличивает степень укорочения мышцы во время последующего сокращения при
фиксированной общей нагрузке. Напомним, что на основании зависимости напряжения
от длины в покое увеличение преднагрузки обязательно сопровождается увеличением
первоначальной длины мышечного волокна. Когда мышца начинает сокращаться при боль-
шей длине, у нее имеется больший резерв для сокращения, прежде чем она достигнет
длины, при которой ее способность развивать напряжение сравнится с общей нагрузкой,
против которой она и работает при сокращении. Такая же взаимосвязь существует для
Конечный диастолический
объем желудочка
Рис. 4-5. Закон Франка—Старлинга.
СЕРДЕЧНьЖБс
Объем левого желудочка, мл
Рис 4-6 Влияние изменения преднагрузки на сокращение миокарда с постнагрузкой (А) и
на ударный объем желудочка (В)
мышечного волокна, находящегося в стенке желудочка, что приводит к изменению кри-
вой зависимости давления и объема желудочка, как показано на рис. 4—6, В.
Увеличение желудочковой предгнагрузки приводит к существенному увеличению
ударного объема, так как первоначально большая длина волокон значительно усили-
вает сокращение мышечных волокон в условиях постнагрузки. Это является основой
закона Франка—Старлинга. Такая регуляция ударного объема в зависимости от пред-
нагрузки иногда называется гетерометрической ауторегуляцией.
На рис. 4-6, А следует обратить внимание, что возрастающая преднагрузка уве-
личивает первоначальную длину мышцы без существенного изменения окончательной
длины, до которой мышца укорачивается при постоянной общей нагрузке. Таким об-
разом, увеличение давления при наполнении желудочка увеличивает ударный объем,
прежде всего, за счет увеличения конечно-диастолического объема. Как показано на
рис. 4-6, В, это не сопровождается существенным увеличением конечно-систоличес-
кого объема, поскольку усиление сокращения, которое происходит в результате уве-
личения конечно-диастолического объема в соответствии с законом Франка—Стар-
линга приводит к тому, что дополнительное количество крови, поступающее в
желудочек во время диастолы, изгоняется во время систолы.
Влияние изменения постнагрузки на желудочки
На рис. 4-7, А показано, как увеличение общей нагрузки, при постоянной пред-
нагрузке, оказывает отрицательное воздействие на укорочение сердечной мышцы.
Рис, 4-7. Влияние изменений постнагрузки на сокращение миокарда с постнагрузкой (А) и
на ударный объем желудочка (В).
Опять же это является простым следствием того факта, что мышца не может
укорачиваться более чем на длину, при которой ее максимальный изометрический
потенциал напряжения равей общей нагрузке. Таким образом, укорочение мышцы
должно прекратиться при ее большей длине при увеличении общей нагрузки.
В норме средняя желудочковая постнагрузка является величиной постоянной,
так как среднее артериальное давление удерживается в жестких пределах посредством
механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы, которые будут описаны позднее.
Однако при многих патологических состояниях, таких как артериальная гипертензия
и стеноз аортального клапана, на-функцию желудочков неблагоприятно воздействует
патологически высокая желудочковая постнагрузка. При этом ударный объем умень-
шается, на что указывает изменение кривой зависимости между давлением и объемом
на рис. 4~7, В. Такое изменение происходит из-за снижения способности клеток сер-
дечной мышцы укорачиваться в условиях увеличенной постнагрузки. Обратите вни-
мание, что в этих условиях конечно-систолический объем увеличен.
Изображенная на рис. 4~7, В взаимосвязь между конечно-систолическим давле-
нием и конечно-систолическим объемом, наблюдаемая при постоянной величине пред-
нагрузки и различной постнагрузке, обозначена пунктирной линией. Данная линия
может приближенно рассматриваться как желудочковый эквивалент (давление-объем)
мышечной кривой зависимости длины и максимального изометрического напряже-
ния. Наклон данной линии используется в клинике как показятедьфункции миокарда,
что будет обсуждено позже. «
73
Влияние изменения
сократительной функции миокарда
Вспомним, что активация симпатической нервной системы приводит к освобожде-
нию норадреналина кардиальными симпатическими нервными окончаниями, что увели-
чивает сократительную способность отдельных клеток сердечной мышцы. Это приво-
дит к подъему пика кривой зависимости изометрического напряжения от длины. Как
показано на рис. 4-8, А, такой сдвиг ведет к большему укорочению мышцы, сокращаю-
щейся на фоне постоянной преднагрузки и общей нагрузки. Таким образом, как показа-
но на рис. 4-8, В, выделяющийся при активации симпатических нервов норадреналин
будет увеличивать ударный объем желудочков посредством снижения конечно-систоли-
ческого объема без непосредственного воздействия на конечно-диастолический объем.
Рис. 4-8. Влияние норадреналина (НА) на сокращение миокарда с постнагрузкой (А) и на
ударный объем желудочка (В)
Как ранее уже обсуждалось, показатель Необычно используется как индекс,
характеризующий сократительную способность изолированной сердечной мышцы.
У больных сократительную способность миокарда непосредственно определить невоз-
можно. Однако ряд косвенных методов применяется для получения клинически по-
лезной информации о, данном важном показателе функции сердца. В одной из этих
методик катетеры помещаются в полость желудочка, и фиксируется максимальная
скорость развития давления {dPf dt та1) при изометрическом сокращении. Эти данные
используются как показатель сократительной способности на том основании, что в
препаратах изолированной сердечной мышцы изменения сократительной способно-
сти и Vraax вызывают изменения скорости развития напряжения при изометрическом
сокращении. Снижение dP/dtmax в левом желудочке ниже нормальной величины
1500-2000 мм рт. ст. /с указывает, что сократительная способность миокарда ниже
нормы. Другие методы оценки сократительной способности, которые оперируют ин-
формацией, полученной с помощью аппаратуры для визуальной оценки деятельности
сердца, обсуждены в конце данной главы
Обзор факторов,
определяющих минутный объем
Основные факторы, влияющие на минутный объем, которые были ранее обсужде-
ны в данной главе, суммарно представлены на рис. 4-9 Частота сердечных сокраще-
ний регулируется хронотропным воздействием на спонтанную электрическую актив-
ность клеток SA узла. Парасимпатическая иннервация сердца оказывает отрицательный
хронотропный эффект, а симпатические нервы вызывают положительный хронотроп-
ный эффект в SA узле. Ударный объем регулируется воздействием на сократительную
способность миокарда желудочков, в особенности на степень его укорочения при на-
личии постнагрузки. Тремя отдельными факторами, влияющими на ударный объем,
являются сократительная способность, преднагрузка и постнагрузка. Увеличение ак-
тивности симпатических нервов сердца способно увеличить ударный объем посред-
ством увеличения сократительной способности сердечной мышцы. Увеличение арте-
риального давления способно снизить ударный объем за счет увеличения постнагрузки
на волокна сердечной мышцы Увеличение давления при наполнении желудочка уве-
личивает конечно-диастолический объем, что приводит к возрастанию ударного
объема в соответствии с законом Франка—Старлинга
Рис. 4-9 Факторы, влияющие на минутный объем сердца
На пянном этапе важно осознать, что как частота сердечных сокращений, так и
ударный объем испытывают воздействие более чем одного фактора. Таким образом,
тот факт, что увеличение сократительной способности может привести к увеличению
ударного объема, не следует понимать таким образом, что в интактной сердечно-сосу-
дистой системе ударный объем всегда велик при высокой сократительной способно-
сти. После кровопотери, вызванной кровотечением, например, величина ударного объ-
ема может быть снижена, несмотря на высокий уровень активности симпатических
нервов. Тем не менее, информация, представленная в данной главе, прямо применима
при любых условиях функционирования сердечно-сосудистой системы, включая кро-
вотечение. Мы можем правильно утверждать, например, что высокий уровень актив-
ности симпатических нервов сердца не может быть причиной низкой величины удар-
ного объема, наблюдаемого при кровотечении. Единственнойи другой возможной
причиной низкого ударного объема может быть высокое артериальное давление или
низкое давление наполнения камер сердца. Поскольку после кровотечения артериаль-
ное давление нормальное или сниженное, то низкий ударный объем при интенсивной
кровопотере должен быть (и фактически является) результатом низкого давления на-
полнения камер сердца.
Функциональные кривые сердца
Для того чтобы суммировать влияние различных факторов на функцию сердца и
взаимодействие между ними, можно применить один очень полезный способ — сделать
это с помощью построения функциональных кривых сердца, как показано на рис 4-10.
В данном случае минутный объем рассматривается как зависимая переменная и откла-
дывается по вертикальной оси на рис. 4-10, в то время как давление наполнения камер
сердца откладывается на горизонтальной оси4. Различные кривые используются для
того, чтобы показать влияние изменений активности симпатических нервов.
Таким образом, на рис. 4—10 показано, как взаимодействуют давление наполне-
ния камер сердца и уровень активности симпатических нервов сердца, определяя его
минутный объем. При величине давление наполнения камер сердца в 2 мм рт. ст. и
нормальной активности симпатических нервов сердца, сердце будет функционировать
на точке графика А, что будет соответствовать минутному объему в 5 л/мин. Каждая
отдельная кривая на рис. 4~ 10 демонстрирует, как будет изменяться минутный объем
сердца при изменении давления наполнения камер сердца, при фиксированном тонусе
симпатических нервов сердца.
Например, если активность симпатических нервов сердца остается нормальной,
увеличение давления наполнения камер сердца с 2 мм рт. ст. до 4 мм рт ст. приведет к
перемещению функциональной активности сердца из точки А в точку В диаграммы.
В этом случае минутный объем возрастет с 5 до 7 л / мин только вследствие увеличения
давления наполнения камер сердца (закон Франка—Старлинга) Если же, с другой
стороны, давление наполнения камер сердца остается 2 мм рт ст , в то время как
активность симпатических нервов сердца умеренно возрастает по сравнению с нормой,
функциональная активность сердца переместится на диаграмме из точки А в точку С
4 Другие показатели могут располагаться на осях координат данных кривых По вертикальной
оси может быть отложен ударный объем или работа при изгнании, а по горизонтальной оси
может быть отложено центральное венозное давление, давление в правом (или в левом)
предсердии или конечно-диастолический объем желудочка (или давление). Во всех случаях
кривые описывают взаимоотношения между преднагрузкой и функцией сердца
Рис. 4-10. Влияние симпатической иннервации сердца на функциональные кривые сердца.
Минутный объем опять же увеличится с 5 до 7 л/мин. Однако в данном случае минут-
ный объем не возрастает благодаря механизму зависимости от длины мышцы, посколь-
ку давление наполнения камер сердца не меняется. Минутный объем увеличивается
при постоянном давлении наполнения при увеличении активности симпатических не-
рвов сердца по двум причинам. Во-перяых, усиление тонуса симпатических нервов
приводит к увеличению частоты сердечных сокращений. Во-вторых, что не менее важ-
но, увеличение активности симпатических нервов сердца увеличивает ударный объем
посредством увеличения сократительной способности сердца.
Таким образом, графики функциональной активности сердца, объединяют наши
знания многих механизмов регуляции сердечной деятельности и мы обнаруживаем,
что они исключительно полезны в понимании того, каким образом сердце взаимодей-
ствует с другими элементами сердечно-сосудистой системы.
Энергетический обмен сердца
Источники энергии
Для того чтобы сердце функционировало должным образом, у него должен быть
адекватный запас химической энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Субстраты,
из которых в сердце может образовываться АТФ, могут варьировать в зависимости от
того, какие вещества в данный момент в наибольшем количестве. Например, после
приема пищи, обильной углеводами, ткани сердца будут захватывать и использовать
глюкозу и пируват, а между приемами пищи ткани сердца могут переключаться на
метаболизм свободных жирных кислот, триглицеридов и кетонов.
Кроме того, гликоген запасается в клетках миокарда в качестве резервного источ-
ника энергии, и он может быть мобилизован с помощью гликолиза для обеспечения
дополнительного количества субстрата при наличии повышенной симпатической ак-
тивности. [Катехоламины, взаимодействуя с мембранными 0-рецепторами, увеличива-
ют содержание в клетке циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который акти-
вирует фосфорилазу Ь, стимулирующую метаболизм гликогена.]
Конечным продуктом метаболизма гликогена, глюкозы, жирных кислот, тригли-
церидов, пирувата и лактата является ацетил СоА, который вступает в цикл трикарбо-
новых кислот (Кребса) в митохондриях, где в процессе окислительного фосфорилиро-
вания молекулы веществ распадаются до СО2 и воды, а энергия переходит в АТФ.
(Студентам рекомендуется просмотреть в учебнике биохимии эти важные пути мета-
болизма более подробно).
Анаэробные источники энергии в сердце (например, процесс гликолиза, креатин-
фосфат) не достаточны для удовлетворения метаболических потребностей более чем
на нескольких минут. То, что в тканях сердца продукция АТФ осуществляется почти
полностью с помощью аэробных процессов, доказывается (1) большим количеством
митохондрий в клетках сердечной мышцы и (2) наличием высокой концентрации кис-
лород-связывающего белка, миоглобина, в клетках миокарда. Миоглобин может пере-
дать содержащийся в нем кислород в систему митохондриальных цитохромоксидаз
при снижении внутриклеточного уровня кислорода. С этой точки зрения сердечная
мышца напоминает «красную» скелетную мускулатуру, которая приспособлена кдли-
тельному сокращению, в отличие от «белой» скелетной мускулатуры, которая адапти-
рована к высокоинтенсивному, но кратковременному сокращению.
Факторы, определяющие* потребление кислорода
миокардом
При многих патологических состояниях, таких как нарушение проходимости ко-
ронарных артерий, потребности в кислороде тканей миокарда могут превышать воз-
можности коронарного кровотока доставить необходимое количество кислорода к
сердечной мышце. Поэтому важно понять, какие факторы определяют интенсивность
потребления кислорода миокардом, поскольку снижение потребности в кислороде
может оказать пользу для пациента.
Так как сердце получает энергию почти полностью за счет аэробного метаболиз-
ма, потребление кислорода миокардом непосредственно зависит от использования
миокардом энергии (т.е. расщепления АТФ). Знание тех важнейших факторов, кото-
рые определяют потребление кислорода тканями сердца, означает понимание тех про-
цессов в миокарде, для реализации которых требуется АТФ.
Базальный (основной) обмен в тканях сердца в норме составляет около 25% от
общего использования АТФ миокардом и, следовательно, потребления кислорода мио-
кардом в состоянии покоя. Поскольку основной обмен представляет энергию, используе-
мую в клеточных процессах, отличных от сокращения (например, энергозависимый транс-
порт ионов с помощью насосов), то мало что может быть сделано для его уменьшения.
, ' ЯДРТлаба 4
Процессы, связанные с мышечным, сокращением, обусловливают примерно 75 %
потребления энергии миокардом. Прежде всего, это отражает расщепление АТФ, свя-
занное с циклом образования поперечных мостиков во время фаз изометрического
сокращения и изгнания сердечного цикла. Некоторое количество АТФ также исполь-
зуется для секвестрации Са2+ в конце каждого сокращения.
Энергия, потребляемая во время фазы изометрического сокращения сердечного
цикла, составляет значительную часть (= 50%) от общего потребления кислорода
миокардом, несмотря на то, что сердце в данный период внешней работы не совершает.
Энергия, необходимая для изометрического сокращения, в значительной степени за-
висит от того, какое давление в желудочке необходимо развить во время этой фазы,
т.е. от сердечной постнагрузки.
Таким образом, постнагрузка на сердце является главным фактором, определя-
ющим потребление кислорода миокардом. Уменьшение постнагрузки может привести
к клинически значимому снижению энергетических потребностей миокарда и, следо-
вательно, потребления им кислорода. В действительности потребление энергии во
время изометрического сокращения скорее связано с изометрическим напряжением
стенки, чем с развитием давления в желудочке. Напомним, что напряжение стенки
соотносится с давлением в желудочке и радиусом желудочка в соответствии с законом
Лапласа (Т=Рхг). Соответственно, снижение величины преднагрузки на сердце (т е.
конечно-диастолического объема, радиуса) будет также вести куменьшению количе-
ства энергии, необходимой для изометрического сокращения
Именно во время фазы изгнания сердечного цикла сердце реально совершает внеш-
нюю работу и энергия сердца, которая затрачивается во время процесса изгнания,
зависит от того, какой объем внешней работы выполнен. В жидкостной системе
работа (силагг расстояние) равняется давлению (сила /расстояние2)хобъем (расстоя-
ние3)5 . Внешняя физическая работа, совершаемая левым желудочком во время одного
сокращения, называемая ударной работой (или работой по изгнанию), равняется
площади, занимаемой петлей графика зависимости между давлением и объемом левого
желудочка (см. рис. 4-4).
Работа по изгнанию увеличивается при возрастании ударного объема (увеличен-
ная «объемная» работа) или при увеличении постнагрузки (увеличенная работа по
«давлению»). С учетом утилизации АТФ и потребления кислорода увеличение работы
сердца по давлению требует больших затрат, чем увеличение работы по объему. Таким
образом, снижение постнагрузки особенно значимо для уменьшения потребностей
миокарда в кислороде для совершения внешней работы.
Изменения сократительной способности миокарда могут существенно повли-
ять на потребление кислорода для основного обмена, развития изометрического на-
пряжения в стенке и внешней работы. Клетки мышцы сердца используют больше энер-
гии при быстром достижении заданного напряжения и заданного укорочения, чем,
если они делают то же самое в более медленном темпе Также при усилении сокраще-
ний большее количество энергии используется для активного транспорта Са2+. Конеч-
ный результат данных воздействий часто называется «энергоемким» эффектом увели-
чения сократительной способности.
Частота сердечных сокращений также является одним из наиболее важных
факторов, определяющих потребление кислорода миокардом, так как энергетические
затраты в минуту составляют количество энергии, затрачиваемой на одно сердечное
сокращение, умноженное на число сердечных сокращений в минуту. В целом было
5 В более точном математическом выражении W~fPdV.
СЕРДЕЧНЫЙ НАСОС 79
-------..........—------------------------------------------
обнаружена, что более выгодно (при этом меньше потребляется кислорода) достичь
заданного минутного объема при низкой частоте сердечных сокращений и большом
ударном объеме, чем при высокой частоте сердечных сокращений и небольшом удар-
ном объеме. Это опять представляется связанным с относительно большим количе-
ством энергии, используемым в фазу развития давления сердечного цикла. Чем мень-
шее давление (напряжение стенки) развивается и чем реже это происходит, тем это
выгоднее.
Предпринималось много попыток разработки практических клинических мето-
дов оценки потребностей миокарда в кислороде с использованием рутинных показате-
лей деятельности сердечно-сосудистой системы. Хотя ни один из них не учитывает все
те факторы, которые могут влиять на потребление кислорода миокардом, и поэтому не
дают 100 % точности при расчете в любых условиях, многие методики оказались в
определенной степени полезными. Возможно самым простым «индексом», определяе-
мым для расчета энергетических потребностей сердца, является произведение макси-
мального систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений.
Это показатель зависимости частоты от давления учитывает два наиболее важ-
ных фактора, определяющих энергозатраты сердца (величину и частоту развития дав-
ления) и не требует использования инвазивных методов исследований. Другой показа-
тель, индекс напряжение-время, определяется как сумма площадей под систолическими
участками кривой давления в желудочке в течение 1 мин.
Для расчета индекса напряжение-время необходима длительная точная фиксация
величин давления внутри желудочка, как например, при катетеризации сердца. Пре-
имущества индекса напряжение-время для более точного расчета потребления кисло-
рода миокардом перед простым расчетом, основанным на измерении артериального
давления и частоты сердечных сокращений, дискутабельны.
Поиск удобного индекса для определения потребления кислорода миокардом про-
должается по мере того, как визуальные методы исследования сердца (описанные в
конце данной главы) делают более доступным определение минутного объема и другой
количественной информации. Например, такая дополнительная информация позволя-
ет построить петли зависимости между давлением и объемом желудочка, площадь ко-
торых точно определяет внешнюю работу сердца. Но все же пока не найдено простого
метода для учета всех факторов, влияющих на энергетические затраты миокарда и
использования их для расчета потребления кислорода миокардом.
Количественная оценка
функции сердца
Минутный объем сердца/сердечный индекс
Установление абсолютного значения минутного объема сердца пациента явля-
ется относительно трудной задачей. Тем не менее, можно рассчитать относительные
изменения минутного объема пациента при различных условиях по изменениючасто-
ты сердечных сокращений (ЧСС) и артериального давления. Вспомним (рис. 4-1 ),что
пульсовое артериальное давление (р^ определяется как разница между артериальным
систолическим (Р ) и диастолическим (Pd) давлением.
* * ’’Я|ми?глава 4
По причинам, которые будут описаны в главе 7Г быстрые изменения пульсового
давления происходят преимущественно за счет изменения ударного объема (УО). Если
предположить наличие линейной зависимости между изменением ударного объема и
пульсового давления, то тогда следует, что, так как МО=ЧСС х УО, частичное измене-
ние МО, которое происходит при переходе из условий 1 в условия 2, пропорционально
изменениям ЧСС и Ррпри изменении этих условий. Например, если частота сердечных
сокращений увеличится на 10 %, а пульсовое давление увеличится также на 10 %, то
можно вычислить, что минутный объем увеличится на 21 % (1,1 х 1,1 = 1,21).
Существует ряд клинических методов измерения абсолютных значений минутно-
го объема, основанных на принципе Фика, который обсуждался в главе 1. Для расчета
кровотока уравнение Фика может быть преобразовано следующим образом:
Xtc
[Х]а-[XL-
Общепринятый метод определения минутного объема основан на использовании
принципа Фика для расчета общего потока крови через системные органы по (1) ско-
рости потребления кислорода всем организмом (Х1с), (2) концентрации кислорода в
артериальной крови ([Х]а) и (3) концентрации кислорода в смешанной венозной крови
([X]v). Из показателей, необходимых для данного расчета, наиболее трудно получить
содержание кислорода в смешанной венозной крови. Обычно забор крови для иссле-
дования содержания кислорода в венозной крови следует произвести с помощью ве-
нозного катетера, расположенного в правом желудочке или легочной артерии, для
того чтобы удостовериться, что это действительно образец смешанной венозной кро-
ви, поступающей из всех системных органов.
Расчет минутного объема на основании принципа Фика лучше всего может быть про-
иллюстрирован следующим примером. Предположим, что пациент потребляет 250 мл О2
в минуту, в то время как в его системной артериальной крови содержится 200 мл О2на
литр, а в крови правого желудочка содержится 150 мл О2 на литр. Это означает, что в
среднем каждый литр крови теряет 50 мл О2 по мере того, как она проходит через
системные органы. Для того чтобы в минуту потреблялось 250 мл О2,5 л крови долж-
но проходить через системные органы каждую минуту:
• _ 250 мл О2/мин
(200-150) мл О2/л крови ’
Q = 5 л крови/мин.
Другими клиническими методами, обычно используемыми для расчета минутно-
го объема крови, являются методы разведения красителя и термодилюиии (разведения
тепла) При этом известное количество индикатора (красителя или тепла) быстро вво-
дится внутривенно и поступает в правое сердце, а соответствующие датчики на протя-
жении определенного промежутка времени регистрируют концентрацию индикатора в
крови по мере того, как он покидает левое сердце. ПредставЛЯ^рйесложным опреде-
«г
? СЕВДЕЧНЬШЖЖ
——й»«1|1 ir г ii т —
лить минутный объем сердца исходя из количества введенного внутривенно индикато-
ра и колебаний его концентраций на протяжении определенного времени в крови, по-
кидающей левое сердце.
Типичный график, отражающий результаты исследования минутного объема сер-
дца с использованием метода разведения красителя, представлен на рис 4-11. Сразу
после введения красителя непосредственно в правое сердце концентрация его в артери-
альной крови поднимается до максимума и затем начинает снижаться Осложняющий
графическую характеристику повторный подъем концентрации возникает, если кра-
ситель повторно поступает в сердце
Рис. 4-11. Типичная кривая разведения красителя, используемая для определения минутного
объема сердца
♦
Снижение кривой после максимальной начальной величины, в то же время, мо-
жет быть экстраполировано (на полулогарифмиче-ском графике) до абсциссы для по-
лучения кривой зависимости концентрации красителя от времени за «одно прохожде-
ние». Площадь под кривой, ограниченная линией, характеризующей длительность
данного процесса, дает нам средние величины концентрации красителя в артериальной
крови на протяжении обсуждаемого периода времени.
Если краситель не выводится легкими, то средняя концентрация красителя долж-
на равняться количеству введенного красителя, деленному на объем крови, прошед-
ший из левого сердца за этот период времени. Таким образом, это означает, что минут-
ный объем может быть рассчитан путем деления количества введенного красителя на
площадь под первичной (одно прохождение) кривой графика разведения красителя.
Чем больше величина площади под кривой, тем меньше минутный объем крови.
В норме минутный объем индивидуума, очевидно, зависит от его размеров тела.
Например, минутный объем у женщины с массой 50 кг будет существенно ниже, чем у
мужчины с массой 90 кг. Однако было обнаружено, что величина минутного объема
более тесно коррелирует с площадью поверхности тела, чем с массой тела. Поэтому,
обычно выражают величину минутного объема на единицу площади поверхности те да
в квадратных метрах. Этот показатель носит название сердечного индекса Б покое
его нормальная величина составляет около 3 (л / мин) / м2.
oz
Глава 4
Визуальные методы исследования
Успехи некоторых методов исследования позволили получать двух- и даже трех-
мерные изображения сердца на протяжении всего сердечного цикла. Визуальный или
компьютерный анализ таких изображений представляет новый тип информации, цен-
ный для клинической оценки деятельности сердца. Такие методики особенно подходят
для выявления нарушения функции клапанов сердца или сократительной функции
отдельных участков стенки сердца. Они также позволяют определить объемы камер
сердца в различные моменты сердечного цикла, что используется, как будет показано
далее, различным образом для оценки деятельности сердца.
Эхокардиография является наиболее широко распространенной из трех визуаль-
ных методик, используемых в настоящее время. Этот неинвазивный метод основан на
том, что часть звуковой волны отражается, возвращаясь к источнику, при резком изме-
нении плотности среды, через которую она проходит. Датчики, помещенные в опре-
деленные области на грудной клетке, генерируют импульсы ультразвуковых волн и ре-
гистрируют отраженные волны, которые возвращаются от поверхностей тканей сердца.
Чем больше промежуток времени между выходом волны и возвращением отраженного
сигнала, тем глубже расположена исследуемая ткань в полости грудной клетки.
Подобная информация может быть реконструирована компьютером различными
способами, в результате чего на экране возникает постоянное изображение сердца и
его камер на всем протяжении сердечного цикла. Ангиокардиография подразумевает
помещение катетера непосредственно в правый или левый желудочек с введением рент-
геноконтрастного вещества при высокоскоростной рентгеновской съемке (кинорадио-
графии). Радионуклидная вентрикулография подразумевает внутривенное введение
радиоактивного изотопа, который остается в сосудистом русле (обычно технеций,
который связывается с эритроцитами), и регистрацию изменений интенсивности излу-
чения над желудочком во время сердечного цикла.
Оценка сократительной способности сердца. Информация, получаемая в ре-
зультате применения данных методик, используется для оценки сократительной спо-
собности миокарда, чрезвычайно важного параметра функции сердца, который очень
трудно оценить клинически.
Фракцией изгнания называется отношение ударного объема (УО) к конечно-
диастолическому объему (КДО):
Фракция изгнания = УО/КДО.
Величина фракции изгнания обычно выражается в процентах и в норме составля-
ет от 55 до 80% (в среднем 67%) в состоянии покоя. Фракция изгнания менее 55%
свидетельствует о снижении сократительной способности миокарда.
Визуальные методики также могут быть использованы для определения зависи-
мости между конечно-систолическими давлением и объемом (см. рис. 4-7, В).
Конечно-систолический объем в данном сердечном цикле определяется с помощью
одного из визуальных методов, описанных выше, а конечно-систолическое давление
для данного сердечного цикла получают при регистрации артериального давления в
момент закрытия аортального клапана (incisura-выемка). Величины этого показателя
в нескольких сердечных циклах определяют при введении сосудосуживающего веще-
ства (которое изменяет постнагрузку) и на основании этих данных строят графики.
Как показано на рис. 4-12, увеличение сократительной способности миокарда связа-
но со сдвигом вверх на графике данной взаимосвязи.
СЕРДЕЧНЫЯЖЖ
83
Объем левого желудочка, мл
Рис. 4-12. Влияние увеличения сократительной способности на зависимость конечно-
систолического давления и объема левого желудочка.
Снижение сократительной способности (причиной чего может быть заболевание
сердца) связано с перемещением линии вниз и будет обсуждено далее в главе 12. Этот
метод оценки функции сердца особенно важен, так как он позволяет оценить сократи-
тельную способность, независимо от конечно-диастолияеского объема (преднагруз-
ки)
Напомним по рис. 4-6 и кривой зависимости между давлением и объемом, изобра-
женной пунктирной линией на рис. 4-12, что увеличение преднагрузки вызывает уве-
личение ударного объема без изменений конечно-систолического объема. Таким об-
разом, только изменения сократительной способности вызывают изменения
взаимосвязи между показателями объема и конечного систолического давления
Контрольные вопросы: 11-16.
ГЛАВА 5
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА
Цели
Студент понимает физиологические основы электрокардиографии:
1. Устанавливает взаимосвязь между электрическими явлениями в процессе воз-
буждения тканей сердца и зубцами Р, Т, комплексом QRS, интервалом PQ и
сегментом ST электрокардиограммы.
2. Описывает основные теоретические положения электрокардиографии, сформу-
лированные Эйнтховеном, и по заданным параметрам рассчитывает положение
электрической оси сердца.
3. Описывает 12 стандартных отведений электрокардиограммы.
Основные характеристики
электрокардиограммы
Запись типичной электрокардиограммы представлена на рис. 5-1. Как было крат-
ко описано в главе 3, основными характеристиками электрокардиограммы являются
зубец Р, комплекс QRSvi3y6ey Т, которые вызваны деполяризацией предсердий, де-
поляризацией желудочков и реполяризацией желудочков соответственно. Промежу-
ток времени от начала зубца Рцо начала комплекса QRS называется интервалом PQ
и указывает на время, необходимое для прохождения потенциала действия через пред-
сердия и атриовентрикулярный (AV) узел. В течение последнего участка интервала
PQ (сегмент PQ) электрического напряжения на поверхности тела не регистрирует-
ся. Это объясняется тем, что мышечные клетки предсердий деполяризированы (нахо-
дятся в фазе плато своих потенциалов действия), клетки желудочков все еще пребыва-
ют в состоянии покоя, а электрическое поле, которое образует потенциал действия,
проходя через небольшой AV узел, слишком мало, чтобы его можно было зарегистри-
рова 1 ь. Длительность интервала PQ в норме колеблется от 120 до 200 мс.
f Сразупосле того как сердечный импульс выходит из AV узла и поступает в систе-
F му волокон Пуркинье с высокой скоростью проведения, все клетки желудочковой
мускулатуры деполяризуются на протяжении очень короткого времени, что приводит
к появлению комплекса QRS. Зубец R — это самая крупная отметка на электрокарди-
ограмме, так как мышечные клетки желудочков очень многочисленны и деполяризу-
ются почти одновременно. В норме комплекс QRS длится от 60 до 100 мс. [Реполяри-
зация клеток предсердий также осуществляется на протяжении времени, в течение
которого деполяризация желудочков вызывает появление комплекса QRS на элект-
рокардиограмме (см. рис. 3-5). Реполяризация предсердий невидна на электрокарди-
ограмме, так как она слабо синхронизирована и происходит в относительно неболь-
шой по массе ткани, полностью перекрываясь основными процессами, происходящими
в это время в желудочках.]
1 j
Вре1ля
Рис. 5-1. Обычная электрокардиограмма
За комплексом QRS следует сегмент ST. В норме во время регистрации сегмен-
та ST на поверхности тела не возникает никаких потенциалов, поскольку в это время
ни в каких клетках сердца не происходит быстрых изменений мембранных потенциа-
лов; клетки предсердия уже вернулись в фазу покоя, а клетки желудочков находятся
в фазе плато потенциала действия (однако повреждения миокарда или неадекватный
кровоток могут привести к подъему или депрессии сегмента ST). Когда клетки желу-
дочков начинают реполяризироваться, еще раз появляется напряжение на поверхнос-
ти тела и на электрокардиограмме это фиксируется как зубец Т. Зубец Т шире и не
такой высокий, как зубец R, так как реполяризация желудочков менее синхронизиро-
вана, чем деполяризация. К моменту завершения зубца Т все клетки сердца находятся
в состоянии покоя. Потенциалы на поверхности тела не регистрируются, пока не воз-
никнет новый импульс в синоатриальном (SA) узле.
Необходимо понять, что деятельность специализированной проводящей системы
является важнейшим фактором, определяющим картину нормальной электрокардио-
86
^лаваЗ
графической записи Например, время проведения потенциала через AV узел опреде-
ляет интервал PQ Также эффективность деятельности системы Пуркинье по синхро-
низации деполяризации желудочков отражается большой величиной и краткостью
комплекса QRS Следует также отметить, что практически каждая клетка мышечной
ткани сердца обладает врожденной способностью к ритмической активности и все клет-
ки сердца электрически взаимосвязаны с помощью вставочных дисков
Таким образом, функциональный сердечный ритм способен и часто существует
без участия части или всей специализированной проводящей системы сердца Однако
такая ситуация не является нормальной и аномальных путей проведения в сердце со-
провождается появлением аномальной записи электрокардиограммы
Основные концепции электрокардиографии
Запись электрокардиограммы превратилась в рутинную диагностическую проце-
дуру, которая была стандартизирована путем применения универсальной системы оп-
ределенных концепций Далее приводится краткое описание принципов регистрации и
анализа электрокардиограмм с помощью трех стандартных биполярных отведений от
конечностей
Рис 5-2 Электрокардиографическая концепция Эйнтховена
Регистрирующие электроды располагают на обеих руках и на левой ноге — обыч-
но на запястьях и лодыжке Делается допущение, что датчики отводят сигнал, регист-
рируя напряжение между точками, которые образуют равносторонний треугольник, в
центре которого находится грудная клетка, как показано нарис. 5-2. Данная концеп-
ция называется треугольником Эйнтховена в честь гол«И§^>Физиолога, кото-
рый предложил ее на рубеже столетий. Каждая отдельнаяМИИЙЕ^РДИограсЬичеСкая
запись представляет собой регистрацию разности потенциалов, измеренной между
любыми двумя вершинами треугольника Эйнтховена
Мы уже приводили пример II отведения электрокардиограммы, которое регистри-
руется между правой рукой и левой ногой (рис 5-1) Аналогично отведения I и III
представляют собой регистрацию потенциалов на двух других сторонах треугольника
Эйнтховена, как показано на рис 5-2 Символы (+) и (-) на рис 5-2 указывают
обычно принятую полярность отведений Например, отклонение вверх во II стандарт-
ном отведении электрокардиограммы (в норме отмечается у зубцов P,RnT) указыва-
ет, что напряжение, измеренное на левой ноге, обладает большей положительной ве-
личиной, чем на правой руке Аналогично полярность установлена для записи I и III
стандартных отведений и обозначена символами (+) и (-) на рис 5-2
Кроме того, регистрирующая аппаратура для электрокардиографических иссле-
дований стандартизирована таким образом, чтобы 1 см по вертикальной оси всегда
соответствовал разности потенциалов в 1 мВ и чтобы 25 мм на горизонтальной оси
электрокардиографической записи соответствовали 1 с У большинства электрокар-
диографов существует калибровка сигналов, так что можно легко определить ненор-
мальную скорость и амплитуду зубцов
Как показано далее в этой главе, многие аномалии электрической активности мо
гут быть зафиксированы при записи одного электрокардиографического отведения
Тем не менее, определенная клинически важная информация может быть получена
при сопоставлении данных двух электрокардиографических отведений Для того что
бы понять этот более сложный электрокардиографический анализ, нам необходимо,
прежде всего, более подробно исследовать, каким образом электрическое напряже-
ние появляется на поверхности тела в результате электрической активности сердца
Диполи сердца
и электрокардиографические кривые
На рис 5-3 показано, каким образом в соответствии с концепцией Эйнтховена
электрическая активность сердца вызывает появление разности потенциалов на по
верхности тела Вданном примере сердце представлено в определенный момент фазы
деполяризации предсердий Вотна возбуждения сердца, возникнув в SA узле, распро
страняется в виде деполяризации через ткани предсердий В каждой точке вдоль дан
ной волны электрической активности существует небольшая разность зарядов между
поляризованными мембранами (положительными на внешней стороне) и деполяризо-
ванными мембранами (отрицательными на внешней стороне)
Таким образом, описываемую волну можно представить в виде серии отдельных
электрических диполей (участков с разностью зарядов) Каждый отдельный диполь
ориентирован в направлении движения локальной волны
Большая черная стрелка на рис 5-3 представляет результирующий диполь, воз
пикающий в виде суммации всех отдельных диполей распределенных вдоль движения
волны деполяризации Результирующий диполь который существует в любой данный
момент, ориентирован вдоль основного направления движения волны в данный мо
мент Величина или сила диполя (здесь представлена длиной стрелки) определяется
следующими факторами (1) распространенностью волны (т е количеством клеток,
которые депоЛ^д^$ГСя одновременно в заданный момент) и (2) согласованностью
Рис 5-3 Результирующий диполь во время деполяризации предсердий и его составляющие
в отведениях от конечностей
ориентации отдельных диполей в разных точках волны (диполи с одинаковой ориента-
цией усиливают друг друга; диполи с противоположной ориентацией нивелируют друг
друга)
Результирующий диполь на примере рис. 5-3 создает общий больший положи-
тельный заряд в левой нижней части тела человека по сравнению с верхней правой
частью. Данный конкретный диполь приведет к появлению положительного напряже-
ния во всех трех отведениях от конечностей.
Как показано на правой половине рис. 5-3, такой вывод может быть сделан из
схемы треугольника Эйнтховена, где результирующий диполь обладает определенным
компонентом, который проецируется в положительном направлении отведений I, II и
III Как показано на рис 5-3, компонентсердечного диполя в данном отведении элек-
трокардиограммы определяется путем построения перпендикуляров к соответствую-
щей стороне треугольника Эйнтховена от начала и конца вектора диполя. (Может,
быть, полезно представлять компонент в каждом отведении в виде «тени», которую
отбрасывает диполь на данное отведение при свете «солнца», расположенного позади
угла треугольника Эйнтховена, противоположного этому отведению).
Обратите внимание, что диполь в данном примере в наибольшей степени паралле-
лен II отведению и поэтому имеет наибольший компонент в направлении II отведения.
Поэтому он будет создавать большее напряжение в II отведении, чем в I или III отведе-
ниях Данный диполь обладает достаточно небольшим компонентом в III отведении,
так как он ориентирован практически перпендикулярно III отведению.
Конфигурацию отведений от конечностей можно рассматривать как взгляд на элек-
трическую активность сердца из трех различных точек (или осей). Вектор, отражаю-
щий силу и ориентацию моментного диполя сердца, представляет собой объект для
изучения и его внешний вид определяется тем, из какой точки он рассматривается.
Например, моментное напряжение, измеренное по оси I отведения, отражает диполь,
создаваемый электрической активностью сердца, При наблюдении строго сверху. Ори-
ентированный горизонтально сердечный диполь выглядит большим в I отведении, в то
время как вертикально ориентированный сердечный диполь вне зависимости от его
величины не создает напряжения в I отведении. Таким образом, необходимо иметь
оценку с двух точек зрения, чтобы определить величину и направление сердечного
диполя. Вертикально ориентированный диполь не будет виМ#вИ>И>еДении, но будет с
легкостью обнаружен во II или III отведениях. sSSc'
ЭЛЕКТРОКАРХ(ЯбГРАММА 89
Важно учитывать, что пример на рис. 5—3 показывает только один момент депо-
ляризации предсердий. Результирующий диполь сердца постоянно изменяет величину
и ориентацию в процессе деполяризации предсердий. Природа этих изменений будет
определять форму зубца Р в каждом отведении электрокардиограммы
Зубец Р заканчивается, когда волна деполяризации, как показано на рис. 5~3,
достигает безмышечной границы между предсердиями и желудочками и количество
отдельных диполей становится незначительным. В это время сердечный импульс мед-
ленно распространяется по направлению к желудочкам через AVузел. Однако элект-
рическая активность AV узла охватывает столь малое количество клеток, что не воз-
никает результирующего сердечного диполя, который можно было бы обнаружить.
Таким образом, никакого напряжения не удается зарегистрировать на поверхности
тела на протяжении короткого периода времени, следующего за зубцом Р. Результи-
рующий сердечный диполь вновь появляется только тогда, когда волна деполяризации
заканчивает свое продвижение через AV узел, вступает в систему Пуркинье и начинает
свое быстрое распространение по мышечным клеткам желудочков. Так как волокна
Пуркинье оканчиваются в межжелудочковой перегородке и в эндокардиальных слоях
верхушки желудочков, деполяризация желудочков происходит, прежде всего, в этих
зонах, а затем распространяется кнаружи и кверху по миокарду желудочков.
Деполяризация желудочков
и комплекс QRS
Во время деполяризации желудочков, которая вызывает появление комплекса
QRS на электрокардиограмме, отмечаются быстрые и выраженные изменения величи-
ны и направления результирующего сердечного диполя. Нормальное протекание про-
цесса представлено на рис. 5-4. Инициальная деполяризация желудочков обычно на-
чинается с левой части межжелудочковой перегородки, как это показано на верхней
части рисунка. Анализ сердечного диполя, обусловленного этой инициальной деполя-
ризацией желудочков с помощью треугольника Эйнтховена, показывает, что данный
диполь обладает отрицательным компонентом в I отведении, малым отрицательным
компонентом во II отведении и положительным компонентом в III отведении Правая
верхняя часть рисунка показывает истинные отклонения в каждом из электрокардио-
графических отведений от конечностей, обусловленные этим диполем Обратите вни-
мание на то, что данный сердечный диполь может создавать противоположные откло-
нения в различных отведениях
На схемах второго ряда рис. 5-4 показаны желудочки в тот момент деполяриза-
ции желудочков, когда количество индивидуальных диполей максимально и (или) их
ориентация в наибольшей степени совпадает. В этой фазе возникает значительный
результирующий сердечный диполь, который обусловливает появление зубца R элек-
трокардиограммы. На рис. 5-4 результирующий сердечный диполь расположен прак-
тически параллельно II отведению. Как показано, такой диполь обусловливает круп-
ные положительные зубцы R во всех трех отведениях от конечностей.
В третьем ряду диаграмм на рис. 5-4 показано состояние ближе к концу распро-
странения процесса деполяризации по желудочкам, и они отражают, каким образом
небольшой результирующий сердечный диполь, возникающий в этот момент, приво-
дит к возникновению зубца S. Обратите внимание, что зубец S необязательно появ-
ляется во всех электрокардиографических отведениях (как в I отведении в данном
примере).
Рис 5-4 Деполяризация желудочков и образование комплекса QRS
В нижнем ряду диаграмм на рис 5-4 показано, что на протяжении существования
сегмента ST все клетки мускулатуры желудочков находятся в состоянии деполяри-
зации Через ткани сердца не проходят волны электрической активности Соответ-
ственно, в данный период времени не существует результирующего сердечного диполя
и нет разности потенциалов между какими-либо точками на поверхности тела. Все
электрокардиографические записи будут плоскими и изоэлектрическими (уровень
нулевого потенциала). „аД
деполяризация желудочков и зубец Т
Как показано на рис. 5-1 во II отведении зубец Т в норме имеет положительное
значение, как и зубец R. Это свидетельствует о том, что результирующий диполь сер-
дца, возникающий во время реполяризации желудочков ориентирован в том же общем
направлении, как и тот, который существует во время деполяризации желудочков.
Это в какой-то степени удивительно, поскольку индивидуальные диполи, возникаю-
щие в ходе продвижения волны реполяризации, имеют противоположную полярность
по сравнению с теми диполями, что существуют во время волны деполяризации. Одна-
ко напомним (рис 3-5), что те клетки желудочков, которые деполяризуются послед-
ними, реполяризируются первыми Причины этого явления не совсем ясны, но в ре-
зультате этого волна электрической активности при реполяризации желудочков имеет
тенденцию в обратном направлении проделать тот же путь, что и во время деполяриза-
ции желудочков. Результатом обратной полярности индивидуальных диполей и об-
ратного распространения волны во время реполяризации желудочков является поло-
жительный зубец Т Зубец Тшире и ниже, чемзубец R, так как реполяризация клеток
желудочков в меньшей степени синхронизирована, чем ихдеполяризация.
Электрическая ось Сердца
и ее отклонения
Ориентация сердечного диполя во время фазы наиболее интенсивной деполяри-
зации желудочков (т.е. в момент, когда зубец R достигает своего максимума) называ-
ется электрической осью сердца Клинически этот показатель используется, для
того, чтобы определить, происходит ли деполяризация желудочков по нормальному
пути Электрическая ось выражается в градусах в соответствии принципами, пока-
занными на рис 5-5. (Обратите внимание, что в данной системе направление вниз
соответствует значению плюс 90°)
Как показано, электрическая ось, расположенная в левом нижнем квадранте счи-
тается нормальной Отклонение оси. влево происходит, когда электрическая ось по-
нога
Рис. 5—5. Элект]11в1((ММ11Жь сердца и ее отклонения.
92
падает в верхний левый квадрант пациента и может отражать физическое смешение
сердца влево, гипертрофию левого желудочка или утрату электрической активности
правого желудочка. Отклонение оси вправо происходит, когда электрическая ось
приходится на нижний правый квадрант и это может указывать на физическое смеще-
ние сердца вправо, гипертрофию правого желудочка или потерю электрической актив-
ности левого желудочка.
Электрическую ось сердца можно определить по записям электрокардиограммы в
двух любых отведениях с помощью процесса, обратного, показанному на рис. 5-4.
Это включает следующие шаги: (1) измерить величину зубца R в двух отведениях1, (2)
отложить эти величины в качестве компонентов на соответствующие стороны равно-
стороннего треугольника Эйнтховена в соответствии со стандартизированной концеп-
цией полярности, (3) построить перпендикуляры от начала и конца данных компонен-
тов внутрь треугольника для определения положения начала и конца сердечного
диполя, определяющего образование зубца R, и (4) измерить угловую ориентацию
данного диполя.
Приблизительный и сокращенный метод заключается в том, чтобы просмотреть
записи электрокардиограммы для определения отведения с максимальной величиной
зубца R и сделать заключение, что электрическая ось должна располагаться практи-
чески параллельно данному отведению. Например, на рис. 5-4 самый большой зубец R
регистрируется во II отведении. Отведение II имеет ориентацию +60°, что очень близко
соответствует реальному расположению электрической оси в данном примере.
Другой метод анализа, который называется векторкардиографией, основан на
постоянном определении величины и ориентации диполя сердца на протяжении всего
сердечного цикла. Типичная векторкардиограмма представлена на рис. 5-6. Если пред-
ставить электрический диполь сердца в виде вектора с началом в центре треугольника
Эйнтховена, тогда векторкардиограмма может быть представлена в виде полной запи-
си всех вариантов положения, занимаемых концом вектора диполя на протяжении
одного сердечного цикла. Векторкардиограмма начинается в диастолической изоэлект-
рической точке и очерчивает три петли на протяжении каждого сердечного цикла.
Рис. 5-6 Типичная векторкардиограмма.
»' По соображениям, которые выходят за пределы данного некоторой степени
является более точным использование алгебраической сум»иДМИ№>ТзУб4оа R и S.
ЭЛЕК1Р0КАДД№1МА ; 93
Первая небольшая петля обусловлена деполяризацией предсердий, вторая большая
петля вызвана деполяризацией желудочков, и последняя петля среднего размера вы-
звана реполяризацией желудочков. Электрическая ось сердца при анализе векторкар-
диограммы видна сразу.
Стандартная 12-осевая система
отведений электрокардиограммы
Стандартная клиническая электрокардиограмма включает запись величины на-
пряжения в 12 различных отведениях. Три из них являются биполярными I, II и III
отведениями от конечностей, которые описаны выше.
Левая
нога
А
В
Рис. 5-7. Стандартная 12-осевая система’отведений электрокардиограммы А и В —
отведения во фронтальной плоскости; С — расположение электродов прекординальных
отведений в горШИ|^1ДОЮй плоскости.
94
лава b
-----------------------------------------—... . -------------адь,.--------
Тем не менее возможно дополнительно записывать электрические потенциалы,
образующиеся в сердце, униполярно В этом случае два электрода на конечностях
соединяются, образуя индифферентный электрод, а третий электрод на конечности
образует положительный полюс данной пары Запись, сделанная с данных электродов,
называется усиленным униполярным отведением от конечности Запись напряже-
ния между электродом на правой руке и индифферентным электродом называется элек-
трокардиографическим отведением aVR Аналогично отведение aVL регистрируется с
электрода на левой руке, а отведение aVF регистрируется с электрода на левой ноге
Стандартные отведения от конечностей (I, II и III) и усиленные униполярные отве-
дения от конечностей (aVR, aVL и aVF) регистрируют электрическую активность сер-
дца, как представляется, с шести различных «точек» во фронтальной плоскости Как
показано на рис 5-7, А, оси отведений I, II и III представляют собой стороны треуголь-
ника Эйнтховена, а оси отведений aVR, aVL и aVF представляют собой линии, прове-
денные из центра треугольника Эйнтховена в каждый из его углов Как показано на
рис 5_7, В, шесть отведений от конечностей можно рассматривать как шестиосевую
систему координат для оценки сердечных векторов во фронтальной плоскости
Другие шесть отведений 12-осевой системы электрокардиографии также являют-
ся униполярными отведениями, «рассматривающими» проекции электрических векто-
ров в горизонтальной плоскости Эти потенциалы регистрируются при помещении
дополнительных (регистрирующих) электродов в шести специальных положениях на
грудной клетке, как показано на рис 5-7, С Индифферентный электрод в данном
случае образуется за счет электрического соединения электродов конечностей Эти
отведения называются прекордиальными, или грудными, отведениями и обозначают-
ся от Vj до V6 Как показано на данном рисунке, когда положительный электрод поме-
щается в положение 1 и волна возбуждения желудочков уносится от него, то резуль-
тирующее отклонение будет направлено вниз Когда электрод находится в положении
6 и волна возбуждения желудочков приближается к нему, отклонение будет направле-
но вверх
Контрольные вопросы: 17-18
ГЛАВА 6
НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИИ
СЕРДЦА
Цели
Студент, понимая нормальное функционирование сердца, диагностирует и оцени-
вает последствия наиболее часто встречающихся патологических состояний сердца
1. Выявляет наиболее частые нарушения ритма сердца на электрокардиограмме, по-
нимает их физиологические основы и описывает их физиологические последствия
2. Перечисляет четыре основных варианта патологии клапанного аппарата, харак-
терные для левого сердца и описывает изменения сердечных тонов и величин
внутрисердечного давления и особенности кровотока приданной патологии
Вспомните, что эффективная насосная функция желудочков зависит от нор-
мальной деятельности сердца, которая складывается из пяти основных составляю-
щих В данной главе мы сконцентрируем свое внимание на трех из этих составляющих
(1) аномалиях возбуждения и ритма сердца, (2) стенозе клапанов (неадекватном от-
крытии клапанов) и (3) недостаточности клапанов (неполном закрытии клапанов)
Обсуждение нарушения силы сокращения миокарда и наполнения камер сердца будет
представлено в последующих главах
Нарушения электрофизиологии сердца и
аритмии
Многие нарушения процессов возбуждения миокарда могут быть диагностирова-
ны при оценке единственного отведения электрокардиограммы, как это показано на
рис 6-1 II отведение электрокардиограммы представленное в верхней части рисун-
ка, расценивается как нормальный синусовый ритм, исходя из следующих характери-
стик (1) частота возникновения комплексов QRS составляет -1 в 1 с, (2) форма ком-
плекса QRS является нормальной для II отведения и его длительность составляет менее
лава б
30
1. Нормальный синусовый ритм
2. Суправентрикулярная тахикардия
3. Атриовентрикулярная блокада
I степени
4. Атриовентрикулярная блокада
II степени (трепетание предсердий)
5. Атриовентрикулярная блокада
III степени
6. Фибрилляция предсердий
7. Блокада ножки пучка Гиса
8. Желудочковая экстрасистола
9. Желудочковая тахикардия
10. Фибрилляция предсердий
Рис. 6-1. Электрокардиограмма (II отведение) при наиболее часто встречающихся
нарушениях ритма сердца.
120мс, что свидетельствует о быстрой деполяризации желудочков посредством нор-
мальной проводящей системы, (3) каждому комплексу QRS предшествует зубец Р
правильной конфигурации, свидетельствующий о том, что возбуждение исходит из
синоатриального (SA) узла, (4) длительность интервала PQ составляет менее 200
мс, что говорит о нормальной задержке проведения импульса через атриовентрику-
лярный (AV) узел и (5) нет дополнительных зубцов Р, что свидетельствует об отсут-
ствии блокады проведения импульса через AV узел. Последующие записи электро-
кардиограммы на рис. 6-1 представляют нарушения, наиболее часто встречающиеся
в клинической практике. При дифференциальной диагностике необходимо, с учетом ;
упомянутых характеристик ЭКГ, проанализировать каждую из представленных за-
писей.
Суправентрикулярная тахикардия (иногда ее называют пароксизмальной пред-
сердной тахикардией) отмечается, когда предсердия патологически возбуждаются и
заставляют желудочки сокращаться с очень большой частотой. Такие пароксизмы
начинаются внезапно, длятся от нескольких минут до несколькихчасов и затем также
внезапно исчезают и частота сердечных сокращений возвращается к норме. При про- ’
стой пароксизмальной предсердной тахикардии комплексы QRS нормальные (хотя
они и более частые), поскольку проводящая система желудочков работает нормально.
Зубцы РиТ могут накладываться друг на друга из-за высокой частоты сердечных
сокращений. Во время приступов подобной аритмии может снижаться артериальное
97
ПАГ.У ШЕ-FIHL11—Я1ГГГИИ СЕРДЦАл
----------........................
давление и отмечаться слабость, поскольку при такой исключительно высокой часто-
те сердечных сокращений диастолический промежуток оказывается недостаточен для
наполнения желудочков кровью.
Существует два механизма, обусловливающих возникновение данной патологии.
Во-первых, отдел предсердия, обычно вне SA узла, может стать более высокочувстви-
тельным (возможно, вследствие локального нарушения кровотока) и начать испускать
быстрые импульсы, становясь водителем ритма. Такая область патологического води-
теля ритма называется эктопическим фокусом. В другом случае может отмечаться
нарушение проводимости в предсердиях, при котором одиночная волна возбуждения
не затухает, но продолжает некоторое время циркулировать по некой аномальной
петле проводящей системы предсердий. В данном случае сохраняющаяся активность в
проводящей петле может заставлять предсердия и AV узел возбуждаться с очень высо-
кой частотой. Такой самоподдерживающийся процесс называется круговым движени-
ем волны возбуждения сердца и представлен на рис. 6-2. Подобное состояние может
развиться, вследствие нарушения реполяризации и изменения рефрактерного периода
в ограниченных зонах миокарда.
При атриовентрикулярной блокаде Iстепени (показана на рис. 6-1 под номе-
ром 3) единственным патологическим признаком является необычно медленное про-
ведение импульса через AV узел. Это состояние проявляете^ ненормально длинным
интервалом PQ (> 0,2 с). В остальном электрокардиограмма может быть абсолютно
нормальной. При нормальной частоте сердечных сокращений физиологические след-
ствия атриовентрикулярной блокады I степени не существенны.
Атриовентрикулярная блокада 11 степени (изображена на рис. 6-1 под номе-
ром 4) диагностируется в том случае, если некоторые, но не все предсердные импульсы
передаются через AV узел на желудочки. Импульсы блокируются в AV узле, если его
клетки еще остаются в рефрактерном состоянии после предшествующего возбужде-
ния. Состояние ухудшается при высокой частоте возбуждения предсердий и более
медленном, чем в норме проведении импульса через зону AV узла. При атриовентрику-
лярной блокаде II степени некоторые, но не все, зубцы. Р сопровождаются соответ-
ствующими комплексами QRS и зубцами Т. Предсердный ритм обычно превышает
частоту желудочковых сокращений в определенном соотношении (например, 2' 1,3:1,
4'1). Это состояние может не представлять собой серьезную клиническую проблему
до тех пор пока частота сокращений желудочков обеспечивает необходимую насос-
ную деятельность сердца. Термин трепетание предсердий часто используется, когда
отмечается очень высокая частота предсердных сокращений, не сопровождающаяся
увеличением частоты сокращений желудочков.
При атриовентрикулярной блокаде III степени( кривая изображена на рис. 6-1
под номером 5) импульсы не проходят через AV узел Определенная зона в желудоч-
ках — чаще на общем участке пучка или на его ножках возле зоны выхода AV узла —
берет на себя роль водителя ритма для ткани желудочков. Частота сокращений пред-
сердий и частота сокращений желудочков совершенно не зависимы друг от друга, по-
этому зубцы Р и комплексы QRS полностью разобщены. Частота сокращений желу-
дочков обычно более редкая, чем в норме (брадикардия) и иногда настолько низкая,
что не способна поддержать адекватный минутный объем.
Фибрилляция предсердий (кривая изображена на рис. 6-1 под номером 6) харак-
теризуется полной утратой нормальной синхронизации фаз покоя и возбуждения между
отдельными клетками предсердий. Клетки в различных участках предсердий беспоря-
дочно деполяризуются, реполиризируются и вновь возбуждаются. Соответственно,
на электро кардиограмме отсутствуют зубцы Р, хотя во время диастолы могут регист-
рироваться частые нерегулярные маленькие зубцы. При фибрилляции предсердий же-
лудочковый ритм часто очень нерегулярный, поскольку импульсы поступают в AV
узел из предсердий с непредсказуемой частотой. Фибрилляция является самоподдер-
живающимся процессом. Механизмы, которые лежат в ее основе, не до конца понятны,
но считается, что импульсы проходят повторно по патологическим проводящим путям
(иногда их называют круговыми путями, в результате чего возникает циркуляция воз-
буждения — феномен reentry, как было описано ранее и изображено на рис. 6-2). Одна-
ко так как сокращения предсердий обычно играют незначительную роль в наполнении
желудочков кровью, большинство пациентов, как правило, удовлетворительно пере-
носит фибрилляцию предсердий, пока частота сокращений желудочков способна под-
держать адекватный минутный объем.
Нормальный путь
Круговое движение
волны возбуждения
Рис. 6-2. Нормальный путь возбуждения сердца и круговое движение волны возбуждения
(reentry).
Нарушение проведения, называемое блокадой ножек пучка Гиса или частичной
блокадой ножки пучка Гиса (кривая изображена на рис. 6-1 под номером 7) могут
возникать в одной из ветвей системы Пуркинье в межжелудочковой перегородке вслед-
ствие перенесенного инфаркта миокарда. В той половине сердца, где не функциониру-
ет система Пуркинье, процесс деполяризации протекает менее синхронно, чем в нор-
ме Это приводит к расширению комплекса QRS(> 0,12 с), так как требуется больше
времени для завершения деполяризации желудочков (0,12 с обычно является верхней
границей нормы). Физиологические последствия блокады ножек пучка Гиса обычно
не существенны.
Желудочковые экстрасистолы (кривая изображена на рис. 6-1 под номером 8)
вызываются потенциалами действия, которые возникают и распространяются из экто-
пического очага, расположенного в желудочке Вследствие этого желудочек деполя-
ризуется и сокращается прежде, чем это должно было бы произойти в норме. Вслед за
преждевременным сокращением желудочков очередное сокращение сердца выпадает
(это явление называется компенсаторной паузой), потому что клетки желудочков
остаются в рефрактерной фазе, когда приходит очередной нормальный импульс из SA
узла
Значительная патологическая деполяризация желудочков при желудочковой эк-
страсистоле, обусловливает возникновение высокоамплитудных длительных по вре-
мени всплесков в записи электрокардиограммы. Формы электрокардиографических
записей этих экстрасистол весьма разнообразны и зависят от локализации эктопиче-
ского очага и путей распространения процесса деполяризации. Объем крови, выбра-
сываемый во время самой экстрасистолы, обычно меньше нормы, а ударный объем
сокращения, следующего за компенсаторной паузой, превышает нормальный. Это
частично обусловлено разницей времени наполнения, а частично феноменом, свой-
ственным сердечной мышце, который называется постэкстрасистолической потен-
циацией. Одиночные желудочковые экстрасистолы (ЖЭ) иногда возникают у боль-
шинства индивидуумов и, хотя иногда они вызывают тревогу у тех людей, у которых
они происходят, не являются опасными. Однако частое возникновение ЖЭ может быть
признаком поражения миокарда.
Желудочковая тахикардия (кривая изображена на рис. 6-1 под номером 9) воз-
никает, когда желудочки возбуждаются с высокой частотой импульсами, исходящими
из эктопических желудочковых очагов Желудочковая тахикардия представляет со-
бой очень тяжелое состояние. Не только уменьшается время диастолического напол-
нения желудочков в результате высокой частоты сокращений, но и аномальное рас-
пространение возбуждения приводит к менее синхронизированному и поэтому менее
эффективному, чем в норме, сокращению желудочков. Кроме того, желудочковая та-
хикардия часто предшествует фибрилляции желудочков
При фибрилляции желудочков (кривая изображена на рис. 6-1 под номером 10)
различные зоны мускулатуры желудочков возбуждаются и сокращаются асинхронно.
Механизмы этого процесса идентичны тем, которые участвуют при фибрилляции пред-
сердий Желудочки наиболее подвержены возникновению фибрилляции, если преж-
девременное возбуждение происходит в конце зубца Т предыдущего процесса возбуж-
дения, т е. когда большинство клеток желудочков находятся в «гипервозбудимом» или
«уязвимом» периоде их электрического цикла. Кроме того, так как некоторые клетки
находятся в состоянии реполяризации, а некоторые в рефрактерном состоянии, в этот
момент легко возникают пути рециркуляции. Так как во время фибрилляции желудоч-
ков насосная деятельность сердца не осуществляется, это состояние для пациента яв-
ляется фатальным, если только оно не будет быстро устранено с помощью дефибрил-
ляции. Во время дефибрилляции воздействие извне большого электрического заряда
на сердце в целом может привести к одновременной деполяризации всех клеток сердца
и таким образом создать возможность для восстановления нормального пути возбуж-
дения клеток
Патология клапанов
Насосная деятельность сердца нарушается, когда его клапаны не функционируют
должным образом Патологические звуки в сердце, которые обычно возникают при
пороках клапанов сердца, называются шумами Эти звуки вызваны аномальным гра-
диентом давления и турбулентным характером кровотока во время сердечного цикла
Ряд методов исследования, начиная от простой аускультации (выслушивание звуков
сердца) до эхокардиографии и катетеризации полостей сердца, используется для полу-
чения информации о природе и степени нарушения функции сердца. На рис. 6-3 пред-
ставлено краткое описание четырех наиболее часто встречающихся дефектов клапа-
нов сердца
На рис 6-3, А показаны некоторые следствия аортального стеноза. В норме
аортальный клапан представляет собой путь с низким сопротивлением, по которому
Рис 6-3 Наиболее часто встречающаяся патология клапанов, А — стеноз аорты, В —
митральный стеноз С — недостаточность аортального клапана, D — недостаточность
митрального клапана
кровь покидает левый желудочек Если раскрытие клапана ограничено (имеется сте-
ноз), то его сопротивление кровотоку возрастает Для того чтобы вытолкнуть кровь
через стенозированный аортальный клапан, требуется существенный градиент давле-
ния между левым желудочком и аортой Как показано на рис 6-3, А, величина систо-
лического давления в желудочке может возрасти до очень высоких цифр, а давление в
аорте возрастает медленнее, чем в норме, достигая систолической величины, которая
ниже нормальной При аортальном стенозе пульсовое давление также обычно сниже-
но Развитие высокого давления в желудочке является мощным стимулом для разви-
НАРУШЕНИЕЧЙИвПШИ СЕРДЦА
----------жрггг"-----—
101
тия гипертрофии клеток миокарда, поэтому увеличение массы мышцы левого желу-
дочка всегда сопровождает аортальный стеноз Это приводит к отклонению электри-
ческой оси сердца влево (Средняя электрическая ось расположена в верхнем правом
квадранте диаграммы на рис 5-5) Во время изгнания крови через суженное отверстие
кровоток может достигать весьма значительной скорости, и в аорте может возникнуть
турбулентное движение крови Этот патологический турбулентный ток крови может
выслушиваться в виде систолического шума (или шума изгнания) в соответствующей
точке аускультации
Некоторые следствия митрального стеноза представлены на рис 6-3, В Раз-
ность давления в несколько миллиметров ртутного столба по обе стороны митрально-
го клапана во время диастолы является ненормальной и указывает на стеноз клапана
Повышенное сопротивление приводит к компенсаторному повышению разности дав-
ления для достижения нормального кровотока через клапан (Q=AP/R). Следователь-
но, как показано на рис 6-3, В, давление крови и объем левого предсердия при мит-
ральном стенозе повышены Высокое давление в левом предсердии вызывает обратный
ток в сосудистое русло легких и, если цифры его достаточно высоки, приводит к разви-
тию «одышки» и застою в малом круге кровообращения Диастолический шум, свя-
занный с турбулентным кровотоком через стенозированный митральный клапан, мо-
жет при этом выслушиваться достаточно часто
Типичные последствия аортальной регургитации (недостаточности) пока-
заны на рис 6-3, С Когда створки аортального клапана не создают адекватной прегра-
ды кровотоку, то во время диастолы происходит регургитация крови из аорты в левый
желудочек Давление в аорте падает во время диастолы быстрее и значительнее, чем в
норме, что приводит к снижению диастолического давления и повышению пульсового
давления Кроме того, конечно-диастолический объем желудочка и давление в нем
больше, чем в норме, так как дополнительный объем крови возвращается в полость
через несостоятельный аортальный клапан во время диастолы Турбулентный ток кро-
ви, возвращающейся в левый желудочек в начале диастолы, создает характерный диа-
столический шум Часто аортальный клапан поражается таким образом, что в нем
присутствует одновременно и стеноз, и недостаточность В этом случае выслушивают-
ся и систолический и диастолический шум
Типичные следствия митральной недостаточности представлены на рис 6-3, D
Когда возникает недостаточность митрального клапана, некоторое количество крови
возвращается из левого желудочка в левое предсердие во время систолы Этот ано-
мальный кровоток может сопровождаться появлением систолического шума Давле-
ние в левом предсердии достигает аномально высоких значений, а также нарастают
конечно-диастолический объем и давление в левом желудочке Пролапс митрального
клапана является типичной формой митральной недостаточности, при которой створ-
ки митрального клапана выворачиваются в левое предсердие во время систолы
Контрольные вопросы 19-23
ГЛАВА 7
ПЕРИФЕРИЧЕСКАЯ
СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА
Цели
Студент понимает, какие физические факторы регулируют кровоток через раз-
личные компоненты сосудистого русла:
1. Перечисляет основные типы сосудов в сосудистом русле организма и описывает
их морфологические отличия.
2. По заданным параметрам рассчитывает эквивалентное сопротивление кровото-
ку сосудистой сети, в которой отдельные сосуды расположены параллельно и
последовательно.
3, Описывает отличия скорости кровотока в различных сегментах и то, как данные
отличия соотносятся с общей площадью сосудистого сечения.
4. Описывает турбулентный и ламинарный типы потока и происхождение шумов,
связанных с кровотоком в сердечно-сосудистой системе.
5. Указывает приблизительный процент общего объема крови, содержащийся в
различных отделах сосудистого русла в системной циркуляции.
6. Определяет такие понятия, как периферический венозный пул и центральный
венозный пул.
7. Описывает изменения давления, наблюдающиеся по мере протекания крови че-
рез сосудистое русло, и соотносит их с сосудистым сопротивлением различных
участков сосудистого русла.
8. Устанавливает, как сопротивление каждого последующего участка сосудистого
русла вносит свой вклад в общее сосудистое сопротивление органа, и по задан-
ным параметрам рассчитывает общее сосудистое сопротивление. ,
9. Определяет понятие общего периферического сопротивления и устанавливает взаи-
мосвязь между ним и сосудистым сопротивлением каждого системного органа.
10. Определяет понятие эластичности сосудов и устанавливает, каким образом отли-
чаются кривые зависимости давления от объема, характерные для вен и артерий.
11. Предсказывает, что произойдет с венозным объемом при активации гладких
мышцвен или изменении венозного давления.
ПЕРИФЕРИЕЙ—ВВГУЛИСТАЯ СИСТЕМА ЮЗ
-------- —- rjggjZ;— ————.... .................................
*
12. Описывает роль эластичности артерий в накоплении энергии для циркуляции
крови.
13. Описывает, каким образом эластичность артерий меняется с возрастом и какое
это оказывает действие на артериальное пульсовое давление.
14. Описывает метод аускультации при оценке артериального систолического и
диастолического давления.
15. Определяет физические основы появлений тонов Короткова.
16. Устанавливает взаимосвязь между артериальным давлением, минутным объ-
емом и общим периферическим сопротивлением, а также рассчитывает, каким
образом изменится артериальное давление при изменении минутного объема и
(или) общего периферического сопротивления.
17. По заданным параметрам систолического и диастолического артериального дав-
ления рассчитывает среднее артериальное давление.
18. У казывает связь между пульсовым давлением, ударным объемом и растяжимо-
стью артерий и рассчитывает, как изменится пульсовое давление при изменении
ударного объема и эластичности артерий.
В данной главе будет описано общее структурное построение сосудистой системы
и обсуждено функциональное воплощение этой структуры. Значительная часть этого
обсуждения также относится и к легочному сосудистому руслу; главное отличие за-
ключается в том, что давление в легочной артерии существенно ниже, чем системное
артериальное давление.
Основы строения сосудистой сети
Кровь, которая изгоняется в аорту левым сердцем, последовательно протекает
через множество различного типа сосудов, прежде чем она возвращается в правое
сердце. Как показано на рис. 7-1, основными видами сосудов являются артерии, ар-
териолы, капилляры, венулы и вены. Эти последовательно расположенные сосудис-
тые отделы, отличаются друг от друга физическими размерами, морфологическими
характеристиками и функциями. Существует один общий признак у всех сосудов —
это то, что все они выстланы одним слоем эндотелиальных клеток, прилегающих друг
к другу Фактически, это характерно для всей системы кровообращения, включая ка-
меры сердца и даже створки клапанов.
Некоторые типичные физические характеристики основных видов сосудов пред-
ставлены на рис 7-1. Однако следует понять, что сосудистое русло представляет
собой нечто единое и что переход от одного типа сосудов к другому не имеет резкой
границы Общая площадь поперечного сечения, через которое кровь протекает на
каждом конкретном уровне сосудистой системы, равняется сумме площадей попереч-
ных сечений отдельных сосудов, которые расположены параллельно на данном уров-
не. Количество сосудов и общая площадь их поперечного сечения, представленные на
рис. 7-1, характеризуют весь большой круг кровообращения.
Артерии представляют собой сосуды с толстой стенкой, содержащей, помимо глад-
кой мускулатуры, значительное количество эластических и коллагеновых волокон.
Прежде всего, благодаря наличию эластических волокон, которые могут растягивать-
ся в два раза по сравнению со своей длиной без нагрузки, артерии способны расши-
ряться, принимая и временно депонируя некоторое количество крови, выбрасываемой
сердцем во врем^оистолы, а затем за счет пассивного эластического напряжения снаб-
жать этой расположенные органы во время диастолы. Аорта пред-
|Т"Г
Т-.Л1ЧИИР1
АРТЕРИИ АРТЕРИОЛЫ КАПИЛЛЯРЫ ВЕНУЛЫ ВЕНЫ
6 Аорта V ПОЛЫЕ ВЕНЫ
Толщина стенки 2,5 см 0,4 см 30 мкм 5 мкм 70 мкм 0,5 см 3 см
Внутренний диаметр 2 мм 1 мм 20 мкм 1 мкм 2 мкм 0,5 мм 1,5 мм
Количество 1 160 5х 107 101° 108 200 2
Общая площадь поперечного сечения 4,5 см2 20 см2 400 см2 4500 см2 4000 см2 40 см2 18 см2
Рис 7-1 Структура периферической сосудистой системы
ставляет собой самую крупную артерию, и ее внутренний диаметр составляет около 25
мм По мере отделения каждой новой ветви диаметр артерий уменьшается, и диаметр
самых мелких артерий составляет около 0,1 мм Последовательное разделение арте-
рий на ветви ведет к экспоненциальному росту числа артерий
.Таким образом, хотя отдельные ветви становятся постепенно все меньше и мень-
ше, общая площадь поперечного сечения, через которое осуществляется кровоток в
системе артерии, увеличивается в несколько раз по сравнению с диаметром аорты
Артериолы меньше по диаметру, чем артерии и имеют несколько иное строение У
артериол по отношению к внутреннему диаметру более толстые стенки с большим
количеством гладкой мускулатуры и меньшим количеством эластических тканей, чем
в артериях Так как стенки артериол столь богаты мышечной тканью, их диаметр мо-
жет активно изменяться, регулируя кровоток через периферические органы Несмот-
ря на свой столь малый размер, артериолы столь многочисленны, что их общее попе-
речное сечение столь велико, что значительно превышает соответствующий показатель
у артерий на любом уровне
Капилляры являются самыми малыми сосудами Фактически эритроциты с диа-
метром 7 мкм должны деформироваться, чтобы пройти через них Как уже обсужда-
лось в главе 1, стенка капилляров состоит из одного слоя эндотелиальных клеток,
отделяющих кровь от интерстициальной жидкости слоем, толщиной в 1 мкм В стенке
капилляров нет гладкой мускулатуры и поэтому они лишены способности активно
изменять свой диаметр Капилляры столь многочисленны, что площадь их общего по-
перечного сечения в системных органах более чем в 1000 раз превышает диаметр кор-
ня аорты Если считать, что капилляры обладают средней длиной 0,5 мм, мы можем
вычислить, что общая площадь поверхности, доступная для обмена веществ между
кровью и интерстициальной жидкостью, составляет более 100 м2
После прохождения капилляров, кровь собирается в венулы и вены и возвращает-
ся в сердце Венозные сосуды обладают очень тонкими стенками по сравнению с их
диаметром В их стенке содержатся гладкие мышцы, и поэтому их диаметр может ак-
тивно изменяться Благодаря тонким стенкам, венозные сосуды очень растяжимы
Поэтому диаметр их меняется пассивно при небольших изменениях величины транс-
мурального давления, которое представляет собой разность между наружным и внут-
ренним давлением на стенку сосуда Венозные сосуды, в особенности крупные, также
обладают клапанами, которые препятствуют обратному току крови Как мы увидим
позднее, эти клапаны играют особенно важную роль в функционировании сердечно-
сосудистой системы в вертикальном положении и при физической нагрузке
Основные функции сосудов
Сопротивление и поток жидкости
в сосудистой сети
Основное уравнение гидродинамики (Q=AP/R) может быть применено к сети тру-
бок на основании тех же правил, что и аналогичное уравнение, закон Ома {1-Е/R),
используется в сети электрических сопротивлений Сопротивление в сети любой
сложности может быть рассчитано путем*применения нижеследующих формул для
определения величины сопротивления при последовательном и параллельном соеди-
нении
Когда сосуды с сопротивлениями /?,, й9, . йп соединены последовательно, общее
сопротивление сети рассчитывается по следующей формуле
R = R+R,+ +R
х 1 2 п
На рис 7-2, А показан пример таких сосудов, соединенных последовательно, прохо-
дящих между областью с давлением Р идругой областью с более низким давлением Ро, так
что общая разность давления в сети, ЛР, равняется Р~Р0 В соответствии с уравнением
для последовательного соединения, общее сопротивление в сети {R/ равняется Rl+R:>+R3
В соответствии с основным уравнением гидродинамики поток через сеть (Q) равен ЛР/R^
Очевидно, что Q является потоком (объем / время) через каждый компонент в последова-
тельной цепи, как показано на рис 7~2, В [Частицы жидкости могут передвигаться с
различной скоростью (расстояние / время) в различных отделах сети, но объем, проходя-
щий через каждый компонент сети в минуту, должен быть идентичным]
Как показано на рис 7-2, С, общее давление снижается на определенную величи-
ну при прохождении через каждый компонент последовательной сети Величина паде-
ния давления на протяжении каждого компонента сети может быть рассчитана с помо-
щью основного уравнения гидродинамики, применительно к данному компоненту: на-
пример, AP=QR{ Обратите внимание, что самое существенное падение общего давле-
ния возникает на протяжении компонента в последовательной цепи, обладающего
наибольшим сопротивлением потоку (/?2 на рис. 7-2).
Как показано на рис. 7-3, если несколько труб с величинами сопротивления R
R2,. ., Rr соединяются с образованием параллельной сети сосудов, то можно рассчи-
тать общее сопротивление для параллельной сети Rf по следующей формуле:
Положение в сети
a b cd
Положение в сети
Рис 7-2 Последовательное соединение сосудов
Общий потокчерез сеть параллельных сосудов определяется по формуле ДР/Rf.
В соответствии с приведенным уравнением общее сопротивление в любой сети с парал-
лельным соединением всегда будет меньше, чем соответствующий показатель в каж-
дом из элементов сети. (В частном случае, когда отдельные элементы, образующие
сеть, обладают идентичным сопротивлением Rx, общее сопротивление сети равняется
сопротивлению отдельного элемента, деленному на число параллельных элементов
сети п: R=Rx/п.) В целом, чем больше количество параллельных элементов в сети,
тем ниже будет ее общее сопротивление. Таким образом, например, капиллярное рус-
ло, состоящее из множества отдельных капилляров, расположенных параллельно,
может обладать очень низким общим сопротивлением кровотоку, хотя сопротивление
отдельного капилляра может быть относительно высоким.
Как показано на рис. 7-3, основное уравнение гидродинамики может быть примене-
но к любому отдельному элементу сети или к сети в целом. Например, поток через
только первый элемент сети (Q/) рассчитывается по формуле Q-ЛР/Rx, а потокчерез
всю сеть с параллельными элементами высчитывается по формуле' Q= ДР/ Rf.
АР = Р,-Р0
QO6m = Qi + Qs + Оз
Ообщ<= AP/Rp
Рис 7_3 Параллельное соединение сосудов
Уравнения для систем с параллельными и последовательными элементами могут
использоваться для анализа сопротивления в системах большой сложности. Напри-
мер, некоторые или все последовательные сопротивления, показанные на рис 7—2,
могут представлять собой вычисленное общее сопротивление многих параллельно рас-
положенных сосудов
Объемный кровоток и скорость движения крови
Прежде чем приступить к обсуждению, важно провести различие между объем-
ным кровотоком (объем/время) и скоростью кровотока (расстояние/время) в пери-
ферическом сосудистом русле Представим аналогию потока, воды которого текут с
большей скоростью через мелкую стремнину, чем через соседнюю глубокую заводь
Объем воды, протекающий через заводь в сутки (объем/ время = поток), однако дол-
108
F, Глава?
жен равняться тому объему, который проходит через отмель за тот же промежуток
времени При таком последовательном соединении поток одинаков во всех точках рус-
ла, но скорость движения потока изменяется обратно пропорционально локальной
площади поперечного сечения
Аналогично происходит в периферическом сосудистом русле, где поток крови
наиболее быстрый в отделе, где площадь поперечного сечения минимальна (в аорте) и
скорость минимальна в том отделе, где площадь поперечного сечения наиболее велика
(капиллярное русло) Несмотря*на разницу в скорости, если минутный объем (крово-
ток в аорте) составляет 5 л/ мин, то кровоток через капиллярное русло (или артерио-
лы, венулы) также равняется 5 л/мин Изменения скорости тока крови, происходя-
щие по мере прохождения крови через периферическую сосудистую систему, показаны
в верхней части рис 7-4 Они являются прямым следствием изменений площади попе-
речного сечения участков сосудистого русла, представленного на рис 7-1 Незначи-
тельная скорость капиллярного кровотока максимально увеличивает промежуток вре-
мени, который необходим для осуществления транскапиллярного обмена
АРТЕРИИ | АРТЕРИОЛЫ | КАПИЛЛЯРЫ
ВЕНУЛЫ И ВЕНЫ
Рис 7-4 Скорость потока крови, объем, давление крови и
периферических сосудах от аорты до правого предсе дня.
сопротивление в
ПЕРИФЕРИ^^^СОСУДИСТМСИСТЕМА ГО9
X
Ламинарный и турбулентный поток
Кровь в норме протекает через все сосуды сердечно-сосудистой системы в виде упоря-
доченного и линейного потока, который называется ламинарным потоком При лами-
нарном потоке отмечается параболический профиль скорости движения жидкости по тру-
бе, как это показано в левой части рис 7-5 Скорость наибольшая по центральной оси
сосуда и уменьшается почти до нуля у стенки сосуда Концентрические слои жидкости с
различной скоростью движения гладко скользят друг относительно друга Между отдель-
ными слоями жидкости происходит л ишь незначительное смешивание, так что отдельные
частицы потока перемещаются прямо в отдельных слоях параллельно оси общего потока
жидкости Ламинарный поток жидкости является весьма эффективным, так как, помимо
продвижения жидкости, другие затраты энергии не значительны
Ламинарный поток
Рис 7-5 Ламинарный и турбулентный виды потока жидкости
Так как кровь является вязкой жидкостью, ее движение через сосуд порождает на-
пряжение сдвига на стенки сосуда Это представляет собой силу, которая стремится ута-
щить внутреннюю поверхность (слой эндотелиальных клеток) сосуда вместе с потоком
жидкости При ламинарном потоке напряжение сдвига стенок сосуда пропорционально
скорости потока через данный сосуд1 Эндотелиальные клетки, выстилающие сосуд, спо-
собны ощущать (а следовательно, реагировать) на скорость движения потока крови через
сосуд, улавливая изменения напряжения сдвига, которое воздействуетна них
Напряжение сдвига также может быть важным фактором при определенных пато-
логических состояниях Например, атеросклеротические бляшки имеют тенденцию об-
разовываться преимущественно около ответвлений крупных артерий, где в силу ряда
гемодинамических причин (выходящих за пределы изложения в данном тексте) суще-
ствует значительное напряжение сдвига Когда кровь под давлением с большой скорос-
тью проходит через узкое отверстие, ее нормальный ламинарный поток может превра-
титься в турбулентный поток, который представлен в правой части рис 7-52 При
1 При исключительно ламинарном потоке однородной жидкости которая течет в однородной
круглой трубке с гладкой поверхностью напряжение сдвига (cs) воздействующее на стенку,
является функцией вязкости жидкости (т)), потока (объем/время, Q) и внутреннего радиуса
трубки (г), что выражается следующим уравнением
о = 4r)Q/nr'
2 Турбулентное^рнжение возникает, когда параметр, который называется числом Рейнольдса
(Яе), превнМММЙР- R-t^pQ/nr)d:, где р= плотность жидкости, Q=hotok (объем/время),
т>=пао1гАгт1. яаЙийти. д! =внутоенн й яиамето тоубки.
турбулентном потоке жидкости отмечается значительная сила трения и перемешива-
ние слоев жидкости.
Когда кровоток в сосуде носит турбулентный характер, сопротивление сосуда зна-
чительно превышает рассчитанное по уравнению Пуазейля, приведенному в главе 1.
При турбулентном движении крови также возникают шумы, которые могут выслуши-
ваться с помощью стетоскопа. Например, сердечные шумы являются проявлениями тур-
булентного кровотока, возникающего из-за наличия патологии клапанов сердца. Выслу-
шивание шумов над периферическими артериями является патологическим феноменом
и обычно указывает на существенное снижение площади поперечного сечения сосуда.
Объемы крови в периферических сосудах
На второй диаграмме рис. 7-4 показан приблизительный процент от общего объ-
ема циркулирующей крови, который содержится в различных отделах сосудистого
русла системных органов в каждый момент времени. (Приблизительно 20% от общего
объема находится в легочной системе и в камерах сердца и поэтому не входит в представ-
ленную цифру.) Обратите внимание, что большая часть всей циркулирующей крови
находится в венах системных органов. Этот диффузный, но значительный резервуар
крови часто называется периферическим венозным пулом. Второй, меньший по объ-
ему резервуар венозной крови, называемый центральным венозным пулом, состоит
из крупных вен, расположенных в грудной полости, и правого предсердия.
Когда периферические вены сокращаются, кровь покидает периферический ве-
нозный пул и поступает в центральный. Возрастание центрального венозного объема
и, тем самым, давления, приводит к увеличению наполнения камер сердца, что, в свою
очередь, ведет к увеличению ударного объема в соответствии с законом Франка—
Старлинга. Этот чрезвычайно важный механизм регуляции деятельности сердечно-
сосудистой системы будет более детально обсужден в главе 9.
Давление крови в периферических сосудах
Давление крови снижается в последовательных отделах сердечно-сосудистой си-
стемы в соответствии с графиком в третьей части рис. 7-4. Напомним по рис. 4-1,
что давление в аорте колеблется между систолической и диастолической величинами
при каждом сердечном сокращении, что справедливо для всей артериальной системы.
(Из-за сложных гемодинамических причин разница между систолическим и диастоли-
ческим давлением в действительности возрастает пропорционально расстоянию меж-
ду’сердцем и конкретным участком крупной артерии3). Однако среднее давление в
стволе аорты составляет около 100 мм рт. ст., и это среднее артериальное давление
на протяжении артериальной системы снижается лишь незначительно.
3 Для объяснения этого явления необходим строгий анализ движения пульсирующего потока
жидкости в суживающихся к концу, разветвляющихся, эластичных трубках. Давление не
увеличивается одновременно на всем протяжении артериальной системы при изгнании
крови из сердца. Скорее повышение давления начинается от ствола аорты и продвигается от
него к периферии. Когда эта быстро распространяющаяся волна давления встречает на
своем пути препятствия, такие как бифуркации сосудов, то возникают отраженные волны,
которые возвращаются назад к сердцу. Эти отраженные волны могут суммироваться и
усиливать приближающуюся волну, как это приблизительно происходит с гребнями
поверхностных волн, когда они накатываются на берег.
Существенное падение артериального давления происходит в артериолах, где,
кроме того, пульсирующий характер давления почти исчезает. Среднее капиллярное
давление составляет приблизительно 25 мм рт. ст. Давление продолжает уменьшаться
в венулах и венах по мере того, как кровь возвращается в правое сердце. Центральное
венозное давление (которое является давлением наполнения правых отделов сердца) в
норме приближается к 0 мм рт. ст.
Сопротивление в периферических сосудах
В нижней части рис. 7-4 изображено относительное сопротивление кровотоку,
которое существует в каждом из последовательных отделов сосудистой системы.
Вспомним из главы 1, что сопротивление, разность давления и поток связаны основ-
ным уравнением гидродинамики: Q=AP / R. Так как поток (Q) должен быть идентичен
в каждом из последовательно расположенных отделов сосудистой системы, изобра-
женных на рис. 7-4, то падение давления, которое происходит на протяжении каждо-
го из этих отделов, является прямым отражением сопротивления, которое существует
в данном отделе (см. рис. 7-2). Таким образом, существенное падение артериального
давления, при прохождении крови через артериолы, указывает, что артериолы обла-
дают значительным сопротивлением кровотоку. Среднее давление незначительно Сни-
жается в артериях, так как они обладают незначительным сопротивлением. ,
Аналогично умеренное падение давления, которое происходит в капиллярах, яв-
ляется отражением того, что капилляры обладают умеренным сопротивлением по срав-
нению с артериолами. (Вспомните рис. 7-3, где показано, что капиллярное русло
может обладать незначительным сопротивлением кровотоку, так как оно представля-
ет собой сеть из огромного количества параллельно расположенных отдельных капил-
ляров.)
Поток крови, протекающий через отдельные органы, может изменяться в десять и
более раз. Так как среднее артериальное давление является относительно устойчивым
показателем деятельности сердечно-сосудистой системы, существенные изменения кро-
вотока органа являются следствием изменения его общего сосудистого сопротивления
кровотоку. Последовательно расположённые сосудистые отделы объединены в опреде-
ленные группы в пределах органа, и общее сосудистое сопротивление органа должно
равняться сумме сопротивлений его последовательно соединенных сосудистых отделов:
R — R +R +R +R +R
органа артерии артериол капилляров венул вен
Так как артериолы обладают значительно большим сосудистым сопротивлением
по сравнению с другими отделами сосудистого русла, то общее сосудистое сопротивле-
ние любого органа определяется в значительной степени сопротивлением артериол.
Сопротивление артериол, конечно, в значительной степени определяется радиусом
артериол (R пропорционально 1 /г4). Следовательно, кровоток через орган в первую
очередь регулируется изменением внутреннего диаметра артериол за счет сокращения
или расслабления мышечной стенки артериол.
Когда артериолыоргана изменяют свой диаметр, то меняется не только кровоток
через орган, но претерпевает изменения и падение артериального давления, происхо-
дящее в данном органе. На рис. 7-6 показано влияние сужения и расслабления артери-
ол на изменения давления в сосудистом русле.
Сужение артериол вызывает более значительное падение давления в артериолах,
что приводит к увеличению артериального давления и одновременному снижению
Рис. 7-6. Влияние изменений сопротивления артериол на давление в сосудах.
давления в капиллярах и венах. (Функция артериол в какой-то степени напоминает
роль дамбы: в результате закрытия ворот дамбы снижается поток и повышается ее
уровень в резервуаре позади плотины и снижается уровень после нее).
Напротив, увеличение органного кровотока, вызванное расширением артериол,
сопровождается снижением артериального давления и увеличением капиллярного дав-
ления. Из-за изменений гидростатического давления в капиллярах сужение артериол
ведет к транскапиллярной реабсорбции жидкости, в то время как расширение артери-
ол способствует транскапиллярной фильтрации жидкости
Общее периферическое сопротивление
Общее сопротивление кровотоку большого круга кровообращения в целом назы-
вается общим периферическим сопротивлением. Так как системные органы обычно
соединены параллельно (рис. 1-2), сосудистое сопротивление каждого органа вносит
свой вклад в общее периферическое сопротивление в соответствии со следующим урав-
нением для определения сопротивления параллельных сосудов:
Как будет обсуждено позже в данной главе, общее периферическое сопротивле-
ние является важным фактором, определяющим величину артериального давления
крови.
Эластические свойства сосудов
Как указывалось ранее, артерии и вены вносят лишь незначительный вкладе об-
щее сопротивление кровотоку, который осуществляется через сосудистое русло. По-
этому мы обычно не придаем большого значения тому влиянию, которое оказывает
изменение их диаметра на кровоток через системные органы. В то же время эластичес-
кие свойства артерий и вен являются весьма важным фактором, влияющим на деятель-
ность сердечно-сосудистой системы, так как эти сосуды могут функционировать как
резервуары, и в них могут быть накоплены существенные количества крови.
Эластические свойства сосудов или отделов сосудистой системы часто характе-
ризуются такой величиной, как растяжимость (С), которая отражает, насколько
изменяется их объем (ДУ) в ответ на определенное изменение трансмурального давле-
ния (ДР):
с=^.
ДР
Трансмуральное давление представляет собой разность между внутренним и вне-
шним давлением на сосудистую стенку.
Эластические свойства вен важны для их функции по депонированию крови. Как
видно по кривым зависимости давления от объема на рис. 7—7, вены более растяжимы,
чем артерии. Так как вены столь растяжимы, что даже небольшие изменения перифе-
рического венозного давления могут вызвать перемещение существенного объема цир-
кулирующей крови в периферический венозный пул или из него. Переход в вертикаль-
ное положение тела, например, увеличивает венозное давление в нижних конечностях
и способствует накоплению крови (создание пула) в этих сосудах, что соответствует
перемещению из точки А в точку В на рис. 7-7.
Рис 7-7 Кривые зависимости давления от объема в артериях и венах.
К счастью, данный процесс может быть уравновешен активным сужением вен.
Пунктирная линия на рис. 7-7 отражает взаимозависимость между венозным давлени-
ем и объемом, которая отмечается при сужении вен в результате сокращения гладкой
мускулатуры вен. В суженных венах объем крови может соответствовать норме (точ-
ка С) или даже быть ниже нормы (точка D), несмотря на более высокое, чем в норме
венозноедавление Сужение периферических вен само по себе обладает способно ,
повышать периферическое венозноедавление и перемещать кровь из периферическо-
го венозного резервуара.
114
Т Глава 7
Эластические свойства артерий позволяют им функционировать в качестве резерв
вуара в промежутке между сокращениями сердца Артерии играют важную роль в пре-
вращении пульсирующего потока крови, изгоняемого из сердца, в постоянный поток
через сосудистое русло системных органов С этой точки зрения, артерии выполняют
функцию буфера — windkessel (по-немецки воздушная камера) В начале фазы бы-
строго изгнания объем артериальной крови увеличивается, так как кровь поступает в
аорту быстрее, чем она проходит в просвет системных артериол
Таким образом, часть той работы, которую сердце выполняет при выбросе крови,
уходит на растяжение эластических стенок артерий Ближе к концу систолы и на про-
тяжении диастолы артериальный объем уменьшается, поскольку кровоток, выходя-
щий из артерий, превышает кровоток, поступающий в аорту Находящаяся в растянутом
состоянии артериальная стенка сокращается и при этом утрачивает накопленную по-
тенциальную энергию Данная энергия, перешедшая из одной формы в другую, и обес-
печивает работу по продвижению крови через периферическое сосудистое русло во
время диастолы Если бы артерии представляли собой жесткие трубки, не способные
аккумулировать энергию за счет эластического растяжения, артериальное давление"
немедленно падало бы до нуля при окончании процесса каждого сердечного выброса.
Измерение артериального давления
Напомним, что системное артериальное давление при каждом сердечном цикле
колеблется между диастолическим значением (PD) и более высоким систолическим
значением (Ps) Измерение величин систолического и диастолического артериального
давления у пациентов является одной из самых обычных диагностических процедур,
доступных врачу Основные принципы метода аускультации, используемого для из-
мерения артериального давления, описаны здесь с помощью рис 7-8
Рис 7-8 Измерение артериального давления методом ауску<Ш|вЛ‘Точка А
систолическое, а точка В — диастолическое артериальное дмМЙйВГ
указывает
MA
115
Надувная майжета оборачивается вокруг плеча и регистрирующее устройство, та-
кое, как например, ртутный манометр, присоединяется для измерения давления в манже-
те Вначале манжету надувают воздухом до величины давления (= 175—200 мм рт ст ), что
обычно существенно превышает нормальный показатель систолического давления
Это давление передается из легко меняющей свою форму манжеты тканям плеча, где
это приводит к тому, что все кровеносные сосуды спадаются Ни капли крови не посту-
пает ни в ткани, ни из тканей предплечья, пока давление в манжете выше, чем систоли
ческое артериальное давление
После первоначального надувания, воздух постепенно выпускается из манжеты,
так что давление в ней падает медленно и постепенно на фоне колебаний артериально-
го давления В тот момент, когда давление в манжете падает ниже максимального си-
столического артериального давления, некоторое количество крови получает возмож-
ность пройти во время систолической фазы сердечного цикла через артерии, сдавленные
манжетой Этот кровоток является перемежающимся и возникает только на короткий
промежуток времени во время каждого сердечного цикла Более того, поскольку кро-
воток осуществляется через частично сжатые под манжетой сосуды, то кровоток здесь
имеет скорее турбулентной, чем ламинарный характер
Перемежающиеся периоды появления кровотока под манжетой вызывают появ-
ление постукивающих звуков, которые могут быть обнаружены с помощью стетоско-
па, помещенного на лучевую артерию в локтевой ямке Как указано на рис 7-8, звуки
различного характера, обычно называемые тонами Короткова, выслушиваются в
течение всего периода времени, пока давление в манжете составляет величину между
систолическим и диастолическим давлением в аорте
Так как в период, когда давление в манжете выше, чем систолическое артериаль-
ное давление, отсутствуют как кровоток по сосудам под манжетой, так и тоны Корот-
кова, то считают, что самое высокое давление в манжете, при котором слышны
тоны Короткова, равняется величине систолического артериального давления
Когда давление в манжете падает ниже диастолического давления, кровоток через со-
суды под манжетой осуществляется без периодического прерывания и над лучевой
артерией снова не удается выслушать никаких тонов Величина давления в манжете,
при которой тоны Короткова становятся глухими или исчезают, принимается
за диастолическое артериальное давление Тоны Короткова более отчетливы, когда
давление в манжете ближе к систолическому артериальному давлению, чем кдиасто-
лическому Таким образом, большая точность при определении диастолического ар-
териального давления путем аускультации требует концентрации внимания и опыта
Факторы, определяющие артериальное
давление
Среднее артериальное давление
Среднее артериальное давление является чрезвычайно важным параметром сер-
дечно-сосудистой системы, так как оно является средним эффективным давлением,
которое прогрнявткровь через системные органы Одним из наиболее фундаменталь-
ных ураю»ЯВМ^^^»но-еосудистой физиологии является то, которое показывает,
Глава?
tre
каким образом среднее артериальное давление (Р ) соотносится с минутным объемом
(МО) и общим периферическим сопротивлением (ОПС):
РА =МОхОПС.
Как показано на рис 7-9, А, данное уравнение является просто преобразованием
основного уравнения гидродинамики (Q= ДР/R) применительно к системной цирку-
ляции в целом с единственным допущением, что центральное венозное давление при-
близительно равняется нулю, такчто ДР-РА Обратите внимание, что на среднее арте- !
риальное давление оказывает влияние как сердце (за счет минутного объема), так и =
периферическое сосудистое русло (за счет общего периферического сопротивления). 1
Все изменения среднего артериального давления определяются изменениями ми- 3
нутного объема или общего периферического сопротивления. j
А — контроль
Q
Q = ДР/R
> AP = Q-R
Ра = МО х ОПС
100 мл рт ст =5 л/мин х 20 мм рт ст /л/мин
С - Ф ОПС, t СО
Рис 7-9 Влияние на среднее артериальное давление минутного объема (МО) и общего
периферического сопротивления (ОПС)
На рис 7-9, А показано, что нормальное среднее артериальное давление в по-
кое 100 мм рт. ст непосредственно определяется тем, что минутный объем сердца в
покое составляет 5 л/мин, а нормальная величина общего периферического сопро-
тивления (ОПС) в покое равняется 20 мм рт. ст. /(лхмин>;^Й^®^ величины ОПС
без изменения МО обязательно ведет к уменьшению Р^йиИВИ^*0 на рис 7-Q R
ПЕРИФЕРИЧЕСЗДС^УДИСТАЯ СИСТЕМА 117
На рис. 7-9, С Показано, как нормальный показатель артериального давления 100 мм
рт. ст. может поддерживаться на фоне снижения ОПС за счет компенсаторного увели-
чения в МО.
Для расчета истинных величин среднего артериального давления необходимо ма-
тематическое усреднение волны артериального давления на протяжении одного или
большего числа сердечных циклов. Однако чаще всего с помощью аускультации мы
получаем величины лишь систолического и диастолического давления, хотя хотели
бы узнать величину и среднего артериального давления Величина среднего артериаль-
ного давления должна находиться в промежутке между значениями систолического и
диастолического артериального давления_Полезное «правило большого пальца» гово-
рит, что среднее артериальное давление(Рд)приблизительно равняется величине диа-
столического давления (Ро) плюс одна треть разности между систолическим и диасто-
лическим артериальным давлением (PS~PD)
Р ^Рв+-(Р-Р\.
Артериальное пульсовое давление
Артериальное пульсовое давление (Р) определяется просто как разность между
систолическим и диастолическим давлением
Р =р -р
L Р 1 S 1 D
Для того чтобы использовать значения пульсового артериального давления для
анализа деятельности сердечно-сосудистой системы, нам необходимо сделать нечто
большее, чем просто определить его величину. Мы должны знать, от чего оно зависит,
т е что определяет его конкретное количественное значение и что приводит к его
изменениям В предыдущем разделе данной главы мы коротко обсудили, каким обра-
зом вследствие эластичности стенки артериальных сосудов, артериальное давление
возрастает по мере увеличения артериального объема изгнания крови из сердца.
Степень увеличения давления (АР), вызванного возрастанием артериального объ-
ема зависят от степени изменения объема (ДЕ) и растяжимости (СА) артериального
пространства ДР = АЕ/ СА Если мы пренебрежем фактом, что некоторое количество
крови покидает артериальное пространство во время сердечного выброса, тогда увели-
чение артериального объема во вфемя каждого сердечного сокращения будет равнять-
ся ударному объему (УО) Таким образом, пульсовое артериальное давление в первом
приближении равняется величине ударного объема, деленной на растяжимость арте-
рий
Пульсовое артериальное давление имеет тенденцию увеличиваться с течением
времени у взрослых из-за уменьшения растяжимости артериальной стенки («склеро-
зирования артерий»). Кривые зависимости давления от объема в артериях для 20-лет-
него и 70-летнего субъектов представлены на рис 7-Ю На снижение растяжимости
артерий с возрастом указывает более крутой характер кривой у 70-летнего субъекта
(большая величина ДРпри данном АУ), чем у 20-летнего. Таким образом, у 70-летнего
субъекта Должно быть более высокое пульсовое артериальное давление
ппипяммамЙвиИИНвйим*» ......on-----
I IO
Глава?
о ।-----------------------------------------
Артериальный объем
Рис 7-10 Влияние возраста на соотношение артериального объема и давления
Как показано на рис 7-10, снижение растяжимости артерий может вызвать уве-
личение пульсового артериального давления даже при снижении ударного объема с
возрастом (На рис 7-10 также показан тот факт, что артериальный объем крови и
среднее артериальное давление имеют тенденцию увеличиваться с возрастом Однако
увеличение среднего артериального давления не вызвано снижением растяжимости
артерий, поскольку изменения растяжимости не оказывают непосредственного влия-
ния на минутный объем сердца или ОПС, которые являются единственными состав-
ляющими РА Среднее артериальное давление увеличивается с возрастом, вследствие
увеличения общего периферического сопротивления, зависимого от возраста)
Растяжимость артерий также снижается по мере увеличения среднего артери-
ального давления, что видно по характеру кривой, взаимозависимости между объе-
мом и давлением, показанной на рис 7-10 В остальном растяжимость артерий яв-
ляется относительно стабильным параметром Таким образом, в основном быстрые
изменения артериального пульсового давления являются следствием изменения удар-
ного .объема
Приведенное уравнение для определения величины пульсового артериального
давления является сильно упрощенным описанием некоторых очень сложных гемоди-
намических процессов Оно верно характеризует ударный объем и растяжимость ар-
терий как основные факторы, определяющие артериальное пульсовое давление, но
оно основано на допущении что кровь не покидает аорту во время систолического
выброса
Очевидно, что это не является очень точным Более того, при тщательном изуче-
нии рис 4-1 выясняется, что максимальное систолическое давление достигается еще
до завершения изгнания крови из сердца Поэтому неудивительно, что другие факто-
ры, кроме растяжимости артерий и ударного объема, оказывают незначительное воз-
действие на пульсовое давление Например, более быстрое изгнание крови из сердца,
вызванное повышением сократительной способности миокарда, может в некоторой
степени увеличить пульсовое давление, даже при постоян
»М объеме. Однако
ПЕРИФЕРИЧ^П9
изменения общего периферического сопротивления оказывают минимальное влия-
ние или вовсе не влияют на пульсовое давление, так как изменение ОПС приводит к
параллельным изменениям как систолического, так и диастолического давления
Существует распространенное неправильное представление в физиологии сердеч-
но-сосудистой системы, что изолированно взятые систолическое или диастолическое
артериальное давление отражают состояние конкретных параметров сердечно-сосу-
дистой системы Например, повышенное диастолическое давление часто расценивается
как показатель высокого общего периферического сопротивления
Такая зависимость является совершенно необязательной, поскольку высокое ди-
астолическое давление может отмечаться при нормальном (или даже при понижен-
ном) ОПС, если значения частоты сердечных сокращений и минутного объема сердца
высоки Как на систолическое, так и на диастолическое давление влияют частота сер-
дечных сокращений, ударный объем, ОПС и СА4 Студенту нецелесообразно пытаться
интерпретировать показатели систолического и диастолического артериального дав-
ления независимо друг от друга Интерпретация является гораздо более точной, когда
акцент делается на величине среднего артериального давления (РА-МОхОПС) и арте-
риального пульсового давления (Рр=УО/СА) (См вопрос для изучения 34 )
Контролльные вопросы: 24-34
4 Уравнения, представленные в данной и предшествующих главах, могут быть решены
одновременно, чтобы показать, что
Р3»УОхЧССхОПС + -—; PD = УОхЧССхОПС-i—,
л зсА ЗСА’
ГЛАВА 8
РЕГУЛЯЦИЯ
СОСУДИСТОГО ТОНУСА
Цели
Студент понимает основные механизмы, участвующие в локальной регуляции
сосудистого тонуса:
1. Устанавливает основные анатомические и функциональные отличия гладкой
мускулатуры от поперечнополосатой.
2. Перечисляет этапы, ведущие к циклическому образованию поперечных мости-
ков в гладкой мускулатуре
3. Перечисляет основные ионные каналы, участвующие в регуляции мембранного
потенциала в гладкой мускулатуре.
4. Описывает процессы электромеханического и фармакомеханического сопряже-
ния в гладкой мускулатуре.
5. Дает определение понятия базального тонуса.
6. Перечисляет некоторые вещества, способные участвовать в локальной метабо-
лической регуляции.
7. Освещает гипотезу локальной метаболической вазодилатации.
& Описывает, как влияют на сосудистый тонус простагландины, гистамин и бради-
кинин
9. Описывает миогенную реакцию кровеносных сосудов.
10. Определяет понятия «активной и реактивной гиперемии» и указывает возмож-
ный механизм развития каждой из них.
11. Определяет процесс ауторегуляции кровотока и коротко описывает метаболи-
ческую, миогенную теории ауторегуляции и теорию тканевого давления.
12. Определяет понятие «нейрогенного тонуса» и описывает, каким образом
действие симпатической и парасимпатической иннервации может его изме-
нять.
13. Описывает, каким образом оказывают влияние на сосудистый тонус циркули-
рующие катехоламины, вазопрессин и ангиотензин II.
14. Перечисляет основные факторы, оказывающие воздействие на диаметр веноз-
ных сосудов.
15. В целом описывает, каким образом отличается регуляция кровотока в органах
с преимущественно местной метаболической регуляцией тонуса артериол и в
органах с преимущественно нервной регуляцией тонуса артериол.
Л Студент знает основные механизмы регуляции кровотока и объема крови в основ-
ных органах человеческого тела:
16. Указывает относительное значение локальной метаболической и нервной регу-
ляции коронарного кровотока.
17. Определяет понятие систолического сжатия и указывает его относительное
значение для кровотока в эндокардиальной и эпикардиальной областях стенок
правого и левого желудочков.
18. Описывает основные механизмы регуляции кровотока и объема крови в каждом
из следующих отдельно взятых органов: скелетная мышца, мозг, органы брюш-
ной полости, кожа и почки.
19. Указывает, почему среднее давление в легочной артерии ниже, чем среднее
системное артериальное давление.
20. Описывает, каким образом регуляция в малом круге кровообращения отлича-
ется от регуляции в большом круге кровообращения.
21. Уточняет пути кровотока в сердце плода и описывает изменения при рождении.
Гладкая мускулатура сосудов
Так как метаболические потребности организма постоянно изменяются, сер-
дечно-сосудистая система должна постоянно регулировать диаметр кровеносных со-
судов. Целями этих постоянных изменений в сосудах являются: (1) регуляция ско-
рости кровотока через отдельные ткани (функция артериол) и (2) регуляция
распределения объема крови и наполнения камер сердца (функция вен). Эти измене-
ния диаметра осуществляются посредство^регуляции сократительной активности
гладкомышечных клеток, которые находятся в стенках всех сосудов за исключением
капилляров. Задача гладкой мускулатуры сосудов представляется уникальной, по-
скольку для того, чтобы поддерживать определенную величину диаметра сосуда при
наличии постоянного расширяющего давления крови в нем, гладкая мускулатура
сосудов должна обладать способностью сохранять активное напряжение на протя-
жении длительного периода времени.
Существует много функциональных характеристик, которые отличают гладкую
мускулатуру как от скелетной, так и сердечной мышцы. Например, по сравнению с
другими типами мышц, гладкомышечные клетки
1) сокращаются и расслабляются гораздо более медленно,
2) развивают активное напряжение при большем диапазоне длины мышцы,
3) могут изменять свою сократительную активность, вследствие потенциалов дей-
ствия или вследствие изменений мембранного потенциала покоя,
4) могут изменять свою сократительную активность при отсутствии изменений
величины мембранного потенциала,
5) поддерживают напряжение на протяжении длительного времени при низких энер-
гозатратах,
6) могут активироваться при растяжении.
Механика сокращения
Клетки гладкой мускулатуры сосудов невелики по размеру (около 5 мкм х 50 мкм),
веретенообразной формы и циркулярно расположены в стенке сосудов. Во многих
сосудах соседние гладкомышечные клетки электрически связаны с помощью вставоч-
ных дисков, сходных с теми, что обнаружены в миокарде.
Как и в других типах мышц, развитие силы и сокращения гладкой мышцы являют-
ся результатом взаимодействия с помощью поперечных мостиков между тонкими и
толстыми сократительными нитями, состоящими из миозина и актина соответственно.
Однако в гладкой мышце эти волокна не образуют регулярных повторяющихся
единиц саркомеров. Вследствие этого клетки «гладкой» мышцы утрачивают видимую
под микроскопом исчерченность, характерную для скелетных и сердечных мышечных
клеток. Нити актина в гладкой мышце гораздо длиннее, чем в поперечнополосатой
мышце. Многие из этих нитей актина прикрепляются к внутренней поверхности клет-
ки с помощью образований, которые называются плотными спайками. Внутри клет-
ки нити актина соединены между собой небольшими связками поперечных структур,
которые называются плотными тельцами. Нити миозина распределены между нитя-
ми актина гладкомышечной клетки в более случайном порядке по сравнению с регу-
лярным чередованием, характерным для поперечнополосатых мышц. В поперечно-
полосатой мышце все без исключения сократительные нити расположены вдоль
продольной оси клетки, в то время как в гладкой мышце многие сократительные нити
направлены под углом или даже поперечно по отношению к продольной оси клетки.
Несмотря на отсутствие организованных саркомеров, изменения длины гладкой мыш-
цы влияют на ее способность к развитию активного напряжения. Возможно, благода-
ря наличию длинных нитей актина и отсутствию организованных саркомеров, гладкая
мышца развивает напряжение в большем диапазоне длины, по сравнению со скелетной
или сердечной мышцей.
Как и в поперечнополосатой мышце, сила взаимодействия поперечных мостиков
между тонкими и толстыми нитями в гладкой мышце регулируется, прежде всего, из-
менением уровня свободного внутриклеточного Са2+, уровень которого колеблется
приблизительно от 10’7 моль в релаксированной мышце до 10“6моль во время макси-
мального сокращения. В то же время последовательность этапов сопряжения повыше-
ния уровня свободного Са2+ с взаимодействием сократительных нитей отличается в
гладкой мышце от этапов в поперечнополосатой мышце. В гладкой мышце:
1. Са2+ сперва образует комплекс с кальций-связывающим белком, кальмодули-
ном.
•2. Затем комплекс Са2+-кальмодулин активирует фосфорилирующий фермент, ко-
торый называется киназой легкой цепи миозина.
3. Этот фермент вызывает фосфорилирование при участии аденозинтрифосфата
(АТФ) легкой пептидной цепи, которая является частью головки поперечного
мостика миозина.
4. Фосфорилирование легкой цепи миозина делает возможным образование попе-
речных мостиков и циклическое соединение, во время которого используется
энергия АТФ для возникновения напряжения и укорочения мышцы.
Гладкая мышца представляет собой уникальное образование еще и потому, что
если напряжение развилось, оно может поддерживаться при очень низких энергети-
ческих затратах, т.е. без потребности в постоянном расщеплении АТФ при цикличе-
ском образовании поперечных мостиков. Механизм, ответственный за данный про-
цесс, до сих пор остается недостаточно изученным, но предположительно он
заключается в очень медленном или даже нециклическом образовании поперечных
мостиков. Он обычно называется защелкнутым мостиком и может включать дефос-
форилирование легкой цепи прикрепленных поперечных мостиков. Также благодаря
механизмам, все еще не до конца изученным, представляется, что сократительная ак-
тивность гладкой мускулатуры сосудов регулируется посредством не только измене-
ний уровня внутриклеточного Са2+, но и за счет изменения чувствительности сокра-
тительного аппарата к Са2+. Таким образом, сократительная способность гладких
мышц сосудов может иногда изменяться при отсутствии изменений уровня свободного
внутриклеточного Са2+.
Мембранные потенциалы
Клетки гладкой мускулатуры обладают мембранным потенциал покоя, вели-
чина которого колеблется от -40 до -65 мВ, что ниже, чем в поперечнополосатой
мускулатуре. Как и во всех клетках, мембранный потенциал покоя гладкой мышцы
преимущественно определяется степенью проницаемости для калия. В гладкой мыш-
це обнаружено несколько типов калиевых каналов. Один из них, преимущественно
ответственный за создание мембранного потенциала покоя, носит название К+ ка-
нала выпрямления, направленного внутрь. (Термин выпрямление, направлен-
ное внутрь, означает, что ионы К+ передвигаются в клетку через данный канал с
большей легкостью, чем они выходят через него наружу). Кроме того, существует
А ТФ-зависимый К+ канал, который закрыт при нормальном уровне АТФ в клетке
и открывается при падении уровня АТФ. Данный канал может играть важную роль
в приспособлении уровня органного кровотока к метаболическим потребностям
ткани.
Потенциалы действия в клетках гладкой мышцы возникают регулярно только в
определенных сосудах. Когда это происходит, потенциалы действия гладкой мышцы
инициируются преимущественно потоком Са2+ внутрь клетки и развиваются медленно,
подобно сердечным «медленно нарастающим» потенциалам действия (см. рис. 3-3). Как
и в сердце, этот направленный внутрь (деполяризующий) поток Са2+ происходит через
электроуправляемый кальциевый канал (ЭУКК), этот канал представляет собой один
из типов кальциевых каналов, имеющихся в гладкой мускулатуре. Фаза реполяриза-
ции потенциала действия происходит преимущественно за счет выхода ионов калия,
как через калиевые каналы медленного выпрямления, так и через активируемые
кальцием калиевые каналы.
Кроме упомянутых, в гладкой мускулатуре сосудов обнаружены многие другие
типы ионных каналов, но в большинстве случаев их конкретная роль в функции сер-
дечно-сосудистой системы остается неизвестной. Например, существуют неселектив-
ные, реагирующие на растяжение каналы, которые могут участвовать в реакции глад-
кой мышцы на ее растяжение Однако читатель должен учитывать, что многие из
важных ионных каналов в гладкой мускулатуре сосудов являются также важными и в
сердечной мышце (см. табл 3-1).
Электромеханическое и фармакомеханическое
сопряжение
В гладкой мышце изменения уровней внутриклеточного свободного Са2+ могут
происходить как на фоне изменений мембранного потенциала, так и без них. Вовле-
ченные в данный процесс механизмы называются электромеханическим и фармако-
механическим сопряжением соответственно и представлены на рнс. 8-1.
Электромеханическое сопряжение, представленное на левой половине рис. 8-1
осуществляется, так как поверхностная мембрана гладкой мышцы содержит электро- *
управляемые кальциевые каналы (тот же тип ЭУКК, который принимает участие в |
образовании потенциала действия). Деполяризация мембраны увеличивает вероятность 1
открытия данных каналов и таким образом приводит к сокращению гладкомышечных 1
клеток и сужению сосудов. Наоборот, гиперполяризация мембраны приводит к рас- J
слаблению гладкой мышцы и расширению сосудов. Поскольку ЭУККдля Са2+ частич- 1
но активируется низким значения мембранным потенциалом покоя гладкой мускула- 1
туры сосудов, изменения потенциала покоя могут привести к изменениям скорости ч
входа кальция в покое, а следовательно, базального состояния сократимости. 1
При фармакомеханическом сопряжении химические факторы (например, освобож- |
дение нейромедиаторов) могут индуцировать сокращение гладкой мышцы без потребно- 1
сти в изменении мембранного потенциала Как показано в правой части рис. 8-1, взаи-1
модействие вазоконстрикторов (таких как норадреналин) со специфическим |
рецептором мембраны (таким как а-адренорецептор) запускает процесс, который при-1
водит к увеличению уровня свободного внутриклеточного Са2+ по двум причинам. Одна!
заключается в том, что активированный рецептор может открыть хемоуправляемыеъ
кальциевые каналы (ХУК) поверхностной мембраны, что приводит к поступлению!
Са2+ из внеклеточной жидкости. Другая — в том, что активированный рецептор может!
стимулировать образование внутриклеточного «вторичного медиатора», инозинтри-1
Рис 8-1 Основные механизмы активации гладкой мускулатуры сосудов ЭУКК —
электроуправляемыи кальциевый канал, ХУКК — хемоуправляемый кальциевый канал, Р —
специальный рецептор, G — ГТФ-связывающий белок, ФИДФ — фосфатдилинозиндифосфат;
ИТФ — инозинтрифосфат, ДАГ — диацилглицерин.
фосфата (ИТФ), моторый открывает специфические каналы, через которые происхо-
дит освобождение Са2* из депо внутриклеточного саркоплазматического ретикулума.
В обоих случаях активированный рецептор сперва стимулирует специфические гуано-
зинтрифосфат-связывающие белки (ГТФ-связывающие белки или протеины G).
Читателю не следует делать вывод из рис. 8-1, что все вазоактивные химические
факторы (химические агенты, которые вызывают сосудистые эффекты) оказывают
свое действие на гладкую мышцу без изменения мембранного потенциала Фактиче-
ски, большинство вазоактивных химических веществ в действительности вызывают
изменения мембранного потенциала, поскольку их рецепторы могут быть связаны по-
средством протеинов G или другим способом с ионными каналами различного типа.
На рис. 8-1 не представлены процессы, удаляющие Са2+ из цитоплазмы клеток
гладкой мускулатуры сосудов, хотя они также играют важную роль в создании опреде-
ленного уровня свободного Са2+ в цитозоле. Как и сердечные клетки (см. рис. 3-7),
гладкомышечные клетки активно откачивают кальций в саркоплазматический ретику-
лум и через сарколемму из клетки. Кальций также выносится из клетки в обмен на
натрий.
Механизмы расслабления
Гиперполяризация клеточной мембраны является одним из механизмов, вызы-
вающим расслабление гладкой мускулатуры и расширение сосудов Кроме того, тем
не менее, существует, по крайней мере, два основных механизма, посредством кото-
рых химические вазодилататоры могут вызвать фармакомеханическую релаксацию
гладкой мускулатуры На рис 8-1 рецептор для химического вазоконстриктора был
связан с помощью специфического протеина G с фосфолипазой С. Аналогично дру-
гие специфические рецепторы могут быть связаны с иными специфическими протеи-
нами G, которые продуцируют отличные от ИТФ вторичные медиаторы ВажнЫм
примером является Р2-адренергический рецептор гладкой мышцы, который связан
посредством специфического протеина G (Gs) с аденилатциклазой. Аденилатциклаза
катализирует превращение АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). В глад-
кой мышце цАМФ является вторичным медиатором, который провоцирует сниже-
ние концентрации свободного внутриклеточного Са2+, каким-то образом увеличивая
скорость выведения кальция из клетки, и его поступления в саркоплазматический
ретикулум
Помимо цАМФ, циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) является важным вто-
ричным медиатором, который вызывает расслабление гладкой мускулатуры сосудов
посредством не до конца ясных механизмов Образованный из гуанозинтрифосфата
под воздействием гуанилатциклазы цГМФ является внутриклеточным энзимом, кото-
рый может активироваться важным вазодилататором, окисью азота (NO), который
продуцируется эндотелиальными клетками Нитроглицерин представляет собой кли-
нически важный вазодилататор, воздействующий на ткани посредством сходного ме-
ханизма
Сосудистый тонус
Сосудистый тонус — это термин, который обычно используется для характе-
ристики состояния общего сокращения сосуда или сосудистой области Для наших
целей понятие «сосудистый тонус» отдела организма может использоваться как по-
казатель «уровня активности» отдельных гладкомышечных клеток данной области.
В действительности эта связьявляется статистическим понятием, так как редко быва-
ет, что все клетки сосуда или все сосуды в определенной области функционируют
абсолютно идентично.
Регуляция тонуса артериол
Как описано в главе 7, кровоток через любой орган в значительной степени опре-
деляется его сосудистым сопротивлением, которое главным образом зависит от диа-
метра его артериол. Соответственно, органный кровоток регулируется факторами^
влияющими на тонус гладкой мускулатуры артериол.
Артериолы пребывают в состоянии частичного сужения даже при устранении всех
внешних воздействий на них; следовательно, считается, что они обладают определен-
ным базальным тонусом. Наше понимание данного механизма остается туманным,
но базальный тонус артериол может быть отражением того факта, что клетки гладкой’
мускулатуры в соответствии с врожденным механизмом активно сопротивляются ра-:
стяжению, которое постоянно происходит под действием давления в артериолах. В лю-
бом случае базальный тонус устанавливает определенный уровень частичного суже-
ния артериол, от которого внешние воздействия на артериолы «отсчитывают» свои;
спазмирующие или дилатирующие эффекты. Эти воздействия можно разделить на три
категории: локальные, нервные и гормональные воздействия. ;
Локальные воздействия на артериолы
Локальные метаболические воздействия. Артериолы, регулирующие крово-
ток через данный орган, сами находятся в тканях данного органа. Таким образом,-
артериолы и гладкая мускулатура в их стенках подвергаются действию химического-:
состава интерстициальной жидкости органа, который они снабжают. Концентрация.;
различных химических веществ в интерстициальной жидкости отражает баланс меж-
ду метаболической активностью ткани и ее кровоснабжением. Например, уровень кис-
лорода в интерстициальной жидкости всегда падает, если клетки ткани утилизируют
кислород быстрее, чем он доставляется в ткани кровотоком. Наоборот, уровень кис-
лорода в интерстициальной жидкости увеличивается, если из крови в ткани поставля-
ется избыточное количество кислорода. Практически во всех сосудистых зонах недо-
статок кислорода снижает тонус артериол и вызывает расширение сосудов, в то время
как высокое содержание кислорода влечет за собой сужение сосудов1. Таким обра-
зом-, существует механизм локальной обратной связи, автоматически действующий на
уровне артериол, регулируя кровоток в тканях в зависимости от их метаболических
потребностей. Если кровоток и доставка кислорода опускаются ниже потребностей
ткани в кислороде, то содержание кислорода в тканях вокруг артериол снижается,
артериолы расширяются и кровоток через орган увеличивается.
АТФ-чувствительные калиевые каналы клеток гладкой мускулатуры могут пред-
ставлять один из механизмов, с помощью которых изменения метаболических потреб-
ностей тканей приводят к изменениям тонуса артериол. Допустим, например, следую-
щую последовательность событий: (1) при любом варианте недостаточного
1 Важное исключение из данного правила отмечается в легочном кровообращении, что будет
обсуждено далее в этой главе.
кровоснабжения тканей в гладкомышечной клетке сосуда возникает снижение уровня
АТФ, (2) низкий уровень АТФ приводит к открытию АТФ-зависимых калиевых кана-
лов, (3) открытие любого типа калиевых каналов приводит к гиперполяризации, (4)
гиперполяризация приводит к закрытию электроуправляемых Са2+ каналов, (5) уро-
вень свободного Са2+ в цитозоле падает, (6) уровень активации клеток гладкой муску-
латуры снижается, (7) сосуды расширяются и (8) кровоток увеличивается для более
полного удовлетворения метаболических потребностей тканей.
Многие вещества, помимо кислорода, присутствуют в тканях и могут воздейство-
вать на тонус гладкой мускулатуры сосудов. Например, при увеличении скорости ме-
таболизма скелетной мышцы при физической нагрузке не только снижается уровень
кислорода в ткани, но также возрастает содержание СО2, Н+ и К+. Во время физиче-
ской нагрузки также возрастает и осмолярность мышечной ткани. Все эти изменения
химического состава вызывают расширение артериол. Кроме того, при увеличении
метаболической активности или снижении содержания кислорода из клеток многих
тканей может освобождаться аденозин, который является чрезвычайно активным со-
судорасширяющим агентом
В настоящее время мы не знаем, какие из этих (или, возможно, других) изменений
содержания химических веществ в тканях наиболее важны с точки зрения локальной
метаболической регуляции кровотока. Вероятно, тонус артериол зависит от сочетан-
ного воздействия многих факторов. Кроме того, любой из данных факторов может
иметь различную степень значимости в локальной метаболической регуляции крово-
тока в различных органах
С концептуальной точки зрения наше понимание механизмов локальной мета-
болической регуляции схематично представлено на рис. 8-2. Сосудорасширяющие
агенты поступают в интерстициальное пространство из клеток тканей со скоростью,
пропорциональной уровню метаболизма, характерного для данной ткани. Эти сосу-
дорасширяющие агенты удаляются из тканей со скоростью, пропорциональной кро-
вотоку. Если уровень метаболизма в тканях достигает такой величины, что кровоток
становится неадекватным, то автоматически возрастает концентрация сосудорасши-
ряющих агентов в интерстиции, что приводит к расширению артериол. Это, конечно,
вызывает увеличение кровотока. Процесс продолжается таким образом пока крово-
ток не возрастает до такой степени, что возникает соответствие между ним и интенсив-
ностью метаболических процессов в ткани, что препятствует дальнейшему накопле-
нию сосудорасширяющих агентов. Эта же система обеспечивает уменьшение кровотока,
когда он превышает метаболические потребности тканей, поскольку это приводит к
снижению концентрации метаболических факторов вазодилатации в интерстициаль-
ной жидкости.
Локальные воздействия эндотелиальных клеток. Клетки эндотелия покры-
вают всю внутреннюю поверхность сердечно-сосудистой системы. Огромное количе-
ство исследований показывает, что кровеносные сосуды реагируют совершенно иначе
на определенные воздействия на них при отсутствии эндотелиальной выстилки. Аце-
тилхолин, например, вызывает вазодилатацию интактного сосуда, но в сосуде, лишен-
ном эндотелиальной выстилки, вызывает вазоконстрикцию. Этот и иные аналогичные
результаты привели к пониманию, что эндотелиальные клетки реагируют на различ-
ные стимулы посредством продукции локального фактора, который способен снизить
тонус вышележащих слоев гладкой мускулатуры. Данное вещество, первоначально
названное ЭФР (эндотелиальный фактор релаксации), в настоящее время химически
идентифицировано как NO (окись азота). Оно образуется в эндотелиальных клетках
из аминокислоты, L-аргинина под действием энзима NO-синтетазы. NO-синтетаза ак-
Освобождение, пропорциональное
интенсивности метаболизма в тканях
Клетки
тканей
Артериолы Капилляры Вены
Рис. 8-2. Гипотеза локальной метаболической вазодилатации.
тивируется при увеличении концентрации внутриклеточного Са2+. NO представляет I
собой небольшую жирорастворимую молекулу, которая после образования легко диф-1
фундирует в расположенные рядом клетки гладкой мускулатуры, где она вызывает!
релаксацию, предположительно стимулируя продукцию цГМФ. я
Ацетилхолин и некоторые другие вещества (включая брадикинин, вазоактивный!
кишечный пептид и субстанцию Р) стимулируют продукцию NO в эндотелиальным
клетках, так как их рецепторы на эндотелиальных клетках связаны с рецепторами,Я
управляющими Са2+ каналами. Возможно, с физиологической точки зрения более важ-1
но, что определяемое уровнем кровотока напряжение сдвига, воздействуя на эндоте-J
лиальные клетки, стимулирует продукцию ими NO преимущественно за счет актива*!
ции чувствительных к растяжению Са2+ каналов. Такая, зависящая от уровня!
кровотока, выработка NO эндотелиальными клетками, возможно, объясняет, почемуа
например, физическая нагрузка и увеличение кровотока через мышцы нижней конеч-1
ности могут вызвать расширение бедренной артерии, поставляющей кровь в точках»!
которые расположены гораздо выше по течению, чем непосредственно испытывающие!
физическое напряжение мышцы. 1
Факторы, которые блокируют продукцию NO посредством торможения NO-син*!
тетазы, вызывают существенное увеличение сосудистого сопротивления в больший^
стве органов в состоянии покоя. Учитывая этот фактор, считается, что эндотелиалы!
ные клетки в норме всегда вырабатывают определенное количество NO, что в сочетании!
с другими факторами имеет важное значение в создании нормального результирующей!
го тонуса артериол в покое во всем организме. 1
Благодаря механизмам, которые в настоящее время не до конца изучены, эндоте-3
лиальные клетки также продуцируют другие расслабляющие факторы (в настоящее|
время они носят название «эндотелиальный фактор гиперполяризации») и несколько^
сосудосуживающих факторов, включая эндотелии, очень активный сосудосуживаю- ’
щий пептид. Физиологическая роль данных агентов не до конца установлена. I
Другие локальные химические воздействия. Помимо локальных метаболи-i
ческих воздействий на сосудистый тонус, установлены многие специфические хими- i
ческие факторы, которые оказывают сосудистые эффекты и поэтому в определенных
случаях могут играть важную роль в локальной сосудистой регуляции. Однако в боль-
шинстве случаев определенная информация об относительной важности данных ве-
ществ в регуляции деятельности сердечно-сосудистой сист^ЭД Отсутствует.
^/^^й^Щ|Й1<ы.предсТ<Й»оТ^обой группу в химическом отношении родствен-
ных продуктов И|йЕЛО0ксИгбназиого пути метаболизма арахидоновой кислоты. Опре-
деленные простагландины являются мощными вазодилататорами, в то время как дру-
гие — мощными вазоконстрикторами. Несмотря на потенциальные вазоактивные
воздействия простагландинов и тот факт, что большинство тканей (включая эндотели-
альные клетки и клетки сосудистой гладкой мускулатуры) способны синтезировать
простагландины, не было убедительно показано, что простагландины играют решаю-
щую роль в нормальной регуляции деятельности сосудов. Однако ясно, что сосудо-
расширяющие простагландины принимают участие в воспалительной реакции. Соот-
ветственно, ингибиторы синтеза простагландинов, такие как аспирин, являются
эффективными противовоспалительными лекарствами. Простагландины, продуцируе-
мые тромбоцитами и эндотелиальными клетками, играют важную роль в гемостатиче-
ской вазоконстрикции (прекращающей кровоток, останавливающей кровотечение) и
агрегации тромбоцитов при повреждении сосудов Следовательно, аспирин часто ис-
пользуется для уменьшения тромбообразования — особенно у больных с потенци-
альными нарушениями коронарного кровотока. Метаболиты арахидоновой кислоты,
образующиеся посредством липооксигеназной системы (например, лейкотриены), так-
же обладают вазоактивными свойствами и при определенных условиях могут влиять
на кровоток.
Гистамин синтезируется и запасается в большой концентрации в секреторных
гранулах тканевых тучных клеток и циркулирующих базофилов. При освобождении
из гранул гистамин вызывает дилатацию артериол и увеличение сосудистой проницае-
мости, что ведет к накоплению жидкости и образованию локальных отеков в тканях
Гистамин увеличивает проницаемость сосудов, разрыхляя соединение между соседни-
ми эндотелиальными клетками, выстилающими сосудистую систему. Освобождение
гистамина классически ассоциируется с реакциями антиген—антитело при различ-
ных аллергических и иммунных реакциях. Многие лекарственные, химические и фи-
зические воздействия, повреждающие ткани, также вызывают освобождение гистами-
на Гистамин способен стимулировать чувствительные нервные окончания, что
вызывает зуд и болевые ощущения. Важность участия гистамина во многих патологи-
ческих ситуациях не вызывает сомнения, однако нет убедительных данных об участии
гистамина в нормальной регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы.
Брадикинин и каллидин являются полипептидами, активность молекул кото-
рых как вазодилататоров почти в 10 раз превышает активность молекулы гистамина.
Эти кинины также повышают проницаемость капилляров путем открытия соедине-
ний между эндотелиальными клетками. Они образуются из определенных глобули-
нов плазмы под воздействием фермента калликреина и в последующем быстро рас-
падаются до неактивных фрагментов под действием различных тканевых киназ
Считается, что подобно гистамину брадикинин и каллидин участвуют в сосудистых
реакциях при повреждении тканей и в иммунных реакциях. Кинины стимулируют
ноцицептивные нервы и поэтому могут участвовать в болевой реакции, связанной с
травмой ткани.
Трансмуральное давление. В главе 7 мы обсуждали пассивные эластические
механические свойства артерий и вен и каким образом изменения трансмурального
давления оказывают воздействие на величину их диаметра. Влияние трансмурального
давления на диаметр артериол более сложное, так как артериолы реагируют как пас-
сивно, так и активно на изменение трансмурального давления. Например, внезапное
увеличение внутреннего давления в артериоле приводит (1) сперва к начальному не-
большому пассивному растяжению (небольшому, поскольку артериолы обладают от-
носительио толстой и мышечной стенкой) и (3) затем активному сжато, которое за
несколько секунд может полностью нейтрализовать первоначальное растяжение Вне-
запное уменьшение трансмурального давления вызовет прямо противоположную ре-
акцию, т е мгновенное пассивное уменьшение диаметра, вслед за чем быстро следует
снижение активного тонуса, что приведет к возвращению диаметра артериол почти к
той же величине, что отмечалась перед изменением давления Активная фаза данного
процесса называется гипогенной реакцией, поскольку складывается впечатление, что
она возникает непосредственно в самой гладкой мышце Механизм миогенной реакции
остается не до конца ясным, но чувствительные к растяжению ионные каналы в клет-
ках гладкой мускулатуры артериол являются наиболее вероятными звеньями, уча-
ствующими в данном процессе
Во всех артериолах в норме существует некоторое давление растяжения, на
которое они, возможно, активно реагируют Как мы уже отмечали, представляется
возможным, что миогенный механизм является фундаментально важным фактором
создания повсеместного базального тонуса артериол Также, по очевидным причинам
и как вскоре будет обсуждено, миогенная реакция считается компонентом сосудистой
реакции на любое расстрой ство в деятельности сердечно-сосудистой системы, при ко-
тором происходит изменение трасмурального давления в артериолах
Изменения кровотока, обусловленные локальными механизмами. В орга-
нах, где интенсивность метаболических реакций существенно колеблется, таких как'
скелетная и сердечная мышца, кровоток теснейшим образом реагирует на интенсив-)
ность метаболизма в тканях Например, кровоток в скелетной мышце увеличивается в1
течение нескольких секунд после начала физической нагрузки на мышцу и возвраща-:
ется к исходным величинам сразу после того, как физическая нагрузка прекращается. t
Данный феномен, который проиллюстрирован на рис 8-3, А, называется нагрузоч-
ной, или активной, гиперемией (термин гиперемия означает усиленный кровоток).1?
Должно быть ясно, каким образом активная гиперемия могла возникнуть в результате*
работы механизма обратной локальной метаболической сосудорасширяющей связи
гладкой мускулатуры артериол
Реактивная, или постокклюзионная, гиперемия представляет собой более вы-
сокий, чем в норме, кровоток, временно возникающий после устранения любого пре-
пятствия, которое привело к снижению кровотока (рис 8-3, В) Например, в течение
некоторого времени после снятия жгута с конечности, кровоток в ней выше нормы.
В процесс возникновения реактивной гиперемии могут быть вовлечены как локальные
метаболические, так и миогенные механизмы Выраженность и длительность реактив-
ной гиперемии зависит от длительности и степени непроходимости сосуда (окклюзии),
а также от метаболической активности ткани Эти данные могут быть лучше объясне-
ны накоплением в интерстициальной жидкости метаболитов, обладающих сосудорас-
ширяющим эффектом, во время периода ограничения кровотока В то же время после
артериальной окклюзии, длящейся всего 1 -2 с, может возникнуть неожиданно боль-
шое увеличение кровотока Лучше всего это может быть объяснено миогенной реак-
цией дилатации на уменьшение внутрисосудистого давления и снижение растяжения
стенки артериолы, что отмечается во время окклюзии
За исключением случаев, когда развивается активная и реактивная гиперемия,
почти во всех органах отмечается тенденция к поддержанию постоянного уровня кро-
вотока, несмотря на изменения артериального давления, т е они (органы) обладают
ауторегуляцией кровотока Как показано на рис 8-4, А, резкое увеличение артери-
ального давления обычно сопровождается первоначальным интенсивным возрастани-
ем органного кровотока, который затем постепенно возвращается к норме, несмотря
Период усиленного
Рис 8-3 Реакция кровотока в органе, вызванная локальными механизмами активная и
реактивная гиперемии
на сохраняющийся подъем артериального давления Первоначальное увеличение кро-
вотока на фоне повышения артериального давления можно предсказать, исходя из
основного уравнения гидродинамики (Q=AP/R) Последующее возвращение кровото-
ка к нормальному уровню вызвано постепенным увеличением величины активного то-
нуса артериол и сосудистого сопротивления кровотоку
В конце концов, новое устойчивое состояние достигается лишь при незначитель
ном повышении кровотока, так как увеличенное движущее давление компенсируется
более высоким чем в норме, сосудистым сопротивлением Как и в случае феномена
реактивной гиперемии, ауторегуляция кровотока может осуществляться как с помо-
щью механизмов локальной метаболической обратной связи, так и за счет миогенных
механизмов Сужение артериол, ответственное за реакцию ауторегуляции, показан
ное на рис 8-4, А, например, может быть частично обусловлено (1) «вымыванием»
сосудорасширяющих метаболитов из интерстициального пространства в результате
первоначального усиления кровотока и (2) миогенным увеличением тонуса артериол,
вызванного увеличением сил растяжения, воздействующих на сосудистую стенку при
повышенном давлении
Кроме того существует гипотеза тканевого давления, объясняющая способ-
ность кровотока к ауторегуляции, в соответствии с которой считается, что резкое
увеличение артериального давления влечет за собой транскапиллярную фильтрацию
жидкости и тем самым приводит к постепенному увеличению объема и давления ин-
Длительное увеличение
артериального давления
Среднее артериальное давление, мм рт ст
Рис 8-4 Ауторегуляция органного кровотока
терстициальнои жидкости Преимущественно увеличение экстравазального давле-
ния должно вызывать уменьшение диаметра сосудов в результате их простого сжатия
Такой механизм может быть особенно важен в таких органах, как почки и головной
мозг объемы которых стеснены внешними анатомическими структурами
Хотя на рис 8-4, А это не представлено, механизмы ауторегуляциии действу-
ют в противоположном направлении в ответ на снижение артериального давления
ниже нормы Одно из основных важных следствии деятельности местных механиз-
мов ауторегуляции заключается в том, что кровоток в состоянии покоя во многих
органах обладает тенденцией оставаться близким к норме при широком диапазоне
значении артериального давления Это показано на рис 8-4, В Как мы обсудим
позже, автономная способность определенных органов поддерживать адекватный
кровоток, несмотряйа более низкое, чем в норме, артериальное давление, являет-
ся фактором чрезвычайной важности в таких ситуациях, как шок, обусловленный
кровопотерей
Нервная регуляция тонуса артериол
Симпатические сосудосуживающие волокна. Эти нервные волокна иннерви-
руют артериолы во всех системных органах и являются наиболее важным фактором
рефлекторной регуляции сосудов Эти нервы выделяют норадреналин из своих окон-
чаний в количествах, главным образом, пропорциональных их электрической актив-
ности2 3 Норадреналин вызывает увеличение тонуса артериол после соединения с
а-адренергическими рецепторами гладкомышечных клеток Считается, что норад-
реналин увеличивает сосудистый тонус преимущественно за счет фармакомеханичес-
ких процессов Этот механизм включает связь протеина G а-адренергических рецеп-
торов с фосфолипазой С и последующее освобождение Са2+ из внутриклеточных депо
под воздействием вторичного медиатора ИТФ, как это было показано в фармакомеха-
нической части рис 8-1
Симпатические сосудосуживающие нервы в норме обладают постоянной, или то-
нической «тлеющей», активностью. Эта тоническая активность симпатических со-
судосуживающих нервов приводит к тому, что тонус сократительных мышц артериол
в норме существенно больше, чем их базальный тонус Этот дополнительный компо-
нент сосудистого тонуса называется нейрогенным тонусом Когда интенсивность
импульсаций симпатических сосудосуживающих нервов увеличивается выше нормы,
артериолы спазмируются, что влечет за собой снижение органного кровотока по срав-
нению с нормой Наоборот, вазодилатация и увеличение органного кровотока вызыва-
ется симпатическими сосудосуживающими нервами, если уровень их нормальной то-
нической активности снижен Таким образом, органный кровоток может быть снижен
или увеличен по сравнению с нормой в результате изменения импульсации симпати-
ческих сосудосуживающих волокон
Другие нервные воздействия. Кровеносные сосуды, как правило, не получают
иннервации из парасимпатического отдела вегетативной нервно й системы В то же
время парасимпатические сосудорасширяющие нервы, которые выделяют ацетил-
холин, имеются в сосудах мозга и сердца, но их воздействие на тонус артериол данных
органов является несущественным Парасимпатические сосудорасширяющие нервы
также находятся в сосудах слюнных желез, поджелудочной железы, слизистой обо-
лочки желудка и наружных половых органов В последних они ответственны за рас-
ширение приносящих кровь сосудов, регулирующих эрекцию
' Фармакологические исследования показали, что количество норадреналина, свобождаемого
из симпатических нервов при данном уровне электрической активности, может быто
изменено за счет пресинаптического воздействия множества химических веществ
Освобождение норадреналина из симпатических нервов тормозится при высокой
концентрации внеклеточного К+, аденозина, некотор ых простагландинов, ацетилхолина и
самого норадреналина Ангиотензин может увеличить освобождение норадреналина из
симпатических нервов В настоящее время остается неясным значение данных воздействии
в физиологических условиях
3 Считается, что, помимо норадреналина, симпатические сосудосуживающие нервы в
некоторых тканях освобождают некоторое количество АТФ и нейропептид Y в качестве «ко
медиаторов» Как и норадреналин, данные вещества усиливают сужение сосудов
134___________________________________2ZZ1___________Глава8
Гормональная регуляция тонуса артериол
В обычных условиях воздействие гормонов на сосуды считав гея несущественным =
по сравнению с локальными метаболическими и нервными воздействиями. В то же i
время следует отметить, что наше понимание того, как сердечно-сосудистая система |
функционирует во многих ситуациях, остается неполным. Таким образом, обсуждае-1
мые ниже гормоны могут играть более важную роль в регуляции деятельности сердеч-1
но-сосудистой системы, чем мы думаем. з
Циркулирующие катехоламины. При активации симпатической нервной!
системы надпочечники выделяют в кровоток катехоламины — адреналин и норад~1
реналин. В нормальных условиях уровень в крови данных агентов, возможно, нм
столь высок, чтобы существенно повлиять на деятельность сердечно-сосудистоИ
системы. Однако циркулирующие в крови катехоламины могут оказывать воздей-З
ствие на сердечно-сосудистую систему в условиях (таких как очень интенсивная!
физическая нагрузка или геморрагический шок) высокой активации симпатичеЛ
ской нервной системы. В целом воздействие на сердечно-сосудистую систему высоЛ
кого уровня циркулирующих катехоламинов аналогично непосредственному воз-З
действию активирования симпатического отдела нервной системы, которое мы ужя
обсуждали. Как адреналин, так и норадреналин могут активировать [З-адренерпД
ческие рецепторы сердца, увеличивая частоту сердечных сокращений и сократив
тельную способность миокарда, а также могут активировать а-рецепторы сосудовя
вызывая их сужение. Помимо а-рецепторов, которые опосредуют вазоконстрим
цию, в артериолах многих органов также имеются [3-адренергические рецепторыж
которые опосредуют вазодилатацию4. [3-Рецепторы сосудов более чувствительны Л
адреналину, чем а-рецепторы сосудов, так что низкий уровень адреналина в кровя
может вызвать вазодилатацию, в то время как высокий его уровень вызывает опоев
редованную а-рецепторами вазоконстрикцию. Сосудистые [3-рецепторы не имею®
иннервации и поэтому не активируются в результате освобождения норадреналинЯ
из окончаний симпатических сосудосуживающих нервов. Функциональное значеЛ
ние данных [3-рецепторов сосудов не ясно, поскольку освобождение адреналина изй
надпочечников происходит при увеличении активности симпатического отделяя
когда артериолы претерпевают одновременную прямую нейрогенную вазоконст!
рикцию. 1
Вазопрессин. Этот полипептидный гормон, также известный под названием аня
тидиуретический гормон (АДГ), играет важную роль в гомеостазе внеклеточной жид-|
кости и поступает в кровоток из задней доли гипофиза в ответ на уменьшение внеклеЛ
точного объема и (или) повышение осмолярности внеклеточной жидкости. Вазопрессин]
воздействует на собирательные трубки почек, уменьшая экскрецию воды почкамИЛ
Его функциональная роль в регуляции жидк остного состава организма оказывает неЛ
которые очень важные опосредованные воздействия на сердечно-сосудистую систему!
что будет детально обсуждено в главе 10. Вазопрессин в то же время является актив-1
ным агентом, суживающим артериолы Хотя представляется, что его роль в регуляций!
нормального сосудистого тонуса не слишком велика, непосредственное сосудосужиЛ
вающее действие необычно высокого уровня вазопрессина может быть важным фактор
ром в реакции на определенные нарушения, такие как выраженная потеря крови прй|
кровотечении. ]
4 0-Рецепторы сосудов обозначаются, как Р2-рецепторы и их можноЙТЛИНИТЬ фармакологически^
от Р-рецепторов сердца, которые известны как Р,-рецепторы. ]
F РЕГУЛЯЦИЯ 135
f АнгиотеЙЙВЖЭйгиотёнз'иН И является циркулирующим полипептидом, кото-
t рый регулирует высвобождение альдостерона из коры надпочечников, являясь со-
ставной частью системы, регулирующей содержание натрия в организме. Эта система,
более детально обсуждаемая в главе 10, имеет очень большое значение для регуляции
объема крови. Ангиотензин II является также очень сильным сосудосуживающим аген-
, том. Хотя его тоже не рассматривают как фактор регуляции тонуса артериол в нор-
мальных условиях, но непосредственное сосудосуживающее влияние ангиотензина II
считается важным компонентом общей реакции сердечно-сосудистой системы на вы-
раженную кровопотерю. Также есть убедительные данные о том, что непосредствен-
- ное воздействие ангиотензина II на сосуды может иметь значение во внутрипочечных
механизмах регуляции деятельности почек. Кроме того, ангиотензин II может частич-
но обусловливать патологическую вазоконстрикцию, которая сопровождает многие
формы артериальной гипертензии. Опять же следует отметить, что наши знания о
; многих патологических состояниях — в том числе об артериальной гипертензии —
являются неполными. При этих состояниях могут включаться такие факторы, о суще-
; ствовании которых мы до сих пор пока не знаем.
Регуляция венозного тонуса
Перед тем как обсудить детали регуляции венозного тонуса, напомним, что вену-
лы и вены играют совершенно иную роль в сердечно-сосудистой системе, чем артери-
олы. Артериолы являются входными клапанами, которые регулируют интенсивность
питательного кровотока через органы и отдельные участки их. Соответственно, арте-
риолы обычно находятся под сильным влиянием текущих локальных метаболических
потребностей зоны, где они расположены, в то время как вены не испытывают таких
воздействий. В то же время вены в своей совокупности регулируют распределение
имеющегося объема крови между периферическим и центральным венозными пулами.
Напомним, что центральный объем крови (и следовательно, давление) оказывает су-
щественное воздействие на ударный объем и минутный объем сердца. Соответственно,
при рассуждении о процессах в периферических венах следует, прежде всего, иметь в
виду их влияние на центральное венозное давление и минутный объем.
В стенках вен находится гладкая мускулатура, которая испытывает воздействие
многих факторов, которые оказывают влияние и на гладкую мускулатуру артериол.
Сужение вен (веноконстрикция) в значительной степени определяется активацией их
симпатической иннервации. Как и в артериолах, эти симпатические нервы выделяют
норадреналин, который взаимодействует с а-рецепторами, что приводит к увеличению
венозного тонуса и уменьшению диаметра сосуда. Однако между венами и артериола-
ми есть несколько важных функциональных отличий. По сравнению с артериолами
вены в норме обладают незначительным базальным тонусом. Поэтому в норме вены
находятся в расширенном состоянии. Одним из важных следствий отсутствия базаль-
ного сосудистого тонуса вен является то, что метаболиты с сосудорасширяющим эф-
фектом, которые могут накапливаться в тканях, оказывают слабое влияние на вены.
Из-за того, что у них тонкая стенка, вены гораздо в большей степени чувствитель-
ны к физическим воздействиям, чем артериолы. Существенное влияние внутреннего
венозного давления на диаметр вен обсуждался в главе 7 и это хорошо видно по накоп-
лению крови в венах нижних конечностей при длительном стоянии (как это будет
обсуждено в главе 11). Напомним, что изменения сосудистого сопротивления артери-
... ,л LjjwimB*11
ол (см. рис. 7-6) и, вследствие этого, тонус артериолоказывает непрямое влияние на
диаметр вен Сужение артериол имеет тенденцию понижать венозное давление и тем
самым уменьшать диаметр вен Расширение артериол оказывает противоположное дей-
ствие надиаметр вен
Часто внешние сжимающие силы являются важным фактором, влияющим на ве-
нозный объем Это утверждение особенно справедливо для вен скелетной мускулату-
ры Во время сокращения скелетной мускулатуры в ней развивается очень высокое
давление, что приводит к спадению вен Поскольку в венах и венулах располагаются
однонаправленные клапаны, то кровь во время сокращения скелетной мускулатуры
перемещается в венах только в одном направлении к правому сердцу Фактически рит-
мические сокращения скелетной мускулатуры могут оказать выраженный насосный
эффект, что часто называется насосом скелетной мускулатуры, в результате дея-
тельности которого облегчается возврат крови к сердцу при физической нагрузке
Обзор основных механизмов регуляции
тонуса сосудов
Сосуды подвергаются разнообразным воздействиям, и определенные влияния име-1
ют особенное значение для отдельных органов Однако определенные общие факторы]
преобладают в регуляции тонуса периферических сосудов, если рассмотреть этот про-]
цесс с точки зрения деятельности сердечно-сосудистой системы в целом, эти факторьц
представлены на рис 8-5 1
Рефлекторное
воздействие
Локальное
воздействие
Симптоматические
сосудосуживающие
нервы
Симптоматические
сосудосуживающие
нервы
Рис 8-5 Основные факторы, влияющие на тонус артериол и вен НА — норадреналин,
а-адренергический рецептор Р — давление
Базальный метаболические сосудорасширяющие
факторы и симпатические сосудосуживающие нервы, воздействующие через а-рецеп-
торы, являются основными факторами, регулирующими тонус артериол и, следова-
тельно, кровоток через периферические органы Симпатические сосудосуживающие
нервы, внутрисосудистое давление и внешние сдавливающие силы являются наиболее
значимыми воздействиями на диаметр вен и, соответственно, на объем крови в перифе-
рических органах
Регуляция тонуса сосудов в отдельных
органах
Как станет очевидным из последующих разделов данной главы, конкретные дета-
ли регуляции тонуса сосудов отличаются в различных органах В то же время, с точки
зрения регуляции кровотока, большинство органов может быть расположено в ряду,
где, с одной стороны, будут почти полностью доминировать локальные метаболиче-
ские механизмы а с другой стороны, будут полностью преобладать симпатические
нервы Важные общие функциональные отличия способов регуляции кровотока меж-
ду органами на полюсах данного спектра представлены на рис 8-6
В таких органах, как головной мозг, сердечная и скелетная мышцы нормальный
органный кровоток существенно ниже максимального, поскольку в норме тонус орган-
ных артериол в покое высокий, как это показано на рис 8-6, А Обычно нормальный
кровоток не намного больше необходимого для удовлетворения нормальных метабо-
лических потребностей тканей Как показано на рис 8-6, А, изменения активности
симпатических сосудосуживающих волокон оказывают очень незначительное воздей-
ствие на кровоток в данных органах по сравнению с воздействием, обусловленным
изменением их метаболической активности Увеличение активности симпатических
сосудосуживающих волокон не способно снизить кровоток за счет вазоконстрикции,
так как это воздействие ведет к повышению содержания тканевых сосудорасширяю-
щих метаболитов которые оказывают противоположный эффект и ограничивают умень-
шения кровотока Уменьшение активности симпатических сосудосуживающих воло-
кон, напротив, может вызвать только умеренное увеличение кровотока в данных
органах, так как базальный тонус артериол в них высокий Однако увеличение интен-
сивности метаболических процессов в тканях и образование сосудорасширяющих ве
ществ при метаболизме может вызвать значительное увеличение кровотока в резуль-
тате снижения нормального высокого тонуса артериол
Значительно отличная ситуация наблюдается в почках коже и органах брюшной
полости, как показано на рис 8-6, В Нормальный кровоток в данных органах относи-
тельно высок и обычно существенно превышает минимальные метаболические потреб
ности тканей этих органов, следовательно, концентрация в их тканях сосудорасширя-
ющих метаболитов очень низкая Как показано на рис 8-6, В, увеличение активности
симпатических сосудосуживающих волокон влечет за собой существенное уменьше-
ние кровотока в данных органах Частично это происходит вследствие того, что нор
мальный тонус артериол существенно ниже, чем максимально возможный, а вслед-
ствие того, что симпатическая вазоконстрикция не полностью уравновешивается
локальной метаболической вазодилатацией в данных органах Обычно, даже снижен-
ный в результате симпатической вазоконстрикции кровоток, достаточен для обеспе-
чения основных метаболических потребностей тканей
А (головной мозг, сердце, скелетная мускулатура)
Максимальная
симпатическая
активность
Отсутствие
симпатической
активности
Максимальная
интенсивность
метаболизма
Максимальная
симпатическая
активность
Отсутствие
симпатической
активности
Максимальная
интенсивность
метаболизма
Рис 8-6 Реакция кровотока в органах с преимущественно локальной метаболической (А) и
нейрогенной (В) регуляцией тонуса артериол
В то же время такое снижение кровотока может сократить какую-либо функцию
рассматриваемого органа по поддержанию состава крови, и поэтому снижение крово-
тока может переноситься временно, но не может продолжаться неопределенно долго.
Как показано на рис 8-6, В, кровоток в данных органах увеличивается почти до мак-
симума при отсутствии воздействия симпатических нервов. Отсюда можно сделать
вывод, что артериолы в данных органах обладают незначительным базальным тону-
сом. Однако повышенйеметаболачеСкой активности данных органов оказывает очень
незначительное воздействие на кровоток» поскольку нормальный высокий кровоток
предотвращает накопление сосудорасширяющих метаболитов в концентрациях, спо-
собных изменить тонус артериол. Органы, в которых кровоток регулируется преиму-
щественно симпатическими нервами, в значительной степени участвуют в рефлектор-
ных реакциях сердечно-сосудистой системы, что будет обсуждено в главах 10 и 11.
Коронарный кровоток
Главные правая и левая коронарные артерии, которые снабжают ткани сердца,
являются первыми сосудами, отходящими от аорты. Таким образом, силой, определя-
ющей кровоток в миокарде, является системное артериальное давление, каки в других
системных органах. Большая часть крови, протекающей через ткани миокарда, воз-
вращается в правое предсердие через большую сердечную вену, которая называется
коронарным синусом.
Локальная метаболическая регуляция. Как уже указывалось, коронарный
кровоток, прежде всего, регулируется локальными метаболическими механизмами и
таким образом быстро и точно реагирует на изменения в потреблении кислорода мио-
кардом. У человека в покое ткани миокарда потребляют от 70 до 75% кислорода из
крови, протекающей через них. В крови коронарного синуса в норме содержание кис-
лорода ниже, чем в крови любого другого участка сердечно-сосудистой системы. Из-
влечение кислорода миокардом из крови не может существенно возрасти по сравне-
нию с состоянием покоя.
Следовательно, увеличение потребления кислорода миокардом должно сопро-
вождаться соответственным возрастанием коронарного кровотока. В действительно-
сти коронарный кровоток в норме соответствует потреблению кислорода миокардом
настолько точно, что уровень кислорода в крови коронарного синуса практически не
меняется, несмотря на изменения потребления кислорода тканями миокарда
Какой из метаболических сосудорасширяющих факторов играет доминирующую роль
в регуляции тонуса коронарных артериол, в настоящее время не известно. Многие иссле-
дователи считают, что аденозин, освобождаемой из миокардиальных клеток при недостат-
ке кислорода, может оказывать важное воздействие в качестве локального коронарного
метаболического вазодилататора. Независимо от мелких деталей потребление кислорода
миокардом обладает наиболее важным влиянием на коронарный кровоток.
Систолическое сжатие. Во время сокращения сердечной мышцы в ткани мио-
карда возникают значительные силы и (или) давление Эти интрамиокардиальные силы
оказывают внешнее давление на коронарные сосуды и вызывают их спадение во время
систолы Вследствие этого систолического сжатия и связанного с ним спадения ко-
ронарных сосудов сопротивление коронарных сосудов во время систолы существенно
возрастает В результате, по крайней мере, в большей части миокарда левого желудоч-
ка коронарный кровоток во время систолы меньше, чем во время диастолы, несмотря
на то, что системное артериальное давление (т е коронарное перфузионное давление)
является самым высоким во время систолы Сказанное иллюстрируется графиком кро-
вотока в левой коронарной артерии на рис. 8-7 Систолическое сжатие оказывает
гораздо меньшее влияние на кровоток в миокарде правого желудочка, что видно на
графике кровотока в правой коронарной артерии на рис 8-7 Так происходит потому,
что максимальное систолическое внутрижелудочковое давление существенно ниже в
правом сердце, чем в левом, и силы систолического сжатия в стенке правого желудоч-
ка, соответственно, ниже, чем в стенке левого желудочка.
Кровоток в левой
коронарной артерии
Кровоток в правой
коронарной артерии
Рис 8-7 Фазы кровотока в левой и правой коронарных артериях в зависимости от давления
в аорте и левом желудочке
Силы систолического сжатия, воздействующие на коронарные сосуды, выше в
эндокардиальных (внутренних) слоях стенки левого желудочка, чем в эпикардиаль-
ных слоях3 Таким образом, систолическое сжатие снижает кровоток в эндокардиаль-
ных слоях левого желудочка в большей степени, чем в эпикардиальных слоях В норме
эндокардиальная зона миокарда может компенсировать недостаточный кровоток во
время систолы за счет усиленного кровотока во время диастолы Однако когда коро-
нарный кровоток ограничен — например, при патологии коронарных сосудов и их
стенозе — эндокардиальные слои левого желудочка первыми испытывает трудности с
обеспечением уровня кровотока, соответствующего метаболическим потребностям
тканей Инфаркты миокарда (участки ткани, погибшей в результате дефицита крово-
тока) возникают чаще всего в эндокардиальных слоях левого желудочка
Нервная регуляция коронарного кровотока. Коронарные артериолы густо
иннервированы симпатическими сосудосуживающими волокнами, однако при повы-
шении активности симпатической нервной системы, коронарные артерии в норме ско-
рее расширяются, чем суживаются Это происходит потому, что увеличение симпати-
ческого тонуса увеличивает потребление кислорода миокардом вследствие возрастания
частоты и силы сердечных сокращений Увеличение местных метаболических сосудо-
расширяющих влияний, очевидно, превышает конкурирующее сосудосуживающее
воздействие, обусловленное увеличением активности симпатических сосудосуживаю-
щих нервных окончаний коронарных артериол
5 Считается, что эндокардиальная поверхность левого желудочка испытывает воздействие
внутрижелудочкового давления (=120 мм рт ст во время систолы), в то время как эпикардиальная
поверхность испытывает воздействие только внутригрудного давления (= 0 мм рт ст )
НЕГЛГЛШДИЛ
-i t
ЭксперимёйтйЙВНО’тюХазямсЬ-что данное увеличение активности кардиальных
симпатических нервов вызывает большее увеличение коронарного кровотока при уст
ранении непосредственного сосудосуживающего действия симпатических нервов на
коронарные сосуды с помощью а-адреноблокаторов В то же время представляется,
что симпатические сосудосуживающие нервы не оказывают влияния на коронарный
кровоток, достаточного для изменения механической деятельности нормально рабо-
тающего сердца Вопрос о том, являются ли данные коронарные сосудосуживающие
волокна функционально значимым фактором при определенных патологических ус-
ловиях, остается открытым
Как уже указывалось ранее, коронарные артериолы также получают иннервацию
парасимпатическими сосудорасширяющими волокнами В то же время их роль в регу-
ляции нормального коронарного кровотока считается несущественной
Кровоток в скелетной мускулатуре
В целом масса скелетной мускулатуры составляет 40-45% от общей массы тела —
больше, чем любого иного, отдельно взятого органа тела Даже в состоянии покоя
около 15% минутного объема крови направляется к скелетной мускулатуре, а во вре-
мя интенсивной физической нагрузки скелетные мышцы могут получать до 70% от
минутного объема крови Таким образом, кровоток в скелетной мускулатуре является
важным фактором в общей гемодинамике
Вследствие высокого уровня автономного тонуса сосудистого сопротивления в
скелетной мускулатуре в покое, кровоток на 1 г ткани достаточно низок по сравнению
с соответствующими показателями других органов, например, почек В то же время
кровоток скелетной мускулатуры в покое несколько превышает уровень, необходи-
мый для покрытия ее метаболических потребностей В норме скелетная мускулату-
ра в покое потребляет только 25-30% кислорода, доставляемого к ней артериаль
ной кровью Изменения активности симпатических сосудосуживающих волокон
изменяют кровоток в мышцах в покое
Например, при максимальной симпатической импульсации кровоток мускулату-
ры в покое может снизиться до 1 / от его нормального размера и, соответственно,
наоборот, если полностью устранить нейрогенный сосудистый тонус, то кровоток в
мускулатуре в покое может увеличиться вдвое Такое увеличение кровотока не велико
по сравнению с 20 кратным возрастанием, которое происходит в скелетной мускула-
туре при физическом нагрузке Темне менее, из-за значительной массы ткани измене-
ния сосудистого сопротивления скелетной мускулатуры в покое в результате измене-
ния симпатической активности оказывают большое влияние на рефлекторную
регуляцию артериального давления в целом
Особенно важным свойством скелетной мышцы является очень широкий диапазон
метаболической активности Во время интенсивной физической нагрузки скорость по-
требления кислорода и экстракция его скелетной мышцей могут достигать значительных
величин характерных для миокарда Во многих отношениях факторы, регулирующие
кровоток в скелетной мышце при нагрузке, сходны с теми, которые регулируют коронар-
ный кровоток Локальная метаболическая регуляция тонуса артериол в мышце при физи-
ческой нагрузке является весьма жесткой и потребление кислорода мышцей является
наиболее важным фактором, определяющим кровоток в скелетной мышце при нагрузке
Как будет обсуждено далее в главе 11, реакция сердечно сосудистой системы на
физическую работу мышцы включает общее повышение симпатической активности
Данное увеличение активности симпатических нервов вызывает существенно мень-
i«' ~ Глава8
шее относительное (в процентном отношении) снижение интенсивности кровотока в I
работающей мышце по сравнению с мышцей в покое. Таким образом, считается, что |
физическая нагрузка, так или иначе, тормозит влияние симпатических нервов на то- 1
нус артериол в скелетной мышце. Частично это объясняется наличием выраженных I
локальных метаболических сосудорасширяющих влияний на артериолы работающих а
мышц. Также локальное увеличение концентрации Н+, К+, осмолярности и аденозина 1
может снизить высвобождение норадреналина из окончаний симпатических нервов во 1
время физической нагрузки. Однако остается фактом, что общее увеличение симпати- а
ческой активности, обычно происходящее при физической нагрузке, до определенной Л
степени снижает степень локальной метаболической вазодилатации в работающих мыш- 1
цах. Похоже, что это не оказывает неблагоприятного воздействия на работу мышцы 1
при субмаксимальных усилиях, но максимальный мышечный кровоток, интенсивность Я
поглощения кислорода и работа мышцы уменьшаются в результате активации симпа- я
тической иннервации. 1
Каки в сердце, сокращение мышцы создает в тканях мощные компрессионные силы, Я
которые могут вызвать сжатие сосудов и уменьшить кровоток. Сильное, постоянное I
(тетаническое) сокращение скелетной мышцы может фактически прекратить кровоток Я
в ней. Около 10% от общего объема крови в норме содержится в венах скелетной муску- Я
латуры, и во время ритмических сокращений последних «мышечный насос» эффективно 1
перемещает кровь из вен скелетной мускулатуры. Кровь, вытесненная из скелетной мус- Я
кулатуры в центральный венозный пул, является для всего организма важным гемодина- Я
мическим фактором при интенсивной физической нагрузке. Я
Вены скелетной мускулатуры иннервированы симпатическими сосудосуживаю- Д
щими волокнами достаточно редко, и весьма небольшой объем крови, который может 1
быть мобилизован из скелетной мускулатуры при активации симпатических нервов, я
вероятно, не играет существенной роли в гемодинамике организма в целом. Это резко я
отличается от значительного перемещения крови из мышцы при физической нагрузке Ц
в результате действия механизма мышечного насоса. 1
Мозговой кровоток I
Адекватный мозговой кровоток представляет собой фактор особой важности для 1
выживания организма, поскольку очень быстро после прекращения кровотока в мозге |
наступает потеря сознания. Одним из общих правил функционирования сердечно-со- 1
судистой системы является то, что при любых условиях она стремиться сохранить |
адекватный кровоток в головном мозге 1
В мозге в целом существует почти постоянный уровень метаболической активно- 1
сти, который при пересчете на 1 г вещества почти столь же высок, как и в ткани мио-
карда Представляется, что церебральный кровоток регулируется почти полностью J
локальными механизмами Кровоток мозга подвергается жесткой ауторегуляции, и на ’
него мало влияют колебания артериального давления, пока оно не падает ниже 60 мм .
рт. ст. Когда артериальное давление снижается ниже 60 мм рт. ст., мозговой кровоток
пропорционально уменьшается. В настоящее время остается неизвестным, участвуют
ли в ауторегуляции мозгового кровотока метаболические механизмы или миогенные
механизмы или оба эти варианта.
Предположительно, поскольку общая средняя метаболическая активность тка-
ней мозга колеблется незначительно, общий мозговой кровоток является удивитель-
но постоянным почти в любых условиях. Активность конкретаЫХ отделов мозга в то
же время постоянно изменяется. Вследствие этого кровото|^н^вДеленных отделах
РЕГУЛЯЦИЯ
Т43
... ....1 "— 11
’ т ' • - Sj";
не является пверЙВйМя чутИВГреагирует на локальную активность нейронов. М еха-
низмы, осуществляющие столь строгую локальную регуляцию церебрального крово-
тока, до сих пор в деталях не установлены, но в них, скорее всего, участвуют такие
факторы, как концентрация Н+, К+, О2 и аденозина.
Церебральный кровоток увеличивается всегда, когда парциальное давление дву-
окиси углерода (Рсо2) в артериальной крови превышает норму. Наоборот, мозговой
кровоток снижается, если Рсо2 в артериальной крови уменьшается ниже нормы. Пред-
ставляется, что артериолы мозга реагируют не на изменения Рсо2, а на изменения вне-
клеточной концентрации Н+ (т.е. pH), вызванные изменениями Рсо2. Артериолы мозга
также расширяются, если парциальное давление кислорода (Ро2) в артериальной кро-
ви падает существенно ниже нормальных значений. Более высокий уровень, чем в
норме Ро2, например, в результате ингаляции кислорода, приводит только к небольшо-
му снижению церебрального кровотока.
Хотя церебральные сосуды получают каксимпатические сосудосуживающие, так
и парасимпатические сосудорасширяющие волокна, но в норме мозговой кровоток
меняется очень слабо под влиянием этих факторов. Реакция симпатических сосудосу-
живающих нервов в тоже время считается важным защитным механизмом, предохра-
няющим мозговые сосуды от избыточного пассивного растяжения при внезапном, зна-
чительном увеличении артериального давления.
Уникальность мозговых капилляров заключается в том, что они гораздо в мень-
шей степени проницаемы, чем в других органах, что существенно ограничивает транс-
капиллярное перемещение полярных частиц. Ограничение диффузии и другие специ-
фические метаболические механизмы, связанные с эндотелиальными клетками
мозговых капилляров, создают то, что называется гематоэнцефалическим барье-
ром^ . Благодаря гематоэнцефалическому барьеру, внеклеточное пространство мозга
представляет собой жидкостное пространство, химический состав которого регулиру-
ется независимо от состава плазмы и остальной внеклеточной жидкости организма
Внеклеточное пространство мозга содержит как интерстициальную жидкость, так и
цереброспинальную жидкость (ЦСЖ), которая окружает головной и спинной мозг и
заполняет мозговые желудочки. ЦСЖ образуется из плазмы в результате селектив-
ной секреции (а не простой фильтрации) специализированными тканями, сосудисты-
ми сплетениями, расположенными в желудочках. Этот процесс регулирует химиче-
ский состав ЦСЖ. Интерстициальная жидкость головного мозга получает химический
состав ЦСЖ в процессе обмена путем свободной диффузии.
Гематоэнцефалический барьер защищает клетки мозга от нарушений ионного рав-
новесия в плазме. Также с помощью ограничения и (или) метаболизма в эндотелиаль-
ных клетках он предотвращает воздействие циркулирующих гормонов (и многих ле-
карств) на паренхиматозные клетки мозга и клетки гладкой мускулатуры мозговых
сосудов
Кровоток в органах брюшной полости
Значительное число органов брюшной полости, в том числе органы пищевари-
тельного тракта, селезенка, поджелудочная железа и печень, в целом, получают кро-
воснабжение за счет чревного кровотока. Чревный кровоток поступает к данным
6 Капилляры головного мозга обладают системой специальных переносчиков для глюкозы и не
представляют собой препятствия для диффузии О2 и СО2. Таким образом, гематоэнцефалический
барьер.ЯЁйДОЯичивает перенос питательных веществ в ткань мозга.
органам по многим артериям, но в конечном итоге данная кровь протекает через пе-
чень и возвращается в нижнюю полую вену через печеночные вены
Органы брюшной полости получают около 25% от всего минутного объема крови
в покое и, кроме того, содержат более 20% от циркулирующего оОъема крови Таким
образом, кровоток или объем крови в данном сосудистом регионе оказывает чрезвы-
чайно важное воздействие на деятельность сердечно-сосудистиой системы в целом
Между отдельными органами брюшной полости, и даже их отделами, существуют
значительные функциональные различия Кровоток необходим для осуществления
процессов всасывания и секреции, а также процессов мышечного сокращения в орга-
нах желудочно-кишечного тракта Механизмы регуляции деятельности сосудов орга-
нов брюшной полости не до конца изучены, но известно, что они чрезвычайно разно-
образны Тем не менее, так как большинство органов брюшной полости участвует в
процессе пищеварения и всасывания из пищеварительного тракта, после приема пищи
чревный кровоток возрастает После обильного приема пищи кровоток в органах брюш-
ной полости может увеличиться на 30-100%, но в отдельных органах данной группы
процентное увеличение кровотока может достигать еще больших величин в различные
моменты времени, поскольку они последовательно включаются в процессы пищеваре-
ния и всасывания
В целом в органах брюшной полости отмечается относительно интенсивный крово-
ток, а кислородиз притекающей артериальной крови экстрагируется только на 15-20%
В целом состояние, изображенное на рис 8-6, В, соответствует сосудистому руслу
органов брюшной полости, и симпатическая иннервация играет существенную роль в
его регуляции Артерии и вены всех органов брюшной полости богато иннервированы
симпатическими сосудосуживающими нервами Максимальная активация симпатичес-
ких сосудосуживающих нервов может привести к уменьшению на 80% кровотока в
органах брюшной полости, а также к значительному перемещению крови из органов
брюшной полости в центральный венозный пул У человека значительная часть крови,
мобилизованная из кровотока органов брюшной полости при повышенной симпати-
ческой активации, поступает в результате сокращения вен печени Во многих других
случаях селезенка функционирует как значительный резервуар, из которого кровь
мобилизуется в результате опосредованного симпатическими нервами сокращения глад-
кой мускулатуры, локализующейся в наружной капсуле органа
Почечный кровоток
Почки в норме получают около 20% минутного объема в покое, и поскольку
данная величина может уменьшиться практически до нуля, то регуляция почечного
кровотока является важной для процесса регуляции деятельности всей сердечно-со-
судистой системы Однако так как почки являются небольшими по своим размерам
органами, изменения объема крови, заключенного в почках, не существенны для крово-
обращения в сердечно-сосудистой системе в целом
Хотя сосудистое русло почек является во многих отношениях специализирован-
ным, что представляется важным для функций почек (например, два последователь-
ных раздельных капиллярных русла), но почечный кровоток принципиально регули-
руется так, как показано на рис 8-6В Увеличение симпатической сосудосуживающей
активности может существенно снизить общий почечный кровоток в результате уси-
ления нейрогенного тонуса почечных резистивных сосудов В действительности экст-
ремальные состояния, приводящие к интенсивной и длительной активной симпатиче-
ской вазоконстрикции, могут привести к развитию почечной недостаточности
позволяет поддерживать практически неизмен-
ный почечный кровоток при широком диапазоне показателей артериального давления,
т е. почки обладают очень строгой системой ауторегуляцией Механизм, ответствен-
ный за процесс ауторегуляции почечного кровотока, до сих пор не установлен Были
выдвинуты аргументы миогенной, метаболической гипотезы, а также для теории тка-
невого давления
Однако трудно представить, каким образом значительная метаболическая обрат-
ная связь может существовать в органе, в котором в норме кровоток существенно
превышает метаболические потребности ткани Крайне незначительно выраженная
реактивная гиперемия или ее отсутствие в почках также является аргументом против
существенного влияния локальных сосудорасширяющих факторов на почечные арте-
риолы
Механизмы, ответственные за внутренние процессы регуляции почечного крово-
тока и функцию почек, в настоящее время не установлены В то время как результаты
некоторых исследований предполагают, что простагландины и в какой-то степени внут-
рипочечная ренин-ангиотензиновая система могут участвовать в данном процессе, в
целом система локальной регуляции внутрипочечного кровообращения остается со-
вершенно неизвестной
Сама функция почек обладает колоссальной важностью для деятельности сердеч-
но сосудистой системы в целом, как это будет описано в главе 10
Кровоток в коже
Метаболическая активность клеток организма продуцирует тепло, которое дол-
жно отдаваться, чтобы температура тела оставалась постоянной Кожа является ос-
новной зоной организма, где происходит теплообмен с окружающей средой Измене-
ния кожного кровотока в ответ на различные изменения метаболизма и внешней среды
являются основным механизмом поддержания температурного гомеостаза (Другие
механизмы, такие как мышечная дрожь, потоотделение и одышка, также принимают
участие в регуляции температуры тела в экстремальных ситуациях)
Кожный кровоток, который составляет <5коло 6% от величины минутного объема
крови в покое, может сократиться до1 / от его нормальной величины, если возникает
необходимость сбережения тепла (например, при низкой температуре окружающей
среды, в определенных фазах развития лихорадочной реакции) Напротив, кровоток в
коже может увеличиться в 7 раз по сравнению с нормальным значением при необходи-
мости увеличения теплоотдачи (например, при высокой температуре окружающей
среды, при интенсивном метаболизме, после лихорадки)
Анатомические связи между микрососудами кожи высокоспециализированы и
исключительно сложны Разветвленная сеть соединенных между собой вен, называе-
мая венозным сплетением, в норме содержит основную часть объема располагающей-
ся в коже крови, которые у индивидуумов с незначительной пигментацией кожи при-
дают коже красноватый оттенок В значительной степени отдача тепла кровью в
окружающее пространство осуществляется через обширную площадь венозных спле-
тений Венозные сплетения богато иннервированы симпатическими сосудосуживаю-
щими нервами При активации данных волокон кровь перемещается из венозных спле-
тении, что позволяет снизить теплоотдачу и приводит к побледнению кожи Поскольку
кожа представляет собой один из кречнейп их > > >г т । ре тате спазма ье
нозных сосудов значительная масса крови можег । с mccti 1 м в цс >атьн1 И'еноз
ный пул
Кожные резистивные сосуды также богато иннервированы симпатическими сосу-
досуживающими нервами и, поскольку данные волокна обладают нормальной тони-
ческой активностью, сосуды кожи, регулирующие сопротивление, в норме обладают
высоким нейрогенным тонусом. В целом кровоток в коже соответствует вариантам
реакций, представленным на рис. 8-6, В Когда температура тела поднимается выше
нормы, кровоток в коже рефлекторно возрастает. В определенных зонах (таких, как
кисти рук, уши и нос) вазодилатация возникает исключительно вследствие исчезнове-
ния симпатического сосудосуживающего тонуса. В других областях (таких, как лоб,
предплечья, подбородок, шея и передняя поверхность груди) расширение сосудов кожи,
возникающее по мере согревания тела, существенно превышает то, которое отмечает-
ся просто при устранении симпатического сосудосуживающего тонуса.
Такая «активная» вазодилатация тесно связана с началом процесса потоотделе-
ния в данных зонах. Потовые железы в коже человека иннервируются холинергиче-
скими симпатическими волокнами, которые освобождают ацетилхолин. Стимуля-
ция этих нервов вызывает потоотделение и одновременно выраженное расширение
сосудов кожи. Конкретный механизм данной кожной вазодилатации, связанной с пото-
отделением, остается неясным, так как она не устраняется средствами, блокирующи-
ми сосудистые эффекты ацетилхолина
Длительное время считалось, что данная реакция вызывается локальным образова-
нием брадикинина, вторичным по отношению к активации потовыхжелез. Есть данные,
что вместо этого механизма холинергические симпатические нервы, оканчивающиеся
в потовых железах, могут освобождать не только ацетилхолин, но и неадренергичес-
кий, нехолинергический (НАНХ) сосудорасширяющий комедиатор, который в насто-
ящее время еще не идентифицирован В то время как эти специальные симпатические
нервы являются очень важным фактором для регуляции температуры тела, они не
принимают участия в нормальной постоянной регуляции деятельности сердечно-сосу-
дистой системы
Помимо рефлекторной реакции на изменения температуры тела, кожные сосуды
также реагируют на местную температуру кожи В целом локальное охлаждение ведет
к местному сужению сосудов, а местное повышение температуры вызывает локальное
расширение сосудов Конкретные механизмы этой реакции не известны Если кисть
руки погрузить в ледяную воду, то первоначально возникает почти полное прекраще-
ние кровотока в данной зоне, сочетающееся с сильной болью. Через несколько минут
кровоток в конечности начинает увеличиваться, достигая величин, существенно пре-
вышающих нормальные значения, температура конечности возрастает и боль исчеза-
ет. Этот феномен называется холодовой вазодилатацией При продолжающемся воз-
действии кровоток в кисти руки циклически меняется каждые несколько минут,
колеблясь от периода практически полного отсутствия кровотока до периода вазоди-
латации Механизм холодовой вазодилатации не известен, но предполагается, что нор-
адреналин утрачивает свою способность суживать сосуды по мере того, как их темпе-
ратура снижается до О °C Независимо от конкретного механизма холодовая
вазодилатация, очевидно, защищает ткани от повреждения холодом
При повреждении тканей в результате ожогов, ультрафиолетовой радиации, об-
морожения, контакта с агрессивными веществами и механической травмы возникает
ответная реакция кровотока кожи Классическая реакция называется тройным отве-
том и возникает после энергичного проведения по коже острым предметом. Первым
компонентом данной тройной реакции является появление красной полосы спустя
примерно 15 с непосредственно вдоль участка кожи, которого коснулся острый пред-
мет. Вскоре после этого яркая гиперемия с нечеткими границами появляется пример-
но на протяжении 2 см по сторонам от первичной полосы.
вдоль линии повреждения возникает валик Ме-
ханизмы тройной реакций не известны, но представляется, что освобождение гистами-
на из поврежденных клеток, по крайней мере, частично обусловливает расширение
сосудов по ходу красной полосы и последующее появление отека в виде валика Разли-
тая гиперемия свидетельствуете вовлечении в реакцию нервов в виде некого местного
аксон-рефлекса, поскольку гиперемия появляется немедленно после перерезки кож-
ных нервов, но не возникает после того, как периферические участки перерезанных
нервов подвергаются дегенерации.
Легочный кровоток
Интенсивность кровотока через легкие во всех случаях равняется величине
минутного объема. Когда при физической нагрузке минутный объем увеличивает-
ся, например, в три раза, то легочный кровоток тоже должен возрасти в три раза. В
то время как кровоток через системный орган определяется его сосудистым сопро-
тивлением (Q=AP/R), кровоток через легкие просто зависит от минутного объема
сердца (Q=MO). Легочные сосуды в то же время в действительности обладают
некоторым сопротивлением. Хотя величина сосудистого сопротивления в легких
обычно не влияет на легочный кровоток, она является важным фактором, так как
является одним из компонентов, определяющих величину давления в легочной ар-
терии (is.P=QxR). Напомним, что среднее давление в легочной артерии составляет
около 13 мм рт ст., в то время как среднее системное артериальное давление рав-
няется примерно 100 мм рт. ст Причина различия в величинах между системным и
легочным артериальным давлением заключается не в том, что правое сердце сла-
бее, чем левое, но скорее в том, что сопротивление сосудов легких исходно гораздо
ниже общего периферического сосудистого сопротивления. В сосудистой системе
легких сопротивление гораздо ниже, поскольку диаметр ее сосудов сравнительно
больше
Очень важное различие между системными и легочными артериями и артериола-
ми заключается в том, что легочные сосуды^в своей стенке содержат меньшее количе-
ство мышечных элементов и они более растяжимы. Когда легочное артериальное дав-
ление возрастает, легочные артерии и артериолы увеличиваются в диаметре.
Таким образом, увеличение давления в легочной артерии приводит к снижению
сопротивления сосудов легких. Этот феномен является чрезвычайно важным, так как
он ограничивает рост давления в легочной артерии, что происходит при увеличении
минутного объема сердца
Наиболее важной активной реакцией сосудов легких является гипоксический
спазм легочных артериол. Вспомним, что системные артериолы расширяются, реаги-
руя на низкое значение Ро2. Механизм, который вызывает противоположную реакцию
легочных сосудов, остается неясным. На современном уровне знаний предполагается,
что локальный синтез простагландинов может принимать участие в реакции гипокси-
ческого спазма сосудов в легких Независимо от конкретного механизма гипоксиче-
ский спазм сосудов весьма важен для эффективного легочного газообмена, поскольку
он переориентирует кровоток из недостаточно вентилируемых областей легких Соот-
ветственно наилучшим образом вентилируемые области легких также получают мак-
симальный кровоток. Преимущественно вследствие гипоксического спазма артериол,
общая гипоксия организма (как например, на большой высоте над уровнем моря) вы-
зывает увеличение сопротивления легочных сосудов и легочную артериальную ги-
пертензию.
148
Глава 8
Как легочные артерии, так и вены иннервируются симпатическими сосудосужива-
ющими волокнами, но рефлекторные влияния на легочные сосуды представляются
гораздо менее важными, чем физические воздействия или локальная гипоксия. Для
сердечно-сосудистой системы легочные вены являются функциональным резервуа-
ром крови, и симпатическая вазоконстрикция легочных вен может быть существенной
для мобилизации данного объема крови при общих стрессовых состояниях сердечно-
сосудистой системы.
Следствием низкого среднего давления в легочных артериях является низкое гид-
ростатическое давление в легочных капиллярах, составляющее около 8 мм рт. ст. (по
сравнению с 25 мм рт ст в системных капиллярах) Поскольку онкотическое давле-
ние плазмы в легочных капиллярах составляет около 25 мм рт. ст , как и во всех
капиллярах, то появляется желание сделать вывод, что транскапиллярные силы в лег-
ких будут вызывать постоянную реабсорбцию жидкости Тем не менее, это не так,
поскольку легкие, как и другие ткани, постоянно продуцируют некоторое количество
лимфы, для образования лимфатической жидкости требуется существование резуль-
тирующей капиллярной фильтрации Это возможно, несмотря на необычно низкий
уровень гидростатического давления в легочных капиллярах, поскольку интерстици-
альная жидкость легких содержит белок в необычно высокой концентрации, что обус-
ловливает высокое онкотическое давление
Начало легочного кровообращения при рождении. Газообмен плода цели-
ком осуществляется в плаценте, а кровообращение у плода полностью минует легкие.
Кровьне поступает в легочную артерию, так как сосудистое сопротивление в спавших-
ся легких плода является очень высоким Правое и левое сердце плода фактически
функционирует параллельно, прогоняя кровь через системные органы и плаценту.
Как показано на рис 8-8, А, кровь плода, возвращающаяся из системных органов и
плаценты, заполняет и правое, и левое сердце одновременно из-за наличия в межпред-
сердной перегородке отверстия, которое называется овальным окном
Рис 8-8 Кровообращение плода в фазе наполнения (А) и во время фазы изгнания (В) ПП —
правое предсердие; ЛП — левое предсердие, ПЖ — правый желудочек. ЛЖ — левый
желудочек, ПВ — полые вены; ЛВ — легочные вены; А — аорта; ЛА — легочные артерии.
JTJU1 etfUUjyu,
Кровь TLasiEljjfe^iy^^a^S^q пряным сердцем, не поступает в нефункциони-
рующее сосудистоерусло легких, а направляется в аорту через сосудистое соединение
между легочной артерией и аортой, которое называется артериальным протоком
(рис. 8-8, А).
С началом легочной вентиляции при рождении возникает резкое падение величи-
ны сосудистого сопротивления в легких. Это событие позволяет крови начать посту-
пать в легкие из легочной артерии, что вызывает снижение легочного артериального
давления.
Между тем общее системное сосудистое сопротивление значительно возрастает
из-за прекращения кровотока через плаценту. Это приводит к увеличению давления в
аорте, что тормозит движение крови через артериальный проток или делает его на-
правление противоположным. Благодаря механизмам, которые в настоящее время не
до конца ясны, но совершенно отчетливо связаны с увеличением напряжения кисло-
рода в крови, артериальный проток постепенно спазмируется и полностью закрывает-
ся в течение промежутка времени, в норме составляющего от нескольких часов до
нескольких дней
Изменения кровообращения, которые возникают при рождении, одновременно
увеличивают постнагрузку давлением на левое сердце и уменьшают постнагрузку пра-
вого сердца. Косвенным образом это вызывает увеличение давления в левом предсер-
дии по сравнению с правым предсердием, так что градиент давления для кровотока
через овальное окно изменяется. Обратный поток крови через овальное окно в то же
время предотвращается створками клапана на стороне овального окна обращенной в
левое предсердие. В норме овальное окно, в конце концов, закрывается в результате
непрерывного роста фиброзной ткани.
Контрольные вопросы: 35-41.
ГЛАВА 9
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ВЕНОЗНОЕ
ДАВЛЕНИЕ КАК
ПОКАЗАТЕЛЬ СОСТОЯНИЯ
КРОВООБРАЩЕНИЯ
Цели
Студент понимает, каким образом величина центрального венозного давления
может быть использована для оценки состояния системы кровообращения и как взаи-
мосвязаны венозный возврат, минутный объем и центральное венозное давление:
1. Дает определение венозного возврата и объясняет, чем он отличается от минут-
ного объема
2. Указывает причину, почему минутный объем и венозный возврат при устойчи-
вом состоянии кровообращения должны быть равны между собой
3. Перечисляет факторы, которые регулируют венозный возврат
4. Описывает взаимоотношения между венозным возвратом и центральным веноз-
ным давлением и способен нарисовать нормальную кривую венозного возврата.
5. Дает определение периферического венозного давления
6. Перечисляет факторы, которые определяют периферическое венозное давление.
7. Предполагает сдвиги кривой венозного возврата, которые возникают при изме-
нении объема крови и тонуса вен
8. Описывает, каким образом минутный объем левого сердца соотносится с анало-
гичной величиной, характерной для правого сердца
9. Рисует нормальные кривые венозного возврата и минутного объема на графике и
описывает значение точки пересечения кривых
10. Предполагает, каким образом изменятся в норме величины венозного возврата,
минутного объема и центрального венозного давления при любом заданном со-
четании изменений показателей симпатического тонуса сердца, симпатическо-
го тонуса периферических вен и объема циркулирующей крови.
11. Указывает возможные условия, при которых могут отмечаться патологически
высокие или низкие величины центрального венозного давления.
Любые изменение, которые затрагивают один компонент сердечно-сосудистой
системы, приводят к гемодинамическим изменениям всей системы. Например, увели-
чение тонуса периферических'вен обычно ведет к увеличению минутного объема.
В данной главе мы опишем взаимодействия, которые происходят между сердцем и
периферическим сосудистым руслом в венозной части циркуляции и каким образом
измерение центрального венозного давления может дать информацию о деятельности
системы кровообращения.
Напомним, что мы описывали пространство, называемое центральным веноз-
ным пулом, которое приблизительно соответствует объему крови, находящемуся в
полости правого предсердия и в крупных венах грудной клетки Кровь покидает цен-
тральный венозный пул, поступая в правый желудочек с объемной скоростью, равной
величине минутного объема Венозный возврат, напротив, по определению, пред-
ставляет собой объемную скорость, с которой кровь возвращается в грудную клетку
из периферического сосудистого русла и, таким образом, является скоростью, с кото-
рой кровь поступает в центральный венозный пул. Важное различие между венозным
возвратом в центральный венозный пул и минутным объемом, выходящим из цент-
рального венозного пула, представлено на рис. 9-1.
Рис 9-1 Различия между минутным объемом и венозным возвратом
При любом стабильном состоянии венозный возврат должен быть равен минутно-
му объему крови или в противном случае кровь будет постоянно накапливаться в цен-
тральном венозном пуле или в периферическом сосудистом русле Однако часто суще-
ствуют временные отличия между величинами минутного объема и венозного возврата
Если существуют эти отличия, объем центрального венозного пула должен изменять-
ся Поскольку центральный венозный пул заключен в сосуды, обладающие эластиче-
скими свойствами, то любое изменение центрального венозного объема приводит к
соответствующим изменениям центрального венозного давления
Мы обсуждали в главе 4, как любое изменение центрального венозного давления
приводит к изменению минутного объема (закон Франка—Старлинга) В данной главе
мы покажем, как изменения центрального венозного давления изменяют и венозный
возврат. Таким образом, какие бы факторы не действовали на сердце, вызывая измене-
ние минутного объема, изменение центрального венозного давления автоматически
приводит к возникновению соответствующих измененнй венозного возврата. Наобо-
рот, при любом изменении под действием периферических сосудистых факторов
нозного возврата, изменения центрального венозного давления автоматически привоя
дят к соответствующим изменениям минутного объема. Для более полного понимания
данных концепций мы должны вначале понять, каким образом центральное венозной
давление влияет на венозный возврат. s
Кривая венозного возврата
Основные факторы, участвующие в процессе венозного возврата крови, суммам
но представлены на рис. 9-2, А.
В основе обсуждаемого вопроса лежит тот факт, что кровь, притекающая из пери-
ферического венозного пула в центральный венозный пул, проходит через сходящие'
ся сосуды Анатомически периферический венозный пул рассыпан по системным орга
Грудная клетка
Из
капилляров
' Венозный возврат । /
7 Pf3V = Г PCV
7 мм рт. сту-----------——=—х uv
| Внутригрудное давление
। ---------- мм рт. ст.
Через сердце
I — J
Г ипертрофический
венозный пул.
----> Центральный
Венозное венозный пул
Центральное венозное давление, мм рт. ст.
Рис 9-2 А — факторы, влияющие па венозный возврат, В — кривая венозного возврата
нам тела, но-функционально его можно рассматривать как единое сосудистое про-
странство, в котором отмечается определенное давление (Ppv) в каждый конкретный
момент времени. Интенсивность кровотока между периферическим венозным пулом
и центральным венозным пулом определяется основным уравнением гидродинамики
(Q= ДР/R), где ДР— это величина, на которую давление падает между периферичес-
ким и центральным венозным пулом, a R — это небольшое сопротивление перифери-
ческих вен.
На примере рис 9-2 величина периферического венозного давления составляет 7
мм рт. ст. Таким образом, венозного возврата совсем не будет, если центральное веноз-
ное давление (Pcv) также будет составлять 7 мм рт. ст Этот случай графически пред-
ставлен на рис. 9-2, В, точкой пересечения между кривой венозного возврата и осью
центрального венозного давления на уровне 7 мм рт. ст. Если периферическое веноз-
ное давление сохраняет значение 7 мм рт. ст., тогда снижение центрального венозного
давления приведет к увеличению разности давления на полюсах венозного сопротивле-
ния и тем самым вызовет увеличение венозного возврата.
Эта взаимосвязь суммарно представлена кривой венозного возврата, показыва-
ющей, каким образом венозный возврат увеличивается по мере падения центрального
венозного давления1. Если центральное венозное давление достигает очень низких
значений и падает ниже внутригрудного давления, то вены, проходящие в грудной
полости, спадаются, что ограничивает венозный возврат. На примере рис. 9-2 приня-
то, что величина внутригрудного давления равна 0 мм рт ст. и плоская часть кривой
венозного возврата указывает, что снижение центрального венозного давления менее
О мм рт. ст. не приведет к дополнительному увеличению венозного возврата.
Так же как функциональные кривые сердца показывают, каким образом цент-
ральное венозное давление влияет на величину минутного объема, на кривой венозно-
го возврата показано, каким образом центральное венозное давление оказывает воз-
действие на венозный возврат, если остальные факторы остаются без изменений.
Влияние периферического венозного
4
давления на венозный возврат
Как можно понять из рис 9-2. А, именно разность давлений между перифериче-
ским и центральным венозными пулами определяет величину венозного возврата По-
этому повышение периферического венозного давления может столь же эффективно
увеличивать венозный возврат, как и снижение центрального венозного давления
Два пути изменения периферического венозного давления были обсуждены в гла-
ве 7 Во-первых, поскольку вены являются эластичными сосудами, изменения объема
крови, содержащегося в периферических венах, влияет на периферическое венозное
1 Петля кривой венозного возврата зависит от величины сопротивления венозных сосудов
Снижение сопротивления венозных сосудов будет вести к повышению на графике уровня
кривой венозного возврата, делать ее более крутой, поскольку больший венозный возврат
будет соответствовать данной разности Ppv и Рср Однако, если Рп равняется 7 мм рт ст то
венозный возврат будет равен нулю при Pcv=7 мм рт ст при любом уровне сопротивления
венозных сосудов (Q=\P/R) Мы сочли возможным пренебречь осложняющим фактором
изменения сопротивления венозных сосудов, так как он не влияет на общие выводы, которые
можно сделать из обсуждения кривых венозного возврата
давление. Более того, поскольку вены гораздо более растяжимы, чем Любой другой
участок сосудистого русла, то изменения объема циркулирующей крови приводят к
более выраженным изменениям объема крови в венах, чем в любом другом участке
сосудистого русла Например, кровопотеря в результате кровотечения или утрата
жидкости организмом в результате интенсивного потоотделения, рвоты или диареи
уменьшит объем циркулирующей крови и существенно снизит объем крови, содержа-,
щийся в венах, а также снизит периферическое венозное давление. Наоборот, транс-
фузия, задержка жидкости почками или транскапиллярная реабсорбция жидкости,
увеличат объем циркулирующей крови и увеличат венозный объем крови. Во всех:
случаях, когда возрастает объем крови, периферическое венозноедавление также воз-
растает. '
Вспомним из главы 7, что второй путь изменения периферического венозного:
давления заключается в изменении венозного тонуса путем повышения или снижения
активности симпатических сосудосуживающих нервов, иннервирующих гладкую му-
скулатуру вен. Периферическое венозное давление возрастает во всех случаях, когда
увеличивается активность симпатических Сосудосуживающих волокон в венах. Кроме<
того, увеличение любой силы, сдавливающей вены извне, создает тот же эффект на
внутреннее давление в венах, как и повышенный тонус вен Таким образом, такие фак-
торы, как физическая нагрузка и ношение эластических носков увеличивают перифе-
рическое венозное давление.
Во всех случаях изменения периферического венозного давления, взаимосвязь
между центральным венозным давлением и венозным возвратом также изменяются.,
Например, во всех случаях повышения периферического венозного давления в резуль-
тате увеличения объема крови или при стимуляции симпатических волокон кривая
венозного возврата сдвигается вверх и вправо, как показано на рис 9-3. Эту взаимо-^
связь проще понять, если обратить, прежде всего, внимание на такую величину цент-
рального венозного давления, при которой венозный возврат отсутствует.
Центральное венозное давление, мм рт. ст.
Рис 9-3 Влияние объема крови и тонуса вен на кривые венозного возврата
Когда периферическое Деление равняется 7 мм рт. ст., венозный воз-
врат равняется О, если центральное венозное давление составляет 7 мм рт. ст. Если
периферическое венозное давление увеличивается до 10 мм рт. ст., отмечается суще-
ственный возврат при центральном венозном давлении, равном 7 мм рт. ст., венозный
возврат прекращается, только если центральное венозное давление возрастает до
10 мм рт. ст. Таким образом, увеличение периферического венозного давления сдвига-
ет в целом кривую венозного возврата вправо
Аналогичное снижение периферического венозного давления в результате крово-
потери или снижения симпатического тонуса периферических вен сдвинает кривую
венозного возврата влево, как это показано на рис. 9-3.
Определение минутного объема
и венозного возврата центральным
венозным давлением
Значение того факта, что центральное венозное давление оказывает воздействие
одновременно ина минутный объем, и на венозный возврат, может быть лучше всего
показано при совмещении на одном графике кривой минутного объема (кривая Фран-
ка—Старлинга) и кривой венозного возврата, как это сделано на рис. 9-4.
Центральное венозное давление, как определялось ранее, является давлением
наполнения правого сердца. Строго говоря, данное давление непосредственно влияет
только на ударный объем и минутный объем правого сердца. Однако часто в контексте
термин «минутный объем» относится к объему, изгоняемому из левого желудочка.
Центральное венозное давление, мм рт. ст.
Рис 9-4 Взаимосвязь между минутным объемом сердца и венозным возвратом за счет
центрального венозного давления
Как же тогда получается, как уже часто ранее указывалось, что центральное венозное |
давление (наполняющее давление правого сердца) существенно влияет на минутный |
объем (выброс левого сердца)? 5
Краткий ответ заключается в том, что в устойчивом состоянии выброс правого и 1
левого сердца равны между собой. (Поскольку правое и левое сердце всегда сокраща- |
ются с одинаковой частотой, то подразумевается, что в устойчивом состоянии их удар- |
ные объемы равны между собой). Правильный ответ заключается в том, что изменения Д
центрального венозного давления автоматически вызывает существенные параллель-1
ные изменения величины давления наполнения левого сердца (т.е. давления в левом 1
предсердии). Рассмотрите, например, следующий каскад изменений в сердце, вызван-1
ный небольшим увеличением цифр центрального венозного давления: I
1. Повышение центрального венозного давления. |
2. Увеличение ударного объема правого желудочка в соответствии с законом Стар- |
линга. I
3. Увеличение минутного объема правого сердца. 1
4. Временное преобладание минутного объема правого сердца над минутным объ-1
емом левого сердца. |
5. На протяжении всего периода существования данной дисгармонии, кровь накап- j
ливается в сосудистом русле легких, что приводит к возрастанию венозного ]
давления в легких и давления в левом предсердии. |
6. Повышение давления в левом предсердии увеличивает ударный объем левого 1
желудочка в соответствии с законом Старлинга. I
7. Очень быстро достигается новое устойчивое состояние, когда давление в левом 1
предсердии повышается до такой степени, чтобы сделать ударный объем левого |
желудочка равным увеличенному ударному объему правого желудочка. 1
Наиболее важным выводом здесь является то, что давление в левом предсердии |
автоматически изменяется в направлении, необходимом для того, чтобы возникло со- ।
ответствие между ударным объемом левого желудочка и ударным объемом правого 1
желудочка в данный момент. Соответственно, допустимым упрощением будет сказать, %
что центральное венозное давление влияет на минутный объем, как если бы сердце 1
состояло только из одного насоса. i
Обратите внимание, что на рис. 9-4 минутный объем и венозный возврат равны ,
между собой (величина 5л/мин), только если центральное венозное давление составля- '
ет 2 мм рт. ст. Если бы центральное венозное давление снизилосьпо какой-то причине до
Омм рт. ст., то минутный объем сократился бы (до 2 л/ мин), а венозный возврат увели-
чился бы (до 7 л/мин). При венозном возврате 7 л/ мин и минутном объеме 2 л/мин
объем центрального венозного пула неизбежно увеличился бы, и это привело к про-
грессирующему увеличению центрального венозного давления.
Таким образом, центральное венозное давление вернулось бы к исходной величине
(2 мм рт. ст.) за очень короткий промежуток времени. Наоборот, если бы центральное
венозное давление увеличилось по любой причине с 2 до 4 мм рт. ст., венозный возврат
снизился бы (до 3 л/мин), а минутный объем увеличился бы (до 7 л/мин). Это быстро
снизило бы объем крови в центральном венозном пуле, а центральное венозное давление
вскоре упало бы до своего исходного уровня. Сердечно-сосудистая система автоматичес-
ки приспосабливается к работе в точке пересечения кривых минутного объема и венозно-
го возврата. Величина центрального венозного давления всегда исходно стремится к
равновесному значению, при котором величины минутного объема и венозного воз-
врата равны. Значение минутного объема (и венозного возврата) всегда стабилизи-
руется на уровне пересечения кривых минутного объема и венозного возврата.
Для того чтобы выполнить сВОю гомеостатическую роль в организме, сердечно-
сосудистая система должна быть Готова кизменению величины минутного объема. Вспом-
ним из главы 4, что на минутный объем влияет не только давление наполнения сердца и
что в любой момент сердце может функционировать в соответствии с любой из разнооб-
разных кривых минутного объема в зависимости от уровня возбуждения симпатических
нервов сердца (см. рис. 4-10). Группу кривых минутного объема сердца можно совме-
стить на графике с кривыми венозного возврата, как показано на рис. 9-5. В определен-
ный момент влияние различных факторов на сердце заставляет его работать в соответ-
ствии с конкретной кривой минутного объема и, аналогично, существующее воздействие
на периферическое венозное давление ведет к реализации конкретной кривой венозно-
го возврата. Таким образом, воздействие различных факторов на сердце и на перифе-
рическое сосудистое русло определяет, где пересекутся кривые минутного объема и
венозного возврата и, соответственно, какая величина центрального венозного давле-
ния и минутного объема (и венозного возврата) будут соответствовать точке равнове-
сия.
Центральное венозное давление, мм рт. ст.
Рис 9-5 Кривые минутного объема и венозноного возврата
В нормальной сердечно-сосудистой системе величина минутного объема может
увеличиться, если точка пересечения кривых минутного объема и венозного возврата
переместится вверх. Все изменения величины минутного объема вызваны сдвигом
кривой минутного объема, сдвигом кривой венозного возврата или и тем и другим
вместе.
Кривые минутного объема и венозного возврата полезны для понимания сложных
взаимоотношений в сердечно-сосудистой системе в норме. С помощью рис. 9-6 давайте
решим, например, что произойдет с сердечно-сосудистой системой при значительной кро-
вопотере (в результате кровотечения). Допустим, что перед кровотечением симпатиче-
ский тонус сердца и периферических сосудов был нормальным, как и первоначальный
объем крови в организме, поэтому минутный объем соотносится с центральным венозным
давлением, как показано на «нормальной» кривой минутного объема на рис. 9-6.
158
Глава!)
Центральное венозное давление, мм рт. ст
Рис 9-6 Сердечно сосудистое влияние на кровотечение
Кроме того, венозный возврат определяется центральным венозным давлением В
соответствии с «нормальной» кривой венозного возврата Нормальные кривые минут-
ного объема и венозного возврата пересекаются в точке А, так что минутный объема
равен величине 5л/мин, а центральное венозное давление равняется 2 мм рт ст Пр»
уменьшении объема крови, обусловленном кровопотерей, периферическое венозное
давление падает, а кривая венозного возврата сдвигается влево ,
При отсутствии каких-либо реакций со стороны сердечно-сосудистой систем^
последняя должна переключить свою деятельность в точку В, поскольку именно она
является точкой пересечения кривой минутного объема и новой кривой венозного,
возврата В момент кровопотери кривая венозного возврата сдвигается и венозный,
возврат падает ниже минутного объема при величине центрального венозного давле-
ния в 2мм рт ст Это приводит к существенному уменьшению объема центрального
венозного пула и давления.в нем, что вызывает сдвиг режима функционирования из
точки А в точку В Обратите внимание при сравнении точек А и В на рис 9~6, что
кровопотеря сама по себе снижает минутный объем и центральное венозное давление
за счет смещения кривой венозного возврата
Уменьшение минутного объема ниже нормы активирует ряд компенсаторных ме-
ханизмов сердечно-сосудистой системы, целью которых является возврат минутного
объема к величинам, более соответствующим норме Одним из этих компенсаторных
механизмов является увеличение активности симпатических нервов сердца, что пере-
носит функционирование сердца на уровень кривой, имеющей более высокий уровень,
чем в норме
Влияние повышенной активности симпатической иннервации сердца можно про-
иллюстрировать сдвигом режима функционирования сердечно-сосудистой системы из
точки В в точку С Сама по себе увеличенная активность симпатической иннервации
сердца приводит к увеличению минутного объема (с 3 до 4 л/мин), но вызывает даль-
нейшее снижение цифр центрального венозного давлеиия.ЭТ£Падение центрального
WBllFAJIDHUC*
венозного -уяк как точки В и С лежат на одной и той же кривой
венозного возврата. Симпатические нервы сердца не оказывают воздействия на кри-
вую венозного возврата2.
Дополнительный компенсаторный механизм, включающийся при кровопотере,
заключается в увеличении активности симпатической иннервации вен Напомним, что
это ведет к увеличению периферического венозного давления и сдвигает кривую веноз-
ного возврата вправо Поэтому увеличение активности симпатических нервов вен сдви-
гает кривую венозного возврата, первоначально снизившуюся из-за кровопотери, на-
зад к нормальному уровню Вследствие увеличения периферического венозного тонуса
и сдвига к более близким к норме значениям кривой венозного возврата режим функ-
ционирования сердечно-сосудистой системы перемещается из точки С в точку D на
рис 9-6 Таким образом, сужение периферических вен увеличивает минутный объем
за счет увеличения центрального венозного давления и смещения режима функциони-
рования сердца вверх по фиксированной функциональной кривой сердца
Следует подчеркнуть, что попытка разделить реакцию на кровотечение на отдель-
ные последовательные шаги (те от А к В, С и D) является условным для оценки
отдельных эффектов разнообразных процессов, участвующих в общей реакции на кро-
вопотерю В реальности рефлекторные венозные и сердечные реакции происходят
одновременно и с такой скоростью, что они с легкостью компенсируют кровопотерю,
как только она возникает Таким образом, истинный процесс результирующей реак-
ции больного на кровотечение будет соответствовать почти прямой линии из точки А
в точку D
В целом, точка D иллюстрирует, что нормальный минутный объем может поддер-
живаться на фоне кровопотери в результате суммарного эффекта периферических и
кардиальных компенсаторных механизмов Кровотечение является лишь одним при-
мером из бесконечного множества нарушений в сердечно-сосудистой системе Такие
совмещения графиков, как на рис 9-6, очень полезны для понимания многих наруше-
ний деятельности сердечно-сосудистой системы и путей их компенсации
Клиническое значение отклонений
центрального венозного давления
Хотя клинически у нас нет возможности реально построить кривые минутного
объема или венозного возврата, но мы можем получить важную информацию о
состоянии кровообращения у больного при измерении центрального венозного дав-
ления Как мы только что показали, венозный возврат и минутный объем взаимно
влияют друг на друга, определяя центральное венозное давление в данный момент
времени
Кроме того, наполнение сердечно-сосудистой системы (т е объем крови) являет-
ся одним из главных факторов, определяющих положение кривой венозного возврата
Поэтому, если у больного отмечается патологически высокое центральное венозное
давление, то у него или существенно снижен минутный объем, или значительно увели-
чен объем крови (или отмечается и то и другое) Напротив если у больного патологи-
2 Венозный возврат больше в точке С, чем в точке В, но кривая венозного возврата не
переместилась.
чески низкое центральное венозное давление, то у него или существенно повышен
минутный объем, или значительно снижен объем крови (или отмечается и то и дру;
гое)3
Приблизительное определение центрального венозного давления может быть лег-
ко проведено при исследовании наружных яремных вен. Поскольку сила тяжести под-
держивает вены головы и шеи в спавшемся состоянии при вертикальном положении,
при осмотре вен шеи не должно быть видно их растяжения (или ретроградной пульса-j
ции при сокращениях предсердия) Наоборот, когда человек находится в горизонталь-^
ном положении, вены шеи наполнены, и пульсация легко определяется.
Так как нормальное центральное венозное давление составляет около 2 мм рт. ст.’
(7 см вод ст ), то вены будут наполнены на высоте около 7 см выше границы правого
предсердия. Если здорового человека поместить в полугоризонтальное положений
так что наружные яремные вены будут находиться на высоте 7 см над правым предсер-
днем, то можно увидеть границу между спавшимся участком вен и участком, наполнена
ным кровью При патологически высоком центральном венозном давлении на шее бу-
дет заметно растяжение вен на более высоком уровне (возможно, даже в вертикальном^
положении)
Из-за диагностической значимости в критических ситуациях, центральное вено#-,
ное давление часто мониторируется с помощью катетера, введенного в перифериче-
скую вену и проведенного в центральном направлении, так что его конец находится В
центральном венозном пуле (т е в правом предсердии или около него) В некоторый
случаях необходимо оценить давление в левом предсердии, которое является давлени-
ем наполнения левого сердца
Это обычно выполняют с помощью специального направляемого по току кров1
венозного катетера, у которого на конце находится небольшой надутый баллончик,'
помощью которого катетер протаскивается током крови через правый желудочек I
легочной клапан в легочную артерию Воздух из баллона потом выпускается, а канюл-
продвигается вперед, пока ее конец не достигает терминальной ветви легочного сосу
дистого русла Величина «легочного конечного давления», которая регистрируется I
данном случае, дает возможность получить важный показатель давления в левом пред-
сердии ;
Контрольные вопросы: 42-44
3 Однако нормальная величина центрального венозного давления не обязательно означает,
что минутный объем и объем крови соответствуют норме Как легко заметить при изучении
кривых на рис 9-5, одновременные сдвиги вверх или вниз как кривой венозного возврата,
так и кривой минутного объема могут сопровождаться минимальными изменениями
центрального венозного давления или полным отсутствием таких изменений
a J » tAfrj «
ГЛАВА 10
РЕГУЛЯЦИЯ
АРТЕРИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Цели
Студент понимает механизмы, участвующие в непосредственной регуляции ар-
териального давления-
1. Описывает чувствительные рецепторы, афферентные пути, центральные отде-
лы анализатора, эфферентные пути и эффекторные органы, которые принима-
ют участие в образовании артериальной барорецепторной дуги.
2. Указывает локализацию артериальных барорецепторов и описывает их деятель-
ность
3. Описывает, каким образом измененижактивности прессорного и депрессорно-
го отделов сосудодвигательного центра продолговатого мозга влияют на ак-
тивность симпатических и парасимпатических преганглионарных волокон
4. Описывает, как изменения афферентной импульсации артериальных бароре-
цепторов влияют на активность прессорного и депрессорного отделов сосу-
додвигательного центра продолговатого мозга
5. Описывает, как симпатические и парасимпатические влияния сосудодвигатель-
ного центра продолговатого мозга изменяются в зависимости от величины
артериального давления
6. Схематически представляет последовательность событий, запускаемых арте-
риальным барорецепторным рефлексом для компенсации изменений уровня
артериального давления
7. Описывает, каким образом импульсы, поступающие в сосудодвигательный
центр продолговатого мозга от сердечно-легочных барорецепторов, арте-
риальных и центральных хеморецепторов, рецепторов скелетной мускула-
туры, коры головного мозга и гипоталамуса, влияют на симпатическую и
парасимпатическую активность, а также на среднее артериальное давле-
ние.
8. Указывает и описывает механизмы, участвующие в рефлексе Вёэольда-Яриша,
реакции на ишемию мозга, рефлексе Кушинга, реакции тревоги, смущения,
вазовагальных обмороков, рефлексе ныряльщика и реакции сердечно-сосуди-
стой системы, связанные с эмоциями и болью.
9. Графически изображает взаимоотношения между средним артериальным дав-
лением и активностью симпатических нервов, что отражает целостную функ-
цию (1) сердца и периферических сосудов и (2) артериальных барорецепторов
и сосудодвигательного центра продолговатого мозга. Использует графики со
следующей целью:
а. Установить, какие факторы определяют нормальную величину среднего
артериального давления и нормальный уровень активности симпатических
нервов.
б. Установить, каким образом взаимоотношения между активностью симпа-'
тических нервов и артериальным давлением изменяются в результате рас-
стройств деятельности сердца и сосудов и как это влияет на равновесие в
регуляторной системе артериального барорецепторного рефлекса.
в. Установить, как взаимосвязь между средним артериальным давлением и
активностью симпатических нервов изменяется вследствие воздействий**
на сосудодвигательный центр продолговатого мозга факторов, отличных
от артериальных барорецепторов, и как это сказывается на равновесии, под-
держиваемом регуляторной системой артериального барорецепторного
рефлекса.
Студент понимает механизмы, участвующие в долговременной регуляции арте-
риального давления:
10. Описывает адаптацию барорецепторов.
11. Описывает влияние изменений объема жидкости в организме на артериаль-’
иое давление.
12. Указывает механизмы, обусловливающие то, что при изменении артериаль-
ного давления приводит к изменениям скорости клубочковой фильтрации и
функции канальцев почек, что влияет на мочеотделение
13. Описывает, как среднее артериальное давление в результате деятельности
долговременных механизмов доводится до уровня, при котором поступление;
жидкости в организм уравнивается с количеством выводимой жидкости.
Оптимальный уровень системного артериального давления, возможно, являет-
ся единственным наиболее важным фактором, необходимым для адекватной деятель-
ности сердечно-сосудистой системы При отсутствии достаточного уровня артери-
ального давления мозг и сердце не получают адекватного кровотока независимо от
того, какие компенсаторные изменения величины их сосудистого сопротивления
происходят за счет местных регуляторных механизмов. Напротив, происходят не-
нужные затраты со стороны сердца при избыточном артериальном давлении. В дан-
ной главе мы обсудим сложные механизмы, которые участвуют в регуляции данного
важнейшего для сердечно-сосудистой системы показателя
Артериальное давление постоянно фиксируется разнообразными датчиками,
расположенными в организме В ответ на любые отклонения артериального давле-
ния от нормы возникают многочисленные рефлекторные реакции, которые приводят
к изменению величины минутного объема и общего периферического сопротивле-
ния для возвращения уровня артериального давления к его нормальному значению.
Кратковременно (секунды) эти изменения происходят под влиянием изменений ак-
тивности вегетативной нервной системы, волокна которой иннервируют сердце и
периферические сосущ»; (минуты и дни) другие механизмы, такие
как изменение минутного объема, возникающие в результате изменения объема кро-
ви, играют возрастающую роль в регуляции артериального давления. Вначале мы
обсудим нервные рефлексы, осуществляющие кратковременную регуляцию артери-
ального давления, и то, как указанные сердечно-сосудистые рефлексы могут изме-
няться в особых случаях в результате нервных воздействий, исходящих не со сторо-
ны главной зоны, регулирующей деятельность сердечно-сосудистой системы в
центральной нервной системе.
Кратковременная регуляция
артериального давления
Артериальный барорецепторный рефлекс
Артериальный барорецепторный рефлекс является важнейшим механизмом,
осуществляющим кратковременную регуляцию артериального давления. Напомним,
что обычно в рефлекторную дугу входят чувствительные рецепторы, афферентные
пути, интегрирующие центры в центральной нервной системе, эфферентные пути и
эффекторные органы. Как показано на рис. 10-1, эфферентными путями артериаль-
ного барорецепторного рефлекса являются сердечно-сосудистые симпатические и
сердечные парасимпатические нервы. Эффекторными органами являются сердце и
периферические кровеносные сосуды. Мы еще не обсудили чувствительные элемен-
ты, афферентные пути или интегрирующие центры в стволе головного мозга, кото-
рые делают рефлекторную дугу завершенной.
Эфферентные пути. В предыдущих главах мы обсуждали многочисленные воз-
действия симпатических и парасимпатических волокон, иннервирующих сердце и кро-
веносные сосуды. В обоих отделах вегетативной нервной системы постганглионар-
ные волокна, тела клеток которых располагаются в ганглиях за пределами центральной
нервной системы, образуют финальный участок связи, ведущий непосредственно к
сердцу и сосудам Влияние данных постганглионарных волокон на ключевые показа-
тели сердечно-сосудистой системы суммарно представлены на рис. 10-1.
Активность терминальных постганглионарных волокон вегетативной нервной
системы определяется активностью преганглионарных волокон, тела клеток кото-
рых расположены в центральной нервной системе. В симпатическом отделе тела
клеток, образующих преганглионарные волокна, расположены в спинном мозге. Эти
преганглионарные нейроны обладают спонтанной активностью, которая регулиру-
ется тормозными и активирующими импульсами, которые исходят из центров в стволе
мозга и направляются вниз по отдельным возбуждающим и тормозным спинно-
мозговым проводящим путям В парасимпатическом отделе тела преганглионарных
нейронов расположены в стволе головного мозга. Их спонтанная активность регули-
руется импульсами из интегрирующих центров в стволе мозга.
Афферентные пути. Чувствительные рецепторы, которые называются арте-
риальными барорецепторами, в большом количестве обнаружены в стенках аорты
и сонных артерий. Наибольшая плотность данных рецепторов наблюдаются возле
дуги аорты (аортальные барорецепторы) и в области бифуркации общей сонной
164
Глава 10
Продолговатый мозг
Ганглий
Парасимпатические
преганглионарные
волокна
Ганглий
Сердце
Центральный
венозный пул
Артериальньи
барорецептор
РА=МОхО1
Органы тела
Вены
______Артерии
Р ~ '
" one
Рис 10-1 Компоненты артериальной барорецепторной дуги: ЯП—ядро одиночного пучка
ВЛ—группа вентролатеральных ядер пирамид, ЯШ—ядра шва; ДЯ—двойное ядро; ??—со
единительные пути с не до конца установленной локализацией, в число которых могут BXQ
дить структуры, расположенные за пределами продолговатого мозга.
артерии на наружную и внутреннюю сонные артерии с каждой стороны шеи (рецеп-
торы каротидного синуса) Сами рецепторы представляют собой механорецепто
ры, опосредованно улавливающие величину артериального давления в зависимое^
от степени растяжения эластических стенок артерий1.
1 Частота импульсов барорецепторов может быть увеличена при механическом воздействии
на стенку артерий. Например, частота импульсов рецепторов каротидного синуса может быть
увеличена при массировании поверхности шеи над зоной каротиДЯОГО синуса.
«к>
, , ,...........V'.HlMraX " I - '—————' "
В целом ивелммшш^тяия^рвт^. вызывает увеличение скорости образова-
ния потенциала действия артериальными барорецепторами. В действительно-
сти барорецепторы реагируют не только на абсолютную величину растяжения, но и
на скорость изменения растяжения. В связи с этим как среднее артериальное давле-
ние, так и пульсовое артериальное давление изменяют частоту импульсов со сторо-
ны барорецепторов, как показано на рис. 10-2. Пунктирная кривая на рис. 10-2 по-
Среднее артериальное
давление, мм рт. ст.
Рис. 10-2. Влияние среднего артериального давления на активность барорецептора
называет, как зависит частота импульсации барорецепторов от различного уровня
стабильного артериального давления. Сплошная кривая на рис. 10-2 показывает,
как частота импульсов барорецепторов определяется средней величиной пульсово-
го артериального давления. 4
Обратите внимание, что наличие перепадов (которые, конечно, представляют
собой нормальное явление) увеличивает частоту импульсации барорецепторов при
любом заданном уровне среднего артериального давления. Также обратите внима-
ние, что изменения величины среднего артериального давления вокруг нормального
значения около 100 мм рт. ст. ведет к максимальным изменениям скорости импуль-
сации барорецепторов.
Если артериальное давление по каким-то причинам останется повышенным в
течение нескольких дней, то частота импульсации артериальных барорецепторов
постепенно возвращается к исходному уровню. Таким образом, говорят, что артери-
альные барорецепторы адаптируются к долговременным изменениям артериаль-
ного давления. По этой причине артериальный барорецепторный рефлекс не может
выполнять роль механизма долговременной регуляции величины артериального дав-
ления.
Потенциалы действия, которые генерируются барорецепторами каротидного
синуса, проходят по нервам каротидного синуса (нервы Геринга), которые присоеди-
няются к языкоглоточным нервам (IX пара черепно-мозговых нервов) перед входом в
центральную нервную систему. Афферентные волокна от аортальных барорецепто-
ров идут в центральную нервную систему в составе блуждающих нервов (X пара че-
репно-мозговых нервов). (Блуждающий нерв содержит как афферентные, так и эф-
166
; Глава 10
ферентные волокна, включая, например, парасимпатические эфферентные волокна,
направляющиеся к сердцу)
Центральная регуляция. Значительная часть центральной регуляции в реф-
лекторной деятельности сердечно-сосудистой системы происходит в продолговатом
мозге, в зоне, которая традиционно называется сосудодвигательным центром про*
долговатого мозга Нервные взаимосвязи между диффузными структурами, распо-
ложенными в данной области, сложны и их топография остается не до конца выяс-
ненной Более того, представляется, что данные структуры осуществляют
многочисленные функции, в том числе, например, и регуляцию дыхания Что мы зна
ем с большой степенью уверенности, так это то, в каком месте афферентные и эффе-
рентные проводящие пути иннервации сердечно-сосудистой системы входят в про
долговатый мозг и выходят из него Например, как показано на рис 10-1
афферентная чувствительная информация от артериальных барорецепторов посту-
пает в ядро одиночного пучка (nucleus tractus sohtanus) продолговатого мозга, гд<
она передается через полисинаптические связи в другие структуры продолговатой
мозга (а также к высшим центрам головного мозга, таким как гипоталамус)
Тела клеток эфферентных парасимпатических кардиальных ветвей блуждающи?
нервов расположены преимущественно в двойном ядре (nucleus ambiguus) продол
говатого мозга, которое также получило название «тормозного сосудодвигательноп
центра» Эфферентная симпатическая вегетативная информация выходит из продол
говатого мозга преимущественно со стороны вентролатеральной группы рострал»?
ных нейронов (через активирующий путь спинного мозга) или со стороны ядер шв
(через тормозной путь спинного мозга)
Промежуточные процессы, которые фактически приводят к интеграции и пре
вращению сенсорной информации в соответствующие симпатические и парасимпа
тические реакции, в настоящее время недостаточно известны Хотя большая част
данных интеграционных процессов происходит в продолговатом мозге, в них такЖ
принимают участие такие высшие центры, как гипоталамус Для наших целей зна
ние деталей интеграционных процессов не является столь важным, как оценка оС
щих воздействий изменений активности артериальных барорецепторов на активност
парасимпатических и симпатических сосудодвигательных нервов
Некоторые функционально важные детали центральной регуляции вегетати!
ных сосудодвигательных нервов представлены на рис 10-1 Основное внешнее воз
действие на сосудодвигательный центр происходит со стороны артериальных ба-
рорецепторов Поскольку артериальные барорецепторы обладают активностью пр»
нормальном артериальном давлении, то они обеспечивают поток тонической им-
пульсации в интеграционные центры, расположенные в центральной нервной си*
стеме
Как показано на рис 10-1, интеграционный процесс протекает таким образом,
что усиление импульсации от артериальных барорецепторов ведет к одновременно-
му (1) торможению активности ядер спинального симпатического активирующего
тракта, (2) стимуляции активности ядер спинального симпатического тормозного
тракта и (3) стимуляции активности парасимпатических преганглионарных нейро-
нов Таким образом, увеличение скорости деполяризации артериальных барорецеп-'
торов (вызванной повышением артериального давления) ведет к снижению тониче-
ской активности сердечно-сосудистых симпатических нервов и одновременному
увеличению тонической активности сердечных парасимпатических нервов Напро-
тив, снижение артериального давления вызывает увеличенйй|римпатической и сни-
жение парасимпатической активности
167
РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИ
ФЧастота импульсов барорецепторов
^измерение)
Сосудодвигательные центры
продолговатого мозга
[^Симпатическая активность
^Парасимпатическая активность
фТонус артериол
фОбъем крови
♦Тонус вен
фСократительная
способность
миокарда
фСужение
сосудов
Транскапиллярная
реабсорбция жидкости
фПериферическое
венозное
давление
(э)
^Давление
в капиллярах
^Центральное
венозное давление
"4
фУдарный объем
фОбщее периферическое
сопротивление
фЧастота
сердечных
сокращений
А
ф Минутный объем
8
8
3
3
фСреднее артериальное давление
(первичное измерение)
Рис 10-3 Немедленные реакции сердечно сосудистой системы, вызванные снижением арте
риального давления крови Цифры в кружках указывают главу, в которой обсуждается дан
ное взаимодействие
Действие артериального барорецепторного рефлекса. Артериальный ба-
рорецепторный рефлекс представляет собой постоянно функционирующую регули-
рующую систему, которая автоматически осуществляет регуляцию, предотвращаю-
щую отклонения в деятельности сердца и сосудов, которые могли бы привести к
существенным изменениям среднего артериального давления Механизм артериально-
го барорецепторного рефлекса осуществляет регуляцию артериального давления посред-
ством отрицательной обратной связи.' которая во многом аналогична той, в соответ-
ствии с которой функционирует термостатически регулируемая домашняя отопительная
168
Глава 10
система для поддержания внутренней температуры жилища, независимо от каких-либо
внешних воздействий, таких как изменение погоды или открытие окон2
На рис 10-3 показано множество явлений в артериальной барорецепторной реф-
лекторной дуге, которые происходят в ответ на снижение среднего артериального;
давления Мы уже обсуждали все явления, изображенные на рис 10-3, и каждое из’
них следует тщательно исследовать (и при необходимости заново проанализировать);
в данном случае, поскольку на этом рисунке суммарно показаны многие взаимодей-,
ствия, важные для понимания физиологии сердечно-сосудистой системы <
Обратите внимание на рис 10-3, общей реакцией артериальной барорецептор-^
ной дуги на факт снижения среднего артериального давления является повышений
среднего артериального давления (т е реакция стремится устранить стимул, ее вы-5
звавший) Стимулирующий фактор повышения среднего артериального давления при-
ведет к явлениям, прямо противоположным тем, что изображены на рис 10-3, и вызо-
вет реакцию в виде снижения среднего артериального давления, опять же реакции
стремится устранить стимул, породивший данную реакцию Артериальный барорецеп.
торный рефлекс представляет собой механизм отрицательной обратной связи, кото-
рый функционирует автоматически, препятствуя изменениям величины среднего ар-
териального давления Поддержание гомеостаза при реализации рефлекса очевидно.
Следует помнить, что нервная регуляция деятельности сосудов более выраже-
на в некоторых областях, таких как почки, кожа и органы брюшной полости, чем I
головном мозге или мышце сердца Таким образом, рефлекторная реакция на паде
ние артериального давления может, например, включать существенное увеличение
сосудистого сопротивления в почках и уменьшение почечного кровотока без изме
нения сосудистого сопротивления или объемного кровотока в головном мозге Регу
ляция деятельности периферических сосудов, опосредуемая артериальным бароре
цепторным рефлексом, осуществляется преимущественно в органах с выраженно{
симпатической регуляцией сосудов
Другие сердечно-сосудистые рефлексы и реакции
Очевидно, несмотря на артериальный барорецепторный механизм, в определен-
ных физиологических и патологических ситуациях происходят быстрые и существен*
ные изменения среднего артериального давления Эти реакции вызваны иными воз-
действиями на сосудодвигательный центр продолговатого мозга, которые не исходят
от'артериальных барорецепторов
Как будет показано в последующих разделах, эти воздействия на сосудодвига-i
те тьныи центр продолговатого мозга исходят от многих типов периферических и цен-
В этой аналогии артериальное давление похоже на температуру, сердце является генерато-;
ром давления так же как печь является генератором тепла, расширенные артериолы расточа*
ют артериальное давление, как открытые окна растрачивают теп то, артериальные барорецеп-,
торы мониторируют артериальное давление, также как датчик термостата мониторирует тем-
пературу а электронная аппаратура термостата регулирует работу печи, также как сосудоД-
вигательныи центр продолговатого мозга управляет деятельностью сердца (Поскольку домаш*
ние термостаты обычно не регулируют работу окон, то нет аналогии рефлекторного контроля
над артериолами со стороны продолговатого мозга Также не существует реального эквива-
лента деятельности вен в домашней обогревательной установке). Давление, которое артери-
альный барорецепторный рефлекс старается поддержать, являеТ$М#ИЛОгичным показателю
TPMnpnaTvnu ня inva пл тапмаг-тятя ,
РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИ
[Я
149
тральных рецепторов, а такжеот«як1гших центров» центральной нервной системы,
таких как гипоталамус и кора головного мозга
Мы уже приводили аналогию, что артериальный барорецепторный рефлекс ра-
ботает, регулируя артериальное давление, в какой-то степени сходно с домашней
отопительной системой, которая поддерживает на должном уровне температуру в
жилище. Такая система работает автоматически, противодействуя изменениям тем-
пературы, возникающим в результате таких факторов, как открытие окон3 В то же
время система не сможет противостоять изменениям температуры, вызванными на-
пример, тем, что кто-то переключил шкалу термостата — фактически базовый меха-
низм регуляции температуры полностью справляется с поддержанием температуры
на новом требуемом уровне Установленная величина температуры на шкале домаш-
него термостата имеет ценную концептуальную аналогию в физиологии сердечно-
сосудистой системы, которая обычно называется «установочной точкой» артери-
ального давления
Все те многочисленные воздействия, которые мы собираемся обсуждать,
оказывают влияние на артериальное давление так, как если бы они изменили
артериальную барорецепторную рефлекторную установочную точку регуля-
ции артериального давления Соответственно, артериальный барорецепторный
рефлекс не противодействует этим изменениям артериального давления, а факти-
чески способствует их возникновению
Рефлексы с рецепторов сердца и легких. Места расположения механорецеп-
торов и хеморецепторов, которые могут вызывать рефлекторные реакции со стороны
сердечно-сосудистой системы, обнаружены в предсердиях, желудочках, коронарных
сосудах и в легких Роль этих сердечно легочных рецепторов в неирогуморальной
регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы в большинстве случаев недо-
статочно ясна, но очевидно, что их роль во многих физиологических и патологических
состояниях может быть существенной
Одной из основных функций, которые осуществляют сердечно-легочные рецеп-
торы, является улавливание величины давления (или объема) в предсердиях и в цен-
тральном венозном пуле Повышенные центральное венозное давление и объем вы-
зывают активацию рецепторов вследствие растяжения тканей, что ведет к
рефлекторному снижению симпатической активности Сниженное центральное ве-
нозное давление приводит к противоположной реакции В настоящее время суще-
ствует много споров по поводу того, как данные сердечно-легочные барорефлексы
взаимодействуют с артериальными барорефлексами в общей регуляции деятельно-
сти сердечно-сосудистой системы Традиционный взгляд заключается в том, что дея-
тельность сердечно-легочных барорецепторов наиболее важна для почечных меха-
низмов регуляции объема жидкости (что будет обсуждено в заключительной части
данной главы), в то время как артериальные барорецепторы оказывают большее воз-
действие на мгновенную регуляцию минутного объема, общего периферического
сосудистого сопротивления и, тем самым, артериального давления Как в большин-
стве прямолинейных и привлекательных гипотез, не существует очевидных доказа-
тельств, подтверждающих четкое разделение труда между артериальными бароре-
цепторами и сердечно-легочными барорецепторами
Не вдаваясь в детали, ясно, что в норме сердечно-легочные барорецепторы ока-
зывают тоническое тормозное влияние на симпатическую активность и играют важ
3В штате Миннесота открытое окно, безусловно, является дестабилизирующим фактором,
понижающим температуру в жилище. -
ную, но не до конца ясную роль в нормальной регуляции деятельности сердечно-со-
судистой системы.
Были описаны некоторые другие рефлексы с рецепторов в сердечно-легочной
области, которые могут иметь большое значение при определенных патологических
состояниях. Например, рефлекс Бецольда—Яриша, при котором характерна выра- i
женная брадикардия и снижение артериального давления вследствие сильного воз-<
действия на хеморецепторы коронарных (или миокардиальных) сосудов, преимуще-*
ственно задней стенки левого желудочка. Существуют неопровержимые клиническиеI
доказательства, что инфаркт миокарда, локализующийся в данной области желудоч-,
ка, может вызвать рефлекс Бецольда—Яриша. (Гораздо чаще у больных с инфарк-;
том миокарда характерна артериальная гипотензия, что логично ожидать из-за на-*
рушения функции миокарда, и тахикардия, что можно прогнозировать в качестве’
реакции на снижение артериального давления со стороны артериальных барорецеп-^
торов.) !
Рефлексы с хеморецепторов. Низкое Ро2 и (или) высокое Рсо2 в артериаль-
ной крови вызывает рефлекторное увеличение частоты дыхания и повышение сред-<
него артериального давления. Представляется, что это является следствием повы-
шения активности артериальных хеморецепторов, расположенных в сонных,
артериях и в дуге аорты, и центральных хеморецепторов, локализующихся где-то
в центральной нервной системе. Хеморецепторы, возможно, играют незначительную
роль в нормальной регуляции артериального давления, так как уровень Ро2 и Рсо2,
артериальной крови в норме находятся под очень строгим контролем механизмов,
осуществляющих регуляцию дыхания.
Исключительно сильная реакция, называемая реакцией на ишемию головного,
мозга, запускается неадекватным мозговым кровотоком (ишемией) и может привес-
ти к более сильной симпатической вазоконстрикции и стимуляции сердечной дея-
тельности по сравнению с любыми другими воздействиями на сосудодвигательные
центры Реакция на ишемию головного мозга начинается с хеморецепторов, распо-
ложенных в центральной нервной системе. Если остается значительная недостаточ-
ность мозгового кровотока на протяжении нескольких минут, то реакция на ишемию
головного мозга убывает и сменяется существенным снижением симпатической ак-
тивности. В основном так происходит, когда функция нервных клеток сосудодвига-
тельных центров непосредственно угнетается неблагоприятным химическим соста-
вом цереброспинальной жидкости
При повышении внутричерепного давления, например, в результате роста опу-
холи или травматического кровоизлияния, в полости черепа отмечается одновремен-
ное повышение артериального давления. Это явление называется рефлексом Ку-
шинга. В тяжелых случаях повышения внутричерепного давления среднее
артериальное давление может достигать величины более 200 мм рт ст. Очевидным
положительным действием рефлекса Кушинга является то, что он предотвращает
спадение сосудов мозга и тем самым сохраняет адекватный мозговой кровоток при
существенном повышении внутричерепного давления. Механизмы, обусловливаю-
щие рефлекс Кушинга, не известны, но в них могут принимать участие центральные
хеморецепторы.
Рефлексы с рецепторов скелетной мускулатуры при нагрузке. Рефлек-
торные тахикардия и повышение артериального давления могут быть вызваны сти-
муляцией определенных афферентных волокон скелетной мускулатуры. Эти прово-
дящие пути могут активироваться хеморецепторами, реагирующими на мышечную
ишемию, которая возникает при сильной, длительной статической (изометрической)
физической нагрузке, Эти вживиа^югут внести свой вкладе выраженное повыше-
ние артериального давления, которое сопровождает подобную физическую нагруз-
ку. Не ясно, какое значение имеет данный рефлекс для реакции сердечно-сосудис-
той системы на динамическую (ритмическую) физическую нагрузку.
Рефлекс ныряльщика. Водоплавающие животные реагируют на процесс по-
гружения под воду (ныряние) выраженной брадикардией и вазоконстрикцией во всех
системных органах, за исключением головного мозга и сердца. Такая реакция позво-
ляет продлить пребывание под водой за счет уменьшения потребления кислорода и
направления кровотока преимущественно в самые важные органы. Сходный, хотя и
менее выраженный, рефлекс ныряльщика может быть получен у человека путем про-
стого погружения лица в холодную воду (холодная вода усиливает данную реакцию).
При этой реакции отмечается необычное сочетание брадикардии, вызванной увели-
ченной активностью парасимпатических нервов сердца, и периферической вазокон-
стрикции, обусловленной усиленной симпатической активностью, что представля-
ет редкое исключение из общего правила реципрокной активации симпатического и
парасимпатического отделов нервной системы. Рефлекс ныряльщика иногда ис-
пользуется в клинической практике (как и массаж области сонных артерий) для ак-
тивации кардиальных парасимпатических нервов с целью прекращения предсердных
тахиаритмий.
Реакции сердечно-сосудистой системы, связанные с эмоциями. Реакции
сердечно-сосудистой системы часто связаны с определенными эмоциональными со-
стояниями. Эти реакции возникают в коре головного мозга и достигают сосудодвига-
тельного центра продолговатого мозга через кортикогипоталамические пути Наи-
менее сложной из этих реакций является смущение (краска стыда) .которая часто
заметна у лиц со слабопигментированной кожей, когда они испытывают замеша-
тельство или смущение. При реакции смущения отмечается утрата симпатической
сосудосуживающей активности только в кожных сосудах, что приводит к покрас-
нению в результате наполнения кровью венозных синусов кожи.
Возбуждение или ощущение опасности часто порождает поведенческую реак-
цию, известную под названием тревожной реакции (также называемую ориентиро-
вочной реакцией «бегство — схватка» — «fight or flight», или реакцией защиты) При
тревожной реакции отмечается целый комплекс разнообразных реакций, в том чис-
ле расширение зрачков, увеличение напряжения скелетной мускулатуры, что в це-
лом является соответствующим приготовлением к какому-либо виду сильной физи-
ческой активности Сердечно-сосудистый компонент тревожной реакции заключается
в увеличении артериального давления крови, вызванного общим усилением актив-
ности симпатических сосудодвигательных нервов и снижением активности парасим-
патической иннервации сердца Подтверждено, что центры заднего отдела гипо-
таламуса преимущественно участвуют в формировании тревожной реакции, так как
многие компоненты этой полиморфной реакции могут быть экспериментально вос-
произведены при электрической стимуляции данной зоны. Основные реакции со сто-
роны сердечно-сосудистой сиотемы осуществляются за счет связей гипоталамуса с
сосудодвигательным центром продолговатого мозга
Некоторые индивидуумы реагируют на выраженный стресс утратой сознания, что
в клинической практике называется вазовагальным обмороком. Утрата сознания про-
исходит в результате уменьшения мозгового кровотока, которое обусловлено внезап-
ным выраженным снижением артериального давления, что, в свою очередь, связано с
резким уменьшением симпатического тонуса и одновременным существенным увеличе-
нием парасимпатического тонуса и уменьшением частоты сердечных сокращений.
Представляется, что воздействие на сосудодвигательный центр продолговатого
мозга, которое приводит к вазовагальному обмороку, исходит из коры головного моз-
га через депрессорные центры, расположенные в переднем отделе гипоталамуса.
Предположительно вазовагальный обморок является аналогом реакции, когда в слу-.
чае опасности некоторые животные притворяются мертвыми К счастью, потеря со- '
знания (в сочетании с переходом в горизонтальное положение) быстро устраняет:
это серьезное нарушение нормальных механизмов регуляции артериального давле-
ния у человека ;
Те пределы, до которых способны изменяться показатели Деятельности сердеч-:
но-сосудистои системы, в частности, артериальное давление, под влиянием различу
ных эмоциональных состояний, в настоящее время является предметом особого ину
тереса и значительных исследований Но пока ответ еще не найден В то же время!
терапевтическая значимость способности, например, к обучению сознательному сни-
жению артериального давления у индивидуума, может быть очень велика '
Центральная команда. Термин центральная команда используется для обоу
значения импульса, исходящего из коры головного мозга по направлению к низшим^
мозговым центрам, возникающего во время произвольной физической нагрузки Идея
заключается в том, что один и тот же кортикальный импульс, который запускает^
двигательную (скелетная мускулатура) активность, также одновременно запускает)
и реакции со стороны сердечно-сосудистой (и дыхательной) системы для обеспечен
ния этой двигательной активности При отсутствии любых других очевидных при*
чин центральная команда в настоящее время является наилучшим объяснением того,;
почему величины и среднего артериального давления, и частоты дыхания возраста-
ют во время произвольной физической активности
Рефлекторные реакции на боль. Боль может оказывать как положительное,
так и отрицательное воздействие на величину артериального давления В целом, по-
верхностная или кожная боль вызывает увеличение артериального давления анало-
гично тому, как это происходит при тревожной реакции и, возможно, по многим из
тех же путей Глубокая боль с рецепторов внутренних органов и суставов в то же
время часто вызывает реакцию со стороны сердечно-сосудистой системы, сходной с
той, что происходит при вазовагальном обмороке, т е снижение симпатического то-
нуса, увеличение парасимпатического тонуса и существенное снижение артериаль-
ного давления Такая реакция может внести свой вклад в развитие состояния шока,
который часто сопровождает травмы с размозжением тканей и (или) травмы с по-
вреждением суставов
Рефлекторная регуляция температуры. Некоторые специальные сердечно-
собудистые рефлексы, которые участвуют в регуляции кровотока в коже, являются
частью механизмов регуляции температуры тела Реакции терморегуляции осуще-
ствляются преимущественно гипоталамусом, который может воздействовать через
сосудодвигательныи центр, управляя непосредственно симпатическим тонусом со-
судов кожи и, тем самым, кожным кровотоком Симпатический тонус сосудов кожи
очень сильно зависит от изменении температуры гипоталамуса Существенные из-
менения кожного кровотока происходят вследствие изменений температуры гипота-
ламуса на десятые доли градуса Цельсия
На сосуды кожи влияют рефлексы, участвующие как в регуляции артериально-
го давления, так и температуры Когда сосудистые реакции кожи для регуляции тем-
пературы и давления противоречат друг другу, как это, например, происходит во время
напряженной физической нагрузке при высокой температуре окружающей среды,
то доминируют терморегуляторные воздействия на кровенооЦЫ® сосуды кожи.
РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИАЛЗДОГОТйВЙЕНИЯ
173
Заключение. БольшинсТ90:ЙНяний на сосудодвигателыныи центр в продолгова-
том мозге, описанные в предыдущих разделах, суммарно представлены на рис 10-4
Этот рисунок предназначен, прежде всего, чтобы еще раз подчеркнуть, что артери-
альные барорецепторы В норме обусловливают основной поток импульсов в центр
продолговатого мозга. Импульсации артериальных барорецепторов представляется
тормозной, поскольку увеличение частоты импульсов от артериальных барорецеп-
торов приводит к снижению симпатического тонуса (Снижение симпатических вли-
яний следует расценивать как одновременное увеличение парасимпатических влия-
ний, которое не показано на рисунке )
Реакция на физическую нагрузку (центральная команда)
Чувство тревоги (реакция «бегство — схватка»)
Реакция на ишемию головного мозга
^Внутричерепное давление (рефлекс Кушинга)
*Ро2 Фрсо2 в артериальной крови
ФЦентральное венозное давление (сердечно-легочные барорефлексы)
Кожная боль
I
Подъем
«установочной точки»
Вазовагальный обморок
Глубокая боль
ФЦентральное венозное давление (сердечно-легочные барорефлексы)
Рис 10-4 Обзор факторов, влияющих на <установочную точку» артериального барорецеп
торного рефлекса
Как отмечено на рис 10-4, влияния на сосудодвигательНыи центр продолгова-
того мозга факторов, отличных от артериальных барорецепторов, распадаются на
две категории (1) те, которые повышают артериальное давление за счет повыше-
ния установочной точки артериального барорецепторного рефлекса и таким обра-
зом приводят к увеличению симпатической активности, и (2) те, которые понижа-
ют артериальное давление за счет снижения установочной точки артериального
барорецепторного рефлекса и таким образом приводят к уменьшению симпатичес-
кой активности
Обратите внимание, что определенные реакции, которые мы уже обсуждали, не
представлены на рис 10—4. Сложная комбинация стимулов, участвующих в рефлек-
се ныряльщика, вызывает одновременную активацию симпатического и парасимпа-
тического отделов и не может быть однозначно отнесена или к просто повышающим
давление, или понижающим его. Такжеотимулы, которые изолированно воздейству-
ют на сосуды кожи, но не касаются общей сердечно-сосудистой симпатической или
парасимпатической активности, не включены в рис. 10-4.
Воздействия, не связанные с артериальными барорецепторами, показанные на
рис. 10-4, могут быть рассмотрены как изменения в деятельности сердечно-сосуди-
стой системы за счет влияния на сосудодвигательный центр продолговатого мозга.
Эти воздействия вызывают однонаправленные изменения симпатической активно-'
сти и артериального давления. Напомним из обсуждения артериального барорецеп-
торного рефлекса, что отклонения деятельности сердечно-сосудистой системы, ко-
торые воздействуют на уровне сердца или сосудов (такие как кровопотеря или'
сердечная недостаточность), приводят к реципрокным изменениям артериального
давления и симпатической активности. •
Равновесие в системе артериальной барорецепции ’
Существуют состояния, когда может показаться, что артериальный барорецеп-1
торный рефлекс не работает. Например, как артериальное давление, так и частота
сердечных сокращений возрастают при физической нагрузке (как будет более де-!
тально обсуждаться в следующей главе) Разве не логично предполагать, что бароре-
цепторный рефлекс уменьшит частоту сердечных сокращений в ответ на увеличе-
ние артериального давления? Материал, представленный в следующем разделе,
задуман для облегчения понимания студентом столь очевидного несоответствия.
Полная дуга артериального барорецепторного рефлекса представляет собой регу-
ляторную систему, состоящую из двух отдельных частей, как показано на рис. 10-5:
(1) эффекторной части, включающей сердце, периферические кровеносные сосу-
ды и (2) нервной части, в состав которой входят артериальные барорецепторы, их
афферентные нервные волокна, сосудодвигательный центр продолговатого мозга и
эфферентные симпатические и парасимпатические волокна. Среднее артериальное
давление является выходным параметром деятельности эффекторной части и од-
новременно входным параметром нервной части Аналогично активность симпати-
ческих (и парасимпатических)4 сосудодвигательных нервов является выходным па-
раметром нервной части артериальной барорецепторной регулирующей системы и
в то же время входным параметром эффекторной части.
В главах с 3 по 10 мы обсуждали множество соображений, почему среднее арте-
риальное давление увеличивается, когда сердце и периферические кровеносные
сосуды получают более мощную симпатическую импульсацию. Все эти данные сум-
марно представлены в виде кривой на нижнем графике рис. 10-5, где изолированно
показана эффекторная часть артериальной барорецепторной системы. Мы также об-
суждали в этой главе, как повышение среднего артериального давления воздейству-
ет через артериальные барорецепторы и сосудодвигательный центр продолговатого
мозга, уменьшая симпатическую активность Эти данные суммарно представлены
кривой в верхней части рис 10-5, где отдельно показана нервная часть артериаль-
ной барорецепторной системы
Когда артериальный барорецепторный рефлекс не подвержен никаким влияни-
ям и работает как замкнутый круг, то его эффекторная и нервная части сохраняют
4 Для удобства мы опустим в последующих рассуждениях постоянные ссылки на активность
парасимпатических нервов Однако во всех случаях указанных изменений активности симпа-
тических нервов следует также учесть реципрокное изменение активности парасимпатичес-
ких нервов сердца, за исключением особо оговоренных случаев.
Низкая Высокая
Активность симпатических
нервов(выход)
Рис 10-5 Нервная и эффекторная части регуляторной артериальной барорецепторной сис-
темы
свои функции, как это описывается их индивидуальными функциональными кривы-
ми Тем не менее, в замкнутом круге два участка системы должны взаимодейство-
вать, пока они не придут в равновесие д|>уг с другом, при каком-то взаимно приемле-
мом сочетании величин среднего артериального давления и симпатической
активности. Равновесные значения среднего артериального давления и симпатиче-
ской нервной активности можно определить, если поменять местами оси кривой
нервной функции и совместить ее с кривой эффекторной функции на одном графике
(как на рис. 10-6, А); они будут определяться точкой пересечения этих двух кривых
При наличии каких-либо внешних воздействий на сердечно-сосудистую систе-
му точка равновесия артериальной барорецепторной системы сдвигается. Это про-
исходит, так как все воздействия на деятельность сердечно-сосудистой системы вы-
зывают сдвиг той или иной кривой на рис. 10~6, А. Например, на рис. 10-6, В
показано, как равновесие артериальной барорецепторной системы сдвигается в ре-
зультате влияний на деятельность сердечно-сосудистой системы, ведущих к смеще-
нию функциональной кривой эффекторной части вниз. В этом случае влиянием мо-
жет быть любой фактор, который приводит к снижению артериального давления,
обусловленного функцией сердца и сосудов, при любом заданном уровне симпати-
ческой активности Например, таким фактором может быть кровопотеря, посколь-
ку она снижает центральное венозное давление и, в соответствии с законом Фран-
ка—Старлинга, уменьшает величину минутного объема и тем самым среднее
артериальное давление при любом заданном уровне активности симпатических
нервов сердца. Другим примером воздействия на эффекторную часть системы, ведуще-
го к снижению давления, является метаболически обусловленная вазодилатация арте-
риол в активно работающих скелетных мышцах, поскольку она вызывает снижение об-
щего периферического сопротивления и тем самым артериального давления?
создаваемого сердцем и сосудами при любом заданном уровне активности симпатичес-
ких нервов
Как показывает точка 2 на рис 10~6, В, любое снижающее давление воздействие,
на деятельность сердца и сосудов вызывает возникновение нового равновесия в баро-
рецепторной системе при несколько более низком, чем в норме, значении среднего
артериального давления и более высоком, чем в норме, уровне симпатической актив-
ности Обратите внимание, что точка 1' на рис 10-6, В указывает, до какой степени
снизилось бы среднее артериальное давление, вследствие воздействия данного факто-
Активность симпатических нервов,
количество импульсов/с
В Сдвиг равновесия в связи с изменениями
Активность симпатических нервов,
количество импульсов/сек
Рис 10-6 Деятельность регуляторной барорецепторной системы А — нормальноеравнове
сие В — сдвиг равновесия в связи с изменениями эффекторной части
ра, если бы симпатическая активность автоматически не возросла по сравнению с нор-
мой в результате деятельности артериальной барорецепторной системы
Как указывалось в данной главе ранее, многие факторы воздействуют на нервную
часть артериальной барорецепторной системы в большей степени, чем непосредствен-
но на сердце или сосуды. Эти влияния сдвигают равновесие деятельности сердечно-
сосудистой системы, поскольку они изменяют кривую деятельности нервной части
системы Например, воздействия, указанные на рис 10-4, которые повышают уста-
новочную точку, сдвигают функциональную кривую нервной части артериальной ба-
рорецепторной системы вправо, как показано на рис 10-7, А, за счет увеличения
потока симпатической импульсации сосудодвигательного центра продолговатого моз-
А Сдвиг равновесия в связи с изменениями
в нервной части
Активность симпатических нервов,
количество импульсов/с
В Сдвиг равновесия в связи с изменениями
эффекторной части
Активность симпатических нервов
количество импульсов/с
Рис 10-7 Влияние нсрчн ix вездеись f i нт > ”
сдвиг равновесия в связи с из 1 cnei ием в i oi
нениями как в нервной, так и эффекторной части
I со
ВИ olio
осистеус ' —
। < и ж
га при любом заданном уровне артериального давления (т. е. при любом заданном -
уровне импульсации артериальных барорецепторов). Например, чувство опасности?'
заставляет компоненты артериальной барорецепторной системы достигать равнове-
сия при более высоком, чем в норме, артериальном давлении и более высокой, чем в
норме, симпатической активности, как показано на рис. 10-7, A. i
Напротив, что не показано на рис. 10-7, любые влияния на сосудодвигательны^
центр продолговатого мозга факторов, снижающих установочную точку, перечней
ленных на рис 10-4, вызовут сдвиг функциональной кривой нервной части артерии
альной барорецепторной системы влево, в результате чего будет создано новое рав-.
новесие на более низком, чем в норме, уровне артериального давления и
симпатической активности. i
При многих физиологических и патологических состояниях одновременно возни-
кают изменения как в нервной, так и в эффекторной частях артериальной барорецеп-(
торной системы. На рис. 10-7, В показан данный вариант. Влияние, поднимающее*
установочную точку только в нервной части системы, сдвигает равновесие из точки 1 j
в точку 2. Накладывающееся на него воздействие на сердце и сосуды, которое вызыва-’
ет снижение артериального давления, сдвигает равновесие далее из точки 2 в точку 3.?
Обратите внимание, что хотя реакция на фактор, понижающий давление на.
рис. 10-7, В (из точки 2 в точку 3), начинается с более высокого, чем в норме, уровня
артериального давления, тем не менее, оно, по сути, идентично тому, которое отмена-;
ется при отсутствии повышающих установочную точку влияний на сосудодвигатель-
ный центр (см. рис. 10-6, В). Таким образом, данная реакция является попыткой пре-'
дотвратить падение артериального давления ниже, чем в точке 2. Общий смысл этого'
явления заключается в том, что любые воздействия на сосудодвигательный центр про-
долговатого мозга, повышающие установочную точку, которые указаны на рис. 10-4,
заставляют артериальную барорецепторную систему устанавливать более высокий уро- •
веньартериального давления, чем в норме Наоборот, воздействия на сосудодвигатель-
ный центр продолговатого мозга, понижающие установочную точку, которые перечис-
лены на Рис 10-4, заставляют артериальную барорецепторную систему устанавливать
более низкий, чем в норме, уровень артериального давления
В последующих главах мы обсудим многие состояния, при которых отмечается
более высокая, чем в норме, симпатическая активность, в то время как само артери-
альное давление превышает нормальный уровень. Следует отметить, что более вы-
сокая, чем в норме, симпатическая активность и более высокий, чем в норме, уро-
вень артериального давления могут сосуществовать только при наличии воздействия
на нервную часть артериальной барорецепторной системы, повышающей устано-
вочную точку.
Долговременная регуляция артериального
давления
Жидкостное равновесие и артериальное давление
Мы уже выделили несколько ключевых факторов, участвующих в долговремен-
ной регуляции артериального давления. Первым из них является тот факт, что баро-
рецепторный рефлекс,хотя иу^ешно противодействующий временным отклонени-
ям артериального давления, не может эффективно долговременно регулировать ар-
териальное давление по той простой причине, что частота импульсации барорецеп-
тора адаптируется к длительно существующим изменениям величины артериального
давления.
Вторым из обсуждаемых факторов является то, что объем циркулирующей кро-
ви может оказывать воздействие на уровень артериального давления, поскольку:
ФОбъем крови
^Периферическое венозное давление
'L
Сдвиг кривой венозного возврата влево
Ф
-^Центральное венозное давление
'•Ь
ФМинутный объем
Ф
фАртериальное давление
Нам еще предстоит обсудить тот факт, что артериальное давление оказывает
существенное влияние на скорость мочеотделения и тем самым воздействует на
общий объем жидкости в организме. Поскольку объем крови является одним из ком-
понентов общего объема жидкости в организме, изменения объема крови тесно свя-
заны с изменениями общего объема жидкости в организме. Механизмы этого тако-
вы, что увеличение артериального давления влечет за собой увеличение
мочеотделения и тем самым снижение объема крови. Но, как подчеркнуто в преды-
дущем заключении, снижение объема крови ведет к уменьшению артериального дав-
ления.
Таким образом, полная последовательность событий, начало которой положено
повышением артериального давления, может быть представлена следующим обра-
зом-
ФАртериальное давление (расстройство)
ФСкорость мочеотделения
Ф
ФОбъем жидкости в организме
4"
ФОбъем крови
’•L
ФМинутный объем
Ф
ФАртериальное давление (компенсация)
Обратите внимание на то, что данная последовательность событий носит харак-
тер отрицательной обратной связи: увеличение артериального давления ведет к умень-
шению объема жидкости, что, в свою очередь, вызывает снижение артериального дав-
ления. Напротив, первоначальное отклонение уровня артериального давления в
сторону его снижения приведет к увеличению объема жидкости, что будет стимулиро-
вать процесс увеличения артериального давления. Из-за данной отрицательной обрат-
ной связи указанная последовательность событий представляет собой объемный ме-
ханизм регуляции артериального давления
Как показано на рис. 10-8, как артериальный барорецепторный рефлекс, так и
указанный объемный механизм представляют собой петли отрицательной обратной
связи, регулирующие артериальное давление. В то время как артериальный бароре-
цепторный рефлекс представляет собой очень быструю реакцию, противодействую-
щую изменению артериального давления, могут пройти часы и дни, прежде чем из-
менения объема и скорости мочеотделения приведут к существенной потере или
накоплению общей жидкости организма. Однако, чем больше данный объемный ме-
ханизм теряет в скорости, тем в большей степени он приобретает в своей устойчиво-
сти. Пока существует любое неравенство между скоростью поступления жидкосту
в организм и интенсивностью мочеотделения, объем жидкости в организме меняет-
ся, и данный объемный механизм не завершает процесс регуляции артериального
давления. Объемный механизм работает в равновесном состоянии только в том слу-
чае, когда скорость мочеотделения точно соответствует скорости поступления жид-
кости в организм5. Длительно артериальное давление может иметь только та-
кой уровень, при котором скорость мочеотделения равняется скорости
поступления жидкости в организм.
Барорецепторный рефлекс является, безусловно, очень важным механизмом для
противодействия быстрым изменениям уровня артериального давления. Объемный
Кратковременная
регуляция
Барорецепторный
рефлекс
Объем крови
Долговременная
регуляция
Жидкостное
равновесие
Рис. 10-8 Механизмы кратковременной и долговременной регуляции артериального давле-
ния ОПС — общее периферическое сопротивление; МО — минутный объем.
5 В данном обсуждении примем, что скорость поступления жидкости в организм с избытком
превосходит обязательные потери жидкости в виде выведения жидкости с калом и при пото-
отделении с поверхности кожи и дыхании. Процессы регуляции произвольного поступления
жидкости в организм (жажда) не до конца понятны, но предположительно включают многие
из факторов, которые оказывают влияние на мочеотделение (например, объем крови и осмо-
ляльность) Ангиотензин 11 также может быть важным фактором регуляции жажды.
механизм в то же время оп^^Й^ГдайгЬвременный уровень артериального давле-
ния, Поскольку он Медленнб^В^ОЛевает все остальные влияния. В процессе адап-
тации барорецепторный механизм приспосабливается таким образом, чтобы предот-
вращать острые изменения уровня артериального давления, в то время как
превалирующее долговременное управление данным показателем осуществляется
посредством жидкостного баланса организма.
Влияние артериального давления на интенсивность
мочеотделения
Ключевым элементом механизма жидкостной регуляции артериального дав-
ления является влияние, которое оказывает артериальное давление на интенсив-
ность мочеотделения почками. Механизмы данного процесса здесь будут только
кратко описаны с акцентом на их значение для деятельности сердечно-сосудистой
системы.
Как указано в главе 1, почки играют основную роль в гомеостазе, регулируя
электролитный состав плазмы и тем самым всей внутренней среды организма. Од-
ним из основных электоролитов плазмы, регуляция баланса которого происходит в
почках, является ион натрия. Для осуществления регуляции электролитного со-
става плазмы значительная часть жидкой фракции крови, протекающей через поч-
ку, фильтруется через капилляры клубочков и после этого попадает в почечные
канальцы. Жидкость, которая проходит из крови в почечные канальцы, носит на-
звание клубочкового фильтрата, а скорость, с которой осуществляется этот про-
цесс, называется скоростью клубочковой фильтрации. Клубочковая фильтрация
представляет собой транскапиллярное перемещение жидкости, на скорость кото-
рого оказывают влияние гидростатическое и онкотическое давления, как показано
в главе 1.
Основная причина постоянной клубочковой фильтрации заключается в том, что гид-
ростатическое давление в капиллярах клубочков в норме очень высокое (= 70 мм рт. ст.).
Скорость клубочковой фильтрации уменьшается под влиянием факторов, которые
снижают давление в капиллярах клубочков (например, снижение артериального дав-
ления или сужение прегломерулярных артериол почек).
После того, как жидкость профильтровалась в просвет почечных канальцев, она
или (1) реабсорбируется и возвращается в сердечно-сосудистую систему, или (2)
проходит по почечным канальцам и в конечном итоге экскретируется в виде мочи.
Таким образом, продукция мочи является результирующим процессом клубочковой
фильтрации и канальцевой реабсорбции жидкости в почках'
Скорость мочеотделения = скорость клубочковой фильтрации - скорость реаб-
сорбции жидкости в почках.
Фактически большая часть процесса реабсорбции жидкости, которая посту-
пает в почечные канальцы в виде клубочкового фильтрата, происходит за счет
того, что натрий активно извлекается из канальцев клетками расположенными в
стенке канальца. Когда натрий уходит из канальцев, возникающие осмотические
силы заставляют воду выходить из канальцев. Таким образом, любой фактор, ко-
торый усиливает реабсорбцию натрия в почечных канальцах (задержку натрия),
увеличивает скорость реабсорбции жидкости в почках и, соответственно, снижа-
ет скорость мочеотделения Концентрация в крови гормона альдостерона, кото-
рый продуцируется в надпочечниках, является основным регулирующим факто-
1
1 лавачи
Барорецепторный рефлекс
^Активность симпатических
_______нервов почек ______
Ф Артериальное давление
фСужение артериол почек
v v
Рис 10-9 Механизмы, за счет которых артериальное давление влияет на скорость мочеотде-
ления
ром скорости реабсорбции натрия клетками почечных канальцев Освобождение
альдостерона из надпочечников в свою очередь в значительной степени регулирует-
ся уровнем в крови другого гормона, ангиотензина II, концентрация которого в плаз-
ме определяется плазменным уровнем ренина, фермента вырабатываемого почка-
ми,Ренин катализирует образование неактивного декапептида, ангиотензина I, из
ангиотензиногена, плазменного белка предшественника Затем ангиотензин I быс-
тро превращается в ангиотензин II (октапептид) под действием ангиотензин-кон-
вертирующего фермента (АКФ), который расположен на поверхности эндотели-
альных клеток Совокупность элементов, последовательно участвующих в данном
процессе, называется ренин-ангиотензин-альдостероновой системой
Представляется что на скорость образования ренина в почках влияет несколь-
ко факторов Увеличение активности симпатических нервов почек вызывает непо-
средственное освобождение ренина при участии Р, адренергических рецепторов Так-
же освобождение ренина запускается факторами, связанными со снижением
скорости клубочковой фильтрации Активация симпатических сосудосуживающих
нервов, иннервирующих почечные артериолы таким образом опосредованно вызы-
вает освобождение ренина за счет снижения гидростатического давления в капил-
лярах клубочков и скорости клубочковой фильтрации. Важный факт, который необ-
1ВЗ
ходимо помнить с точки з^еий^ултельности сердечно-сосудистой системы, заклю-
чается в том, что все, что способствует освобождению ренина, вызывает снижение
скорости мочеотделения, так как увеличение содержания ренина вызывает увеличе-
ние реабсорбции натрия (и следовательно, жидкости) из просвета почечных каналь-
цев6.
На скорость мочеотделения также воздействует вазопрессин (антидиурегиче-
ский гормон, АДГ), освобождающийся из задней доли гипофиза Вазопрессин регу-
лирует проницаемость определенных участков канальцев почек таким образом, что,
когда уровень данного гормона в крови повышен, вода реабсорбируется из каналь-
цев и почки продуцируют только небольшие объемы высококонцентрированной мочи
Продукция вазопрессина в гипоталамусе и его освобождение из задней доли гипофи-
за стимулируется многими факторами, в том числе повышенной осмолярностью вне-
клеточной жидкости, пониженной импульсацией со стороны сердечно-легочных ба-
рорецепторов и сниженным уровнем импульсации со стороны артериальных
барорецепторов В последних двух случаях влияния на освобождение вазопрессина
конечный результат заключается в уменьшении скорости мочеотделения, при сни-
жении артериального давления и (или) центрального объема
Некоторые основные механизмы, которые ведут к уменьшению скорости моче-
отделения, представлены на рис 10-9
Артериальное давление, мм рт ст
Рис 10-10 Влияние артериального давления на скорость мочеотделения здорового человека
в норме
6 Хотя ренин-ангиотензин-альдостероновая система, безусловно, является важнейшим меха-
низмом регуляции реабсорбции натрия в канальцах почек, многие считают что в этом задей-
ствованы и другие факторы. Полипептидный натрийуретический (сольтеряющий) фактор был
обнаружен в гранулах предсердных клеток Растяжение стенок предсердий вызывает осво-
бождение данного предсердного натрийуретического пептида (ПНП) в кровь Значитель-
ный интерес для исследователей представляет возможность самому сердцу выполнять роль
эндокринного органа и участвовать в процессе регуляции общего объема жидкости организ-
ма.
Наиболее важно, что на данном рисунке показано, как скорость мочеотделения
связана с величиной артериального давления многими синергическими механизма-
ми Вследствие этого умеренные изменения уровня артериального давления обус-
ловливают существенные изменения скорости мочеотделения
Указанные взаимоотношения между артериальным давлением и скоростью моче-
отделения, существующие в организме здорового человека, показаны на рис 10—10,
Напомним, что при устойчивом состоянии скорость мочеотделения всегда равняет-
ся объему жидкости, поступающей в организм, и изменения объема жидкости орга-
низма будут автоматически вызывать изменения артериального давления, пока дан-
ное равновесие не будет установлено Таким образом, у здорового человека с
нормальным поступлением жидкости в организм артериальное давление будет, с уче-
том долговременных регулирующих воздействий, соответствовать точке А на графи-
ке рис 10-10 Из-за выраженной крутизны кривой, показанной на рис 10-10, даже
существенные изменения скорости поступления жидкости в организм в норме ока-
жут незначительное воздействие на величину артериального давления
Вопросы для изучения: с 45 по 50
ГЛАВА 11
РЕАКЦИЯ СЕРДЕЧНО-
СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ
СТРЕССЫ
Цели
Студент понимает основные механизмы, участвующие в реакциях сердечно со
судистой системы на любые данные нормальные гомеостатические воздействия, вли-
яющие на интактную сердечно-сосудистую систему и может предположить резуль-
тирующие изменения во всех важнейших показателях ее деятельности
1. Определяет основные воздействия, которые оказывают влияние на сердечно
сосудистую систему
2. Перечисляет, каким образом первичные изменения меняют воздействие на
сосудодвигательный центр продолговатого мозга со стороны (1) артериальных
барорецепторов и (2) других источников
3. Указывает, какие изменения произойдут в активности симпатических и пара
симпатических нервов в результате изменившихся воздействий на сосудодви
гательный центр продолговатого мозга
4. Определяет, какие немедленные рефлекторные изменения произойдут в ча
стоте сердечных сокращений, сократительной способности сердца, ударном
объеме, тонусе артериол, тонусе вен, периферическом венозном давлении,
центральном венозном давлении, общем периферическом сосудистом соПро
тивлении, сосудистом сопротивлении в любом крупном органе и кровотоке
через любой крупный орган.
5. Предсказывает, какой результирующий эффект первичные и рефлекторные
воздействия на деятельность сердечно-сосудистой системы, перечисленные в
цели № 4, окажут на величину среднего артериального давления
6. Устанавливает, в каких случаях среднее артериальное давление и активация
симпатической нервной системы в процессе регуляции устанавливаются на
величине выше и ниже нормы.
7. Предполагает, будет ли меняться кровоток в коже при изменении рефлектор-
ной регуляции температуры и каким образом это произойдет.
8. Указывает будет ли транскапиллярное перемещение жидкости участвовать в
общей реакции со стороны сердечно-сосудистой системы и как это произойдет.
9. Указывает, будет ли почечная регуляция жидкостного равновесия организма
сказываться на общей реакции со стороны сердечно-сосудистой системы, а
также почему, как и через какой промежуток времени это произойдет.
10. Предполагает, каким образом каждый из показателей, перечисленных в цели
№ 4, будет испытывать воздействие со стороны долговременных механизмов
регуляции объема крови.
Студент понимает, каким образом процесс дыхания воздействует на деятель-
ность сердечно-сосудистой системы:
11. Описывает, как «дыхательный насос» усиливает венозный возврат.
12. Определяет первичные изменения показателей деятельности сердечно-сосу-
дистой системы, связанные с нормальной дыхательной функцией.
13. Описывает рефлекторные компенсаторные реакции на дыхательную деятель-
ность.
14. Определяет причины «нормальной синусовой аритмии».
15. Перечисляет те изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, ко-
торые возникают под воздействием пробы Вальсальвы.
Студент понимает суть специфических процессов, связанных с гомеостатиче-
ской адаптацией к воздействию силы тяжести:
16. Указывает, каким образом сила тяжести влияет на артериальное, венозное И
капиллярное давления на любом уровне выше или ниже сердца в вертикаль-
ном положении.
17. Описывает и объясняет изменения центрального венозного давления и изме-
нения транскапиллярного переноса жидкости и венозного объема в нижних
конечностях, вызванное вертикальным положением тела.
18. Описывает работу «насоса скелетной мускулатуры» и объясняет, каким обра-
зом он одновременно усиливает венозный возврат и снижает гидростатиче-
ское давление в капиллярах мышечного сосудистого русла.
19. Определяет первичные изменения и компенсаторные реакции, возникающие
под влиянием внезапных изменений положения тела.
20. Описывает длительные воздействия пребывания в невесомости и сравнивает
их с теми, которые отмечаются при длительном пребывании в постели.
Студент понимает суть специфических процессов, связанных с гомеостатиче-
ской адаптацией к физическим нагрузкам:
21. Указывает первичные изменения и компенсаторные реакции, возникающие
при внезапном начале динамической физической нагрузки.
22. Описывает противоречие, возникающее между прессорными и температур-
ными рефлексами на кровоток кожи.
23. Указывает, как «насос скелетной мускулатуры» и «дыхательный насос» уча-
ствуют в регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы при физиче-
ской нагрузке.
24. Сравнивает реакции сердечно-сосудистой системы на статическую и динами-
ческую физическую нагрузку.
25. Перечисляет влияю» длительной физической нагрузки и тренированности
на показатели деятельности сердечно-сосудистой системы.
Студент Понимает, каким образом возрастные изменения сердечно-сосудистой
системы могут оказывать влияние на ее реакции при изменениях гомеостаза:
26. Определяет возрастные изменения, которые происходят с такими показате-
лями деятельности сердечно-сосудистой системы, как сердечный индекс, ар-
териальное давление и способность сердца к нагрузкам.
27. Описывает возрастные изменения деятельности артериального барорецептор-
ного рефлекса.
28. Различает возрастные и болезненные изменения функции сердечно-сосуди-
стой системы у пожилых.
В данной и в следующей главах мы увидим, как основные принципы физиоло-
гии сердечно-сосудистой системы, которые были ранее обсуждены, применяют-
ся в ее нормальной деятельности. Будет представлен ряд состояний, при которые
возникает нарушение гомеостаза. Ключ к пониманию того, каким образом сер-
дечно-сосудистая система осуществляет регуляцию своей деятельности в каж-
дой ситуации, заключается в том, чтобы помнить, что артериальный барорецеп-
торный рефлекс и механизм регуляции жидкостного равновесия почками всегда
действуют в направлении сглаживания резких изменений уровня артериального
давления. Конечный результат заключается в том, что адекватный кровоток в
головном мозге и сердечной мышце поддерживается при любых обстоятель-
ствах.
Изменения деятельности сердечно-сосудистой системы в каждом из следующих
примеров связаны с комбинированным воздействием (1) первичных, непосредствен-
ных факторов, изменяющих показатели деятельности сердечно-сосудистой системы
и (2) рефлекторной реакции, запускаемой первичными изменениями Основной ме-
ханизм рефлекторной регуляции сходен во всех ситуациях Вместо того чтобы запо-
минать изменения деятельности сердечно-сосудистой системы, сопровождающие
каждое состояние, студенту лучше попытаться понять каждую ответную реакцию в
соответствии с представлением о первичнцх расстройствах и рефлекторных реак-
циях на них. Для обеспечения этого процесса в приложении В можно найти пере-
чень основных показателей деятельности сердечно-сосудистой системы и факторов,
их определяющих.
К главам 11 и 12 прилагается обширный список вопросов для изучения. Данные
вопросы предназначены для того, чтобы облегчить процесс понимания студентом
сложных реакций сердечно-сосудистой системы и дать возможность обзора основ-
ных принципов ее деятельности
Влияние процесса дыхания
В процессе нормального вдоха внутригрудное давление падает примерно на
7 мм рт. ст. по мере сокращения диафрагмы и расширения грудной клетки и поднима-
ется каждый раз на равную величину на выдохе. Такие периодические колебания
давления не только обеспечивают передвижение воздуха в легкие и из них, но также
передаются через тонкие стенки крупных вен в грудной клетке, усиливая венозный
возврат крови к сердцу с периферии. Из-за наличия венозных клапанов венозный
возврат в большей степени возрастает на вдохе, чем уменьшается на выдохе. Резуль-
тирующий эффект заключается в том, что венозный возврат с периферии в значи-
тельной степени облегчается за счет периодических колебаний центрального веноз-
ного давления, обусловленных процессом дыхания. Этот феномен часто называют
«дыхательным насосом».
Вследствие указанных изменений венозного возврата, нормальный процесс ды-
хания связан с периодическими циклическими изменениями величин минутного объ-
ема и артериального давления. У здоровых индивидуумов частота сердечных сокра-
щений также колеблется синхронно с дыхательными движениями. Такое явление
называется «нормальной синусовой аритмией». Некоторые из основных первичных
изменений и компенсаторных реакций, участвующих в воздействии процесса дыха-
ния на работу сердечно-сосудистой системы, указаны на рис. 11-1, хотя полная кар-
тина в действительности гораздо более сложна, чем показано на рисунке. Наполне-
ние кровью правого сердца временно возрастает на вдохе и, в соответствии с законом
Старлинга, ударный объем и, соответственно, минутный объем также временно воз-
растают
’ * Вдох --
1_
ФВнутригрудное давление
^Центральное венозное давление
I
фВенозный возврат
^Центральный венозный объем
^Наполнение сердца
фУдарный объем
фМинутный объем
I
^Среднее артериальное
давление
I
фЧастота импульсов
артериальных барорецепторов
фЧастота импульсов
сердечно-легочных
барорецепторов
Понижение
«установочной точки»
^Парасимпатическая
активность
Сосудодвигательный центр продолговатого мозга
ФСимпатическая
Органы тела
Сердце
Рис 11-1 Влияние вдоха на сердечно-сосудистую систему
Поскольку изменения минутного объема правого сердца приводят к изменени-
ям минутного объема левого сердца, то результирующее влияние вдоха заключает-
ся во временном увеличении ударного объема и минутного объема левого желудоч-
ка. Это приведет к временному повышению артериального давления и временному
усилению импульсации артериальных барорецепторов.
Кроме того, вследствие обусловленного вдохом снижения внутригрудного дав-
ления сердечно-легочные барорецепторы будут подвергаться растяжению, в резуль-
тате чего будет усиливаться их импульсация. Данные влияния барорецепторов бу-
дут воздействовать на сосудодвигательный центр продолговатого мозга, что вызовет
рефлекторное снижение артериального давления, т. е. увеличение активности пара-
симпатической иннервации сердца и снижение активности симпатических нервов
При нормальных условиях в покое циклическое изменение частоты сердечных со-
кращений представляет собой наиболее явную реакцию сердечно-сосудистой систе-
мы на процесс дыхания1.
Существует ряд случаев, когда влияние процесса дыхания на деятельность сердеч-
но-сосудистой системы представляется крайне важным. При физической нагрузке, на-
пример, глубокое и частое дыхание значительно способствует венозному возврату Зе-
вание представляет собой сложное явление, включающее существенное временное
уменьшение внутригрудного давления, что значительно увеличивает венозный возврат
(особенно, если сочетается с растяжением1). Напротив, кашель сопровождается увели-
чением внутригрудного давления и его «приступ» может привести к столь сильному
уменьшению минутного объема сердца, которое может вызвать обморок
Влияние изменения внутригрудного давления на деятельность сердечно-сосу-
дистой системы также представляется важным при пробе Вальсальвы, которая пред-
ставляет собой усиленный выдох при закрытой голосовой щели В норме подобное
действие осуществляется во время акта дефекации («натуживание») или при попыт-
ке поднять тяжелый предмет. (Сходные условия складываются, когда усиленный
выдох происходит при большом внешнем сопротивлении, например, при надувании
воздушного шарика).
В реакции сердечно-сосудистой системы отмечается несколько фаз В начале
выполнения пробы Вальсальвы артериальное давление резко увеличивается в тече-
ние нескольких сокращений из-за передачи возросшего внутригрудного давления
грудной аорте. Продолжающееся увеличение внутригрудного давления ведет к сни-
жению венозного возврата и резкому падению артериального давления, что, в свою
очередь, вызывает рефлекторное увеличение частоты сердечных сокращений и су-
жение периферических сосудов (В это время покрасневшее лицо и переполненные
периферические вены указывают на повышение периферического венозного давле-
ния) При окончании пробы отмечается резкое падение давления на протяжении пары
сокращений в результате уменьшения внутригрудного давления Затем венозная
1 Хотя влияние дыхания на процесс наполнения кровью правого сердца представлено на
рис 11-1, дыхание также оказывает воздействие и на наполнение левого сердца В то же
время эти два процесса имеют некоторые отличия, Поскольку как левое предсердие, так и
весь малый круг кровообращения подвержены влиянию изменений внутригрудного давле
ния На рис 11-1 не изображена и некоторая отсрочка во времени между изменениями на
полнения правого сердца и ударного объем а левого желудочка Специфические фазовые вза-
имоотношения между дыхательным циклом и его эффектами на деятельность сердечно-сосу
диетой системы зависят от частоты и глубины дыхания, а также от средней частоты сердеч-
ных сокращений
кровь быстро перемещается в центральный венозный пул; ударный объём, минут-
ный объем и артериальное давление резко возрастают; возникает рефлекторная бра-
дикардия. Сочетание повышения периферического венозного давления, сменяюще-
гося повышением артериального и пульсового давления, особенно опасно для лиц с
риском нарушения мозгового кровообращения (инсульта), поскольку такое сочета-
ние может привести к разрыву сосуда.
Влияние силы тяжести
Реакции на изменение положения тела человека i
Так как сила тяжести оказывает влияние на величины давления в сердечно-'
сосудистой системе, при перемене положения тела в ее регулирующих механиз-;
мах происходит серьезная перестройка. В предыдущих главах мы игнорировали
влияние силы тяжести и разницу в величине давления в различных точках сис-’
темной циркуляции мы соотносили только с потоком крови и сосудистым сопро-
тивлением (AP=QR). *
Как показано на рис. 11-2, это приближение справедливо для индивидуума, на^
холящегося в горизонтальном положении. У человека в вертикальном положении)
между сердцем и участками, которые расположены не на уровне сердца, существует*)
дополнительный градиент. Это имеет наибольшее значение для голеней и стоп прй!
вертикальном положении. Как показано на рис. 11-2, В, все величины давления Bi
сосудах стопы могут увеличиться на 90 мм рт. ст. только за счет объема крови в арте-;
риях и венах, которые направляются к стопе и отходят от нее.
Обратите внимание при сравнении рис. 11 -2, А и В, что вертикальное положе-,
ние тела само по себе не изменяет кровоток в нижних конечностях, так как сила
тяжести оказывает одинаковое действие на артериальное и венозное давление и теМ;
самым не изменяет артериовенозную разность давления на любой высоте. В то
же время существуют два важных непосредственных следствия повышения давле-
ния в сосудах нижних конечностей, которые показаны на рис. 11-2, В: (1) абсолют-
ное увеличение венозного давления приводит к растяжению периферических вен и
существенному увеличению периферического венозного объема и (2) абсолютное
увеличение гидростатического давления в капиллярах вызывает существенное уве-
личение скорости транскапиллярной фильтрации.
По причинам, которые будут описаны позднее, при переходе из горизонтально-
го в вертикальное положение происходит рефлекторная активация симпатических
нервов. В то же время на рис. 11-2, С показано, что сужение сосудов в результате
активации симпатических нервов оказывает только предельный эффект в снижении
нежелательных воздействий силы тяжести на нижние конечности. Сужение артери-
ол может привести к большему давлению на протяжении артериол, это лишь ограни-
ченно влияет на капиллярное давление, поскольку венозное давление остается ис-
ключительно высоким. Скорость фильтрации продолжает оставаться очень высокой.
Фактически нормальные сердечно-сосудистые рефлекторные механизмы сами по себе
не способны осуществить адаптацию к вертикальному положению без помощи «на-
соса скелетной мускулатуры». Находящийся в вертикальном положении субъект
без периодической сократительной деятельности скелетна^ускулатуры в нижнцх
Рис. 11-2. Влияние силы тяжести иа давление в сосудах (А и В) с компенсаторным эффектом
активации симпатических нервов (С>« насоса скелетной мускулатуры (D и Е).
конечностях потерял бы сознание минут через 10-20 из-за снижения мозгового кро- Я
вотока, который возник бы в результате уменьшения центрального объема крови, Я
ударного объема, минутного объема и артериального давления. Я
На рис. 11-2, D и Е показана эффективность насоса скелетной мускулатуры л
для предотвращения накопления крови в венозном пуле и образования отеков ниж- »
них конечностей в вертикальном положении тела. Сжатие сосудов при сокращении
скелетных мышц изгоняет из нижних конечностей, как венозную кровь, так и лим-
фатическую жидкость (рис. 11-2, D). Сразу после сокращения скелетной мускула-jM
туры как вены, так и лимфатические сосуды относительно пусты, поскольку ихрабо-Я
тающие только в одном направлении клапаны препятствуют обратному току Уже»
изгнанной из них крови (рис. 11 -2, Е). Наиболее важно, что объем столба венознойИ
крови и лимфатической жидкости временно поддерживается закрытыми створкамйЯ
односторонних венозных клапанов. Соответственно, венозное давление быстро сни-д
жается сразу после сокращения скелетных мышц и поднимается только постепенно»
по мере того, как вены снова наполняются кровью из капилляров. Таким образом.»
давление в капиллярах и скорость транскапиллярной фильтрации жидкости суще-»
ственно снижаются на какое-то время после сокращения скелетных мышц. Перио?»
дическое сокращение скелетных мышц может поддерживать среднее значение ве-ЧИ
нозного давления на уровне, который лишь ненамного превышает норму. Это вЯ
сочетании с увеличением градиента давления на протяжении суженных артериол,Я
препятствует подъему капиллярного давления в нижних конечностях до неперено-Я
симого уровня. Транскапиллярная фильтрация жидкости в некоторой степени со-»
храняется, но увеличение потока лимфатической жидкости в результате деятельно-Я
сти насоса скелетной мускулатуры в норме оказывается достаточным, чтобы»
предотвратить образование выраженных отеков на стопах. Я
Деятельность насоса скелетной мускулатуры, хотя и эффективна, но не предот-Л
вращает в полной мере увеличения среднего уровня венозного давления и накопле-Я
ния крови в нижних конечностях при вертикальном положении. Таким образом, при-И
нятие вертикального положения нарушает деятельность сердечно-сосудистойЯ
системы и запускает рефлекторные приспособительные реакции, как показано нал
рис. 11-3. л
Как и в случае всех реакций сердечно-сосудистой системы, ключ к пониманию»
тех изменений, которые связаны с вертикальным положением тела, заключается ЫВ
том, чтобы отличить первичные изменения от компенсаторных реакций. Как показа-»
но в верхней части рис. 11-3, немедленным следствием перехода в вертикальное»
- положение является увеличение как венозного, так и артериального давления на»
нижних конечностях. В ходе представленной цепи событий первичные изменения.»
воздействуют на сосудодвигательный центр за счет снижения нормальной частоты»
импульсов как артериальных, так и сердечно-легочных барорецепторов. »
Результатом снижения частоты импульсов барорецепторов, поступающих в со-Я
судодвигательный центр является рефлекторная реакция, направленная на увели-Я
чение артериального давления, т. е. уменьшение активности парасимпатических»
нервов сердца и увеличение активности сосудодвигательных симпатических нервов,»
как показано в нижней части рис. 11-3. Частота сердечных сокращений и сократи- а
тельная способность сердца возрастают одновременно с сужением артериол и вен в д
большинстве органов тела (за исключением головного мозга и сердца). 1
Частота сердечных сокращений и общее периферическое сосудистое сопротив- 1
ление выше в вертикальном положении, чем в горизонтальном. Обратите внимание, 3
что эти конкретные показатели деятельности сердечно-сосудистой системы не ис- 1
цельное положение
^Венозное давление
(нижние конечности)
fАртериальное давление
(нижние конечности)
Перемещение крови
из центрального в
периферический пул
|Кап иллярное давление
(нижние конечности)
| Объем крови
4 Центральное венозное давление
Капиллярная фильтрация
(нижние конечности)
| Минутный объем
у | Пульсовое
^Среднее артериальное давление
давление /
^Частота импульсов
артериальных
барорецепторов
| Ударный объем
Отеки
(нижние конечности)
| Частота импульсов
сердечно-легочных
барорецепторов
Повышение
«установочной точки»
Сосудодвигательный центр продолговатого мозга
Сердце
Органы тела Почки
Кратковременно
Долговременно
Рис. 11-3. Механизмы сердечно-сосудистой системы при переходе из горизонтального поло-
жения тела в вертикальное.
пытывают непосредственного воздействия вертикальной позиции тела, но изменя-
ются под влиянием компенсаторных реакций. Ударный объем и минутный объем,
напротив, обычно снижаются по сравнению со значениями их в горизонтальном по-
ложении тела, если человек стоит неподвижно, несмотря на рефлекторную регуля-
цию, направленную на увеличение их значений. Так, происходит потому, что реф-
лекторная регуляция не компенсирует полностью первичные изменения данных
показателей, вызванные переходом в вертикальное положение. Это одно из подтвер-
ждений того, что кратковременные компенсаторные реакции со стороны сердечно-
сосудистой системы никогда не бывают полными.
Часто обнаруживается, что среднее артериальное давление повышается при
переходе из горизонтального в вертикальное положение. На первый взгляд это явля-
ется нарушением многих законов деятельности сердечно-сосудистой системы. Ка-
ким образом компенсаторная реакция может быть более чем полной? Более того,
каким образом конкурирует усиленная симпатическая активность с более высоким,
чем в норме, средним артериальным давлением? При вертикальном положении тела
существует много ответов на эти очевидные загадки. Во-первых, средняя частота им-
пульсации артериальных барорецепторов может фактически снизиться, несмотря на
небольшое увеличение среднего артериального давления, если одновременно отмеча-
ется достаточно большое снижение пульсового давления. Во-вторых, среднее артери-
альное давление при измерении сфигмоманометром на руке стоящего вертикально <
субъекта фактически превосходит величину среднего артериального давления, вое-;
принимаемого барорецептором каротидного синуса в области шеи, из-за наличия гра->
витации В-третьих, воздействие на сосудодвигательный центр продолговатого мозга!
со стороны сердечно-легочных рецепторов может увеличить артериальное давление!
посредством механизмов, показанных на рис. 10-7, А. 1
Почки в особенности чувствительны к переменам в активности симпатичес-’
ких нервов и, соответственно, как показано на рис. 11-3, любые рефлекторные!
изменения симпатической активности воздействуют на жидкостное равновесие,|
что в конечном итоге является важным фактором долговременной регуляции. Вер-;
тикальное положение, которое связано с увеличением симпатического тонуса, в!
конечном итоге ведет к увеличению объема жидкости. Конечный результат этого|
заключается в том, что увеличение объема крови в целом снижает величину реф-|
лекторных изменений, необходимых для того, чтобы скомпенсировать влияния вер-;
тикального положения.
Реакции на состояние невесомости
Сердечно-сосудистая система индивидуума, который путешествует за предела-
ми атмосферы Земли, претерпевает целую серию изменений в процессе адаптации к>
состоянию невесомости. Период времени, в течение которого происходят эти изме-’
нения, а также лежащие в основе клеточные механизмы в настоящее время изучены!
недостаточно, но последствия этих изменений достаточно ощутимы, так что прила-
гаются международные усилия для более точного изучения данного вопроса.
Наиболее важным непосредственным изменением, которое возникает у челове-
ка при попадании в состояние невесомости, является перемещение жидкости от ниж-^
них конечностей в вышележащие отделы тела. Последствием этого перемещения':
является растяжение вен головы и шеи, отек лица, заложенность носа и снижение1
окружности голеней и объема нижних конечностей. Кроме того, увеличение цент-
рального объема крови стимулирует сердечно-легочные механорецепторы, которые’
воздействуют на функцию почек через нервные и гуморальные пути, увеличивая
' потери жидкости организмом Индивидуум начинает терять массу тела, и через не-
сколько дней у него развивается гиповолемия (по земным стандартам)
Также были отмечены некоторые другие изменения со стороны сердечно-сосу-
дистой системы во время космического полета, механизмы развития которых в на-
стоящее время не достаточно понятны К ним относятся увеличение частоты сердеч-
ных сокращении в покое, артериального пульсового давления, и вероятность
возникновения сердечных аритмий Увеличение частоты сердечных сокращений яв-
ляется реакцией, противоположной той, которая ожидается в данной ситуации в
результате осуществления сердечно-легочных барорефлексов. Увеличение артери-
ального пульсового давления может отражать увеличение ударного объема, вслед-
ствие увеличения давления при наполнении сердца (закон Франка—Старлинга). Уве-
личение частоты аритмий может быть связано с нарушением равновесия в
деятельности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной
системы и (или) следствием существенных жидкостных, электролитных и гормональ-
ных нарушений. В целбм, втбжевремя представляется, что сердечно-сосудистая
система способна достаточна эффективно адаптироваться к новым условиям неве-
сомости.
После возвращения в гравитационное поле, все без исключения космонавты
страдают некоторой степенью ортостатической, или постуральной гипотензии,
т.е. преходящего снижения давления крови, которое отмечается при длительном
пребывании в вертикальном положении. Представляется, что это связано, в первую
очередь, с тем уменьшением объема циркулирующей крови, которое отмечается при
пребывании в космосе. Устранение изменений деятельности сердечно-сосудистой
системы, связанных с пребыванием в состоянии невесомости, может продолжаться
около трех недель. Усилия, предпринимаемые в космосе, для того, чтобы уменьшить
изменения со стороны сердечно-сосудистой системы (в том числе программы физи-
ческих упражнений, приспособления для создания отрицательного давления вокруг
нижней части тела космонавта, повышенное введение в его организм соли и воды),
имели ограниченный успех.
Для тех из нас, кто остается на Земле, интересно отметить, что многие из тех
изменений, которые происходят в невесомости, сходны с изменениями, возникаю-
щими при длительном пребывании в постели В этом случае воздействие гравитации
на организм сведено к минимуму из-за пребывания в горизонтальном положении.
Осуществляется переход крови из вен нижних конечностей в центральный веноз-
ный пул и включаются механизмы, направленные на уменьшение объема жидкости
в организме В результате уменьшения объема циркулирующей крови у таких инди-
видуумов повышается склонность к ортостатической гипотензии, что часто наблю-
дается у пациентов, которые начинают ходить после постельного режима (см. Воп-
росы для изучения с 51 по 54).
Влияние физической нагрузки
Реакции на резкое начало физической нагрузки
Физические нагрузки представляют собой наиболее типичные, хотя и сопряжен-
ные с определенными затратами, состояния, к которым приходится адаптироваться
сердечно-сосудистой системе. Специфические изменения, возникающие в деятельно-
сти сердечно-сосудистой системы во время физических нагрузок, определяются сле-
дующими факторами. (1) типом нагрузки, т е является ли она преимущественно «ди-
намической» (ритмической или изотонической) или «статической» (изометрической),
(2) интенсивностью и длительностью нагрузки, (3) возрастом индивидуума и (4) уров-
нем «тренированности» субъекта На примере, который мы видим на рис. 11-4, пред-
ставлены типичные изменения деятельности сердечно-сосудистой системы, которые
могут произойти у нормального взрослого нетренированного человека при физиче-
ской нагрузке динамического типа, такой как бег или танец. Особо обратите внима-
ние, что частота сердечных сокращений и минутный объем существенно возрастают
во время физической нагрузки и среднее артериальное давление и пульсовое давле-
ние также значительно увеличиваются Такие изменения убеждают, что увеличе-
ние метаболических потребностей работающей скелетной мышцы удовлетворяется
соответствующим увеличением кровотока в ней.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ
КРОВОТОК
ЧЕРЕЗ ОТДЕЛЬНЫЕ
ОРГАНЫ
Значительная
Минутный объем
Частота
сердечных сокращений
Фракция изгнания
Артериальное давление
Центральное
венозное давление
6 л/мин
70 уд./мин
60%
120/80 мм рт. ст.
2 мм рт. ст.
18 л/мин
160 уд./мин
80%
150/80 мм рт. ст.
2 мм рт. ст.
Рис. 11-4. Реакция сердечно-сосудистой системы на значительные физические нагрузки.
Многие из приспособительных реакций, связанных с физической нагрузкой,
обусловлены повышенной симпатической активностью, которая является результа-
том механизмов, представленных на рис. 11-5. Одно из первичных изменений, свя-
занных со стрессом и (или) ожиданием начала физической нагрузки, возникает в:
коре головного мозга и оказывает воздействие на сосудодвигательный центр продол-
говатого мозга через кортико-гипоталамические проводящие пути. Такое воздействие, J
повышающее установочную точку, называемое «центральной командой», влияет на'
нервную часть артериальной барорецепторной системы и вызывает регуляцию сред-
него артериального давления на более высоком уровне, чем в норме, как это обсуж-
далось в главе 10 (см. рис. 10-7, А). Также на рис. 11-5 указано, что вторичное воз-?
действие, повышающее установочную точку, может поступать в сосудодвигательный 1
центр от хеморецепторов, расположенных в активно работающих скелетных мыш-
цах. Такая импульсация также вносит свой вклад в повышение симпатической ак- >
тивности и уровня среднего артериального давления при физической нагрузке.
Существенным изменением в сердечно-сосудистой системе при динамической ’
нагрузке в то же время является значительное снижение общего периферического <
сопротивления, вызванного накоплением метаболических вазодилататоров и сниже- j
нием сосудистого сопротивления в активно работающей скелетной мускулатуре. Как
указано на рис. 11-5, снижение общего периферического сопротивления представ-
ляет собой фактор, снижающий давление, который стимулирует увеличение симпа-
тической активности посредством артериального барорецепторного рефлекса (си.
рис. 10-7, В).
Хотя среднее артериальное давление во время физической нагрузки выше нор-
мы, однако снижение общего периферического сопротивления приводит к его паде-
нию ниже этого повышенного уровня, на котором оно должно было бы регулировать-
ся в результате только воздействий на сосудодвигательный центр, направленных на
подъем установочной точки. Как показано на рис. 10-7, В, артериальная барорецеп-
торная дуга реагирует на данное обстоятельство увеличением симпатической актив-
ности. Таким образом, артериальный барорецепторный рефлекс в значительной сте-
пени обусловливает увеличение симпатической активности при физической нагрузке,
несмотря на казалось бы противоречащий этому факт повышения уровня артериаль-
ного давления по сравнению с нормой. Фактически, если бы не артериальный баро-
рецепторный рефлекс, то снижение общего периферического сопротивления, проис-
ходящее во время физической нагрузки, вызвало бы падение среднего артериального
давления существенно ниже нормы.
Как обсуждалось в главе 10 и указывалось на рис. 11-4 и 11-5, кровоток в коже
может увеличиться при нагрузке, несмотря на общее увеличение тонуса симпати-
ческих сосудосуживающих нервов, поскольку термические рефлексы могут подав-
лять прессорные рефлексы при регуляции кровотока в коже в определенных услови-
ях. Температурные рефлексы обычно, конечно, активируются во время усиленной
физической нагрузки, чтобы устранить избыток тепла, который возникает во время
активной работы скелетной мускулатуры. Часто кровоток в коже снижается в нача-
ле нагрузки (как часть общего увеличения тонуса артериол в результате увеличения
активности симпатических сосудосуживающих нервов), а затем возрастает при ее
продолжении по мере того, как нарастает теплопродукция и температура тела.
Помимо увеличения кровотока в скелетной мускулатуре и коже, при тяжелой
физической нагрузке также существенно возрастает коронарный кровоток. Это преж-
де всего обусловлено локальной метаболической вазодилатацией коронарных арте-
риол, вследствие усиления работы сердца и увеличения потребления кислорода мио-
кардом.
На рис. 11 -5 не показано два важных механизма, участвующих в реакции сер-
дечно-сосудистой системы на динамическую физическую нагрузку. Первый — это
насос скелетной мускулатуры, который мы обсуждали в связи с вертикальным по-
ложением тела. Насос скелетной мускулатуры является очень важным фактором
усиления венозного возврата при физической нагрузке и таким образом предуп-
реждает чрезмерное снижение центрального венозного давления вследствие уве-
личения частоты сердечных сокращений и сократительной способности миокарда.
Второй фактор — это дыхательный насос, который также способствует венозному
возврату при физической нагрузке. Усиление дыхательных движений во время
физической нагрузки ведет к увеличению эффективности деятельности дыхатель-
ного насоса и, тем самым, способствует повышению венозного возврата и напол-
нения сердца.
Как показано на рис. 11-4, средняя величина центрального венозного давления
при значительной динамической физической нагрузке изменяется несущественно,
или вообще не меняется. Это происходит, потому что обе кривые минутного объема
и венозного возврата сдвигаются кверху при физической нагрузке. Таким образом,
минутный объем и венозный возврат увеличиваются без значительных изменений
центрального венозного давления (вернитесь к рис. 9-5).
1У0
1 .цари * *
ф
S
2
Ф
Ф
О
s
Кора**
головного мозп
Физическая нагрузка
f Центральная
команда
Метаболизм скелетной мышцы
Накопление сосудорас-
ширяющих метаболитов
в скелетных мышцах
tТеплопродукция
а Температура
' гипоталамуса
||Сопротивление сосудов
скелетных мышц
t Активности
хеморецепторов
скелетных мышц
Общее периферическое
f сопротивление
| Артериальное давление
ниже «установочной
точки»
ф
S
*
и
ф
2
2
В
о
8
Подъем «установочной
точки»
| Частота импульсации
артериальных
барорецепторов
га
£
f Активность
потовых
желез
Сосудодвигательный центр продолговатого мозга
| Парасимпатическая f Симпатическая f Симпатическая
активность активность активность
1чсс ^Сократительная f Сужение) Сужение |Сужение |Сужение
способность вен артериол вен артериол
Сердце
Органы тела
Кожа
Регуляция давления
Терморегуляция
(при необходимости)
л
и
о
2
О
3
и
§
2
£
ф
S
о «
н
2.Х
2
ф
s
Рис. 11 -5. Механизмы регуляции функции сердечно-сосудистой системы при физической на-,
грузке.
В целом, значительные адаптационные изменения деятельности сердечно-сосу-
дистой системы при динамической физической нагрузке, показанные на рис. 11-5,
происходят автоматически, вследствие работы нормальных механизмов регуляции.;
деятельности сердечно-сосудистой системы. Колоссальное увеличение кровотока В
скелетной мускулатуре осуществляется преимущественно за счет увеличения ми-
нутного объема сердца, но частично это также осуществляется за счет уменьшения
кровотока в почках и органах брюшной полости.
При статической (т.е. изометрической) физической нагрузке в сердечно-сосу-
дистой системе возникают изменения, отличные от изменений при динамической
нагрузке. Как обсуждалось в предыдущем разделе, динамическая нагрузка приводит
к существенному уменьшению общего периферического сопротивления, вследствие
локальной метаболической вазодилатации в работающих мышцах. Статическое на-
1 Vi ‘VCOWIMM
пряжение, даже умеренной интенсивности, вызывают сдавление сосудов в сокраща-
ющихся мышцах и снижение объемного кровотока в них. Таким образом, общее пе-
риферическое сопротивление обычно не снижается при статической физической
нагрузке и может даже существенно увеличиться, если в работу вовлечены некото-
рые крупные мышцы. Первичные изменения в деятельности сердечно-сосудистой
системы во время статической нагрузки представляют собой повышающие устано-
вочную точку потоки импульсов в сосудодвигательный центр продолговатого мозга
из коры головного мозга (центральная команда) и от хеморецепторов в сокращаю-
щихся мышцах.
Воздействие на сердечно-сосудистую систему статической нагрузки приводит к
увеличению частоты сердечных сокращений, минутного объема и артериального дав-
ления — все это является результатом усиления активности симпатических цент-
ров. Статическая нагрузка в то же время приводят к меньшему увеличению частоты
сердечных сокращений и минутного объема и большему увеличению диастолическо-
го, систолического и среднего артериального давления, чем это происходит при ди-
намической физической нагрузке.
Длительность периода восстановления различных параметров деятельности
сердечно-сосудистой системы после физической нагрузки зависит от многих факто-
ров, в том числе от типа, длительности и интенсивности нагрузки, а также и от об-
щей тренированности человека. Мышечный кровоток в норме возвращается к вели-
чине состояния покоя через несколько минут после динамической нагрузки. В то же
время, если сужение артерий препятствует возникновению нормальной активной
гиперемии во время динамической физической нагрузки, то восстановление исход-
ного уровня займет гораздо больше времени, чем в норме. После изометрической
физической нагрузки мышечный кровоток часто возрастает почти до максимально-
го, прежде чем вернуться к норме на протяжении времени, которое варьирует в зави-
симости от длительности и интенсивности физических усилий. Частично увеличе-
ние мышечного кровотока после изометрической физической нагрузки можно
классифицировать как реактивную гиперемию в ответ на снижение кровотока, вы-
званное сдавливающими силами в мышцах во время физической нагрузки (см. так-
же Вопросы для изучения с 55 по 58 и бб).
Реакции на постоянную физическую нагрузку
Спортивные тренировки или занятия физкультурой оказывают существенный
положительный эффект на сердечно-сосудистой систему. Возникающие при этом
конкретные изменения зависят от типа нагрузок, их интенсивности и длительности
периода тренировок, возраста индивидуума и его (или ее) предварительного уровня
выносливости.
Однако в целом повторные физические нагрузки на протяжении нескольких
недель приводят к увеличению работоспособности. Изменения деятельности сер-
дечно-сосудистой системы, связанные с тренированностью, могут включать увели-
чение объема циркулирующей крови, снижение частоты сердечных сокращений,
увеличение ударного объема сердца и снижение артериального давления, как в пе-
риод отдыха, так и во время физической нагрузки. Эти изменения приводят к сниже-
нию потребности миокарда в кислороде в целом и к увеличению сердечного резерва
(потенциала для увеличения минутного объема), который может быть востребован в
период стресса. Увеличение полостей желудочков сердца часто является следстви-
ем тренировки в динамическом режиме (упражнения на выносливость), в то время
Глава 11
как увеличение массы миокарда и толщины стенки желудочков более выражены при i
тренировке в статическом режиме (силовые упражнения). Такие структурные изме- J
нения повышают насосную функцию миокарда2. Детренированность развивается по 1
мере прекращения физическом нагрузки, в результате чего приобретенные измене-1
ния быстро исчезают. я
До сих пор остается неясным, способна ли физическая тренировка сама по себе!
действительно предотвратить или отсрочить развитие коронарной болезни. Хотя!
современные исследования не смогли определить, что является причиной, а что —1
следствием, была обнаружена положительная корреляционная связь между физи-я
ческой активностью и снижением вероятности возникновения коронарной болезни.»
Все больше данных появляется о том, что исход после перенесенного инфаркта мио-Ц
карда или после кардиохирургического вмешательства улучшается при правильном®
увеличении физической активности пациента.
Успех реабилитационных программ при заболеваниях сердца может быть ча*1
стично обусловлен теми психологическими изменениями вследствие физических на-я
грузок, которые приводят к ощущению общего хорошего самочувствия пациента. 1
Влияние старения 1
Старение является нормальным процессом. У каждого происходят определен-!
ные предсказуемые, необратимые физиологические изменения, представляющие»
часть непрерывного процесса, начавшегося при рождении человека. Те изменения,1
которые происходят в старости, часто рассматриваются как результат кумулятив-1
кого эффекта «ошибок», которые вызывают общее «изнашивание». В то же времо
скорее представляется, что процесс старения регулируется определенным обра-1
зом генетически и что устранение всех болезненных процессов не увеличит наШя
максимальный срок жизни существенно дольше настоящего, который равен при-|
мерно 100 годам. 1
В целом по мере того, как мы становимся старше, мы превращается в суще-1
ства более медленные, негибкие и сухие Соединительная ткань становятся ме-|
нее эластичной, плотность капилляров снижается во многих тканях, митотиче!
ская активность делящихся клеток становится более медленной, а фиксирован-;
ные постмитотические клетки (такие, как нервные и мышечные) утрачиваются. Хотя j
перечисленные изменения в целом не нарушают общие физиологические процессы,
они оказывают существенное влияние на скорость различных гомеостатических меха-'
низмов
Возрастные изменения в сердце включают (1) снижение сердечного индекса в
покое и максимальной его величины, (2) снижение максимальной частоты сердеч-
ных сокращении, (3) увеличение времени сокращения и расслабления сердечной
мышцы, (4) увеличение ригидности ткани миокарда во время диастолы и (5) накоп-
ление пигмента в клетках миокарда Изменения, происходящие с возрастом в сосу-
дистом русле, включают снижение плотности капилляров в некоторых тканях, умень-
2 В то же время, как будет описано в следующей главе, увеличение объема полостей желудоч-
ков и гипертрофия миокарда не всегда являются признакими улучшения деятельности мио-
карда, а могут быть адаптивной реакцией на разнообразные патологические состояния. При
чрезмерном развитии они становятся неэффективными.
РЕАКЦИЯ НА ФИЗИОЛОГИ^ЖтРЕССЫ
201
шение растяжимости артериальной стенки и увеличение общего периферического
сосудистого сопротивления. Сочетание этих изменений ведет к возрастному увели-
чению артериального пульсового давления и среднего артериального давления, что
мы обсуждали в главе 7. Увеличение артериального давления увеличивает постнаг-
рузку на сердце, и этим может быть отчасти обусловлено возрастное снижение сер-
дечного индекса.
Реакции на изменения артериального давления, запускаемые артериальными
барорецепторами, с возрастом угашаются. Частично это связано со снижением аф-
ферентной активности артериальных барорецепторов, поскольку с возрастом ригид-
ность артериальной стенки увеличивается. Кроме того, общее количество норадре-
налина, содержащегося в симпатических нервных окончаниях, расположенных в
миокарде, снижается с возрастом, а также снижается чувствительность миокарда к
катехоламинам. Таким образом, деятельность эфферентного компонента рефлектор-
ной дуги также становится менее полноценной. Эти изменения могут частично обус-
ловить очевидную возрастную замедленность реакций на постуральные изменения
и восстановления после физических нагрузок
Важны (хотя часто это сложно) возрастные изменения и болезненные наруше-
ния физиологических функций. Сердечно-сосудистые заболевания являются основ-
ной причиной смерти у лиц преклонного возраста Атеросклероз и артериальная ги-
пертензия являются главными причинами в нашем обществе Данные «заболевания»
не имеют универсальности, необходимой для того, чтобы рассматривать их как воз-
растные изменения, но, главным образом, их частота возрастает в популяции лиц
пожилого возраста.
Использование фармакологических средств и устранение факторов риска (ку-
рение, избыточная масса тела, использование диеты, богатой жиром и натрием, ги-
подинамия) в результате изменения стиля жизни могут снизить заболеваемость и
прогрессирование данных заболеваний. Также возможно, что некоторые из упомя-
нутых мероприятий могут предотвратить раннее проявление некоторых нормальных
процессов старения и увеличить продолжительность жизни конкретного человека.
В то же время сейчас не существует никаких практических рекомендаций, которые
могли бы потенциально продлить максимальный срок жизни человека.
Вопросы для изучения: с 51 по 60.
ГЛАВА 12
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНО-
СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
ПРИ ПАТОЛОГИИ
Цели
Студент понимает, каковы первичные изменения, компенсаторные реакции.^
процессы декомпенсации и возможные терапевтические мероприятия при разнооб-*
разных патологических состояниях сердечно-сосудистой системы
1. Определяет понятие гемодинамического шока
2. Указывает первичные расстройства, которые могут привести к возникновению
кардиогенного, гиповолемического, анафилактического, септического и ней-
рогенного шоков
3. Перечисляет компенсаторные реакции, которые могут включаться при шоке, и
описывает, каким образом они могут привести к необратимым шоковым со-
стояниям
4. Указывает процессы декомпенсации, которые могут возникнуть при шоке, и
описывает, как это ведет к необратимым шоковым состояниям
5. Указывает, как патология коронарных артерии может привести к нарушениям
функции сердца
6. Определяет термин стенокардия и описывает механизмы, которые способ-
ствуют ее развитию
7. Указывает механизмы, посредством которых различные терапевтические ме-
роприятия могут облегчить стенокардию и ишемию миокарда, характерные
для ишемической болезни сердца
8. Определяет термин сердечная недостаточность
9. Указывает кратковременные и долговременные компенсаторные процессы,
которые развиваются при сердечной недостаточности
10. Описывает положительные и отрицательные стороны накопления жидкости,
которые характерны для сердечной недостаточности
11 Определяет термин артериальная гипертензия
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНО-СО@ЛИСТОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПАТОЛОГИИ 203
-----------------------------------------------------------;---------
12. Указывает различные факторы, которые могут иметь значение для развития
первичной артериальной гипертензии
13. Описывает роль почек в возникновении и (или) поддержании состояния арте-
риальной гипертензии.
В данной последней главе книги мы представим некоторые патологические со-
стояния, которые могут нарушать осуществление сердечно-сосудистой системой
гомеостатических функций Не следует рассматривать данное изложение, как глу-
бокое исследование патологии сердечно-сосудистой системы, но скорее как вводное
представление о том, как описанные ранее физиологические процессы участвуют и
(или) изменяются при различных патологических состояниях сердечно-сосудистой
системы
В каждом отдельном случае обычно существует первичное изменение, которое
вызывает соответствующие компенсаторные рефлекторные реакции В то же время
часто патологические состояния также ведут к неадекватным «процессам декомпен-
сации», что в конечном итоге ускоряет нарушение функций сердечно-сосудистой
системы В таких случаях могут потребоваться терапевтические мероприятия, кото-
рые часто могут ограничить или устранить данные процессы декомпенсации
Гемодинамический шок
Состояние гемодинамического шока отмечается в любом случае, когда имеет
место генерализованное, значительное уменьшение кровоснабжения тканей орга-
низма Даже при активации всех компенсаторных механизмов сердечно-сосудистой
системы артериальное давление при шоке обычно (хотя и не всегда) снижено
Первичные расстройства
В целом состояние шока возникает< если или существенно снижена функцио-
нальная активность миокарда, или наполнение камер сердца происходит крайне не-
адекватно Первая ситуация носит название кардиогенный шок и отмечается в том
случае, если насосная способность сердца снижена (например, при тяжелой арит-
мии, внезапном нарушении функции клапана, закупорке коронарной артерии и ин
фаркте миокарда) Последняя ситуация может быть вызвана рядом состояний, кото-
рые снижают центральное венозное давление
1. Гиповолемический шок возникает при выраженном кровотечении (обычно бо
лее 20% от объема крови), тяжелом ожоге, хронической диарее или длитель-
ной рвоте Данные патологические состояния приводят к шоку в результате
уменьшения содержания жидкости в организме и, тем самым, объема цирку-
лирующей крови.
2. Анафилактический шок возникает в результате тяжелой аллергической ре
акции на антиген, к которому пациент сенсибилизирован (например укусы
насекомых, антибиотики, пищевые продукты) Такая иммунная реакция, так-
же называемая «реакцией гиперчувствительности немедленного типа», осу-
ществляется при участии некоторых веществ (таких, как гистамин, проста-
гландины, лейкотриены, брадикинин), которые с помощью не до конца
изученных многочисДфЦН^ЖМРНЗМов приводят к значительному расшире-
нию периферическихеоСЙЯ^мХ,
£04
3. Септический шок возникает в результате сосудорасширяющих эффектов не-
которых веществ, которые продуцируются инфекционными агентами. Одним
из наиболее типичных из таких веществ является эндотоксин, липополиса-
харид, выделяемый из бактерий. Данное вещество провоцирует образование
нитроксидсинтетазы (называемой индуцированной NO-синтетазой, чтобы
отличать ее от присутствующей в норме конститутивной NO-синтетазы) в,
эндотелиальных клетках, гладкой мускулатуре сосудов и в макрофагах, кото-
рая затем продуцирует огромные количества окиси азота, обладающей сосу-
дорасширяющим эффектом.
4. Нейрогенный шок возникает в результате утраты сосудистого тонуса вслед-
ствие торможения нормальной тонический активности симпатических сосу-
досуживающих нервов, и он часто отмечается при глубоком наркозе или при
рефлекторной реакции на сильную боль (исходящую из внутренних тканей
организма), связанную с травматическим повреждением. Преходящий вазо-
вагальный обморок, который может быть вызван сильными эмоциями, являет-
ся легкой формой нейрогенного шока.
Как показано в верхней части рис. 12-1, общими первичными расстройствами
при всех формах шока являются уменьшение минутного объема и снижение величи-
ны среднего артериального давления. Обычно снижение артериального давления
существенное, и поэтому в сосудодвигательный центр продолговатого мозга с арте-
риальных барорецепторов поступает пониженный поток импульсов. Кроме того, в
случае гиповолемического, анафилактического и септического шока, сниженная
активность со стороны сердечно-легочных барорецепторов, в результате уменьше-
ния величины центрального венозного давления и (или) объема, воздействует на со-
судодвигательный центр продолговатого мозга, стимулируя симпатическую импуль-
сацию1 Если артериальное давление снижается менее 60 мм рт. ст., то мозговой
кровоток начинает уменьшаться и это порождает реакцию на ишемию головного
мозга. Как указано в главе 10, реакция на ишемию головного мозга вызывает наибо-
лее интенсивную активацию симпатических нервов.
Компенсаторные механизмы
В целом, разнообразные формы шока запускают компенсаторные реакции со
стороны вегетативной нервной системы, которые мы связываем с падением артери-
ального давления2. Они представлены в нижней части рис 12-1.
Указанные компенсаторные шоковые реакции в то же время могут быть гораздо
более интенсивными, чем те, которые возникают в ответ на физиологические изме-
нения деятельности сердечно-сосудистой системы. Многие из обычных симптомов
1 В случае кардиогенного шока центральное венозное давление будет повышено, а в случае
нейрогенного шока величину центрального венозного давления прогнозировать нельзя, по-
скольку как минутный объем, так и венозный возврат, скорее всего будут снижены Таким
образом, в этих случаях не ясно, каким образом сердечно-легочные барорецепторы будут ока-
зыватиь воздействие на вегетативную нервную систему
-’Существуют два важных исключения из данного утверждения (1) нейрогенный шок, когда
рефлекторные реакции могут отсутствовать или вести к дальнейшему снижению артериаль-
ного давления, (2) определенные случаи кардиогенного шока, при инфаркте миокарда задне-
нижней стенки, когда возникает тенденция к брадикардии и снижению активности симпати-
ческой нервной системы (рефлекс Бецольда—Яриша)
шока (например, бледность, холодная и липкая кожа, тахикардия, мышечная сла-
бость, венозный спазм) являются результатом данных компенсаторных процессов
со стороны вегетативной нервной системы. В том случае, если эти немедленные ком-
пенсаторные реакции являются неадекватными, то у индивидуума могут также от-
мечаться признаки патологически низкого артериального давления, такие как голо-
вокружение, помрачение или утрата сознания
Существует несколько дополнительных компенсаторных процессов, которые
возникают при шоке:
1. Дыхание частое и поверхностное, что усиливает венозный возврат к сердцу в
результате деятельности дыхательного насоса.
2. Освобождение ренина почками, вследствие симпатической стимуляции, при-
водит к образованию гормона ангиотензина II, который является сильным со-
судосуживающим агентом и принимает участие в процессе увеличения пери-
ферического сосудистого сопротивления даже при умеренно тяжелом шоке.
3. Уровень циркулирующего адреналина, выделяемого надпочечниками, увели-
чивается при симпатической стимуляции, что вносит свой вклад в процесс
сужения сосудов.
4. Усиление сужения артериол уменьшает величину капиллярного гидростати-
ческого давления Поскольку онкотическое давление плазмы не меняется (по
крайней мере, вначале), отмечается результирующий переход жидкости из
интерстициального пространства в сосудистое.
5. Гликогенолиз в печени, стимулируемый адреналином и норадреналином, ве-
дет к высвобождению глюкозы и повышению ее уровня в крови (и в интерсти-
циальном пространстве) и, что более важно, увеличению осмолярности вне-
клеточной жидкости на 20 мОсм. Это вызывает переход жидкости из
внутриклеточного пространства во внеклеточное (включая внутрисосудистое).
Два последних процесса приводят к так называемому процессу «аутотрансфу-
зии», в ходе которой в просвет сосудов может перемещаться до 1 л жидкости в тече-
ние первого часа после возникновения шока. Такое перемещение жидкости приво-
дит к снижению гематокрита, что обычно наблюдается при геморрагическом шоке.
Помимо непосредственных компенсаторных реакций, показанных на рис. 12-1,
механизмы задержки жидкости активируются состоянием гиповолемии, что обеспе-
чивает долговременную компенсацию. Напомним, что снижение активности сердеч-
но-легочных барорецепторов вызывает продукцию и освобождение из задней доли
гипофиза антидиуретического гормона, вазопрессина. Помимо того, что он является
сильным сосудосуживающим агентом и вносит свой вклад в повышение общего пе-
риферического сопротивления при тяжелом шоке, данный гормон способствует за-
держке воды почками. Более того, активация ренин-ангиотензин-альдостероновой
системы способствует задержке натрия почками (с помощью альдостерона), появле-
нию чувства жажды и питьевому поведению (за счет ангиотензина II). Данные про-
цессы способствуют пополнению объема внеклеточной жидкости в течение несколь-
ких дней при шоке.
Процессы декомпенсации
Часто сильные компенсаторные реакции, возникающие во время шока, способ-
ны предотвратить резкое снижение артериального давления Однако так как ком-
пенсаторные механизмы включают значительное сужение артериол, то кровоток в
тканях, за исключением сердца и головного мозга, может оказаться неадекватным.
Компенсаторные реакции Первичное расстройство
Рис 12-1 Расстройства деятельности сердечно-сосудистой системы при шоке
несмотря на почти нормальную величину артериального давления. Например, в ре-
зультате интенсивной симпатической импульсации кровоток через такие органы, как
печень и почки, может упасть почти до нуля. Вероятность стойкого ишемического
повреждения почек илн печени является совершенно реальной опасностью даже,
если шок представляется сравнительно нетяжелым Часто пациенты, которые выхо-
дят из состояния шока, умирают спустя несколько дней из-за почечной недостаточ-
ности и уремии.
Непосредственная опасность, связанная с шоком, заключается в том, что он
может перейти в прогрессирующую фазу, в течение которой общее состояние сер-
дечно-сосудистой системы ухудшается или, что еще хуже, переходит в фазу необра-
тимого шока, когда никакие терапевтические мероприятия не способны остановить
конечное падение деятельности сердечно-сосудистой системы, что ведет к смерти
Те механизмы, которые приводят к возникновению прогрессирующей и необра-
тимой фаз шока, пока не изучены полностью В то же время из механизмов, пред-
Рис 12-2 Механизмы декомпенсации при шоке
ставленных на рис. 12-2, видно, что гомеостаз в организме может постепенно прий-
ти в полное расстройство при длительном снижении органного кровотока.
Данные гомеостатические расстройства, в свою очередь, негативно воздейству-
ют на различные отделы сердечно-сосудистой системы, так что артериальное давле-
ние и, соответственно, органный кровоток продолжают уменьшаться. Обратите вни-
мание, что явления, изображенные на рис. 12-2, представляют собой механизмы
декомпенсации. Снижение артериального давления ведет к изменениям, которые в
большей степени продолжают уменьшать артериальное давление, чем корригировать
его. Эти механизмы декомпенсации, происходящие на тканевом уровне и снижаю-
щие артериальное давление, в конечном итоге в сочетании с уменьшением симпати-
ческой активности и сменой вазоконстрикции вазодилатацией приводят к дальней-
шему снижению давления крови.
Факторы, которые приводят к данному неожиданному уменьшению симпатиче-
ской активации сосудодвигательного центра продолговатого мозга, не до конца по-
нятны, но могут включать активацию опиатных рецепторов головного мозга и (или)
афферентную вагусную импульсацию разнообразных рецепторов, расположенных в
грудной клетке и в органах брюшной полости. Если шок протекает достаточно тяже-
ло и (или) продолжительно для возникновения прогрессирующей фазы, то самопод-
держивающиеся декомпенсаторные механизмы прогрессивно ведут к дальнейшему
снижению артериального давления. В этом случае, несмотря на быстро предприня-
тые лечебные мероприятия, летальный исход неизбежен (см. также Вопросы для изу-
чения с 61 по 63).
Нарушения сердечной деятельности
Ишемическая болезнь сердца
Всегда, когда коронарный кровоток падает ниже того уровня, который требует-
ся для удовлетворения метаболических потребностей сердца, считается, что мио-
кард находится в состоянии ишемии и насосная деятельность сердца нарушается.
Наиболее частой причиной ишемии миокарда является атеросклеротическое пора-
жение крупных коронарных артерий. При атеросклерозе на стенках артерий возни-
кают локализованные отложения липидов, называемые бляшками. При тяжелом те-
чении болезни эти бляшки могут стать такими большими, что приводят к
механическому сужению просвета артерий (вызывают их стеноз) и, тем самым, су-
щественно и постоянно увеличивают нормальное низкое сосудистое сопротивление
в этих крупных артериях. Это дополнительное сопротивление суммируется с сопро-
тивлением других участков коронарных артерий, что ведет к уменьшению коронар-
ного кровотока. Если стеноз коронарных артерий не столь выражен, то локальные
метаболические сосудорасширяющие механизмы могут снизить сосудистое сопро-
тивление артериол в такой степени, чтобы компенсировать столь патологически
высокое артериальное сопротивление. Таким образом, у индивидуума, страдающего
ишемической болезнью сердца, в покое может быть абсолютно нормальный коро-
нарный кровоток. В то же время при стенозе коронарных артерий любой выражен-
ности возникает ограничение величины, которой может достигать коронарный кро-
воток по сравнению с состоянием покоя, снижая величину максимального кровотока.
Так происходит, поскольку даже при очень низком сопротивлении артериол общее
сопротивление коронарного русла остается высоким при высоком артериальном со-
противлении.
Поражение коронарных артерий может нарушать функции миокарда несколь-
кими путями. Мышечные клетки, находящиеся в состоянии ишемии, электрически
возбудимы и не стабильны, в связи с чем повышается вероятность возникновения
фибрилляции. При ишемии нормальный путь электрического возбуждения тканей
сердца может быть нарушен, и в них часто возникают эктопические очаги пейсмей-
керной активности. Электрокардиографические признаки ишемии миокарда можно
наблюдать у больных с патологией коронарных артерий при обследовании с помощью
тестов с физической нагрузкой. Кроме того, существуют данные, что в артериях,
пораженных атеросклерозом, процессы агрегации тромбоцитов и свертывания кро-
ви могут протекать аномально, и поэтому у таких больных увеличена опасность тром-
бозов и эмболии. Представляется, что определенные дезагреганты и антикоагулян-
ты, такие как аспирин, могут быть полезны при лечении таких последствий поражения
коронарных артерий. (Детализацию процессов свертывания крови мы включили в
приложение Г.)
Ишемия миокарда не только нарушает насосную функцию сердца, но также при-
водит к интенсивной, изнуряющей боли в груди, которая называется стенокардией.
Стенокардические боли часто отсутствуют у больных ишемической болезнью серд-
ца в состоянии покоя, но возникают при физическом напряжении или эмоциональ-
ном возбуждении. Оба указанных состояния вызывают повышение симпатического
тонуса, что приводит к увеличению потребления кислорода миокардом. Ишемия мио-
карда и боль в груди возникают в тех случаях, когда коронарный кровоток не соот-
ветствует увеличенной метаболической активности миокарда.
Главным методом лечения поражения коронарных артерий (и атеросклероза в
целом) является попытка снизить содержание липидов в крови больного с помощью
диетических и лекарственных воздействий, что предотвращает (и, возможно, спо-
собствует обратному развитию) дальнейшее прогрессирование образования бляшек.
Заинтересованный студент может обратиться к литературе по клинической биохи-
мии и фармакологии для получения бол^е полной информации по данному очень важ-
ному вопросу.
При лечении стенокардии, которая является следствием патологии коронар-
ных артерий, могут применяться различные фармакологические подходы. Во-пер-
вых, вазодилататоры, такие как нитроглицерин, могут использоваться для резко-
го увеличения коронарного кровотока. Кроме увеличения доставки кислорода к
миокарду, в результате расширения коронарных артерий нитраты также могут
уменьшить потребность миокарда в кислороде за счет расширения вен в большом
круге кровообращения и снижения длительности сердечного цикла вследствие
уменьшения артериального сопротивления и снижения кардиальной постнагруз-
ки. Во-вторых, Р-адреноблокаторы, такие как пропранолол, могут быть использо-
ваны для устранения воздействия кардиальных симпатических нервов на частоту
сердечных сокращений и сократительную способность миокарда. Эти средства
снижают потребление кислорода миокардом и предотвращают увеличение его
выше уровня, который может выдержать нарушенный коронарный кровоток. В-тре-
тьих, блокаторы кальциевых каналов, такие как верапамил, также могут исполь-
зоваться для расширения коронарных сосудов Эти препараты, блокирующие по-
ступление кальция в клетки гладкой мускулатуры сосудистой стенки, вмешиваются
в нормальный процесс электромеханического сопряжения. Обнаружено, что они
210
Глава 11
наиболее эффективны при лечении стенокардии, вызванной рефлекторными спаз-
мами крупных коронарных артерий (стенокардия Принцметала).
В настоящее время для устранения стеноза коронарных сосудов обычно исполь-
зуется хирургическое вмешательство. В некоторых случаях используется рентгено-
логический контроль для визуализации рентгеноконтрастного катетера с баллончик
ком на конце, который вводится в просвет коронарной артерии в области окклюзии,
При быстром надувании такой баллончик вдавливает бляшку в стенку сосуда, чт<
улучшает проходимость последнего для крови Методика, которая носит названи!
коронарной ангиопластики, также может быть эффективна при возникновении окк
люзий, вызванных образованием внутрисосудистых тромбов (сгустков крови), чт<
обычно связано с развитием острого инфаркта миокарда3 Небольшое, похожее н;
трубочку устройство, которое называется растяжкой иногда имплантируется Из
внутренней поверхности сосуда в области проведенной ангиопластики.
Считается, что такой жесткий имплантант способен поддерживать более длй
тельную проходимость сосуда, чем только одна ангиопластика. Если ангиопластик,
не подходит для данной ситуации или оказывается неэффективной, то может быт1
выполнена операция обходного коронарного шунтирования. Участки стенозировай1
ных коронарных артерий минуются за счет наложения параллельных обходных пу-
тей, обладающих низким сопротивлением, выполненных из естественного (напри-
мер, большой подкожной вены бедра или внутренней грудной артерии) ил^
искусственного материала
Хроническая застойная сердечная недостаточность
Считается, что сердечная (или кардиальная, или миокардиальная) недоста-
точность имеет место в том случае, когда функция желудочков снижена в резуль-
тате повреждения миокарда, недостаточного коронарного кровотока или любых
других состояний, которые непосредственно нарушают механическую функцию
мышцы сердца. По определению при сердечной недостаточности отмечается бо-
лее низкое расположение функциональной кривой сердца, чем в норме, что озна-
чает наличие уменьшенного минутного объема при любом заданном значении на-
полняющего давления сердца. Мы уже обсуждали тему острой сердечной
недостаточности в связи с кардиогенным шоком и как составную часть механиз-
мов декомпенсации при прогрессирующем и необратимом шоке В то же время ча-
сто факторы, неблагоприятно воздействующие на сердце, могут вызвать его хрони-
ческую недостаточность. К таким факторам можно отнести: (1) прогрессирующую
ишемическую болезнь сердца, (2) наличие постоянного повышения кардиальной
постнагрузки, как отмечается при артериальной гипертензии или стенозе аорталь-
ного клапана, и (3) снижение функциональной массы миокарда в результате пере-
несенного инфаркта миокарда В некоторых случаях не удается установить внеш-
нюю причину возникновения сердечной недостаточности и приходится заподозрить
некую первичную патологию миоцитов Такое состояние называется первичной
кардиомиопатией Независимо от причины большинство форм сердечной недо-
статочности в конечном итоге связано с уменьшением функциональной активно-
3 При другом методе лечения острого инфаркта миокарда применяется внутрисосудистое вве-
дение препаратов, растворяющих кровяные тромбы, таких как стрептокиназа и фактор акти-
вации тканевого фибринолизина. -х.
деятельностьсердеод^^ЙЕЕтойсистемыприпатологии 211
---. - <• — —---------------------1—1 ----------_ -
сти миоцитов. Исследования показали, что часто снижается секвестрация кальция в
саркоплазматическом ретикулум (что ведет к снижению уровня внутриклеточного каль-
ция во время процесса электромеханического сопряжения) и (или) часто уменьшает-
ся сродство тропонина к кальцию,(что ведет к уменьшению образования поперечных
мостиков между миофиламентами и способности к сокращению).
Первичным изменением при сердечной недостаточности (острой или хронической)
является уменьшение минутного объема и, вследствие этого, снижение артериального
давления. Соответственно, все компенсаторные реакции, имеющие важное значение при
шоке (рис. 12-1), также являются существенными при сердечной недостаточности. При
хронической сердечной недостаточности, в то же время, расстройства деятельности сер-
дечно-сосудистой системы могут оказаться недостаточными, чтобы развилось состоя-
ние шока. Более того, долговременные компенсаторные механизмы имеют особенно важ-
ное значение при хронической сердечной недостаточности.
Условия, характеризующие хроническую сердечную недостаточность, хоро-
шо представлены кривыми венозного возврата и минутного объема на рис. 12~3.
При нормальных значениях кривые минутного объема и венозного возврата пере-
секаются в точке А на рис. 12-3. Величина минутного объема 5 л/мин при уровне
центрального венозного давления менее 2 мм рт. ст характеризуется нормальной
операционной точкой (А). При сердечной недостаточности деятельность сердца опи-
сывается кривой минутного объема, которая расположена гораздо ниже нормы.
Таким образом, только фактор сердечной недостаточности (некомпенсированной)
переносит точку, характеризующую деятельность сердечно-сосудистой системы,
из нормальной точки (А) на новую позицию, что показано на графике точкой В
Рис. 12-3. Изменения в сердечно-сосудистой системе при компенсированной сердечной недо-
статочности.
212 ’’ ПщЖ.; Глава II
(рис. 12-3), т.е. минутный объем падает ниже нормы, в то время как центральное
венозное давление поднимается выше нормы. Снижение величины минутного объе-
ма ведет к уменьшению артериального давления и рефлекторной активации сосу-’
додвигательных симпатических нервов. Увеличение активности симпатических не/
рвов ведет к (1) подъему кривой минутного объема по направлению к нормальному.-
уровню и (2) увеличению периферического венозного давления в результате с уже-'
ния вен, вследствие чего кривая венозного возврата поднимается выше нормы. One*?
рационная точка, характеризующая деятельность сердечно-сосудистой системы!
сдвигается с точки В в точку С на рис. 12—3.Таким образом, сниженный минутный»
объем существенно немедленно возрастает вследствие возросшей активности сим-,
патических нервов. В то же время обратите внимание, что величина минутного
объема в точке С все равно ниже нормы. Одновременно следует учесть, что вели-,
чина артериального давления, связанного с деятельностью сердечно-сосудистой;
системы в точке С, близка к норме, поскольку более высокое, чем в норме, общее
периферическое сопротивление существует одновременно с более высоким, чем di
норме, уровнем активности симпатических нервов. 4
Длительно деятельность сердечно-сосудистой системы не может остаться на точк4*
С на рис. 12-3. Функционирование на точке С подразумевает более высокую, чем в нор/
ме, симпатическую активность и это, безусловно, повлечет за собой постепенное увели--
чение объема крови посредством механизмов, описанных в главе 7. Через несколько дней.?
отмечается постепенное перемещение вверх кривой венозного возврата, вследствие уве-
личения объема крови. Вспомним, что данный процесс включает активацию подвлияни-1
ем симпатической нервной системой освобождения ренина почками, что активирует?
ренин-ангиотензин-альдостероновую систему, которая способствует задержке жидко-!
сти. Это приведет к перемещению операционной точки сердечно-сосудистой системы из!
С в D и затем в Е, как показано на рис. 12-3. 3
Обратите внимание, что повышенная задержка жидкости (С—>D—>Е на рис. 12-3)?
вызывает прогрессирующее увеличение минутного объема до нормального уровня и од-;
повременно позволяет активности симпатических нервов снизиться до нормы. Сни-
жение симпатической активности оказывает благотворный эффект с нескольких точек
зрения. Во-первых, уменьшение сужения артериол позволяет кровотоку в почках и орга- •
нах брюшной полости вернуться к нормальным значениям. Во-вторых, потребление кис-
лорода миокардом может снизиться по мере уменьшения активности симпатических
нервов, даже при тенденции минутного объема к увеличению. Напомним, что увеличе-
ние частоты сердечных сокращений и повышение сократительной способности сердца
существенно увеличивают потребление кислорода миокардом. Снижение потребления
кислорода миокардом является особенно положительным фактором в ситуации, когда
неадекватный коронарный кровоток служит причиной сердечной недостаточности. В
любом случае, при достижении нормального уровня минутного объема сердца, считает-
ся, что индивидуум находится в «компенсированном» состоянии4.
4Объем внеклеточной жидкости остается увеличенным после достижения состояния компен-
сации, даже если симпатическая активность может вернуться почти к нормальному уровню.
Результирующая потеря жидкости подразумевает наличие периода, когда симпатическая ак-
тивность ниже нормы, чего в реальности не отмечается. По не совсем понятным причинам
рефлексы с сердечно-легочных барорецепторов реагируют менее активно на увеличение цен-
трального венозного давления и объема, обусловленное сердечной недостаточностью.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕ ЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫПРИ ПАТОЛОГИИ 213
с»-*.„ 1, „„у, ,w г <- ,j,tfWyMrittawiMЛййм* -- • 1 '
К сожалению- последствиязадержки жидкости при сердечной недостаточности
не являются исключительно положительными. Обратите внимание на рис. 12—3, что
задержка жидкости (C-»D-»E)приведет к тому, что значения как периферического,
так и центрального венозного давления существенно превышают норму. Хрониче-
ское повышение центрального венозного давления ведет к постоянному увеличению
конечно-диастолического объема (дилатация сердца). До определенного момента
функциональное состояние миокарда улучшается в результате увеличения напол-
нения сердца кровью в соответствии с законом Франка—Старлинга. Избыточное рас-
ширение сердца в то же время может нарушить сердечную деятельность, так как для
создания необходимого давления в условиях увеличения полости желудочков необ-
ходимо повышение общего напряжения стенки сердца (Т = Р х г, глава 4).
Высокое венозное давление, обусловленное задержкой жидкости, также небла-
гоприятно воздействует на деятельность органов, так как повышенное венозное дав-
ление обусловливает транскапиллярную фильтрацию жидкости, образование отека
и застой (отсюда термин застойная сердечная недостаточность). Отек легких с
одышкой (нарушение дыхания)5 и дыхательная недостаточность часто сопровожда-
ют левожелудочковую недостаточность. К типичным признакам правожелудочковой
недостаточности следует отнести растяжение вен шеи, отек лодыжек, накопление
жидкости в брюшной полости (асцит) в сочетании с застойными явлениями в печени
и нарушением ее функции6.
На примере, показанном на рис. 12-3, снижение кривой минутного объема вслед-
ствие сердечной недостаточности выражено умеренно. Таким образом, становится
возможным в результате некоторого накопления жидкости получить нормальную
величину минутного объема на фоне совершенно нормальной деятельности симпа-
тических нервов (точка Е). Ситуация в точке Е является относительно устойчивой,
поскольку устраняются стимулы, способствующие дальнейшему накоплению жид-
кости. Однако, если сердечная недостаточность более тяжелая, кривая минутного
объема может снизиться так сильно, что нормальное значение минутного объема не
сможет быть достигнуто при любой задержке жидкости. В этих случаях задержка
жидкости исключительно велика, отмечается подъем венозного давления и ослож-
нения застоя представляют собой очень серьезную терапевтическую проблему.
Другой взгляд на последствия сердечной недостаточности представлен на
рис. 12-4. Кривые давления и объема левого желудочка, характеризующие особен-
ности сердечного цикла при сердечной недостаточности смещаются далеко вправо
по сравнению с нормой. При отсутствии терапии у больного, показанного на рисун-
ке, возникают серьезные нарушения в результате уменьшения ударного объема, фрак-
ции изгнания и высокого давления наполнения. Более того, наклон кривой, характе-
ризующей взаимоотношения между конечно-систолическим давлением и объемом,
сдвигается вниз и становится менее крутым, указывая на снижение сократительной
5 Пациенты часто предъявляют жалобы на затруднение дыхания, особенно по ночам (паро-
ксизмальная ночная одышка). Горизонтальное положение пациента стимулирует перемеще-
ние жидкости от конечностей в центральный венозный пул и в легкие, усугубляя нарушения
дыхания. Такие больные чувствуют себя во сне лучше, если головной конец кровати у них
несколько приподнят.
6 Сочетание увеличения объема плазмы и нарушения функции печени приводит к сниже-
нию концентрации белке® в плазме до*30%. Такое снижение онкотического давления пла-
зы вносит свой вклад а развитие интерстициального отека при застойной сердечной иедо-
214
Глава 1L
Рис. 12-4. Влияние сердечной недостаточности на кривую зависимости давления от объем!
левого желудочка.
способности миокарда. В то же время, вследствие уплощения кривой взаимоотно-’
шений, небольшое снижение сердечной постнагрузки приведет к существенному увв*'
личению ударного объема и значительно облегчит положение пациента. ;
Как можно предположить, исходя из предыдущего обсуждения, наиболее общие'
симптомы у больного с застойной сердечной недостаточностью связаны с невозмож-
ностью увеличить минутный объем (низкая толерантность к физическим нагрузкам и
утомляемость) и с компенсаторным накоплением жидкости (одышка, периферические
отеки). В тяжелых случаях способность клеток сердца реагировать на увеличение сим-
патической стимуляции снижается в результате уменьшения эффективного коли-
чества (регуляция посредством уменьшения) [^-адренергических рецепторов миоци-
тов. Это ведет к дальнейшему снижению способности миоцитов увеличивать свою
сократимость, а также к снижению способности сердца увеличивать частоту сокраще-
ний в ответ на симпатическую стимуляцию. Таким образом, снижение максимальной
частоты сердечных сокращений также способствует снижению толерантности орга-
низма к физической нагрузке.
Лечение больного с застойной сердечной недостаточностью является трудной
задачей. Лечение причин, лежащих в основе этого состояния, конечно, является
идеальным подходом, но часто эффективно это выполнить невозможно. Сердечные
гликозиды (например, дигиталис)7 обычно используются для того, чтобы улучшить
сократительную способность миокарда (т.е. переместить кривую минутного объема
сердца вверх, увеличить силу сокращения миоцитов при любой заданной исходной
7 «Чай», который заваривается из листьев наперстянки (digitalis purpurea) использовался на
протяжении столетий как традиционное народное лекарство для лечения «водянки» (застой-
ная сердечная недостаточность с выраженными периферическими отеками). После официаль-
ного признания его лечебных свойств в конце XVIII века в работах английского врача William
Withering дигиталис стал ценным официнальным фармакологическим средсИЖК
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬСЕРДЕЧНО-СО^УДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПАТОЛОГИИ 215
длине)8. К сожалению, эти препараты достаточно токсичны, что часто ведет к небла-
гоприятным последствиям.
При лечении симптоматики сердечного застоя необходимо гармонично удовлет-
ворять потребность организма в увеличении заполнения камер сердца, при этом ста-
раясь не вводить в него слишком много жидкости. Лекарства, которые способствуют
выведению жидкости из организма (диуретики = мочегонные), такие как фуросемид
или тиазиды, чрезвычайно полезны, как и ингибиторы ангиотензин-конвертирующе-
го фермента (ингибиторы АКФ)9. Сильное диуретическое средство может быстро
спасти пациента от угрозы «утонуть» в легочном экссудате и снизить диастоличе-
ский объем дилатированного сердца до приемлемого уровня, но этот же препарат
может и снизить артериальное давление до угрожающего уровня (см. также Вопро-
сы для изучения 64 и 65).
Артериальная гипертензия
Артериальной гипертензией называется хроническое повышение артериаль-
ного давления крови выше уровня 140/90 мм рт. ст. у взрослых в возрасте от 18 до
59 лет и выше 160/95 мм рт. ст. для взрослых старше 60 лет. Данное заболевание
распространено исключительно широко и встречается у 20% взрослого населения в
западных странах. Вне всяких сомнений установлен факт, что артериальная гипер-
тензия увеличивает риск возникновения ишемической болезни сердца, инфаркта
миокарда, сердечной недостаточности, мозгового инсульта и многих других сер-
дечно-сосудистых заболеваний. Более того, было отчетливо продемонстрирова-
но, что риск возникновения серьезных осложнений со стороны сердечно-сосуди-
стой системы уменьшается в результате правильного лечения артериальной
гипертензии.
Примерно в 90% случаев первичное расстройство, вызвавшее артериальную
гипертензию, остается неизвестным. В данном случае применяется термин эссенци-
альная артериальная гипертония. В остальных 10% у больных с артериальной
гипертонией, причина может быть связана с разнообразными факторами, в том чис-
ле с опухолью, продуцирующей адреналин (феохромоцитомой), опухолью, продуци-
рующей альдостерон (первичным гиперальдостеронизмом), определенными форма-
ми заболеваний почек (например, стенозом почечной артерии, гломерулонефритом,
токсикозом беременных), определенными неврологическими расстройствами (напри-
мер, опухолями мозга, приводящими к повышению внутричерепного давления), оп-
8 Считается, что механизм действия сердечных гликозидов заключается в торможении на-
трий/ калиевой аденозинтрифосфатазы (\а+/К’АТФазы). что ведет к увеличению внутри-
клеточной [Na+], который затем обменивается на внеклеточный кальций посредством Na+/
Са2+ обмена. Это приводит к «загрузке» саркоплазматического ретикулума во время диастолы
и увеличению высвобождения кальция для последующего электромеханического сопряжения.
9Ингибиторы АКФ весьма эффективны у больных с застойной сердечной недостаточностью по
нескольким причинам. Посредством торможения перехода ангиотензина I в его более активную
форму, ангиотензин II, уменьшается степень выраженности периферического сужения сосудов
(в результате чего улучшается насосная деятельность сердца из-за уменьшения постнагрузки)
и снижается уровеиьальдостерона (что стимулирует диурез). Кроме того, ингибиторы АКФ так-
же способны ирвдиЧ^рятить некоторые виды явного несоответствия в росте миоцитов.н колла-
гена, что ИмеЙЯЙЙЙВ**^?егРУЗке и недостаточности сеолпа.
216
Главка 11
ределенными расстройствами со стороны щитовидной и паращитовидных желез, ко-
арктацией аорты, отравлением свинцом, побочными эффектами лекарств, зависимо-
стью от определенных препаратов, а также даже с необычными диетическими привыч-
ками Случаи повышения артериального давления, связанные с указанными причинами,
называются вторичной артериальной гипертензией Чаще всего в то же время ис-<
тинная причина артериальной гипертонии остается неизвестной и поэтому терапия
проводится только по поводу симптома повышенного артериального давления '
В массиве огромного количества информации, касающейся эссенциальной гщ
пертонии, существует несколько фактов, являющихся общепризнанными ,
1. Генетические факторы в значительной степени определяют развитие артериалы
ной гипертонии Хорошо документирована семейная предрасположенность к apt
териальной гипертонии Кроме того, в целом гипертония чаще встречается у муж*
чин, чем у женщин, у чернокожих, чем у белых, и у китайцев, чем у японцев. ,
2. Факторы окружающей среды могут влиять на развитие артериальной гипертен-
зии Высокое содержание соли в диете и (или) определенные формы психологий
ческого стресса могут или усиливать, или вызывать развитие артериальной ПН
пертонии у индивидуумов, обладающих генетической предрасположенностью»,
3. Как реакция на наличие артериальной гипертензии в левом сердце и артерия^
возникают структурные изменения К ранним изменениям относится гиперй
трофия мышечных клеток, утолщение стенок желудочка и сосудов сопротив^
ления (артериол) Поздние изменения связаны с расстройством функций й:
включают увеличение роста соединительной ткани и утрату эластичности-
сосудистой стенки 1
4. При установившемся течении артериальной гипертонии характерно увеличе*|
ние общего периферического сосудистого сопротивления Минутный объеШ
сердца и (или) объем крови могут быть увеличены на начальной стадии развйч
тия болезни, но обычно при стабильной гипертонии данные показатели воз-
вращаются к норме 1
5. Увеличение общего периферического сосудистого сопротивления на фоне ста-J
бильной гипертонии может быть обусловлено (а) разрежением (уменьшени- *
ем плотности) микрососудов, (б) выраженными структурными изменениямй;
в периферическом сосудистом русле, (в) сохраняющейся усиленной активно-*
стью клеток гладкой мускулатуры сосудов10 и (или) (г) повышенной чувстви- :
тельностью и реактивностью клеток гладкой мускулатуры сосудов к внешним ,
' раздражителям
6. Хроническое повышение артериального давления не связано ни с длительным I
увеличением активности симпатических нервных сосудосуживающих импуль-!
сов, ни с длительной циркуляцией в крови сосудосуживающего фактора в по-1
вышенном количестве (Как нервное, так и гормональное воздействие в то же I
время, может способствовать возникновению первичной гипертонии)
7. Рефлексы, регулирующие величину артериального давления крови (как дей- ;
ствующие непосредственно артериальные и сердечно-легочные барорецептор- :
10Длительная активация гладкой мускулатуры сосудов может быть вызвана процессом само-
регуляции в ответ на повышение артериального давления, Как это обсуждалось в главе 7 Про-
цесс ауторегуляции во всем организме может привести к увеличению общего периферичес-
кого сосудистого сопротивления, так что общий системный кровоток (т е минутный объем)
будет оставаться близким к норме при наличии увеличенного среднего артериального давле-
ДОЛИЖоиуушуы ААХ-
ные рефлекса, тдк и>й^рел^*н»ме, почечные рефлексы, регулирующие дав-
ление), адаптируются или ^переключаются» для регуляции артериального дав-
ления на более высоком, чем в норме, уровне
8. Нарушения в деятельности почек вносят существенный вклад в развитие и под-
держание первичной гипертонии Напомним, что скорость мочеотделения за-
висит от артериального давления и, в конечном итоге, артериальное давление
может стабилизироваться на уровне, который сделает скорость мочеотделения
равной скорости поступления жидкости в организм Как показано на рис 12-5
точкой N, это давление примерно соответствует величине 100 мм рт ст у здо-
рового человека
При всех формах артериальной гипертензии отмечаются изменения в каком-то
из звеньев цепи явлений, с помощью которых изменения артериального давления
приводят к изменениям скорости мочеотделения (см рис 10-8), так что кривая по-
чечной функции сдвигается вправо, как это указано на рис 12-5 Важно запомнить
то, что при артериальной гипертензии требуется более высокое, чем в норме, ар
термальное давление, чтобы в организме была достигнута нормальная скорость
мочеотделения Хотя это обстоятельство всегда имеет место при артериальной ги-
пертензии, не совсем ясно, является ли оно типичной причиной артериальной ги-
пертензии или просто одной из многих адаптационных реакций на нее
Среднее артериальное давление, мм рт ст
Рис 12-5 Функциональные кривые при артериальной гипертензии и антигипертензивной
терапии
Представим, что у нелеченного индивидуума с артериальной гипертензией, пред-
ставленного на рис 12-5, отмечается очень низкая скорость мочеотделения при нор-
мальном уровне среднего артериального давления 100 мм рт ст Напомним из рис
10-7, что, если скорость поступления жидкости в организм превышает скорость мо-
чеотделения, то объем жидкости в организме должен увеличиваться, и как след-
ствие, увеличиваться минутный объем и среднее артериальное давление На фоне
нормальной скорости поступления жидкости в организм данный больной с нелече-
ной гипертонией в конечном итоге стабилизируется в точке А (среднее артериаль-
ное давление3150 мм рт. ст ) Напомним из главы 10, что барорецепторы адаптиру-
Z1B
Глава 11
ютея на протяжении нескольких дней, так что у них отмечается нормальный уровень
импульсации при господствующем уровне артериального давления. Таким образом;
поскольку больной с артериальной гипертонией находился в точке А в течение недели
или более, то даже барорецепторный механизм начнет противодействовать резким от-'
клонениям от уровня 150 мм рт. ст. '
Наиболее важный факт, который необходимо осознать, заключается в том, ЧТ
хотя высокое артериальное давление всегда в конечном итоге должно поддерживатьс;
или высоким уровнем минутного объема, или высокой величиной общего перифер^
ческого сопротивления, но они совершенно необязательно должны быть первичий
причиной Сдвиг во взаимоотношениях между артериальным давлением и скоро*
тью мочеотделения, как показано на рис. 12-5 в то же время всегда приведет к поя1
лению артериальной гипертензии. Вероятность того, что почки фактически «устан<
вят» уровень артериального давления, поддерживается данными, которые получен
в результате исследований их трансплантации. При этих исследованиях показан!
что артериальное давление «следует» за почкой (т.е. пересадка гипертензивной пщ
ки в организм пациента с нормальным артериальным давлением приводит к появл|
нию у него повышенного артериального давления, в то время как пересадка норм!
тензивной почки в организм больного с артериальной гипертензией ведет
нормализации давления у реципиента).
Терапевтические мероприятия
У некоторых больных с артериальной гипертонией ограничение потребления сол
приводит к существенному снижению уровня артериального давления, из-за умень-
шения потребности в жидкости, которая необходима для осмотического уравновешИ’-
вания солевой нагрузки. В примере на рис. 12-5 данный эффект иллюстрируется сдви-
гом из точки А в точку В. Эффективность снижения солевой нагрузки для снижений
уровня артериального давления в значительной степени зависит от наклона кривой
почечной функции у данного больного с гипертонией. Артериальное давление у здорсн
вого субъекта, например, только отчасти зависит от изменений солевой нагрузки В
пище, поскольку в норме кривая его почечной функции очень крутая.
Вторым обычно применяемым средством лечения артериальной гипертензии
является применение диуретиков. Существует множество диуретических препара-
тов, но большинство тормозит реабсорбцию солей (а значит, и жидкости) в почеч-
ных канальцах Результирующий эффект диуретической терапии, как показано на
рис 12-5, заключается в том, что скорость мочеотделения при данном уровне арте-
риального давления увеличивается, т.е терапия диуретиками повышает кривую по-
чечной функции. Суммарный результат ограничения потребления жидкости и ис-
пользования диуретиков у больного с гипертензией на рис 12-5 иллюстрируется
точкой С.
Другие терапевтические мероприятия могут включать лечение блокаторами
а-адренергических рецепторов, которые предотвращают сосудосуживающее воз-
действие катехоламинов, или блокаторами ^-адренергических рецепторов (таки-
ми как пропранолол), которые тормозят симпатическое воздействие на сердце и ос-
вобождение ренина в почках Последний терапевтический подход наиболее успешен
у больных с гипертензией, у которых отмечается высокий уровень ренина в крови.
Ингибиторы АКФ, которые тормозят образование сосудосуживающего ангиотен-
зина II, в данном случае также могут быть эффективны. Блокатормш^Циевых ка-
Ой СИСТЕМЫ ПРИ ПАТОЛОГИИ 219
ДПИI ЕЛЬНиСГЬСЕЕ
1-,-,,-.-—— -.-г Л;--!- -
налов, которые непосредственно снижают тонус гладкой мускулатуры сосудов, так-
же могут использоваться для лечения артериальной гипертензии. Изменения обра-
за жизни, в том числе уменьшение стресса, снижение энергетьической ценности
пищи, ограничение количества потребляемых насыщенных жиров и применение ре-
гулярных физических нагрузок может привести к снижению уровня артериального
давления у некоторых пациентов (см. также Вопросы для изучения с 61 по 62).
Вопросы для изучения: с 61 по 66.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ
В-1. По мере того, как кровоток в скелетной мускулатуре нарастает, кровотовдИ
других органах должен уменьшаться Верно ли это? Я
ЯН
В-2, а. Определите сосудистое сопротивление в покоящейся мышце по следуй!
щим данным J
Среднее артериальное давление = 100 мм рт ст Я
Среднее венозное давление = 0 мм рт ст Я
Кровоток в мышце = 5 мл/мин Ц
б. Учтите что когда мышца испытывает нагрузку, сосуды, оказывающие см
противление, расширяются, так что их внутренний радиус удваиваете^
Если артериальное давление не меняется, то какова величина кровотога
через работающую мышцу? я
в. Каково сосудистое сопротивление в данной скелетной мышце при нагрузкви
В-3. Рассчитайте минутный объем сердца по следующим данным
Легочное артериальное давление - 20 мм рт ст |
Легочное венозное давление - 0 мм рт ст з
Сопротивление легочных сосудов = 4 мм рт ст хмин/л '
В-4. Определите скорость потребления глюкозы работающей скелетной мышцей'
(Gm) исходя из следующих данных
Концентрация глюкозы в артериальной крови [G]a - 50 мг/ 100 мл
Концентрация глюкозы в венозной крови мышц [G] = 30 мг/100 мл
Кровоток Q = 60 мл/мин
В-5. Определите направление транскапи тлярного движения жидкости (F) в тка-
ни исходя из следующих данных
Гидростатическое давление в капиллярах Рс=28ммрт ст
Онкотическое давление плазмы л =24ммрт ст
Тканевое гидростатическое давление Р = - 4 мм рт ст
Тканевое онкотическое давление, я = 0 мм рт ст
В-6. Какие из следующих обстоятельств способствуют образованию отеков?
а. Блокада лимфатических сосудов
иингоыи дллпда тепли
— 1—*’ 1 " 1 .. " 1"»^ >.|И)Ш""»Л""1 ' I' 'I . 1 ' ...... *' . ..——
б. Тромбофлебит (венозныйтромб)
в. Снижение концентрации белка в плазме
г. Существенное увеличение размера пор в стенке капилляра
В-7, а. Что произойдет с потенциалом равновесия калия в клетке кардиаль
ной мышцы при увеличении концентрации интерстициального [К+]
(т е [К+]о)?
б. Какой эффект это окажет на мембранный потенциал покоя клеток?
в. Какой эффект это окажет на возбудимость клеток?
В-8. Очень высокий тонус симпатических нервов сердца может привести к тета-
ническому сокращению сердечной мышцы Так ли это?
В-9. Препарат, блокирующий кальциевые каналы в мембранах клеток сердечной
мышцы должен снижать сократительную способность миокарда Соответству-
ет ли это истине?
В-10. Увеличение какого из следующих показателей (притом, что остальные ос-
танутся неизменными) приведет к увеличению активного сокращения клеток
сердечной мышцы
а. преднагрузка
б. постнагрузка
в. сократительная способность
В-11. Если давление в легочной артерии составляет 24 / 8 мм рт ст (систоличе
ское/диастолическое), то какие величины систолического и диастолическо-
го давления в правом желудочке ему соответствуют?
В-12. Поскольку давление в легочной артерии существенно ниже, чем в аорте,
ударный объем правого желудочка больше, чем левого желудочка Так ли это?
В-13. Какой из следующих факторов увеличит ударный объем сердца?
а. Увеличение давления наполнения желудочка
б. Снижение артериального давления
в. Повышение тонуса симпатических нервов сердца
г. Повышение концентрации катехоламинов в крови
В-14. По следующим данным рассчитайте минутный объем сердца
Концентрация О2в системной артериальной крови [OjSA= 200 мл/л
Концентрация О2 в крови легочной артерии [О2]РА = 140 мл/л
Общее потребление О2 в организме V/ = 600 мл/мин
В-15. В какую сторону изменится величина минутного объема сердца если цент
ральное венозное давление снизится, а тонус симпатических нервов сердца
повысится?
В-16. Увеличение симпатической стимуляции сердца приведет к возрастанию
ударного объема посредством снижения конечно-систолического объема при
любой заданной величине конечно-диастолического объема Так ли это?
В-17. Снижение скорости проведения импульса по атриовентрикулярному узлу
приведет к
а. Уменьшению частоты сердечных сокращений
б. Увеличению амплитуды зубца Р _
в. Удлинению интервала PQ ‘
г. Расширению комплекса QRS “
д. Увеличению длительности сегмента ST 1
В-18. Если зубец R направлен вверх и одинаков по величине в II и III отведениях, '
то какова электрическая ось сердца? '
В-19. Какие из следующих аритмий могут привести к уменьшению ударного объ- *
• ема сердца? ’
а. Пароксизмальная предсердная тахикардия
б. Желудочковая тахикардия
в. Фибрилляция предсердий
г. Фибрилляция желудочков
д. Атриовентрикулярная блокада III степени
В-20. Опишите основные отклонения артериального давления, связанные с
а. Стенозом аорты
б. Митральным стенозом
В-21. Вы обнаружили усиленную пульсацию яремной вены пациента, происходя-
щую одновременно с первым тоном сердца (Sj). Каков ваш диагноз?
В-22. Какое изменение пульсации яремных вен может сопровождать атриовент-
рикулярную блокаду III степени?
В-23. Если увеличена полость левого желудочка, то возрастает и напряжение стен-
ки, необходимое для создания данного систолического давления Так ли это?
В-24. Представим, что три кровеносных сосуда одинакового размера представ-
ляют собой последовательное соединение одного из них и двух других, соеди-
ненных параллельно. На входе в первый сосуд отмечается давление (Р) и бо-
лее низкое давление (Р) регистрируется на выходе параллельной пары
а. Определите общее сопротивление сети (Рп), если сопротивление каждого
сосуда равно Ре.
б Давление в центральной развилке сети (Р) по своей величине ближе к Р
или Р?
в. Используя основное уравнение гидродинамики, выведите уравнение, в кото-
ром соотнесены падение давления на протяжении входящего сосуда (Р-Р)
и общее падение давления на протяжении системы (Р -Р )
В-25.С помощью следующих данных рассчитайте общее периферическое сопро-
тивление у индивидуума' _
Среднее артериальное давление, РА- 100 мм рт. ст
Центральное венозное давление, Pcv- 0 мм рт ст
Минутный объем сердца, МО = 6 л/мин
В-26. Общее периферическое сопротивление кровотоку больше, чем сопротив-
ление кровотоку через любой орган тела. Верно ли это?
В-27. При прочих равных условиях снижение сосудистого сопротивления в почках
ведет к увеличению общего периферического сопротивления. Верно ли это?
В-28. Сужение артериол в органе способствует реабсорбции интерстициальной
жидкости из данного органа. Верно ли это?
В-29. Для постоянного повышения артериального давления в организме необходимо
постоянное увеличение минутного объема или общего периферического сопротив-
ления (или обеих этих величин) в течение длительного времени. Верно ли это?
В-ЗО. В тех случаях, когда минутный объем сердца увеличен, среднее артериаль-
ное давление также должно быть повышено. Верно ли это?
В-31. Внезапное повышение артериального пульсового давления обычно проис-
ходит в результате увеличения ударного объема. Верно ли это?
В-32. Увеличение общего периферического сопротивления ведет к возрастанию
диастолического давления (Р ) в большей степени, чем систолического дав-
ления (Ps) Верно ли это?
В-33. Рассчитайте среднее артериальное давление, если измеренное артериаль-
ное давление равняется 110/70 мм рт. ст.
В-34. В покое у вашего пациента частота пульса составляет 70 уд/ мин, а артериаль-
ное давление равно 119/80 мм рт. ст При нагрузке на бегущей дорожке частота
пульса составила 140 уд/ мин, а артериальное давление — 135 / 90 мм рт ст. Ис-
пользуя эти данные, оцените изменения следующих показателей, связанные с на-
грузкой’
а. Ударный объем (УО) *
б. Минутный объем (МО)
в. Общее периферическое сопротивление (ОПС)
В-35. Какой из следующих факторов увеличит кровоток в скелетной мышце?
а. Увеличение тканевого Р
б. Увеличение тканевого содержания аденозина
в. Наличие а-адреноблокаторов
г. Активация симпатической нервной системы
В-36. Наличие ауторегуляции кровотока подразумевает, что артериальное дав-
ление регулируется ме стными механизмами для сохранения постоянного кро-
вотока через орган Верно ли это?
В-37. В норме коронарный кровоток увеличивается, когда
а Возрастает артериальное давление
б. Увеличивается частота сердечных сокращений
в. Возрастает активность симпатической нервной системы
г. Возникает дилатация сердца
В-38. В артериолах скелетных мышц тонус незначителен или вовсе отсутствует
при отсутствии нормальной активности симпатических сосудосуживающих
волокон. Соответствует ли это истине5
В-39. У индивидуума с-гипервентиляцией (частым и глубоким дыханием) возни-
кает головокружение Почему5
В-40. Пациент жалуется на интенсивные боли в ногах после того, как он про-
ходит очень короткое расстояние Волн исчезают после отдыха (такой сим-
птом называется перемежающейся хромотой) Какова может быть при-
чина5 '
В-41. Каким образом стеноз аортального клапана оказывает воздействие на ко-
ронарный кровоток5
В-42 Что определяет величину центрального венозного давления5
В-43. Согласно закону Франка—Старлинга минутный объем всегда уменьшает-
ся, когда понижается центральное венозное давление Так ли это5
В-44. В устойчивом состоянии венозный возврат будет больше, чем минутный
объем,если
а. Периферическое венозное давление выше, чем в норме
б. Объем крови больше, чем в норме
в. Активность симпатической иннервации сердца меньше, чем в норме
В-45. Учитывая различные компоненты артериальной барорецепторной рефлек-
торной дуги, рассчитайте, увеличатся или снизятся следующие показатели в
ответ на подъем артериального давления
а. Частота импульсов артериальных барорецепторов
б. Активность парасимпатических нервов сердца
в. Активность симпатических нервов сердца
г. Тонус артериол
д. Тонус вен
е. Периферическое венозное давление
ж. Общее периферическое сопротивление
з. Минутный объем сердца
В-46. Массаж шеи в области каротидного синуса у больного предсердной па-
роксизмальной тахикардией часто эффективен и прекращает приступ По-
чему5
В-47. Определите, увеличится или уменьшится среднее артериальное давле-
ние в результате действия всех регулирующих механизмов под влиянием сле-
дующих стимулов
а. Снижения уровня О, в артериальной крови
б. Увеличения внутричерепного давления
в. Увеличения давления наполнения сердца
г. Чувства опасности
д. Висцеральной боли
В-48. Опишите яемедЛ^иыеэффекты со стороны сердечно-сосудистой системы
препарата, блокирующего а-адренергические рецепторы у здорового человека
В-49. Какие непосредственные результирующие изменения среднего артериаль-
ного давления и симпатической активности возникнут в результате
а. Кровопотери при кровотечении
б. Кожной боли
в. Общей гипоксии
г. Локального метаболического расширения сосудов в скелетной мышце
В-50. У вашего пациента величина среднего артериального давления ниже нор-
мы и частота пульса выше нормы Какой из приведенных ниже диагнозов воз-
можен5
а. Снижение объема кровн
б. Тревога
в. Поражение клапанов сердца
г. Повышение внутричерепного давления
В-51. Каким образом тонкостенные капилляры способны выдерживать давление
более 100 мм рт ст , не разорвавшись5
В-52. Солдаты падают в обморок, стоя на посту, чаще в жаркую, чем в прохлад-
ную погоду Почему5
В-53. После длительного пребывания в постели пациенты на протяжении несколь-
ких дней часто испытывают головокружение, если они быстро принимают вер-
тикальное положение из-за необычайно быстрого временного падения арте-
риального давления (ортостатическая гипотензия) Почему это может
происходить5
В-54. Погружение по шею в вертикальном положении в теплую воду у многих
индивидуумов вызывает диурез 'Какие механизмы могут обусловливать дан-
ный феномен5
В-55. Почему снижение величины сосудистого сопротивления в скелетной мыш-
це является очевидным из рис Ц-45
В-56 Подразумевается ли снижение величины общего периферического сопро-
тивления на рис 11 -45
В-57. Почему на рис 11-4 предполагается увеличение симпатической актив-
ности5
В-58. По данным, приведенным на рис 11 -4,
а. Рассчитайте величину ударного объема в покое и при нагрузке (УО)
б. Рассчитайте величину конечно-диастолического объема в покое и при на-
грузке (КДО)
в. Рассчитайте величину конечно-систолического объема в покое и при на-
грузке (КСО)
У X
г. Составьте схему, наиболее точно показывающую, как данная физическая
нагрузка воздействует на петлю зависимости между объемом и давлением
в левом желудочке
В-59. Большинство аппаратов для искусственной вентиляции подают воздух в ]
легкие под положительным давлением Дыхание с помощью такого приспо- 1
собления неблагоприятно воздействует на функции сердечно-сосудистой си- |
стемы Почему? 1
В-60. Артериальное давление может подняться до очень высокой величины во ij
время интенсивной изометрической физической нагрузки такой, как напри- |
мер, подъем тяжести Почему? |
В-61. К симптомам гиповолемического шока часто относятся такие, как бледная
и холодная кожа, сухие слизистые оболочки, быстрый и частый пульс, мышеч-
ная слабость и спутанность или потеря сознания Какие физиологические ме-
ханизмы обусловливают появление данных симптомов?
В-62. Какие из следующих мероприятий будут полезны для пострадавших с ге-
моррагическим шоком?
а. Придать им вертикальное положение
б. Согревание
в. Напоить их жидкостью
г. Поддержание артериального давления с помощью адреномиметиков
В-63 Что происходит с показателем гематокрита при
а. Гиповолемическом шоке в результате длительной диареи
б. Остром кардиогенном шоке
в. Септическом шоке
г. Хронической кровопотере
В-64. Почему диуретики (см Раздел, посвященный артериальной гипертензии)
часто эффективны у больных с застойной сердечной недостаточностью?
В-65. Какова потенциальная опасность энергичной терапии диуретиками у боль-
ного с сердечной недостаточностью?
В-66. Почему стеноз почечной артерии приводит к артериальной гипертензии?
ОТВЕТЫ
0-1. Неправильно Объемный кровоток через любое сосудистое русло зависит от
сопротивления данному потоку и артериального давления До тех пор пока
давление остается постоянной величиной (критическая точка), изменения в
кровотоке в каждом отдельном участке сосудистого русла не будут оказывать
влияние на кровоток в других участках, существующих параллельно
0-2. (а) Поскольку
ДР „ДР
Q = —, toR = —
R Q
Поэтому,
100 ммрт ст _п ,
R =-----i----= 20 мм рт ст х мин/мл
5 мл/мин
(б) Согласно уравнению Пуазейля
Q=AP—1
8L Т|
При условии, что другие факторы остаются постоянными
Q ос г4
Таким образом увеличение радиуса на фоне физической нагрузки вдвое, увели
чивает кровоток в 16 раз по сравнению с состоянием покоя Отсюда,
Q = 16x5 мл/мин = 80 мл/мин во время физической нагрузки
(в)Поскольку
R= —
Q
то мы имеем
„ ЮОммрт ст , ,
R =-----------= 1,25 мм рт ст х мин/мл
80 мл/мин
ОТВЕТЫ
3
0-3. Кровоток через легкие (QL) должен быть равен минутному объему сердца
(МО), что объясняется строением сердечно-сосудистой системы QL равняет-
ся величине падения давления на протяжении сосудистого русла легких (АРД
деленному на сопротивление кровотоку через легкие (RJ
АР. 20 мм рт. ст. г . "1
МО = Ql =-----=------------------— = 5 л/мин :
Rl 4 мм рт. ст. х мин/л
0-4. В соответствии с принципом Фика J
G,„-Q([G] - [G] ) ]
Таким образом,
(50 - 30)мг
G™= 60 мл/мин х -----------=12 мг/мин '
100 мл
О-5. Поскольку ;
F = К[(Р. - Р ) - (л. - л)]
тогда
F = К[28-(-4)-24 + 0] мм рт. ст. = Кх8 мм рт. ст.
Результат является положительным, свидетельствующим о результирующем
перемещении жидкости из просвета капилляров ;
0-6. Все соответствует истине а и г — за счет увеличения концентрации белка в
интерстициальной жидкости, б — за счет увеличения Р а в — по обеим при-
чинам
0-7. (а) Отрицательная величина потенциала равновесия калия станет несколь-
ко меньше, поскольку меньшая разность потенциалов необходима для уравно-
вешивания сниженной тенденции к результирующей диффузии К+ из клетки.
[EqK+ = (-61,5 мВ) 1оё([КД/[КД)]
(б) Поскольку покоящаяся мембрана наиболее проницаема для К+, то мембран-
ный потенциал покоя будет по значению всегда близок к потенциалу равнове-
сия К+ Снижение абсолютного значения потенциала равновесия К+, без со-
мнения, также снизит мембранный потенциал покоя (т е произойдет
деполяризация клеток)
(в) Два явления произойдут, когда снизится величина мембранного потенциала
покоя (1) значение потенциала станет ближе к величине порогового потенци-
ала, что увеличит возбудимость и (2) быстрые натриевые каналы становятся
неактивными, что ведет к снижению возбудимости клеток Таким образом, не-
большое увеличение [КД может увеличить возбудимость, в то время как зна-
чительное увеличение [КД уменьшает возбудимость
0-8. Неправильно Соответствует истине, что увеличение симпатической актив-
ности приведет к увеличению частоты сердечных сокращений (положитель-
ный хронотропный эффект). Однако период электрической рефрактерности
сердечных клеток продолжается в течение всего промежутка^пока клетки
ОТВЕТЫ 229
--.------,---------------------------------------------------------'----
**-»*?
находятся всбкраЩ^ЖяЬ®#ТОЯИИи. Это предотвращает ситуацию, когда от-
дельные сокращения Происходят через столь малый промежуток друг после
друга, что могут слиться в одно тетаническое сокращение.
0-9. Правильно. Блокаторы кальциевых каналов уменьшают количество каль-
ция, которое становится доступно для механизма сокращения во время элект-
ромеханического сопряжения, в результате чего уменьшается способность
клеток сердечной мышцы к напряжению
0-10. Только айв (см. рис. 3-9 и 3-10 )
0-11. Систолическое давление в желудочке также равняется 24 мм рт ст., так
как в норме клапан легочной артерии создает для кровотока во время изгна-
ния очень незначительное сопротивление Диастолическое давление в правом
желудочке, в то же время, определяется системным венозным давлением и
будет близко к величине 0 мм рт. ст
0-12. Неправильно Хотя в отдельных сокращениях могут иметь место некото-
рые расхождения, средние величины ударного объема правого и левого желу-
дочков должны быть равны, в противном случае кровь будет накапливаться
либо в малом круге, либо в большом круге кровообращения
0-13. Все перечисленные' а — в результате увеличения преднагрузки, б — в ре-
зультате уменьшения постнагрузки, а в и г за счет увеличения сократитель-
ной способности.
0-14.
_ Vo> 600 мл/мин
Q = -— ---F—— = ---------4----, - = 10 л/мин
[0Jsa-[°Jpa (200 - 140)мл/л
0-15. Опираясь на полученную информацию, невозможно ответить на вопрос,
поскольку два изменения окажут противоположные эффекты на минутный
объем сердца Для ответа на вопрос необходим полный набор кривых желу-
дочковой функции, а также количественная информация, касающаяся дина-
мики давления наполнения и симпатического тонуса (см рис 9-5)
0-16. Правильно (см рис 4-6, 4-7 и, наиболее важно, 4-8)
0-17. Только в
0-18. Согласно общим положениям электрокардиографии, величина электричес-
кой оси составляет 90° (вертикально вниз) Кроме того, зубецД не появляется
в I отведении, так как электрический диполь в этом случае перпендикулярен
оси I отведения.
0-19. а и б, так как снижено время наполнения; в, если частота сокращений же-
лудочков велика, г — по очевидным соображениям, но не д, так как желудоч-
КОВЫЙВОДИТель ритма задает более низкую частоту сердечных сокращений,
связана с увеличением ударного объема.
0-20. (а) Аортальный стеноз приводит к возникновению существенной разницы дав-
ления между левым желудочком и аортой во время систолического изгнания. 1
(б) Митральный стеноз приводит к значительной разнице давления между левыми
предсердием и левым желудочком во время диастолы. 'J
0-21. Недостаточность трикуспидального клапана. При соответствующем поло-|
жении пациента, можно наблюдать пульсацию вен на шее. Регургитация кро-1
ви через несостоятельный трикуспидальный клапан во время систолы вызы-1
вает образование этой крупной патологической сердечно-венозной волны. |
0-22. Неритмичные гигантские a-волны (называемые пушечными волнами) на«
блюдаются на яремных венах, в том случае, если предсердие сокращается прй
закрытом трикуспидальном клапане (например, во время систолы желудочЛ
ков). Так как при атриовентрикулярной блокаде III степени предсердия и же-1
лудочки сокращаются независимо друг от друга, то возникновение такого со|
стояния может происходить нерегулярно. |
0-23. Правильно. В соответствии с законом Лапласа, когда радиус (г) цилиндрй
увеличивается, напряжение стенки (Г) при заданном давлении в полости (Рй
также должно увеличиваться:
Т=Рхг 1
0-24. (а) В соответствии с уравнением сопротивления в параллельных сосудах^
эквивалентное сопротивление (Rp) для параллельной пары равняется Rp=Re/2.|
Затем согласно уравнению сопротивления в последовательных сосудах, находим^
R =R +R =3R /2
лере'
(б) Так как большее сопротивление предшествует развилке (Re), чем следует за
ней (Re/2), то Р по величине будет ближе к Ро, чем к Р,
(в) Кровоток через сеть (что соответствует кровотоку через входящий сосуд) рав-
няется
3Re/2
Падение давления во входящем сосуде равняется
Р ~Р
-р = R —----2- = 2/3(Рх -ро)
1 J е 3Re/2 ' V 1 07
0-25. Так как
Q = —, то R=-r-
R О
и ОПС=
Ра-Рсу
МО
следовательно,
„„„ (100-0) мм рт. ст.
ОПС = -----—--------= 16,7 мм рт. ст. х мин/л
6 л/мин
231
MWrtM. IHllI lilii I, | и NI III t Inn I И | П|,|ИП рЧи iTff || .1 ‘ ....I '.^.l.ni.
4-’>T’*-l V Oi *rinWWa.Wi -'- >r~- -:
' Fj
0*26. Неправилыта.^^иырш^м меньше, чем сопротивление кровотоку через
любой из органов. Каждый орган создает дополнительный путь для тока кро-
ви; таким образом, сопротивление кровотоку в отдельном органе должно быть
больше величины общего сопротивления кровотоку и
1^11 1
ОПС Rj Rj ” Rn
0-27. Неправильно, так как
1 _ 1
спс=1ии+-
уменьшение сопротивления кровотоку в почках должно привести к увеличе-
нию 1 /ОПС и, соответственно, уменьшению ОПС. Когда сопротивление кро-
вотоку в любом отдельно взятом органе меняется, ОПС изменяется в том же
направлении.
0-28. Правильно. Так как в результате сужения артериол в капиллярах снижает-
ся гидростатическое давление, силы реабсорбции будут превышать силы филь-
трации и будет происходить результирующая реабсорбция интерстициальной
жидкости в сосудистое русло.
0-29. Правильно.
Ра = МО х ОПС
0-30. Неверно. Увеличение минутного объема часто сопровождается снижени-
ем общего периферического сопротивления. В зависимости от относительных
величин изменений этих показателей среднее артериальное давление может
увеличиваться, падать или оставаться постоянным.
0-31. Правильно Рр= УО/СА. Обычно не происходит быстрых изменений растя-
жимости артериальной стенки.
0-32. Неправильно. Повышение ОПС (на фоне постоянного МО) приведет при-
мерно к одинаковому увеличению значений Ps и PD, а также увеличению РА с
небольшим воздействием на пульсовое давление.
0-33.
Ра =Ро+-(Рз_Рп]=!70+^(110-70)
3' ' 3
мм рт. ст. ~ 83 мм рт. ст.
0-34. (а) Напомним, что УО = РрхСА. Рр увеличивается при физической нагрузке
1,15 (с 39 до 45 мм рт. ст.). Так как СА является относительно постоянным
параметром на протяжении короткого периода времени, увеличение значения
Р должно произойти за счет увеличения ударного объема примерно на 15%.
(б) Напомним, чтоМОвЧССхУО. Во время физической нагрузки ЧСС увеличи-
вается в 2 в 1 мин), а так как УО увеличился в 1,15 раза,
минутный йа 130%. [2,О(1,15)=2,3 раза по сравне-
нию с перво)
(в) Напомним, что ОПС=РА/МО. РА увеличивается при физической нагрузке в
1,13 раза (с 93 до 105 мм рт ст), а МО увеличивается примерно в 2,3 раза.
Таким образом, общее периферическое сопротивление должно было бы сни-
зиться примерно на 55% (1,13/2,3=0,45 от первоначального уровня).
0-35. а, б и в.
0-36. Неправильно. Ауторегуляция кровотока подразумевает, что сосудисто!
сопротивление поддерживает постоянство кровотока несмотря на изменена!
артериального давления.
0-37. Все, поскольку все они увеличивают потребление кислорода миокардов
Кровоток в миокарде регулируется, прежде всего, воздействием локальных
метаболических механизмов.
0-38. Неправильно. В результате проведения симпатэктомии возникнет некотсЯ
рое расширение артериол скелетной мускулатуры, но она не будет максималь-'
но выраженной, поскольку артериолы скелетных мышц обладают существенным
автономным базальным тонусом.
0-39. В результате гипервентиляции уровень Рсо? в крови снижается. Это, в свою
очередь, вызывает сужение мозговых артериол (напомним, что тонус мозго-
вых сосудов очень чувствителен к изменениям уровня РС02)- Увеличение со-
противления мозговых сосудов ведет к уменьшению мозгового кровотока, что
вызывает головокружение и нарушение ориентации.
0-40. Вероятно, что увеличение метаболических потребностей, обусловленное
физической нагрузкой на скелетную мускулатуру, не могут быть компенсиро-
ваны адекватным увеличением кровотока в мышцах. У данного пациента, ви-
димо, имеет место определенное заболевание артерий (атеросклероз), в ре-
зультате чего у него возникает увеличение сосудистого сопротивления
кровотоку, которое не может быть компенсировано местными метаболиче-
скими сосудорасширяющими механизмами.
0-41. Для того чтобы протолкнуть кровь через стенозированный клапан (рис. 6-3)
в левом желудочке должно возникнуть высокое давление. В результате возра-
стает потребление кислорода миокардом, что стимулирует увеличение коро-
нарного кровотока В то же время, тем не менее, повышенное давление в поло-
сти желудочка ведет к усилению систолической компрессии коронарных
сосудов, что ведет к снижению кровотока по ним. В состоянии покоя локаль-
ные метаболические механизмы могут адекватно компенсировать силы сдав-
ления и обеспечивать удовлетворение повышенных метаболических потреб-
ностей миокарда. В то же время они могут не обладать необходимым «резервом»
для удовлетворения возросших потребностей, например, при физической на-
грузке. Перфузионное давление в коронарных артериях также может быть
снижено при снижении системного артериального давления.
0-42. Центральное венозное давление всегда устанавливается на уровне, при
котором величины минутного объема и венозного возврата равны между со-
бой. Поэтому любые факторы, которые сдвигают функциональную кривую
-• сердцаили Кртнуювенозного возврата, влияют на венозное давление (см. при-
ложение В).
0-43. Неправильно. Закон Франка—Старлинга гласит, что если иные воздействия
на сердце являются постоянными, то минутный объем сердца снижается
при снижении величины центрального венозного давления (например, А—>В
на рис. 9-6). В нормальной сердечно-сосудистой системе, где многие события
происходят одновременно, минутный объем и центральное венозное давление
могут изменяться в противоположных направлениях (В—>С на рис. 9-6).
0-44. Ни при одном из этих обстоятельств. При устойчивом состоянии сердеч-
но-сосудистой системы венозный возврат должен быть всегда равен величине
минутного объема.
0-45. а и б увеличатся, остальные — уменьшатся
0-46. Массаж зоны каротидного синуса вызывает повышенную импульсацию от
барорецепторов, что, в свою очередь, снижает симпатическую активность и
увеличивает парасимпатический тонус сосудодвигательного центра продол-
говатого мозга Оба эффекта способствуют замедлению активности водителя
ритма и позволяют установить нормальный ритм.
0-47. а, би г увеличивают среднее артериальное давление, в и е снижают сред-
нее артериальное давление.
0-48. (1) Будет блокировано воздействие симпатических нервов на тонус арте-
риол. Тонус артериол снизится и то же самое произойдет с ОПС. Блокада
а-рецепторов представляет собой в изменение эффекторной части сердечно-
сосудистой системы, снижающее артериальное давление
(2) Эффекторная часть функциональной кривой сдвинется вниз, как показано на
рис. 10-6, В (В этом случае эффекторная функциональная кривая может так-
же стать менее крутой, поскольку увеличение ОПС не будет более эффектив-
ным механизмом повышения при возрастании симпатической активности.)
(3) Новое устойчивое состояние возникнет в артериальной барорецепторной реф-
лекторной дуге при меньшем, чем в норме, значении артериального давления
и более высокой, чем обычно, симпатической активности, как показано на рис.
10-6, В.
(4) Частота сердечных сокращений и минутный объем возрастут из-за увеличе-
ния симпатической активности нервной системы. Функциональная кривая
сердца сдвинется вверх, а кривая венозного возврата не сделает этого, посколь-
ку блокада а-рецепторов заблокирует влияние повышенной симпатической ак-
тивности на вены. Соответственно, величина центрального венозного давле-
ния будет меньше, чем в норме (см. рис 9-5).
0-49.а и г являются изменениями в эффекторной части артериальной бароре-
цепторной регулирующей системы, которые снижают артериальное давление
при заданном уровне симпатической активности. Таким образом, как показа-
но на рис. 10~6, В, результирующее воздействие указанных изменений и по-
следующих регуляторных эффектов приведет к новому устойчивому состоя-
ОТВЕТЫ
нию при более низком, чем в норме, значении среднего артериального давления и|
более высоком, чем обычно, симтатическом тонусе, бив создают импульсацию J
повышающую установочную точку в нервной части артериальной барорецептора
ной регулирующей системы, что приводит к более высокому, чем в норме, симпаЗ
тическому тонусу при любом заданном уровне импульсации артерильных бароре-1
цепторов Таким образом, как показано на рис 10-7, А, при наличии данных!
расстройств система будет работать при более высоких значениях, чем в норм®
среднего артериального давления и симпатической активности
0-50. айв Данные расстройства приведут к непосредственному снижению арЗ
термального давления, что далее рефлекторно вызовет увеличение частоте
сердечных сокращений Расстройств б и г не оказывают непосредственного
влияния на сердце и сосуды. В большей степени они действуют на сосудодвиЯ
гательный центр продолговатого мозга, повышая установочную точку, и выЗ
зывают увеличение симпатической активности Соответственно, следует ожи®
дать, что биг вызовут увеличение, как частоты сердечных сокращений, так йи
величины среднего артериального давления
0-51. Так как радиус капилляров столь мал, напряжение в капиллярной стенке
не слишком сильно повышается, несмотря на высокие цифры давления в про-
свете капилляра (Т = Р х г)
0-52. Обморок возникает в результате снижения мозгового кровотока, когда сред-
нее артериальное давление падает ниже 60 мм рт ст В жаркий день темпера- ]
турные рефлексы преобладают над барорефлексами, вызывая увеличение кро-
вотока в коже, необходимое для терморегуляции Поэтому ОПС меньше при
положении стоя в жаркий день, чем в холодный Соответственно, при теплой
погоде среднее артериальное давление падает ниже 60 мм рт ст на фоне мень-
шего снижения минутного объема, чем в холодную погоду
0-53. Реакция сердечно-сосудистой системы на переходе горизонтальное поло-
жение является прямо противоположной тому, что изображено на рис 11 -3.
Во время длительного пребывания в постели у пациентов отмечается тенден-
ция к большей потере, чем задержке жидкости, что приводит к снижению, в
сравнении с нормой, объема крови Поэтому такие пациенты в меньшей степе-
ни способны адаптироваться к вертикальному положению тела в течение пе-
риода времени, который необходим для достижения величины объема крови,
характерной для пациента при нормальном активном режиме
0-54. Давление, которое оказывает вода на нижнюю часть тела, увеличивает
реабсорбцию жидкости в капиллярах, снижает периферический венозный
объем и увеличивает объем крови в центральном венозном пуле Все перечис-
ленное стимулирует сердечно-легочные механорецепторы и стимулирует ди-
урез посредством различных нервных и гормональных воздействий, описан-
ных в главе 10
0-55.
R = Pa/q
ОТВЕТЫ 23S
................... .............—----------------------------------
4 4 if
Во время физической нагрузки сосудистое сопротивление скелетной мускулату-
ры должно существенно снизиться, поскольку кровоток в скелетной мускула-
туре возрастает в 10 раз (на 1000%), а среднее артериальное давление возра-
стает гораздо в меньшей степени (=11%)
0-56. ОПС=РА/МО Общее периферическое сопротивление должно снизиться во
время физической нагрузки, поскольку минутный объем возрастает в три раза,
что существенно больше, чем рост величины среднего артериального давления
0-57. (1) Во время физической нагрузки частота сердечных сокращений Суще-
ственно превышает автономную частоту (« 100 уд в 1 мин) Этот факт свиде-
тельствует об активации симпатических нервов сердца, поскольку устране-
ние активности парасимпатических нервов сердца не может увеличить частоту
сердечных сокращений выше автономной (глава 3)
(2) Увеличение артериального пульсового давления на фоне постоянного цент-
рального венозного давления свидетельствует о возрастании ударного объема
и сократительной способности сердца и, следовательно, повышенной актив-
ности симпатических нервов сердца (глава 4)
(3) Снижение кровотока в почках и органах брюшной полости, несмотря на повы-
шение уровня среднего артериального давления, свидетельствует об актива-
ции симпатической вазоконстрикции (глава 5)
0-58. (а)УО=МО/ЧСС
У0=6000 / 70=86 мл/сокращение сердца в покое
УО=18 ООО/ 160=113 мл/сокращение сердца при физической нагрузке
[Вы можете вспомнить, что при отсутствии иной информации, изменения УО
можно оценить по динамике показателей артериального пульсового давле-
ния (Р ) По данным, изображенным на рис 11-4, ясно, что Р увеличивает-
ся в 1,^5 раза (с 40мм рт ст до 70 мм рт ст ) вследствие физических усилий,
в то время как УО фактически увеличивается только в 1,32 раза (с 86 до 113
мл), как рассчитывали ранее Данное противоречение означает, что в то вре-
мя как УО является основным фактором, определяющим Р , изменения дру-
гих составляющих, таких как растяжимость артерий (СА), также могут вли-
ять на Рр (см приложение В) Частично увеличение Рр на фоне физической
нагрузки обусловлено снижением эффективной растяжимости артерий По-
следнее обусловлено (1) увеличением среднего артериального давления при
физической нагрузке и (2) нелинейным характером взаимозависимости меж-
ду объемом и давлением в артериях (см рис 7~ 10)]
(б) Фракция изгнания=УО/КДО или КДО=УО/фракция изгнания
КДО=86/0,60=143 мл в покое
КДО= 113/0,80=141 мл во время физической нагрузки
[Напомним, что центральное венозное давление, Pcv, является давлением на-
полнения сердца или преднагрузкой и, тем самым, главным фактором, оп-
ределяющим КДО. При физической нагрузке КДО меняется мало, посколь-
ку физические усилия незначительно влияют на величину Pcv или вовсе не
меняют ее ]
(в) УО=КДО-КСО или КСО=КДО-УО
КСО143-86=57 мл в покое *
КССЙЙВ’’! 13=28 мл при физической нагрузке
236 ОТВЕТЫ)
[Напомним, что основными факторами, определяющими величину КСО явля-
ются кардиальная постнагрузка (среднее артериальное давление) и сокра-
тительная способность миокарда (см приложение В) Кардиальная пост-
нагрузка увеличивается при физической нагрузке и, тем самым, действует
в противоположном направлении, снижая КСД Таким образом, увеличе-
ние сократительной способности миокарда при физической нагрузке, обус-
ловленное увеличением активности симпатических нервов сердца, долж-
но, прежде всего, определять снижение величины КСО
Ключевые характеристики
1. Конечно-диастолический объем как в покое, так и при физической нагрузке
составляет около 140 мл
2. Изгнание из желудочка (снижение объема желудочка) начинается, когда
давление внутри желудочка достигает величины диастолического давле-
ния в аорте и открывается аортальный клапан На рис 11 -4 указано арте-
риальное диастолическое давление, равное 80 мм рт ст , как в покое, так и
при физической нагрузке Таким образом, изгнание из желудочка начина-
ется при величине внутрижелудочкового давления 80 мм рт ст в обоих
случаях
3. и 4. Максимальное внутрижелудочковое давление в норме равняется максималь-
ному (систолическому) артериальному давлению Следовательно, величины
систолического артериального давления на рис 11 -4, отражающие максималь-
ное внутрижелудочковое давление, равны 120 мм рт ст и 150 мм рт ст в покое
и при физической нагрузке, соответственно
5. и 6. Как было рассчитано ранее в пункте «в», конечно-систолический объем
равняется 57 мл в покое и снижается до 28 мл во время физической нагруз-
ки
0-59. Когда легкие подвергаются искусственной вентиляции, внутригрудное
давление увеличивается (вместо того, что бы снижаться, как это происхо-
дит при нормальном вдохе) При искусственной вентиляции среднее внут-
ригрудное давление и, таким образом, центральное венозное давление
выше, чем в норме Однако в этих условиях более высокое, чем в норме,
центральное венозное давление не приводит к существенному увеличению
наполнения сердца, поскольку одновременно отмечается увеличение дав-
ления на наружную поверхность сердца Увеличение центрального веноз-
ного давления тормозит венозный возврат, что и является побочным дей-
ствием искусственной вентиляции под положительным давлением на
сердечно-сосудистую систему
0-60. Во время изометрического сокращения мускулатуры кровоток через мыш-
цу снижается или прекращается в результате сдавления сосудов скелетной
мышцы Таким образом, во время изометрического напряжения ОПС может
быть выше, чем в норме, а не существенно ниже, чем в норме, как это отмеча-
ется при ритмических усилиях, таких как бег При отсутствии снижения ОПС
и при наличии выраженных влияний (центральная команда) коры на сосудо-
двигательный центр продолговатого мозга о подъеме установочной точки сред-
нее артериальное давление может подняться до весьма высоких аиачений (см.
точку 2 на рис 10-6, A) i-O.
0-61. Выраженная активания еимпатического отдела нервной системы существенно
снижает кровоток в коже, способствует транскапиллярной реабсорбции жид-
кости, увеличивает частоту сердечных сокращений и сократительную способ-
ность сердца (но может не восстановить ударный объем из-за снижения цент-
рального венозного давления) и уменьшает кровоток в скелетной мускулатуре
Мозговой кровоток снижается, если компенсаторные механизмы не предотвра-
щают снижение среднего артериального давления менее 60 мм рт ст
0-62. (а) Не является полезным, поскольку сила тяжести способствует накопле-
нию венозной крови на периферии, что будет способствовать дальнейшему
падению артериального давления
(б) Не является полезным при чрезмерной интенсивности Расширение сосудов
кожи в результате согревания увеличит стресс сердечно сосудистой системы
(в) Полезно, если пострадавший в сознании и может пить, поскольку жидкость
быстро всосется из кишечника и увеличит объем циркулирующей крови
(г) Может быть полезным как средство первой неотложной помощи для пред-
отвращения гипоксического повреждения головного мозга из-за резкого
снижения артериального давления, но при длительном применении разо-
вьются механизмы декомпенсации, связанные со снижением органного
кровотока
0-63. (а) При гиповолемическом шоке в результате диареи гематокрит, вероят-
но, возрастет, поскольку, хотя компенсаторные процессы вызовут существен-
ную «аутотрансфузию« за счет перехода жидкости из внутриклеточного и ин-
терстициального пространств в сосудистое пространство, но данное
количество жидкости будет ограничено объемом в один литр или менее Та-
ким образом, существенная потеря жидкости (без потери эритроцитов) вызо-
вет значительное увеличение показателя гематокрита
(б) При кардиогенном шоке гематокрит может снизиться, поскольку компен-
саторные механизмы, способствующие повышению уровня артериального
давления, будут способствовать переходу жидкости в сосудистое простран-
ство В то же время,поскольку центральное венозноедавление(и,возмож-
но, периферическое венозное давление) могут быть также повышены, то
величину капиллярного гидростатического давления (и, отсюда, переме-
щение жидкости) трудно предугадать
(в) При септическом шоке расширение периферических сосудов и накопление
крови в периферическом венозном пуле могут реально способствовать фильт-
рации жидкости из сосудистого русла в некоторые регионах (что приведет к
увеличению гематокрита), но снижение артериального и центрального веноз-
ного давления могут противодействовать данному перемещению жидкости,
поэтому динамику гематокрита при данном состоянии трудно предугадать
(а) Хроническая кровопотеря обычно связана с низким гематокритом и ане-
мией, поскольку продукция эритроцитов не может осуществляться адек-
ватно на фоне потерь красных клеток крови, в то время как механизмы ре-
гуляции объема крови могут быть вполне способны поддержать в организме
нормальный объем крови
0-64. Избыточная задержка жидкости может запускать механизмы декомпенса-
ций, что еще больше ухудшает деятельность и так ослабленного сердца (на-
поимер, недостаточная оксигенация крови при ее протекании через перепол-
238
ОТВЕТЫ
ненные отечной жидкостью легкие, существенное расширение полостей серд-
ца и увеличенные метаболические потребности миокарда, а также нарушение
деятельности печени в результате застоя). Лечение диуретиками уменьшает
объем жидкости и снижает повышенное венозное давление, которые являют-
ся причинами данных расстройств.
0-65. Если в результате лечения диуретиками объем крови и центральное веноз-
ное давление слишком значительно уменьшатся, то в соответствии с законом
Франка—Старлинга, минутный объем сердца может снизиться до недопусти-
мо малого уровня.
0-66. Вследствие высокого сопротивления в зоне стеноза и падения давления в
этой области, давление в капиллярах клубочков и, следовательно, скорость
клубочковой фильтрации снижаются по сравнению с нормой, в то время как
артериальное давление соответствует норме. Таким образом, стеноз почеч-
ной артерии уменьшает скорость мочеотделения при данном уров-
не артериального давления. Кривая функции почек сдвигается вправо и вслед
за этим повышается артериальное давление крови.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
Общая информация
Для того, чтобы быть в курсе последних данных постоянно развивающейся физи-
ологии сердечно-сосудистой системы, заинтересованным студентам необходимо изу-
чать следующие журналы: American Journal of Physiology: Heart and Circulatory
Physiology, Circulation Research, Journal of Molecular and Cellular Cardiology, и
Microvascular Research. Великолепные подробные обзорные статьи по физиологии
сердечно-сосудистой системы периодически публикуются в News in Physiological
Sciences, Annual Reviews of Physiology, Physiological Reviews и Circulation Research.
Кроме того, Circulation, New England Journal of Medicine и Progress in Cardiovascular
Diseases часто содержат обзорные статьи, в которых рассмотрено клиническое приме-
нение современных данных исследований сердечно-сосудистой системы.
Глава 1
Aukland К and RK Reed: Interstitial-lymphatic mechanisms in the control of
extracellular volume. Physiol Rev,vo\ 73, 1993, pp 1-78.
Chien S, SUsami, and RSkalak: Blood flow in small tubes. Handbook of Physiology,
2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American Physiological Society,
Bethesda, 1984, pp 217-250.
Clough G: Relationship between microvascular permeability and ultrastructure.
Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol 55, 1991, pp 47-69.
Crone C and DG Levitt: Capillary permeability to small solutes. Handbook of
Physiology, 2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American Physiological
Society, Bethesda, 1984. pp 411-466.
Curry FE: Mechanics and thermodynamics of transcapillary exchange. Handbook
of Physiology, 2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American Physiological
ли'СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЯ^Г ЕРАТУРЬГ
Curry FE: Regulation of water and solute exchange in microvessel endothelium:
Studies in single perfused capillaries. Microcirculation, vol 1, 1994, pp 11-26. z,’
Michel CC: Fluid movements through capillary walls. Handbook of Physiology, 2м ?
ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American Physiological Society,!
Bethesda, 1984, pp 375-410. |
Parker JC, MA Perry, and AE Taylor: Permeability of the microvascular barrier. 1
Edema NC Staub and AE Taylor (eds). Raven Press, New York, 1984, pp 143-187. I
Preduscu D and GE Palade: Plasmalemmal vesicles represent the large pore system;’
of continuous microvascular endothelium. Amer J Physiol, vol 265 (2 pt 2), 1993, pp)
H725-H733. ।
Renkin EM and CC Michel (eds): Handbook of Physiology, sec 2: The Cardiovascular
System, vol 4: Microcirculation. American Physiological Society, Bethesda, 1984.
Renkin EM and VL Tucker: Atrial natriuretic peptide as a regulator of transvascular
fluid balance NIPS,vo\ 11, 1996, pp 138-143.
Rippe В and В Haraldsson: Transport of macromolecules across microvascular walls:.;
The two-pore theory. Physiol Rev, vol 74, 1994, pp 163-219.
Schmid-Schonbein GW and BW Zweifach: Fluid pump mechanisms in initiaf-
lymphatics. NIPS, vol 9, 1994, pp 67-71.
Starling EN: On the absorbtion of fluids from the connective tissue spaces. J Physiol
(London),vol 19, 1896, p 312
Taylor AE and DN Granger: Exchange of macromolecules across the microcirculation.
Handbook of Physiology, 2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American
Physiological Society, Bethesda, 1984, pp 467-520.
Wagner RC and SC Chen: Transcapillary transport of solute by the endothelial
vesicular system: Evidence from thin serial section analysis. Microvascular Res, vol 42,
1991, pp 139-150.
Zweifach BW and A Silberberg: The interstitial-lymphatic flow system. Int Rev
Physiol Cardiavasc Physiol HI, vol 18, 1979, pp 215-260.
Zweifach BW and HH Lipowsky: Pressure-flow relations in blood and lymph
microcirculation. Handbook of Physiology, 2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC
Michel, American Physiological Society, Bethesda, 1984, pp 251-308.
Главы 2-6
Billman GE: Cellular mechanisms for ventricular fibrillation. NIPS, vol 7, 1992, pp
254-259.
Brady AJ: Mechanical properties of isolated cardiac myocytes. Physiol Rev, vol 71,
1991, pp 413-422.
Catterall WA: Cellular and molecular biology of voltage-gated sodium channels.
Physiol Rev, vol 72 (Suppl), 1992, S15-S48.
Coraboeuf E and D Escande Ionic currents in the human myocardium. NIPS, vol 5,
1990, pp 28-31.
DiFrancesco D: Pacemaker mechanisms in cardiac tissue. Ann Rev Physiol, vol 55,
1993, pp 451-467.
Elzinga G: Starling’s «law of the heart»: Rise and fall of the descending limb. NIPS,
vol 7, 1992, pp 134-137.
Fuchs F: Mechanical modulation of the Ca2+ regulatory protein complex in cardiac
muscle. NIPS, vol 10, 1995, pp 6-12. «*•'*
СПИСОКРЕКОМЕадУЕМС^^^5§ГП'РЫ ж
да),Ц„ jfry »""' ' ' ".— "•'.«"^'<-л«—.у8, .МТ ..—>•-л <jlMr.'"-«» '
Hirst GDS?JFR Edwards? NJ-Bramich, and MF Klemm: Neural control of cardiac
pacemaker potentials. NIPS, vol"6, 1991,pp 185-190.
Howell WH and F Donaldson: Experiments upon the heart of the dog with reference
to the maximum volume of blood sent out by the left ventricle in a single beat and the
influence of variations in venous pressure, arterial pressure and pulse rate upon the work
done by the heart. Philos Trans R Soc London, vol 175, pt 1, 1884, pp 139-160.
Irisawa H, HF Brown, and W Giles: Cardiac pacemaking in the sinoatrial node. Physiol
Rev,vo\ 73, 1993, pp 197-227.
Jongsma HJ and D Gros: The cardiac connection. NIPS, vol 6, 1991, pp 34-40.
Katz AM: Physiology of the Heart, 2nd ed, Raven Press, New York, 1992.
Langer GA: Calcium and the heart: exchange at the tissue, cell and organelle levels.
FASEB Journal, vol 6, 1992, pp 893-902.
McDonald TF, S Pelzer, W Trautwein, and DJ Pelzer: Regulation and modulation of
calcium channels in cardiac skeletal, and smooth muscle cells. Physiol Rev, vol 74,1994,
pp 365-507.
Noble D: The surprising heart: A review of recent progress in cardiac electrophysiology.
J Physiol, vol 353, 1984, pp 1-50.
Obeid Al: Electrophysiology in Clinical Practice. JB Lippincott, Philadelphia, 1992.
Pallotta BS and PK Wagoner: Voltage-dependent potassium channels since Hodgkin
and Huxley. Physiol Rev, vol 72 (Suppl), 1992, pp S49-S67
Pongs O: Molecular biology of voltage-dependent potassium channels. Physiol Rev,
vol 72 (Suppl), 1992, S69-S88.
Rosenshtraukh LV and AV Zaitsev: Atrial tachycardiasss A new look. NIPS, vol 5,
1990, pp 187-190.
Sagawa K: The end-systolic pressure-volume relationship of the ventricules:
Definition, modification and clinical use. Circulation, vol 63, 1981, pp 1223-1227
Sarnoff SJ Myocardial contractility as described by ventricular function curves.
Physiol Rev, vol 35, 1955, p 107.Saul JP- Beat-to-beat variations of heart rate reflect
modulation of cardiac autonomic outflow. NIPS, vol 5, 1990, pp 32-37
Starling EH: The Linacre Lecturte on the Law of the Heart. Longmans Green,
London, 1918.
Zipes DP and J Jalife: Cardiac Electrophysiology: From Cell to Bedside. Saunders,
Philadelphia, 1990.
Главы 7—8
Bevan JA and RD Bevan: Is innervation a prime regulator of cerebral blood flow?
NIPS, vol 8, 1993, pp 149-152.
Bohr DF, AP Somlyo, and HV Sparks Jr (eds): Handbook of Physiology, sec 2: The
Cardiovascular System, vol 2: Vascular Smooth Muscle. Bethesda, American
Physiological Society, 1980, Chaps. 4, 12, 13, 15-20.
Bradbury MWB: the blood-brain barrier. Experimental Physiol, vol 78,199^ 453-472.
Brown AM: Ion channels as G protein effectors. NIPS, vol 6, 1991, pp 1Ж161.
Brutsaert DL: Endocardial and coronary endothelial control of cardiac per^rmance.
NIPS, vol 8, 1993, pp 82-86. ' 4
Calver A, J Collier, Nitric oxide and
Experimental Physiol, vol7$, I993LЭД 30Я-326.
242 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМсЛЦ^ЕРАТУ^
Chien S, S Usami, and R Skalak: Blood flow in small tubes. Handbook of Physiology, |
2nd ed, sec 2, vol 4, ed by EM Renkin and CC Michel, American Physiological Societal
Bethesda, 1984, pp 217-250. ' j
Ellsworth ML, CG Ellis, AS Popel, and RN Pittman: Role of microvessels in oxygeo
supply to tissue. NIPS, vol 9, 1994, pp 119-123.
Gerova M: Conduit coronary artery: Control by autonomic nervous system. NIPSfy
vol 6, 1991, pp 103-107. 4
Gewirtz H: The coronary circulation: Limitations of current cocepts of metabolite
control. NIPS, vol 6, 1991, pp 265-268. 1
Gorman MW and HV Sparks: The unanswered question. (What is the dilator*
substance in exercise hyperemia?). NIPS, vol 6, 1991, pp 191-193. j
Hainsworth R: The importance of vascular capacitance in cardiovascular control-.
NIPS, vol 5, 1990, pp 250-254.
Hirst GD and FR Edwards: Sympathetic neuroeffector transmission in arteries and 1
arterioles. Physiol Rev, vol 69, 1989, pp 546-604.
Johnson PC: Autoregulation of blood flow. Circ Res, vol 59, 1986, pp 483-495.
Johnson PC: The myogenic response. NIPS, vol 6, 1991, pp 41-42.
Kamm KE and JT Stull: Regulation of smooth muscle contractile elements by second
messengers. Ann Rev Physiol, vol 51, 1989, pp 299-313. :
MellanderS and J Bjorn berg: Regulation of vascular smooth muscle tone and capillary
pressure. NIPS, vol 7, 1992, pp 113-119.
Murphy RA: Special topic Contraction in smooth muscle cells. Ann Rev Physiol,
vol 51, 1989, pp 275-349.
O’Donnell ME and NE Owen: Regulation of ion pumps and carriers in vascular smooth
muscle. Physiol Rev, vol 74, 1994, pp 683-721.
Rhodin JAG: Architecture of the vessel wall, in Handbook of Physiology, sec 2: The
Cardiovascular System, vol 2: Vascular Smooth Muscle, ed by DF Bohr, AP Somlyo, and
HV Sparks Jr. Bethesda, American Physiological Society, 1980.
Robinshaw D and KA Foster: Role of G proteinsin the regulation of the cardiovascular
system. Ann Rev Physiol, vol 51, 1989, pp 229-244
Rowell LB: The venous system, in Human Circulation: Regulation During Physical
Stress. Oxford University Press, New York, 1986, pp 44-77
Smiesko V and PC Johnson: The arterial lumen is controlled by flow-related shear
stress. NIPS, vol 8, 1993, pp 34-38.
Suzuki H and G Chen: Endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF): An
endogenous potassium-channel activator NIPS, vol 5, 1990, pp 212-215.
West JB and О Mathieu-Costello. Pulmonary blood-gas barrier: A physiological
dilemma. NIPS, vol 8, 1993, pp 249-253.
Главы 9-10
Anderson MC and DL Kunze: Nucleus tractus solitariusss gateway to neural
circulatory control. Ann Rev Physiol, vol 56, 1994, pp 93-116.
Blessing WW: Inhibitory vasomotor neurons in the caudal ventrolateral medulla
oblongata. NIPS, vol 6, 1991, pp 139-141.
Calaresu FR and CP Yardley: Medullary basal sympathetic tone. AnilRev Physiol,
,,z,l СЛ 1ПОО-rn r-n.
243
Chapleau MW, G Hajduczok, and FM Abboud: Paracrine modulation of baroreceptor
activity by vascular endothelium. NIPS, vol 6, 1991, pp210-214.
Cowley AW, Jr: Long-term control of arterial blood pressure. Physiol Rev, vol 72,
1992, pp 231-300.
Cushing H: Concerning a definite regulatory mechanism of the vasomotor center
which controls blood pressure during cerebral compression. Bull Johns Hopkins Hosp,
vol 12, 1901, pp 290.
Dampney R: The subretrofacial nucleus: Its pivotal role in cardiovascular regulation.
NIPS, vol 5, 1990, pp 63-67.
Dampney RA: Functional organization of central pathways regulating the
cardiovascular system. Physiol Rev, vol 74, 1994, pp 323-364.
Eckberg DL and JM Fritsch: How should human baroreflexes be tested? NIPS, vol
8, 1993, pp 7-12.
Eckberg DL and P Sleight. Human Baroreflexes in Health and Disease. Clarendon
Press, Oxford, 1992.
Gorman MW and HV Sparks: The unanswered question (What is the dilator substance
in exercise hyperemia?). NIPS, vol 6, 1991, pp 191-193.
Guyton AC. Determination of cardiac output by equating venous return curves with
cardiac response curves. Physiol Rev, vol 35, 1955, pp 123.
Hainsworth R: Reflexes from the heart. Physiol Rev, vol 71, 1991, pp 617-658.
Lakatta EG: Cardiovascular regulatory mechanisms in advanced age. Physiol Rev,
vol 73, 1993, pp 413-460.
Longhurst JC: Cardiopulmonary receptors: Their function in health and disease. Prog
Cardiovasc Diseases, vol 27(3), 1984, pp 201-222.
Marshall JM: Peripheral chemoreceptorsand cardiovascular regulation. Physiol Rev,
vol 74, 1994, pp 543-594.
Paton JFR and KM Spyer: Cerebellar cortical regulation of circulation. NIPS, vol 7,
1992, pp 124-129.
Rothe CF: Mean circulatory filling pressure: its meaning and measurement. J Applied
Physiology, vol 74, 1993, pp 499-509.
Rowell LB' Cardiovascular aspects of human temperature regulation. Circ Res, vol
52, 1983, pp 367-379.
Rowell LB Human Cardiovascular Control, Oxford University Press, New York,
1993.
Sarnoff SJ Myocardial contractility as described by cardiac function curves. Physiol
Rev, vol 35, 1955, pp 107.
Segal SS: Communication among endothelial and smooth muscle cells coordinates
blood flow control during exercise. NIPS, vol 7, 1992, pp 152-156.
Shepherd JT, and FM Abboud (eds): Handbook of Physiology, sec. 2 The
Cardiovascular System, vol 3: Peripheral Circulation and Organ Blood Flow, American
Physiology Siociety, Bethesda, 1983, Chaps 15, 19-21.
Spyer KM: Central nervous system mechanisms contributing to cardiovascular
control. J Physiol, vol 474, 1994, pp 1-19.
Starling EH: The Linacre Lecture on the Law of the Heart. Longmans Green,
London, 1918.
Vander AJ: Renal Physiology, SP ed, McGraw-Hill, New York, 1995.
Williams JL, KL Barnes, and CM Farrario: Area postrema: A unique
244 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМ(Л^УеРАТУРЫ J
Главы 11—12 , JI
Aukland К: Why don’t our feet swell in the upright position’ NIPS, vol 9, 1994, pgj
214-219.
Blomqvist CG and HL Stone: Cardiovascular adjustments to gravitational stress, ii^B
Handbook of Physiology, sec 2: The Cardiovascular System, vol 3‘ Peripheral Circulating^
and Organ Blood Flow, ed. By JT Shepherd and FM Abboud, American PhysiologicaM
Society, Bethesda, 1983, pp 1025-1063. Я
Cruickshank JM and BNC Prichard: Beta-Blockers in Clinical Practice. Churchill»
Livingstone, New York, 1994. Я
Dietz HC III and RE Pyeritz. Molecular genetic approaches to the study ojl
cardiovascular disease. Ann Rev Physiol, vol 56, 1994, pp 763-796. « JI
DiNicolantonio R, T Imai, R Murakami, and Y Yamori: Hypertension: Geneses
environment, or both? NIPS, vol 6, 1991, pp 174-177. 1
Domemczak A, and К Lindpaintner: Genetics of hypertension: A current appraisal.»
NIPS, vol 9, 1994, pp 246-251 |
Folkow B. Salt and hypertension. NIPS, vol 5, 1990, pp 220-224. |
Folkow В and A Svanborg. Physiology of cardiovascular aging Physiol Rev, vol 73, 1
1993, pp 725-764. j
Francis GS and JN Cohn: Heart failuire: Mechanisms of cardiac and vascular 3
dysfunction and the rationale for pharmacologic intervention. FASEB Journal, vol 4,1990,
pp 3068-3075 j
Garcia R. Atrial natriuretic factor in experimental and human hypertension. NIPS, 4
vol 8, 1993, pp 161-164
Goldstein DS: Stress, Catecholamines, and Cardiovascular Disease. Oxford
University Press, New York, 1995
Haddy FJ: Humoral factors in hypertension. NIPS, vol 4, 1989, pp 202-205.
Homy CJ, SF Vatner, and DE Vatner: bb-adrenergic receptor regulation in the heart
in pathophysiological states: Abnormal adrenergic responsiveness in cardiac disease. Ann
Rev Physiol, vol 53, 1991, pp 137-159.
Kedes L- Regulation of myocardial adaptation Scientific Amer Sci Med, July/
August, 1994
Kovach AGB and AM Lefer Endothelial dysfunction in shock states. NIPS, vol 8,
1993, pp 145-148.
Lahera V and AA Khraibi Nitric oxide inhibition in hypertension. NIPS, vol 9, 1994,
pp268-170
Ludbrook J and R Evans Posthemorragic syncope NIPS, vol 4, 1989, pp 120-133.
Luscher TF and Y Dohi. Endothelium-derived relaxing factor and endothelin in
hypertension. NIPS, vol 7, 1992, pp 120-123.
Navas JP and M Martinez-Maldonado: Pathophysiology of edema in congestive heart
failure Heart Dis & Stroke, vol 2, 1993, pp 325-329
Opie LH' ACE inhibitors: almost too good to be true. Set Amer Set Med, July/Aug
1994.
Winaver J, A Hoffman, Z Abassi, and A Haramati Does the heart’s hormone, ANP,
help in congestive heart failure? NIPS, vol 10, 1995, pp 247-253.
Zucker IH, W Wang and M Brandie: Baroreflex abnormalities in congestive.heart
failure. NIPS, vol 8, 1993, pp 87-90.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Нормальные значения количества эритроцитов, лейкоцитов и тромбо-
цитов в крови человека
Эритроциты Тромбоциты Лейкоциты 5 000 000 в 1 мм^ КрОВИ 250 000 в 1 мм^ крови 7 000 в 1 мм3 крови
Вид лейкоцитов Процент от общего числа лейкоцитов Основная роль
Сегментоядерные гранулоциты Нейтрофилы Эозинофилы Базофилы Моноциты Лимфоциты 50-70 1-4 0-0,75 2-8 20-40 Фагоцитоз Аллергические реакции Аллергические реакции Фагоцитоз и выработка антител Выработка антител и клеточный иммунитет
246
Сложения
----------
Приложение Б
Нормальный состав плазмы крови у взрослого
Класс соединений Компоненты Количество/нормальный диапазон концентраций
Электролиты (неорганические) Катионы Анионы Белки Питательные вещества Экскретируемые продукты Натрий (Na+) Калий(К+) Кальций(Са^+) Магний (Мд2+) Железо (Fe^+) Медь (Cij2+) Водород (Н+) Хлор (СГ) Бикарбонат (НСОд-) Лактат Сульфат (БОд^-) Фосфат (НРОд^- преимущественно) Общий белок (7% от массы плазмы) Альбумин Глобулины Фибриноген Глюкоза Общие аминокислоты Холестерин Фосфолипиды Триглицериды Мочевая кислота (из нуклеиновых кислот) Азот мочевины (из белков) Креатинин(из креатина) Билирубин(из гема) 136-145 ммоль/л 3,5-5 0 ммоль/л 2,1-2,6 ммоль/л 0,6-0,9 ммоль/л 10,8-28,6 мкмоль/л 11,0-24,3 мкмоль/л 35-45 нмоль/л (рН=7,35- 7,45) 98-106 ммоль/л 23-28 ммоль/л 0 67-1 8 ммоль/л 0,45-0 55 ммоль/л 0,87-1 45 ммоль/л 60-80 г/л 34-50 г/л 22^0 г/л 3 г/л 4,44-6 66 ммоль/л 2 86 ммоль/л 3,89-5 18 ммоль/л 1,5-2,2 г/л 0,4-1,8 ммоль/л 0,15-0 42 ммоль/л 2,9-8,9 ммоль/л 18-80 мкмоль/л 1,7-20 5 мкмоль/л
Ключевые переменные сердечно-сосудистой системы и их нормальные
значения1 * *
РА=МОхОПС
МОУОхЧСС
УО=КДО-КСО
Фракция изгнания=УО/КДО
УО <-
Насос
желудочка
(+)ф преднагрузка на сердце
(через воздействие на КДО)
(+)ф сократительная способность сердца
(через воздействие на КСО)
(-) ф постнагрузка на сердце
(через воздействие на КСО)
Преднагрузка на сердце х
(«ос» означает «пропорционально»)
(+) ф общий объем крови (+) ф периферический венозный тонус
Центральный объем rCV крови (+) насос скелетной мускулатуры (+) дыхательный насос (-) вертикальное положение тела (") ф минутный объем сердца
Венозный тонус -«- (+) ф симпатическая активность (через НА, а-рецепторы)
Сократительная Клетки (+) ф симпатическая активность
способность желудочков (через НА, р рецепторы)
постнагрузка на сердце ос
Скорость деполяризации (+) ф симпатическая активность (через НА, р-рецепторы)
ICC 4 клеток SA узла (-) ф парасимпатическая активность (через АХ)
1 Рд — среднее артериальное давление, МО — минутным объем сердца, ОПС — общее пери
ферическое сопротивление, УО — ударный объем, ЧСС — число сердечных сокращений КСО
— конечный систолический объем, КДО — конечный диастолический объем, Pcv— централь
ное венозное давление, НА — — ацетилхолин, Рр — артериальное пульсо
вое давление, С4 — растяжимость SA — синоатриальный
248
1^^П0ЖЕНИЯ
one *
Тонус
артериол
(+) ф симпатическая активность
(через НА, ос-рецепторы)
(-) ф локальные метаболиты,
(ф активность локальных
метаболических процессов)
Р ссУО/С,
р 7 А
Растяжимость
А крупных артерий
(-) ф возраст
Приложение Г
Гемостаз
При любом повреждении кровеносного сосуда начинается целая серия процес-
сов, которые направлены на предупреждение или прекращение истечения крови из
сосудистого пространства Три основных процесса суммарно представлены следую-
щим перечнем
I. Агрегация тромбоцитов и образование кровяного сгустка данные процессы
являются следствием следующих этапов
А. Травма сосуда с повреждением эндотелия и обнажением коллагена
Б. Адгезия тромбоцитов к коллагену (опосредованная белком плазмы, фактором
фон Виллебрандта)
В. Изменение формы тромбоцитов (из дискоидной в сферическую покрытую ши-
пами) и их дегрануляция с освобождением следующих факторов
1. Аденозиндифосфата, который вызывает агрегацию тромбоцитов и этими агре-
гатами «пломбируется» отверстие
2. Тромбоксана, который вызывает спазм сосуда и потенцирует адгезию и агрега-
цию тромбоцитов
(Аспирин и другие ингибиторы циклооксигеназы являются дезагреганта-
ми, поскольку они предотвращают образование тромбоксана)
II. Локальная вазоконстрикция опосредуется в наибольшей степени тромбо-
ксаном, но также может быть индуцирована локальным освобождением других хи-
мических факторов, которые вызывают локальный спазм сосудов и уменьшают ве-
личину кровотока
III. Свертывание крови образование плотного сгустка, компонентами которого
являются белок, фибрин, тромбоциты и попавшие в сгусток клетки крови
Критическим этапом в процессе свертывания крови является образование тром-
бина из протромбина, который катализирует превращение фибриногена в фибрин
Образующийся в конечном итоге кровяной сгусток стабилизируется в результате
образования ковалентных поперечных связей между нитями фибрина, которое ката-
лизируется фактором ХШа (а его образование катализируется тромбином)
Каскад реакций, который ведет от момента повреждения сосуда к образованию
тромбина, представляется в виде следующей схемы.
А. Повреждение сосуда Мввиигакт Крови с субэндотелиальными клетками, на
клеточной мембране которых«тканевой фактор».
250
ЦД^ОЖЕНИЯ
Б. Белок плазмы, фактор VII, связывается с тканевым фактором, при этом пос-
ледний переводит фактор VII в активную форму, фактора Vila
В. Фактор Vila катализирует превращение факторов IX и X в активированные
формы, соответственно 1Ха и Ха
Г. Фактор 1Ха также способствует превращению фактора X в фактор Ха (фак-
тор Стюарта)
Д. Фактор Ха переводит протромбин в тромбин
Е. Тромбин
1. Активирует тромбоциты (делает их липкими, индуцирует дегрануляцию, уси-
ливает преципитацию различных факторов к сгустку
2. Переводит фибриноген в фибрин
3. Задействует «внутренний путь», который расширяет дальнейшее образование
фактора Ха и облегчает превращение протромбина в тромбин, способствуя
протеканию следующих реакций.
а. Превращение фактора XI в его активную форму Х1а, которая затем превра-
щает фактор IX в 1Ха, который присоединяется к активированным тромбо-
цитам и превращает фактор X в Ха
б. Превращение фактора VIII (отсутствующего у больных гемофилией) в его
активированную форму, Villa, который соединяется с активированными
тромбоцитами и ускоряет превращение фактора X в фактор Ха
в. Превращение фактора V в его активированную форму Va, которая присое-
диняется к активированным тромбоцитам и ускоряет переход протромби-
на в тромбин
(Некоторые вещества, используемые в клинической практике в качестве анти-
коагулянтов, вмешиваются в процесс свертывания крови на различных его этапах.
Дикумарол и кумадин блокируют активность витамина К, который необходим для
синтеза многих факторов свертывания крови в печени Гепарин активирует белок
плазмы, который называется антитромбин III и, в свою очередь, инактивирует тром-
бин и некоторые другие факторы свертывания крови Поскольку кальций является
важным ко-фактором процесса свертывания крови, то такие хелаты, как ЭДТА, ок-
салат и цитрат используются для предотвращения свертывания крови в пробир-
ке Разнообразные тромболитические средства, полученные из эндогенного тка-
невого активатора фибринолизина (ТАФ), также используются в клинике для
растворения фибринового сгустка после того, как он образовался Эти средства спо-
собствуют образованию фибринолизина из профибринолизина, который фермента-
тивным путем взаимодействует с кровяным сгустком, превращая его в растворимые
пептиды )
WWW.PfTEH-PHESS.RU
Санкт-Петербург
Москва • Харьков • Минск
тел /факс (812) 327 93 37 • http://www.piter-press.ru • e-mail: postbook@piter-press ru
Серия «НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕДИЦИНСКАЯ БИБЛИОТЕКА»
ПСИХОТЕРАПИЯ
Под редакцией Б. Д. Карвасарского
Учебник для студентов медицинских вузов
НАЦИОНАЛЬНАЯ
МЕДИЦИНСКАЯ
БИБЛИОТЕКА
УЧЕБНИК
ПСИХО
ТЕРАПИЯ
ПС* рвиовчивй
Б. Д. КАРВАСАРСКОГО
В первом в нашей стране учебнике по психотерапии,
подготовленном известными учеными и организаторами
психотерапевтической службы, изложены современные
представления о психотерапии, ее интердисциплинарные
основы, механизмы лечебного действия и оценка его
эффективности, основные направления и методы
психотерапии, ее возрастной и транскультуральный
аспекты, особенности применения в различных областях
медицины, организация психотерапевтической помощи
Учебник содержит тестовый контроль знаний по
психотерапии и список рекомендуемой литературы.
Книга поступила в продажу
Объем — 544 стр , переплет
Предисловие • Общая психотерапия • Определение психотерапии и содержание
основных понятий • Краткий исторический очерк • Интердисциплинарный характер
психотерапии и ее основы • Механизмы лечебного действия психотерапии •
Взаимоотношения врача и больного в психотерапии • Оценка эффектив-ности
психотерапии • Альтернативная психотерапия • Основные направления и методы
психотерапии • Принципы классификации методов психотерапии • Основные
направления в психотерапии • Основные формы психотерапии • Другие направления в
психотерапии • Специальная психотерапия • Психотерапия в различных областях
медицины • Возрастные аспекты психотерапии • Психотерапия и фармакотерапия •
Психотерапия, психопрофилактика и реабилитация • Транскупьтуральный подход в
психотерапии • Организация психотерапевтической помощи • Особенности и различные
формы организации психотерапевтической помощи • Роль врача-психотерапевта в
системе оказания медицинской помощи • Обучение в области психотерапии • Ответы
на контрольные вопросы (тестовый контроль) • Именной указатель • Список литературы
Книга—почтой: 197198, С.-Петербург, а/я 619