Содержание
Глава 1 Основы строения и функции сердца
Основы электрофизиологии
Сопряжение возбуждения-сокращения
Глава 2 Тоны и шумы сердца
Тоны сердца
Шумы сердца
Глава 3 Методы визуализации и катетеризация сердца
Эхокардиография
Катетеризация сердца
Изотопные обследования
Компьютерная томография
Магнитно-резонансная томография
Глава 4 Электрокардиограмма
Отведения ЭКГ
Интерпретация электрокардиограммы
Глава 5 Атеросклероз
Атеросклеротические поражения
Распространенность и факторы риска
Клеточные элементы сосудистой стенки
Патогенез атеросклероза
Осложнения атеросклероза
Глава 6 Ишемическая болезнь сердца
Патофизиология ишемии
Ишемические синдромы
Последствия ишемии
Клинические проявления
Диагностика
Течение заболевания
Лечение
Глава 7 Острый инфаркт миокарда
Патологическая анатомия и физиология
Инфаркты с Q- и без Q-зубца
Клинические проявления
Диагностика
Лечение в остром периоде
Осложнения
Стратификация риска и тактика ведения больных, перенесших ИМ
Глава 8 Клапанные пороки сердца
Митральные пороки
Аортальные пороки
Пороки трехстворчатого клапана
Пороки клапана легочной артерии
Протезированные клапаны
Инфекционный эндокардит
Глава 9 Сердечная недостаточность
Патофизиология
Компенсаторные механизмы
Клеточная дисфункция
Провоцирующие факторы
Клинические проявления
Прогноз
Лечение
Острая сердечная недостаточность: отек легких
Глава 10 Кардиомиопатии
Гипертрофическая кардиомиопатия
Рестриктивная кардиомиопатия
Глава 11 Патофизиологические механизмы аритмий сердца
Нарушения образования импульса
Нарушения проведения импульса
Принципы антиаритмической терапии
Глава 12 Диагностика аритмий сердца
Тахиаритмии
Глава 13 Артериальная гипертензия
Как регулируется уровень АД?
Эссенциальная артериальная пшертензия
Вторичная артериальная пшертензия
Последствия артериальной гипертензии
Гипертонический криз
Антигипертензивная терапия
Глава 14 Заболевания перикарда
Острый перикардит
Выпот в полость перикарда
Тампонада сердца
Констриктивный перикардит
Глава 15 Заболевания периферических сосудов
Заболевания, вызывающие окклюзию артерий
Заболевания, вызывающие сосудистый спазм
Заболевания вен
Глава 16 Врожденные пороки сердца
Кровообращение плода и изменения кровообращения после рождения
Врожденные пороки сердца
Глава 17 Сердечно-сосудистые средства
Вазодилататоры
Антиадренергические препараты
Антиаритмические препараты
Диуретики
Антитромботические препараты
Предметный указатель
Б
ВГД
ЖЗИ
К
ЛМ
НОП
РС
ТУ
ФЭ
Текст
                    PATHOPHYSIOLOGY
OF HEART DISEASE
A Collaboration Project
of Medical Students and Faculty
SECOND EDITION
EDITOR
Leonard S. Lilly, M.D.
Associative Professor of Medicine
Harvard Medical School
Cardiologist
Brigham and Women's Hospital
Boston, Massachusetts
Lippincott Williams & Wilkins
A Wolters Kluwer Company
Philadelphia • Baltimore • New York • London
Buenos Aires • Hong Kong • Sydney • Tokyo


ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ Редактор Л. ЛИЛЛИ Перевод со второго английского издания под редакцией Д. М. Аронова МОСКВА БИНОМ, лаборатория знаний 2003
УДК 616.9(035) ББК 410.109 П20 П20 Патофизиология заболеваний сердечно-сосудистой системы / Под ред. Л. Лилли; Пер. с англ. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. — 598 с, ил. ISBN 5-94774-080-Х (русск.) ISBN 0-683-30220-5 (англ.) Книга является руководством по клинической кардиологии с точки зрения современной патофизиологии сердечно-сосудистой системы. Она охватывает все заболевания сердечно-сосудистой системы и в доступной, порой увлекательной, форме знакомит читателя на современном уровне с самыми актуальными вопросами патофизиологии сердца и сосудов, диагностикой, клиникой и основами лечения кардиологических больных. Хорошему восприятию обильного и непростого для клиницистов материала способствуют остроумные рисунки, схемы, таблицы, подготовленные опытными соавторами — клиницистами и продвинутыми в учебе студентами. Книга предназначена как для обучения и воспитания студентов и молодых врачей, так и для усовершенствования и подготовки врачей, уже имеющих достаточный опыт. УДК 616.9(035) ББК 410.109 В книге приводятся четкие показания к применению, противопоказания и дозировки препаратов. Однако читателю настоятельно рекомендуется сверять указанную информацию с данными производителей этих препаратов. По вопросам приобретения обращаться: в Москве «Лаборатория Базовых Знаний» (095)955-03-98, e-mail: lbz@aha.ru «Познавательная книга» (095)170-66-74, e-mail: poznkn@orc.ru в Санкт-Петербурге «Диалект» (812) 247-93-01, e-mail: dialect@sndlct.iofFe.rssi.ru ISBN 5-94774-080-Х (русск.) ISBN 0-683-30220-5 (англ.) Опубликовано по договору с Lippincott Williams & Wilkins © 1998 by Lippincott Williams & Wilkins © Перевод, Аронов Д. M., 2003 © Перевод, оформление, БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие редактора перевода vii Предисловие ix Предисловие автора xi Состав участников проекта хШ Глава 1 Основы строения и функции сердца 1 Глава 2 Тоны и шумы сердца 33 Глава 3 Методы визуализации и катетеризация сердца 55 Глава 4 Электрокардиограмма 92 Глава 5 Атеросклероз 137 Глава 6 Ишемическая болезнь сердца 163 Глава 7 Острый инфаркт миокарда 199 Глава 8 Клапанные пороки сердца 235 Глава 9 Сердечная недостаточность 269 Глава 10 Кардиомиопатии 305 Глава 11 Патофизиологические механизмы аритмий сердца 328 Глава 12 Диагностика аритмий сердца 352 Глава 13 Артериальная гипертензия 376
vi Содержание Глава 14 Заболевания перикарда 409 Глава 15 Заболевания периферических сосудов 430 Глава 16 Врожденные пороки сердца 459 Глава 17 Сердечно-сосудистые средства 495 Предметный указатель 569
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Врачебная специальность как никакая другая требует постоянного совершенствования даже в тех случаях, когда начальное врачебное образование, получаемое в вузах (ныне именуемых академиями и университетами), было бы идеальным. Оценивая эффективность нашей работы в области сердечно-сосудистых заболеваний, нельзя не прийти к выводу о ее неэффективности в целом и в основных ее составляющих (смертность достигла катастрофического уровня, она ежегодно возрастает на 1,5—2%, увеличивается инвалидизация населения вследствие сердечно-сосудистых заболеваний). Среди последних должны фигурировать недостаточно высокий уровень подготовки молодых врачей и степень квалифицированности уже практикующих врачей. Современная кардиология развивается весьма интенсивно. Это касается всех ее разделов и направлений. Особенно грандиозные изменения в последние десятилетия произошли в понимании этиологии и патогенеза основных сердечно-сосудистых заболеваний (атеросклероза, коронарной болезни сердца, артериальной гипертензии, различных аритмий, сердечной недостаточности). Лавинообразно растет число эффективных лекарственных групп, а внутри них — число отдельных представителей. Фармакотерапия в кардиологии оформилась в самостоятельную, достаточно сложную специальность. Поистине врачу необходимо быть не только сверхоперативным в том, чтобы успевать за стремительным потоком важнейшей информации по лекарственным препаратам, но и постоянно подкреплять и дополнять старые базисные знания и, по мере появления новых открытий и новых концепций, производить ревизию своей практической состоятельности. Чтобы успешно справляться с этими нелегкими задачами, нужно иметь солидные базисные знания по основным разделам своей специальности. Рекомендуемый нашим врачам перевод учебника по патофизиологии сердечно-сосудистых заболеваний, написанный известными американскими специалистами, представляет собой удивительный сплав высокой эрудиции и стремления представить сложнейшие вопросы патофизиологии сердечно-сосудистых заболеваний и их лечения в максимально приемлемом виде для восприятия большинством студентов и врачей. Книга как бы апробировалась в процессе ее подготовки на студентах, вовлеченных в ее создание. Форма изложения материала и наглядное его отображение в графиках, рисунках, таблицах происходило с участием студентов и после их одобрения. Тем самым, как полагают авторы, должна была обеспечиваться простота и усвояемость представленного материала. Возможно это так, но в любом случае, с моей личной точки
Vlll Предисловие редактора перевода зрения, нашим практикующим врачам материал не покажется легким, другое дело — студенты. Если они будут обучаться и воспитываться на уровне этого учебника, то уровень их подготовки по сравнению с уровнем врачей прошлых лет будет достаточно высоким и повторные обращения к этой книге через какие-то сроки не покажутся сложными. Иначе говоря, начальное обучение студентов кардиологии по этой книге обеспечивает более высокий уровень подготовки, чем прежде. Поэтому я рекомендую эту книгу и действующим врачам как в периоды их усовершенствования на курсах, так и в повседневной практике, и конечно же студентам медицинских вузов с тем, чтобы уровень их подготовки и базисных знаний не отличался от уровня знаний и умения их западных коллег. В переводе принимали участие: доктор биологических наук, профессор В. А. Метельская, кандидат медицинских наук Г. Я. Масленникова, кандидат медицинских наук И. Е. Петриченко, клинический ординатор О. Ю. Соколова. Ю. М. Аронов, руководитель отдела реабилитации и вторичной профилактики сердечно-сосудистых заболеваний ТНИЦ профилактической медицины МЗ РА, Москва
ПРЕДИСЛОВИЕ Очевидно, что при создании того или иного продукта или услуги, учет интересов потребителя создаваемого продукта заслуживает самого серьезного внимания. К сожалению, при создании медицинских учебников, которые играют жизненно важную роль в образовании студентов, аспирантов, ординаторов, практикующих врачей и парамедиков, специфика их требований к учебнику учитывается редко. Огромное большинство медицинских учебников пишется для самой широкой аудитории, с часто преобладающим коммерческим интересом к продаже книги. Как следствие — медицинская книга содержит мало полезной информации для широкого круга читателей, и, в то же время, эта информация совершенно недостаточна для углубленного изучения предмета. От знакомства со многими медицинскими учебниками создается впечатление, что они написаны для школы, в которой одновременно в одном классе обучаются все ученики — от первоклассников до выпускников. Такое впечатление обусловлено тем, что в книге необходимость разбора явлений, невообразимо различающихся по уровню сложности, должна сочетаться с образовательным процессом. Создатели учебной литературы принимают во внимание, что учебники для студентов, которые знакомятся с предметом в первый раз, должны в значительной степени отличаться от книг, написанных для практикующих врачей. Последние уже имеют практический опыт в изучаемой области и желают освежить свои знания или узнать о новых достижениях в той области медицины, в которой они имеют достаточные, фундаментальные познания. Отсутствие учебников, специально адаптированных для студентов, заставляет профессорско-преподавательский состав медицинских институтов тратить много времени на подготовку и издание объемных курсов лекций и методических разработок. «Патофизиология заболеваний сердечно-сосудистой системы» — совместный проект Harvard Medical Students and Faculty — представляет новый свежий подход к созданию медицинского учебника. Студенты, неудовлетворенные существующей учебной литературой по данному предмету, для которых в основном создавалась эта книга, определили свои требования к ее качеству. Удачей книги стало то, что требования студентов встретили доброжелательное понимание ее автора. Леонард Лилли, поступивший на работу на медицинский факультет Гарвардского университета после длительной практической работы в Бригамском и Женском госпитале и Гарвардской медицинской школе, сыграл роль катализатора в создании книги. Организованной им группе талантливых студентов и преподавателей медицинского факультета удалось создать представленный
Предисловие прекрасный учебник, знакомящий читателя с основами патофизиологии заболеваний сердца. Текст книги, содержащиеся в ней таблицы и иллюстрации, легко воспринимаются студентами. Несмотря на то, что «Патофизиология заболеваний сердечно-сосудистой системы» не может рассматриваться как энциклопедический всеобъемлющий труд, информация, содержащаяся в книге, достаточно объемна и детализирована. В соответствии со своими достоинствами, первое издание книги было встречено с энтузиазмом, и она была рекомендована в качестве учебного пособия во многих медицинских институтах. Она переведена на другие языки, была удостоена двух премий Американской ассоциации медицинских авторов и дала импульс для создания, по меньшей мере, двух книг, разработанных при сотрудничестве студентов и преподавателей. Леонард Лилли и его коллеги внесли значительный вклад в подготовку представленной читателю книги. Второе ее издание не только расширено, но и содержит данные о последних достижениях в описываемой области. Это несомненно повышает ценность книги. Ю. Браунвальд Доктор медицины, Почетный профессор медицины Hersey; Гарвардская медицинская школа; Декан факультета академических программ Бригамского и Женского Госпиталя и Массачусетсского Госпиталя, Бостон, штат Массачусетс
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА Каролине, Джонатану и Норме и Дэвиду Лилли Этот учебник представляет собой всестороннее введение в заболевания сердечно-сосудистой системы. Несмотря на то, что существуют и другие отличные книги и монографии по кардиологии, их слишком энциклопедический характер может подавить у студента интерес к изучаемому предмету. Целью этой книги стало создание упрощенной связи между основным курсом физиологии и практическими занятиями студентов в клинике. Она может помочь студентам медицинских специальностей и практикующим врачам сформировать солидный фундамент знаний о заболеваниях сердца и системы кровообращения. Материал в книге подобран таким образом, что он может быть полностью усвоен в течение одного месяца. Изучение книги рекомендуется одновременно с прохождением основного курса патофизиологии сердечно-сосудистой системы. Основное внимание в книге обращается на механизмы возникновения и развития заболеваний сердца с целью облегчить дальнейшее углубленное изучение клинической диагностики и терапии. Исходным мотивом для написания данной книги послужила ее необходимость для наших студентов, а также их желание участвовать в ее создании. Как следствие этого, процесс работы над учебником был необычным. Учебник создавался в результате сотрудничества студентов медицинского факультета Гарвардского университета и преподавателей кафедры кардиологии, которые совместно писали и редактировали отдельные части рукописи. Целью такого сотрудничества было максимальное удовлетворение научных интересов студентов при обеспечении высокого качества материала за счет опыта профессорско-преподавательской группы, участвующей в создании книги. В то же время, участие студентов в написании книги помогало сконцентрировать внимание авторов на вопросах, которые вызывают наибольшие трудности в процессе изучения курса патофизиологии. В предлагаемом втором дополненном издании «Патофизиологии заболеваний сердечно-сосудистой системы» опыг сотрудничества между новым поколением студентов медицинского факультета и преподавателями кафедры кардиологии был продолжен. Во вводных главах книги рассмотрены основы анатомии и физиологии сердца и описаны основные методы исследования, необходимые для понимания клинических аспектов материала последующих глав. Эти методы включают описание шумов и тонов сердца, методы визуализации и
Xll Предисловие автора катетеризации, а также электрокардиографию. Большая часть книги посвящена рассмотрению основных групп заболеваний сердца. Главы составлены и отредактированы таким образом, чтобы читать книгу от начала до конца. Вместе с тем, структура книги такова, чтобы каждую главу можно было изучать отдельно от других глав. В последней главе описаны основные классы сердечно-сосудистых лекарственных препаратов и физиологические основы их применения. Диаграммы и таблицы составлены так, чтобы представлять информацию в ясном и простом виде. После исходного знакомства с текстом последующий беглый взгляд на диаграммы и таблицы должен быстро восстановить в памяти описанную патофизиологию. Для меня была большая честь сотрудничать с 56 талантливыми и энергичными студентами, которые внесли большой вклад в первое и второе издание этой книгц. Их энтузиазм и трудолюбие помогли значительно облегчить завершение этого проекта. Я также признателен моим факультетским коллегам-соавторам за то время, которое они посвятили написанию этой книги, за их знания и поддержку. За участие и помощь в подготовке иллюстрационного материала для некоторых рисунков мы благодарны: Эрику Иззельбахеру (Eric Isselbac- her), Кришне Кандапра (Krishna Kandarpa), Финну Маннтингу (Finn Mannting), Роберту Пугачу (Robert Pugatch), Гельмуту Реннке (Helmut* Ren- nke), Стэнли Роббинсу (Stanley Robbins), и Фредерику Шоену (Frederick). Мы также приносим огромную благодарность за полезные советы, полученные от Томаса Аретца (H.Thomas Aretz), Денниса Клэфлина (Dennis Claflin), Брюса Юнстайна (Bruce Ewenstein), Дэниела Федермана (Daniel Federman), Джила Гросса (Gil Gross) и Роберта Хэндина (Robert Handin). Было очень приятно сотрудничать с редакцией и издательским составом нашего издательства, Williams & Wilkins. Мы особенно признательны Кристэл Тэйлор (Crystal Taylor), Кэрол Экхарт (Carol Eckhart), Полу Кел- ли (Paul Kelly) и их помощникам за энтузиазм и неоценимую помощь в завершении этого издания. От имени моих коллег хочу выразить надежду, что эта книга повысит ваши знания в области сердечно-сосудистых заболеваний и что вы найдете это учебное пособие полезным и приятным. Леонард С. Лилли, Доктор медицины Бостон, Массачусетс.
СОСТАВ УЧАСТНИКОВ ПРОЕКТА Студенты Топа Бхаттачарийа (Gopa Bhattacharyya, М. D. '96) Глава 5 Оскар Бенавидес (Oscar Benavidez, M. D. '98) Глава 2 Раул Дешмух (Rahul Deshmukh, M. Z>. '97) Глава 13 Стивен К Френкел (Stephen К Frankel, M. D. '95) Главы 8 и 9 Дэвид Грэйзел (David Grayzel, M. D. '97) Глава 10 Дуглас X Грин (Douglas W. Green, M. D. '97) Глава 16 Кирстен Грайнедер (Kirsten Greineder, M. D. '98) Глава 1 Шерон Хореш (Sharon Horesh, M. D. '97) Глава 3 Стивен Н. Калканис (Steven N. Kalkanis, M. D. '97) Глава 17 Прасй Керфут (Price Kerfoot, M. D. '96) Глава 4 Кайли Лоу (Kyle Low, M. D. '97) Глава 4 К Джеффри МакДонаф (С Geoffrey McDonough, M. D. '97) Глава 15 Шона Пендси (Shona Pendse, M. D. '97) Глава 3 Томас Г. Роберте (Thomas G Roberts, M. D. '97) Глава 14 Марк С Сабатини (Marc S. Sabatine, M. D. '95) Главы 6, 7, П и 12 Дэвид Слоун (David Shane, M. D. '97) Глава 17 Эллисон Смит (Allison Smith, M. D. '97) Глава 13 Раймон Табибьязар (Raymond Tabibiazar, M. D. '98) Глава 16
XIV Состав участников проект; Профессорско-преподавательский состав Эллиот М. Антман, Доктор медицины (Elliot M. Antman, M. D.) Associate Professor of Medicine Harvard Medical School Director, Levine Cardiac Unit Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts Джон А. Биттл, Доктор медицины (John A. Bittl, M. D.) Associate Professor of Medicine Harvard Medical School Director of Interventional Cardiology Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts Юджин Браунвальд, Доктор медицины (предисловие) (Eugene Braunwald, M, D. Distinquished Hersey Professor of Medicine Harvard Medical School Faculty Dean For Acadamic Programs at Brigham and Women's Hospital and Massachusetts General Hospital Boston, Massachusetts Леонард И. Ганц, Доктор медицины (Leonard I. Ganz, M. D.) Assistant Professor of Medicine Medical College of Pennsylvania-Hahnemann School of Medicine Electrophysiology Section Cardiovascular Division Allegheny General Hospital Pittsburgh, Pennsylvania Патриция Челендер Коум, Доктор медицины (Patricia Challender Come, M. D.) Associate Professor of Medicine Harvard Medical School Cardiologist, Harvard Pilgram Health Care Senior Physician, Beth Israel Deaconess Hospital and Associate Physician Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts
Состав участников проекта Аллан Голдблат, Доктор медицины (Allan Goldblatt, М. D.) Associate Professor of Pediatrics Harvard Medical School Emeritus Chief of Pediatric Cardiology Massachusetts General Hospital Boston, Massachusetts Марк А. Кригер, Доктор медицины (Mark A. Creager, M. D.) Associate Professor of Medicine . Harvard Medical School Clinical Director, Vascular Medicine and Atherosclerosis Unit, Cardiovascular Division Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts Питер Либби, Доктор медицины (Peter Libby, M. DJ Professor of Medicine Harvard Medical School Director, Vascular Medicine and Atherosclerosis Unit Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts Дж. Вильям Дек, Доктор медицины (G. William Dec, M. D.) Associate Professor of Medicine Harvard Medical School Medical Director Cardiac Transplantation Program Massachusetts General Hospital Boston, Massachusetts Леонард С. Лилли, Доктор медицины (Leonard S. Lilly, M. D.) Associate Professor of Medicine Harvard Medical School Cardiologist, Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts
XVI Состав участников проекта Майкл А. Файфер, Доктор медицины (Michael A. Fifer, M. D.) Harvard Medical School Director, Coronary Care Unit Massachusetts General Hospital Boston, Massachusetts Патрик Г. О Тара, Доктор медицины (Patric Г. О Vara, M. D) Assistant Professor of Medicine Harvard Medical School Director of Clinical Cardiology Vice Chairman for Clinical Affairs Department of Medicine Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts Майкл Д. Фрид, Доктор медицины (Michael D. Freed, M. D.) Associate Professor of Pediatrics Harvard Medical School Senior Associate in Outpatient Cardiology Services Children' s Hospital Boston, Massachusetts Гэри Р. Стрикхарц, Доктор философии (Gary R. Strichartz, Ph. D.) Professor of Anaesthesia (Pharmacology) Harvard Medical School Director Anesthesia Research Labs Brigham and Women's Hospital Boston, Massachusetts
ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИИ СЕРДЦА Кирстен Грайнедер, Гэри Р. Стрикхарц и Леонард С. Лилли Анатомия и гистология сердца • Перикард • Анатомия наружной поверхности сердца • Внутреннее строение сердца • Проводящая система сердца • Иннервация сердца • Сосуды сердца • Гистология клеток миокарда желудочков Основы электрофизиологии • Ионные каналы • Потенциал покоя • Потенциал действия • Рефрактерные периоды • Проведение импульса • Нормальная последовательность деполяризации сердца Сопряжение возбуждения-сокращения • Бета-адренергическая стимуляция и клеточная сигнализация
2 Глава 1 Знание нормальной структуры и функции сердца является основой для понимания заболеваний сердца. В этой главе представлен обзор основ анатомии и электрофизиологии сердца, а также механизмов, приводящих к сокращению сердца. АНАТОМИЯ И ГИСТОЛОГИЯ СЕРДЦА Хотя строение сердца изучается с древнейших времен, интерес к этой теме в наши дни возрастает. Развитие современных методов визуализации сердца, таких как коронарная ангиография, электрокардиография, компьютерная томография, магниторезонансная томография, дают сведения о пространственном расположении структур сердца. Такая информация важна для понимания патофизиологии заболеваний сердца. Особое внимание в этой главе уделяется аспектам анатомии сердца, имеющим значение для клиницистов, то есть «функциональной анатомии». Перикард Сердце и корни больших сосудов сердца расположены в фиброзно-се- розном мешке — перикарде (рис. 1.1). Перикард состоит из двух слоев: плотного наружного фиброзного слоя и внутреннего серозного слоя. Внутренний серозный слой покрывает наружную стенку сердца и называется висцеральным перикардом. Другой стороной он обращен к внутренней поверхности наружного фиброзного слоя, образуя париетальный перикард. Пространство между висцеральным и париетальным слоями содержит тонкую пленку перикардиальнои жидкости, которая позволяет биться сердцу в условиях минимального трения. Перикард прикрепляется с одной стороны — к грудине, с другой стороны — к правой и левой медиястинальной плевре. Связь перикарда с окружающими структурами способствует его прочной фиксации в грудной клетке и, таким образом, обеспечивает нормальную позицию сердца. Выходящими из верхней части перикарда являются аорта, легочная артерия и верхняя полая вена (рис. 1.1). Внутренняя полая вена выходит из перикарда книзу. Анатомия поверхности сердца Сердце имеет форму конуса и состоит из четырех камер. Правый и левый желудочки сердца являются основными насосными камерами. Имеющие более тонкий мышечный слой правое и левое предсердия направляют кровь в соответствующие желудочки. Для описания поверхности и тела сердца используют следующие термины (рис. 1.2). Верхушка формируется концом левого желудочка и направлена вниз, вперед и влево, а основание или задняя поверхность — предсердиями, главным образом левым, и расположено между воротами легких. Передняя поверхность сердца образована правыми предсердием и
Основы строения и функции сердца 3 Верхняя полая вена^У . i Аорта \^^ —^^ Легочная ^^/^ч\^ ^ ^^^^^^ артерия ' ) -^ Сердце ч внутри перикарда Диафрагма Рис. 1.1. Расположение сердца в грудной клетке. Верхняя полая вена, аорта и легочная артерия направлены вверх, нижняя полая вена направлена вниз желудочком. Так как левые предсердие и желудочек расположены больше кзади, они формируют только узкую полоску передней поверхности сердца. Нижняя поверхность сердца образована обоими желудочками, преимущественно левым. Эта часть сердца прилежит к диафрагме, поэтому ее считают «диафрагмальной» поверхностью. При исследовании грудной клетки в переднезаднем виде (рентгенография грудной клетки, описание в главе 3) распознают четыре видимые границы сердца. Правая граница образована правым предсердием, и она всегда находится на линии верхней и нижней полой вены. Нижняя граница почти горизонтальная, она образована в основном правым желудочком и только вблизи верхушки — левым желудочком. Левый желудочек и часть левого предсердия образуют левую границу сердца, в то время как верхняя граница образована обоими предсердиями. Существуют два основных «правила» нормальной анатомии сердца: 1) правосторонние отделы сердца расположены в основном кпереди по отношению к левосторонним отделам и 2) камеры предсердий располагаются в основном справа от соответствующих им желудочков. Внутреннее строение сердца Внутри сердца имеются четыре основных клапана, которые обеспечивают движение крови вперед и предупреждают обратный ток крови. Предсердно-желудочковые клапаны (трехстворчатый и митральный) отделяют предсердия от желудочков, в то время как полулунные (легочный и аортальный) отделяют желудочки от крупных артерий. Все четыре клапана сердца прикрепляются к фиброзному скелету сердца (рис. 1.3). Остов сердца состоит из плотной соединительной ткани, служащей опорой для клапанов и мышц желудочков и предсердий. Нижняя полая вена
4 Глава 1 Плечеголовной ствол Верхняя полая вена Правая легочная артерия- Правые легочные вены — Правое предсердие - Правая граница сердца Правый желудоче* Нижняя полая вена Нижняя граница сердца Левая общая сонная артерия Левая подключичная артерия Дуга аорты Артериальная связка Левая легочная артерия Левые легочные вены Левый желудочек Левая общая сонная артерия Левая подключичная артерия Левая легочная артерия Левые легочные вены Ушко левого предсердия Левый желудочек Левая граница сердца Передняя межжелудочковая борозда Верхушка сердца Плечеголовной ствол Непарная вена Верхняя полая вена Правая легочная артерия Правые легочные вены Правое предсердие Нижняя полая вена Рис. 1.2. А. Сердце и большие сосуды, вид спереди. Б. Сердце и большие сосуды, вид сзади
Основы строения и функции сердца 5 Передняя поверхность сердца • Клапан легочной артерии Аортальный клапан - -Трехстворчатый клапан Митральный клапан - __„__„ - Фиброзное кольцо Фиброзное кольцо Задняя поверхность сердца Рис. 1.3. Четыре сердечных клапана; вид сверху через удаленные предсердия. На рисунке изображен период наполнения желудочков (фаза диастолы), в течение которого трехстворчатый и митральный клапаны открыты, а полулунные клапаны (легочный и аортальный) закрыты. Фиброзные кольца вокруг митрального и трехстворчатого клапанов толще, чем кольца вокруг легочного и аортального клапанов Поверхность клапанов и внутренняя поверхность камер сердца выстланы одним слоем эндотелиальных клеток, который называется эндокардом. Субэндокардиальная ткань содержит фибробласты, эластичные и коллагеновые волокна, вены, нервы, волокна проводящей системы, и продолжается соединительной тканью в мышечный слой сердца — миокард. Миокард — наиболее толстый слой сердца, который состоит из клеток мышцы сердца, гистология которых будет описана позже. Снаружи от миокарда находится слой соединительной и жировой ткани, покрывающий крупные сосуды сердца и нервы, которые проходят к мышечному слою сердца. Эпикард — наружный слой сердца — это другое название описанного ранее висцерального перикарда. ПРАВОЕ ПРЕДСЕРДИЕ И ЖЕЛУДОЧЕК Верхняя и нижняя полые вены, коронарный синус впадают в правое предсердие (рис. 1.4). Полые вены возвращают венозную кровь из системных вен в правое предсердие, а коронарный синус возвращает туда же кровь из коронарных артерий. Межпредсердная перегородка формирует заднюю стенку правого предсердия и отделяет его от левого предсердия. Трехстворчатый клапан расположен на дне предсердия и открывается в полость правого желудочка. Правый желудочек (рис. 1.4) имеет треугольную форму, и его верхняя часть образует конусообразный выходной тракт, продолжением которого является легочная артерия. Несмотря на то, что внутренняя поверхность выходного тракта гладкая, остальная часть желудочка
о Глава 1 Легочная артерия Клапан легочной артерии Верхняя полая вена Правое предсердие Нижняя полая вена Межжелудочковая перегородка Модераторный пучок Мясистые трабекулы Коронарный синус Трехстворчатый клапан Правый желудочек Папиллярные мышцы Рис. 1.4. Внутреннее строение правого предсердия и правого желудочка покрыта сетью беспорядочно расположенных мышечных пучков (называемых трабекулами), которые образуют губчатую поверхность стенки правого желудочка. Большая трабекула, проходящая через полость желудочка, называется модераторным пучком и содержит компоненты, проводящие возбуждение из правой ножки пучка Гиса к мышце желудочка. Правый желудочек имеет три папиллярные мышцы, которые направлены внутрь его полости и с помощью тонких, нитевидных сухожильных нитей прикрепляются к краю створок трехстворчатого клапана. Створки клапана, в свою очередь, прикрепляются к фиброзному кольцу, удерживающему клапан между правым предсердием и желудочком. Сокращение желудочка начинается с сокращения папиллярных мышц, при этом сухожилия папиллярных мышц натягиваются, и створки трехстворчатого клапана смыкаются. При сокращении желудочка это предупреждает обратный ток крови из желудочка в правое предсердие. На выходе из правого желудочка расположен легочный клапан, через который кровь попадает в легочную артерию. Этот клапан состоит из трех створок, которые прикрепляются к фиброзному кольцу. Во время расслабления желудочка эластическая тяга легочных артерий направляет кровь обратно к сердцу, что вызывает движение створок клапана по направлению друг к другу. Это приводит к закрытию клапана легочной артерии и предупреждает обратный ток крови в правый желудочек. ЛЕВОЕ ПРЕДСЕРДИЕ И ЛЕВЫЙ ЖЕЛУДОЧЕК В заднюю половину левого желудочка впадают четыре легочные вены (рис. 1.5А). Толщина стенки левого предсердия составляет около 2 мм, и она немного толще, чем стенка правого предсердия. Митральный клапан
Основы строения и функции сердца 7 открывается внутрь левого желудочка непосредственно из нижней части стенки левого предсердия. Полость левого желудочка приближается к конусообразной форме и несколько длиннее, чем полость правого желудочка. Толщина стенки левого желудочка у взрослых здоровых людей составляет 9—11 мм, почти в 3 раза толще стенки правого желудочка. Преддверием аорты является гладкостенная часть полости левого желудочка, которая располагается непосредственно под клапаном аорты. Ниже этого места большая часть желудочка покрыта трабекулами, более мелкими и многочисленными, чем в правом желудочке. Полость левого желудочка (рис. 1.5Б) имеет две большие папиллярные мышцы. Они больше аналогичных мышц правого желудочка, их сухожильные нити более толстые, хотя их число меньше, чем в правом желудочке. Сухожильные нити каждой папиллярной мышцы распределены между двумя створками митрального клапана. Так же как и при сокращении мышцы правого желудочка, натяжение сухожилий во время сокращения левого желудочка помогает створкам митрального клапана плотно примыкать друг другу и тем самым предупреждать обратный ток крови. Аортальный клапан отделяет левый желудочек от аорты. Вокруг клапана аорты — фиброзное кольцо, к которому прикреплены три створки клапана. Непосредственно над правой и левой створками клапанов аорты в стенке аорты берут начало правая и левая коронарные артерии (рис. 1.5Б). МЕЖЖЕЛУДОЧКОВАЯ ПЕРЕГОРОДКА Межжелудочковая перегородка — толстая стенка между правым и левым желудочками. Она состоит из мышечной и мембранозной части (рис. 1.5Б). На наружной поверхности сердца местам прикрепления межжелудочковой перегородки соответствуют передняя и задняя межжелудочковые борозды. Вследствие более высокого гидростатического давления в левом желудочке, мышечная часть перегородки выпячивается в полость правого желудочка. Маленькая, овальной формы мембранозная часть перегородки — тонка и расположена непосредственно под створками клапана аорты. Для того чтобы обобщить функционально-анатомические данные, представленные в этом разделе, проведем обзор тока крови через сердце. Венозная кровь попадает в сердце через нижнюю и верхнюю полые вены, впадающие в правое предсердие. Затем кровь через трехстворчатый клапан попадает в правый желудочек. При сокращении правого желудочка кровь через клапан легочной артерии попадает в легочную артерию и легкие, где происходит газообмен; кровь теряет углекислый газ и насыщается кислородом. Обогащенная кислородом кровь возвращается в сердце через легочные вены в левое предсердие и затем, проходя через митральный клапан, попадает в левый желудочек. При сокращении левого желудочка, обогащенная кислородом кровь через аортальный клапан попадает в аорту, затем она доставляется ко всем другим органам и тканям организма.
Аорта Легочная артерия Клапан аорты Межжелудочковая перегородка Правый желудочек Левый желудочек А Легочная артерия Устье правой коронарной артерии М ежжел удоч ковая перегородка, перепончатая часть Межжелудочковая перегородка, мышечная часть Задняя папиллярная мышца Глава 1 Правые легочные вены Левое предсердие Задняя створка митрального клапана Папиллярная мышца Задняя створка аортального клапана Передняя створка митрального клапана Сухожильные нити Передняя папиллярная мышца Мясистые трабекулы Рис. 1.5. А. Левое предсердие (ЛП) и левый желудочек (ЛЖ), входные и выходные отделы. Б. Внутреннее строение полости ЛЖ Проводящая система сердца Проводящая система сердца (рис. 1.6) состоит из специализированных клеток, которые инициируют сердцебиение и координируют сокращение камер сердца. Синоатриальный (СА) узел — это небольшая масса
Основы строения и функции сердца 9 Синоатриальный узел Коронарный синус Атриовентрикулярный узел Пучок Гиса Правая ножка пучка Гиса Митральный клапан Перепончатая часть межжелудочковой перегородки Бифуркация пучка Гиса Мышечная часть межжелудочковой перегородки Левая ножка пучка Гиса Волокна Пуркинье, расположенные под эндокардом папиллярной мыщцы Модераторный пучок Рис. 1.6. Основные компоненты проводящей системы сердца включают синоатриальный узел, атриовентрикулярный узел, пучок Гиса, правую и левую ножки пучка Гиса и волокна Пуркинье. В модераторном пучке проходит значительная часть правой ножки пучка Гиса специализированных мышечных волокон сердца, которая находится в стенке правого предсердия. Она расположена справа от места впадения верхней полой вены и, в норме, вырабатывает электрический импульс для сокращения. Атриовентрикулярный (АВ) узел находится под эндокардом в нижнезадней части межпредсердной перегородки. От АВ узла отходит пучок Гиса, который проходит через межжелудочковую перегородку кзади. Внутри перегородки пучок Гиса разделяется на широкую сеть волокон, которые проходят по левой части перегородки — левую ножку пучка Гиса, и на компактную часть, в виде провода, идущего по правой стороне — правую ножку пучка Гиса. Правая ножка пучка Гиса — толстая, глубоко проникает в мышечную часть межжелудочковой перегородки и продолжается до верхушки сердца. Недалеко от места соединения межжелудочковой перегородки и передней стенки правого желудочка правая ножка пучка Гиса располагается под эндокардом и делится на две ветви. Одна ветвь проходит через полость правого желудочка в составе модераторного пучка, тогда как другая продолжается до конца желудочка. Эти ветви в конце разветвляются на тонкую сеть, богатую анастомозами, охватывающую весь правый желудочек. Функционально, левый пучок Гиса разделен на переднюю и заднюю ветви и на небольшую ветвь, идущую к перегородке. Передняя ветвь проходит кпереди, к верхушке, образуя при этом субъэндокардиальное сплетение в области передней папиллярной мышцы. Задняя ветвь, достигнув
10 Глава 1 задней папиллярной мышцы, разветвляется, образуя субъэндокардиаль- ное сплетение, после чего простирается по оставшейся части левого желудочка. От субъэднокардиальных сплетений обоих желудочков отходят волокна Пуркинье, которые проникают в мышцу желудочков. Импульсы, которые образуются в системе Пуркинье-Гиса, сначала передаются к папиллярным мышцам, а затем — к стенкам желудочков. Благодаря такой последовательности, папиллярные мышцы сокращаются первыми, после чего начинается сокращение желудочков. Как уже объяснялось ранее, такая координация последовательности сокращения предупреждает обратный ток крови через предсердно-желудочковые клапаны. Иннервация сердца Нервная система сердца представлена симпатическими и парасимпатическими афферентными и эфферентными нервными волокнами. Преганг- лионарные симпатические нервные волокна расположены между верхними 5-м и 6-м грудными сегментами спинного мозга и соединяются с нейронами второго порядка шейных симпатических узлов. В составе сердечных нервов эти волокна оканчиваются в сердце и крупных сосудах. Преганг- лионарные парасимпатические волокна начинаются в задних двигательных ядрах мозжечка и в составе ветвей блуждающего нерва достигают сердца и крупных сосудов. Здесь волокна образуют синапсы с нейронами второго порядка, расположенными в ганглиях внутри этих же образований. Богатое снабжение афферентными волокнами блуждающего нерва передней и задней поверхности желудочков обусловливает формирование важных сердечных рефлексов, в то время как обилие эфферентных волокон блуждающего нерва, направленных к СА и АВ узлам, позволяет регулировать выработку и проведение электрического импульса. Сосуды сердца Сосуды сердца представлены артериями, венами и лимфатическими сосудами. Главные составляющие этих систем заключены в рыхлую соединительную ткань жирового слоя эпикарда. АРТЕРИИ СЕРДЦА Сердечная мышца снабжается кислородом и питательными веществами из правой и левой коронарных артерий, которые отходят от ворот аорты, непосредственно над створками клапана аорты (рис. 1.5Б, 1.7). После своего начала эти сосуды проходят вперед, охватывая обе стороны легочной артерии (рис. 1.7). Крупный ствол левой коронарной артерии проходит между левым предсердием и легочным стволом и достигает предсердно-желудочковой борозды. Здесь происходит его деление на переднюю межжелудочковую артерию (ПМЖА) и огибающую артерию. ПМЖА проходит в передней
Основы строения и функции сердца 11 Ветвь острого края артерия Рис. 1.7. Расположение коронарных артерий. А. Схема правой и левой коронарных артерий показывает их расположение по отношению друг к другу; левая коронарная артерия разделяется на огибающую артерию, снабжающую кровью боковую и заднюю части левого желудочка (ЛЖ), и на переднюю межжелудочковую артерию, которая снабжает кровью переднюю стенку левого желудочка, переднюю часть межжелудочковой перегородки и, частично, переднюю стенку правого желудочка (ПЖ). Правая коронарная артерия (ПКА) снабжает кровью правый желудочек и заднюю часть левого желудочка через концевые ветви. Задняя межжелудочковая артерия часто отходит от ПКА. Б. Вид сердца спереди. Представлены коронарные артерии и их основные ветви. В. Вид сердца сзади. Представлены конечные отделы правой и огибающей артерий и их ветви межжелудочковой борозде по направлению к верхушке сердца. В процессе прохождения по передней поверхности ПМЖА дает ветви, снабжающие кровью передние две трети межжелудочковой перегородки и верхушечную часть передней папиллярной мышцы. ПМЖА также дает диагональные ветви, которые снабжают кровью переднюю поверхность левого
12 Глава 1 желудочка. Огибающая артерия проходит в левой предсердно-желудочко- вой борозде и, огибая левую границу сердца, достигает ее задней поверхности. По ходу она разветвляется на множество краевых ветвей, которые снабжают кровью боковую и заднюю части стенки левого желудочка. Правая коронарная артерия (ПКА) проходит спереди назад в правой предсердно-желудочковой борозде, между правым предсердием и желудочком. Она снабжает кровью правый желудочек посредством ветвей острого края. У большинства людей от конечной части ПКА отходит большая ветвь — задняя межжелудочковая артерия (рис. 1.7В). Эта артерия проходит по нижнезадней поверхности, достигая верхушки сердца; она снабжает кровью нижнюю и заднюю стенки желудочков и заднюю треть межжелудочковой перегородки. До того, как от ПКА отходит задняя межжелудочковая ветвь, отходит другая ветвь — артерия АВ узла. У 85% людей задняя межжелудочковая артерия и артерия АВ узла отходят от правой коронарной артерии. Приблизительно у 8% людей задняя межжелудочковая артерия отходит от огибающей артерии. У остальных людей кровь для задней поверхности сердца доставляется ветвями, отходящими как от правой коронарной, так и огибающей артерий. Синоатриальный узел большей частью снабжается кровью из правой коронарной артерии (в 70%). Однако в 25% случаев у здоровых людей артерия СА-узла отходит от огибающей артерии, а в 5% случаев — одновременно от ПКА и огибающей артерий. Выходя из эпикарда, ветви коронарных артерий проникают в мышцы желудочков, образуя при этом богатую сеть анастамозирующих между собой мелких сосудов в стенках всех камер сердца. От них отходит огромное количество капилляров, образующих сеть вокруг каждого мышечного волокна сердца. Мышечные волокна, расположенные непосредственно под эндокардом, в основном, в области папиллярных мышц и толстой стенки левого желудочка, снабжаются кровью одновременно из конечных ветвей коронарных артерий и из полости желудочка через тонкие сосуды, называемые тебезиевыми венами. Между коронарными артериями на субартериолярном уровне имеются коллатеральные соединения диаметром обычно менее 200 цт. В здоровом сердце можно видеть небольшое число таких коллатеральных сосудов. Однако при атеросклеротическом поражении коронарной артерии они могут увеличиваться в размерах и обеспечивать кровью сосуды, расположенные ниже места обструкции. ВЕНЫ СЕРДЦА Коронарные вены следуют по ходу больших коронарных артерий. Эти сосуды возвращают кровь из капилляров миокарда в правое предсердие, в основном, проходя через коронарный синус. Крупные вены располагаются поверх коронарных артерий в эпикардиальной жировой ткани. Тебезиевые вены, упоминавшиеся раннее, обеспечивают дополнительный возможный путь для прямого возврата небольшой порции крови в камеры сердца.
Основы строения и функции сердца 13 ЛИМФА ТИЧЕСКИЕ СОСУДЫ СЕРДЦА Лимфатическая система — это обширное сплетение сосудов, снабженных клапанами, которые расположены в субэндокардиальной соединительной ткани всех четырех камер сердца. Лимфа собирается в эпикардиальное сплетение лимфатических сосудов, расположенное в интерстициальной соединительной ткани. Соединяясь, эти маленькие сосуды образуют несколько больших лимфатических сосудов, которые следуют по ходу коронарных артерий и вен. Эта крупные сосуды сливаются в предсердно-желудочковой борозде, образуя большой лимфатический сосуд, который выходит из сердца и впадает в лимфатическое сплетение средостения, а затем в грудной лимфатический проток. Гистология клеток миокарда желудочков Зрелая клетка миокарда (она также называется кардиомиоцитом) имеет размер до 25 цт в диаметре и 100 цт в длину. Клетка имеет поперечно-полосатую исчерченность подобно клетке скелетной мышцы. Однако, в противоположность многоядерным скелетным миофибрилам, кардио- миоциты имеют одно или два ядра, расположенных в центре клетки. Вокруг каждого кардиомиоцита присутствует соединительная ткань, богатая сетью капилляров. Каждая миокардиальная клетка содержит некоторое количество мио- фибрилл, которые представляют собой длинные цепи индивидуальных саркомеров — основных сократительных единиц клетки (рис. 1.8). Каждый саркомер состоит из двух групп частично перекрывающихся фила- ментов (нитевидные структуры, различимые при больших увеличениях микроскопа), образованных сократительными белками. Биохимическое и биофизическое взаимодействие между миофиламентами приводит к мышечному сокращению. Структура и функции филаментов будут описаны в этой главе позже. Внутри каждой миокардиальной клетки соседние саркомеры расположены последовательно, это обеспечивает характерную поперечно-полосатую исчерченность при световой микроскопии. Относительная плотность поперечных полос определяет локализацию сократительных белков, расположенных внутри саркомера. В обычном физиологическом состоянии общая длина саркомера (расстояние между Z и Z) во время сердечного цикла варьирует между 2,2 и 1,5 цт. Наибольший размер отражает степень растяжения волокна при заполнении желудочков, в то время как наименьший размер отражает степень укорочения волокна во время сокращения. Мембрана миокардиальных клеток называется сарколеммой. Особый участок мембраны представлен вставочным диском — это отличительная характеристика ткани сердечной мышцы. Вставочные диски через обычный микроскоп видны как темно окрашенные поперечные линии, которые через неравномерные промежутки пересекают цепочки сердечных
14 Глава 1 МИОФИБРИЛЛА САРКОЛЕММА Т-КАНАЛЬЦЫ САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ z I \ z 1 АКТИН МИОЗИН I САРКОМЕР. Рис. 1.8. Вверху. Схематическое представление ультраструктуры клетки миокарда. Клетка состоит из множества параллельных миофибрилл, окруженных митохондриями. Т-каналь- цы представляют собой впячивания клеточной мембраны (сарколеммы), увеличивающие поверхность клетки для транспорта ионов и проведения электрического импульса. Внутриклеточный саркоплазматический ретикулум содержит основную часть внутриклеточного кальция и связан с Т-канальцами. Внизу. Увеличенный вид саркомера, основного сократительного элемента. Каждая миофибрилла состоит из серии соединяющихся между собой саркомеров, границами которых служат Z-линии. Саркомер состоит из чередующихся тонких (актин) и толстых (миозин) миофиламентов клеток. Диски представляют сложные мостики, соединяющие соседние волокна сердца, образуя структурную и электрическую непрерывную связь между клетками миокарда. Другой функциональной особенностью мембраны клеток является система поперечных канальцев (или Т-канальцы). Это сложная система, которая характеризуется глубокими, пальцевидными впячиваниями сарколеммы (рис. 1.8, 1.9). Подобно вставочным дискам, мембраны поперечных канальцев образуют пути быстрой передачи импульсов электрического возбуждения, которые инициируют сокращение. Система Т-канальцев увеличивает область поверхности сарколеммы для контакта с внеклеточной средой, обеспечивая быстрый и синхронный трансмембранный транспорт ионов в процессе возбуждения и сокращения. Саркоплазматический ретикулум представляет собой обширную внутриклеточную сеть мембранных канальцев, которая структурно и функционально объединена с Т-канальцевой системой. Боковые мешочки саркоплазматического ретикулума (называемые терминальными цистернами) под прямым углом присоединяются к Т-канальцам (рис. 1.9). Эти
Основы строения и функции сердца 15 Концевая цистерна Рис. 1.9. Схема канальцевых систем кардиомиоцита. Т-канальцы, образованные впячивани- ем сарколеммы, под прямым углом присоединяются к концевым цистернам саркоплазмати- ческого ретикулума. Такая связь имеет важное значение для высвобождения кальция из саркоплазматического ретикулума под действием электрического возбуждения на мембране мешочки содержат большую часть внутриклеточного кальция, высвобождение которого является важным звеном передачи возбуждения через мембрану и начала сокращения мышечного аппарата. Боковые мешочки также примыкают к вставочным дискам и сарколемме, формируя полную систему сопряжения процессов возбуждения и сокращения. Для обслуживания огромных метаболических потребностей сердца и обеспечения высокоэнергетическими фосфатами, миокардиальные клетки снабжены изобилием митохондрий. Эти органеллы расположены между отдельными миофибриллами и занимают приблизительно 35% объема клетки (рис. 1.8). ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИИ Ритмическое сокращение сердца обеспечивается последовательным прохождением электрического импульса по проводящей системе. Признаком электрической стимуляции является потенциал возбуждения, который образуется за счет ионных токов через специальные канальцы сарколеммы. Для того чтобы понять, как электрические импульсы приводят к сокращению сердца, проанализируем процесс клеточной деполяризации и реполяризации. Эти материалы послужат важным фундаментом для глав по электрокардиографии (глава 4) и аритмиям сердца (главы 11 и 12).
16 Глава 1 Сердечные клетки, ответственные за электрическое возбуждение, разделены на 3 типа в соответствии с электрофизиологическими свойствами, изученными благодаря внутриклеточному введению микроэлектродов и методу patch-clamp: 1. Клетки пейсмекера — водителя ритма (например, в СА-узле и в АВ-узле). 2. Специализированная быстро проводящая ткань (например, волокна Пуркйнье). 3. Мышечные клетки желудочков и предсердий. Сарколемма сердечных клеток каждого типа представлена бислоем фосфолипидов, который в основном непроницаем для ионов. В мембранах клеток есть участки, состоящие из специализированных белков, которые служат ионными каналами, активными и пассивными переносчиками (рис. 1.10). Эти переносчики помогают поддерживать градиенты концентрации ионов и разность потенциалов между внутренней средой и наруж- *\ Г Внутриклеточное пространство [Na+] 15mM [К+] 150 mM [CI ] 5 тМ [Са++] 107М Внеклеточное пространртвр [Na*] 145 mM [К+] 5 тМ [CI] 120тМ [Са++] 2 тМ Рис. 1.10. Ионные каналы, со-переносчики и активные переносчики миоцита. А. Проникновение натрия через «быстрые» натриевые каналы приводит к быстрому возбуждению (фаза 0) потенциала действия (ПД) в клетках (кроме пейсмекеров). Б. Кальций проникает в клетки Пуркйнье и мышечные клетки через «медленные» кальциевые каналы во время фазы 2 ПД, именно эти каналы ответственны за деполяризацию пейсмекерных клеток. В. Калий выходит через калиевые каналы, приводя к реполяризации клетки во время фазы 3 ПД, открытие калиевых каналов помогает клеткам (кроме пейсмекеров) достичь потенциала покоя (фаза 4). Г. Натрий/кальциевый обмен помогает достичь низкой концентрации кальция внутри клетки. Д. Благодаря натрий/калиевому АТФ-азному насосу достигаются градиенты концентраций для этих ионов. Е, Ж. Активные кальциевые насосы помогают удалять кальций из внеклеточной среды и саркоплазматического ретикулума
Основы строения и функции сердца 17 ной поверхностью клеток. В норме концентрация ионов натрия (Na+) и кальция (Са++) гораздо больше снаружи клетки, а концентрация ионов калия (К+) гораздо больше внутри клетки. Ионные каналы Ионные каналы представляют собой специализированные белки, расположенные в клеточной мембране, через гидрофильные поры которых может происходить обмен определенными атомами. Существует несколько типов сердечных ионных каналов, которые отличаются по двум свойствам: избирательности и проницаемости. Каждый тип каналов избирателен (селективен) для определенного иона и имеет для этого соответствующие размеры и строение пор. Например, в сердечных клетках некоторые каналы могут пропускать ионы натрия, другие специализированы для прохождения ионов калия, остальные — для ионов кальция. Ион может проникать через специальный канал только в определенное время. Ионный канал — это ворота: в каждый данный момент они находятся или в открытом или в закрытом состоянии. Если канал находится в открытом состоянии длительное время, то через него проходит большое количество ионов и поэтому больше трансмембранный ток. Для сердечных ионных каналов, генерирующих потенциал действия, открытие и закрытие ворот определяется трансмембранным потенциалом. Иначе, ворота каждого канала являются потенциалчувствительными. Изменение мембранного потенциала в процессе деполяризации и реполя- ризации клетки приводит к открытию и закрытию определенных каналов с изменением ионных токов через сарколемму. Примером потенциалчувствительных каналов могут служить быстрые сердечные натриевые каналы. Трансмембранные белки, которые образуют эти каналы, имеют различные конфигурации в зависимости от потенциала клеточной мембраны (рис. 1.11). При значении потенциала -90 мВ (типичный «потенциал покоя» для клеток миокарда желудочков) большинство каналов в закрытом виде, в состоянии покоя, так что для ионов Na"1" проход закрыт. Однако из этого состояния каналы способны перейти в открытое состояние. Быстрая волна деполяризации (когда мембранный потенциал становится менее отрицательным), «активизирует» покоящиеся каналы для их открытия. В это время ионы Na+ быстро проникают в клетку — последовательный ток Na+ внутрь. В то же время активированные каналы остаются открытыми только на короткое время, несколько тысячных долей секунды, и затем спонтанно закрываются, переходя в неактивное состоя- ние, которое отличается от закрытого «состояния покоя» (рис. 1.11В). В неактивном состоянии ионные каналы не могут перейти непосредственно в открытое состояние, так как ворота белкового канала заблокированы в результате процесса инактивации.
18 Глава 1 КАНАЛ ЗАКРЫТ (СОСТОЯНИЕ ПОКОЯ) Быстрая деполяризация КАНАЛ ОТКРЫТ Внеклеточное пространство + + + + + Клеточная мембрана КАНАЛ ЗАКРЫТ (НЕАКТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ) + + ©.Заряженная Jx часть канала Рис. 1.11. Схема открытия «быстрых» натриевых каналов. А. В покоящейся мембране большинство канальцев закрыто и находится в состоянии покоя. Б. Быстрые, большие деполяризации вызывают перемещение заряженных частей каналов, вызывая их открытие и поступление ионов Na+ в клетку. В. Из открытого состояния каналы, спонтанно закрывшись, переходят в неактивное состояние, при котором открытие каналов невозможно. Такое закрытое, неактивное состояние каналов длится до тех пор, пока реполяризация не вернет каналы в состояние покоя. Заметьте, что при медленной деполяризации ионные каналы могут перейти в закрытое, неактивное состояние непосредственно из состояния покоя, минуя фазу открытия Неактивное состояние сохраняется до тех пор, пока потенциал мембраны не реполяризуется обратно до исходного уровня покоя. Пока происходит реполяризация, неактивные каналы предотвращают любое прохождение натриевых ионов. Поэтому при нормальной клеточной деполяризации потенциалзависимое быстрое прохождение ионов натрия через каналы происходит за короткий промежуток времени, затем каналы закрываются и находятся в таком состоянии до тех пор, пока не произойдет почти полная реполяризация клеточной мембраны. Необходимо отметить другое важное свойство быстрых натриевых каналов. Если трансмембранный потенциал сердечной клетки претерпевает медленную деполяризацию и поддерживается хронически на уровне менее
Основы строения и функции сердца 19 отрицательном, чем обычный потенциал покоя, инактивация каналов происходит без их предварительного открытия (рис. 1.11). Более того, длительное сохранение менее отрицательного потенциала может привести к тому, что закрытые, неактивные каналы никогда не вернутся в состояние покоя, и быстрые натриевые каналы такой клетки, следовательно, не будут в состоянии проводить ионы Na+. Это и происходит в клетках пейсмекера (водителя ритма) (например, клеток СА- и АВ-узлов), у которых мембранный потенциал превышает —70 мВ в течение всего сердечного цикла. Как результат этого, быстрые натриевые каналы клеток водителей ритма всегда неактивны, и они не играют никакой роли в генерации потенциала действия в этих клетках. Кальциевые и калиевые каналы сердечных клеток также являются по- тенциалчувствительными, но их поведение отличается от поведения натриевых каналов, что будет описано в последующих разделах. Потенциал покоя В кардиоцитах во время покоя, предшествующего возбуждению, разность между электрическими зарядами внутри и вне клетки называют потенциалом покоя. Значение потенциала покоя зависит от двух основных характеристик клетки: 1) от градиента концентрации ионов внутри и снаружи клетки и 2) от того, какие ионные каналы открыты в покое. Подобно другим тканям, таким как нервные клетки или скелетные мышцы, концентрация калия внутри сердечных клеток гораздо больше, чем снаружи. Это определяет участников транспорта клеточных мембран, важным из них является АТФ-зависимый Na+/K+ насос, который производит обмен ионов Na+ в направлении из клетки и ионов К+ — внутрь клетки. Калиевые каналы кардиомиоцитов открыты в состоянии покоя, в то время как другие ионные каналы (натриевые и кальциевые) закрыты. Поэтому, мембраны покоящихся клеток проницаемы в большей степени для ионов калия, чем для других ионов. В покоящемся состоянии К+ направляется наружу, уменьшая градиент концентрации и положительный заряд внутри клетки. Антагонистами ионов К+ внутри клетки являются крупные отрицательно заряженные белки, неспособные к выходу из клетки вместе с К+. Поэтому, даже когда ионы калия покидают клетку, анионы, оставшиеся в клетках, делают их внутреннюю среду электрически отрицательной по отношению к поверхности клетки. В то время как внутренняя среда клеток становится все более отрицательно заряженной по отношению к поверхности из-за тока ионов калия наружу, положительно заряженные ионы калия привлекаются внутрь клетки, так что в сумме потери внутриклеточного калия становятся менее выраженными. Таким образом, в состоянии покоя существуют две противоположные силы, регулирующие ток ионов калия через открытые каналы клеточных мембран (рис. 1.12): 1) фадиент концентрации способствует выходу калия из клетки, 2) электростатические силы притягивают калий
20 Глава 1 Открытые калиевые каналы ГРАДИЕНТ гк+1 ^-*Г rir+i КОНЦЕНТРАЦИИ: ,^,^4 (1£0тМ) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИЛА /Внутренняя среда клетки\ Потенциал равновесия = -61,5 log ([K*]/[K*]0) Рис. 1.12. Потенциал покоя клетки миокарда определяется балансом между градиентом концентрации и электростатическими силами для калия, так как в покое открыты только калиевые каналы. Градиент концентрации способствует току К+ из клетки, в то время как электрические силы стараются удержать положительно заряженные ионы К+ внутри клетки. Потенциал равновесия может быть рассчитан с помощью уравнения Нернста для калия, как это показано на рисунке обратно внутрь клетки. В состоянии равновесия баланс между этими химическими и электрическими силами определяет величину потенциала покоя, который в клетках миокарда желудочков приблизительно равен —90 мВ. Электрический потенциал покоя для калия может быть рассчитан с помощью уравнения Нернста, как это показано на рисунке. В состоянии покоя проницаемость мембран клеток миокарда для натрия минимальна потому, что натриевые каналы в основном закрыты. Однако существует небольшой ток ионов натрия через соответствующие каналы внутрь клетки. Этот слабый ток положительно заряженных ионов натрия внутрь клетки объясняет, почему реальный потенциал покоя менее отрицателен, чем он мог бы быть, если бы клеточные мембраны были проницаемы только для ионов калия. Натриевые ионы, которые медленно проникают внутрь миоцитов, находящихся в состоянии покоя (а еще большее количество проникает в клетку во время потенциала действия, как это будет описано позже), непрерывно удаляются из клетки и возвращаются во внеклеточную среду. Это происходит благодаря АТФ-зависимому Na+/K+ насосу, который вытесняет натрий из клетки в обмен на калий. В этом процессе на каждые три иона Na+, выходящие из клетки, внутрь клетки проникают два иона К+, создавая направленный наружу ток положительных зарядов. Такой направленный наружу ток катионов также приводит к более отрицательному заряду внутри клетки, по отношению к ее наружной поверхности. Потенциал действия Изменение мембранного потенциала клетки приводит к изменению проницаемости мембраны для определенных ионов. Изменение прони-
Основы строения и функции сердца 21 цаемости ионных каналов отражает потенциал-зависимость каналов. Каждый тип ионных каналов имеет специфические особенности активации и инактивации, которые и определяют прохождение электрического сигнала. Разбор этой ситуации лучше начать после ознакомления с рис. 1.13, где представлена схема развития потенциалов действия в типичном кардиомиоците. Уникальные характеристики потенциала действия в клетках водителей ритма сердца будут описаны позже. КЛЕТКИ МИОКАРДА При отсутствии внешнего воздействия потенциал покоя клетки миокарда остается постоянным, приблизительно —90 мВ. Такое состояние покоя до периода деполяризации известно как фаза 4 потенциала действия. За ней следуют 4 фазы, охватывающие периоды деполяризации и ре- поляризации клеток (рис. 1.13): Фаза 0. При потенциале покоя мембраны натриевые и кальциевые каналы закрыты. Любое действие, которое делает заряд мембраны менее отрицательным, чем уровень потенциала покоя, приводит к открытию отдельных натриевых каналов. После открытия Na+ каналов, ионы натрия быстро проникают в клетку, снижая тем самым градиент концентрации (концентрация натрия больше снаружи клетки), так как эти положительно заряженные ионы притягиваются к отрицательно заряженным внутриклеточным ионам. Приток ионов Na+ внутрь клетки меняет транс- Рис. 1.13. Схема потенциала действия (ПД) мио- цита и ионые токи для Na+, Ca++, и К+. Потенциал покоя представлен фазой 4 потенциала действия. После деполяризации проникновение Na+ внутрь клетки приводит к быстрому наступлению фазы 0; выход тока калия наружу обусловливает частичную реполяризацию во время фазы 1; медленное проникновение Са++ внутрь (и относительно медленный выход К+из клетки) приводит к временному выравниванию напряжения (плато на рисунке) — фаза 2; завершающая быстрая репо- ляризация обусловлена в основном выходом К+ во время фазы 3 он -50 4 о 1 о 2 -100- Ток Са** внутрь > 1 (и выход К*) Ток натрия в клетку I Выход К* Ток кальция в клетку Ток калия из клетки Время
22 Глава 1 мембранный потенциал, делая его еще более отрицательным, способствуя тем самым открытию большего числа натриевых каналов и дальнейшему проникновению ионов натрия внутрь клетки. Когда заряд мембраны достигает уровня порогового потенциала (приблизительно —70 мВ в кардио- миоцитах), создаются условия для открытия быстрых Na+ каналов и генерации самоподдерживающегося внутреннего натриевого тока. Поступление в клетку положительно заряженных ионов Na+, обусловленное градиентом их концентрации, нейтрализует мембранный потенциал до нуля и далее достигает положительных значений. Этот мощный ток натриевых ионов обусловливает быстрый подъем или фазу 0 потенциала действия. В то же время, Na+ каналы остаются открытыми только в течение тысячных долей секунды, и затем они быстро инактивируются, предотвращая дальнейший ток натрия внутрь клетки (рис. 1.13). Таким образом, во время активации этих быстрых Na+ каналов происходит быстрая ранняя деполяризация клетки; быстрая инактивация обусловливает малую продолжительность потенциала действия. Фаза 1. После быстрой фазы 0 деполяризации кратковременный ток реполяризации возвращает мембранный потенциал приблизительно к 0 мВ. Возникновение этого тока обусловлено выходом К+ наружу через определенный тип временно активированных калиевых каналов. Фаза 2. Это относительно длинная фаза потенциала действия, во время которой достигается равновесие между продолжающимся током ионов К+ из клетки и противоположно направленным током ионов Са++ через кальциевые каналы (так называемые кальциевые каналы «L-типа»). Кальциевые каналы начинают открываться уже во время фазы 0, когда заряд мембраны достигает уровня приблизительно —40 мВ. При открытых кальциевых каналах движение Са++ внутрь клетки приводит к тому, что градиент его концентрации внутри клетки падает. Ток Са++ внутрь продолжается более медленно, чем изначальный ток ионов натрия, так как активизация кальциевых каналов происходит медленно, и они остаются открытыми в течение более длительного времени, чем быстрые Na+ каналы (рис. 1.13). В течение этой фазы ток Са++ внутрь и относительно низкая проницаемость для выхода К+ наружу, обусловливают мембранный заряд приблизительно 0 мВ в течение длительного периода времени, известного как плато. Ионы кальция, которые проникают внутрь клетки в течение этой фазы, играют важную роль в стимуляции высвобождения дополнительного количества внутриклеточного кальция из саркоплазматического ретикулума («кальций-индуцируемое высвобождение кальция»), что весьма важно для сокращения миоцитов. Постепенная инактивация Са++ канальцев приводит к тому, что ток К+ наружу начинает превышать ток Са++ внутрь, начинается фаза 3. Фаза 3. Это завершающий период реполяризации, в течение которого трансмембранный заряд возвращается к величине потенциала покоя, приблизительно -90 мВ. Выход наружу заряженных ионов калия и низкая проницаемость мембраны для других катионов приводят к быстрой
Основы строения и функции сердца 23 реполяризации. Эта фаза завершает цикл потенциала действия и переходит в фазу 4 (покоя), за которой вновь последует деполяризации. Для того чтобы сохранить нормальные трансмембранные градиенты ионных концентраций, натрий и кальций, которые проникают в клетки в период деполяризации, должны вернуться во внеклеточное пространство, а ионы калия — внутрь клетки. Обмен Na+ и К+ через клеточную мембрану осуществляется посредством АТФ-зависимого Na+/ K+ насоса. Избыток Са++ внутри клетки устраняется в основном благодаря обмену Na+/Ca++, и в меньшей степени за счет АТФ-зависимого кальциевого насоса. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ПРОВОДЯЩАЯ СИСТЕМА Предыдущие разделы были посвящены образованию потенциала действия в клетках миокарда. Клетки специализированной проводящей системы (например, волокна Пуркинье) ведут себя таким же образом, как и кардиомиоциты, однако их потенциал покоя немногим более отрицательный и подъем фазы 0 происходит еще быстрее. КЛЕТКИ ПЕЙСМЕКЕРА (КЛЕТКИ ВОДИТЕЛЯ РИТМА) Описанный в предыдущих разделах потенциал действия кардиомиоци- тов в норме не развивается спонтанно. Напротив, когда волна деполяризации соседних клеток достигает кардиомиоцита, его мембранный потенциал становится менее отрицательным, что вызывает развитие потенциала действия. Некоторые сердечные клетки не нуждаются во внешних стимулах для выработки в них потенциала действия. Скорее, они сами в состоянии инициировать ритмичную деполяризацию. Эти клетки называются водителями ритма или пейсмекерными клетками. Они обладают собственным автоматизмом, то есть способностью к спонтанной деполяризации во время 4-й фазы. Когда в клетках достигается пороговый заряд, развивается потенциал действия (рис. 1.14). Свойствами водителей ритма обладают клетки синоатриального («естественные водители ритма» сердца) и атриовентрикулярного узлов. Несмотря на то, что клетки миокарда желудочков в норме не обладают автоматизмом, они могут приобретать эту способность при определенных заболеваниях, например, при ишемии миокарда. Вид потенциала действия в пейсмекерных клетках отличается от такового клеток миокарда желудочков тремя особенностями: 1. Максимальный отрицательный заряд в пейсмекерных клетках приблизительно равен —60 мВ. Он в значительной степени менее отрицательный, чем потенциал покоя клеток миокарда желудочков (-90 мВ). Существенно более низкий отрицательный заряд мембраны пейсмекерных клеток является причиной того, что быстрые натриевые каналы внутри этих клеток остаются неактивными.
24 Глава 1 Рис. 1.14. Потенциал действия пеисмекернон клетки. Фаза 4 характеризуется постепенной, спонтанной деполяризацией, вызванной пейсмекерным током (If). При достижении порогового потенциала (приблизительно —40 мВ) происходит возбуждение потенциала действия. Фаза 0 наступает менее быстро, чем в не- пейсмекерных клетках, так как она обусловлена током Са++ внутрь через относительно медленные кальциевые канальцы Время 2. В отличие от клеток миокарда, фаза 4 потенциала действия пейсмекер- ных клеток не горизонтальна, она имеет косо восходящий вид, что отражает постепенную, спонтанную деполяризацию. Эта спонтанная деполяризация происходит вследствие тока ионов, называемого пейсмекерным током (If). Показано, что пейсмекерный ток переносится преимущественно ионами Na+. Ионные каналы, через которые проходит пейсмекерный ток, отличаются от быстрых натриевых каналов, ответственных за фазу 0 деполяризации клеток миокарда. Так, пейсмекерные каналы открываются в период реполяризации клетки, когда мембранный потенциал достигает своего самого низкого уровня. Проникновение внутрь положительно заряженных ионов Na+ через пейсмекерные каналы способствует тому, что мембранный потенциал во время фазы 4 становится все менее отрицательным, пока не достигает порогового потенциала (рис. 1.14). При этом происходит постепенная деактивация пейсмекерных каналов. 3. Фаза 0 возбуждения потенциала действия пейсмекерных клеток гораздо менее быстрая и достигает более низкой амплитуды, чем у клеток миокарда. Это происходит потому, что быстрые натриевые канальцы пейсмекерных клеток неактивны, а возбуждение потенциала действия обусловлено единственно токами Са++ внутрь через относительно медленные кальциевые канальцы. Реполяризация пейсмекерных клеток происходит так же, как и в клетках миокарда желудочков. Она обусловлена: 1) инактивацией кальциевых каналов, и 2) повышенной активацией калиевых каналов и усиленным выходом К+ из клетки. Рефрактерные периоды В сравнении с электрическими импульсами, возникающими в нервах и скелетных мышцах, продолжительность сердечного потенциала действия значительно длиннее. Это обусловлено длительным рефрактерным периодом, во время которого мышцы невосприимчивы к повторным сти-
Основы строения и функции сердца 25 мулам. Эти длительные периоды физиологически необходимы, так как в это время происходит выброс крови из желудочков и их последующее наполнение для очередного сокращения. Как показано на рисунке 1.15, во время потенциала действия различают три уровня рефрактерности. Степень рефрактерности исходно отражает количество быстрых Na+ каналов, которые вышли из своего неактивного состояния и способны открыться. В течение фазы 3 потенциала действия увеличивается число Na+ каналов, вышедших из неактивного состояния и способных отвечать на деполяризацию. Это, в свою очередь, повышает вероятность того, что стимулы вызовут развитие потенциала действия и приведут к его распространению. Абсолютный рефрактерный период — это период, в течение которого клетки полностью нечувствительны к новым стимулам. Эффективный рефрактерный период состоит из абсолютного рефрактерного периода, но, продолжаясь за его пределы, включает еще и короткий интервал фазы 3, в течение которого раздражитель возбуждает локальный потенциал действия, который недостаточно силен, чтобы распространиться дальше. Относительный рефрактерный период — это интервал, в течение которого раздражители возбуждают потенциал действия, который может распространяться, но характеризуется меньшей скоростью развития, босо 5 и X CD С >s 3 х X со Q. VO 5 CD 5 -50- -100 Абсолютный рефрактерный период (РП) Период сверхнормальной возбудимости Эффективный РП Относительный РП Рис. 1.15. Рефрактерные периоды (РП) кардиомиоцита. Во время абсолютного рефрактерного периода (АРП) клетка нечувствительна к стимуляции. Эффективный рефрактерный период помимо АРП включает короткий период, в течение которого стимуляция вызывает локальную деполяризацию, которая не способна распространяться. Во время относительного рефрактерного периода стимуляция вызывает слабый потенциал действия (ПД), который распространяется дальше, но более медленно, чем обычный. В периоде сверхнормальной возбудимости более слабые стимулы, чем в норме, могут вызывать ПД
26 Глава 1 лее низкой амплитудой и меньшей скоростью проведения из-за того, что в момент стимуляции клетка имела менее отрицательный потенциал, чем потенциал покоя. (См. далее раздел «Проведение импульса».) После относительного рефрактерного периода выделяют короткий период «сверхнормальной возбудимости», в котором раздражители, сила которых ниже нормальной, могут вызывать потенциал действия. Рефрактерный период клеток предсердия короче, чем клеток миокарда желудочков, поэтому ритм предсердий может значительно превышать ритм желудочков при тахиаритмиях, которые будут описаны в главе 11. Проведение импульса Во время деполяризации электрический импульс распространяется по кардиомиоцитам, быстро переходя на соседние клетки, благодаря тому, что каждый кардиомиоцит соединяется с соседними клетками через контактные мостики с низким сопротивлением. Скорость деполяризации ткани (фаза 0) и скорость проведения по клетке зависит от числа натриевых каналов и величины потенциала покоя. Ткани с высокой концентрацией Na+ каналов, такие как волокна Пуркинье, имеют большой быстрый входящий ток, который быстро распространяется внутри и между клетками и обеспечивает быстрое проведение импульса. В противоположность этому, скорость проведения возбуждения будет значительно ниже в клетках с менее отрицательным потенциалом покоя и большим количеством неактивных быстрых натриевых каналов (рис. 1.16). Таким образом, величина потенциала покоя сильно влияет на скорость развития и проведения потенциала действия. Нормальная последовательность сердечной деполяризации В норме электрический импульс, вызывающий сердечное сокращение, вырабатывается в синоатриальном узле (рис. 1.6). Импульс распро- Рис. 1.16. Зависимость скорости деполяризации от потенциала покоя. А. Нормальный потенциал покоя (ПП) и нормальный, быстрый подъем фазы 0. Б. Менее отрицательный ПП приводит к медленному подъему фазы 0 и к более низкой максимальной амплитуде потенциала действия
Основы строения и функции сердца 27 страняется в мышцы предсердий через межклеточные контактные мостики, которые обеспечивают непрерывность распространения импульса между клетками. Обычные мышечные волокна предсердий участвуют в распространении электрического импульса от СА- к АВ-узлу; в отдельных местах более плотное расположение волокон облегчает проведение импульса. В связи с тем, что предсердно-желудочковые клапаны окружает фиброзная ткань, прохождение электрического импульса от предсердий к желудочкам возможно только через АВ-узел. Как только электрический импульс достигает атриовентрикулярного узла, происходит задержка его дальнейшего проведения (приблизительно в 0,1 секунды). Причиной задержки служит медленное проведение импульса волокнами малого диаметра в узле, а также «медленный» пейсмекерный тип потенциала действия этих волокон (необходимо помнить, что в пейсмекерной ткани быстрые натриевые канальцы постоянно неактивны, и скорость возбуждения обусловлена медленными кальциевыми канальцами). Пауза в проведении импульса в месте атриовентрикулярного узла полезна, так как она дает предсердиям время для их сокращения и полного освобождения от содержимого до начала возбуждения желудочков. В добавление к этому, такая задержка позволяет атриовентрикулярному узлу выполнять функцию привратника, препятствуя проведению слишком частых стимулов от предсердий к желудочкам при предсердных тахикардиях. Выйдя из атриовентрикулярного узла, сердечный потенциал действия распространяется по быстро проводящим пучкам Гиса и волокнам Пур- кинье к основной массе клеток миокарда желудочков. Это обеспечивает координированное сокращение кардиомиоцитов желудочков. СОПРЯЖЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ Рассмотрим процесс трансформации потенциала действия в сокращение кардиомиоцитов или процесс сопряжения возбуждения и сокращения. В его основе лежит переход химической энергии в виде макроэргических фосфатов в механическую энергию сокращений кардиомиоцитов. Существует несколько белков, ответственных за сокращение клеток миокарда (рис. 1.17). Два из них — актин и миозин — являются главными сократительными элементами. Два других — тропомиозин и тропо- нин — выполняют регуляторную функцию. Миозин образован толстыми филаментами, каждый филамент состоит примерно из 300 продольно расположенных молекул. Филамент миозина имеет шаровидные головки, которые равномерно распределены по его длине и содержат миозиновую АТФ-азу — фермент, необходимый для сокращения. Актин, более мелкая молекула, представлена тонкими филаментами, образующими альфа-спираль, две цепи которой расположены между толстыми филаментами миозина (рис. 1.8). Титин (также называется коннектин), недавно обнаруженный белок, способствует прикреплению миозина к Z-линии саркомера, а также влияет на эластичность сокращения.
28 Глава 1 ТОЛСТЫЕ ФИЛАМЕНТЫ МИОЗИНА Рис. 1.17. Схематическое изображение основных сократительных белков кардиомиоцита, актина и миозина. Тропомиозин и тропонин (компоненты TH-I, ТН-С, TH-T) — регулятор- ные белки Тропомиозин — двойная спираль, которая лежит в углублении между филаментами актина и в состоянии покоя препятствует взаимодействию между миозиновыми головками и актином, предупреждая тем самым сокращение. Тропонин равномерно распределен вдоль актиновых нитей и состоит из трех субъединиц. Субъединица тропонин С (ТН-С) ответственна за связывание ионов кальция и тем самым — за процесс сокращения. Тропонин I (TH-I) — субъединица, тормозящая активность АТФ-азы, осуществляющую связь актин-миозин. Тропонин Т (ТН-Т) — субъединица, связывающая тропониновый комплекс с актином и молекулами тро- помиозина. Во время фазы 2 потенциала действия, Са++ проникает в миоциты через кальциевые каналы сарколеммы и Т-каналы. Относительно малое количество кальция, поступившего в клетку, не способно вызвать сокращение миофибрилл, однако оно стимулирует массивный выход Са++ из сарко- плазматического ретикулума (рис. 1.18). В результате этого концентрация кальция в клетке увеличивается в 10 раз. Когда ионы кальция связаны с ТН-С, тормозится активность ТН-Т; это обусловливает изменение строения тропомиозина. В результате становится возможным взаимодействие между актином и миозином, приводящее к сокращению. Мышечное сокращение развивается вследствие связывания головок миозина с актиновыми филаментами и «сгибания» головок. В результате этого тонкие и толстые филаменты движутся друг вдоль друга за счет энергии АТФ (рис. 1.19). Первым этапом в этом процессе является активация головки миозина при гидролизе АТФ, после чего головка миозина связывается с актином, образуя поперечный мостик. Взаимодействие головки миозина с актином приводит к структурным изменениям в головке, вызывающим ее «сгибание» Это сгибательное движение вызывает смещение актинового филамента вдоль миозинового. Пока головка миозина все еще связана с актином, дополнительная молекула АТФ связывается с головкой миозина и вытесняет АДФ, образовавшийся при предшествующем гидролизе АТФ. Связывание нового
Основы строения и функции сердца 29 НАРУЖНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ КЛЕТКИ ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА КЛЕТКИ Связывание сТН-С Сокращение ' САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ Рис. 1.18. Перемещение ионов кальция во время возбуждения и сокращения в клетках миокарда. Са++ проникает в клетку через кальциевые каналы во время фазы 2 потенциала действия, вызывая выход из саркоплазматического ретикулума (СР) большого количества кальция. Связывание цитозольного Са++ с тропонином С (TH-C) приводит к сокращению. Расслабление наступает тогда, когда Са++ возвращается в СР с помощью АТФ-зависимого кальциевого насоса. Фосфоламбан (ФЛ) — основной регулятор этого насоса в дефосфорилированном виде, препятствует обратному захвату Са++. Избыток внутриклеточного кальция возвращается во внеклеточную среду с помощью натрий-кальциевого обмена и в меньшей степени — за счет сарколемного АТФ-зависимого Са++ насоса АТФ с головкой миозина приводит к высвобождению филамента актина, а гидролиз АТФ возвращает головку миозина в разогнутое состояние, подготавливая ее к следующему циклу. Образование и разрыв связей актина и миозина приводит к укорочению мышечного волокна за счет увеличения степени перекрывания толстых и тонких филаментов внутри каждого сар- комера. В присутствии АТФ этот процесс может продолжаться до тех пор, пока концентрация кальция будет достаточной, чтобы препятствовать блокирующему действию комплекса тропонин-тропомиозин. В завершение фазы 2 потенциала действия, Са++ каналы закрываются, кальций перестает поступать в саркоплазму. В это время кальций удаляется в саркоплазматический ретикулум или выходит из клетки (рис. 1.18). Разрыв связи ионов кальция с тропонином С приводит к тому, что тропо- миозин блокирует связь актина с миозином, приводя к расслаблению клеток. С началом следующего потенциала действия цикл сокращения и расслабления может вновь повториться.
30 Глава 1 АТФ Г. АДФ ЗАМЕЩАЕТСЯ НА АТФ И ВЫСВОБОЖДАЕТСЯ ФИЛАМЕНТ АКТИНА -АДФ-Ф А. АКТИВАЦИЯ ГОЛОВКИ МИОЗИНА ПРИ ГИДРОЛИЗЕ АТФ В. ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ -АДФ-Ф Б. СВЯЗЫВАНИЕ ГОЛОВКИ МИОЗИНА С ФИЛАМЕНТОМ АКТИНА АДФ-Ф Рис. 1.19. Процесс сокращения. А. Головка миозина активируется в результате гидролиза АТФ. Б. Во время клеточной деполяризации увелиение концентрации кальция в цитоплазме устраняет ингибирующее влияние тропонин-тропомиозина, что приводит к образованию поперечных мостиков между актином и миозином. В. Головка миозина сгибается, продвигая филамент актина внутрь. Г. Образуется АДФ, который замещается АТФ, в результате связь, головки миозина с филаментом актина разрывается. Головка разгибается и вновь связывается с филаментом актина, продвигая его далее внутрь; этот процесс повторяется, при этом происходит укорочение мышечного волокна. Цикл продолжается до тех пор, пока в конце фазы 2 ПД не снизится концентрация кальция в клетке Доказано, что концентрация Са++ внутри клетки является главным фактором, определяющим силу сердечного сокращения. Механизмы, которые способствуют повышению концентрации внутриклеточного кальция, увеличивают силу сокращения, в то время как факторы, снижающие концентрацию кальция — уменьшают силу сокращения. Бета-адренергическая стимуляция и клеточная сигнализация Бета-адренергическая стимуляция — один из механизмов увеличения тока кальция в миоциты и увеличения силы сокращения желудочков (рис. 1.20). При связывании катехоламинов (например, норадреналина) с Pi-адренергическими рецепторами кардиомиоцита происходит стимуляция мембранной аденилатциклазы под действием трансмембранной гуа- ниновой регуляторной белковой системы (G-белка). Аденилатциклаза увеличивает продукцию циклического АМФ (цАМФ). Циклический АМФ
Основы строения и функции сердца 31 НОРАДРЕНАЛИН \t -рецептор ш< IQ. то САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИИ РЕТИКУЛУМ Рис. 1.20. Влияние бета-адренергической стимуляции на клеточную сигнализацию и перемещение ионов кальция. Связывание лиганда (например, норадреналина) с Pi-рецептором приводит к G-белок-опосредуемой стимуляции аденилатциклазы и образованию циклического АМФ (цАМФ). Последний активизирует протеинкиназу, которая фосфорилирует клеточные белки, включая ионные каналы. Фосфорилирование медленных Са++ кальциевых каналов увеличивает поток кальция в клетку и, следовательно, силу сокращения. Про- теинкиназа также фосфорилирует фосфоламбан (ФЛ), ослабляя последующее торможение захвата Са++ саркоплазматическим ретикулумом. Усиление оттока Са++ из цитоплазмы приводит к расслаблению миоцитов активизирует внутриклеточные протеинкиназы, которые фосфорилиру- ют клеточные белки, включая мембранные кальциевые каналы L-типа. Фосфорилирование кальциевых каналов увеличивает ток Са++ внутрь клетки, повышая высвобождение Са++ из саркоплазматического ретику- лума, и увеличивает силу сокращения. Бета-адренергическая стимуляция кардиомиоцитов также способствует их расслаблению. Обратный захват Са++ из цитозоля саркоплазматическим ретикулумом (СР) регулируется фосфо- ламбаном (ФЛ), белком низкой молекулярной массы, расположенном в мембране СР. Дефосфорилированный фосфоламбан препятствует захвату Са++ саркоплазматическим кальциевым АТФ-азным насосом (рис. 1.18). Однако бета-адренергическая активация протеинкиназ (рис. 1.20), приводит к фосфорилированию фосфоламбана, приостанавливая тормозящие эффекты последнего. Последующее увеличение захвата ионов кальция СР ускоряет удаление Са++ из цитоплазмы, способствуя расслаблению миоцита. Усиление активности цАМФ также приводит к фосфорилированию TH-I. Это препятствует образованию связи актин-миозин и, следовательно, приводит к дальнейшему расслаблению клеток. Таким образом, физиологическая или фармакологическая стимуляция адренергических ${ -рецепторов кардиомиоцитов катехоламинами усили-
32 Глава 1 вает как сокращение, так и расслабление клеток. В последующих главах мы будем возвращаться к этим важным свойствам кардиомиоцитов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Анатомия, клеточный состав и проводящие пути сердца лежат в основе его упорядоченной, ритмичной деятельности. В течение человеческой жизни сердце способно вырабатывать миллиарды импульсов. С каждым циклом сокращения сердце получает и выбрасывает кровь в кровяное русло, обеспечивая ткани организма питательными веществами и удаляя из них продукты распада. В последующих главах мы изучим те нарушения, которые могут происходить в этой чрезвычайно важной системе. Благодарности. В предыдущем издании эта глава была написана докторами медицины Стефанией Харпер (Stephanie Harper), Скоттом Хайвером (Scott Hyver), Полом Кимом (Paul Kim), Лоренсом Райнсом (Laurence Rhines), Джеймсом Д. Маршем (James D. Marsh) и Леонардом С Лилли (Leonard S. Lilly). ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРА ТУРА Braunwald E, et al. Mechanisms of Contraction of the Normal and Failing Heart. Boston: Little, Brown & Co., 1976. Di Francesco D. Pacemaker mechanisms in cardiac tissue. Ann Rev Physiol 1993;55: 455-472. Grupp IL, et al. The contribution of phospholamban, a sarcoplasmic reticulum phosp- hoprotein, to myocardial contractility in health and disease. Heart Failure 1995; 11:48—61. Hille B. Ionic Channels of Excitable Membranes. 2nd ed. Sunderland, MA: Sinauer Assoc, 1992. Katz AM. Physiology of the Heart. 2nd ed. New York: Raven Press, 1992. Katz AM. Cardiac ion channels. N Engl J Med 1993; 328:1244-1251. Under ME, Gilman AG. G proteins. Scientific American, 1992; 267(l):36-43. Roberts R. Molecular Basis of Cardiology. Boston: Blackwell Scientific Publications, 1993. Trautwein W, Hescheler J. Regulation of cardiac L-type calcium current by phosphorylation and G proteins. Ann Rev Physiol 1990; 52:257-274.
ТОНЫ И ШУМЫ СЕРДЦА Оскар Бенавидес, Аллан Голдблат и Леонард С. Лилли Сердечный цикл Тоны сердца • Первый сердечный тон (S^ • Второй сердечный тон (S2) • Дополнительные систолические тоны сердца • Дополнительные диастолические тоны сердца Шумы • Систолические шумы • Диастолические шумы • Систолодиастолические шумы
34 Глава 2 При физикальном обследовании больных с заболеваниями сердца часто выявляются патологические тоны и шумы. Эти изменения являются ключом к пониманию патофизиологии болезни, и их правильная интерпретация необходима для успешного диагноза и ведения больного. В этой главе описываются тоны нормального сердечного цикла, а также причины патологических сердечных тонов и шумов. Поскольку каждое из рассматриваемых состояний описывается более детально в последующих главах книги, в данной главе многие сердечные заболевания упоминаются лишь в качестве примеров патологических сердечных тонов и шумов. Поэтому вместо простого запоминания следует отдать предпочтение пониманию механизмов, способствующих возникновению патологических тонов, чтобы в дальнейшем представлять патофизиологические основы конкретных пороков сердца. СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ Сердечный цикл состоит из очень точно синхронизованных электрических и механических событий, которые приводят к ритмичному сокращению предсердий и желудочков, благодаря чему кровь поступает в малый и большой круг кровообращения. Механическая систола отражает сокращение желудочков, а диастола — их расслабление и наполнение кровью (рис. 2.1). Во время сердечного цикла кровь из системных и легочных вен непрерывно поступает в сердце через правое и левое предсердия соответственно. Во время диастолы кровь поступает из предсердий в желудочки через открытые трехстворчатый и митральный клапаны. В конце диастолы сокращение предсердий проталкивает последнюю порцию крови в желудочки, способствуя незначительному повышению давления в них, что обозначается как «а»-волна. Сокращение желудочков означает начало механической систолы. Как только желудочки начинают сокращаться, давление в них становится выше, чем в предсердиях, что приводит к быстрому закрытию трехстворчатого и митрального клапанов. Это создает первый сердечный тон, обозначаемый S{ (рис. 2.1). Sj имеет два налагающихся друг на друга компонента: митральный и трикуспидальный компонент. Митральный компонент несколько опережает трикуспидальный компонент, вследствие более раннего электрического возбуждения и начала сокращения левого желудочка. Быстрый рост давления в желудочках приводит к тому, что давление в них становится выше, чем диастолическое давление в легочных артериях и аорте; в результате легочный и аортальный клапаны открываются. Кровь при этом выбрасывается в системы малого и большого круга кровообращения. При завершении фазы выброса крови из желудочков давление в них падает ниже уровня давления в легочной артерии и аорте, способствуя закрытию их клапанов. Процесс закрытия клапанов сопровождается вторым сердечным тоном, обозначаемым S2. S2 также состоит
100 4- | 50- с; m 3 Открытие АК, Аорта Закрытие АК Открытие МК / Быстрое заполнение ДИАСТОЛА СИСТОЛА ДИАСТОЛА Рис. 2.1. Нормальный сердечный цикл, показывающий взаимосвязь изменений давления в левых камерах сердца. Во время диастолы митральный клапан (МК) открыт, так что давление в левом предсердии (ЛП) и левом желудочке (ЛЖ) одинаково. В позднюю фазу диастолы сокращение ЛП вызывает небольшой рост давления в ЛП и ЛЖ. («а»-волна). Во время систолического сокращения давление в ЛЖ растет, и когда оно превышает давление в ЛП, МК закрывается и возникает первый сердечный тон (Si). Когда давление в ЛЖ превышает давление в аорте, то бесшумно открывается аортальный клапан (АК). Когда желудочек начинает расслабляться и давление в нем падает ниже того, которое в аорте, то АК закрывается, вызывая второй тон (S2). При последующем снижении давления в ЛЖ ниже давления в ЛП открывается МК, не производя тона при здоровом сердце. Кроме «а»-волны кривая давления содержит еще два дополнительных положительных отклонения: «с»-волна относится к небольшому росту давления в ЛП при закрытии МК, митральный клапан выбухает в сторону левого предсердия; и «у»-волна происходит из за пассивного наполнения кровью ЛП из легочных вен во время систолы, при закрытом МК из двух компонентов. Аортальный компонент (А2) в норме обычно предшествует легочному (Р2), так как градиент диастолического давления между аортой и левым желудочком выше градиента давления между легочной артерией и правым желудочком. Давление в желудочках* продолжает снижаться во время фазы расслабления, и, как только оно станет ниже уровня давления в правом и левом предсердиях, трехстворчатый и митральный клапаны открываются, что сопровождается диастолическим наполнением желудочков и повторением всего сердечного цикла. В клинической практике систолой называют период между S{ и S2, a диастолой — период между S2 и Sv Продолжительность систолы остается постоянной, а длительность диастолы варьирует в зависимости от частоты сердечных сокращений (ЧСС). Чем больше ЧСС, тем короче фаза
36 Глава 2 диастолы. Основные сердечные тоны S{ и S2 задают границы, по отношению к которым оценивают все остальные тоны и шумы сердца. Современные стетоскопы имеют два рецептора, позволяющие прослушивать сердце. «Конусообразный» рецептор должен слабо прилегать к коже, так как он используется для улавливания звуков с низкими частотами, тогда как рецептор с диафрагмой должен быть крепко прижат к коже, отсекая низкочастотные и пропуская высокочастотные тоны и шумы. СЕРДЕЧНЫЕ ТОНЫ Первый сердечный тон S\ Первый сердечный тон Sj происходит вследствие закрытия митрального и трехстворчатого клапанов в начале систолы, он имеет максимальную громкость над верхушкой сердца (рис. 2.2). Это высокочастотный звук, который лучше всего слышен стетоскопом, имеющим диафрагму. Хотя закрытие митрального клапана обычно происходит раньше закрытия трехстворчатого клапана, эти два действия разделены временным промежутком длительностью примерно в 0.01 с, поэтому человеческое ухо обычно улавливает их как единый тон. Исключения наблюдаются у пациентов с блокадой правой ножки пучка, у которых возможно расщепление первого тона из-за задержки закрытия трехстворчатого клапана. Интенсивность St определяется тремя факторами: 1) расстоянием между створками открытого клапана в начале систолы желудочков, 2) подвижностью створок (нормальной или ограниченной из-за стеноза) и 3) скоростью роста давления в желудочках (таблица 2.1). Точка аортального клапана [2-3-й межреберный промежуток справа] Точка трехстворчатого клапана [слева от мечевидного отростка] Точка клапана легочной артерии [2-3-й межреберный промежуток слева] Точка митрального клапана [верхушка сердца] Рис. 2.2. Стандартные положения стетоскопа для аускультации сердца
Тоны и шумы сердца 37 Расстояние между открытыми створками клапана в начале систолы зависит от продолжительности интервала PR на электрокардиограмме — то есть периода между началом возбуждения предсердий и желудочков. Нормальное сокращение предсердий способствует раскрытию створок митрального и трехстворчатого клапанов. Однако, независимо от их первоначальной позиции, при сокращении желудочков клапаны закрываются, как только давление в желудочке начинает превышать давление в предсердии. Усиление S{ происходит тогда, когда интервал PR короче нормального и створки клапанов не успевают приблизиться друг к другу, в этом случае они захлопываются с большой силой при начале сокращения желудочков. Аналогично, при умеренном митральном стенозе существует удлиненный градиент диастолического давления между левыми предсердием и желудочком, обусловливающий более широкое раскрытие створок митрального клапана во время диастолы, чем обычно. Так как в начале систолы расстояние между створками велико, они громко захлопываются во время сокращения желудочка. Sj может также усиливаться, когда частота сердца превышает нормальную (тахикардия), из-за укорочения диастолы, приводящего к тому, что створки трехстворчатого и митрального клапана в момент начала сокращения раскрыты более широко, чем в норме. Состояния, которые способствуют уменьшению интенсивности Sl? также перечислены в таблице 2.1. Таблица 2.1. Причины изменения интенсивности Sj Усиление Sj 1. Укороченный интервал PR. 2. Умеренный митральный стеноз. 3. Увеличение сердечного выброса или тахикардия (например, при физических упражнениях или анемии). Ослабление Sj 1. Удлинение интервала PR: атриовентрикулярная блокада первой степени. 2. Митральная недостаточность. 3. Выраженный митральный стеноз. 4. «Жесткий» левый желудочек (например, при артериальной гипертензии). При атриовентрикулярной блокаде первой степени уменьшение интенсивности Sj происходит вследствие удлинения интервала PR, который задерживает начало сокращения желудочков: после сокращения предсердий митральный и трехстворчатый клапаны имеют дополнительное время для движения створок клапанов по направлению друг к другу, так что их захлопывание происходит со сравнительно небольшого расстояния.
38 Глава 2 У больных с митральной недостаточностью (см. главу 8) S{ часто уменьшен по интенсивности, потому что створки митрального клапана полностью не смыкаются. При тяжелом митральном стенозе створки клапана практически неподвижны во время всего сердечного цикла, и эта ограниченная подвижность также способствует ослаблению первого тона. Среди больных с «жесткими» желудочками (в результате гипертрофии миокарда или постинфарктного кардиосклероза) сокращение предсердий вызывает более значительное, чем в норме, повышение диастолического давления в левом желудочке. Повышенное давление ускоряет процесс движения створок митрального клапана друг к другу в диастоле, так что когда начинается сокращение желудочка, створки начинают закрываться с дистанции меньшей, чем в норме, и это приводит к ослаблению St. Второй сердечный тон S2 Второй сердечный тон происходит из-за закрытия аортального и легочного клапанов и, следовательно, состоит из аортального (А2) и легочного (Р2) компонентов. В отличие от Sl9 который обычно аускультативно воспринимается как единый звук, компоненты S2 выслушиваются по-разному в зависимости от фаз дыхания: они объединены в один звук на выдохе, но становятся различимы на слух во время вдоха. Эта ситуация называется «нормальным расщеплением S2» (рис, 2.3). • Одно из объяснений нормального расщепления S2 следующее: увеличение объема грудной клетки во время вдоха приводит к дальнейшему снижению отрицательного внутригрудного давления. В результате уменьшения давления возрастает емкость (и снижается сопротивление) внутрифудных легочных сосудов. В результате происходит задержка диастолического обратного тока крови в легочной артерии, который обусловливает закрытие легочного клапана. Это объясняет запаздывание Р2, то есть его более позднее появление при вдохе, чем при выдохе. Вдох имеет обратное действие на А2. Так как объем внутригрудных легочных вен увеличивается вследствие отрицательного давления во время вдоха, венозный возврат в левое предсердие и левый желудочек (ЛЖ) снижается. Уменьшение заполнения ЛЖ приводит к уменьшению ударного объема во время следующего систолического сокращения и, таким образом, уменьшает время, необходимое для опорожнения ЛЖ. Поэтому во время вдоха закрытие аортального клапана (А2) происходит раньше, чем во время выдоха. Комбинация раннего А2 и позднего Р2 во время вдоха вызывает четко слышимое разделение этих двух компонентов второго сердечного тона. Так как компоненты S2 относятся к высокочастотным тонам, то они лучше всего прослушиваются с помощью стетоскопа с мембраной во втором межреберье слева от грудины (точке клапана легочной артерии). Патология S2 включает в себя изменения его громкости и характера расщепления. Интенсивность S2 зависит от скорости обратного тока кро-
Тоны и шумы сердца 39 А. Норма Во время выдоха А2 и Р2 сливаются в единый звук Б. Раздвоение В. Фиксированное расщепление Г. Парадоксальное расщепление [Обратите внимание на обратное расположение Аг и Р2] Выдох Вдох St А, Р2 Выдох Вдох Выдох Вдох S, S, А, Р2 Р2А, Наиболее частые причины • Блокада правой ножки пучка Гиса • Стеноз легочной артерии • Дефект межпредсердной перегородки • Блокада левой ножки пучка Гиса • Тяжелый аортальный стеноз Рис. 2.3. Примеры расщепления второго сердечного тона S2- Si — первый сердечный тон; Аг — аортальный компонент; Р2 — легочный компонент
40 Глава 2 ви в аорте и легочной артерии к клапанам после завершения сокращения желудочков и от фактора внезапности, с которой этот обратный ток прекращается закрытием клапанов. При системной артериальной или легочной гипергензии повышенное давление в соответствующем сосуде обусловит ускорение обратного тока крови к клапану и усиление S2. Наоборот, в случае тяжелого стеноза аортального или легочного клапана, створки клапанов практически зафиксированы в одном положении, так что вклад стенозированного клапана в S2 уменьшен. О раздвоении S2 говорят при увеличении временного интервала между А2 и Р2, так что эти два компонента ясно разделяются даже во время вдоха, на выдохе интервал между ними увеличивается (рис. 2.3). Такая картина обычно является результатом задержки закрытия клапана легочной артерии, которая отмечается при блокаде правой ветви пучка Гиса и при стенозе клапана легочной артерии. Фиксированное расщепление S2 — это увеличенный интервал между А2 и Р2, который остается неизменным во время дыхательного цикла (рис. 2.3). Наиболее часто встречающаяся аномалия, которая вызывает фиксированное расщепление S2, это дефект межпредсердной перегородки (см. главу 16). При этом состоянии хроническая перегрузка объемом правых отделов системы кровообращения вызывает расширение и снижение сопротивления сосудов малого круга кровообращения. Такие изменения гемодинамики лёгочной артерии приводят к запаздыванию обратного тока крови, вызывающего закрытие клапана легочной артерии. Таким образом, Р2 возникает позже, чем в норме, даже во время выдоха, что обусловливает выраженное расщепление А2 и Р2. Характер расщепления не меняется во время дыхательного цикла, потому что вдох не способен существенно изменить уже увеличенную емкость легочных сосудов. О парадоксальном расщеплении (или обратном расщеплении) говорят при отчетливо слышимом расщеплении А2 и Р2 во время выдоха, исчезающем во время вдоха, то есть при ситуации, обратной норме. Такое бывает при отсроченном закрытии аортального клапана, так что Р2 предшествует А2. У взрослых это чаще всего происходит при блокаде левой ножки пучка Гиса (БЛНПГ). При БЛНПГ распространение волны возбуждения по ЛЖ происходит с замедлением, что вызывает задержку сокращения желудочков и позднее закрытие клапана аорты, так что А2 следует за Р2. Во время вдоха, как и в норме, возникновение тона, обусловленного закрытием клапанов легочной артерии, задерживается и тон закрытия аортального клапана появляется раньше. В результате два тона накладываются друг на друга, что приводит к отсутствию явного расщепления на высоте вдоха (рис. 2.3). Кроме БЛНПГ парадоксальное расщепление может наблюдаться при увеличении продолжительности выброса крови из левого желудочка, например, при стенозе аортального клапана.
Тоны и шумы сердца 41 Дополнительные систолические тоны сердца Дополнительные систолические тоны сердца возникают в начале, середине или конце систолы. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТОНЫ СЕРДЦА В НАЧАЛЕ СИСТОЛЫ Аномальные ранние систолические тоны, или «тоны изгнания», выслушиваются почти сразу после S{ и совпадают по времени с открытием клапанов аорты и легочной артерии (рис. 2.4). Эти тоны имеют высокий тембр и резкое звучание, лучше всего выслушиваются стетоскопом с мембраной над точками аорты и легочной артерии. Тоны изгнания говорят о наличии стеноза клапанов аорты или легочной артерии, или о расширении устья аорты и легочной артерии. При стенозах клапанов аорты или легочной артерии этот тон возникает в результате максимального раскрытия клапана и продвижения его створок в просвет соответствующей артерии сразу перед изгнанием крови. В это время быстрое движение створок раскрывающегося клапана резко замедляется вследствие максимального их растяжения, результатом этого, видимо, и является появление дополнительного тона. При расширении корня аорты или легочной артерии, возникновение тона ассоциируется с резким растяжением корня аорты или легочной артерии в начале сердечного выброса. Аортальный тон изгнания слышен как у основания сердца, так и на верхушке и не меняется при дыхании. Напротив, легочный тон изгнания выслушивается лишь у основания сердца и его интенсивность падает во время дыхания. Рис. 2.4. Временные характеристики дополнительных систолических и диастолических тонов сердца. Дополнительный тон S4 возникает вследствие сокращения предсердия и попадания крови в «жесткий» ЛЖ. Тон изгнания следует за открытием клапанов аорты или легочной артерии в случаях их стеноза или расширения. Тон S3 происходит в результате быстрого наполнения желудочка; это нормально для молодых людей, но у взрослых S3 указывает на нарушение сократительной функции мышцы левого желудочка. Время тона открытия показано для сравнения, все указанные тоны не встречаются одновременно у одного человека Аорта Открытие МК III III ! S, ! S4 Тон изгнания S2 1 .- Тон ос открытия (ТО)
42 Глава 2 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТОНЫ СЕРДЦА В СЕРЕДИНЕ ИЛИ КОНЦЕ СИСТОЛЫ Причиной средне- или позднесистолических щелчков чаще всего является пролапс митрального или трехстворчатого клапанов, при котором во время систолы желудочков створки клапанов аномально прогибаются и выбухают из полости желудочка в полость предсердия. Это часто сопровождается клапанной «регургитацией». Такие тоны наиболее ясно слышны в точках митрального или трехстворчатого клапанов (рис. 2.2). Дополнительные диастолические тоны сердца Дополнительные диастолические тоны сердца могут выслушиваться во время диастолы. Они включают в себя щелчок открытия (ЩО), третий тон сердца S3, четвертый тон сердца S4 и перикардиальный тон. ЩЕЛЧОК ОТКРЫТИЯ В норме открытие митрального или трехстворчатого клапанов происходит неслышно. Однако при клапанном стенозе, который часто является следствием ревматической болезни сердца, при открытии клапана, почти сразу после S2, раздается тон, который называется щелчком открытия (ЩО). Это высокий, резкий тон, начало которого не зависит от фаз дыхания. При стенозе митрального клапана (который встречается более часто, чем стеноз трехстворчатого клапана) ЩО лучше всего слышен в области между верхушкой сердца и левым краем грудины, сразу после тона закрытия аорты (А2), когда давление в левом желудочке падает ниже уровня давления в левом предсердии (рис. 2.4). Из-за небольшого интервала между ЩО и А2 эти два тона можно спутать с раздвоенным вторым тоном, но тщательная аускультация в точке легочного клапана на вдохе позволяет выделить три быстро следующих друг за другом тона, соответствующие закрытию аорты (А2), закрытию легочной артерии (Р2) и щелчку открытия (ЩО) (рис. 2.5.). Во время выдоха три тона превращаются в два, так как А2 и Р2 сливаются в один тон. Чем более выражен стеноз, тем короче становится интервал между А2 и тоном открытия. Это происходит из-за того, что уровень повышения давления в предсердии зависит от степени стеноза митрального клапана. Например, при расслаблении желудочка митральный клапан открывается тем раньше, чем выше давление в левом предсердии. При средней степени стеноза митрального клапана давление в левом предсердии не такое высокое, как при выраженном, так что требуется больше времени для того, чтобы давление в левом желудочке упало ниже уровня давления в предсердии. Поэтому, при средней выраженности стеноза митрального клапана щелчок открытия отстоит от А2 дальше, чем при более тяжелом стенозе, поэтому при последнем интервал А2-ЩО более короток.
Тоны и шумы сердца 43 Рис. 2.5. Время начала щелчка открытия (ЩО) при митральном стенозе не меняется в процессе дыхания. При вдохе происходит нормальное расщепление второго сердечного тона, так что становятся различимыми три тона. А2 — аортальный компонент; ?2 — легочный компонент S2 ТРЕТИЙ СЕРДЕЧНЫЙ ТОН (S3) Если S3 присутствует, то он обычно выслушивается в начале диастолы, следуя за открытием клапанов желудочков и предсердий, во время фазы быстрого наполнения желудочков (рис. 2.4). Это глухой, низкий тон, который лучше всего слышен с помощью конусообразного стетоскопа в области верхушки сердца, когда пациент лежит на левом боку. S3 возникает из-за натяжения сухожильных нитей при быстром наполнении кровью желудочка и расширении его камер. Третий сердечный тон является нормой у детей и людей молодого возраста. У них наличие S3 вызвано эластичностью желудочка, способного к быстрому растяжению в начале диастолы. Напротив, наличие S3 у людей среднего возраста и у пожилых часто является признаком заболевания и свидетельствует о перегрузке объемом вследствие либо застойной сердечной недостаточности, либо увеличенного потока крови через клапаны вследствие выраженной митральной или трехстворчатой регургитации. При наличии S3 часто говорят о протодиастолическом «галопе». ЧЕТВЕРТЫЙ СЕРДЕЧНЫЙ ТОН (SJ S4 возникает в конце диастолы и совпадает с сокращением предсердий (рис. 2.4). Этот тон генерируется левым (или правым) предсердием, которые энергично сокращаются против жесткого желудочка. Поэтому S4 обычно указывает на наличие заболевания сердца, а именно на снижение эластичности желудочков, что обычно наблюдается при гипертрофии желудочков или ишемии миокарда. Как и S3, S4 — это глухой, низкий тон, он лучше всего выслушивается конусообразным стетоскопом. При левостороннем S4 тон лучше всего прослушивается на верхушке сердца, когда пациент лежит на левом боку. При наличии S4 нередко говорят о престолическом «галопе». ЧЕТЫРЕХЧЛЕННЫЙ РИТМ ИЛИ СУММИРОВАННЫЙ ГАЛОП Если у пациентов присутствуют и S3, и S4, то вместе с S{ и S2 они образуют четырехчленный ритм. Если у пациента с таким учетверенным звуком развивается тахикардия, то продолжительность диастолы уменьшается, тоны S3 и S4 совпадают и образуется «суммированный галоп». Образованный S3 и S4 тон выслушивается в середине диастолы, он продолжительный, низкого тембра, часто более громкий, чем S{ и S2 Выдох | | I ЩО S, S2 вдох I III идо A*P2 II'
44 Глава 2 ПЕРИКАРДИАЛЬНЫЙ ТОН Перикардиальный тон — это необычный тон высокого тембра, который выслушивается у больных с тяжелым констриктивным перикардитом (см. главу 14). Он появляется в начале диастолы сразу после S2, и его можно спутать с тоном открытия или S3. Однако перикадиальный тон начинается несколько позднее, чем тон открытия, в то же время он более громкий и ранний, чем S3. Его причиной служит резкое прекращение наполнения желудочков кровью в начале диастолы, характерное для конст- риктивного перикардита. ШУМЫ СЕРДЦА Шум — это звук, производимый турбулентным током крови. При нормальных условиях движение крови в сосудистом русле ламинарное и, следовательно, бесшумное. Однако в результате гемодинамических и/или структурных изменений в системе сосудов бесшумный ток крови нарушается, и могут возникнуть слышимые шумы. В основе шумов лежат следующие механизмы: 1. Ток крови через суженный участок (например, при стенозе аорты). 2. Ускорение тока крОви через нормальную структуру (например, аортальный систолический шум может возникать вследствие увеличения минутного объема сердца, в частности при анемии). 3. Поступление крови в расширенный участок (например, аортальный систолический шум, обусловленый аневризматическим расширением аорты). 4. Регургитация при недостаточности клапана (например, митральная ре- гургитация). 5. Патологический сброс крови из камеры с высоким давлением в камеру с более низким давлением (например, при дефекте межжелудочковой перегородки). При описании шумов учитывают их временные характеристики, интенсивность, высоту, форму, область выслушивания, проведение и ответ на различные маневры. Временные характеристики прежде всего относятся к фазе сердечного цикла, в которую выслушивается шум: во время систолы, диастолы или он непрерывен (начался в систоле и продолжился в диастоле). Существует следующая классификация шумов по интенсивности: Систолические шумы Класс 1/6: Едва различимый (студенты-медики его не слышат). Класс 2/6: Слабый, но слышимый. Класс 3/6: Отчетливо слышный. Класс 4/6: Отчетливо слышный, сочетается с систолическим дрожанием.
Тоны и шумы сердца 45 Класс 5/6: Очень громкий, слышен при прикосновении рецептора стетоскопа к грудной стенки. Класс 6/6: Слышен без стетоскопа. Лиастолические шумы Класс 1/4: Едва различимый. Класс 2/4: Слабый, но слышимый. Класс 3/4: Отчетливо слышный. Класс 4/4: Очень громкий. Высота или частота шума может быть как высокой, так и низкой. Высокочастотные шумы возникают вследствие высокого градиента давления между камерами (аортальный стеноз) и лучше всего прослушиваются стетоскопом с мембраной. Низкочастотные шумы возникают при более низком градиенте давления между камерами (митральный стеноз) и лучше всего прослушиваются с помощью конического стетоскопа. Форма шума характеризует изменение интенсивности шума от его начала до конца. Например, «крещендо-декрещендо» (или ромбовидная форма): интенсивность шума вначале нарастает, затем спадает. Остальные формы включают в себя «декрещендо» (шум начинается с максимальной интенсивностью, постепенно затухая) и «лентовидную» (интенсивность шума не меняется). Область выслушивания — это зона максимальной интенсивности шума, для описания области выслушивания обычно используют специальные точки аускультации (рис. 2.2): • точка аортального клапана (2-3 межреберья у правого края грудины); • точка клапана легочной артерии (2—3 межреберья у левого края грудины); • точка трехстворчатого клапана (у левого края грудины на уровне мечевидного отростка); • точка митрального клапана (верхушка сердца). Шумы из исходной точки могут проводиться в различные области грудной клетки. Места иррадиации шумов зависят от направления турбулентного тока крови. Наконец, похожие типы шумов можно различить друг от друга с помощью различных приемов — переводе больного в вертикальное положение, при пробе Вальсальвы (форсированный выдох, при этом дыхательные пути закрыты), при сжатии пальцев в кулак. Каждый из этих приемов, меняя условия наполнения сердца кровью, может повлиять на интенсивность многих шумов. При описании шумов перечисляют некоторые из вышеперечисленных характеристик. Например, врач может описать шумы у пациента с аортальным стенозом как: «класс III/VI, высокочастотный систолический шум типа «крещендо-декрещендо», лучше всего прослушивается у рукоятки грудины справа, проводится на шею.»
46 Глава 2 Систолические шумы Систолические шумы подразделяются на шумы изгнания, пансисто- лические и поздние систолические шумы (рис. 2.6). Систолический шум изгнания типичен для стеноза аортального клапана или клапана легочной артерии. Он начинается после первого сердечного тона, и прекращается перед или во время S2, в зависимости от тяжести стеноза и от того, какой клапан поражен — аортальный или клапан легочной артерии. Шум имеет характер крещендо-декрещендо (его интенсивность сначала растет, а затем падает). Шум изгнания при аортальном стенозе возникает во время систолы после S1? от которого он отделен короткой паузой (рис. 2.7). Эта пауза соответствует периоду изометрического сокращения левого желудочка (с момента закрытия митрального клапана до момента открытия аортального). По мере роста давления в левом желудочке скорость кровотока через аортальный клапан возрастает, и интенсивность шума увеличивается (крещендо). Затем, при расслаблении желудочка, скорость кровотока уменьшается и, соответственно, снижается интенсивность шума (декрещендо), который заканчивается перед аортальным компонентом S2. Этому шуму может предшествовать тон изгнания, особенно при умеренном аортальном стенозе. Интенсивность шума не совсем коррелирует со степенью тяжести аортального стеноза, но другие его характеристики обладают таким свойством. Например, чем тяжелее стеноз, тем больше время прохождения тока крови через клапан, и тем дальше пик шума от S{ (рис. 2.8). На рисунке также показано, что с увеличением степени тяжести стеноза аортальный компонент S2 затухает, что связано с ограничением подвижности створок клапана. А. Шум изгнания Б. Пансистолический (голосистолический) S, S1 В. Позднесистолический Примеры • Стеноз аорты • Стеноз легочной артерии • Митральная регургитация • Трикуспидальная регургитация • Дефект межжелудочковой перегородки • Пролапс митрального клапана s Щелчок §2 Рис. 2.6. Классификация систолических шумов. Шумы изгнания по форме являются шумами типа крещендо-декрещендо, в то время как пансистолические шумы являются равномерными в течение всей систолы. Поздние систолические шумы часто следуют за щелчком в середине систолы и свидетельствуют о наличии пролапса митрального (или трехстворчатого) клапана
Тоны и шумы сердца 47 Рис. 2.7. Систолический шум изгнания при аортальном стенозе. Отмечается небольшая пауза между первым сердечным тоном S\ и началом шума. S2 — второй сердечный тон; ЛЖ — левый желудо- Высокая частота шума при аортальном стенозе свидетельствует о значительном градиенте давления через клапан. Этот шум лучше всего слышен в точке аортального клапана, во втором и третьем межреберьях справа от грудины. Он обычно проводится в область шеи (по ходу турбулентного тока крови), но часто может выслушиваться и в других областях, включая, например, область верхушки сердца. Рис. 2.8. Степень тяжести аортального стеноза влияет на форму систолического шума и сердечные тоны. А. При легком стенозе часто выслушивается ди Легкий тон изгнания (ТИ). За ним быстро наступает пик шума крещендо-декрещендо и далее нормально расположенный аортальный компонент — А2. Б. В случае умеренного стеноза пик шума нарастает в середине систолы, а интенсивность А2 уменьшается. Увеличение времени изгнания крови из желудочка задерживает возникновение А2, так что он сливается с ?2 или наступает позже него; тон изгнания может быть не слышимым. В. При тяжелом стенозе пики шумов наступают в поздней фазе систолы, и Аг обычно отсутствует из-за огра- **" Умеренный ничейной подвижности створок клапана 8,1 ТИ А2Р2 А,Рг В. Тяжелый 'Щ S, Р2
48 Глава 2 Когда систолический шум выброса вызван стенозом легочной артерии, то он тоже начинается после Sx и предшествует щелчку выброса, но может продолжаться и после А2. При выраженном стенозе значительно удлиняется период изгнания крови из правого желудочка; это увеличивает продолжительность шума, который будет длиться и после А2 и закончится только ко времени закрытия легочного клапана (Р2). Максимум шума при стенозе легочной артерии обычно выслушивают во втором—третьем межреберьях слева от грудины. Этот вид шума не проводится далеко, как это бывает при аортальном стенозе, но иногда он проводится в область шеи или левого плеча. У молодых людей нередко отмечают невинные систолические шумы изгнания, которые обусловлены ускоренным кровотоком через аортальный и легочный клапаны. Этот тип шума обычно исчезает, когда пациент садится. Пансистолические (или голосистолические) шумы часто вызваны обратным током крови при недостаточности митрального или трехстворчатого клапанов или кровотоком через дефект межжелудочковой перегородки (ДМЖП) (рис. 2.6). Эти шумы характеризуются одинаковой громкостью в течение всей систолы. При митральной и трехстворчатой регургитации, как только давление в желудочке превосходит давление в предсердии (т. е. когда возникает S^, начинается обратный ток крови через измененный клапан. Таким образом, между Sx и моментом начала пансистоличе- ского шума пауза отсутствует, в отличие от систолических шумов изгнания, рассмотренных ранее. При ДМЖП пауза между S{ и началом систолического шума также отсутствует, из-за того что систолическое давление в левом желудочке превышает систолическое давление в правом желудочке сразу после начала сокращения желудочков (и вызывает ток крови через ДМЖП). Пансистолический шум при выраженной митральной регургитации продолжается и перекрывает звук закрытия клапанов аорты, потому что к моменту закрытия клапана аорты давление в левом желудочке остается более высоким по сравнению с давлением в предсердии. Шум лучше всего выслушивается у верхушки сердца, он высокий, «дующий», часто проводится в левую подмышечную область; его интенсивность не меняется при дыхании. Шум трикуспидалъной регургитации лучше всего выслушивается слева у мечевидного отростка. Он обычно проводится в правую сторону грудины, высокий, «дующий» Интенсивность шума увеличивается на вдохе, так как при вдохе отрицательное внутригрудное давление увеличивает приток венозной крови к сердцу. Это приводит к росту ударного объема правого желудочка, увеличивая объем регургитации. Шум ДМЖП лучше всего слышен в четвертом—шестом межреберье слева от грудины; он высокочастотный и может сочетаться с систолическим дрожанием. Интенсивность шума не увеличивается при вдохе, он не проводится в подмышечную область, что позволяет отличить его от шумов митральной и трикуспидальной регургитации. Стоит заметить, что,
Тоны и шумы сердца 49 чем меньше ДМЖП, тем выше турбулентность тока крови между левым и правым желудочками и тем громче шум. Шумы при небольших ДМЖП относятся к наиболее громким шумам. Поздние систолические шумы начинаются в середине и конце систолы и продолжаются до А2. Они чаще всего отражают митральную регургита- цию, обусловленную прогибанием створок клапана в левое предсердие во время сокращения желудочка (рис. 2.6). Этот шум обычно предшествует мезосистолическому щелчку и будет описан далее в главе 8. Диастолические шумы Диастолические шумы подразделяются на раннедиастолические шумы декрещендо и средне- и позднедиастолические рокочущие шумы (рис. 2.9). Раннедиастолические шумы обусловлены регургитацией на аортальном клапане или клапане легочной артерии, при этом недостаточность аортального клапана встречается у взрослых гораздо раньше. При аортальной регургитации начало шума совпадает с А2, шум имеет форму декрещендо и заканчивается до начала следующего St. Быстрое расслабление левого желудочка сразу приводит к возникновению высокого градиента между аортой и левым желудочком; поэтому шум обладает максимальной ин- А. Раннедиастолический декрещендо S, S2 s, »Аортальная регургитация *Легочная регургитация Б. Средне-/позднедиастолический що III,, ,11 s, ► Легкий митральный или трикуспидальный стеноз В. Продолжительный средне-поздний S2i ЩО III s. • Тяжелый митральный или трикуспидальный стеноз Рис. 2.9. Классификация диастолических шумов. А. Ранний диастолический шум типа декрещендо обычно характерен для регургитации крови через аортальный или легочный клапаны. Б. Грубые низкочастотные шумы в средней и поздней фазе диастолы обычно являются результатом стеноза митрального или трехстворчатого клапанов: они следуют за резким щелчком открытия (ЩО). Пресистолическое усиление шума происходит у больных с нормальным синусовым ритмом из-за подъема давления в предсердии во время его сокращения. В. При более тяжелом стенозе трехстворчатого или митрального клапанов тон открытия и шум возникают раньше, и шум становится более продолжительным
50 Глава 2 тенсивностью в самом начале. Затем, при снижении как аортального диастолического давления, так и градиента давления между двумя камерами, интенсивность шума снижается. Шум аортальной регургитации высокочастотный, выслушивается с помощью стетоскопа с мембраной вдоль левой границы грудины, в положении сидя с наклоном вперед. Регургитация крови через легочную артерию у взрослых обычно вызывается легочной гипертензией; шум регургитации имеет характер ранне- диастолического декрещендо. Он лучше всего прослушивается в точке клапана легочной артерии, его интенсивность может увеличиваться на вдохе. Срединно- и позднедиастолические шумы являются либо результатом турбулентного тока крови через стенозированный митральный или трехстворчатый клапан, или, что менее вероятно, их происхождение связано с простым увеличением тока крови через нормальный митральный или трехстворчатый клапан (рис. 2.9). При стенозе шум начинается после S2, ему предшествует тон открытия. Форма этого шума является уникальной. В фазу ранней диастолы, после тона открытия, шум достигает пика громкости, потому что градиент давления между предсердием и желудочком • максимален. Затем интенсивность шума уменьшается или спадает до минимума во время диастолы, по мере падения градиента давления через клапан. Степень ослабления шума зависит от выраженности стеноза; при тяжелом стенозе шум будет более продолжительным, при умеренном стенозе шум затихнет в середине или в конце диастолы. И при тяжелом, и при легком стенозе шум набирает интенсивность в конце диастолы (у пациентов с нормальным синусовым ритмом), когда сокращение предсердия ускоряет ток крови через клапан (рис. 2.9). Шум митрального стеноза глухой, он лучше всего слышен с помощью конусовидного стетоскопа у верхушки сердца, в положении лежа на левом боку. Не так часто встречающийся шум стеноза трехстворчатого клапана лучше всего слышен у мечевидного отростка. Увеличение скорости кровотока, например при лихорадке, анемии, гипертиреозе или физических упражнениях, вызывает ускорение тока крови через нормальные митральный и трехстворчатый клапаны и может становиться причиной диастолического шума. При митральной регургитации или ДМЖП характерные систолические шумы могут сопровождаться диастолическим шумом за счет увеличенного тока крови через митральный клапан. Аналогично, дополнительный мягкий диастолический шум над трехстворчатым клапаном можно иногда обнаружить у больных с недостаточностью трехстворчатого клапана или дефектом межпредсердной перегородки (см. главу 16). Непрерывные (постоянные) шумы Непрерывные шумы слышны во время всего сердечного цикла, без заметного промежутка между систолой и диастолой. Причиной таких шумов служит постоянный градиент давления между двумя структура-
Тоны и шумы сердца 51 Непрерывный S, III" • Незаращенный артериальный проток S, Шум сочетанного порока • Аортальный стеноз и недостаточность • Легочный стеноз и недостаточность S, S, Рис. 2.10. Непрерывный шум достигает своего пика в момент второго сердечного тона (S2) и продолжает звучать после него. Шум сочетанного порока не является непрерывным; в нем можно выделить систолический и диастолический компоненты, разделенные S2 ми, как во время систолы, так и в диастоле. Примером может являться шум при открытом артериальном протоке, когда существует аномальное сообщение между аортой и легочной артерией (см. главу 16). Во время систолы кровь течет из восходящей части дуги аорты, где уровень давления высокий, через проток в легочную артерию, где давление ниже. Во время диастолы давление в аорте остается более высоким, чем в легочной артерии, и кровь продолжает течь через проток. Этот шум начинается в раннюю фазу систолы, нарастает, достигая своего максимума перед S2, и далее спадает до Sx (рис. 2.10). Максимальная интенсивность шума достигается в момент возникновения S2, потому что именно в этот момент градиент давления между аортой и легочной артерией максимален. Шум сочетанного порока сердца, например, стеноза и недостаточности аортального клапана можно принять за непрерывный шум (рис. 2.10). Во время систолы выслушивается шум изгнания ромбовидной формы, а во время диастолы — шум типа декрещендо. Тем не менее, такой шум не накладывается на S2, т. к. имеет отдельные систолический и диастолический компоненты. ВЫВОДЫ Аномальные сердечные тоны и шумы являются обычным явлением при приобретенных и врожденных болезнях сердца. Хотя может показаться сложным запомнить даже основные положения, представленные в этой главе, данная задача окажется не такой трудной в дальнейшем, по мере изучения патофизиологии этих состояний и накопления практического опыта. В настоящее время достаточно иметь эту книгу и обращаться к ней по мере надобности. Таблицы 2.2 и 2.3, а также рис. 2.11 подводят итоги этой главы, останавливаясь на особенностях наиболее часто встречаемых сердечных тонов и шумов.
52 Глава 2 Точка аортального клапана: Шум изгнания • Аортальный стеноз • Ускоренный кровоток Точка клапана легочной артерии: Шумы изгнания • Легочный стеноз • Ускоренный кровоток Точка трехстворчатого клапана: Пансистолический шум • Трикуспидальная регургитация • Дефект межжелудочковой перегородки Средне-/позднедиастолический шум • Стеноз трехстворчатого клапана • Дефект межпредсердной перегородки Левый край грудины: Ранний диастолический шум • Аортальная регургитация • Легочная регургитация Точка митрального клапана: **" Пансистолический шум Митральная регургитация Средне-/позднедиастолический шум Митральный стеноз) Рис. 2.11. Зоны максимальной интенсивности описанных шумов Таблица 2.2. Обычные сердечные тоны Тон Расположение (и высота звука) Значение Верхушка сердца (высокий) Основание (высокий) Нормальное закрытие митрального и трехстворчатого клапанов Нормальное закрытие аортального (А2) и легочного (Р2) клапанов. Дополнительные тоны в систолу Тон изгнания Аортальный: основа- Аортальный или легочный стеноз, ние и верхушка сердца или дилатация корня аорты или Легочный: основание легочной артерии (оба высокие) Срединно- или позднесистоли- ческий щелчок Митральный: верхушка сердца Трехстворчатый: левый край мечевидного отростка (оба высокие) Пролапс митрального или трехстворчатого клапанов
Тоны и шумы сердца 53 Тон Расположение (и высота звука) Значение Дополнительные диастолинеские тоны Щелчок открытия Верхушка сердца (высокий) (Левосторонний): верхушка сердца (низкий) (Левосторонний): верхушка (низкий) Митральный стеноз Норма у детей Патология у взрослых: указывает на сердечную недостаточность или перегрузку объемом Сниженная эластичность желудочка Таблица 2.3. Наиболее распространенные шумы сердца Тип шума Примеры Расположение и проведение Шум изгнания Аортальный стеноз Стеноз легочной артерии Второй межреберный промежуток справа -> шейная область (возможна более широкая зона проведения) Пансистоличе- ский S, Митральная регур- гитация Трикуспидальная S2 регургитация Верхушка сердца -> подмышечная впадина Левый край мечевидного отростка -> правый край мечевидного отростка Позднесистоли- ческий Пролапс митрального клапана Верхушка - впадина подмышечная S2 Раннедиастоли- ческий s, Аортальная регургитация Легочная регургитация Вдоль левого края грудины Левый край верхней части грудины Срединно-/позд- недиастолический Митральный стеноз Верхушка сердца ||||Ц.„1
54 Глава 2 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ S{ — первый сердечный тон 52 — второй сердечный тон 53 — третий сердечный тон 54 — четвертый сердечный тон А2 — аортальный компонент Р2 — легочный компонент МК — митральный клапан ТК — трехстворчатый клапан ЛП — левое предсердие ЛЖ — левый желудочек БПНПГ — блокада правой ножки пучка Гиса БЛНПГ — блокада левой ножки пучка Гиса ДМПП — дефект межпредсердной перегородки ДМЖП — дефект межжелудочковой перегородки ТО — тон открытия ТИ — тон изгнания ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРА ТУРА Bates В. A Guide to Physical Examination and History Taking. Philadelphia: JB Lip- pincott, 1995. Constant J. Bedside Cardiology. 4th ed. Boston: Little, Brown, 1993. DeGowin RL, DeGowin EL. Bedside Diagnostic Examination. New York: Macmil- lan, 1994. Leon DL, Shaver JA. Physiologic Principles of Heart Sounds and Murmurs. American Heart Association Monograph Number 46. New York: American Heart Association, 1975. Marriott HJL. Bedside Cardiac Diagnosis. Philadelphia: JB Lippincott, 1993. Perloff JK, Braunwald E. Physical examination of the heart and circulation. In: Bra- unwald E, ed. Heart Disease: a Textbook of Cardiovascular Medicine. 5th ed. Philadelphia: WB Saunders, 1997:15-52. Sapira JD. The Art and Science of Bedside Diagnosis. Baltimore: Williams & Wil- kins, 1990:283-330. Благодарности. В предыдущем издании эта глава была написана докторами медицины Брэдли С. Марино (Bradley S. Marino) и Алланом Голдблатом (Allan Goldblatt).
МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И КАТЕТЕРИЗАЦИЯ СЕРДЦА Шэрон Хореш, Шона Пендси и Патриция Челендер Коум Рентгенография сердца • Тень сердца • Легочные проявления заболеваний сердца Эхокардиография • Оценка размеров желудочков • Клапанные пороки • Коронарная болезнь сердца (ИБС) • Кардиомиопатии • Заболевания перикарда Катетеризация сердца • Измерение давления • Оценка кровотока • Измерение сосудистого сопротивления • Контрастная ангиография Изотопные обследования • Оценка перфузии миокарда • Исследование кровяного бассейна • Оценка повреждения тканей при остром инфаркте миокарда • Оценка метаболизма миокарда Компьютерная томография Магнитно-резонансная томография
56 Глава 3 Методы визуализации играют основополагающую роль в оценке сердечной функции и патологии. Наиболее часто используемые методы визуализации — это рентгенография грудной клетки, эхокардиография, сердечная катетеризация с синеангиографией и изотопные исследования. В диагностике сердечно-сосудистых заболеваний находят все большее распространение компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). Эта глава представляет обзор применения указанных методов, используемых для оценки сердечно-сосудистых расстройств. Она может рассматриваться как справочник, в который можно заглядывать при прохождении последующего материала. РЕНТГЕНОГРАФИЯ СЕРДЦА Глубина проникновения рентгеновских лучей в тело человека обратно пропорциональна плотности тканей. Ткани, в которых содержится воздух (например, легкие), слабо поглощают рентгеновские лучи и, следовательно, фотопленка в этих местах будет черной. В отличие от этого, плотные материалы, такие как кости, поглощают рентгеновские лучи значительно сильнее, и их изображения будут казаться белыми или матовыми. Для проведения границы между двумя структурами они должны различаться по плотности. Миокард, клапаны и другие внутрисердечные структуры обладают плотностью, сравнимой с плотностью омывающей их крови и, следовательно, не могут быть выявлены с помощью рентгенографии, если они не кальцифицированы. Тем не менее, границы сердца и легких могут быть очерчены отчетливо, так как сердце и наполненное воздухом легкое сильно различаются по плотности. При отеке легких, фиброзе или спавшемся легком плотность легочной ткани окажется сравнимой с плотностью сердца и сердечные контуры окажутся размытыми. Фронтальные и боковые рентгенограммы являются рутинными для изучения состояния сердца и легких (рис. 3.1). Фронтальный вид обычно представляет собой передне-заднее (ПЗ) изображение, для получения которого источник рентгеновских лучей располагается за спиной пациента, лучи проникают через тело и освещают фотопленку, расположенную у грудной клетки. В стандартном боковом положении фотопленка располагается с левой стороны пациента, а рентгеновские лучи распространяются сквозь тело по направлению справа налево. Фронтальная рентгенограмма особенно хороша, когда требуется оценить размер левого желудочка, ушко левого предсердия, легочную артерию, аорту и верхнюю полую вену; боковой снимок оценивает размер правого желудочка, задние границы левого предсердия и желудочка и передне-задний размер грудной клетки. В некоторых случаях оптимальная оценка сердечных размеров требует как правого, так и левого боковых снимков.
Методы визуализация и катетеризация сердца 57 Рис. 3.1. Рентгенограммы здорового человека во фронтальной (А и Б) и боковой (В и Г) проекциях; представлены сердечные камеры и клапаны. Непарная вена (HB), верхняя полая вена (ВПВ), правое предсердие (ПП), нижняя полая вена (НПВ), трехстворчатый клапан (ТК), правый желудочек (ПЖ), главная легочная артерия (ГЛА), аорта (А), левое предсердие (ЛП), ушко левого предсердия (УЛП), левый желудочек (ЛЖ), правая легочная артерия (ПЛА), левая легочная артерия (ЛЛА), митральный клапан (МК). (С разрешения Come PC, ed. Diagnostic Cardiology: Noninvasive Imaging Techniques. Philadelphia: JB Lippin- cott, 1985) Тень сердца Рентгенограммы грудной клетки используются для оценки размеров сердечных камер и легочных осложнений сердечных заболеваний. Изменения в размерах камер отображаются в изменении формы сердца. При фронтальном снимке взрослого человека тень сердца должна занимать 50% или менее от максимальной ширины грудной клетки, измеренной между внутренними краями ребер. У детей нормальный диаметр сердца может достигать 60% от размера грудной клетки. Для наблюдения за изменениями размеров сердца удобно пользоваться отношением сердце/грудная клетка вместо абсолютных значений размеров.
58 Глава 3 Существуют ситуации, при которых силуэт сердца неправильно отображает его размеры. Например, при приподнятой диафрагме или узком передне-заднем размере грудной клетки сердце может казаться более широким. В результате этого ширина тени сердца может превышать половину размера грудной клетки, хотя настоящий размер сердца нормальный. Поэтому, прежде чем делать заключение о расширении сердца по фронтальному его изображению, необходимо сделать снимок в боковой проекции. Наличие выпота в перикарде также может вызвать увеличение тени сердца, так как жидкость и миокард одинаково пропускают рентгеновские лучи. Рентгенограммы выявляют изменения, связанные с расширением сердечных камер и больших сосудов. Гипертрофия сердца может не отражаться на снимке, так как при гипертрофии обычно происходит уменьшение размеров полости сердца при отсутствии изменений внешнего контура сердца. Гипертрофию сердца чаще всего определяют по вольтажу комплекса QRS электрокардиограммы, а толщина стенок может быть определена с помощью других методов, например, эхокардиофафии. Основными причинами расширения камер сердца и больших сосудов являются сердечная недостаточность, пороки сердца, аномальные внутри- и вне-сердечные шунты и некоторые легочные заболевания. Так как для расширения сердца требуется некоторое время, то недавно возникшие пороки сердца, такие как острая митральная недостаточность, могут иногда протекать без расширения сердца. Характер расширения камер сердца может дать информацию о наличии специфических заболеваний. Например, расширение левого предсердия и правого желудочка, сопровождаемое явными признаками легочной гипертонии, говорит о митральном стенозе (рис. 3.2). В отличие от этого, расширение легочной артерии и правых сердечных камер, но без расширения левых отделов сердца, говорит об обструкции легочных сосудов или увеличенном потоке крови через легочную артерию (например, из-за дефекта межпредсердной перегородки) (рис. 3.3). Форма уширенной камеры также может указывать на причину заболевания. Например, при перенаполнении объема левого желудочка из-за клапанной недостаточности, желудочек стремится расшириться в основном вдоль своей большой оси, при этом верхушка сердца смещается вниз и влево. Напротив, когда расширение левого желудочка происходит из-за первичной дисфункции миокарда, длина и ширина левого желудочка обычно увеличиваются одновременно, при этом сердце приобретает шаровидную форму. Расширение аорты и легочной артерии также может быть видно при рентгеноскопии фудной клетки. Причины расширения аорты включают в себя аневризму, расслоение и пороки аортального клапана (рис. 3.4). Легочная артерия может быть увеличенной у пациентов со сбросом крови слева направо, что увеличивает легочный кровоток (рис. 3.3); то же происходит у пациентов с легочной гипертензией, вызванной различными причинами. У некоторых больных с легочным стенозом обнаруживается изолированное увеличение проксимального отдела левой легочной артерии.
Методы визуализация и катетеризация сердца 59 Рис. 3.2. Рентгенограмма грудной клетки пациента с выраженным митральным стенозом и вторичным легочным застоем (фронтальная проекция). Рентгенограмма показывает выбуха- ющее ушко левого предсердия (см. стрелки) с последующим выпрямлением левой границы сердца и подозрением на удвоенную плотность правой границы сердца (стрелки), которая вызвана увеличенным левым предсердием. Тень аорты невелика, что означает хронически малый сердечный выброс. Рентгенографические признаки застоя легочных сосудов включают в себя увеличенный внутренний диаметр верхней зоны легочных сосудов и уменьшенный внутренний диаметр нижней зоны легочных сосудов Рис. 3.3. Рентгенограмма грудной клетки пациента с вторичной легочной гипертензией вследствие дефекта межпредсердной перегородки (фронтальная проекция). Рентгенографические признаки легочной гипертензии включают в себя расширение легочной артерии (черные стрелки) (сопоставьте с видом уширенного ушка левого предсердия на рис. 3.2) и ее крупных ветвей (белые стрелки), которое ассоциируется с уменьшенными периферическими сосудами (форма, которая известна как «обрубленная периферия»)
60 Глава 3 Рис. 3.4. Рентгенограмма грудной клетки пациента с аортальным стенозом и аортальной клапанной недостаточностью (фронтальная проекция). Вдобавок к постстенотическому расширению восходящей части аорты (черные стрелки), дуга аорты (белая стрелка) выдается вперед, что указывает на аортальную недостаточность в дополнение к ее стенозу Легочные проявления заболеваний сердца Изображение легочных сосудов на рентгенограмме грудной клетки позволяет оценить изменения давления в легочных артериях и венах, а также легочного кровотока. Увеличенное венозное легочное давление вследствие левожелудочковой недостаточности приводит к усилению сосудистого рисунка, перераспределению крови от основания к верхушкам легких, отеку легких, наличию аномальных септальных линий и плеврального выпота (рис. 3.5). Перераспределение кровотока проявляется в расширении теней легочных сосудов в верхушках легких или увеличении их числа. (Сравните рис. 3.5 с рис. 3.1, где изображены здоровые легкие.) Интерстициальный и альвеолярный отеки являются причинами затемнения в области корней легких (известного как «вид бабочки») и воздушных бронхограмм. Септальные линии (известные как линии Керли), которые свидетельствуют об отеке междольковых перегородок, обусловлены ин- терстициальным отеком. Плевральный выпот вызывает затемнение ре- берно-диафрагмальных углов.
Методы визуализация и катетеризация сердца 61 Рис. 3.5. Рентгенограмма грудной клетки пациента с тяжелой застойной сердечной недостаточностью (фронтальная проекция). Застой в легочных сосудах проявляется перераспределением сосудистого рисунка от основания к верхушкам легких (хотя при тяжелой сердечной недостаточности наблюдается увеличение легочного сосудистого рисунка по всем полям легких), перибронхиальным утолщением (черная стрелка) и наличием плеврального выпота, которое проявляется затемнением реберно-диафрагмального угла и смещением правого легкого кверху (черные стрелочные головки). Наличие интерстициального и альвеолярного отека обусловливает нечеткость контуров корней легких и бронхограммы (открытые стрелки) из-за контраста между прозрачностью для рентгеновских лучей бронхиального дерева и матовостью отечной легочной ткани (С любезного разрешения Robert Pugatch, MD, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA) Изменения в легочном кровотоке могут также вызвать перестройку в рисунке легочных сосудов. Локальное снижение кровотока в отдельных частях легких может быть вызвано эмболией легочной артерии или эмфизематозными буллами. Расширение крупных ветвей легочных артерий, сопровождающееся уменьшением периферических сосудов (в виде «обрубленной периферии») говорит о легочной гипертензии (рис. 3.3). Таблица 3.1 подводит основные результаты использования рентгенографии в диагностике основных сердечных заболеваний. "*v^ :':^::у - -
62 Глава 3 Таблица 3.1. Диагностика заболеваний сердца с помощью рентгенографии грудной клетки. Сердечная недостаточность Стеноз легочного клапана Стеноз аортального клапана Аортальная недостаточность Стеноз митрального клапана Митральная недостаточность • Перераспределение легочного кровотока от основания легкого к верхушке • Периваскулярное затемнение • Перибронхиальное затемнение • Воздушные бронхограммы • Жидкость в плевральной полости • Постстенотическое расширение легочной артерии • Нормальный размер сердечных камер • Легочные поля прозрачны • Постстенотическое расширение восходящей части дуги аорты • Нормальный размер сердечных камер (до появления сердечной недостаточности) • Легочные поля прозрачны • Увеличение размера левого желудочка • Расширение аорты • Дилатация левого предсердия • Малый размер аорты (при хроническом малом сердечном выбросе) • Признаки легочного венозного застоя • Дилатация левого предсердия • Дилатация левого желудочка • При тяжелой недостаточности: • Дилатация правого желудочка • Признаки застойной сердечной недостаточности ЭХОКАРДИОГРАФИЯ Эхокардиография играет важную роль в диагностике и динамической оценке многих нарушений сердечной деятельности. Эта методика безопасна, не требует инвазивного вмешательства, относительно недорогая; она дает возможность довольно точно изучать значительную часть нарушений работы сердца. Высокочастотные (ультразвуковые) волны, генерируемые с помощью пьезоэлектрического датчика, проникают сквозь ткани и отражаются от поверхности раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Отраженные волны возвращаются к датчику и вызывают механическую деформацию пьезоэлемента. Расстояние между датчиком и отражающей импульсы анатомической структурой вычисляется компьютером в реальном масштабе и трансформируется в изображение.
Методы визуализация и катетеризация сердца 63 Используют три вида эхокардиограмм: 1) М-режим, 2) двумерное изображение и 3) доплеровское изображение. Каждый вид изображений может быть получен из различных точек. Обычно производят трансторакальное сканирование, при котором датчик располагают на поверхности грудной клетки. Когда требуется большое структурное разрешение, то производится чреспищеводное сканирование. В диагностике сердечно-сосудистых заболеваний ультразвуковая техника впервые была использована в режиме одномерной эхокардиограммы в М-ре- жиме. Сейчас этот вид эхокардиографии в первоначальном виде используется редко, потому что он дает только ограниченные данные, из-за узкой развертки ультразвукового пучка. Изображения, полученные таким способом, используются для оценки толщины стенок и размеров полостей сердца, а также для точного анализа движения клапанов во времени (рис. 3.6). егк Рис. 3.6. Схематическое изображение сердца в позиции парастернальной длинной оси, как показано на верхнем рисунке. Ниже показана ЭКГ и эхокардиограмма в М-режиме, полученная при смещении датчика из позиции 1 к позиции 4. Размеры камер и толщина стенок могут быть измерены по вертикальной оси. Наблюдается уменьшение и увеличение толщины стенок соответственно при сокращении и расслаблении желудочка. Также наблюдается движение аортального и митрального клапанов. СГК — стенка грудной клетки; Д — эхокар- диографический датчик; Г — грудина; ПЖ — правый желудочек; ЛЖ — левый желудочек; КА — корень аорты; ПСМК — передняя створка митрального клапана; ЛП — левое предсердие; СПЖ — стенка правого желудочка; АК — аортальный клапан; ЗЗПМ — зона задней папиллярной мышцы; СЛЖ — стенка левого желудочка; Л — легкое. (Отпечатано с разрешения Come PC. Echocardiography in Diagnosis and Management of Cardiovascular Disease. Compr Ther 1980; 6:7-17. International Publishing Group, Cleveland, OH)
64 Глава 3 При двумерной эхокардиографии датчик испускает большое количество ультразвуковых пучков, образующих широкий конус. Возвращенные сигналы интегрируются и образуют двумерные изображения сердца на видеоэкране. Таким образом, эта техника описывает анатомические соотношения и показывает движение сердечных структур по отношению друг к другу. Возможность использования широкого ультразвукового пучка позволяет при двумерной эхокардиографии определять и отображать движение клапанов и стенок, аномальное шунтирование крови и внутрисердечные образования, такие как вегетации на клапанах, тромбы и опухоли. При двумерной эхокардиографии каждая плоскость (рис. 3.7) отображает только часть сердечной структуры. Оптимальная оценка сердца достигается путем комбинации различных изображений, получаемых с разных точек. Это включает в себя парастернальный обзор вдоль длинной Межжелудочковая перегородка Клапан аорты Митральный клапан ЛЖ задняя стенка ПЖ ЛЖ Трехстворчатый клапан Митральный клапан Рис. 3.7. Позиции двумерной трансторакальной эхокардиографии. А. Парастернальный вид длинной оси. Б. Парастернальный вид короткой оси. В. 4-камерная позиция из апикального доступа. ЛП — левое предсердие; ПП — правое предсердие; ЛЖ — левый желудочек; ПЖ — правый желудочек; А — аорта
Методы визуализация и катетеризация сердца 65 и короткой оси 4 камер сердца с верхушки сердца. При парастерналъном доступе вдоль длинной оси датчик должен находиться в третьем или в четвертом межреберном промежутке слева от грудины. Этот доступ особенно полезен для оценки левого предсердия, митрального клапана, левого желудочка и выходного тракта левого желудочка, который включает в себя аортальный клапан и прилегающую внутрижелудочковую перегородку. Для получения парастерналъного изображения вдоль короткой оси датчик разворачивают на 90°. Такой доступ показывает поперечное сечение сердца. Для получения изображения аортального и митрального клапанов, а также движения стенки левого желудочка, эхокардиограмма снимается с нескольких уровней. Сканирование из апикального доступа происходит, если датчик расположен у точки максимального сердечного толчка. При сканировании из апикального доступа четырехкамерный вид сердца позволяет оценить митральный и трехстворчатый клапаны, камеры желудочка и предсердия, включая движения латеральной, перегородочной и верхней стенки верхнего желудочка. Двухкамерный вид показывает только левые отделы сердца и описывает движение передней, нижней стенки и верхушки. Среди некоторых больных, например, у больных обструкцией дыхательных путей или ожирением, указанные выше виды не позволяют получить адекватное изображение сердечных структур, т. к. ультразвуковой сигнал ослабляется из-за увеличения толщины воздушного слоя или жировой ткани. При обследовании подобных больных используют субкостальный доступ: датчик устанавливается ниже реберной дуги, что дает более четкую картину четырех сердечных камер. Доплеровская эхокардиография оценивает направление кровотока, его турбулентность и скорость, а также позволяет оценить значения градиентов давления внутри сердца и магистральных сосудов. Доплеровская диагностика основывается на том физическом принципе, что волны, отраженные от двигающегося объекта, претерпевают частотный сдвиг, который связан с относительной скоростью объекта. При цветном картировании кровотока используют произвольно выбранную цветовую шкалу, которая позволяет с помощью цвета полуколичественно оценить направление, скорость и турбулентность кровотока. Эти цвета затем накладываются на двумерную эхокардиограмму и показывают стенозы и регургитации клапанов, вне- и внутрисердечные шунты. Например, доплеровская эхокардиограмма, снятая у больного митральной регургитацией, показывает струю обратного кровотока в левое предсердие во время систолы (рис. 3.8). Современные эхокардиографические аппараты автоматически преобразуют сдвиги звуковых частот в измеряемую скорость потока крови. Формула такова: у. fs'c 2/ocos0' где V — скорость кровотока (м/с); fs — доплеровский частотный сдвиг (кГц), с — скорость звука в тканях тела (м/с); 0 — угол между звуковым импульсом и направлением кровотока; f0 — частота звука, исходящего от датчика (МГц).
66 Глава 3 Рис. 3.8. Цветное отображение кровотока (представленное в серых тонах) доплеровской эхокардиограммы, наложенное на двумерную верхушечную четырехкамер- ную эхокардиограмму больного с митральной недостаточностью. Разрыв в записи ЭКГ на пике Т-волны показывает, что изображение сделано во время систолы. Можно видеть, как направленный вперед систолический кровоток движется из левого желудочка в сторону корня аорты (см. стрелку); также виден обратный кровоток (митральная регургитация), направляющийся в левое предсердие (головка стрелки). Митральный клапан (контур стрелки) разделяет левое предсердие и левый желудочек. ЛП — левое предсердие, ЛЖ — левый желудочек. (Слюбезного разрешения Marilin Riley, BS, Besh Israel Deaconess Hospital, Boston, MA) При чреспищеводной эхокардиографии используется миниатюрный датчик, который выдает и принимает ультразвук и расположен на конце модифицированного эндоскопа. Датчик, находясь в пищеводе, выдает при этом очень четкие изображения структур сердца и большей части грудного отдела (рис. 3.9). Благодаря технологическому прогрессу, сейчас создаются малые датчики, позволяющие делать двумерные и многомерные изображения, а также проводить доплеровское сканирование. Чрес- пищеводная эхокардиография особенно полезна при оценке аномалий предсердия и аорты, а также в тех условиях, когда трансторакальная эхо- кардиография дает нечеткие изображения. Например, чреспищеводная эхокардиография (ЧПЭ) — более чувствительный метод диагностики тромбов внутри ушка левого предсердия, чем трансторакальная эхокардиография (рис. 3.10). Близость пищевода к сердцу делает ЧПЭ-изобра- жения особенно необходимыми в том случае, когда трансторакальная эхокардиограмма является неудовлетворительной (например, у больных хронической обструктивной болезнью легких). ЧПЭ также успешно применяется при обследовании больных с протезами сердечных клапанов. При стандартном трансторакальном сканировании искусственные механические клапаны отражают большие порции ультразвуковых волн, скрывая расположенные за ними части сердца. ЧПЭ помогает визуализировать расположенные за клапанами структуры и поэтому служит наиболее чувствительным методом диагностики околоклапанной регуртации. ЧПЭ также используют при обследовании больных с церебральной ишемией неясной этиологии, поскольку этот
Методы визуализация и катетеризация сердца 67 Короткая ось, основание сердца, 25-30 см от резцов Четырехкамерная позиция, 30 см Трансгастральный доступ, 35-40 см Короткая ось, основание сердца ЛП ПЖ Четырехкамерная -позиция ЛЖ Рис. 3.9. Позиции чреспищеводной эхокардиографии. ЛП — левое предсердие, ПП — правое предсердие, ЛЖ — левый желудочек, ПЖ — правый желудочек, НПВ — нижняя полая вена, А — аорта. (С любезного разрешения Jane Freedman, MD, Boston Universiti Medical Center, Boston, MA) метод обладает высокой чувствительностью при выявлении источников эмболов в сердце и сосудах. Такими источниками могут служить внутри- сердечные тромбы или опухоли, атеросклеротические бляшки в аорте и вегетации на клапанах сердца. ЧПЭ также является специфичным и чувствительным методом диагностики расслаивающей аневризмы аорты. ЧПЭ часто используется в операционной. Во время операций она позволяет осуществлять мониторинг при восстановлении врожденных и клапанных повреждений. Вдобавок изображения движения стенок могут дать информацию о периодах ишемии миокарда при хирургических вмешательствах высокой степени риска. Контрастная эхокардиография часто используется для оценки врожденных пороков сердца, так как является чувствительной при определении аномальных внутрисердечных шунтов. При применении этого метода в периферическую вену (обычно используется плечевая) быстро впрыскивается эхокардиографический контрастирующий раствор. Далее, при использовании обычных эхокардиографических методов, этот контрастирующий раствор визуализируется во время своего прохождения через сердечные ка-
68 Глава 3 Рис. ЗЛО. Чреспищеводная эхо кардиограмм а, изображение короткой оси на уровне основания сердца, полученное у пациента с митральным стенозом; виден тромб внутри ушка левого предсердия. Чреспищеводная эхокардиография является более чувствительной, чем трансторакальная, для выявления образований внутри предсердия. ЛП — левое предсердие, А — аорта. (С любезного разрешения М. Riley, BS, Beth Israel Deaconess Hospital, Boston, MA) меры. В норме наблюдается быстрое контрастирование правых камер, так как контрастирующий раствор вымывается из крови в легких и не достигает левых камер. При наличии внутрисердечного или внутрилегочного шунта контрастирующий раствор попадает в левые камеры сердца. В настоящее время для исследования коронарных артерий и камер сердца используется внутрисосудистая эхокардиография. Достижения в данной области в сочетании с ангиопластикой улучшили понимание анатомии и патологии коронарных сосудов. Эхокардиография способна обнаружить и дать количественную оценку степени тяжести пороков клапанов, осложнений при заболеваниях коронарных артерий, дефектов перегородок, внутрисердечных образований, кардиомиопатии, гипертрофии желудочка, заболеваний перикардия, заболеваний аорты и врожденных заболеваний сердца. Эхокардиографиче- ская оценка включает определение размеров камер сердца, толщину его стенок и оценку характера их движения, функции клапанов, а также оценку параметров кровотока и внутрисердечной гемодинамики. Некоторые из этих понятий будут рассмотрены ниже.
Методы визуализация и катетеризация сердца 69 Исследование желудочков Двумерная эхокардиография оценивает систолическую функцию левого желудочка путем вычисления фракций выброса по величине конеч- но-диастолического и конечно-систолического размеров. Для оценки сократительной функции можно измерять ширину, площадь или объем левого желудочка. Двумерная эхокардиография может также отслеживать региональные аномалии движения стенок желудочка. Именно эти аномалии являются основными признаками ИБС. Функция правого желудочка обычно оценивается лишь качественно, так как правый желудочек имеет сложную геометрию, в отличие от левого желудочка. Двумерная эхокардиография также удобна для оценки массы и толщины стенок желудочка, что является важным фактором при обследовании больных с артериальной гипертензией, аортальным стенозом или гипертрофической кардиомиопатией (рис. 3.11). Рис. 3.11. Парастернальный доступ, позиция длинной оси сердца в диастолу у больного гипертрофической кардиомиопатией. Утолщенная перегородка (УП), легкая гипертрофия задней стенки желудочка (ЗСЖ) и увеличенная эхогенность перегородки являются признаками гипертрофической кардиомиопатии.(С разрешения Come PC, ed. Diagnostic cardiology: noninvasive imaging techniques. Philadelphia: JB Lippincott, 1985) Клапанные пороки Эхокардиография приносит значительную пользу при оценке степени тяжести клапанных пороков сердца. С ее помощью могут быть обнаружены и оценены причины и степень тяжести определенных пороков (например, аортальный и митральный стенозы). Например, градиенты давления кровотока через стенозированные клапаны могут быть рассчитаны с помощью упрощенного уравнения Бернулли по величине максимальной скорости кровотока: Градиент давления = 4 х v2
70 Глава 3 Так, если измеренное максимальное значение скорости равно 4 м/с, то максимальное значение градиента будет равно 64 мм рт. ст. Другие вычисления, выходящие за рамки рассмотрения данной книги, обеспечивают довольно точную оценку площадей аортального, митрального и трехстворчатого клапанов. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) Двумерная эхокардиография может визуализировать аномалии во время движения стенок желудочка, которые ассоциируются с инфарктом или преходящей ишемией миокарда. Учитывая выраженность нарушений систолического сокращения и уменьшение систолической толщины стенок в систолу, можно оценить степень распространения инфаркта и выявить инфаркт-связанную коронарную артерию. Размеры инфаркта, полученные с помощью двумерной эхокардиографии, хорошо коррелируют с результатами других исследований, например сцинтиграфией миокарда с изотопом таллия, максимальной активностью креатинфосфокиназы в сыворотке и патологоанатомическими данными. Эхокардиография также используется для обнаружения осложнений острого инфаркта миокарда, включающих в себя образование внутриже- лудочковых тромбов, разрывы папиллярных мышц, дисфункции клапанов, разрыв межжелудочковой перегородки, образование аневризм и выпот в полости перикарда. Хотя эхокардиография и может выявить все эти последствия заболевания коронарной артерии, ее разрешающей способности нехватает для визуализации самих артерий. Стресс-эхокардиография может быть использована для непрямой оценки степени тяжести ишемической болезни сердца даже при отсутствии инфаркта. Эта методика позволяет оценить региональные нарушения движений стенок левого желудочка, возникающие в результате физической нагрузки или введения специальных препаратов, таких как добута- мин и дипиридамол (см. главу 6). Обратимую ишемию миокарда можно распознать по развитию во время стресса аномалии движения стенок в области уменьшенного коронарного кровотока. Кардиомиопатии Кардиомиопатии — это заболевания миокарда, которые бывают трех типов: дилатационная, гипертрофическая и рестриктивная. Часто с помощью эхокардиографии удается различить эти три вида, а также оценить степень тяжести дисфункции миокарда. Например, на рис. 3.11 изображены утолщенные стенки желудочка, типичные для гипертрофической кардиомиопатии. Заболевания перикарда Двумерная эхокардиография позволяет обнаружить аномальные структуры в полости перикарда (например, увеличение нормального количества
Методы визуализация и катетеризация сердца 71 перикардиальной жидкости, нити фибрина, опухоли, сгустки). Тампонада и констриктивный перикардит, как основные функциональные последствия заболеваний перикарда, имеют характерные эхокардиографические признаки. При тампонаде увеличенное перикардиальное давление сдавливает камеры сердца, что приводит к циклическому «коллапсу» правого предсердия, правого желудочка и, иногда, левого предсердия (рис. 3.12). Рис. 3.12. Эхокардиографические исследования пациента с перикардиальным выпотом, вызвавшим тампонаду сердца. Верхняя часть. При исследовании в апикальной четырехкамерной позиции отмечается большой перикардиальный выпот (ПВ), сдавливающий (белые головки стрелок) правое (ПП) и левое (ЛП) предсердия. Нижняя часть. Запись в М-режиме изображает ранний диастолический коллапс стенки правого желудочка (черные стрелки). ПЖ — правый желудочек; ЛЖ — левый желудочек; ВТПЖ — выходной тракт правого желудочка; МК — митральный клапан; КА — клапан аорты; ЭКГ — электрокардиограмма. (С разрешения Cunningham MJ, Safian RD, Come PC, et al. Absence of pulsus paradoxus in a patient with cardiac tamponade and coexisting pulmonary artery obstruction. Am J Med 1987; 83:973-976.)
72 Глава 3 Констриктивный перикардит распознается по увеличенной толщине перикарда или по его увеличенной эхоконтрасности, а также по наличию аномалий в движении стенок левого желудочка в диастолу. Таблица 3.2 подводит итог основным эхокардиографическим признакам распространенных сердечных заболеваний. Таблица 3.2. Эхокардиография при распространенных сердечных заболеваниях Митральный стеноз Митральная недостаточность • Аортальный стеноз Аортальная недостаточность Клапанные пороки Увеличенное левое предсердие Утолщенные створки митрального клапана Ограничение подвижности и раскрытия створок митрального клапана Уменьшение размера отверстия митрального клапана Увеличенное левое предсердие (при хроническом заболевании) Увеличенный левый желудочек (при хроническом заболевании) Систолический кровоток из левого желудочка в левое предсердие (фиксируется с помощью доплеровского метода) Утолщение и уплотнение створок аортального клапана Уменьшение клапанного отверстия Увеличение толщины стенок левого желудочка Увеличенный левый желудочек Аномалии в аортальном клапане или корне аорты Инфаркт миокарда и его осложнения Функция левого желудочка Гипокинез, дискинез или акинез стенок левого желудочка Уменьшенная фракция выброса Тромбы внутри левого желудочка Аневризма стенок желудочка Разрыв перегородки (по аномальному допле- ровскому потоку) Разрыв папиллярной мышцы Выпот в полость перикарда Кардиомиопатии Дилатационная • Увеличенные размеры камер желудочка • Нормальная толщина стенок желудочка • Сниженная степень систолического сокращения
Методы визуализация и катетеризация сердца 73 Гипертрофическая • Нормальные или уменьшенные размеры камер желудочков • Увеличенная толщина стенок желудочка • Диастолическая дисфункция (фиксируется с помощью доплеровского метода) Рестриктивная • Нормальные или уменьшенные размеры камер желудочков • Увеличенные предсердия • Увеличенная толщина стенок желудочка • Обычно нормальная сократимость желудочка КАТЕТЕРИЗАЦИЯ СЕРДЦА Внутрисосудистые катетеры используются в диагностике многих сердечно-сосудистых заболеваний для измерения давления в сердечных камерах, определения сердечного выброса и сопротивления сосудов, а также для введения рентгеноконтрастных материалов, необходимых для исследования структур сердца и параметров кровотока. В 1929 году Вер- нер Форссман провел на себе первую катетеризацию сердца и открыл эру инвазивной кардиологии. Многое из того, что на настоящий момент известно о патофизиологии пороков сердца, застойной сердечной недостаточности, пришло к нам после десятилетий гемодинамических исследований в лабораториях, занимающихся катетеризацией сердца. Измерение давления Перед вводом катетера в артерию или вену пациенту дают легкие седа- тивные препараты и производят локальную анестезию места введения катетера. Катетер, присоединенный к датчику давления, который находится вне тела больного, вводится в соответствующий кровеносный сосуд. Для измерения давления в правом предсердии и желудочке, а также в легочной артерии, катетер обычно вводится в бедренную, плечевую или яремную вену. Давление в аорте и левом желудочке измеряется с помощью катетеров, введенных в плечевую или бедренную артерию. После введения в сосуд катетер направляется к месту измерения давления под рентгеновским контролем. Рис. 3.13 показывает нормальные значения давления внутри сердца. Измерение давления в правой части сердца обычно производится с помощью специализированного катетера с баллончиком в конце, который продвигается в правые камеры сердца током крови. Обычно катетер вводится с помощью пункции или венесекции периферической вены и затем направляется в сторону груди. Когда катетер достигает вены подходящего размера (нижней или верхней полой вен), баллон на кончике катетера раздувается, что делает возможным проникновение катетера в правую сторону сердца или легочную артерию.
74 Глава 3 СЗДЛК (среднее давление заклинивания легочных капилляров) 1-10 Среднее давление в легочной артерии (ЛА) Среднее давление в левом предсердии (ЛП) -Г 1 ПП 0-8 Т X ПЖ 15-30 0-8 Т 1 ЛА 15-30 4-12 Легкие СЗДЛК1 0-8 | ЛП 1-10 1 ЛЖ 00-140 3-12 Id Аорта 00-140 60-90 Рис. 3.13. Диаграммы, показывающие нормальные значения давления внутри сердца. Верхний рисунок показывает нормальную анатомическую связь сердечных камер, в то время как на нижнем рисунке изображена упрощенная схема для прояснения связи между давлениями. Числа обозначают значения давлений в мм. рт. ст. ПП — среднее значение давления в правом предсердии, ПЖ — давление в правом желудочке, Л А — давление в легочной артерии, СДЗЛК — среднее давление заклинивания в легочных капиллярах, ЛП — среднее давление в левом предсердии, ЛЖ — среднее давление в левом желудочке ДАВЛЕНИЕ В ПРАВОМ ПРЕДСЕРДИИ Давление в правом предсердии совпадает с центральным венозным давлением (которое оценивают по уровню давления в яремной вене при физическом обследовании пациента) из-за отсутствия клапанов, которые препятствовали бы возвращению крови в правое предсердие. В норме в диастолу давление в правом предсердии равно давлению в правом желудочке, так как правая сторона сердца функционирует как общая камера, когда открыт трехстворчатый клапан. Среднее значение давления в правом предсердии понижается при уменьшении внутрисосудистого объема. Оно повышается при недостаточности правого желудочка, правосторонних клапанных пороках и сердечной тампонаде (при которой сердечные камеры окружены перикардиальной жидкостью под высоким давлением (см. главу 14).
Методы визуализация и катетеризация сердца 75 Некоторые аномалии вызывают характерные изменения в отдельных компонентах давления в правом предсердии (и, как следствие, в яремных венах) (табл. 3.3). Таблица 3.3. Причины повышения внутрисердечного давления Камера и показатели Причины Давление в правом предсердии волна «а» волна «v» Давление в правом желудочке Систолическое Диастолическое Давление в легочной артерии Систолическое и диастолическое Только систолическое Давление заклинивания легочной артерии волна «а» волна «v» • Недостаточность правого желудочка • Тампонада сердца • Стеноз трехстворчатого клапана • Гипертрофия правого желудочка • Трикуспидальная недостаточность • Правожелудочковая недостаточность • Легочный стеноз • Правожелудочковая недостаточность • Легочная гипертензия • Правожелудочковая недостаточность • Тампонада сердца • Гипертрофия правого желудочка • Легочная гипертония • Левожелудочковая застойная недостаточность • Хронические легочные заболевания • Заболевания легочных сосудов • Увеличенный кровоток (шунт слева — направо) • Левожелудочковая сердечная недостаточность • Митральный стеноз • Тампонада сердца • Митральный стеноз • Митральная недостаточность • Дефект межжелудочковой перегородки • Снижение эластичности ЛЖ Например, две основных причины выраженной волны «а» — это стеноз трехстворчатого клапана и гипертрофия правого желудочка. В этих условиях при сокращении правого предсердия ему приходится преодолевать сопротивление как со стороны стенозированного трехстворчатого клапана, так и жесткого правого желудочка. В результате образуется вы-
76 Глава 3 раженная волна «а». Выраженная волна «v» наблюдается при недостаточности трехстворчатого клапана, так как нормальное наполнение правого предсердия нарушается обратным кровотоком. ДАВЛЕНИЕ В ПРАВОМ ЖЕЛУДОЧКЕ Систолическое давление в правом желудочке увеличивается при стенозе легочного клапана или при легочной гипертонии. Диастолическое давление в правом желудочке увеличивается, когда правый желудочек подвергается перегрузке давлением или объемом. Подобное увеличение давления может быть признаком правожелудочковой недостаточности. ДАВЛЕНИЕ В ЛЕГОЧНОЙ АРТЕРИИ Рост систолического и диастолического давления в легочной артерии происходит по трем основным причинам: 1) при левожелудочковой сердечной недостаточности, 2) при паренхиматозных заболеваниях легких (например, при хроническом бронхите или тяжелой эмфиземе) и 3) при заболеваниях легочных сосудов (например, при эмболии легочной артерии, первичной легочной гипертензии). В нормальных условиях диасто- лическое давление в легочной артерии совпадает с давлением в левом предсердии из-за малого сопротивления системы легочных сосудов, которые их разделяют. Если повышается давление в левом предсердии, например, из-за левожелудочковой сердечной недостаточности, то обязательно возрастает систолическое и диастолическое давление в легочной артерии для поддержания легочного кровотока. Такая ситуация приводит к «пассивной» легочной гипертонии. Тем не менее, при некоторых условиях, системное сопротивление легочных сосудов становится ненормально большим, что проявляется в увеличенном диастолическом давлении в легочной артерии по сравнению с давлением в левом предсердии. В таком случае говорят об «активной» легочной гипертензии. Когда обструктивное заболевание легочных сосудов развивается как осложнение хронического сердечного шунта (например, дефекта межпредсердной или межжелудочковой перегородки), то такое заболевание называют синдромом Эйзенменгера. ДАВЛЕНИЕ ЗАКЛИНИВАНИЯ В ЛЕГОЧНОЙ АРТЕРИИ Если катетер направляется в правую или левую легочную артерию, его кончик в конечном счете достигает одной из малых ветвей легочной артерии и временно перекроет поток крови за ней. В течение этого времени образуется застойный столбик крови между кончиком катетера и частями капиллярной системы, а также отдаленными сегментами легочной венозной системы (рис. 3.14). Этот столбик крови действует как бы «продолжая» действие катетера, и давление, которое записывается через катетер, отражает давление внутри камеры — левом предсердии (ЛП). Это давление называется «давление заклинивания легочной артерии» или «давление заклинивания легочных капилляров (ДЗЛК)» и оно точно отражает
Методы визуализация и катетеризация сердца 77 Катетер упирается Легочные Затемненная область в окклюзированную капилляры представляет «участок крови» ветвь легочной артерии между катетером и легочной артерией Рис. 3.14. Изображение легочного катетера в ветви легочной артерии (ЛА). Кровоток перекрыт в артериальных, артериолярных и капиллярных сосудах за катетером; таким образом, эти сосуды действуют как проводник, передающий давление в левом предсердии (ЛП) на катетер давление в левом предсердии у большого числа людей (следовательно, такое измерение давления эквивалентно измерению давления в левом предсердии, как это представлено на рис. 2.1). Кроме того, пока митральный клапан открыт во время диастолы, легочные вены, левое предсердие и левый желудочек имеют одинаковое давление. Таким образом, давление заклинивания легочных капилляров (ДЗЛК) используется также для оценки диастолического давления левого желудочка и для измерения преднагрузки желудочка (см. главу 9). Поэтому измерение ДЗЛК с использованием правосердечного катетера является ключевым моментом при мониторировании критически тяжелых больных в отделениях интенсивной терапии. Рост среднего ДЗЛК наблюдается при левожелудочковой сердечной недостаточности и при митральном стенозе. Кроме того, могут быть аномально высокими отдельные компоненты ДЗЛК; волна «а» может быть увеличена при уменьшенной эластичности левого желудочка при его гипертрофии или при «острой» ишемии миокарда (табл. 3.3). Волна «v» превышает свой нормальный уровень при перенаполнении левого предсердия, что случается, например, при митральной недостаточности. Оценка кровотока Сердечный выброс обычно измеряется либо термодилюционным методом, либо методом Фика. Термодилюционный метод заключается в том, что физиологический раствор с известной температурой быстро вводят в правую сторону сердца через боковой катетер, причем расстояние от отверстия до кончика катетера составляет 30 см. Термистор, расположенный на кончике катетера, регистрирует температуру в легочной
78 Глава 3 артерии, которая временно изменяется из-за введенного раствора. Сердечный выброс рассчитывается автоматически, по кривой изменения температуры. Часто используемый метод Фика основывается на том принципе, что количество потребленного тканями кислорода зависит от поглощения 02 при прохождении крови через капиллярное русло: 02 потребленный = 02 выделенный х Кровоток мл02^ ( мл 02 V мл крови ^ мин мл крови ) v мин Или, иначе: 02 потребленный = Артериовенозная разница 02 х Сердечный выброс, где артериовенозная разница 02 определяется как разность содержания кислорода в артериях и венах. Общее количество кислорода, потребляемого организмом (которое в нормальных условиях равно 125 ± 25 мл О^мин/м2), может быть определено по количеству выдыхаемого воздуха, а содержание кислорода в артериях и венах — из непосредственных анализов образцов крови. Исходя из этого, можно рассчитать сердечный выброс: Потребленный 02 Сердечный выброс = Артериовенозная разница 02 Например, если артериальная кровь у нормального взрослого человека содержит 190 мл 02/л, а венозная — 150 мл О^л, то артериовенозная разница равна 40 мл 02/л. Если измеренное количество поглощенного кислорода для этого пациента составляет 200 мл/мин, то сердечный выброс составляет 5 л/мин. При многих сердечных заболеваниях сердечный выброс может падать ниже нормального уровня. В этой ситуации общее количество кислорода, потребляемого организмом, сильно не меняется; тем не менее из-за уменьшенного перфузионного давления ткани потребляют более высокий процент 02 на единицу объема циркулирующей крови. Это приводит к более низкому, чем в норме, венозному содержанию 02 и, следовательно, к увеличению артериовенозной разницы. В приведенном ранее примере, если венозная кровь содержит лишь 100 мл 02/л, то артериовенозная разница уменьшается до 90 мл О^л, и рассчитанный сердечный выброс падает до 2,2 л/мин. Измерение сосудистого сопротивления После определения давления и сердечного выброса, легочное и системное сосудистое сопротивление могут быть рассчитаны по следующим формулам. 1) Сопротивление легочных сосудов: • СЛС=(Щ^МП)х80,
Методы визуализация и катетеризация сердца 79 где: СЛС — сопротивление легочных сосудов (дин-с-см-5), СДЛА — среднее давление в легочной артерии (мм. рт. ст.), СДЛП — среднее давление в левом предсердии (мм рт. ст.), СВ — сердечный выброс (л/мин). 2) Системное сосудистое сопротивление: ссс=(САДсвДПП)х80> где: ССС — системное сосудистое сопротивление (дин-с-см-5), САД — среднее артериальное давление (мм рт. ст.), СДПП — среднее давление в правом предсердии (мм рт. ст.), СВ — сердечный выброс (л/мин). Контрастная ангиография Этот метод основан на введении при катетеризации контрастного материала для визуализации различных областей сердечно-сосудистой системы. Катетер вводится в соответствующий сосуд и продвигается под рентгеновским контролем к тому месту, куда будет впрыснут контраст. После введения контрастного вещества производится рентгенография. Один снимок дает одно изображение, а серия последовательных снимков обеспечивает «движущуюся картину», которая называется синеангиог- рамма. Селективное введение контрастного вещества в сердечные камеры используется для идентификации клапанной недостаточности, изучения толщины стенок, внутрисердечных шунтов, внутрисердечных тромбов, врожденных пороков, а также для измерения сократительной функции желудочка. Для изображения правых камер сердца контраст вводится через катетер, введенный в нижнюю или верхнюю полые вены, в правое предсердие или в правый желудочек. Для изображения левых отделов сердца контрастное вещество вводится через катетер, находящийся в левом желудочке (рис. 3.15). Введение контрастного вещества в коронарные артерии используется для исследования локализации и степени тяжести коронарного атеросклероза (рис. 3.16, рис. 3.17). Для обеспечения четкого изображения при меньшем количестве контрастного вещества был разработан специальный вид контрастной ангиографии, называемый цифровой субтракционной ангиографией (ЦСАГ). При использовании этого метода компьютер обрабатывает цифровые рентгеновские снимки, исключая фон, создаваемый костями и мягкими тканями. Это увеличивает четкость изображения исследуемого сосуда или сердечной камеры, в которые был введен контраст. ЦСАГ имеет определенные преимущества перед традиционной ангиографией: она позволяет делать контрастные методы исследования менее инвазивными, что дает возможность использовать более мелкие катетеры, чем те, кото-
80 Глава 3 Рис. 3.15. Левая вентрикулограмма во время диастолы (А) и систолы (Б) в правой передней косой проекции у пациента с нормальной сократительной функцией желудочка. Эта проекция отображает движение передней стенки верхушки и нижней стенки левого желудочка. Катетер (стрелка) использован для введения контрастного вещества в левый желудочек (ЛЖ). Катетер также может быть виден в нисходящей части аорты (головка стрелки). КА — корень аорты. (С любезного разрешения John Bittl, MD, Brighan and Women's Hospital, Boston, MA)
Методы визуализация и катетеризация сердца 81 Рис. 3.16. Ангиограмма левой коронарной артерии в правой передней косой проекции у пациента с диффузным поражением коронарной артерии. Кончик катетера (см. под верхним краем рисунка; обозначено черным кончиком стрелки) находится у устья левой коронарной артерии. Дистально (у левого края рисунка) виден катетер в нисходящей части аорты. Наиболее выраженные стенозы обнаружены в левой передней межжелудочковой артерии (кончики белых стрелок) и в месте отхождения третьей ветви тупого края левой огибающей коронарной артерии. Видно некоторое количество контраста в двух аортальных синусах непосредственно над клапаном аорты. (С любезного разрешения John Bittl, MD, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA) Рис. 3.17. Ангиограмма правой коронарной артерии в левой передней косой проекции, визуализированная с помощью контраста, введенного через катетер (кончик стрелки), расположенный у входа в правую коронарную артерию. Видны многочисленные неровности стенки и стенозы артерии. Артерия, питающая атриовентрикулярный (АВ) узел, ответвляется от правой коронарной артерии (стрелка). А — аорта, (С любезного разрешения John Bittl, MD, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA)
82 Глава 3 рые используются в традиционной ангиографии, а также реактив с пониженным содержанием контраста, обеспечивая более высокую четкость изображения. Использование катетеризации и контрастной ангиографии сопряжено с некоторым риском. Осложнения встречаются редко, однако они включают в себя перфорацию миокарда катетером, провокацию аритмий и нарушений проводимости, повреждение стенок сосудов, смещение атеросклеротиче- ских бляшек и возможное инфицирование больных. Контрастное вещество может вызывать анафилактические реакции или токсические почечные эффекты. Таблица 3.4 суммирует данные о наиболее распространенных сердечных аномалиях, диагностируемых с помощью катетеризации. Терапевтические интервенционные методы, такие как чрескожная транслюминальная коронарная ангиопластика, обсуждаются в главе 6. Таблица 3.4. Катетеризация сердца и ангиография при сердечных расстройствах Заболевания коронарных артерий • Идентификация атеросклеротических повреждений Митральная недостаточность • Большая систолическая волна «v» при мо- ниторировании давления в левом предсердии Митральный стеноз • Аномально высокий градиент давления между левым предсердием и желудочком во время диастолы Недостаточность трехстворчатого • Большая систолическая волна «v» при мо- клапана ниторировании давления в правом предсердии Аортальный стеноз • Систолический градиент давления между левым желудочком и аортой Застойная сердечная недостаточ- • Оценка сердечного выброса ность • Расчет системного и легочного сопротив- ления сосудов ИЗОТОПНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Функция сердца может быть оценена с использованием радиоактивных изотопов и детекторов гамма-излучения. Полученные изображения отображают распределение меченых атомов внутри сердечно-сосудистой системы. Изотопные методы используются для оценки перфузии миокарда, отображения прохождения потока крови через сердце и магистральные сосуды, для определения локализации и величины инфаркта и ишемии миокарда и для оценки метаболизма миокарда.
Методы визуализация и катетеризация сердца 83 Оценка перфузии миокарда При ишемической болезни сердца ишемия и инфаркт миокарда могут быть обнаружены с помощью двух изотопов, отображающих перфузию миокарда: с помощью таллия-201 (Т1-201) или сестамиби (синтетический изонитриловый комплекс, который носит аббревиатуру MIBI), меченного технецием 99т (Тс-99т). Эти реагенты одинаково чувствительны при выявления зон ишемизированного или рубцово-измененного миокарда. Однако каждый из них обладает определенными преимуществами. MIBI, например, дает более высокое качество изображения и является наилучшим для проведения детализованной ОФЭКТ (однофотонной эмиссионной компьютерной томографии). С другой стороны, определение степени жизнеспособности клеток миокарда лучше проводить с помощью Т1-201. Для получения изображений с помощью таллия-201 радиоактивный изотоп вводится внутривенно, во время выполнения пациентом нагрузочной пробы на тредмиле или велоэргометре. Так как таллий является аналогом калия, то он включается в нормальные миоциты. Считают, что этот процесс управляется натриево-калиевым АТФ-зависимым насосом мембраны клетки. Внутриклеточная концентрация таллия, оцененная по плотности изображения, зависит от сосудистой проходимости (перфузии) и функции мембраны (жизнеспособности ткани). При нормальном сердце радйонуклидное сканирование показывает гомогенное распределение таллия в тканях миокарда. И, наоборот, в отличие от нормальных тканей, области миокарда с рубцами (от предьщущих инфарктов) или с транзиторным снижением перфузии во время физических упражнений (ишемия миокарда) не накапливают в себе таллия. Следовательно, эти области будут выглядеть на экране как светлые или «холодные» пятна. При оценке ишемии миокарда первичный цикл изображений производится сразу после нагрузки и инъекции таллия. Повторные снимки делаются несколько часов спустя, так как накопление таллия в миоцитах не постоянно. Напротив, наблюдается постоянное перераспределение изотопа через клеточную мембрану. После 3-х или 4-х часов перераспределения, когда получают добавочные снимки, все жизнеспособные миоциты должны обладать одинаковой концентрацией таллия. Следовательно, все дефекты, которые получаются из-за ишемии миокарда на первичных снимках, не сохраняются на отсроченных (вследствие этого они носят название «обратимые» дефекты). В то же время снимки инфарктного или рубцового миокарда останутся и на повторных снимках как «холодные» пятна. Следует заметить, что некоторые сегменты миокарда, в которых постоянно наблюдаются Т1-201 дефекты как при первичных, так и при повторных снимках, иногда могут быть ложным образом охарактеризованы как нежизнеспособные, рубцовые ткани. Иногда эти области представляют собой ишемические, несокращающиеся, но метаболически активные области, у которых есть возможность вернуться к нормальной деятельности при восстановлении кровотока. Например, речь может идти о «спящем» миокарде, с пониженной сократительной функцией из-за хронического
84 Глава 3 дефицита кровотока через коронарную артерию. Такие жизнеспособные зоны могут быть отдифференцированы от необратимо измененных областей миокарда путем повторного получения изображения после введения дополнительной дозы таллия-201 пациенту в состоянии покоя. В этом случае доля поглощаемого жизнеспособными тканями таллия-201 увеличивается (рис. 3.18). Рис. 3.18. Оценка жизнеспособности миокарда с помощью таллия-201. Снимки сделаны во время нагрузки (верхний снимок), почти сразу после повторной инъекции таллия (снимок посередине), и через четыре часа после повторной инъекции, т. е. в покое (нижний снимок). Левая и правая стороны томографических снимков сделаны соответственно посередине и у основания желудочка. Верхний ряд снимков (сделанных во время нагрузки) показывает снижение перфузии боковой стенки (стрелки). Снимки, сделанные после повторной инъекции сразу после нагрузки (средний ряд) и после длительного отдыха (нижний ряд), показывают усиление поглощение таллия в латеральной стенке (но не полностью нормальное). Заметим, что дефект, отображенный на верхнем снимке, стал значительно меньше, но все же сохраняется. Это говорит о том, что часть боковой стенки замещена рубцом, но в соседних участках есть зона обратимой ишемии. (С любезного разрешения Finn Mannting, MD, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA)
Методы визуализация и катетеризация сердца 85 MIBI, меченный Тс-99т, представляет собой крупную липофильную молекулу, которая, как и таллий, абсорбируется миокардом пропорционально величине кровотока. Механизм поглощения отличается тем, что поглощаемый комплекс проходит сквозь мембрану миоцита пассивно, под воздействием отрицательного потенциала мембраны. Попав внутрь клетки, он накапливается в митохондриях под влиянием еще более отрицательного потенциала мембран митохондрий. Распределение MIBI в миокарде отображает перфузию в момент инъекции и, в отличие от таллия, это распределение остается постоянным внутри клеток. Следовательно, получение изображений с помощью MIBI может оказаться более удобным: между получением изображения при нагрузке и повторным снимком могут пройти сутки. Возможно также использование однодневного протокола, при котором введение MIBI и регистрация изображения проводят в покое после введения небольшой дозы радиоактивного вещества, а через два часа больному вводят большую дозу MIBI и проводят исследование с физической нагрузкой (рис. 3.19). Исследования при фи- Рис. 3.19. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ): оценка перфузии миокарда с использованием Tc-99m MIBI. Верхняя пара изображений — ОФЭКТ в покое, нижняя пара — то же после нагрузки. Слева — зона верхушки, справа — средняя часть желудочка. Наблюдается однородное распределение радиоактивного изотопа у пациента в состоянии покоя. После физической нагрузки заметно уменьшается поглощение изотопа на верхушке, в перегородке и в передней стенке желудочка (указано стрелками). Речь идет об ишемии средней степени тяжести в зоне, снабжаемой левой передней нисходящей коронарной артерией. (С любезного разрешения Finn Mannting, MD, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA)
86 Глава 3 зических нагрузках как с использованием таллия-201, так и Тс-99т, обладают более высокой чувствительностью и специфичностью (но являются более дорогостоящими), чем стандартные электрокардиографические пробы с нагрузкой для обнаружения транзиторной ишемии миокарда, обусловленной ишемической болезнью сердца. Таким образом, радионуклидные нагрузочные исследования оставляют на тот случай, когда результаты нагрузочной ЭКГ-пробы являются сомнительными или не подлежащими интерпретации из-за предшествующих ЭКГ аномалий. Изображение кровяного бассейна Технеций-99т используется для получения изображения кровотока. Для того чтобы изотоп не выходил за пределы сосудистой системы, он фиксируется на эритроцитах или на альбумине сыворотки человека. После болюсного введения препарата технеция через определенные промежутки регистрируют его распределение по мере прохождения через сердце и магистральные сосуды. Для получения динамической картины кровотока используют последовательные изображения. Изображение кровяного бассейна необходимо для исследования сократительной функции правого и левого желудочков (рис. 3.20). Для определения фракции выброса учитывают разность в радиоактивности в конце диастолы и систолы. Отсюда следует, что измерения в целом не зависят от геометрии желудочка. Вдобавок, изображения при первичном прохождении и синхронизация изображения при помощи электрокардиограммы позволяют идентифицировать аномальные шунты в сердце и сосудах. Оценка степени повреждения тканей после острого инфаркта миокарда Изотопы технеция-99т, присоединенные к пирофосфату, предпочтительным образом связываются с поврежденными или погибшими клетками миокарда и, вследствие этого, дают возможность выявлять зону недавнего инфаркта миокарда в виде ярких или «горячих» пятен. Такое исследование лучше всего проводить в течение 24—72 часов после инфаркта, так как за это время кальций, который связывается с пирофосфатом, оседает в необратимо поврежденных клетках. Через 4—5 дней, по мере образования рубца, кальций реабсорбируется и связывание технеция становится невозможным. Этот метод весьма полезен в случаях, когда обычные методы выявления острого инфаркта миокарда (ЭКГ и сердечные ферменты, как они описаны в главе 7), окажутся неубедительными. Оценка метаболизма миокарда Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) — это метод, который используется для изучения клеточного метаболизма и регионального
Методы визуализация и катетеризация сердца 87 ПАТОЛОГИЯ ФРАКЦИЯ ВЫБРОСА КОНЕЦ ДИАСТОЛЫ КОНЕЦ СИСТОЛЫ ФРАКЦИЯ ВЫБРОСА &у* ф НОРМА Рис. 3.20. Синхронизированные изображения кровяного бассейна в левой передней косой проекции во время диастолы (слева) и во время систолы (справа) у пациента с ишемической кар- диомиопатией (сверху) и у здорового человека (снизу). В верхней части рисунка — у больного ишемической кардиомиопатией наблюдается расширенный левый желудочек (короткие черные стрелки) с глобальным снижением сократимости. Размер правого желудочка (длинные черные стрелки) нормален, но его сократительная функция также снижена. В нижней части рисунка представлено нормальное сокращение правого желудочка (длинные черные стрелки) и левого желудочка (короткие черные стрелки). (С любезного разрешения Jeff Kemp, Faulkner Hospital, Boston, MA) кровотока in vivo. Этот метод основан на использовании метаболитов, меченных испускающими позитроны изотопами (кислорода-15, углерода-11, азота-13 или фтора-18), и чувствительной позитронной камеры для обнаружения меченного изотопом объекта. Для изучения потребления глюкозы тканями миокарда используется фтор-18; он замещает водород в 2-деоксиглюкозе, образуя фтор-18-деоксиглюкозу, известную как 18ФДГ. Эта субстанция конкурирует с глюкозой в процессе транспортировки к миоцитам и последующего фосфорилирования. В отличие от глюкозы, 18ФДГ не подвергается дальнейшему расщеплению и остается в клетке.
88 Глава 3 При нормальном метаболизме миокарда глюкоза обеспечивает только 20% вклада в произведенную энергию, в то время как свободные жирные кислоты дают остальные 80%. Тем не менее, в условиях ишемии миокарда доля глюкозы в процессе метаболизма растет, и чем более ткань миокарда подвержена ишемии, тем больше она потребляет глюкозы. Таким образом, поглощение 18ФДГ позволяет выявить ишемизированную, но жизнеспособную ткань. Для отображения потока крови используют аммиак, меченный азотом-13, который является аналогом калия. При использовании этого изотопа вместе с 18ФДГ для оценки регионального кровотока и поглощения глюкозы, ПЭТ-сканирование помогает отличить рубцовую ткань от жизнеспособной («спящие» миоциты). В рубцовой ткани наблюдается уменьшение кровотока в поврежденной области поглощения 18ФДГ. Напротив, при «спящем» миокарде наблюдается сниженный кровоток, но нормальное или даже повышенное поглощение 18ФДГ. ПЭТ-изображения ограничены малым сроком полураспада изотопа и требуют дорогостоящего оборудования. Таблица 3.5 суммирует данные радиоизотопных методов исследования при распространенных заболеваниях сердца. Таблица 3.5. Изотопные исследования при сердечно-сосудистых заболеваниях Ишемия миокарда: Повторная инъекция Т1-201 после нагрузочной пробы Исследование с помощью Се- стамиби в состоянии покоя и после нагрузки ПЭТ (аммиак, меченный азотом- 13/18ФДГ) Инфаркт миокарда: Повторная инъекция Т1-201 после нагрузки Исследование с помощью Се- стамиби в состоянии покоя и после нагрузки ПЭТ (аммиак, меченный азотом-13/18ФДГ) «Спящий» миокард: Отсроченный снимок в состоянии покоя с Т1-201 ПЭТ (аммиак, меченный азо- том-13/18ФДГ) • Снижение поглощения после нагрузки; полное или частичное усиление поглощения изотопа при отсроченных или повторных его введениях • Нормальное поглощение в состоянии покоя, уменьшенное поглощение после нагрузки • Уменьшенный кровоток наряду с нормальным или увеличенным поглощением 18ФДГ после нагрузки • Малое поглощение изотопа при нагрузке и малое поглощение после повторной инъекции изотопа • Малое поглощение как в изображениях, сделанных в состоянии покоя, так и после нагрузки ( • Уменьшенный кровоток наряду с уменьшенным поглощением 18ФДГ в состоянии покоя • Полное или частичное заполнение дефектов после повторной инъекции • Уменьшенный кровоток наряду с увеличен- ным поглощением 18ФДГ в состоянии покоя
Методы визуализация и катетеризация сердца 89 Оценка функции желудочка: Изображение кровяного бас- • Оценка глобальной функции правого и левого сейна после введения Тс-99т, желудочка как в состоянии покоя, так и после инкорпорированного в эрит- нагрузки роциты крови • Регионарная сократимость миокарда КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ Компьютерная томография (КТ) использует рентгеновские лучи для получения изображения сердца в различных плоскостях. Стандартные методы КТ особенно удобны для оценки заболеваний перикарда и аорты (рис. 3.21). КТ позволяет выявить осумкованную жидкость в полости перикарда, не всегда обнаруживаемую при эхокардиографии. Этот метод исследования удобен при диагностике аневризм аорты и ее расслоения; он может быть использован для обследования больных, которые ранее подвергались хирургическим вмешательствам по поводу этих заболеваний. С помощью новейших модификаций КТ делаются попытки преодолеть влияние движения сердца на четкость изображения отдельных сердечных структур. Рис. 3.21. КТ органов брюшной полости у больного с расслаивающей аневризмой аорты. При введении контраста выделяет лоскут интимы, разделяющий контрастированные истинный и ложный просветы нисходящей аорты (черные стрелки). Белая стрелка указывает на тромб внутри аорты. П — печень, С — селезенка, белые стрелочные головки, ножки диафрагмы
90 Глава 3 МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ (МРТ) В основе метода лежит использование мощного магнитного поля для получения детальных изображений внутренних структур. МРТ предоставляет возможность чрезвычайно четкого изображения мягких тканей, в том числе сосудов и сердечных камер (рис. 3.22). Поэтому она может использоваться при множестве сердечно-сосудистых заболеваний. Так как МРТ позволяет получать томографические снимки в любой плоскости без ионизированных радиоактивных изотопов, область применения Рис. 3.22. Поперечные MP-изображения сердца во время диастолы (А) и систолы (Б) у здорового человека. Четко различаются левый желудочек (ЛЖ), правый желудочек (ПЖ), левое предсердие (ЛП), восходящая часть аорты (ВЧА) и нисходящая часть аорты (НЧА) (С любезного разрешения Warren Manning, MD, Beth Israel Deaconess Hospital, Boston, MA)
Методы визуализация и катетеризация сердца 91 этого неинвазивного метода быстро расширяется. МРТ уже заняла достойное место в диагностике врожденных пороков сердца и заболеваний аорты, включая аневризмы и расслоения. Этот метод также используется для диагностики внутрисосудистых тромбов, опухолей, а также заболеваний перикарда. Последние разработки в области МРТ-изображений позволяют проводить измерение потока крови, а также объема сердечных камер и массы желудочков. Клиническая роль этого метода визуализации сердечно-сосудистой системы определена далеко еще не полностью. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной главе представлен обзор методов катетеризации и визуализации, которые в настоящее время используются для оценки структуры и функции сердца. Многие из этих методов являются дорогостоящими, хотя не превосходят другие методы по информативности. Тем не менее, их адекватное применение облегчает диагностику и лечение сердечно-сосудистых заболеваний. В таблицах 3.1—3.5 приведены наиболее распространенные показания к применению и результаты этих методов. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРА ТУРА Baim D, Grossman W. Cardiac Catheterization, Angiography and Intervention. 5th ed. Baltimore: Williams & Wilkins, 1996. Daniel WG, Mugge A. Medical progress: transesophageal echocardiography. New Engl J Med 1995; 332:1268-1279. Jain D, Zaret BL. Nuclear imaging techniques for the assessment of myocardial viability. Cardiology Clinics 1995; 13:43-56. Nishimura R, Miller FA, Callahan MJ, et al. Doppler echocardiography: theory, instrumentation, technique, and application. Mayo Clin Proc 1985; 60:321—343. Pennell DJ, Underwood R. Magnetic resonance imaging of the heart. Br J Hosp Med 1993; 49:90-95, 98-102. Popp R. Echocardiography. N Engl J Med 1990; 323:101-109, 165-172. Ritchie JL, Bateman TM, Bonow RO, et al. Guidelines for clinical use of cardiac radionuclide imaging. Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Assessment of Diagnostic and Therapeutic Cardiovascular Procedures (Committee on Radionuclide Imaging). J Am Coll Cardiol 1995; 25:521-547. Seward JB, Khanderia BK, Freeman WK, et al. Multiplane transesophageal echocardiography: image orientation, examination technique, anatomic correlations, and clinical applications. Mayo Clinic Proceedings 1993; 68:523-551. Skorton DJ, Schelbert HR;Wolf GL, Brundage BH, eds. Cardiac imaging, a companion to Braunwald's Heart Disease. 2nd ed. Philadelphia: WB Saunders, 1996. Weyman AE. Principles and Practice of Echocardiography. 2nd ed. Baltimore: Williams & Wilkins, 1993. Zaret BL, Wackers FJ. Medical progress: nuclear cardiology. N Eng J Med 1993; 329: 775-783, 855-863. Благодарности. Авторы признательны д-ру Финну Маннтингу (Finn Mannting) за полезные советы, высказанные в процессе подготовки этой главы. В предыдущем издании книги эта глава была написана докторами медицины Деборой Буччино (Deborah Buccino), Альбертом С. Ту (Albert S. Ти) и Патрицией Ч. Коум (Patricia С. Соте).
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА Кайли Лоу, Прайс Керфут и Леонард С. Лилли Электрические измерения — модель отдельной клетки Отведения ЭКГ • Технические рекомендации • Нормальный процесс распространения возбуждения в сердце Интерпретация электрокардиограммы • Калибровка • Сердечный ритм • Частота сердечных сокращений • Интервалы (PR, QRS, ST) • Положение оси QRS • Изменения зубца Р • Изменения комплекса QRS • Изменения сегмента ST и зубца Т
Электрокардиограмма 93 Сократительная функция сердца зависит от упорядоченного потока электрических импульсов через сердце. Электрокардиограмма (ЭКГ) является легко доступной записью активности этих импульсов и предоставляет щедрую информацию о строении сердца и его функции. Эта глава дает обзор электрическим основам ЭКГ здоровых и больных, а также знакомит с основами ее интерпретации. Для более подробного изучения этого метода и использования полученных знаний на практике целесообразно изучить одно из руководств по электрокардиографии, список которых приведен в конце главы. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ - МОДЕЛЬ ОТДЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ Начнем с рассмотрения процесса распространения электрического импульса в изолированной кардиомиоците, как это изображено на рис. 4.1. На правой стороне рисунка вольтметр на миллиметровой бумаге записывает электрическую разность потенциалов на поверхности клетки. В состоянии покоя клетка является поляризованной: вся ее внешняя поверхность заряжена положительно по отношению к внутренней стороне из-за соответствующего распределения ионов внутри клеточной мембраны. В этом состоянии покоя электроды вольтметра, которые расположены на противоположных частях внешней оболочки клетки, не регистрируют никакой электрической активности из-за отсутствия разности потенциалов между ними (поверхность миоцита является однородно заряженной). Процесс возбуждения клетки нарушает это положение равновесия (рис. 4.1 Б). Во время потенциала действия, когда катионы проникают через сарколемму внутрь клетки, полярность потенциала действия меняется на противоположную, так что внешняя поверхность клетки становится заряженной отрицательно по отношению к внутренней, то есть происходит деполяризация. В этот момент между деполяризованной областью (отрицательно заряженная поверхность) и по-прежнему поляризованной областью (положительно заряженная поверхность) возникает электрическая разность потенциалов. В результате возникает электрический ток между этими двумя областями. Традиционно считается, что электрический ток направлен от отрицательно заряженной области к положительно заряженной. Так как в данном примере ток деполяризации распространяется слева направо, то есть к (+) заряженному электроду вольтметра, регистрируется направленное вверх отклонение на графике электрического тока. При распространении волны деполяризации через клетку, дополнительно возникающие электрические силы, направленные в сторону (+) электрода, вызывают еще большее вертикальное отклонение кривой (рис. 4.1В). В полностью деполяризованной клетке (рис. 4.1 Г), вся наружная поверхность заряжена отрицательно, в отличие от исходного состояния. Благодаря гомогенности заряда на поверхности клетки разность потенциалов на электродах снова равна нулю, и регистрируется нейтральная «прямая линия».
94 Глава 4 Рис. 4.1. Деполяризация отдельной клетки миокарда. А. 6 состоянии покоя поверхность клетки является положительно заряженной по отношению к ее внутренней стороне. Вследствие того, что распределение зарядов является однородным, электроды вольтметра, расположенные вне клетки, не регистрируют какую-либо электрическую разность потенциалов (записывается ровная линия). Б. Возбуждение клетки вызывает деполяризацию (затемненная область); внешняя часть деполяризованной области становится отрицательно заряженной по отношению к внутренней. Так как ток деполяризации направлен к положительно заряженному электроду вольтметра, регистрируется отклонение исходной линии вверх. В. Деполяризация распространяется, вызывая все большее отклонение записываемой линии вверх. Г. Клетка стала полностью деполяризованной. Поверхность клетки теперь полностью заряжена отрицательно, а внутренняя поверхность — положительно. Вследствие того, что распределение зарядов снова однородно, ЭКГ вновь вернулась к изолинии. Д. Обращаем внимание, что если поменять положение электродов вольтметра на противоположное, то волна деполяризации будет распространяться от положительного (+) электрода, и зубец ЭКГ будет направлен вниз Заметим, что на рис. 4.1 Д, если поменять расположение электродов вольтметра таким образом, что (+) электрод будет расположен слева от клетки, то при распространении волны деполяризации в правую сторону ее направление будет уходить от (+) электрода и регистрируемый зубец будет направлен вниз.
Электрокардиограмма 95 Деполяризация клетки вызывает сокращение сердечной мышцы и затем сопровождается процессом реполяризации, в течение которого восстанавливается исходный заряд клетки, то есть клетка вновь оказывается в состоянии покоя (рис. 4.2). Реполяризация левой половины клетки приводит к тому, что заряд ее поверхности снова становится положительным. Вследствие этого, ток направлен от отрицательно заряженной поверхности в сторону положительной. Так как ток направлен в сторону от (+) электрода вольтметра, то регистрируется зубец, направленный вниз, обратный зубцу, отмеченному в процессе деполяризации. Процесс реполяризации является более медленным, чем процесс деполяризации, так [....... ...... JIJIJIJhhIJ^ + i + ----- И Область деполяризации П Область реполяризации Рис. 4.2. Последовательность реполяризации клетки миокарда. А. В начале процесса реполяризации на поверхности клетки снова появляются положительные заряды, и ток направлен от отрицательно заряженных областей поверхности к области, где происходит реполяризация. Так как ток направлен в сторону от (+) электрода, вольтметром будет регистрироваться зубец, направленный вниз. Б. Реполяризация продолжается. В. Процесс реполяризации завершен и распределение зарядов на внешней поверхности клетки снова является однородным, так что разность потенциалов между электродами равна нулю, и ЭКГ возвращается к ровной линии. Г. У человека процесс реполяризации протекает в направлении, обратном процессу деполяризации (в данном примере это будет справа налево, и волна реполяризации будет направлена вверх). Таким образом, направления деполяризации и реполяризации в нормальном, не поврежденном сердце совпадают. Следует отметить, что волна реполяризации имеет меньшую амплитуду и большую продолжительность, чем волна деполяризации
96 Глава 4 что регистрируемый зубец обладает меньшей амплитудой и большей протяженностью. После того, как клетка вернулась к состоянию покоя, распределение зарядов на поверхности снова стало однородным, и разность потенциалов между электродами снова вернулась к нулю, что отображается в виде изолинии на графике (рис. 4.2В). В норме реполяризация протекает в направлении, обратном деполяризации, начинаясь в той области, которая деполяризовалась последней (причина этого неизвестна). Таким образом, зубец реполяризации обычно направлен в обратную сторону. То есть ток реполяризации (поток зарядов от отрицательно заряженной области к положительно заряженной) на рис. 4.2 будет направлен в сторону (+) электрода и выразится через зубец, направленный вверх в записи показаний прибора. Следовательно, у здорового человека реполяризационные и деполяризационные токи обычно имеют одно направление при регистрации ЭКГ (рис. 4.2Г). Мы рассмотрели деполяризацию и реполяризацию изолированной клетки миокарда. Поскольку волна деполяризации быстро распространяется через все сердце, электрические силы генерируются каждой клеткой, и сумма этих сил регистрируется на поверхности кожи с помощью электрокардиографа. Направление и величина отклонений, регистрируемых прибором, зависят от того, как эти силы направлены относительно набора специальных эталонных осей, известных как отведения ЭКГ. ОТВЕДЕНИЯ ЭКГ Когда ЭКГ была только изобретена, для получения ее записи руки и ноги пациента опускались в большие емкости с раствором электролита, которые были подключены к регистрирующему прибору. Как можно себе представить, процесс записи был достаточно сложным и, к счастью, он более не используется. Вместо этого электроды располагаются непосредственно на поверхности кожи пациента, как это показано на рис. 4.3. Электрод, расположенный на правой ноге, не используется для регистрации ЭКГ; он выполняет функцию «заземления». Полная запись ЭКГ осуществляется путем регистрации электрических сил между стандартными положениями электродов на поверхности кожи. На рис. 4.4 изображены шесть стандартных эталонных осей (называемых отведениями ЭКГ), образованных с помощью электродов, которые составлены по электрической записи показаний на руках и левой ноге. ЭКГ-аппарат записывает отведение aVR, принимая электрод, установленный на правой руке, за (+) полюс по отношению ко всем остальным электродам. Это отведение называется однополярным (униполярным), так как отсутствует одиночный (-) полюс; вместо этого, все оставшиеся электроды усредняются для образования совместного (-) отведения. Когда электрическая активность сердца направлена в сторону правой руки, то в отведении aVR записывается положительный зубец. Однако когда электрические силы направлены в обратную сторону от правой руки, ЭКГ регистрирует зубец, направленный вниз (отрицательный зубец) в отведении aVR.
Электрокардиограмма 97 Рис. 4.3. А. Стандартные позиции ЭКГ-электродов. Б. Расположение грудных электродов Похожим образом записывается отведение aVF, при котором электрод, установленный на левой ноге, принимается за положительный полюс. Электрические силы, направленные в сторону ног, обусловливают появление положительного зубца ЭКГ. В отведении aVL положительным полюсом считают электрод на левой руке. Если электрические силы направлены в эту сторону, регистрируется положительный зубец. Дополнительно к трем униполярным отведениям производится запись трех биполярных отведений, которые также входят в стандартную схему записи ЭКГ (рис. 4.4). Биполярный означает, что один электрод является (+) полюсом, а другой одиночный электрод (-) является референтным. В этом случае ЭКГ-прибор записывает положительный зубец (направленный вверх), если электрические силы направлены в сторону (+) электрода, и отрицательный зубец (направленный вниз), если они направлены в сторону (-) электрода. Существует простое мнемоническое правило для запоминания расположения биполярных отведений: номер отведения соответствует количеству букв «1» в местах расположения электродов. Например, отведение I соединяет левую руку (left arm) с правой, отведение II соединяет правую руку и левую ногу (left leg), отведение III соединяет левую руку (left агт)и левую ногу (left leg). Таблица 4.1 иллюстрирует шесть отведений. Таблица 4.1. Отведения (конечности) Биполярные отведения I II III (+) электрод ЛР лн лн (-) электрод ПР ПР ЛР Продолжение таблицы на следующей странице
98 Глава 4 Однополярные отведения aVR aVL aVF (+) электрод ПР ЛР лн (-) электрод * * * ЛР — левая рука; ЛН — левая нога; ПР — правая рука; * — (-) электрод составляется из усреднения действия всех остальных Униполярные отведения Биполярные отведения Рис. 4.4. Шесть отведений ЭКГ от конечностей. Каждое униполярное отведение имеет (+) обозначенный электрод (для однополярных отведений отрицательный полюс образуется путем усреднения действия других электродов). Каждое биполярное отведение имеет положительный и отрицательный электрод При сложении шести отведений вместе образуется референтная система (рис. 4.5). На этом рисунке каждое отведение представлено (+) полюсом, обозначенным стрелкой, и (-) полюсом, обозначенным пунктиром.
Электрокардиограмма 99 -90° Рис. 4.5. Система координат, образованная стандартными отведениями ЭКТ. Каждое отведение имеет положительно (+) заряженную область, обозначенную стрелкой, и отрицательно (-) заряженную область, обозначенную пунктиром +180' +150' (+) и (-) полюсы шести стандартных отведений ЭКГ делят плоскость на 30°-градусные сектора. За 0° выбрано направление положительного вектора I отведения. Отсчет углов принято производить по часовой стрелке на +30°, на +60°, и т. д. (Этот принцип измерения раздражает математиков, но он является традиционным.) Полная запись ЭКГ предоставляет мгновенный «снимок» электрической активности сердца. Рис. 4.6 показывает как величина и направление электрической активности отображаются с помощью ЭКГ-кривой в каждом из отведений. Имеет смысл вникнуть в суть рис. 4.6 до тех пор, пока следующие четыре утверждения не станут очевидными. 1. Электрическая сила, направленная к (+) полюсу отведения, вызывает направленный вверх зубец ЭКГ-записи. 2. Силы, направленные в обратную сторону от (+) электрода, вызывают зубец, направленный вниз 3. Размер положительного или отрицательного зубца показывает насколько вектор электрической силы параллелен оси данного отведения. Чем более вектор параллелен, тем больше размер зубца. 4. Вектор электрической силы, перпендикулярный данному отведению, не отображает никакой активности, (как результат, на ЭКГ будет записана «прямая линия»). Шесть стандартных отведений отражают электрические силы во фронтальной плоскости тела. Ввиду того, что электрическая активность распространяется в трех измерениях, необходима также запись ЭКГ в перпендикулярной плоскости (рис. 4.7А). Это достигается путем использования шести электродов, располагаемых на передней и левой боковой стороне грудной клетки, образующих грудные отведения. Расположение этих отведений относительно сердца показано на рис. 4.7Б. Эти отведения являются униполярными. Электрические силы, которые направлены в сторону этих изолированных электродов, образуют зубец, направленный вверх. Силы, направленные от (+) полюса, образуют зубец, направленный вниз.
100 Глава 4 Отведение 1 И rri-i-i-i-ii + Ti ггптттт ггтинт1 ггтттт Е833НН lJLi.LLLL.U_J J Н Отведение 1 -(+) (•(■MiHil'tt гггпин-Н гггтптт ггтппт ггггппит; гггттпт{ rrmmTTJ ггтппт зш| ЭКГ Отведение 1 Отведение 1 -(+) l-1-M-Hiftti ггм-пн-гт^ ГГП11ПТТ ггтппт ЕВ83ЭЗШ LLUJJJJ ггп-пнт тт ггппптт rrmniTT LLUJJJ lli.LLLl.UjJ rnmiTT ЭКГ ггт-ЛИтт* ггтппт ггппптт ггггтит СССОЭЗЛЗТ., LL.UJJJJ_._4 ll-LLLLUJj Рис. 4.6. Связь амплитуды и направления электрической активности с ЭКГ-картиной. А. Электрический вектор параллелен отведению I и направлен в сторону (+) электрода; поэтому регистрируется высокий зубец, направленный вверх. Б. Вектор по-прежнему направлен в сторону (+) области отведения I, но не параллелен ему, поэтому в отведении регистрируется только часть его амплитуды. Записываемый зубец по-прежнему направлен вверх, но его высота меньше, чем в случае А. В. Электрический вектор перпендикулярен отведению I, зубца на ЭКГ нет. Г. Вектор направлен в (-) область отведения I, так что наблюдается зубец, направленный вниз Левый желудочек (ЛЖ) Правый желудочек (ПЖ) Рис. 4.7. Грудные отведения. А. Поперечное сечение грудной клетки. Б. Позиции шести грудных электродов
Электрокардиограмма 101 Полная стандартная электрокардиограмма состоит из шести отведений от конечностей и шести грудных отведений. Их примеры приведены ниже. НОРМАЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ В СЕРДЦЕ Проведение возбуждения в сердце является упорядоченным процессом. В норме электрический импульс возникает в синоатриальном узле, расположенном у места впадения в правое предсердие верхней полой вены (рис. 4.8). Волна деполяризации быстро распространяется через правое и левое предсердия, достигая АВ-узла, где происходит ее значительная задержка. Затем импульс быстро распространяется через пучок Гиса и проходит по правой и левой ножкам пучка Гиса. Они разветвляются на волокна Пуркинье, по которым импульс расходится к волокнам миокарда, вызывая их сокращение. Синоатриальный узел (СА) Атриовентрикулярный узел (АВ) Пучок Гиса И Правая ножка пучка Гиса Левая ножка пучка Гиса (задняя ветвь) Левая ножка пучка Гиса (передняя ветвь) Комплекс QRS Зубец Р 12 3 4 Рис. 4.8. Проводящие пути сердца. А. Электрический импульс начинается в синоатриальном узле (1), затем он пересекает предсердие (2). После задержки в предсердно-желудочковом узле (3) импульс проходит через пучок Гиса и далее в правую и левую ножки пучка Гиса (4). Последние разделяются на волокна Пуркинье, которые стимулируют сокращение клеток миокарда. Б. Соответствующие этому процессу записи сигнала ЭКГ: (1) синоатриальный узел разряжается (заряд лишком мал, чтобы образовать зубец на ЭКГ); (2) зубец Р вызван деполя- ризацей предсердия; (3) задержка в атриовентрикулярном узле; (4) деполяризация желудочка приводит к образованию комплекса QRS. Зубец Т отражает реполяризацию желудочка
102 Глава 4 Каждое сердечное сокращение представлено на ЭКГ тремя основными зубцами, которые регистрируют последовательность прохождения электрического импульса через сердце (рис. 4.8). Зубец Р отвечает за деполяризацию предсердия. За зубцом Р регистрируется изолиния из-за задержки импульса в атриовентрикулярном узле. Второй зубец ЭКГ, так называемый комплекс QRS, отражает деполяризацию кардиомиоцитов желудочков. После комплекса QRS ЭКГ вновь возвращается на изолинию, и после небольшой задержки появляется зубец Т, сигнализирующий о реполяризации клеток миокарда желудочка. В некоторых случаях зубец Т может сопровождаться дополнительным малым зубцом (зубец U). Существует мнение, что этот зубец соответствует поздним фазам реполяризации желудочка. Комплекс QRS имеет разнообразную форму, но он всегда может быть разложен на отдельные компоненты (рис. 4.9). Если первый зубец комплекса QRS направлен вниз, то он называется зубцом Q. Если начальный зубец направлен вверх, то соответствующий комплекс не имеет зубца Q и первый зубец, направленный вверх, называется R-зубцом независимо от того, присутствует ли зубец Q или нет. Любой зубец, следующий за зубцом R, направленный вниз, называется зубцом S. На рис. 4.9 представлены некоторые разновидности комплекса QRS. В определенных патологических случаях, таких как блокада ножек пучка Гиса,. могут появиться дополнительные отклонения. Пожалуйста, изучите рис. 4.9, чтобы уверенно отличать зубец Q от зубца S. Давайте теперь проследим за ходом нормальной деполяризации желудочка и рассмотрим, как он выглядит в отведениях aVF и aVL (рис. 4.10). В состоянии покоя поверхность клетки миокарда является положительно заряженной по отношению к внутренней части, и ЭКГ-отведения регистрируют нулевую разность потенциалов (так как все действующие силы скомпенсированы). R 1 R \ R 1 т R S А Б В Г Д Рис. 4.9. Образцы комплексов QRS. А. Первый зубец направлен вниз (зубец Q), за ним следует зубец, направленный вверх (зубец R), затем снова зубец, направленный вниз (зубец S). Б. Так как первый зубец направлен вверх, комплекс не имеет зубца Q, за зубцом R следует зубец S. В. Комплекс QRS без отрицательных зубцов; комплекс представлен только зубцом R. Г. В комплексе QRS есть только зубец, направленный вниз, это зубец Q, и образованный таким образом комплекс часто называют комплексом QS. Д. Второй положительный зубец (наблюдаемый в случае блокады ножек пучка Гиса) обозначается как R'
Электрокардиограмма 103 Рис. 4.10. Нормальная желудочковая деполяризация в отведениях aVF и aVL. А. В состоянии покоя поверхность является однородно заряженной, так что отведения не регистрируют никакой разности потенциалов. Б. Первая область, с которой начинается деполяризация — это левая часть межжелудочковой перегородки. В результате возникает электрическая сила, направленная от aVL (направленный вниз зубец в отведении aViJ, но в сторону (+) области aVp, так что в этом отведении регистрируется зубец, направленный вверх. В и Г. Деполяризация продолжается; силы, действующие от более толстостенного левого желудочка, превосходят по величине силы, действующие со стороны правого желудочка. Поэтому электрический вектор направлен назад, в сторону aVL (зубец вверх), и противоположно направлен от aVp. Д. Когда процесс деполяризации завершен, поверхность снова заряжена однородно и дальнейшего изменения в напряжении более не наблюдается (ЭКГ на изолинии)
104 Глава 4 Область миокарда, которая начинает деполяризоваться первой — это средняя часть внутрижелудочковой перегородки, с ее левой стороны. Из-за того, что деполяризация меняет знак клеточного заряда на обратный, поверхность данной области становится отрицательно заряженной по сравнению с внутренней стороной, и возникает электрический ток (см. стрелку). Начальный вектор силы направлен в сторону правого желудочка. Так как сила направлена в сторону от (+) полюса отведения aVL, первый регистрируемый в данном ЭКГ-отведении зубец направлен вниз. В то же время, силы направлены в сторону к (+) полюсу области отведения aVF, так что первый регистрируемый в данном ЭКГ-отведении зубец направлен вверх. При распространении волны реполяризации через миокард последовательность результирующих электрических зарядов указана серией стрелок на рис. 4.10. В то время, когда боковые стенки желудочка деполяризированы, силы, действующие от более толстой левой стороны, начинают превосходить силы, действующие справа. Таким образом, результирующий вектор силы отклоняется в сторону левого желудочка (влево и назад). К концу процесса деполяризации электрическая сила исчезает, и ЭКГ возвращается на изолинию в обоих отведениях. Таким образом, во взятом в качестве примера нормальном сердце в отведении aVL сперва регистрируется малый зубец Q, сопровождаемый высоким зубцом R, в то время как в отведении aVF сперва регистрируется направленный вверх зубец R, а за ним идет направленный вниз зубец S. Мы также можем зарегистрировать последовательность деполяризации в поперечной плоскости с помощью шести грудных отведений (рис. 4.11). Снова заметим, что первой областью, которая начинает деполяризироваться, является левая сторона внутрижелудочковой перегородки. Деполяризация продолжается, начиная с середины желудочковой перегородки в сторону расположенного спереди правого желудочка, затем в сторону верхушки сердца, а затем по боковым сторонам обоих желудочков. Так как начальный вектор тока направлен вперед — то есть в сторону (+) полюса отведения Vj — регистрируемый первым зубец в этом отведении будет направлен вверх. Так как тот же начальный вектор направлен в сторону от V6, то в этом отведении первый регистрируемый зубец будет направлен вниз. При распространении волны деполяризации электрические силы левого желудочка превосходят силы правого, вектор силы отклоняется кзади, в сторону мышцы левого желудочка. Так как он направлен от Vj, то зубец, зарегистрированный в данном отведении, будет направлен вниз, в то время как в отведении V6 высота положительного зубца еще более возрастает. Отведения с V2 до V5 регистрируют промежуточные звенья этого процесса, так что зубец R становится заметно выше при продвижении от Vx к V6 (рис. 4.11Д). Обычно высота R-зуб- ца становится выше, чем глубина зубца S в отведении V3 или V4; отведение, в котором наблюдается это явление, называется «переходной зоной». Нормальная ЭКГ, снятая в 12 отведениях, показана в конце главы (рис. 4.27).
Электрокардиограмма 105 Рис. 4.11. Последовательность деполяризации, отображаемая грудными (предсердными) отведениями. А—Г. Деполяризация начинается с левой стороны перегородки, ее вектор направлен назад, в сторону левого желудочка. Таким образом, в Vb которое является передним отведением, вначале регистрируется направленный вверх зубец, за которым следует зубец, направленный вниз, в то время как в расположенном сзади отведении W6 регистрируется обратная ситуация. Д. Пример нормального комплекса QRS от V} до V6,: зубец R становится заметно выше, а зубец S менее глубоким
106 Глава 4 Технические рекомендации Бумага для регистрации ЭКГ разделена линиями с промежутком 1 мм, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Каждая пятая линия сделана более жирной для облегчения измерений. По вертикальной оси откладывается измеряемая разность потенциалов в милливольтах (мВ), и в стандартном случае каждый миллиметр бумаги соответствует 0,1 мВ. По горизонтальной оси откладывается время. Так как стандартная скорость движения бумаги составляет 25 мм в секунду, то каждый миллиметр отображает временной интервал длительностью в 0,04 с, а расстояние между жирными линиями — соответствует 0,2 с (рис. 4.12). Скорость протяжки: 25 мм/с ► — — 1 if 1 1 1 III I —i—тт"~|—»"■- 1 1 1 1 —+—1—1—+— —т—,—,—т— 1 III I 1 Xl_l 1 i i Г i 1 till —1—-t-f—1—t— ■■•■■P^t ^и till till till —1—+—J—1— till till 1 1 1 1 1 1 1 1 ! ! ! ! Ifi ! 1 ! ! i IT —t-Чг—!-—!--<—r-i-—-*1- l | l l l j '—ITT — 1 r~ 1 ' 1 1 1 111 ! ! •-4Ц-Ц-. -4444- i' ■ i i'lli i 1 II 1 1 'ill1 ~HiTi~!~' i ■ 11 —11111—i— i 1 Mi ■ i i —!-W4l-4— ■■MJi Шшштшт i ' i fl i QRS •—i—i—r—rr- IIII1 ._U-UL I I ! II •—i—i—r—it- . 1 1 — X l-L. 1 1 1 i —s—:—f—i+- i * i i —i—j—^—f_j_. {у"\ТГ ШВГ 1 1 ^Я^и 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 —i—i—-i—a— i i i i iiii —j—|—|—«r_. 1 1—т—1 1 1 X 1 »—H— + 1 1 1 X U_. —t—1—+—1— IIII IIII IIII —i—i—-i—S— iiii iiii _ _ j i j u ш t,, —f—i—4—1— —Г-1—7 — i X_l X 1 —*--M—\—\— —xJ-l—x—i— —-t-J-1—\—\— lilt -fl-l-4-Ь- M \f 1 1 IIII IIII "t-+-M-- IIII IIII 5 мм = 0,5 мВ (1 мм = 0,1 мВ) 5 mm = 0,2 секунды (1 мм = 1 малому делению = 0,04 секунды) Рис. 4.12. Увеличенный вид ЭКГ-записи. Скорость протяжки бумаги 25 мм/с, так, что каждый миллиметр горизонтальной шкалы соответствует 0,04 с. Каждый миллиметр вертикальной шкалы соответствует 0,1 милливольту. Измеряемые интервалы таковы: интервал PR (от начала зубца Р до начала комплекса QRS) = 4 малых деления = 0,16 с; длительность комплекса QRS (от начала комплекса QRS до его конца) = 1,75 малых деления = 0,07 с; интервал QT (от начала комплекса QRS до конца зубцов Т) = 8 малых делений = 0,32 с. Корригиро- QT ванный QT = ! Так как R — R равен 15 малым делениям (0,6 с), то корригированный Vr-r QT=°a=0.41 Дб ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ В диагностическом отношении многие сердечные заболевания вносят важные изменения в морфологию ЭКГ. Чтобы не пропустить эти отклонения, требуется стандартный подход к оценке ЭКГ. Ниже приведен традиционный алгоритм анализа ЭКГ:
Электрокардиограмма 107 1. Оценка вольтажа путем калибровки. 2. Оценка сердечного ритма. 3. Оценка частоты сердечных сокращений. 4. Изменение интервалов (PR, QRS, ST). 5. Определение положения оси сердца QRS. 6. Оценка изменений зубца Р. 7. Оценка изменений комплекса QRS (гипертрофия, блокада ножек пучка Гиса, инфаркт). 8. Выявление изменений сегмента ST и зубца Т. Калибровка Для проверки правильности калибровки ЭКГ-аппараты обычно выдают вертикальный сигнал величиной 1 мВ в начале или конце записи 12-ти отведений. В норме каждое 1-милиметровое деление соответствует 0,1 мВ, так что калибровочный сигнал занимает 10 мм (см. рис. 4.27). Однако у некоторых больных (например, при гипертрофии левого желудочка или блокаде ножки пучка Гиса) очень большие зубцы комплекса QRS не умещаются на ЭКГ, Для упрощения интерпретации в подобном случае запись специально производится на половинном уровне от стандартного напряжения. При этом одно деление (1 мм) будет соответствовать не 0,1 мВ, а 0,2 мВ, а высота калибровочного сигнала будет равна не 10 мм, а 5 мм. Калибровка ЭКГ-сигнала очень важна для правильной идентификации соответствующих изменений ЭКГ. Сердечный ритм В норме регистрируется синусовый ритм. Его характеристики следующие: 1) каждый зубец Р сопровождается комплексом QRS, 2) каждый комплекс QRS имеет перед собой зубец Р, 3) зубец Р направлен вверх в отведениях I, II и III, и 4) интервал PR длится более 0,12 с (три маленьких деления). При частоте сердечных сокращений от 60 до 100 ударов/мин говорят о нормальном синусовом ритме. Если ЧСС меньше, чем 60 ударов/мин, то это синусовая брадикардия, а при ЧСС больше 100 ударов/мин говорят о синусовой тахикардии. Другие аномальные ритмы (называемые «аритмии» или «дисритмии») обсуждаются в главах 11 и 12. Частота сердечных сокращений (ЧСС) Стандартная скорость протяжки ЭКГ-бумаги составляет 25 мм/с. Следовательно, тт „ , , ч 25 мм/с х 60 с/мин Число сердечных сокращении (ударов/мин) = - - , мм/ударов
108 Глава 4 или проще: Число сердечных сокращений = 1500 кол - во малых делений между двумя последовательными комплексами QRS Тем не менее, может быть применен еще более быстрый метод. Просто отсчитайте число больших делений между соседними комплексами QRS, используя последовательность: 300 — 150 — 100 — 75 — 60 —50, которая соответствует значению числа сердечных сокращений в ударах/мин (см. рис. 4.13). | Способ i| Стандартная скорость протяжки = 25 мм/с. Таким образом, надо подсчитать число миллиметров между двумя комплексами QRS (т. е. между двумя «ударами»). Тогда: (25 мм/с х 60 с/мин) 1500 ЧСС (ударов/мин) = -— расстояние в мм между двумя ударами Мм/число ударов На этой полоске, например, расстояние между двумя первыми ударами равно 23 мм 23 мм между ударами Таким образом, ритм сердца равен J 500 23 = 65 ударов в минуту Способ 1 особенно удобен для подсчета частого ритма сердца (>100 уд/мин). [Способ 2| «Отсчетный» метод требует запоминания следующей последовательности: 300 - 150 - 100 -75-60-50 В данном примере сосчитайте число больших делений между двумя соседним^ ударами: Начинайте отсюда v. 300 150 100 75 60 Т У Т Т Т \Ш: Ш 2|Ж^?Й8,!5!!4!?^ (й^!|вЯ|Я!Г?4^^?8Ш9^'15Кви ^:^^^^|^^:|Jм^^^l^:4^hfИaaш> Второй QRS проявляется в интервале 75-60 ударов/мин; следовательно значение ритма также лежит в данном интервале, примерно посередине * 67 ударов/мин. Информация о том, что значение ритма сердца лежит в интервале 60-70 ударов/мин, конечно, является достаточной Рис. 4.13. Способы расчета ЧСС
Электрокардиограмма юЛ* Способ 3 ЭКГ-бумага обычно имеет временные маркеры, разделенные интервалом в 3 секунды, расположенные сверху или снизу ленты: Map ЕЗ £ & Ё ZC ** кер ^ :»:1 « i # •vfsT W: Р? '»': ^ 1 til Ж Л *'!*: ji-i Я •:'«.' Р 1 S! 3 секу» .Л: fe'tt Ш ks ■щ > Маркер '.&. & щ 3 J •r.v:. IS 'Vl y& ■h- & -ft/ i.!i! #:• ?••;•'• fSB .<v.vi. *** Ш m I № Ш. Щ Ш ЩМ ■ж It .:£} 4U Ш щ « W l'.';.'. m ••?: 1 l Й Для расчета числа сердечных сокращений надо подсчитать количество комплексов QRS между двумя маркерами, лежащими в 3-х секундном интервале (в данном примере = 6), и умножить получившееся число на 20. Таким образом, значение ритма сердца в данном случае равно 120 ударов/мин. Иногда проще (и более точно) подсчитать число комплексов между первым и третьим маркером (т. е. в 6-ти секундном интервале) и, для получения числа сердечных сокращений, умножить это число на 10. Способ 3 особенно удобен для получения значений нерегулярного пульса. Рис. 4.13. (продолжение) Когда пульс не является регулярным, то частота пульса вычисляется с помощью временных маркеров, разделенных 3-х секундным интервалом и расположенных вверху ЭКГ (рис. 4.13, способ 3). Интервалы (PR, QRS, ST) Интервалы PR, QT и длительность QRS измеряются в стандартных отведениях (рис. 4.12). Для каждого из этих интервалов надо выбрать из всех отведений ЭКГ такое, в котором длительность этого интервала максимальна. PR-интервал измеряют от начала зубца Р до начала комплекса QRS. QRS-интервал — это ширина комплекса QRS, а фаницами интервала QT служат начало QRS и конец зубца Т. Нормальная продолжительность интервалов приведена в таблице 4.2. Там же перечислены патологические состояния, приводящие к изменению продолжительности этих интервалов. Таблица 4.2. Интервалы на ЭКГ Интервал Нормальная длительность Укорочение при: Удлинение при: PR 0,12-0,15 с (3-5 малых делений) • синдроме преждевременного возбуждения желудочков • узловом ритме • AV-блокаде степени первой Продолжение таблицы на следующей странице
по Глава 4 Интервал Нормальная длительность Укорочение при: Удлинение при: QRS < 0,10 с (<2,5 малых делений) QT Корригированный QTa < 0,44 с • гиперкальциемии • тахикардии блокаде ножек пучка Гиса экстрасистолах токсических эффектах лекарственных средств (например, хинидина) выраженной ги- перкалемии гипокальциемии гипокалемии (Т QU интервала за счет Т U волны) гипомагнезиемии ишемии миокарда врожденном синдроме удлиненного QT токсических эффектах лекарственных средств (например, хинидина) корригированный QT = QT VR - R Так как длительность интервала QT меняется с изменениями ЧСС (чем выше ЧСС, тем короче QT), то используется «корригированный» QT, который получается путем деления измеренного значения QT на квадратный корень из величины интервала R - R (см. пример на рис. 4.12). Когда значение ритма лежит в нормальных пределах (от 60 до 100 ударов/мин), то справедливо следующее правило: если интервал QT на глаз меньше, чем половина интервала между двумя соседними комплексами QRS, то длительность интервала QT лежит в нормальных пределах. Положение оси QRS Средняя электрическая ось QRS представляет собой суммарный вектор сил, возникающих в один и тот же момент времени в процессе деполяризации желудочков. Ее нормальное значение лежит в пределах от -30° до +90° (рис. 4.14). Если ось QRS расположена под углом менее -30°, то говорят об отклонении оси влево, а если угол больше +90°, то об отклонении оси вправо. Точное положение электрической оси сердца может быть определено путем построения QRS-комплексов в различных отведениях в системе стан-
Электрокардиограмма 111 Ось отклонена влево +180' Ось отклонена вправо Отклонение оси влево • Инфаркт задней стенки миокарда • Передний левый гемиблок • Гипертрофия левого желудочка (иногда) Отклонение оси вправо ► Гипертрофия правого желудочка • Острая перегрузка правых отделов (например, при массивной легочной эмболии) » Блокада задней левой ножки пучка Гиса Рис. 4.14. Нормальное среднее значение оси QRS лежит в заштрихованном секторе (от — 30° до + 90°). При расположении оси сердца под углом менее - 30° говорят об «отклонении оси влево», а при угле более + 90° — об «отклонении оси вправо». В таблицах на рисунке перечислены наиболее частые причины отклонения оси дартных отведений (рис. 4.5), но этот процесс утомителен и редко бывает необходим. На практике достаточно выяснить — является ли ось нормальной или она отклонена вправо или влево. Если необходимы более точные измерения, то может быть применен упрощенный метод, описанный ниже. Как указывалось на рис. 4.5, каждое ЭКГ-отведение обладает (+) областью и (-) областью. Электрическая активность, направленная к (+) полюсу, вызывает появление на ЭКГ зубцов, направленных вверх, а к (-) полюсу — зубцов, направленных вниз. Для определения положения оси сердца исследуем комплексы QRS в отведениях I и II. Если QRS первично положителен в обоих отведениях (высота положительного зубца больше, чем отрицательного), то ось лежит в нормальных пределах (рис. 4.15). Если QRS в одном из отведений не является положительной, то речь идет об отклонении оси сердца. Для быстрой оценки положения оси сердца можно использовать следующий метод. Вначале рассмотрим специальный пример (рис. 4.16). Последовательность деполяризации желудочка представлена на рисунке стрелками от А до Е. Начальное отклонение (представляющее деполяризацию левой стороны перегородки) направлено в правую сторону пациента. Так как оно направлено в сторону от (+) полюса отведения I, то в этом отведении будет регистрироваться ярко выраженный зубец, направленный вниз. При распространении волны деполяризации вектор отклоняется вниз и влево,
112 Глава 4 Рис. 4.15. Ось сердца лежит в нормальных пределах, если комплекс QRS положительный в отведениях I и II в результате чего в этом отведении вектор сил становится менее отрицательным. Минуя стрелку С, электрический вектор приходит в.(+) область отведения I, и на ЭКГ появляются зубцы, направленные вверх. Итак, когда электрические силы вначале направлены в сторону от (+) электрода, а в конце направлены прямо на него, то средний электрический вектор бывает направлен точно вниз (в сторону стрелки С), перпендикулярно отведению I. Отметим также конфигурацию описываемого
Электрокардиограмма 113 Ъ сердца V Т (+) Отведение aV„ Рис. 4.16. Последовательность деполяризации желудочка при расположении оси сердца под углом +90°. Из-за того, что ось сердца перпендикулярна отведению I, регистрируемый в данном отведении комплекс QRS будет изоэлектрическим (высота зубца = глубине зубца) комплекса QRS. В него входит зубец, направленный вниз, за которым следует зубец, направленный вверх, причем оба они равны по величине (такой комплекс QRS называется изоэлектрическим). Таким образом, когда в каком-либо отведении ЭКГ регистрируется изоэлектрический комплекс, то средняя ось перпендикулярна оси данного отведения. Следовательно, упрощенное определение средней оси QRS'заключается в том, что выявляется отведение, имеющее комплекс QRS, наиболее близкий к изоэлектрическому; напомним, что направление средней оси в этом случае перпендикулярно оси данного отведения. Если средняя ось перпендикулярна отведению, она может быть направлена либо в сторону увеличения углов, либо в сторону их уменьшения. В нашем примере средняя ось может составлять либо +90°, либо -90°, так как изоэлектрический комплекс был обнаружен в отведении I. Для определения знака угла необходимо рассмотреть ЭКГ в отведении, которое перпендикулярно тому, в котором обнаружился изоэлектрический комплекс (которое, следовательно, параллельно средней оси). Если комплекс QRS направлен преимущественно вверх в этом перпендикулярном отведении, то средний вектор оси направлен в сторону (+) области данного отведения. Если комплекс QRS в изоэлектрическом отведении преимущественно отрицательный, то средний вектор направлен в обратную сторону от (+) области этого отведения. В нашем примере изоэлектрический комплекс проявляется в отведении I и, следовательно, нам остается найти отведение, перпендикулярное отведению I, то есть aVF (см. рис. 4.5, если это неясно). Отведение I X
114 Глава 4 Так как первичный комплекс QRS в отведении aVF направлен вверх, то средняя ось направлена в сторону (+) полюса aVF; она расположена под углом +90° к отведению I. Итак, для определения средней оси комплекса QRS: 1. Исследуйте отведения I и II. Если комплекс QRS первично направлен вверх в обоих отведениях, то ось расположена нормально. Если нет, то: 2. Исследуйте шесть отведений и найдите отведение в котором комплекс QRS наиболее изоэлектричен. Средняя ось QRS является перпендикулярной оси данного отведения. 3. Найдите отведение, которое перпендикулярно тому, в котором содержится изоэлектрический комплекс. Если комплекс QRS в данном перпендикулярном отведении преимущественно направлен вверх, то средняя ось комплекса указывает на (+) полюс, но если комплекс QRS преимущественно направлен вниз — ось указывает в сторону (-) полюса. Причины, которые вызывают отклонение электрической оси сердца влево или вправо от нормального положения, перечислены на рис. 4.14. И еще, вертикальное положение сердца у многих здоровых детей и подростков может вызвать отклонение средней оси вправо (>+90°). Изменения зубца Р Зубец Р отражает процесс деполяризации правого предсердия, за которым быстро следует тот же процесс в левом предсердии; они практически накладываются друг на друга (рис. 4.17). Обычно зубец Р более четко регистрируется во II отведении, потому что оно практически параллельно току, идущему от синоатриального узла к атриовентрикулярному. При увеличеннии правого предсердия начальный компонент зубца Р является более высоким, чем в норме (более 2,5 мм в отведении II). Увеличение левого предсердия лучше всего заметно в отведении \^. В норме зубец Р в отведении \{ имеет направленную вверх начальную положительную фазу, отображающую деполяризацию правого предсердия (направленную вперед), за которой следует отрицательная фаза. Она возникает из-за действия сил левого предсердия, направленных назад (см. рис. 1.2). Увеличение левого предсердия, таким образом, проявляется в отведении V! увеличением глубины отрицательной фазы зубца Р более чем на 1 мм и продолжительности более чем на 1 мм. Изменения комплекса QRS ГИПЕРТРОФИЯ ЖЕЛУДОЧКОВ Гипертрофия правого или левого желудочка вызывает увеличение величины электрических сил, возникающих в гипертрофированных камерах сердца. В нормальных условиях электрическая сила толстостенного левого желудочка больше, чем электрическая сила правого желудочка.
Электрокардиограмма 115 Рис. 4.17. Зубец Р отражает наложение процессов деполяризации в правом (ПП) и левом (ЛП) предсердиях. Деполяризация в ПП начинается несколько раньше, чем в Л П. При увеличении ПП начальная фаза зубца Р в отведении 11 является положительной и большой (ее высота > 2,5 мм). При увеличении ЛП вторая большая часть зубца Р в отведении Vj направлена вниз (ширина > 1 мм, глубина > 1 мм) Тем не менее, при гипертрофии правого желудочка (ГПЖ) возросший вектор силы правого желудочка может превосходить вектор левого желудочка. Следовательно, в грудных отведениях Vt и V2, которые пересекают правый желудочек, размер направленных вверх зубцов увеличивается, зубец R становится больше, чем зубец S. Это соотношение обратно нормальному. Кроме того, увеличенная масса правого желудочка вызывает отклонение оси сердца вправо (>+90°). При гипертрофии левого желудочка токи, превосходящие нормальные, исходят от более массивного, чем в норме, ЛЖ, что просто усиливает ситуацию, наблюдающуюся в норме. В отведениях, которые пересекают левый желудочек (грудные отведения V5 и V6, а также отведения I и aVL), выявляются более высокие зубцы R, чем в норме. В отведениях с противоположной стороны сердца (Vx и V2) наблюдается обратная картина: более глубокие, чем обычно, зубцы S. Для диагностики гипертрофии левого желудочка используются многочисленные критерии, три наиболее полезных из них представлены на рис. 4.18. БЛОКАДЫ НОЖЕК ЛУЧКА ТИСА Нарушение проводимости по правой или левой ножкам пучка Гиса может развиться из-за ишемии или дегенеративных изменений волокон. В результате нарушается нормальная последовательность деполяризации желудочка. Вместо синхронного распространения по волокнам Пуркинье электрический импульс постепенно распространяется от миоцита к мио- циту со стороны неповрежденного желудочка. Этот процесс является мед-
116 Глава 4 ГИПЕРТРОФИЯ ПРАВОГО ЖЕЛУДОЧКА • R > S в отведении V, • Отклонение оси вправо ГИПЕРТРОФИЯ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА • S в отведении ty и R в V5 или V6 £ 35 мм или • R в отведении aVL > 11 мм или • R в отведении I > 15 мм Рис. 4.18. Гипертрофия желудочков. Стрелки обозначают совокупность электрических сил во время деполяризации желудочков. А. Гипертрофия правого желудочка (ПЖ). Силы, берущие начало от ПЖ, превосходят силы, идущие из левого желудочка, что вызывает появление высоких зубцов R в отведениях Vj и Уг и глубокий зубец S в отведении V$. Б. Гипертрофия левого желудочка усугубляет картину, наблюдаемую при нормальной деполяризации, увеличивая величину сил, направленных в сторону ЛЖ, что вызывает высокий зубец R в Vg и глубокий зубец S в V! ленным и увеличивает продолжительность деполяризации, что приводит к уширению комплекса QRS (> 0,1 с). Когда длительность комплекса QRS продолжает оставаться в интервале от 0,10 до 0,12 с (от 2,5 до 3 малых делений на ЭКГ-бумаге), это свидетельствует о наличии неполной блокады ножек пучка Гиса. Если длительность QRS превышает 0,12 с (3 малых деления), это является признаком полной блокады ножки пучка Гиса.
Электрокардиограмма 117 ~ч~ Рис. 4.19. Блокада ножек пучка Гиса. Нарушение проводимости по правой (ПНПГ) или левой (ЛНПГ) ножке пучка Гиса приводит к задержке активации соответствующего желудочка и уширению комплекса QRS А. При блокаде ПНПГ происходит нормальная активация перегородки (1), за которой следует деполяризация левого желудочка (2). Медленное распространение от клетки к клетке активизирует правый желудочек (ПЖ) после того как левый желудочек почти полностью деполяризуется, так что вектору деполяризации ПЖ не противодействует вектор ЛЖ. Поэтому в Vj записывается аномальный зубец, направленный вверх (R*), а \в записывает аномально глубокий зубец S (3). Б. При блокаде ЛНПГ начальная деполяризация перегородки блокирована, так что начальный вектор ориентирован справа налево. Таким образом, возникающие в нормальных условиях начальные зубцы R в отведениях Vi и зубцы Q в отведениях Уб отсутствуют (1). После деполяризации ПЖ поздняя, медленная активация ЛЖ приводит к появлению терминального отклонения вверх в отведении V$ и отклонения вниз в отведении Vi
118 Глава 4 При блокаде правой ножки пучка Гиса (рис. 4.19А, см. также рис. 4.28) начальная деполяризация перегородки желудочков (которая стимулируется ветвью левой ножки пучка) не подвергается никакому патологическому воздействию. Поэтому на ЭКГ присутствует нормальный малый зубец R в отведении У{ и малый зубец Q в отведении V6. Далее, при распространении волны деполяризации по перегородке и свободной стенке левого желудочка последовательность деполяризации неотличима от нормальной, так как силы, идущие из ЛЖ, в норме перевешивают силы, идущие из ПЖ. Однако к тому времени как ЛЖ становится полностью деполяризованным, медленное распространение волны от клетки к клетке, наконец, достигает правого желудочка и начинается процесс его деполяризации при отсутствии противодействующей активности ЛЖ (так как к этому времени ЛЖ уже практически полностью деполяризован). Следовательно, комплекс QRS расширяется из-за увеличения длительности процесса деполяризации. Так как заключительная часть комплекса QRS в данном случае зависит только от деполяризации правого желудочка, то в отведении Wl (над ПЖ) наблюдается терминальное отклонение вверх (известное как зубец R') и отрицательный зубец S в отведении V6 на противоположной стороне сердца. Блокада левой ножки пучка Гиса приводит к еще большим изменениям комплекса QRS. В этом случае нормальная начальная деполяризация левой стороны перегородки не происходит. Более того, вначале деполяризуется правая сторона перегородки, стимулируемая ветвью правой ножки пучка Гиса. Таким образом, начальные деполяризационные силы направлены в сторону левого желудочка, а не правого (рис. 4.19Б, см. также рис. 4.29). Следовательно, вначале в У{ наблюдается малый, направленный вниз зубец, а нормальный небольшой зубец Q в V6 отсутствует. Только после того, как деполяризуется правый желудочек, медленное возбуждение от клетки к клетке достигнет левого желудочка. Такая медленно распространяющаяся деполяризация приводит к уширению комплекса QRS, конечная часть которого направлена вверх в отведениях V5 и V6, пересекающих левый желудочек (рис. 4.19). Более ограниченная форма нарушения проводимости — это блокада передней или задней ветвей левой ножки пучка (также называемая «ге- миблок»). Анатомически передняя ветвь левой ножки пучка идет к передней сосочковой мышце, в то время как задняя ветвь — к задней сосочковой мышце. В норме электрическая активация ЛЖ распространяется одновременно от основания двух сосочковых мышц. Если проводимость в одном из этих ответвлений нарушена, то начальная деполяризация ЛЖ может начаться только от неповрежденной области. Например, в случае блокады передней ветви левой ножки пучка Гиса (ЛНПГ) активация начинается с задней сосочковой мышцы и затем распространяется по желудочку. Так как задняя сосочковая мышца расположена несколько ниже и медиальнее левой сосочковой мышцы, то начальная деполяризация будет распространяться вниз (в сторону ног) и слегка уклоняться вправо. Это приводит к появлению положительного отклонения (начальная часть зубца R) в нижних отведениях — II, III и aVF и малого зубца Q в отведениях I и aVL (рис. 4.20).
Электрокардиограмма 119 Отведение I Отведение aVF Ось QRS Блокада передней ветви левой ножки Ц i Влево пучка Гиса 4- т ir -г- Блокада задней ветви левой ножки i M Вправо пучка Гиса Рис. 4.20. Запись ЭКГ при блокаде передней и задней ветвей левой ножки пучка Гиса После этого электрические силы распространяются наверх и налево, это приводит к регистрации зубца R в отведениях I и aVL и зубца S в нижних отведениях. Доминирование этих направленных влево сил вызывает отклонение оси сердца влево. При более редко встречающихся случаях блокады задней ветви левой ножки пучка Гиса (ЛНПГ) активация левого желудочка начинается у основания передней сосочковой мышцы, так что начальные силы направлены вверх и налево (вызывая появление зубца R в отведениях I и aVL и зубца Q в нижних отведениях). При распространении импульса вниз и направо зубец S регистрируется в отведениях I и aVL, в то время как в отведениях II, III и aVF записывается зубец R. Так как основная часть этих сил направлена вправо, то ось сердца также отклоняется вправо. Блокада передней и задней ветвей левой ножки пучка Гиса не приводят к заметному уширению комплекса QRS (в отличие от блокады правой и левой ножки пучка Гиса), так как волокна Пуркинье, обладающие быстрой проводимостью, перекрывают территории, обслуживаемые передними и задними ветвями. Хотя порядок и путь проведения импульсов нарушаются, полное время, необходимое для деполяризации, обычно увеличивается лишь слегка. ИНФАРКТ МИОКАРДА Отличительным признаком трансмурального инфаркта миокарда (ИМ) является наличие патологического зубца Q. Вспомним, что начальный зубец Q является нормальным явлением в некоторых отведениях. Так, начальная деполяризация перегородки обычно приводит к появлению малого зубца Q в отведениях V6 и aVL. Нормальные зубцы Q имеют малую продолжительность (< 0,04 с или одно деление) и величину (< 25% от полной высоты QRS). Патологический зубец Q более выражен (рис. 4.21), его дли-
120 Глава 4 Нормальный зубецQ Патологический зубец Q Рис. 4.21. В сравнении с малыми зубцами Q, которые возможны в нормальных условиях, патологические зубцы Q более ярко выражены: их ширина > 1мм и их глубина > 25% от высоты комплекса QRS тельность более 0,04 с (более одного малого квадрата), а глубина > 25% от всей высоты комплекса QRS. ЭКГ-отведения, в которых наблюдается патологический зубец Q, позволяют определить локализацию инфаркта (табл. 4.3, см. также рис. 4.23). Таблица 4.3. Локализация инфаркта миокарда Локализация Отведения с аномальными ЭКГ комплексами*1 Коронарные артерии, наиболее часто отвечающие за инфаркт Нижний Передне-перегородочный Передне-верхушечный Передне-боковой Задний II, Ш, aVF vrv2 ' v3-v4 V5-V6,I,aVL Vj—V2 (высокий R, отсутствие Q) Правая коронарная Передняя межжелудочковая Передняя межжелудочковая (дистальная ветвь) Огибающая Правая коронарная аПатологические Q-зубцы, регистрируемые во всех отведениях Vj-V^, говорят об «обширном переднем ИМ», обычно ассоциирующемся с проксимальной окклюзией левой коронарной артерии Патологические Q-зубцы образуются в отведениях, пересекающих инфарктную ткань, так как мертвая мышца не генерирует электрические силы. ЭКГ-электрод в этой области регистрирует только электрические токи от здоровых тканей на противоположной стороне желудочка, которые направлены в сторону от инфаркта и электрода, вызывая образование зубца, направленного вниз (рис. 4.22). Зубцы Q являются постоянным признаком трансмурального инфаркта миокарда; они практически не исчезают со временем.
Электрокардиограмма 121 Патологический зубец 6 Рис. 4.22. Последовательность деполяризации, зарегестрированная в отведении aVL, находящемся над зоной инфаркта боковой стенки (выделена черным). Патологический зубец Q возникает вследствие того, что некротизированная мышца не генерирует электрических сил; к тому же, в то время как боковая стенка должна деполяризоваться (панель 3), активируется здоровая мышца на обратной стороне сердца. Вектор ее деполяризации превосходит вектор пораженной стенки. Вследствие этого ток направлен от пораженной мышцы к здоровой; в отведении aVL формируется глубокий зубец Q. Зубец R в отведении aVL отражает деполяризацию сохранившейся части миокарда вне зоны инфаркта Из таблицы 4.3 видно, что при заднем инфаркте миокарда патологический зубец Q на ЭКГ не выявляется (рис. 4.23). В связи с отсутствием стандартных отведений, отражающих потенциал задней стенки левого желудочка, возможна только косвенная диагностика заднего инфаркта по характеру изменений в других отведениях. Так как грудные отведения W{ и V2 расположены противоположно задней стенке, они записывают показания противоположные тем, которые дали бы отведения, помещенные на спину. Следовательно, более высокие, чем при нормальных условиях, зубцы R в отведениях Vj и V2 эквивалентны патологическим зубцам Q при ИМ задней стенки. Вы можете вспомнить, что гипертрофия правого желудочка также образует высокий зубец R в отведениях У{ и V2, но в отличие от ГПЖ при заднем инфаркте миокарда, отклонение оси сердца вправо обычно не наблюдается. Важно заметить, что появление патологического зубца Q в единственном ЭКГ-отведении еще не указывает на инфаркт. Истинные патологические зубцы Q должны проявиться в целом ряде отведений, перечисленных в табл. 4.3 и на рис. 4.23. Например, если патологический зубец Q присутствует в отведении III, но отсутствует в II или aVF, он скорее всего не связан с инфарктом. Также, зубцами Q пренебрегают в отведении aVR, так
122 Глава 4 Передний (V,-Ve) Передне-боковой (V5 - Ve, I. aVJ Передне- перегородочный (V, - V2) Передне-верхушечный (V, - V4) Задний высокий R в V, - V2) Нижний (II, HI. aVF) Передне-перегородочный Передне-верхушечный Переднее-боковой \-U4- II 4-4-J- in -V-Иг ^7 aVLr 4UO- aVt \1\ v* \N v3 > -h-v- \+\. *\±±\ <tu Нижний Рис. 4.23. А. Анатомические области сердца. В круглых скобках перечислены отведения, в которых появляются признаки инфаркта соответствующей области. Б. Уменьшенная схематическая запись 12 отведений ЭКГ, показывающая стандартную ориентацию каждого отведения. Обозначены основные области левого желудочка. Заметим, что в то время как наличие патологических зубцов Q в отведениях Wi и V2 является признаком передне-перегородочного инфаркта, высокие начальные зубцы R в этих отведениях являются признаком инфаркта задней стенки как электрические силы в норме направлены в сторону от правой руки. Кроме того, при наличии блокады левой ножки пучка Гиса зубцы Q не несут информации об инфаркте миокарда из-за заведомо аномального распространения волны деполяризации в таких условиях. Выше мы рассмотрели инфаркты, при которых образуется зубец Q, вследствие этого их называют инфарктами с зубцом Q. При таких инфарктах задействована вся толща миокарда, поэтому такие инфаркты миокарда еще называются «трансмуральными». В главе 7 указывается, что
Электрокардиограмма 123 инфаркты миокарда не всегда бывают трансмуральными и могут поражать только субэндокардиальные слои миокарда. В последнем случае патологические зубцы Q не образуются, так как оставшиеся клетки могут генерировать некоторую электрическую активность; такие ИМ называются соответственно инфарктами без зубца Q. Тем не менее, при обоих типах инфарктов наблюдаются изменения ST и Т, о чем говорится в следующем разделе. Электрокардиографические отличия между типами инфарктов могут быть подытожены таким образом: Зубцы Q Островозникшее смещение ST Инфаркт с зубцом Q Есть Вверх (трансмуральный) Инфаркт без зубца Q Нет Вниз (нетрансмуральный) Изменения сегмента ST и зубца Т К наиболее часто встречаемым важным изменениям сегмента ST и зубца Т относятся такие, которые характерны для ишемии миокарда и инфарктов. Так как реполяризация желудочков зависит от перфузии миокарда, то у пациентов с коронарной болезнью часто выявляются обратимые изменения сегмента ST и зубца Т при транзиторной ишемии миокарда. Вспомним, что патологические зубцы Q служат индикаторами инфаркта миокарда, но не позволяют отличить острый инфаркт от того, который произошел неделю или год назад. Зато при остром инфаркте миокарда происходит серия характерных изменений сегмента ST и зубца Т, позволяющих дифференцировать острый и неострый инфаркт миокарда (рис. 4.24). При остром инфаркте миокарда с зубцом Q прежде всего появляется подъем сегмента ST, часто сопровождаемый высоким зубцом Т. На этой ранней стадии клетки миокарда еще жизнеспособны, и зубцы Q пока не регистрируются. Тем не менее, спустя несколько часов гибель миоцитов приводит к снижению амплитуды зубца R и появлению патологических зубцов Q в ЭКГ-отведениях, расположенных над зоной инфаркта. В первые два дня от начала инфаркта сохраняется подъем сегмента ST, зубец Т становится негативным, а зубец Q углубляется. По прошествии нескольких дней сегмент ST возвращается к изолинии, но Нормальная Острый инфаркт Часы 1-2 дня Через Через ЭКГ миокарда несколько дней несколько недель •Подъем ST «Подъем ST • Инверсия зубца Т «Нормализация • Сегмент ST и зубец Т • Уменьшение зубца R • Углубление зубца Q сегмента ST нормальные • Появление зубца Q • Зубец Т инвертируется • Зубец Q сохраняется Рис. 4.24. Эволюция ЭКГ при остром Q-инфаркте миокарда
124 Глава 4 зубцы Т остаются негативными. Через недели и месяцы после инфаркта сегмент ST и зубцы Т становятся нормальными, но патологические зубцы Q остаются, что является неизменным признаком ИМ. Если сегмент ST остается приподнятым по прошествии нескольких недель, то имеется вероятность образования на месте инфаркта выбухающего фиброзного рубца (аневризмы желудочка). Подобная эволюция изменений комплекса QRS, сегмента ST и зубцов Т регистрируется с помощью отведений, расположенных над зоной инфаркта (табл. 4.3). При этом, как правило, наблюдаются «реципрокные» изменения в отведениях, расположенных на противоположной стороне. Например, при остром переднем перегородочном ИМ подъем сегмента ST в грудных отведениях \{ и V2 сопровождается реципрокными изменениями (депрессией ST) в отведениях II, III и aVF, т. е. в отведениях, лежащих над противоположной (нижней) стенкой желудочка сердца. Механизм подъема сегмента ST во время острого ИМ еще не вполне ясен. Однако существует мнение, что подобные изменения происходят от поврежденных клеток миокарда, расположенных непосредственно около зоны инфаркта; они и возбуждают аномальные систолические и диастоли- ческие токи. Возражая против этого объяснения, другие считают, что такие клетки не способны к деполяризации, но обладают аномальной «проницаемостью», которая не позволяет им.полностью реполяризоваться (рис. 4.25). В результате в состоянии покоя частичная деполяризация таких клеток вызывает появление сил, направленных в сторону от поврежденного сегмента, вызывая смещение изолинии вниз. Из-за того, что электрокардиограф регистрирует только относительное, а не абсолютное значение вольтажа, отклонение изолинии не улавливается. По мере того, как все клетки миокарда, включая клетки пораженной области, полностью деполяризуются, результирующий электрический потенциал сердца действительно становится равным нулю. Однако вследствие патологического смещения изолинии вниз сегмент ST кажется расположенным выше изолинии. В процессе реполяризации поврежденные клетки возвращаются к аномальному состоянию повышенной проницаемости в диастолу, и ЭКГ вновь отображает аномальное смещение базальной линии вследствие наличия аномальных сил, направленных в сторону от электрода. Таким образом, на величину подъема сегмента ST при ИМ определенное влияние оказывает относительное смещение изоэлектрической линии. При нетрансмуральных инфарктах миокарда в отведениях, пересекающих область инфаркта, происходит снижение сегмента ST, а не его подъем. В этой ситуации диастолическая проницаемость поврежденных клеток, прилегающих к инфарктной области, вызывает появление электрических сил, направленных от эндокарда к эпикарду и, следовательно, в сторону ЭКГ-электродов. Таким образом, базальная линия ЭКГ смещена вверх (рис. 4.25). После полной деполяризации сердца его электрический потенциал возвращается к своему истинному нулевому значению, но по отношению к аномальной базальной линии создает кажущееся понижение сегмента ST.
Электрокардиограмма 125 Трансмуральный ИМ Нормальная базальная (изоэлектрическая) линия Сердце полностью деполяризованно V..J Перед началом возбуждения поврежденный сегмент миокарда частично деполяризован ; Активный электрод \ Базальная линия смещена вниз Нетрансмуральный ИМ Базальная линия смещена вверх Сердце полностью деполяризованно Перед началом возбуждения поврежденный сегмент частично деполяризован Активный электрод Нормальное положение базальной линии Рис. 4.25. Теоретическое объяснение возникновения отклонений ST во время острого ИМ. Наверху. Утечка ионов вызывает частичную деполяризацию клетки поврежденного миокарда до начала процесса распространения электрического возбуждения, что вызывает появление сил, направленных в сторону от пораженной области и снижение базальной линии ЭКГ. Но этот процесс не отображается на ЭКГ, так как она регистрирует относительное, а не абсолютное значение вольтажа. В то время как сердце полностью деполяризовалось, «истинное» значение вольтажа (напряжения) равно нулю, но имеется кажущийся подъем сегмента ST по сравнению с аномально низкой базальной линией. Внизу. При нетрансмуральном ИМ процесс протекает похожим образом, но утечка ионов происходит из субэндокардиаль- ной ткани, так что частичная деполяризация, предшествущая возбуждению, направлена в сторону регистрирующего электрода; следовательно, базальная линия является приподнятой. После окончания деполяризации напряжение действительно равно нулю, но сегмент ST кажется слегка сниженным по отношению к сдвинутой вверх базальной линии Другие часто встречающиеся причины изменений сегмента ST и зубца Т, связанные с нарушениями процесса реполяризации кардиомиоцитов, описаны на рис. 4.26.
126 Глава 4 Нормальная ЭКГ Лечение дигоксином • «Корытообразное» снижение ST • Умеренное удлинение PR Гиперкалиемия • Высокий, «остроконечный» зубец Т Тяжелая гиперкалиемия Л/и »Плоский Р ► Уширение комплекса QRS Гипокалиемия Т U ► Снижение ST, плоский Т ► Выраженная волна U Гиперкальциемия • Укорочение интервала QT Гипокальциемия • Удлинение интервала QT Рис. 4.26. Условия, влияющие на процесс реполяризации кардиомиоцитов и вызывающие аномалии сегмента ST и зубца Т ЗАКЛЮЧЕНИЕ Электрокардиограмма предоставляет богатейшую и важную информацию о структуре и общем состоянии сердца и остается одним из простейших и наиболее важных методов исследования в кардиологии. Знания, полученные из этой главы, помогут читателю разобраться в кардиограммах, включенных в дальнейшее изложение материала. В таблице 4.4 приведен итоговый алгоритм анализа электрокардиограммы. Некоторые примеры ЭКГ и их интерпретация представлены на рис. 4.27—4.34. Нарушения ритма сердца (аритмии) представлены в главах 11 и 12.
Электрокардиограмма 127 Таблица 4.4. Алгоритм анализа ЭКГ 1. Калибровка • Проверить запись калибровочного 1 мВ сигнала (стандартный размер =10 мм) 2. Сердечный ритм • Ритм синусовый, если: • за каждым зубцом Р следует комплекс QRS • каждому комплексу QRS предшествует зубец Р • зубец Р направлен вверх в отведениях I, II и III • длительность интервала PR > 0,12 с (три малых деления) • Если данные критерии не выполняются, следует определить тип аритмии (глава 12) 3. Частота сердечных сокращений • Используйте один из следующих методов: • 1500/(расстояние в мм между ударами) • отсчетный метод: 300 — 150 — 100 — 75 - 60 — 50 • Число ударов за 6 с х 10 • Нормальный ритм = 60—100 ударов/мин (брадикардия < 60, тахикардия > 100) 4. Интервалы • Нормальный PR = 0,12—0,20 с (3—5 малых делений) • Нормальный QRS < 0,10 с (< 2,5 малых делений) • Нормальный QT < половины длительности интервала R—R при нормальной ЧСС 5. Положение электрической оси сердца • Нормальное, если начальный комплекс QRS в отведениях I и II направлен вверх (от +90° до -30°) • В другом случае определите положение оси путем выявления изоэлектриче- ского комплекса QRS 6. Изменения зубца Р • Исследуйте зубец Р в отведениях II и Vj для выявления увеличения левого и правого предсердий 7. Изменения зубца QRS • Исследуйте на гипертрофию правого и левого желудочка • Исследуйте на блокаду правой и левой ножки пучка Гиса • Исследуйте на наличие патологических зубцов Q: какова зона поражения сердца? 8. Изменения сегмента ST и зубца Т • Исследуйте ЭКГ на наличие подъема сегмента ST: • признаки трансмурального инфаркта миокарда • перикардит (описан в главе 14) • Исследуйте ЭКГ на наличие депрессии сегмента ST и отрицательных зубцов Т, говорящих о: • субэндокардиальной ишемии или инфаркте • признаках, часто сопровождающих гипертрофию желудочков или блокаду ножек пучка Гиса • метаболических/электролитных аномалиях (рис. 4.26) 9. Сопоставьте с предыдущей ЭКГ больного
i Г ■! II ! ill i 11! i ! 1 1 I < ! ! II 1 II 1 II ' ■ i Ul\ \ "1 • ■'"I г г г !И* i j |i—1} v ;.. 1 • \r\ . j. j: •; Mr 1 1 II 111 l: 1 \ 1 lil 1 ! i::l 1 i 1 \ 1: i: \ \ :\ 1 |: 1 1 :|- 1 || \:\Ф | i '■[■■'■ ■>'• 1:-;-|Н ;?! ! |'::Ф :.:J. j:. '.! . \ЧЧ \ '•!;:' 1 J j • :j 4 •'• " T P* \ j f |1ЧАн^ИЧ-^^ t г -ми^ 1 - L | " . »' ' Г" Г 1 Hi 1 f- It* !. j 1 : . ' " P*r 1 ! — 4—-+- "T "j 1 :-° 1 | t j { i I : ' ' L i j ;i: 1 ri ' 1 j:! M и i 1 i| м 1 1....J-.JL A'+}...•.iL... ....Л... 1 ..} • 1 i . u-1 -i Inl 1 '* ■ if гЧ^^М^чИ4^^ ' ! 1W \ \ MM : !•• i !-P;-: 1 ; f MM ;: ; M : j ! 1 |, ['• ■ j • :|l«'j | | ! 1 Г 1 1 i 1 1' 1 1 i 1 ••■•t~t~ 1—hmy. "Пuf" \\""T:'•;г .fr j—r"Г~ "£•$*;*r" ] -—|. •:—1-—j ■■ j ■;-■ ..t-lfrtr.' j Htjir'T...j ™ | " " '[•'"■ !":": j"']" ' 1 V -I—1 Г•'! ::i|!i::|:- 1 1 1 •:|ii:!l-;- Г : j | Г \ A ': j | ^±4t-;j[ , |f]p| iffifl. I^ffii" .1 :.:: 1рГ.Т?П-| '■■... \:h-: I- \\ hJ ;: Lij ljl г-!: :: ->:; .^:i •:! ;::; :ii; ii!: !i;: ;i!!| :f M t4: l4"'l j^jliij! 1 :l ! 1^^\i Г-|:f :pi::p : :|:f-1 i;|: 1-1 iM * \ [ iV j ■•!• 1 1 ! { 1 M" г I ; :: i 1 * Ф: 1 : i■ ' 1H 1 ; - * ' i M" ^ 1 1 1 1 1 if! \ 1 * 1 1 ■ ■■! '! :' f i!" Ф1-! Ml llU 1 к A f lUiil != ^M\-4^4^u^^ КШ^Ч^^ l+£yMsi :h M г j | 4 if 1 if i f.ji: i:.. : 1 1 i * if i *:' f ' : !•• I'l i i 1 MM I 1 T MM r i I'!: • l: 1 :i:: "r .""[ }■* j" '"j ".[.•":: rvaj •.-j:.:| ■•-{■• j ь ■■}. . j.'.i| jirg.s !;:i • M :;- ^ : :f : * " M 1 г .?" 1 Ь : 1 ?" :i j : . ; | : :.T;i;: . J h;j ; ;: ;4 1 : : l\ j;-;j;; pk: !|:|;: :!Г If.:]] ;!|jii!|li! 3Ffep^^ т^гП::: 1^ 1 i ^T"'$ \r]kf, itlF^T^i/rrl. .4 ^У|п| :4<Hi}^t|ttr^ i:;;:if;;; чф|ф'ф;ф;ф;т:-f ; I;~ll|i?=4i-!5§Jr-:=~lfr>'l~::"j:i=£|HHl|S|f*t^:fl5*b|l|iifii :::f:::]|::^ |;^'"|e^:fEtnfn;Гf-HfJ?4Ij^iilJji;i 1:Hlln^f :4i|^;?=ijf r|>4г|И;,Il44H^frH^ii^lil^i?iii^ W№ шШ . t;• ;; :' Г ill : ;:[м J : •:::пи : I;!ifcjl ж mm mm ~r""T— 1 1 j. — - xtziLj....!:: ^p |м,»"Ч 1 : :T I -■ Г in •Hrir*t-r* ■;-|;: : ':!; • > :>:! jipp r FHSf{It PS4 ^- ||; i;:i % lilt! »^Й fif ilii Hi* ,„ ;j. •ih -rj* ■ I' :|:i 1 x\ :'■■) IS •5'J Щ m ?•:.' Рис. 4.27. Нормальная ЭКГ в 12 отведениях. Прямоугольный импульс в начале каждой полосы отражает амплитуду калибровочного сигнала (1 мВ). Ритм: нормальный синусовый, 70 уд/мин. Интервалы: PR 0.17, QRS 0.06, QT 0.40 мс. Ось: 0°. (комплекс QRS изоэлектричен в отведении aVp). Зубец Р, комплекс QRS, сегмент ST и зубец Т нормальные. Обратите внимание на постепенное возрастание высоты зубца R в отведениях Vi-V6
Рис. 4.28. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: нормальный синусовый, 75 уд/мин. Интервалы: PR 0.16, QRS 0.15, QT 0.42 мс. Ось: неопределенная (QRS изоэлектричен во всех отведениях). Зубец Р. увеличение левого предсердия (ширина 1 мм и глубина 1 мм в отведении Vi), комплекс QRS уширен типа RSR' в отведении Vb что соответствует блокаде правой ножки пучка Гиса. Также присутствуют патологические зубцы Q в отведениях II, III и aVp, соответствующие старому инфаркту нижней стенки миокарда (так как сегменты ST не указывают на признаки острого поражения миокарда)
Рис. 4.29. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: нормальный синусовый, 68 уд/мин. Интервалы: PR 0.16, QRS 0.16, QT 0.40 мс. Ось: + 15°. Зубец Р нормальный, комплекс QRS уширен, в отведениях V4 - V$ видны добавочный R' и зазубрины, что соответствует блокаде левой ножки пучка Гиса. Изменения сегмента ST и зубца Т являются вторичными по отношению к блокаде левой ножки пучка Гиса
Рис. 4.30. Патологические ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: нормальный синусовый, 66 уд/мин. Интервалы: PR 0.16, QRS 0.08, QT 0.40 мс. Ось: + 10°. Зубец Р нормальный. В комплексе QRS обнаруживаются патологические зубцы Q в отведениях Vj - V4, соответствующие передне-перегородочному и передне-верхушечному инфаркту миокарда (ИМ). Сегменты ST и зубцы Т не показывают признаков острого поражения тканей, так что ИМ является старым
Рис. 4.31. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: синусовая брадикардия, 55 уд/мин. Интервалы: PR 0.20 (в aVp), QRS 0.10, QT 0.44 мсек. Ось: нормальная (комплекс QRS преимущественно направлен вверх в отведениях I и И). Зубец Р нормальный. В комплексе QRS наблюдается увеличение вольтажа в грудных отведениях, но для гипертрофии желудочка критерии недостаточны; патологические зубцы Q имеются в II, III и aVp, указывая на инфаркт нижней стенки миокарда, а высокие зубцы R в отведениях Vi и V2 указывают также на вовлечение в инфаркт задней стенки миокарда. Наблюдается выраженный подъем сегмента STb отведениях II, III и aVp, что указывает на острый ИМ
Рис. 4.32. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: синусовая брадикардия, 55 уд/мин. Интервалы: PR 0.24 (АВ-блокада первой степени — см. главу 12), QRS 0.09, QT 0.44 мс. Ось: 0°. Зубец Р нормальный, комплекс QRS: гипертрофия левого желудочка (ГЛЖ): S в Vi (14 мм) + R в V5 (22 мм) > 35 мм. Имеются патологические зубцы Q в III и aVp, указывая на вероятность присутствия старого инфаркта нижней стенки миокарда. Снижение сегмента ST и инверсия зубца Т являются вторичными по отношению к аномальной реполяризации, выраженной при ГЛЖ
Рис. 4.33. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: нормальный синусовый, 68 уд/мин. Интервалы: PR 0.24 (АВ-блокада первой степени — см. главу 12), QRS 0.10, QT 0.36 мс. Ось: -45° (отклонение оси влево). Зубец Р: увеличение левого предсердия (отрицательная фаза зубца Р в отведении Vi имеет ширину 1 мм и глубину 1 мм), QRS: конфигурация, говорящая о блокаде передней ветви левой ножки пучка Гиса (рис. 4.20). Аномально малые зубцы R в отведениях V2 - V4 ассоциируются с блокадой передней ветви левой ножки пучка Гиса из-за снижения величины начального толчка передней области. Сегмент ST и зубец Т не изменены
Рис. 4.34. Патологическая ЭКГ в 12 отведениях. Ритм: нормальный синусовый, 95 уд/мин. Интервалы: PR 0.20, QRS 0.10, QT 0.34 мс. Ось: + 160° (отклонение оси вправо). Зубец Р: увеличение правого предсердия (высота зубца Р во II отведении >2,5 мм), QRS: гипертрофия правого желудочка (ГПЖ), зубец R > зубца S в отведении Vi ассоциируется с отклонением оси вправо. Инверсия зубцов Т в передних отведениях частично отражает нарушение реполяризации вследствие ГПЖ
136 Глава 4 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРА ТУРА Dubin D. Rapid Interpretation of EKGs. 4th ed. Tampa, FL: Cover Publishing Co., 1989. Goldberger AL, Goldberger E. Clinical electrocardiography: A Simplified Approach. 5th ed. St. Louis: Mosby Year Book, 1994. Huang PL. Introduction to Electrocardiography. Philadelphia: WB Saunders Co., 1993. Mudge GH. Manual of Electrocardiography. 2nd ed. Boston: Little, Brown & Co., 1991. Shamroth L. The 12-lead Electrocardiogram. London: Blackwell Scientific Publications, 1989. Stein E. Rapid Analysis of Electrocardiograms: A Self-Study Course. 2nd ed. Baltimore: Williams & Wilkins, 1992. Wagner GS. Marriott's Practical Electrocardiography. 9th ed. Baltimore: Williams & Wilkins, 1994.
АТЕРОСКЛЕРОЗ Гопа Бхаттачарийа и Питер Либби Артериальная стенка Атеросклеротические поражения • Жировая полоска • Фиброзная бляшка Распространенность и факторы риска • Дислипидемия • Курение • Артериальная гипертензия • Сахарный диабет • Гомоцистеинемия Клеточные элементы сосудистой стенки • Эндотелиальные клетки • Гладкомышечные клетки Патогенез атеросклероза • Дисфункция эндотелия • Проникновение и модификация липопротеинов • Роль лейкоцитов • Роль гладкомышечных клеток Осложнения атеросклероза
138* Глава 5 Атеросклероз — это заболевание артерий мышечного типа, при котором их внутренний слой утолщается за счет липидных отложений и фиброзной ткани. Это состояние, часто обозначаемое как «уплотнение артерий», нередко поражает коронарные и церебральные артерии, приводя к инфарктам миокарда и инсультам. В результате атеросклероз является основной причиной большинства смертей в развитых странах, в частности — в США он обусловливает более половины всей смертности за год. Несмотря на высокую распространенность и длительное изучение (пато- морфологические основы известны уже более ста лет), механизмы развития атеросклероза остаются до конца не раскрытыми. Эта глава описывает патоморфологию атеросклеротических поражений, факторы риска атеросклероза; особое внимание уделяется клеточным и биохимическим процессам, которые могут играть роль в его развитии. АРТЕРИАЛЬНАЯ СТЕНКА В норме стенка артерий мышечного типа состоит из трех слоев (рис. 5.1): интимы (она ближе всего к просвету сосуда и поэтому «интимно» связана с кровью), медии (среднего слоя) и наружной адвентиции. Интима представлена одним слоем эндотелиальных клеток, под которыми находится соединительная ткань. Эндотелий формирует барьер, который удерживает циркулирующую кровь внутри просвета сосуда и в норме выполняет множество дополнительных метаболических и сигнальных функций, которые помогают поддерживать целостность сосудистой Рис. 5.1. Схема строения стенки артерии. Интима, являющаяся наиболее внутренним слоем, отделяется от мышечных клеток медии внутренней эластической мембраной. Наружная эластическая мембрана отделяет медию от адвентиции. (Модифицировано из: Ross R, Glomset J. The pathogenesis of atherosclerosis. N Engl J Med 1976;295:369.)
Атеросклероз 139 стенки. В случае развития атеросклеротических поражений они формируются внутри интимы. Медия — наиболее толстый слой нормальной артериальной стенки, который отделяется от интимы и адвентиции соответственно внутренней и наружной эластическими мембранами, имеющими поры, через которые могут проникать клетки. Медия состоит в основном из гладкомышечных клеток и матрикса из коллагена, эластина и протеогликанов. В крупных артериях эластического типа, таких как аорта и ее крупные ветви, медия в систолу растягивается под влиянием высокого давления, создаваемого сердцем, а затем в диастолу сокращается, так что кровь проталкивается вперед на протяжении всего кардиоцикла. В меньших по размеру артериях мышечного типа степень сокращения гладкомышечных клеток внутри медии определяет сопротивление сосуда и, таким образом, регулирует кровоток. Наружный слой стенки артерии, адвентиция, содержит фибробласты и коллаген, а также кровеносные сосуды (vasa vasorum), нервы и лимфатические сосуды артерии. Считается, что адвентиция не участвует в развитии атеросклероза. АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКИЕ ПОРАЖЕНИЯ Патоморфологическим субстратом атеросклероза являются жировые полоски и фиброзные бляшки. Рис. 5.2 суммирует последовательность событий, в результате которых эти поражения ведут к клинической манифестации заболевания. Жировая полоска 1 Фиброзная бляшка 1 Осложненное поражение: 1 Калыдификация 1 1 Тригидности сосудистой стенки Г Разрыв бляшки 1 Тромбоз Кровоизлияние в бляшку l Сужение просвета сосуда -—i Фрагментация 1 i Эмболия 1 Ослабление сосудистой стенки f Аневризма Рис. 5.2. Последовательность развития атеросклеротических поражений. Осложненные фиброзные бляшки приводят к клинической манифестации болезни
140 Глава 5 Жировые полоски Жировые полоски являются наиболее ранними атеросклеротическими поражениями, которые можно увидеть. На макроскопическом уровне они представлены участками желтого прокрашивания внутренней поверхности артерии. Они часто выглядят как пятна менее 1 мм в диаметре или как полоски, достигающие 1-2 мм в ширину и до 1 см в длину (рис. 5.3). Они не выступают в просвет артерии и не мешают кровотоку. Под микроскопом жировые полоски характеризуются субэндотелиальным накоплением крупных «пенистых клеток», заполненных внутриклеточными липидами (рис. 5.4). С использованием моноклональных антител было продемонст- Рис. 5.4. Схема строения жировой полоски. Видно субэндотелиальное отложение больших нагруженных липидами клеток, так называемых «пенистых», преимущественно макрофага- льного происхождения
Атеросклероз 141 рировано, что большинство пенистых клеток в жировых полосках произошли от макрофагов, а небольшая их часть — от гладкомышечных клеток. Жировые полоски начинают развиваться с раннего возраста и видны в аорте и коронарных артериях большинства лиц до двадцати лет. Они бессимптомны, а при некоторых локализациях могут со временем претерпевать обратное развитие. Однако при других локализациях, таких как коронарное русло, жировые полоски, видимо, являются предшественниками более опасных фиброзных бляшек. Фиброзная бляшка Фиброзные бляшки — это более далеко зашедшая стадия атеросклеро- тического процесса, обусловливающая развитие клинических проявлений болезни. Судя по всему, фиброзные бляшки развиваются из жировых полосок и локализуются в коронарных артериях и других сосудах в тех же самых местах, где наиболее типично встречаются жировые полоски. На макропрепарате фиброзная бляшка (рис. 5.5) представляет собой плотный светло-серый возвышающийся элемент. Она может выбухать в просвет сосуда и, при достаточных размерах, создавать клинически значимый стеноз, ограничивающий кровоток по сосуду. Гистологически большая часть связанных с формированием фиброзной бляшки изменений артериальной стенки происходит в интиме, а именно аккумуляция моноцитов, лимфоцитов, пенистых клеток и соединительной ткани. В отличие от жировых полосок, в фиброзных бляшках большинство пенистых клеток гладкомышечного происхождения. Фиброзные бляшки часто содержат некротическое ядро, состоящее из клеточного детрита, дегенерирующих пенистых клеток и кристаллов холесте- Рис 5.5. Макропрепарат брюшной аорты с распространенным образованием фиброзных бляшек. (Любезно предоставлено Dr. Frederick Schoen, Brigham & Women's Hospital, Boston, MA.)
142 Глава 5 Рис. 5.6. Схема строения фиброзной бляшки. Некротическое ядро из клеточного детрита, пенистых клеток и кристаллов холестерина расположено внутри интимы под фиброзной покрышкой, состоящей из соединительной ткани и гладкомышечных клеток рина, они отделены от просвета артерии фиброзной покрышкой, в основном состоящей из экстрацеллюлярного соединительнотканного матрикса с включенными в него гладкомышечными клетками (рис. 5.6). У больных атеросклерозом фиброзные бляшки распределены в сосудистом русле неравномерно. Они чаще всего встречаются в брюшной аорте, затем с убывающей частотой — в коронарных артериях, подколенных артериях, нисходящей части грудной аорты, внутренних сонных артериях и сосудах Виллизиева круга. Области, кровоснабжаемые этими артериями, наиболее часто страдают от последствий атеросклероза. Клиническое значение фиброзных бляшек определяется последствиями, к которым приводит уменьшение кровотока по артерии или нарушение целостности сосудистой стенки (рис. 5.2). Эти осложнения могут развиваться в результате: 1. Кальцификации фиброзной бляшки, приводящей к ригидности сосудистой стенки и повышению ее ломкости. 2. Разрыва или изъязвления фиброзной бляшки, в результате чего тром- богенные субстанции контактируют с кровотоком, вызывая образование тромба в месте повреждения. В результате тромбоза может произойти окклюзия сосуда и, как следствие, инфаркт миокарда или инсульт. Иногда тромботические массы включаются в состав бляшки, увеличивая ее размер. 3. Кровоизлияния в фиброзную бляшку в результате разрыва фиброзной покрышки или мелких капилляров, кровоснабжающих бляшку. Образующаяся гематома может усугублять сужение просвета сосуда. 4. Эмболизации дистального отдела артерии фрагментами разорвавшейся атеромы.
Атеросклероз 143 5. Уменьшения прочности сосудистой стенки, поскольку фиброзная бляшка подвергает соседнюю медию повышенному давлению, что может спровоцировать атрофию и потерю эластической ткани, с последующей дилатацией артерии (то есть формированием аневризмы). Клиническое значение этих осложнений описывается позже, в главах 6, 7 и 15. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ФАКТОРЫ РИСКА Выяснив, кого поражает атеросклероз, мы можем кое-что узнать о его патогенезе. Уже давно было известно, что распространенность клинически выраженного атеросклероза наиболее высока в обществах с большим потреблением мяса, и гораздо ниже в популяциях, придерживающихся диеты с низким содержанием жиров. Например, смертность от коронарной болезни сердца исторически в Японии всегда была гораздо ниже, чем в США. Этот факт, возможно, связан с диетическими различиями, поскольку исследования японцев, переехавших в США и сменивших диету и образ жизни, показали значительное повышение уровня общего холестерина и коронарной смертности. Несколько крупных эпидемиологических исследований в США и в Европе выявили ряд особенностей и привычек, коррелирующих с развитием атеросклероза и ишемической болезни сердца. Одним из таких исследований является Фрамингемское, в котором жители городка в штате Массачусетс на протяжении нескольких десятилетий наблюдались на предмет выявления взаимосвязи между определенными факторами риска и развитием коронарной болезни. Другое исследование — Multiple Risk Factor Intervention Trial (MRFIT), в котором более 325000 мужчин обследовались для выявления связи между факторами риска и последующей сердечно-сосудистой заболеваемостью и смертностью. С помощью этих исследований удалось установить четыре основных, потенциально модифицируемых, фактора риска, ассоциированных с атеросклерозом: 1) аномальные уровни липидов в крови («дислипидемия»), 2) артериальная гипертензия, 3) курение, 4) сахарный диабет. Также было выявлено несколько основных немодифицируемых факторов риска, в том числе пожилой возраст, мужской пол, развитие ИБС у родственников в молодом возрасте (то есть, моложе 55 лет у родственников мужского пола и моложе 65 лет у родственников женского пола). Дополнительные потенциально модифицируемые факторы риска включают ожирение, сидячий образ жизни и эмоциональные стрессы. Повышенный уровень аминокислоты гомоцистеина в крови также недавно был признан независимым фактором риска, о чем будет сказано ниже. Дислипидемия Целый ряд факторов свидетельствует, что анормальный уровень липидов в крови является основным фактором риска развития атеросклероза.
144 Глава 5 Исследования показали, что в обществах с относительно высоким уровнем общего холестерина характерен наивысший уровень смертности от ишемической болезни сердца. Например, в странах с низким потреблением насыщенных жиров и низким уровнем сывороточного холестерина (к ним относятся Япония и некоторые страны Средиземноморья) смертность от ИБС ниже, чем в США и других странах с более высоким потреблением жиров и уровнем холестерина. Данные Фремингемского и многих других исследований также свидетельствуют о том, что риск ишемической болезни сердца растет с повышением уровня холестерина. У лиц с общим холестерином 240 мг/дл риск ИБС приблизительно в два раза выше, чем при уровне холестерина 200 мг/дл. Однако при исследовании различных форм липидов крови и их функций оказалось, что не всякий холестерин является «плохим». ПУТИ ТРАНСПОРТА ХОЛЕСТЕРИНА В кровотоке переносчиками липидов являются липопротеины. Они состоят из липидного ядра, окруженного растворимыми фосфолипидами и свободным холестерином, а также апопротеинами, которые отвечают за направление липопротеинов к специфическим органам и тканевым рецепторам. Известно пять основных классов липопротеинов, различающихся по плотности, липидному составу и аполипопротеинам (табл. 5.1). Таблица 5.1. Липопротеины плазмы (в порядке возрастания плотности) Тип Хиломикроны ЛОНП ЛПП ЛНП ЛВП Источник ЖК тракт Печень Остатки ЛОНП Метаболизм ЛПП Печень, ЖК тракт Основные липидные компоненты Триглицериды Триглицериды Холестерин Холестерин Холестерин Ассоциированные' апопротеины A-I, А-Н, A-IV, B-48, C-I, С-Н, С-Ш, Е В-100, C-I, C-II, С-Ш, Е В-100, Е В-100 А-1,А-11,С-1,С-Н,С-Ш,Е Рис. 5.7 дает характеристику основных путей метаболизма циркулирующих липопротеинов. Жиры, поступившие с пищей, включаются в цикл, известный как экзогенный путь. Пищевые холестерин и триглицериды всасываются в кишечнике, включаются в хиломикроны клетками кишечного эпителия и транспортируются через лимфатические протоки в венозную систему. Эти большие, богатые триглицеридами частицы гидроли- зируются ферментом липопротеинлипазой, которая высвобождает жирные кислоты, захватываемые периферическими тканями, такими как жировая и мышечная. Образующиеся остатки хиломикронов состоят преимущественно из холестерина. Эти остатки поглощаются печенью,
Атеросклероз 145 которая затем выделяет липиды в виде свободного холестерина либо желчных кислот обратно в кишечник. Эндогенный путь начинается с того, что липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП) высвобождаются из печени в кровоток. Хотя основным липидным компонентом ЛОНП являются триглицериды, содержа- ЭКЗОГЕННЫЙ ЭНДОГЕННЫЙ пищевые жиры ХОЛЕСТЕРИН, ЖЕЛЧНЫЕ КИСЛОТЫ Y Y 00000 КИШЕЧНИК ЛНП- / ПЕЧЕНЬ ) (ж: ХИЛОМИКРОНЫ РЕМНАНТЫ ЛОНП ___ ВНЕПЕЧЕНОЧНЫЕ лпп КЛЕТКИ ЛВП ЛХАТ ^СЖК ЖИРОВАЯ ТКАНЬ И МЫШЦЫ ^СЖК ЖИРОВАЯ ТКАНЬ И МЫШЦЫ Рис. 5.7. Обзор системы транспорта липопротеинов. Экзогенный путь: в желудочно-кишечном тракте пищевые жиры включаются в хиломикроны и через лимфатическую систему попадают в циркулирующую кровь. Свободные жирные кислоты (СЖК) поглощаются периферическими клетками (например, жировой и мышечной тканью); остатки (ремнанты) липопротеинов возвращаются в печень, где их холестериновая составляющая может транспортироваться обратно в ЖК тракт или использоваться в других метаболических процессах. Эндогенный путь: в печени синтезируются и поступают в кровь богатые триглицеридами липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП), и их СЖК поглощаются и накапливаются в периферических жировых клетках и мышцах. Образующиеся в результате липопротеины промежуточной плотности (ЛПП) превращаются в липопротеины низкой плотности, основной циркулирующий липопротеин, осуществляющий транспорт холестерина. Большая часть ЛНП захватывается печенью и другими периферическими клетками путем рецептор-опосредованного эндоцитоза. Обратный транспорт холестерина, освобождаемого периферическими клетками, осуществляется липопротеинами высокой плотности (ЛВП), которые превращаются в ЛПП под действием циркулирующей лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ) и, наконец, возвращаются в печень. (Модифицировано из Brown MS, Goldstein JL. The hyperlipoproteinemias and other disorders of lipid metabolism. In: Wilson JE, et al., eds. Harrison's principles of internal medicine. 12th ed. New York: McGraw Hill, 1991:1816.)
146 Глава 5 щие мало холестерина, основная часть холестерина поступает из печени в кровь именно в составе ЛОНП. Липопротеинлипаза мышечных клеток и жировой ткани отщепляет от ЛОНП свободные жирные кислоты, которые проникают в клетки, а циркулирующий остаток липопротеина, называемый ремнантным липопротеином промежуточной плотности (ЛПП), содержит в основном эфиры холестерина. Дальнейшие преобразования, которым ЛПП подвергается в крови, ведут к появлению богатых холестерином частиц липопротеинов низкой плотности (ЛНП). Приблизительно 75% циркулирующих ЛНП захватываются печенью и внепеченочными клетками благодаря наличию ЛНП-рецепторов. Остаток подвергается деградации отличными от классического ЛНП-рецепторного пути способами, в основном посредством моноцитарных клеток-мусорщиков. Считается, что холестерин, поступающий в кровь из периферических тканей, транспортируется липопротеинами высокой плотности (ЛВП) в печень, где он вновь включается в липопротеины или секретируется в желчь (путь, включающий ЛПП и ЛНП, называется обратным транспортом холестерина). Таким образом, ЛВП, видимо, играет защитную роль в отношении отложения липидов в атеросклеротических бляшках. В крупных эпидемиологических исследованиях уровень циркулирующего ЛВП обратно коррелирует с развитием атеросклероза. Поэтому ЛВП часто называют «хорошим» холестерином в противоположность «плохому» холестерину ЛНП. Семьдесят процентов холестерина плазмы транспортируется в виде ЛНП, и повышенный уровень ЛНП тесно коррелирует с развитием атеросклероза. В конце 1970-х гг. докторами Брауном и Гольдштейном была продемонстрирована центральная роль рецептора ЛНП в доставке холестерина к тканям и его клиренсе из кровотока. Экспрессия рецепторов ЛНП регулируется механизмом отрицательной обратной связи: нормальный или высокий уровень внутриклеточного холестерина подавляет экспрессию рецептора ЛНП на уровне транскрипции, в то время как снижение внутриклеточного холестерина повышает экспрессию рецептора с последующим увеличением захвата ЛНП клеткой. Пациенты с генетическими дефектами рецептора ЛНП (обычно гетерозиготы с одним нормальным и одним дефектным геном, кодирующим рецептор) не могут эффективно удалять ЛНП из кровотока, что приводит к высокому уровню ЛНП в плазме и склонности к преждевременному развитию атеросклероза. Это состояние называется семейной гиперхолестеринемией. Гомозиготы с полным отсутствием рецепторов ЛНП встречаются редко, но у этих людей инфаркт миокарда может развиваться уже в первое десятилетие жизни. Недавно на основании различий в плотности и плавучести были идентифицированы подклассы ЛНП. Лица с более мелкими и плотными частицами ЛНП (свойство, определяемое как генетическими, так и внешними факторами) подвержены более высокому риску инфаркта миокарда, чем обладатели менее плотных разновидностей. Пока остает-
Атеросклероз 147 ся неясным, почему более плотные частицы ЛНП сопряжены с большим риском, однако это может быть связано с большей подверженностью плотных частиц окислению, ключевому моменту атерогенеза, о чем будет сказано ниже. Возрастает число свидетельств того, что триглицериды сыворотки, в основном транспортирующиеся в составе ЛОНП и ЛПП, могут также играть важную роль в развитии атеросклеротических поражений. Пока не ясно, является ли это их прямым действием или объясняется тем, что уровень триглицеридов обычно находится в обратном соотношении с уровнем ЛВП. Сахарный диабет, начинающийся во взрослом возрасте, является одним из частых клинических состояний, ассоциированных с гипертриглицеридемией и низким уровнем ЛВП, а часто — и с ожирением и артериальной гипертензией. Этот набор факторов риска, который может быть связан с инсулинорезистентностью (обсуждается в главе 13), особенно атерогенен. ПРЕИМУЩЕСТВА ЛЕЧЕНИЯ ДИСЛИПИДЕМИИ Многочисленные недавние исследования показали, что у больных ИБС снижение сывороточного холестерина с помощью диеты или лекарств может предотвратить прогрессирование атеросклеротических поражений коронарного русла. Имеются данные даже об умеренном регрессе стенозов коронарных артерий у пациентов, принимавших определенные гиполипидемические препараты. И, что более важно, было показано, что снижение холестерина ЛНП под действием лечения приводит к достоверному снижению частоты инфарктов миокарда и смертности, не пропорциональной пользе, ожидаемой от уменьшения степени стеноза артерии. Наибольшая польза была продемонстрирована от применения лекарств, которые конкурентно ингибируют гидроксиметилглутарил-КоА-редукта- зу (ГМГ-КоА-редуктазу), фермент, определяющий скорость синтеза холестерина. Считается, что эти препараты, значительно снижающие уровень циркулирующего ЛНП, улучшают прогноз за счет уменьшения липидно- го содержимого атеросклеротических бляшек, уменьшая их склонность к разрыву. Отчетливая клиническая польза от снижения холестерина согласуется с предполагаемой патогенетической ролью холестерина ЛНП в развитии атеросклероза. Современные национальные рекомендации предполагают скрининго- вое определение холестерина у всех взрослых. Для общей популяции желательным является уровень общего холестерина менее 200 мг/дл, холестерина ЛНП < 130 мг/дл и холестерина ЛВП > 35 мг/дл. Лицам, не достигающим этих целевых уровней, рекомендуется диета и часто медикаментозное лечение, особенно при наличии основных факторов риска развития атеросклероза. Пациентам с диагностированной коронарной болезнью или после перенесенного инфаркта рекомендуются даже более низкие целевые уровни ХС ЛНП (< 100 мг/дл).
148 Глава 5 ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ЛИПОПРОТЕИНЛ (А) КАК ФАКТОРА РИСКА АТЕРОСКЛЕРОЗА Был выявлен еще один независимый фактор риска, связанный с ли- попротеинами, а именно, липопротеин (а). Липопротеин (а), уровень которого в первую очередь определяется генетически, подобен частице ЛНП, однако связан дисульфидным мостиком с особым апопротейном — так называемым апо(а). Апо(а) имеет структурное сходство с плазминоге- ном, плазменным белком, отвечающим за эндогенный лизис фибрино- вых тромбов (см. главу 7). Считается, что негативный эффект повышения липопротеина (а) связан с ингибированием нормальной тромболитиче- ской активности плазминогена. ЭФФЕКТЫ ЭСТРОГЕНОВ До менопаузы у женщин ИБС развиваются реже, чем у мужчин. Однако в постменопаузе коронарный риск у обоих полов уравнивается, и сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей причиной смертности у женщин, значительно опережая другие причины, включая рак груди. Нормальный уровень эстрогенов в сыворотке снижает ЛНП и липопротеин (а) и повышает уровень ЛВП, что может отчасти объяснить защитную роль эстрогенов в отношении поражения коронарного русла. Эстрогены обладают также потенциально полезными антиоксидантным и антитром- боцитарным действием. Поскольку уровень эстрогенов после менопаузы снижается, женщинам в постменопаузе часто назначается гормональная заместительная терапия, особенно при наличии гиперхолестеринемии и других факторов риска. Однако заместительная терапия эстрогенами может увеличивать риск развития рака эндометрия. Добавление прогестинов уменьшает риск развития рака этой локализации и, по-видимому, не уменьшает положительных эффектов чистых эстрогенов. Курение Курение — это фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний, который, возможно, легче всего устранить. Многочисленные исследования показали увеличение риска атеросклероза, ишемической болезни сердца и внезапной смерти у курильщиков. Относительный риск смерти от ИБС в разных работах оценивается между 1,35 и 2,40 у всех курильщиков и между 1,43 и 3,50 у злостных курильщиков. Курение является независимым фактором риска и может также усугублять сердечно-сосудистые ос- ложения, ассоциированные с другими известными факторами риска. Количество никотина и других химических веществ, попадающих в организм курильщика, очень вариабельно, так что трудно четко связать количество выкуриваемых сигарет с риском атеросклероза. Однако ясно, что даже минимальное по интенсивности курение повышает риск, и что наибольшей опасности подвергаются наиболее злостные курильщики.
Атеросклероз 149 Специальные работы показали также, что курение сигарет с низким содержанием смол и никотина не снижает существенно риск инфаркта миокарда по сравнению с обычными сигаретами. Точно не известно, почему курение сигарет приводит к атеросклеро- тическим осложнениям и коронарной болезни сердца. Потенциальные механизмы включают: снижение уровня ЛВП, неадекватную стимуляцию симпатической нервной системы никотином, замещение связанного с гемоглобином кислорода на оксид углерода, повышение агрегации тромбоцитов и дисфункцию эндотелия, вызываемую компонентами табачного дыма. К счастью, некоторые из этих путей обратимы. Эпидемиологические исследования показали, что у людей, бросивших курить, заболеваемость коронарной болезнью сердца снижается по сравнению с продолжающими. В одной из работ было показано, что после трех лет отказа от курения риск развития коронарной болезни уравнивается с риском для людей, которые никогда не курили. Гипертензия Повышенное артериальное давление (как систолическое, так и диа- столическое) является фактором риска развития атеросклероза, ИБС и инсульта (см. главу 13). Не существует специфического порога, после которого повышенное давление приводит к сердечно-сосудистой патологии; скорее существует ряд степеней риска, связанных с прогрессивно повышающимся давлением. Механизм, благодаря которому артериальная гипертензия вносит свой вклад в атерогенез, не ясен. Однако в экспериментах на животных было показано, что повышенное артериальное давление повреждает эндотелий и может увеличивать проницаемость сосудистой стенки для липопротеинов. Снижение артериального давления с помощью диеты или лекарств снижает риск инсульта и, в меньшей степени, коронарных осложнений. Распространено мнение, что именно диагностика и лечение артериальной гипертензии способствовали 57% снижению смертности от инсультов и 50% снижению коронарной смертности, произошедшим в США в последние 20 лет. Сахарный диабет Диабет также является фактором риска атеросклероза, однако измерить этот риск сложно, поскольку при диабете широко распространены и другие факторы риска, такие как артериальная гипертензия и дислипиде- мия. Считают, что повышение риска связано у диабетиков с гликозили- рованием липопротеинов (что может увеличивать захват холестерина макрофагами-мусорщиками, как будет рассказано ниже) или с типичной для этого заболевания повышенной агрегацией тромбоцитов. До сих пор не установлено, снижает ли у диабетиков строгий контроль гликемии
150 Глава 5 риск атеросклеротических поражений, как это имеет место при микрососудистых осложнениях этого заболевания (например, ретинопатии). Гомоцистеинемия В добавление к перечисленным выше традиционным факторам риска недавние исследования показали достоверную связь между уровнем аминокислоты гомоцистеина в крови и заболеваемостью коронарным, церебральным и периферическим атеросклерозом. Риск инфаркта миокарда у лиц с наиболее высокими уровнями гомоцистеина по сравнению с пациентами с наиболее низкими уровнями повышается приблизительно в три раза. Механизм, с помощью которого гомоцистеин повышает риск атеросклероза, не известен, однако по имеющимся данным аномально высокий уровень этой аминокислоты может повреждать эндотелиальные клетки артериальной стенки. Обогащение рациона фолиевой кислотой и другими витаминами группы В может снижать уровень гомоцистеина, однако неизвестно, снижает ли подобное лечение коронарный риск. КЛЕТОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СОСУДИСТОЙ СТЕНКИ Для развития атеросклеротических поражений необходимо участие ключевых клеток артериальной стенки. Наиболее важны эндотелиальные клетки интимы артерии и сосудистые гладкомышечные клетки. Эндотелиальные клетки Клетки эндотелия выстилают интиму кровеносных сосудов и выполняют в норме весьма важные структурные, метаболические и паракринные функции (табл. 5.2). Во-первых, они формируют барьер, удерживающий циркулирующую кровь внутри просвета сосуда. Эндотелиальные клетки плотно прилегают друг к другу, ограничивая проникновение крупных молекул из кровотока в субэндотелиальное пространство. Во-вторых, эндотелий препятствует тромбообразованию посредством выработки противотромботических поверхностных молекул (например, гепаран сульфата, тромбомодулина и активаторов плазминогена, см. главу 7) и высвобождения антитромбоцитарных факторов, включая проста- циклин и эндотелий-зависимый релаксирующий фактор. Последняя субстанция была идентифицирована как оксид азота или его очень близкое производное, и далее будет именоваться ЭЗФР-NO. Эффекты этих ключевых медиаторов описаны в главе 6. В-третьих, клетки эндотелия секретируют вазоактивные субстанции, которые непосредственно влияют на сократимость гладкомышечных клеток в подлежащей медии. В нормальной артерии эффекты определенных сосудорасширяющих веществ (например, простациклина и ЭЗФР-NO) играют ведущую роль в расслаблении гладких мышц и расширении диаметра сосуда.
Атеросклероз 151 Наконец, путем синтеза определенных веществ (таких как гепаран сульфат и ЭЗФР-NO) эндотелиальные клетки ингибируют миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток, что, как мы увидим далее, также может играть важную антиатеросклеротическую роль. Таким образом, в норме эндотелиальный слой интимы представляет собой защитную ан- титромбогенную поверхность, метаболически активен и синтезирует ва- зоактивные вещества. Таблица 5.2. Функции клеток эндотелия Функция Нормальный эндотелий «Поврежденный» эндотелий Барьерная Формирует плотный барьер, пре- функция пятствующий проникновению крупных молекул и клеток в су- бэндотелиальное пространство Антитромбо- Противостоит тромбозу благодаря тическая ак- действию гепаран сульфата, тром- тивность бомодулина, активаторов плазми- ногена и секреции ингибиторов тромбоцитов (простациклина, ЭЗФР-NO) Влияние на то- Способствует вазодилатации бла- нус сосудов годаря секреции простациклина и ЭЗФР-NO Влияние на Ингибирует миграцию и проли- гладкомышеч- ферацию гладкомышечных клеток ные клетки (через гепаран сульфат и ЭЗФР- NO) Демонстрирует повышенную проницаемость Снижение антитромботи- ческих свойств (например, уменьшение секреции простациклина и ЭЗФР- NO) Способствует вазоконст- рикции из-за нарушения секреции простациклина и ЭЗФР-NO Способствует миграции и пролиферации гладкомышечных клеток (сниженная секреция ЭЗФР-NO, повышение секреции ТФР) ЭЗФР-NO — эндотелий зависимый фактор релаксации - цитарный фактор роста ■ оксид азота; ТФР — тромбо- Напротив, при повреждении или дисфункции эндотелиальных клеток их активность изменяется в сторону, которая может способствовать атеросклерозу (табл. 5.2). Во-первых, проницаемость поврежденного эндо- телиального слоя может увеличиваться, и в результате клетки не могут дольше служить барьером для миграции клеток и макромолекул из кровотока в субэндотелиальное пространство. Во вторых, поврежденные эндотелиальные клетки могут терять свои антитромботические свойства из-за сниженной продукции простациклина и ЭЗФР-NO. В-третьих, снижение секреции вазодилататоров (например, простациклина и ЭЗФР-NO) нарушает расслабление гладкомышечных клеток медии и приводит к от-
152 Глава 5 носительной вазоконстрикции. В-четвертых, поврежденные эндотелиаль- ные клетки секретируют повьппенное количество митогенных соединений, таких как тромбоцитарный фактор роста (PDGF), который привлекает гладкомышечные клетки внутрь интимы и стимулирует их размножение. Наконец, поврежденный эндотелий секретирует факторы хемотаксиса, которые привлекают внутрь интимы другие ключевые клетки, включая циркулирующие моноциты, которые вовлекаются в развитие атероскле- ротических поражений, о чем будет сказано ниже. Гладкомышечные клетки сосудов По современным данным ключевым событием в атерогенезе является пролиферация гладкомышечных клеток внутрь интимы артерии; эти мышечные клетки первично исходят из медии. Стимулы, приводящие к миграции и пролиферации этих клеток, будут описаны ниже. Гладкомышечные клетки внутри сосудистой стенки проявляют фено- типическую гетерогенность как в норме, так и в патологии (рис. 5.8). В нормальной артерии гладкомышечные клетки «сократительного» фенотипа содержат большое количество сократительных белков, которые несут функцию укорочения миофибриллл и сокращения клетки. Гладкомышечные клетки в этом состоянии экспрессируют рецепторы ко многим вазоак- тивным субстанциям, таким как ангиотензин II, катехоламины, эндоте- Рис. 5.8. Фенотипические разновидности гладкомышечных клеток сосудов. Свойства «синтетического» фенотипа, возможно, способствуют атеросклеротическому процессу. PDGF — тромбоцитарный фактор роста
Атеросклероз 153 лин. Когда вазоактивный лиганд связывается со своим рецептором, миоцит сокращается или расслабляется, изменяя таким образом диаметр просвета сосуда и, соответственно, кровоток. Напротив, гладкомышечные клетки «синтетического» фенотипа характеризуются меньшим количеством миофибрилл в цитоплазме. Зато в них хорошо представлен шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, что отражает активный синтез белка. Гладкомышечные клетки этого фенотипа продуцируют коллаген, эластин и протеогликаны, которые формируют матрикс медии сосуда. Они также экспрессируют рецепторы для таких хемотактических и митогенных факторов как ТФР, в ответ на которые гладкомышечные клетки мигрируют из интимы в ме- дию и пролиферируют. «Синтетические» гладкомышечные клетки также могут продуцировать свои собственные митогенные факторы (включая ТФР), что, возможно, ведет к аутостимуляции и пролиферации. Имеются данные, что гладкомышечные клетки внутри атеросклероти- ческих поражений изменяют свой фенотип с сократительного на синтетический. Возможно, это изменение клеточной функции во многом определяет реакцию на воздействие ключевых агонистов, формирование экстрацеллюлярного матрикса и пролиферацию гладкомышечных клеток, характерную для формирующихся атеросклеротических бляшек. ПАТОГЕНЕЗ АТЕРОСКЛЕРОЗА Хотя весь путь развития атеросклеротических поражений остается до конца не понятым, некоторые ключевые ступени его идентифицированы (рис. 5.9). Атерогенез требует участия клеток сосудистой стенки (эндоте- лиальных и гладкомышечных клеток), циркулирующих форменных элементов крови (моноциты, тромбоциты) и определенных химических медиаторов (называемых цитокинами). Дисфункция эндотелия По мнению многих исследователей, событием, начинающим процесс атерогенеза, является «повреждение» эндотелия артерии. Существуют различные доказательства этого утверждения. Так, известно, что далеко зашедшие атеросклеротические поражения практически не встречаются на протяжении кровеносного сосуда, но часты в местах ветвления артерии. Это — зоны турбулентности, где существует наибольшая вероятность травмы эндотелия. Другое доказательство вытекает из перечисленных выше факторов риска атеросклероза. Общим механизмом действия для всех факторов является нарушение функционирования эндотелиальных клеток. Например, курение повышает уровень циркулирующего монооксида углерода и усугубляет тканевую гипоксию, что может повреждать эндотелий. Высокий уровень ЛНП или низкий ЛВП создают избыток холестерина, доступного для захвата интимой с возможным ее повреждением. Артериальная гипертензия непосредственно увеличивает гемодинамиче-
154 Глава 5 Дислипидемия Гипертензия Курение «Повреждение» эндотелия 1 Аккумуляция липопротеинов в субэндотелиальном пространстве i Химическая модификация липопротеинов ^_ (например, окисление, гликозилирование) i Привлечение моноцитов в стенку сосуда i Превращение в макрофаги с рецепторами к модифицированным ЛНП Продукты окисления i Нерегулируемый захват макрофагами модифицированных ЛНП i Пенистые клетки (жировые полоски) Рис. 5.9. Модифицированная гипотеза развития атеросклероза в ответ на повреждение. Повреждение эндотелия вызывается разными факторами, включая дислипидемию (высокий ЛНП или низкий ЛВП), гипертензию, курение сигарет. Дисфункция эндотелия позволяет липидам аккумулироваться в субэндотелиальном пространстве, где может происходить химическая модификация ЛНП. Модифицированные ЛНП привлекают внутрь сосудистой стенки моноциты, где они превращаются в макрофаги, поглощающие модифицированные липопротеины. Нерегулируемый захват модифицированных ЛНП приводит к образованию крупных пенистых клеток, характерных для жировых полосок ский стресс, испытываемый эндотелием. Третья группа доказательств первичности повреждения эндотелия в процессе атерогенеза связана с опытами на животных, в которых было показано развитие атером в ответ на повреждение эндотелия. До недавнего времени считалось, что повреждение эндотелия, запускающее атеросклероз, требует физической травмы эндотелиальных клеток и потери их части. Сейчас известно, что наличие структурного повреждения эндотелия на самом деле не обязательно. Фактически ранние стадии развития атеросклеротического поражения, включая аккумуляцию липидов внутри артериальной стенки и миграцию моноцитов, проходагг при интактной поверхности эндотелиальных клеток. Как мы увидим далее, эти ранние сдвиги обусловлены специфическими биохимическими изменениями и клеточными сигнальными путями, а не структурными изменениями эндотелиального слоя.
Атеросклероз 155 Многие факторы риска, ассоциированные с атеросклерозом (высокий холестерин ЛНП, курение, гипертензия, диабет) предрасполагают к дисфункции эндотелия. Даже до появления видимых атеросклеротических поражений эта дисфункция может проявляться: 1) нарушением барьерной функции эндотелия, 2) изменением его нормальной антитромботиче- ской активности, 3) нарушением высвобождения вазоактивных субстанций (например, простациклина и ЭЗФР-NO), что влияет на тонус подлежащих гладкомышечных клеток. Эти нежелательные последствия дисфункции эндотелия лежат в основе последующих событий атерогенеза. Недавно в некоторых атеросклеротических поражениях были обнаружены определенные инфекционные агенты (например, из группы герпес-вирусов, хламидии), что вызвало вопрос об их возможной роли в развитии атерогенеза. Хотя эта взаимосвязь не доказана, некоторые исследователи полагают, что эти инфекционные агенты являются дополнительным источником повреждения эндотелия. Гипотеза, согласно которой повреждение эндотелия и его дисфункция считаются инициирующим событием атер.огенеза, известна как модифицированная гипотеза ответа на повреждение. Последовательность событий, которые следуют за.повреждением эндотелия, остается предметом продолжающегося изучения, и это изложение (схематически представленное на рис. 5.9), должно рассматриваться как общая схема, отдельные детали которой, скорее всего, при появлении новых знаний будут меняться. Проникновение и модификация липопротеинов При развитии дисфункции эндотелий более не может служить эффективным барьером на пути различных циркулирующих субстанций внутрь сосудистой стенки. Например, возросшая проницаемость эндотелия делает возможным транспорт липопротеинов низкой плотности внутрь интимы; этот процесс облегчается при повышении уровня циркулирующих ЛНП. Оказавшись внутри интимы, ЛНП скапливаются в субэндотелиа- льном пространстве, связываясь с компонентами внеклеточного матрик- са. Попадание в эту «ловушку» удлиняет время нахождения ЛНП внутри сосудистой стенки, где липопротеин может подвергаться химическим модификациям, которые, видимо, являются решающим моментом в развитии атеросклеротических поражений. Основной вид модификации ЛНП, происходящий в субэндотелиаль- ном пространстве — это их окисление под действием присутствующих там свободных радикалов и ферментов. Источником прооксидантов являются, судя по всему, располагающиеся выше эндотелиальные клетки, а позднее — проникающие внутрь сосудистой стенки макрофаги. У больных сахарным диабетом с неконтролируемой гипергликемией другим важным путем биохимической модификации липопротеинов является их гликозилирование.
156 Глава 5 Биохимическая модификация ЛНП имеет два важных последствия: 1) модифицированные ЛНП (мЛНП) действуют как хемоаттрактанты, привлекающие циркулирующие моноциты внутрь сосудистой стенки, и 2) в отличие от нормальных ЛНП, мЛНП могут поглощаться макрофагами и другими клетками в больших количествах. Вспомните, что нормальный захват органами циркулирующих ЛНП регулируется рецепторами ЛНП и подчиняется механизму отрицательной обратной связи. Например, когда содержание холестерина внутри гепатоцита растет, число рецепторов ЛНП на поверхности клетки уменьшается, что ведет к уменьшению дальнейшего захвата липопротеина. Напротив, биохимически модифицированный ЛНП (окисленный или гликозилированный) не распознается рецептором ЛНП и не может попадать внутрь гепатоцита с помощью этого механизма. Однако мЛНП распознаются и захватываются с помощью рецепторов — макрофагов-«мусорщиков» и других клеток, и этот путь захвата не регулируется отрицательной обратной связью. Поэтому очень большие количества модифицированных ЛНП могут неконтролируемо поглощаться этими клетками, что приводит к появлению крупных «пенистых клеток» в жировых полосках. Роль лейкоцитов Вслед за проникновением и биохимической модификацией ЛНП следует другая ключевая ступень атерогенеза — привлечение лейкоцитов, в первую очередь моноцитов и Т-лимфоцитов, к сосудистой стенке. Факторами, участвующими в этом процессе, являются: 1) хемоаттрактивные свойства мЛНП, 2) экспрессия специфических цитокинов (например, фактора некроза опухоли (ФНО) и хемоаттрактивного белка моноцитов (ХАБМ), секретируемых поврежденными эндотелиальными клетками) и 3) экспрессия молекул адгезии на обращенной в просвет сосуда поверхности поврежденных эндотелиальных клеток. Примерами молекул адгезии являются молекула адгезии сосудистых клеток (VCAM-1) и межклеточная молекула адгезии (ICAM-1), представители суперсемейства генов иммуноглобулинов, и Р-селектин, особый вид молекул лейкоцитарных рецепторов. Показано, что компоненты окисленных ЛНП способствуют экспрессии генов VCAM, механически связывая накопление липидов в интиме артерии с появлением лейкоцитов. Гипотетическая роль молекул адгезии в привлечении моноцитов была подтверждена на животных. Например, атерогенная диета у кроликов приводит к экспрессии VCAM, предшествующей адгезии моноцитов к стенке сосуда. После прилипания к поверхности интимы моноциты могут через межклеточные соединения эндотелиального монослоя проникнуть в су- бэндотелиальное пространство. Оказавшись под эндотелием, моноциты дифференцируются в макрофаги, фагоцитирующие клетки, способные поглощать модифицированные ЛНП в больших количествах (механизм участия клеток-«мусорщиков» см. выше). В результате макрофаги пре-
Атеросклероз 157 вращаются в нагруженные липидами пенистые клетки — первичный компонент жировой полоски. Т-лимфоциты, основные медиаторы клеточного,иммунитета, также, видимо, играют важную роль на ранних стадиях атеросклероза. Т-клетки представлены относительно небольшой фракцией клеток внутри атеро- матозной бляшки, уступающей по численности макрофагам и гладкомы- шечным клеткам. Однако Т-клетки в процессе атерогенеза активируются и продуцируют цитокины, которые могут влиять на образование бляшки. Роль гладкомышечных клеток Трансформация жировой полоски в фиброзную бляшку включает в себя миграцию гладкомышечных клеток из медии в поврежденную интиму и секрецию ими большого количества соединительной ткани. Вещества, ответственные за миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток, в основном вырабатываются пенистыми клетками, активированными тромбоцитами и клетками эндотелия (рис. 5.10). Пенистые клетки образуют несколько факторов, которые способствуют привлечению гладкомышечных клеток. Например, они выделяют тромбоцитарный фактор роста (ТФР), который стимулирует миграцию гладкомышечных клеток в субэндотелиальное пространство интимы с их Пенистые клетки в жировых полосках Цитокины • ФНО-а •ИЛ-1 •TGF-P Дисфункция эндотелия tPDGF 1 Тканевой фактор ^ЭЗФР 4 Простациклин! Тромбоз, адгезия тромбоцитов Гепариназа I Гепаран сульфат эндотелия Гладкомышечные клетки мигрируют в интиму, пролиферируют и вырабатывают внеклеточный матрикс Фиброзная бляшка Рис. 5.10. Трансформация жировой полоски в фиброзную бляшку предусматривает миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток и продукцию внеклеточного матрикса. Вещества, вырабатываемые пенистыми клетками, дисфункциональными клетками эндотелия и тромбоцитами, способствуют этому процессу. ФНО-а — фактор некроза опухоли-а; ИЛ-1 — ин- терлейкин-1; TGF-p —■ трансформирующий фактор роста-р
158 Глава 5 последующей репликацией там. Пенистые клетки также высвобождают цитокины и факторы роста (например, фактор некроза опухоли-а, ин- терлейкин-1, фактор роста фибробластов и трансформирующий фактор роста-р), которые дополнительно стимулируют пролиферацию гладкомышечных клеток и продукцию белков внеклеточного матрикса. Рост массы гладкомышечных клеток, прорастающих из медии в пораженную интиму, и развитие вокруг фиброзной покрышки из эктсрацеллюлярного матрикса характеризуют фиброзную бляшку — далеко зашедшую стадию атеросклероза. Пенистые клетки продуцируют также большие количества тканевого фактора — протромбогенного вещества, которое при контакте с циркулирующей кровью активирует систему гемокоагуляции. Пока атероматоз- ная бляшка покрыта фиброзной покрышкой и эндотелием, тромбогенное ядро, содержащее тканевой фактор, обычно «скрыто» от циркулирующей крови. Однако небольшие нарушения целостности далеко зашедших атеро- склеротических поражений могут «раскрыть» тканевой фактор, вследствие чего богатые тромбоцитами микротромбы могут прилипать к поврежденной поверхности эндотелия. Активированные тромбоциты внутри таких микротромбов выделяют мощные факторы, которые также способствуют миграции и пролиферации гладкомышечных клеток. Эти факторы включают ТФР (чьи эффекты были описаны выше) и гепариназу. Последняя разрушает гепаран сульфат — полисахарид экстрацеллюлярного матрикса — который в норме ингибирует миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток. Со своей стороны, поврежденная эндотелиальная клетка также играет роль в регуляции активности гладкомышечных клеток в развивающейся атероме. Поврежденные эндотелиальные клетки могут секретировать повышенные количества ТФР и пониженные — ЭЗФР-NO и простациклина, что также способствует привлечению и пролиферации гладкомышечных клеток. Фиброзные бляшки нередко содержат центральное ядро из некротизи- рованной ткани. Гибель клеток, возможно, происходит из-за токсических эффектов высокоокисленных ЛНП и накопления свободных радикалов. Ядро бляшки часто содержит дегенерирующие пенистые клетки, из которых высвобождаются кристаллы холестерина, которые потом могут окружаться врастающими в бляшку гладкомышечными клетками. Таким образом, в настоящее время атеросклероз рассматривается как хронический воспалительный процесс в артериальной стенке, развивающийся в ответ на триггерные факторы, приводящие к дисфункции эндотелия, аккумуляции липидов внутри интимы, привлечению лейкоцитов и гладкомышечных клеток к интиме сосуда и отложению внеклеточного матрикса. Следует отметить, что кроме модифицированной гипотезы «ответа на повреждение» были выдвинуты другие теории атерогенеза, включая и такие, в которых повреждение эндотелия рассматривается не как первопри-
Атеросклероз 159 чина, а как результат. Например, «моноклональная гипотеза» предполагает, что первичным событием атерогенеза является миграция и пролиферация гладкомышечных клеток в интиму, индуцированная генетическими, химическими или вирусными стимулами. Этот взгляд поддерживается тем, что содержащиеся в некоторых атеросклеротических бляшках человека гладкомышечные клетки действительно происходят от одной клетки. ОСЛОЖНЕНИЯ АТЕРОСКЛЕРОЗА Атеросклеротические бляшки обычно растут постепенно и привлекают к себе внимание только при существенном уменьшении кровоснабжения какого-то органа или клинически значимом нарушении структуры стенки артерии. Основные клинические проявления атеросклероза связаны с осложенными фиброзными бляшками, как показано на рис. 5.2 и табл. 5.3. Например, как будет рассказано в следующей главе, атеросклеротические поражения коронарного русла могут нарушать перфузию миокарда и вызывать приступы дискомфорта в грудной клетке (стенокардию), классический симптом ИБС. В других случаях фиброзная бляшка может осложняться тромбозом, полностью перекрывающим просвет коронарной артерии, что приводит к острому инфаркту миокарда (см. главу?). Таблица 5.3. Осложнения атеросклероза Осложнение Механизм Примеры Сужение и каль- цификация сосуда Тромбообразова- ние с окклюзией просвета Периферические эмболии Снижение прочности сосудистой стенки Прогрессирующий рост фиброзной бляшки Организация микротромбов внутри бляшки Кровоизлияние в бляшку Разрыв или изъязвление бляшки Кровоизлияние в бляшку с ее разрывом Фрагментация и перемещение ате- роматозного материала из больших проксимальных сосудов в меньшие периферические Давление на прилежащую медию вызывает атрофию мышечных клеток и потерю эластической ткани Ишемия миокарда (см. гл. 6) Перемежающаяся хромота (см. гл. 15) Инфаркт миокарда или нестабильная стенокардия Инфаркт мозга (ише- мический инсульт) Эмболический инсульт Почечная недостаточность вследствие эмболии атероматозным материалом Аневризмы аорты (см. гл. 15)
160 Глава 5 Недавние исследования показали, что степень сужения коронарных артерий (определяемая ангиографически) не коррелирует вполне с последующим развитием инфарктов миокарда в местах наибольшего стено- зирования. Это подтверждает гипотезу о том, что первичным механизмом развития острых коронарных синдромов является разрыв бляшки с последующим тромбозом, а не окклюзия сосуда в результате постепенно прогрессирующего увеличения фиброзной бляшки. «Бляшки-виновники», приводящие к острому тромбозу (и соответствующим клиническим проявлениям), часто не видны при ангиографии. Факторы, делающие такую бляшку более подверженной разрыву, включают относительно тонкую фиброзную покрышку, отделяющую пенистые клетки (содержащие тканевой фактор, мощный прокоагулянт) от «Стабильная» бляшка г7- Нормальные ГМК медии Рис. 5.11. Схема, демонстрирующая характерные черты «уязвимой» и «стабильной» атероск- леротических бляшек. Уязвимая бляшка обычно имеет крупное липидное ядро и тонкую фиброзную покрышку, отделяющую обладающие прокоагулянтной активностью (несущие тканевой фактор) макрофаги от циркулирующей крови. В местах разрыва бляшки гладко- мышечные клетки (ГМК) часто активированы. Напротив, стабильная бляшка имеет толстую фиброзную покрышку, предохраняющую липидное ядро от контакта с кровью. Клинические данные позволяют предположить, что стабильные бляшки чаще вызывают ангиографически заметное сужение просвета, чем уязвимые. (Воспроизведено с разрешения из Libby P. Molecular bases of the acute coronary syndromes. Circulation. 1995;91:2844-2850, copyright 1995, American Heart Association)
Атеросклероз 161 элементов циркулирующей крови (рис. 5.11). Эти «ранимые» бляшки часто имеют на макропрепарате маленькие размеры и в меньшей степени препятствуют кровотоку, чем хронические, стабильные бляшки с толстой фиброзной покрышкой, которые менее подвержены разрыву. «Уязвимые» места можно отличить по очень большому липидному ядру и высокой концентрации воспалительных клеток (макрофагов и Т-лимфоцитов). Макрофаги в подобных бляшках часто располагаются на границе бляшки и нормальной ткани (область «плеча») и секретируют медиаторы воспаления и ферменты, которые разрушают и ослабляют фиброзную покрышку, делая ее более подверженной разрыву. Кроме того, гамма-интерферон, медиатор, вырабатываемый Т-клетками в ответ на хроническое воспаление внутри бляшки, может ингибировать синтез коллагена гладкомышеч- ными клетками, что нарушает их функцию поддержания целостности и репарации фиброзной покрышки, которая предохраняет бляшку от разрыва. Бляшки, способные синтезировать и сохранять толстую фиброзную капсулу, менее склонны к разрыву. Как указывалось выше, недавние клинические исследования гиполи- пидемических препаратов продемонстрировали выраженное снижение частоты коронарных событий, не пропорциональное достигнутому регрессу стенозов коронарных артерий. Считается, что выраженное клиническое улучшение связано с уменьшением содержания липидов в атеросклеротиче- ской бляшке и, таким образом, ее «стабилизацией», что ведет к большей ее устойчивости к разрыву. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В индустриализированном обществе атеросклероз вызывает больше смертей, чем любые другие заболевания. В процессе атерогенеза в интиме артерий мышечного типа накапливаются жировые отложения и фиброзная ткань. Наиболее ранним патоморфологическим проявлением атеросклероза являются жировые полосы. По-видимому, развитие атеросклеротических поражений обусловлено сложными взаимодействиями между клетками сосудистой стенки (эндотелиальными и гладкомышечными), циркулирующими клетками крови (лейкоцитами, тромбоцитами), липопротеинами и разными цитокинами и факторами роста. Клинические проявления атеросклероза развиваются в результате сужения просвета и кальцификации стенки сосуда, трещин или разрывов бляшки с последующим тромбозом, кровоизлияний в бляшку и ослабления стенки артерии. Главные факторы риска развития атеросклероза включают дислипиде- мию (высокий ЛНП или низкий ЛВП), гипертензию, курение, раннее развитие коронарной болезни у родственников и диабет. Активное выявление и коррекция модифицируемых факторов риска является ключевым моментом современной профилактической кардиологии и скорее всего будет способствовать дальнейшему снижению сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности.
162 Глава 5 Следующие две главы касаются двух наиболее важных осложнений атеросклероза: хронической ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРА ТУРА Berliner JA, et al. Atherosclerosis: basic mechanisms: oxidation, inflammation, and genetics. Circulation 1995;91:2488-2496. Fuster V, Badimon L, Badimon JJ, et al. The pathogenesis of coronary artery disease and the acute coronary syndromes. N Engl J Med 1992;326:242-250 (Part I), 326:310-318 (Part II). Goldstein JL, Brown MS. A receptor mediated pathway for cholesterol homeostasis. Science 1986;232:34-47. Grundy SM. Role of low-density lipoproteins in atherogenesis and developement of coronary heart disease. Clin Chem 1995;41:139-146. Hajjar DP, Nicholson AC. Atherosclerosis. Am Scientist 1995;83:460-467. Levine GN, Keaney JF, Vita JA. Cholesterol reduction in cardiovascular disease. N Engl J Med 1995;332:512-521. Libby P. Molecular bases of the acute coronary syndromes. Circulation 1995; 91:2844-2850. O'Keefe JH Jr, Conn RD, Lavie CJ Jr., et al. The new paradigm for coronary artery disease: altering risk factors, atherosclerotic plaques, and clinical prognosis. Mayo Clin Proc. 1996;71:957-965. Ross R. The pathogenesis of atherosclerosis: a perspective for the 1990s. In: Braunwald E, ed. Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine. Philadelphia: WB Saunders, 1997; 1105-1125. Summary of the Second Report of National Cholesterol Education Project Expert Panel on Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Cholesterol in Adults. JAMA 1993;269;3015-3023. Благодарности. В предыдущем издании книги эта глава была написана Рушикой Фернандопулле (Rushika Femandopulle, MD) и Джозефом Лоскальзо (Joseph Loscalzo, MD, PhD).
ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА Марк С. Сабатини, Патрик Т. ОТара и Леонард С. Лилли Этиология и патогенез стенокардии • Снабжение миокарда кислородом • Потребность миокарда в кислороде Патофизиология ишемии • Стеноз сосуда • Дисфункция эндотелия • Другие причины ишемии миокарда Ишемические синдромы • Стабильная стенокардия • Нестабильная стенокардия • Вариантная стенокардия • Немая ишемия • Синдром X Последствия ишемии Клинические проявления • Характер болей • Локализация • Провоцирующие факторы • Частота • Факторы риска Диагностика • Физикальное исследование • Методы диагностики Течение заболевания Лечение • Купирование приступа стенокардии • Профилактика повторных эпизодов ишемии • Лечение нестабильной стенокардии
164 Глава 6 В 1772 году английский врач Уильям Геберден описал заболевание, при котором у больных во время ходьбы появлялось непррштное ощущение в грудной клетке. Назвав этот дискомфорт «стенокардией», Геберден отметил, что он быстро исчезал, когда пациент останавливался, но вновь появлялся при возобновлении нагрузки. Хотя он не знал причин этого явления, судя по всему, его сообщение было первым описанием симптомов ишемической болезни сердца, состояния, обусловленного недостаточным кровоснабжением миокарда, от которого сейчас страдают миллионы американцев и которое ответственно за более чем 600 000 смертей ежегодно. Клинические проявления ишемической болезни сердца очень разнообразны. Она может сопровождаться симптомами, связанными с физической нагрузкой, подобными описанным Геберденом, и до сих пор называющимися стенокардией. В других случаях ишемия не сопровождается клиническими проявлениями, при этом говорят о «немой» ишемии. Эта глава описывает весь спектр синдромов, ассоциированных с ишемической болезнью сердца (табл. 6.1), и их патогенетических механизмов. Таблица 6.1. Клинические определения Синдром Описание Ишемическая болезнь сердца Стенокардия Стабильная стенокардия Вариантная стенокардия Нестабильная стенокардия Немая ишемия Состояние, при котором дисбаланс между потребностью миокарда в кислороде и его доставкой приводит к ишемии миокарда и накоплению продуктов метаболизма; наиболее часто развивается вследствие атеросклероза коронарных артерий («коронарная болезнь сердца») Дискомфорт в грудной клетке и соседних анатомических областях, вызываемый ишемией миокарда Хронический тип преходящей стенокардии, провоцируемой физической активностью или эмоциями и купируемой в течение нескольких минут в покое; эпизоды часто ассоциируются с преходящей депрессией сегмента ST, но стойкое повреждение миокарда не развивается Типичная стенокардия, обычно покоя, которая развивается из-за спазма коронарных артерий, а не из-за увеличения потребности миокарда в кислороде; эпизоды часто сопровождаются транзиторными колебаниями сегмента ST (обычно элевация) Характерно увеличение частоты и продолжительности приступов стенокардии, провоцируемых меньшей нагрузкой или развивающихся в покое; при отсутствии лечения часто развивается инфаркт миокарда Бессимптомные эпизоды ишемии миокарда; может быть выявлена на ЭКГ или с помощью других инструментальных методов
Ишемическая болезнь сердца 165 Синдром Описание Инфаркт миокарда (см. главу?) Участок некроза миокарда, обычно вследствие длительного прекращения кровотока; наиболее часто развивается вследствие острого тромбоза в месте атеросклеротического стеноза коронарной артерии; может быть первым клиническим проявлением ишемической болезни сердца, или ему предшествует стенокардия ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ СТЕНОКАРДИИ Наиболее типичное проявление ишемической болезни сердца, стенокардия, в буквальном переводе означает «сдавление в груди». Хотя многие болезни с локализацией в грудной клетке могут приводить к подобному дискомфорту, «стенокардией» называют состояние дисбаланса между доставкой кислорода к миокарду и потребностью в нем. Ведущей причиной такого дисбаланса является ишемическая болезнь сердца, при которой уменьшение доставки кислорода обусловлено атеросклеротическим сужением одной или нескольких коронарных артерий. В нормальном сердце поддерживается равновесие между потребностью миокарда в кислороде и его доставкой коронарными артериями. Даже при интенсивной нагрузке, когда метаболические потребности сердца возрастают, также растет доставка кислорода к кардиомиоцитам, и баланс сохраняется. Следующие разделы рассматривают ключевые факторы, определяющие потребность и доставку кислорода к миокарду в норме (рис. 6.1) и при ИБС. Доставка кислорода к миокарду Потребность миокарда в кислороде Диастолическое перфузионное давление Коронарное сосудистое сопротивление • внешняя компрессия • саморегуляция • локальные метаболиты • эндотелиальные факторы • иннервация Кислородсвязывающая способность Напряжение стенки (Р х r/2h) Частота сердечных сокращений Сократимость Рис. 6.1. Основные детерминанты доставки кислорода к миокарду и потребности в нем. Р — систолическое давление в желудочке, г — радиус желудочка, h — толщина стенки желудочка
166 Глава 6 Доставка кислорода к миокарду Доставка кислорода к миокарду зависит от способности крови переносить кислород и состояния коронарного кровотока. Способность переносить кислород определяется содержанием в крови гемоглобина и системной оксигенацией. При отсутствии анемии или патологии легких кисло- родсвязывающая способность остается достаточно стабильной величиной. Однако коронарный кровоток гораздо более динамичен, и его регуляция поддерживает соответствие доставки кислорода метаболическим потребностям. Как и во всех кровеносных сосудах, коронарный кровоток (Q) прямо пропорционален перфузионному давлению в сосуде (Р) и обратно пропорционален коронарному сосудистому сопротивлению (R). Это выражается как Q ос P/R. Однако в отличие от остальных артериальных систем, в которых основной кровоток происходит в систолу, в коронарных сосудах максимальный ток крови приходится на диастолу. Причиной этого является ограничение систолического кровотока из-за сдавления артерий сокращающимся миокардом, а также из-за динамики выброса крови в аорту. Во время систолы быстрый ток крови через аортальный клапан вызывает эффект Вен- тури, в результате чего вдоль стенок проксимальной аорты возникает локальное снижение давления. Таким образом, систолическое давление в синусах Вальсальвы и устьях коронарных артерий становится ниже, чем в самой аорте, и перфузионное давление в коронарных артериях снижается. В диастолу коронарный кровоток осуществляется беспрепятственно, так как снижающий давление эффект Вентури не возникает при закрытом аортальном клапане и прекращении быстрого тока крови, а также потому что миокард в фазе расслабления вызывает лишь незначительное внешнее сдавление сосудов. Таким образом, для коронарных артерий перфузионное давление определяется диастолическим давлением в аорте. Состояния, при которых диастолическое давление в аорте снижается (например, гипотензия или аортальная регургитация), уменьшают коронарное перфузионное давление и могут нарушать доставку кислорода к миокарду. Коронарное сосудистое сопротивление является еще одной основной детерминантой коронарного кровотока. В нормальных артериях сопротивление динамически модулируется 1) силами, сдавливающими коронарные артерии извне и 2) факторами, влияющими на собственный тонус артерий. ВНЕШНЯЯ КОМПРЕССИЯ Внешняя компрессия коронарных сосудов осуществляется в течение сердечного цикла сокращением окружающего миокарда. Степень компрессии прямо пропорциональна интрамиокардиальному давлению и поэтому, как уже говорилось выше, максимальна во время систолы. Более
Ишемическая болезнь сердца 167 того, во время сокращения миокарда субэндокардиальные слои, подвергающиеся воздействию высокого внутрижелудочкового давления, сдавливаются больше, чем остальные мышечные слои. Это одна из причин того, что субэндокардиальные слои наиболее подвержены ишемическому повреждению. ВНУТРЕННИЙ КОНТРОЛЬ КОРОНАРНОГО ТОНУСА В отличие от большинства тканей, сердце не может при необходимости увеличивать степень поглощения кислорода, так как она почти максимальна уже в базальных условиях. Таким образом, любое повышение потребности в кислороде должно вызывать увеличение коронарного кровотока; ведущую роль в этом процессе играет саморегуляция коронарного сосудистого сопротивления. К факторам, участвующим в регуляции коронарного сосудистого сопротивления, относят локальное накопление продуктов обмена, эндотелиальные факторы и нервные влияния. Местное накопление продуктов обмена Локальное накопление метаболитов заметно влияет на тонус коронарных сосудов и помогает приспосабливать доставку кислорода к меняющимся метаболическим потребностям. Основными регуляторными факторами являются 1) кислород, действующий как вазоконстриктор, и 2) аденозин, являющийся вазодилататором. Считается, что молекулярный кислород заставляет закрываться прекапиллярные сфинктеры. Таким образом, при снижении перфузии снижается также напряжение кислорода, что приводит к дилатации прекапиллярных сфинктеров и увеличению кровотока и доставки кислорода. При гипоксемии аэробный метаболизм и окислительное фосфорили- рование в митохондриях ингибируются. При этом регенерация макроэр- гических фосфатов, включая АТФ, невозможна. В результате аденозин дифосфат (АДФ) и монофосфат (АМФ) накапливаются и последовательно расщепляются до аденозина. Аденозин является мощным вазодилататором и считается основным метаболическим медиатором сосудистого тонуса. Связываясь с рецепторами на гладкомышечных клетках сосудов, аденозин уменьшает вход кальция внутрь клетки, что приводит к расслаблению, вазодилатации и увеличению коронарного кровотока. Другими метаболитами, обладающими местным вазодилатирующим эффектом, являются лактат, ацетат, ионы водорода и диоксид углерода. Эндотелиальные факторы Клетки эндотелия сосудистой стенки вырабатывают ряд вазоактивных веществ, участвующих в регуляции сосудистого тонуса. Вазодилататоры, синтезируемые эндотелием, включают эндотелий-зависимый фактор релаксации и простациклин. Эндотелии-1 является примером естественного продуцируемого эндотелием вазоконстриктора.
168 Глава 6 Идентификация и важнейшие эффекты эндотелий-зависимого фактора релаксации описываются в Приложении 6.1. Этот фактор был идентифицирован как оксид азота или очень близкое вещество и поэтому далее обозначается как ЭЗФР-NO. ЭЗФР-NO регулирует сосудистый тонус, заставляя соседние гладкомышечные клетки расслабляться через механизм, зависимый от циклического ГМФ. Продукция ЭЗФР-NO нормальным эндотелием происходит в базальных условиях и дополнительно стимулируется многими факторами и состояниями. Например, повышенное его количество синтезируется при воздействии на эндотелий ацетилхолина (АХ), тромбина, факторов, высвобождаемых из агрегирующих тромбоцитов (например, серотонина и АДФ), или в результате напряжения сдвига, создаваемого кровотоком. Хотя прямым эффектом многих из этих субстанций на сосудистую стенку является вазоконстрикция, вызванное ими высвобождение из нормального эндотелия ЭЗФР-NO парадоксальным образом приводит к вазодилатации (рис. 6.2). Метаболит арахидоновой кислоты простациклин обладает сходными с ЭЗФР-NO вазодилатирующими свойствами (рис. 6.2). Он высвобождается эндотелием в ответ на многие стимулы, включая гипоксию, напряжение сдвига, ацетилхолин и тромбоцитарные факторы (например, серотонин), и вызывает расслабление гладких мышц через механизм, зависимый от циклического АМФ. Эндотелии-1 является мощным вазоконстриктором, который вырабатывается клетками эндотелия и частично противодействует вазодилатирующей активности ЭЗФР-NO и простациклина. Его экспрессия стимулируется рядом факторов, включая тромбин, ангиотензин II, адреналин и напряжение сдвига кровотока. В нормальных условиях эндотелий способствует релаксации сосудистых гладкомышечных клеток (вазодилатации) под действием ЭЗФР-NO и простациклина, эффекты которых преобладают над эндотелиальными вазоконстрикторами (рис. 6.2). Однако, как мы увидим впоследствии, при его дисфункции (как, например, при атеросклерозе) эндотелий продуцирует недостаточное количество вазодилататоров, так что баланс сдвигается в сторону вазоконстрикции. Нервная регуляция Контроль сосудистого сопротивления со стороны нервной системы имеет как симпатический, так и парасимпатический компонент. В норме вклад парасимпатической нервной системы, по-видимому, незначителен, однако симпатические рецепторы играют важную роль. Коронарные артерии обладают как а-, так и р2-адРенорецепторами. Стимуляция а-ад- ренорецепторов приводит к вазоконстрикции. Напротив, стимуляция Р2-адренорецепторов способствует вазодилатации. Взаимодействие между метаболическими, эндотелиальными и нервными регуляторными факторами определяет общее воздействие на коронарный сосудистый тонус. Например, катехоламиновая стимуляция
Ишемическая болезнь сердца 169 Приложение 6.1: Эндотелий-зависимый фактор релаксации и оксид азота Клетки эндотелия нормальной артерии синтезируют вещества с мощным вазодила- тирующим эффектом, которые участвуют в регуляции сосудистого тонуса. К ним относятся простациклин (метаболит арахидоновой кислоты) и эндотелий-зависимый фактор релаксации (ЭЗФР). ЭЗФР был впервые описан в 1970-х гг. В экспериментах было показано, что ацетил- холин (АХ) обладает двояким действием на кровеносные сосуды: его прямым эффектом на гладкомышечные клетки сосудов является вазоконстрикция, но если гладкомышеч- ные клетки покрывает интактная эндотелиальная выстилка, вместо вазовонстрикции развивается вазодилатация. Последующие работы показали, что под действием АХ эн- дотелиальные клетки продуцируют химический медиатор (который был назван ЭЗФР), который быстро диффундирует к подлежащим гладкомышечным клеткам, вызывая их расслабление и последующую вазодилатацию сосуда. По данным последних исследований таинственный ЭЗФР на самом деле представляет собой оксид азота (N0) или близкое к нему вещество. Когда АХ (или другие эндотелий-зависимые вазодилататоры, например, серотонин или гистамин) связывается с эндотелиаль- ной клеткой, повышается уровень внутриклеточного свободного кальция, который активирует фермент синтетазу NO (NOC). NOC катализирует образование N0 из аминокислоты L-аргинина (см. рисунок). N0 диффундирует из эндотелия к подлежащим гладкомышечным клеткам, где активирует гуанилатциклазу (G-циклазу). G-циклаза, в свою, очередь, превращает гуанозинтрифосфат (ГТФ) в циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ). Повышение внутриклеточного цГМФ приводит к расслаблению гладкомышеч- ной клетки посредством механизмов, связанных со снижением содержания Са"1"1" в цитоплазме. Повышение цГМФ также подавляет миграцию гладкомышечных клеток. В отличие от эндотелий - АГОНИСТ (например, АХ, гистамин, серотонин) I —т КЛЕТКА ЭНДОТЕЛИЯ L-аргинин Синтетаза оксида азота 7 L-цитруллин Оксид азота (окись азота, N0» Нитропруссид или нитроглицерин ГЛАДКОМЫШЕЧНАЯ КЛЕТКА зависимых вазодилататоров, некоторые агенты вызывают релаксацию гладких мышц независимо от наличия эн- дотелиальных клеток. Например, лекарства нитропруссид натрия и нитроглицерин вызывают вазодилатацию, создавая для гладкомышечных клеток внешний источник N0 и затем активируя G-циклазу с образованием цГМФ без участия клеток эндотелия. В лаборатории катетеризации сердца внутрикоронарное введение АХ у здоровых людей вызывает дилатацию сосуда, по-видимому за счет высвобождения ЭЗФР-NO. Однако при состояниях, вызывающих дисфункцию эндотелия, таких как атеросклероз, внутрикоронарное введение АХ приводит к парадоксальной вазоконстрикции. Судя по всему, это является отражением снижения продукции ЭЗФР-NO при дисфункции эндотелия, так что преобладает прямой вазоконстрикторный эффект АХ в отношении гладкой мускулатуры. Особый интерес представляет тот факт, что потеря вазодилатирующего ответа на инфузию АХ развивается улиц с определенными факторами риска (например, повышением холестерина ЛНП, ги- пертензией, при курении сигарет) даже при отсутствии явной атероматозной бляшки. Таким образом, нарушение высвобождения ЭЗФР-NO может быть ранним и чувствительным предиктором последующего развития атеросклеротических поражений. (Модифицировано из Furchgott, RF. The discovery of endothelium-derived relaxing factor and its importance in the identification of nitric oxide. JAMA 1996; 276:1186-1188.)
170 Глава 6 сердца может вначале вызвать коронарную вазоконстрикцию посредством а-адренергического нервного механизма. Однако катехоламины вызывают также повышение потребления миокардом кислорода через увеличение ЧСС и сократимости (ргадренергический эффект) и, вследствие этого, увеличивают продукцию метаболитов, приводящих к конечной коронарной вазодилатации. Потребность миокарда в кислороде Факторами, определяющими потребность миокарда в кислороде, являются: 1) напряжение стенки желудочка, 2) частота сердечных сокращений, 3) сократимость (инотропный статус). Кроме того, очень небольшие количества кислорода требуются для обеспечения энергией базального метаболизма кардиомиоцитов и электрической деполяризации. Напряжение стенки желудочка (а) — это тангенциальная сила, воздействующая на кардиомиоциты и раздвигающая их; на противодействие этой силе тратится определенная энергия. Напряжение стенки зависит от внутрижелудочкового давления (Р), радиуса желудочка (г), и толщины стенки желудочка (h). Упрощенное уравнение Лапласа выглядит как Рх г сг = 2h Таким образом, напряжение стенки прямо пропорционально радиусу левого желудочка. Состояния, при которых увеличивается заполнение левого желудочка (например, аортальная и митральная регургитация), вызывают увеличение радиуса желудочка и рост напряжения стенки и по- Эндотелий-зависимые вазодилататоры (например, АХ, серотонин, тромбин, напряжение сдвига кровотока) Тромбин Ангиотензин II Адреналин ЭНДОТЕЛИАЛЬНАЯ КЛЕТКА Простациклин ЭЗФР-NO Эндотелии-1 ГЛАДКОМЫШЕЧНАЯ КЛЕТКА Рис. 6.2. Эндотелий-зависимые вазоактивные вещества и их регуляторные факторы. Эндотелий-зависимые вазодилататоры показаны слева и включают эндотелий-зависимый фактор релаксации/оксид азота (ЭЗФР-NO) и простациклин. Эндотелии — это продуцируемый эндотелием вазоконстриктор. В норме вазодилатирующие влияния преобладают над вазокон- стрикторными. АХ — ацетилхолин
Ишемическая болезнь сердца 171 требления кислорода. Напротив, любой физиологический или фармакологический маневр, направленный на уменьшение заполнения и размера левого желудочка (например, лечение нитратами), уменьшает напряжение стенки и потребление миокардом кислорода. Напряжение стенки также пропорционально систолическому давлению в желудочке. Обстоятельства, приводящие к росту внутрижелудочко- вого давления, такие как аортальный стеноз и гипертензия, увеличивают напряжение стенки и потребление кислорода. В условиях сниженного внутрижелудочкового давления (например, гипотензивная терапия) потребление кислорода снижается. Наконец, напряжение стенки обратно пропорционально толщине стенки желудочка, так как сила распределяется на большую мышечную массу. Гипертрофированное сердце имеет более низкие значения напряжения стенки и потребления кислорода на грамм ткани, чем сердце с более тонкими стенками. Поэтому при развитии гипертрофии в условиях хронической перегрузки давлением (например, при аортальном стенозе) она играет компенсаторную роль, снижая потребление кислорода. Вторым фактором, определяющим потребность миокарда в кислороде, является частота сердечных сокращений (ЧСС). При ускорении ритма увеличивается число сокращений и расход АТФ в минуту, что приводит к росту потребности в кислороде. Напротив, замедление ЧСС (например, при использовании р-блокатора) снижает расход АТФ и соответственно — потребление кислорода. И, в-третьих, потребность миокарда в кислороде определяется сократимостью миокарда, то есть силой его сокращений (рассматривается в главе 9). Циркулирующие катехоламины или препараты с положительным инотропным эффектом напрямую увеличивают силу сердечных сокращений и утилизацию кислорода. Напротив, агенты с отрицательным инотропным эффектом, например, р-блокаторы, уменьшают потребление кислорода миокардом. В заключение можно сказать, что в норме механизмы саморегуляции воздействуют на тонус коронарных артерий таким образом, чтобы доставка кислорода к миокарду находилась в соответствии с потребностью в нем. В отсутствие стенозов коронарных артерий механизмы саморегуляции обеспечивают достаточное постоянство коронарного кровотока, пока пер- фузионное давление в аорте составляет приблизительно 60 мм рт. ст. и выше. Однако, в условиях распространенного коронарного атеросклероза, падение перфузионного давления дистальнее стеноза артерии и дисфункция эндотелия вовлеченного сегмента приводят к несоответствию между имеющимся кровотоком и метаболическими потребностями миокарда. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ИШЕМИИ Традиционно считалось, что ишемия миокарда при коронарной болезни сердца развивается в результате фиксированного сужения просвета
172 Глава 6 сосуда атеросклеротической бляшкой и ограничения притока крови к миокарду. Однако последние исследования показали, что снижение кровотока происходит в результате комбинации стеноза сосуда и ненормального сосудистого тонуса, обусловленного атеросклеротической дисфункцией эндотелиальных клеток. Стеноз сосуда Гемодинамическая значимость атеросклеротических стенозов коронарных артерий связана как с гидродинамическими механизмами, так и анатомией коронарного русла. ГИДРОДИНАМИКА Согласно закону Пуазейля, кровоток в сосуде описывается формулой АРтсг4 Q = 8riL где Q — кровоток, АР — разница Давления между точками измерения, г — радиус сосуда, г| — вязкость крови, a L — длина сосуда. По аналогии с законом Ома, кровоток также равен отношению разности давления к сопротивлению кровотоку (R): v R Скомбинировав обе формулы, можно выразить сопротивление кровотоку в сосуде как 8ЛЬ R яг4 Таким образом, сосудистое сопротивление отчасти зависит от геометрического компонента L/r4. Поэтому гемодинамическая значимость сте- нозирующего поражения зависит от его протяженности и, что гораздо важнее, от степени возникающего в результате сужения сосуда (то есть уменьшения г). АНАТОМИЯ Коронарные артерии состоят из больших проксимальных эпикардиа- льных сегментов и меньших дистальных резистивных сосудов. Проксимальные сосуды подвержены развитию атеросклероза, который приводит к стенозирующим поражениям. Дистальные сосуды обычно свободны от гемодинамически значимых бляшек и могут менять свой тонус в зависимости от метаболических потребностей. Эти резистивные сосуды выполняют резервную функцию, расширяясь при нагрузке, когда потребность в кислороде возрастает, а также и в покое при наличии выраженного проксимального стеноза.
Ишемическая болезнь сердца 173 Гемодинамическая значимость и, соответственно, патофизиологические последствия различных степеней сужения коронарных артерий зависят как от степени стеноза эпикардиальной части сосуда, так и выраженности компенсаторной вазодилатации дистальных резистивных сосудов (рис. 6.3). Если диаметр просвета сужен менее чем на 60%, максимальный кровоток по артерии нарушается несущественно, и в ответ на нагрузку резистив- ные сосуды могут расширяться и обеспечивать адекватный кровоток. Когда стеноз достигает приблизительно 70% и более диаметра, сопротивление кровотоку таково, что для обеспечения адекватной перфузии необходима полная дилатация резистивных сосудов уже в покое. В этой ситуации при увеличении потребности в кислороде (например, в результате повышения ЧСС и силы сокращений при физической нагрузке) остается лишь незначительный резерв коронарного кровотока, и максимальный кровоток в сосуде снижается. При этом потребность в кислороде превышает его доставку и возникает ишемия миокарда. При степени стеноза, превышающей примерно 90%, кровоток может быть недостаточен для обеспечения базальных потребностей даже несмотря на максимальную дилатацию резистивных сосудов, и ишемия может развиться уже в покое. Между интактными артериями и участками дистальнее атеросклеро- тического стеноза развиваются коллатеральные сосуды (см. главу 1), и кровоток по ним может смягчить снижение доставки кислорода к мио- 5х 4х Нормализованный средний кровоток 2х 1х 20% 40% 60% 80% 100% Диаметр бляшки в процентах Рис. 6.3. Кровоток в покое и максимальный коронарный кровоток зависят от выраженности стеноза проксимального отдела артерии (диаметра бляшки в процентах). Пунктирная линия обозначает кровоток в покое, а непрерывная — максимальный кровоток (то есть при полной дилатации дистальных резистивных сосудов). Уменьшение максимального кровотока становится очевидным, когда проксимальный стеноз суживает диаметр просвета сосуда более чем на 70%. Кровоток в покое может нарушаться, если стеноз превышает - 90%. (Модифицировано из Gould KL, Lipscomb К. Effects of coronary stenoses on coronary flow reserve and resistance. Am J Cardiol 1974;34:50.) Максимальный коронарный кровоток
174 Глава 6 карду. Но при критическом сужении сосудов роль коллатералей для предотвращения ишемии миокарда при физической нагрузке недостаточна. Дисфункция эндотелиальных клеток В дополнение к фиксированному стенозу сосуда важный вклад в снижение доставки кислорода к миокарду при хронической ИБС вносит дисфункция эндотелия. Ненормальное функционирование эндотелиальных клеток может участвовать в патофизиологиии ишемии двумя путями: 1) через неадекватную коронарную вазоконстрикцию и 2) через потерю нормальных антитромбогенных свойств. НЕАДЕКВЛ ТНАЯ ВЛЗОКОНСТРИКЦИЯ В норме физическая активность или умственное напряжение приводит к коронарной вазодилатации. Полагают, что этот эффект регулируется активацией симпатической нервной системы, при этом возросшие кровоток и его напряжение сдвига вызывают высвобождение эндотелиальных вазодилататоров, таких как ЭЗФР-NO. Считается, что в норме ре- лаксирующий эффект ЭЗФР-NO в отношении гладкомышечных клеток артерии превышает прямой а-адренергический сосудосуживающий эффект катехоламинов, в результате чего происходит вазодилатация. Однако у пациентов с дисфункцией эндотелия (например, при атеросклерозе) в результате нарушения продукции эндотелиальных вазодилататоров начинает превалировать прямой эффект катехоламинов, так что вместо этого развивается относительная вазоконстрикция. Возникающее в результате снижение коронарного кровотока и снабжения миокарда кислородом усугубляет ишемию. Кроме того,* у пациентов с факторами риска ИБС, такими как гиперхолестеринемия, сахарный диабет, гипертензия, курение, нарушение эндотелий-зависимой вазодилатации отмечается даже в анатомически нормальных коронарных артериях, что позволяет предположить, что дисфункция эндотелия развивается на очень ранних стадиях атеросклеротического процесса. У пациентов с нарушенной функцией эндотелия даже вазодилатирующие эффекты локальных метаболитов (таких как аденозин и гипоксия) ослабляются, что затрудняет регуляцию сосудистого тонуса с помощью метаболических стимулов. При острых коронарных синдромах (например, нестабильной стенокардии) неадекватная вазоконстрикция также имеет важное значение. Причиной нестабильной стенокардии обычно считается разрыв атеро- склеротической бляшки с последующей агрегацией тромбоцитов и образованием тромба. В норме продукты агрегирующих тромбоцитов в формирующемся тромбе (например, серотонин, АДФ) приводят к вазодилатации, так как они стимулируют выработку ЭЗФР-NO. Однако при дисфункции эндотелия преобладают прямые сосудосуживающие влияния тромбоцитарных факторов, и происходи