Физиологические механизмы регуляции церебрального кровообращения - системный анализ церебрального кровообращения человека
Особенности морфологии церебрального сосудистого русла предопределяют наличие сложных механизмов регуляции тонуса мозговых сосудов. Эти механизмы обеспечивают поддержание стабильного уровня регионарного кровотока в условиях значительных колебаний системного артериального давления - его ауторегуляцию. Ю. Е. Москаленко (1984) вместо понятия &ldquo-ауторегуляция&ldquo- выделяет более широкое определение - функциональная устойчивость системы мозгового кровообращения, которая характеризуется способностью сосудов мозга обеспечивать его кровоснабжение с учетом метаболических потребностей независимо от изменений показателей центральной гемодинамики. При этом задача заключается не только в поддержании необходимого уровня функционирования мозга, но и в поддержании его от избыточного кровенаполнения (Москаленко Ю. Е., Хилько В. А., 1984).
Стабилизация церебрального кровотока возможна благодаря наличию трех механизмов регуляции тонуса сосудов и интенсивности тканевого кровотока: нейрогенного, миогенного и метаболического(Майорова
Н.Ф., 1974- Балуева Т.В., Семенютин В.Б., Теплов С.И., 1980- Мотавкин П.А., 1980). До настоящего времени вопрос о роли каждого из этих механизмов в регуляции церебральной гемодинамики является предметом оживленных дискуссий (Сучков В.В., 1974- Сучков В.В. 1974- Molnar L., Czopf J., 1969- Czopf J., Molnar L. ,1970).
Существование нейрогенного механизма ауторегуляции мозгового кровотока предполагает наличие соответственного рецепторного аппарата, проводящей системы, центрального и эффекторного звеньев (Сучков В.В., 1974- Meyer I.S., 1975- Zwetnow N.N., 1975). Микроморфологические исследования позволили обнаружить сложную систему барорецепторов, локализованную в твердой мозговой оболочке, венозных синусах мозга и менингеальных сосудах. Основные рефлексогенные зоны артериального отдела сосудистого русла мозга расположены во внутренней сонной артерии и пещеристом синусе. Венозные синусы, являясь рефлексогенными зонами, участвуют в регуляции не только артериального притока крови в регион, но и ее венозного оттока. Афферентным компонентом нейрогенного механизма регуляции мозгового кровообращения, по-видимому, могут являться нервные волокна, в значительном количестве обнаруженные в стенках артерий мягкой мозговой оболочки (Павлов Н.А., 1988)]. Эфферентная иннервация сосудистых структур головного мозга к настоящему времени изучена достаточно полно (Edvisson L., 1975). Мозговые сосуды имеют как адренергическую, так и холинергическую иннервацию, причем нервные волокна обнаружены в мелких сосудах мозга вплоть до артериол диаметром 13 мкм. Наиболее плотная сеть адренергических волокон имеется во внутренней сонной, базилярной артериях и сосудах виллизиевого круга. Плотность иннервации пиальных артерий выражена меньше (Габриелян Э.С., Амроян Э.А., Акопов С.Э., 1987). Холинергические нервные окончания обнаружены в стенках магистральных сосудов мозга, ветвях виллизиева круга и пиальных артериях (Гаевый М.Д., 1980). Дискутируется вопрос о возможности взаимодействия между адренергическими и холинергическими структурами на уровне терминалей (Габриелян Э.С., Амроян Э.А., Акопов С.Э., 1987).
Признание роли нервной системы в регуляции тонуса мозговых сосудов позволило предположить наличие определенных морфологических структур, обеспечивающих нейрогенный компонент ауторегуляции мозгового кровотока. В ряде исследований отмечено, что стимуляция шейных симпатических структур сдвигает границы ауторегуляции в сторону более высоких уровней артериального давления, а симпатическая денервация или блокада адренорецепторов приводит к противоположному эффекту (Boisvert et al., 1977- Sadoshima et al., 1986)
В работах ряда авторов показано, что нейроны в зоне синего пятна и в области черной субстанции являются началом внутримозговых вазомоторных нервов (Мотавкин П.А., Черток В.М., 1980- Балуева Т.В., 1983).
Наличие внутримозгового аппарата нервной регуляции мозгового кровообращения обнаружено при стимуляции различных зон гипоталамуса и других структур мозга (Шоттер А.В., 1982, 1984)
Установлено, что в процессах регуляции мозгового кровообращения принимают участие не только адренергические и холинергические медиаторы, но и другие медиаторы и тесное их взаимодействие. (Brayden, Bevan, 1986- Lee Tony, 1886). При этом отмечено, что нейрональные структуры головного мозга могут изменять интенсивность мозгового кровотока независимо от активности метаболизма или влиять на его метаболизм с последующим изменением кровотока (Reis, Ladecola, 1986).
Результаты физиологических исследований нейрогенного механизма ауторегуляции церебрального кровотока неоднозначны. По данным ряда авторов денервация каротидных синусов не приводит к дестабилизации мозгового кровотока при незначительных изменениях системного АД (Гинзбург С.Е.,1974- Ерохов И.С., Русинов А.В., 1977- Демченко И. Т., 1983). В работах других исследователей показано, что данное воздействие
вызывает нарушения регуляции кровоснабжения мозга в условиях системной гипо- и гипертензии (Ганнушкина И.В., Шафранова В.П., Рясина Т.В., 1977). По-видимому, возбуждение симпатической системы способствует ауторегуляторной вазоконстрикции церебральных сосудов при повышении системного артериального давления, что является защитным механизмом, предохраняющим мозг от кровоизлияний и отека. Несомненным является участие симпатической иннервации в компенсаторных реакциях цереброваскулярного русла при быстрых изменениях системного АД, что позволяет вести речь об адаптационной функции, реализуемой симпатической нервной системой (Кедров А.А., 1994). Нейрогенные факторы оказывают важное корригирующее влияние на мозговой кровоток, осуществляя перераспределительные гемодинамические реакции по типу веноартериальных эффектов (Конради Г.П., Осадчий Л.И., 1976). Таким образом, кровоснабжение тканей мозга в значительной мере определяется сбалансированностью нейрогенных механизмов регуляции тонуса пре- и посткапиллярного отделов сосудистого русла.
Миогенные механизмы регуляции мозгового кровотока, по-видимому, оказывают влияние главным образом лишь на условия артериального притока крови к органу, поскольку собственно пиальные и магистральные сосуды мозга, по данным ряда исследователей не обладают миогенной активностью (Москаленко Ю.Е., Демченко И.Т., Буров С.В. и др., 1974- Павлов Н.А., 1988). Однако, не исключается возможность активного сократительного ответа церебральных артерий при их интенсивном динамическом растяжении (Алексеев Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., и др., 1974). Последнее возможно при резком, почти мгновенном повышении системного АД в некоторых специфических условиях жизнедеятельности организма человека (Алексеев Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., и др., 1974- Жернавков А.Ф., 1979- Федоров Б.М., 1990- Пинес Л.Н., Пинес А.Л., 1991). Несмотря на это, миогенная гипотеза не может объяснить сравнительно длительный латентный период ауторегуляторных реакций церебральных сосудов, на протяжении которого мозговой кровоток следует пассивно за изменениями артериального давления (Майорова Н.Ф., 1974). Хотя в некоторых работах были отмечены быстрый и медленный компоненты ауторегуляторной реакции (Балуева Т.В., Семенютин В.Б., Теплов С.И., 1980).
Метаболический механизм ауторегуляции церебрального кровотока изучен достаточно подробно (Угрюмов В.М., Теплов С.И., Тиглиев Г.С.). Одним из наиболее активных факторов метаболической регуляции кровоснабжения тканей мозга является двуокись углерода, являющаяся мощным вазодилататором. Вследствие этого предполагается участие СО2 в регионарных гемодинамических реакциях при изменениях системного АД (Майорова Н.Ф., 1974- Габриелян Э.С., Амроян Э.А., Акопов С.Э., 1987). Однако регуляторная роль двуокиси углерода зависит от оксигенации тканей и если содержание кислорода в них снижается, то уменьшается и образование СО2, что может вызывать в определенных условиях вазоконстрикторные реакции и уменьшение интенсивности кровотока в бассейне головного мозга (Severinghaus J.W., Nemoto E., Hoff J., 1971- Atkinson John L.D., Anderson Robert E., Sundt T.M., 1990). В то же время ухудшение оксигенации тканей способствует образованию аденозина, оказывающего вазодилатирующий эффект на пиальные артерии мозга (Гаевый М.Д., 1980- Puiroud et al., 1988- Alafaci, 1988- Ko et al., 1990- Torregrosa et al., 1990). Многими исследователями установлено, что сосуды мозга чувствительны к ряду метаболитов, концентрация которых зависит от функционального состояния различных участков мозга (Busse R., 1988- De Salles Antonio A.F., 1988). Описано участие ионов кальция, калия и водорода в регуляции тонуса мозговых сосудов (Азин А.А., 1983- Теплов С.И., Пуговкин А.П., 1989). Многочисленные исследования посвящены изучению влияния на церебральное кровообращение таких естественных метаболитов мозговой ткани как вазоактивные пептиды, простагландины, ГАМК (Mc Cullock et al., 1989- Tuor et al., 1990).
В последнее время большое значение в регуляции тонуса церебральных сосудов придают состоянию их эндотелия. Так, по данным Katusic et al. (1987) растяжение кольцевых полосок базилярных артерий сопровождается развитием активного напряжения только в том случае, если был сохранен эндотелий (Katusic Zvonimirs S., Shepherd John T., Vanhoutte Paul M., 1987). Таким образом, реакция эндотелия на растяжение может играть важную роль в ауторегуляции мозговых сосудов в ответ на изменения трансмурального давления. Это подтверждается исследованиями П.А. Мотавкина и соавт. (1980), в которых установлено, что эндотелиальные клетки, являясь основными структурами интимы, контактируют с гладкими мышцами сосудистой стенки (Мотавкин П.А., 1980).
По данным Busse (1988), De Salles (1988) эндотелий участвует в регуляции тонуса сосудов путем выделения вазоактивных веществ. Релаксация мозговых сосудов под влиянием различных агентов (ацетилхолина, гистамина, брадикинина, арахидоновой кислоты, вещества-Р, АТФ, АДФ, аденозина и др.) находится в прямой зависимости от сохранности эндотелия сосудов.
Считают (Busse, 1988), что зависимая от эндотелия релаксация гладкомышечных клеток связана с повышением в них уровня цГМФ в результате активации гуанилатциклазы. Есть указания на синергизм одновременного эффекта простациклина и эндотелиального релаксирующего фактора. На отмытых тромбоцитах показано, что антиагрегационный эффект эндотелиального фактора связан с повышением в клетках цГМФ и снижением реакции повышения ионов кальция в тромбоцитах.
В соответствии с изложенным повреждение эндотелия при черепномозговой травме и субарахноидальной геморрагии является одним из ведущих факторов возникновения патологического вазоспазма сосудов мозга, поскольку при повреждении эндотелия вазодилататорный эффект релаксирующего фактора переходит в вазоконстрикторный (De Salles, 1987, 1988).
В ряде обзоров последних лет авторы (Теплов С.И., Пуговкин А.П., 1989- Saito et al., 1987, 1987- Edvinsson et al., 1988) обращают внимание на тесную связь между нервными и метаболическими факторами регуляции мозгового кровообращения, многообразие медиаторов, полимодальность эфферентных волокон и терминалей.
Обобщая изложенное необходимо отметить, что в настоящее время ряд исследователей рассматривают вопрос о том, что указанные механизмы регуляции церебральной гемодинамики не только взаимосвязаны между собой, но и характеризуются гетерохронностью своего включения при изменениях системного АД. По данным ряда авторов ауторегуляторная реакция тонуса мозговых сосудов, возникающая в ответ на повышение системного АД состоит из двух компонентов: быстрого (нейрогенного) с латентным периодом 2-3 с и медленного (миогенного и метаболического) для развития которого требуется 30-40с (Балуева Т.В., Семенютин В.Б., Теплов С.И., 1980- Угрюмов В.М., Теплов С.И., Тиглиев Г.С., 1984).
По современным представлениям регуляция церебрального кровотока является интегративным результатом функций различных отделов церебральной кровеносной системы. Г.И. Мчедлишвили (1968) предлагает различать функции четырех отделов кровеносной системы мозга:
- магистральных артерий,
- пиальных артерий,
- внутримозговых (преимущественно радиальных) артерий и артериол,
- венул и вен.
Магистральные артерии представляют собой функционально единую систему поскольку имеют широкие анастомозы, и диаметр этих сосудов может изменяться в широких пределах. Эти артерии не регулируют приток крови к мозгу в зависимости от его метаболических потребностей. Изменения тонуса магистральных сосудов обеспечивают постоянство регионарного давления и объема крови в регионе в целом. В физиологических условиях преимущественной реакцией магистральных сосудов является их констрикция при повышении системного АД. Таким образом, магистральные артерии осуществляют функцию демпфирования притока крови в церебральный бассейн (Мчедлишвили Г.И., 1977).
Функцией пиальных артерий является локальная регуляция церебральной гемодинамики. Для пиальных артерий типичной реакцией является, напротив, дилатация, обеспечивающая метаболические потребности различных областей головного мозга (Мчедлишвили Г.И., 1968). Дилатация пиальных артерий происходит под влиянием, главным образом, метаболических факторов (повышение концентрации тканевого СО2 и Н+ - ионов). Расширение пиальных артерий наблюдается в условиях напряженной умственной деятельности и является одним из важнейших механизмов, обеспечивающих функциональную гиперемию головного мозга (Майорова Н.Ф., 1974).
Значение тонуса радиальных артерий мозга для регуляции церебрального кровотока, по-видимому, невелико, поскольку эти сосуды расположены в глубине мозга и их дилатация может приводить к компрессии окружающих тканей. Однако, радиальные артерии способны к констрикции, что необходимо для локального перераспределения кровотока (Митагвария Н.П., 1974- Митагвария Н.П.,1983). Сравнительно недавно сформулирована гипотеза о возможности регуляции церебрального кровотока системой сфинктеров расположенных на уровне радиальных артерий (Москаленко Ю.Е., Вайнштейн Г.Б., Демченко Т.И. и др., 1975- Митагвария Н.П., Гумберидзе Л.М., Шенгелая Н.И. и др., 1991). Способность к изменениям тонуса внутримозговых артерий зависит от их диаметра: чем меньше диаметр сосудов, тем больше колеблется их просвет (Мчедлишвили Г.И., 1968). Однако значительное сужение артерий небольшого диаметра не приводит к резкому уменьшению мозгового кровотока и не создает предпосылок к развитию церебральной гипоксии. Это обусловлено тем, что при выраженной констрикции мелких церебральных сосудов увеличивается текучесть крови в них (феномен Фореуса-Линдквиста) (Федоров Б.М. 1990).
Роль церебральной венозной системы для регуляции оттока крови из региона исследована в меньшей степени, чем артериальной. По мнению некоторых исследователей коллатеральный отток крови из бассейна головного мозга не является пассивным процессом, а, по-видимому, происходит при активном участии сосудов венозной системы региона (Мчедлишвили Г.И., 1968). Однако активная роль венозных сосудов в регуляции мозгового кровотока невелика. Обычно их диаметр пассивно меняется при изменениях внутрисосудистого давления и гемодинамики в них. Активная роль пиальных вен выявляется лишь в экспериментах на животных в условиях окклюзии верхней полой вены. Активная реакция стенок внутричерепных вен необходима для уменьшения объема мозга, увеличенного в результате отека. В экспериментах на животных также установлен факт активного сужения системы дренажных вен, выносящих кровь из синусов мозга в экстракраниальную венозную систему (Ганнушкина И.В., Шафранова В.П., Дадиани Л.Н. и др., 1975- Ганнушкина И.В., Шафранова В.П., Рясина Т.В., 1977).
На основании изложенного можно сделать вывод, что поддержание постоянства церебральной гемодинамики в различных условиях жизнедеятельности человека является следствием сочетанного действия множества контуров регуляции (Аринчин Н.И., Кулаго Г.В., 1969- Волков П.П., Круглянский В.Ф., 1976- Оганов Р.Г., Бритов А.Н., Гундаров И.А. и др., 1984).
Однако, до настоящего времени остается неясным вклад каждого рассмотренного фактора в достижение конечного эффекта регуляции мозгового кровотока, а также сбалансированности механизмов определяющих артериальный приток крови и ее отток из региона у различных людей.
Это обстоятельство, по-видимому, является одной из причин разнонаправленных, в том числе и неблагоприятных изменений церебральной гемодинамики у здоровых людей в условиях разнообразных функциональных воздействий на их организм. Из литературных источников известно, что несмотря на высокую эффективность механизмов ауторегуляции церебральной гемодинамики их компенсаторные возможности неодинаковы у различных лиц, что нуждается в более подробном рассмотрении.
Известно, что в условиях напряженной умственной деятельности суммарное кровенаполнение церебрального бассейна, тонус пиальных артерий у различных обследуемых изменяется неодинаково (Betz E., 1975- Ingvar D., 1979- Шахнович А.Р., Сербиненко Ф.А., Разумовский А.Е., 1979- Федоров Б.М., Себекина Т.В., Стрельцова Е.Н. и др., 1989). У людей успешно справлявшихся с заданиями, связанными с напряжением умственной деятельности суммарное пульсовое кровенаполнение головного мозга увеличивается, при этом значительно снижается тонус регионарных артериол и венул(Risberg J., Ingvar D., 1973). У людей с меньшей умственной работоспособностью отмечены регионарные гемодинамические реакции противоположного характера. В ряде исследований посвященных проблеме влияния психоэмоционального напряжения на сердечно-сосудистую систему человека установлены индивидуальные различия изменений интенсивности церебрального кровотока при эмоциональном напряжении (Осколок Л.Н., 1983- Яруллин Х.Х., 1983- Ingvar D., 1979- Gomez C.R., McLaughlin J.R., Gomez S.M. et al.,1992).
Ряд авторов отмечают разнонаправленные реакции церебральной гемодинамики у людей в условиях направленных гравитационных воздействий на их организм (Алексеев Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., и др., 1974- Жернавков А.Ф., 1979- Яруллин Х.Х., Горнаго В.А., Васильева Т.Д. и др., 1980). У людей с хорошей переносимостью пассивной антиортостатической пробы при ее проведении возникает констрикция церебральных артериол, что противодействует развитию регионарного венозного застоя крови. У других обследуемых (субъективно хуже переносящих антиортостатическое воздействие) наблюдаются явления гипотонии церебральных артерий и, особенно, артериол.
Необходимо отметить, что при анализе упомянутых разнонаправленных реакций церебральной гемодинамики в условиях функциональных воздействий на организм человека исследователи не учитывали исходный регионарный сосудистый тонус, индивидуальные особенности мозгового кровообращения обследуемых. Изучению направленности и выраженности изменений регионарной гемодинамики в зависимости от ее исходных значений у здоровых людей в различных условиях их жизнедеятельности до настоящего времени посвящены лишь единичные исследования. Целесообразность такого подхода для изучения церебральной гемодинамики и прогнозирования ее изменений при воздействии на систему кровообращения гипотензивных лекарственных веществ у больных с эссенциальной гипертонией показана в работе авторов изучавших влияние ингибитора ангиотензин превращающего фермента - рамиприла на церебральную гемодинамику (Пекарский С.Е., Ворожцова И.Н., Семке Г.В. и др., 1996). Установлено, что у пациентов с исходно высокими значениями суммарной объемной скорости кровотока (ОСК) по внутренним сонным артериям - от 25 мл/с и выше лечение рамиприлом вызывало снижение этого показателя. У обследуемых со сниженной ОСК (менее 20,5 мл/c) прием рамиприла вызывал возрастание этого параметра. У больных со средними величинами ОСК (20,5 - 25 мл/с) кровоток по внутренним сонным артериям на фоне лечения препаратом не изменялся. Принципиально важно, что различия реакций церебральной гемодинамики на прием рамиприла были независимы от изменений системного АД (которое снижалось на фоне лечения у всех пациентов) и параметров характеризующих деятельность сердца.
Можно предполагать, что причиной индивидуальных особенностей реакций церебральной гемодинамики на различные функциональные воздействия являются микроморфологические различия рецепторного аппарата сосудистой системы головного мозга и вариабельность иерархического взаимодействия контуров регуляции органного кровообращения.
Эффективность кровоснабжения головного мозга зависит от сбалансированности механизмов, регуляции артериального притока крови в регион и ее венозного оттока. В значительной степени это соотношение определяется, с одной стороны, тонусом мелких артерий и прекапиллярных артериол, а, с другой, условиями венозного оттока которые обусловлены растяжимостью и эластичностью посткапиллярных венул и мелких вен. Однако, до настоящего времени, систематизированных исследований особенностей церебральной гемодинамики в зависимости от состояния пре- и посткапиллярных звеньев ее микроциркуляторного русла не проведено. С учетом изложенного особую актуальность приобретает проблема углубленного исследования и прогнозирования направленности функциональных изменений церебрального кровотока в зависимости от исходного тонуса пре- и посткапиллярных отделов регионарного сосудистого русла, определяемого типом церебральной микроциркуляции (Надеждина Е.А., Рашзаде Я.М., Иваницкая И.Н. и др. 1978- Иманалиев Д.М., 1985-).
В настоящее время в физиологии и практической медицине для изучения особенностей системной гемодинамики успешно применяется типологический подход, позволяющий определять закономерности изменений регуляций деятельности сердечно-сосудистой системы человека в различных условиях жизнедеятельности (Аринчин Н.И., 1978- Заслонова И.К., 1980- Шхвацабая И.К., Константинов Е.Н., Гундаров И.А., 1981- Шхвацабая И.К., Гундаров И.А., Константинов Е.Н., Пушкарь Ю.Т., 1982- Гундаров И.А., Константинов Е.Н., Бритов А.Н., 1983- Ващило Е.Т., Контантинов М.А., Меницкий Д.Н., 1984- Гавриков К.В., Глазачев О.С., 1988- Гавриков Л.К., 1993).
Очевидно, что для углубленного изучения вариабельности регуляций мозгового кровообращения необходимо учитывать типы церебральной микроциркуляции.
Однако до настоящего времени вопрос о типах церебральной гемодинамики изучен недостаточно. Недостаточно исследованы соотношения механизмов регуляции тонуса пре- и посткапиллярных сосудов, определяющих уровень перфузионного давления крови, интенсивность тканевой микроциркуляции (Куприянов В.В., Караганов Я.Л., Козлов В.И., 1975- Москаленко Ю.Е., Хилько В.А., 1984). По-видимому, это обусловлено отсутствием единого классификатора типа регионарной микроциркуляции (Jenkner F.L., 1962- Гурская И.К., 1975- Seifert U., Seidel B., 1975- Tada K., Nakada T., Yoneda S. et al., 1975- Бутягин С.В., 1976- Вайнштейн Г.Б., Горохов К.А., Кириченко Л.М. и др. 1978- Еремеев В.С., Семенютин В. Б., Ташаев Ш. С. и др., 1978- Виничук С. М., Зелигер А., 1984).
