УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2012, том 43, № 2, с. 19-36
УДК 612.13
РОЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИОГЕННОЙ РЕАКЦИИ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭНДОТЕЛИЯ К НАПРЯЖЕНИЮ СДВИГА В РЕГУЛЯЦИИ ОРГАННОГО КРОВОТОКА
© 2012 г. А.М. Мелькумянц
Российский кардиологический научно-производственный комплекс МЗ и СР
В обзоре рассматриваются два механизма регуляции сопротивлении артериальных сосудов, порождаемых механическими стимулами: изменение гладкомышечного тонуса, вызываемое 1) изменениями растягивающего давления и 2) силой вязкого трения, действующей на эндотелий сосуда со стороны текущей крови (напряжение сдвига). Доказывается, что взаимодействие этих механизмов обеспечивает адекватное уровню активности кровоснабжение органов, ауторегуляцию органного кровотока и устойчивость сосудистой системы.
Ключевые слова: миогенная реакция, напряжение сдвига, эндотелий, тонус гладких мышц, вазо-дилатация, вазоконстрикция, ауторегуляция кровотока.
Исследования, осуществленные во второй половине прошлого века, доказали, что способность сосудистой стенки активно реагировать на действующие на неё механические силы играет важнейшую роль в регуляции кровообращения. К этим механическим силам относятся, во-первых, трансмуральное (растягивающее) давление, обусловливающее как существование, так и регуляцию базального тонуса гладких мышц, и, во-вторых, действующая на стенку со стороны текущей крови сила вязкого трения (напряжение сдвига), которая стимулирует выделение клетками эндотелия химических факторов, изменяющих гладкомышечный тонус. Настоящий обзор посвящен анализу взаимодействия этих механогенных влияний на сосудистый тонус в регуляции органного кровотока.
I. МИОГЕННАЯ РЕАКЦИЯ
Органный кровоток Q определяется соотношением: Q = P/R, где P - давление на входе в артерию, снабжающую кровью данный орган (перфузионное давление), а R - гидравлическое сопротивление сосудистого русла органа. Естественно, что в системе жестких трубок кровоток должен линейно возрастать с ростом перфузион-ного давления. Если же принять во внимание, что кровеносные сосуды представляют собой растяжимые трубки и их диаметр должен, казалось бы, пассивно увеличиваться при повышении растягивающего давления, то следует ожидать, что при
росте давления кровоток в сосудистой сети будет возрастать ещё круче, чем в системе жестких трубок.
Однако реальная ситуация совершенно не соответствует такому представлению. Практически во всех органах изменения кровотока непропорционально малы по сравнению с вызвавшими их изменениями артериального давления, а, например, в мозге и почках кровоток вообще остается практически неизменным при изменениях давления в диапазоне от 60-80 до 160-180 мм рт.ст. Это явление - относительная независимость перфузии органа от величины артериального давления - называется ауторегуляцией кровотока. Совершенно очевидно, что существование такой регуляции кровотока требует, чтобы гидравлическое сопротивление сосудистого русла увеличивалось при усилении давления и уменьшалось при его снижении.
Механизм, посредством которого сопротивление сосудов может адаптироваться к изменениям перфузионного давления так, чтобы обеспечивать относительно постоянный органный кровоток, был предложен в 1902 г. Бейлиссом [12]. По его мнению, повышение трансмурального давления, растягивая сосуды, вызывает усиление сокращения гладких мышц, что приводит к увеличению сопротивления сосудов току крови. Напротив, уменьшение натяжения сосудистой стенки (при снижении внутрисосудистого давления) обусловливает снижение гладкомышечного тонуса, что, естественно, сопровождается уменьшением сосу-
Р
Рис. 1. Схематическое изображение ответа артериолы на ступенчатое изменение давления (реакция Бейлисса). Б - диаметр сосуда, Р - внутрисосудистое давление.
дистого сопротивления и увеличением кровотока. Таким образом, Бейлисс фактически постулировал, что гладкомышечный тонус отчасти определяется степенью растяжения мышц, которая, в свою очередь, зависит от величины трансмураль-ного давления.
Справедливости ради, нужно заметить, что Бейлисс был не первым, кто высказал идею о том, что растяжение сосудов давлением является стимулом, вызывающим увеличение гладкомышеч-ного тонуса. Подобные соображения до него высказывали Джонс [42], Остроумов [59] и Гаскелл [39]. Однако эти авторы связывали наблюдавшееся в их опытах уменьшение объема сосудистого русла (а значит, и уменьшение диаметра сосудов) при повышении артериального давления с функцией неких периферических нервных центров, возбуждение которых приводит к вазоконстрик-ции. Бейлисс же сформулировал идею в ином виде, заявив, что растягивающее давление само по себе, действуя непосредственно на гладкие мышцы, вызывает изменение их тонуса. Вполне естественно, что миогенную реакцию, т.е. усиление сокращения гладких мышц в ответ на повышение растягивающего давления, часто называют реакцией Бейлисса.
Вплоть до середины прошлого века это предположение Бейлисса оставалось не более чем гипотезой, причем гипотезой, серьезно критикуемой. Так, Анреп [11] вполне резонно заметил, что полученные Бейлиссом результаты могут объясняться и иными, чем действие трансмурального давления на тонус гладких мышц, факторами. Расширение сосудов задних конечностей собаки при снижении перфузионного давления, которого достигали кратковременной окклюзией брюшной аорты, он объяснял дилататорным действием на сосуды недоокисленных метаболитов, образующихся вследствие недостаточного кровоснабже-
ния, а сужение сосудов при раздражении чревного нерва (именно таким образом Бейлисс вызывал повышение давления) - действием на гладкие мышцы выделяющихся при таком воздействии катехоламинов.
Однако работами Б. Фолкова и его учеников [21-24, 31, 32], а также П. Джонсона и его коллег [39-41, 57] было бесспорно доказано, что растягивающее давление действительно является фактором регуляции тонуса гладких мышц. Было показано, что сопротивление сосудов заметно снижается вследствие всего лишь 2-4-секундной окклюзии магистральной артерии [41]. Столь кратковременное уменьшение кровоснабжения вряд ли могло вызывать сколько-нибудь значимые метаболические сдвиги, способные привести к расширению сосудов. Кроме того, Фолков [21] показал, что и после денервации органов гладкие мышцы сохраняют высокий тонус и способность сокращаться при повышении растягивающего давления. На существование такого механизма указывают также данные о том, что снижение давления с внешней стороны сосудов (иной способ повышение трансмурального давления) вызывает констрикторную реакцию [34, 43].
Наиболее же убедительные доказательства существования миогенной реакции были получены в опытах на отдельных артериолах, в которых непосредственно регистрировали изменения диаметра, вызываемые изменениями трансму-рального давления [24, 31, 40, 52, 69]. Эти опыты показали, что в физиологическом для данного сосуда диапазоне давлений его диаметр при росте давления уменьшается, а при его снижении увеличивается. Также было выяснено, что миоген-ный ответ характерен в основном для артериол и выражен очень слабо (либо вообще отсутствует) в более крупных артериальных сосудах [13, 52, 57, 61]. Сопротивление же артериол меняется при изменениях трансмурального давления столь значительно, что эта реакция вполне способна обеспечить ауторегуляцию органного кровотока. Типичная запись ответа артериолы на повышение внутрисосудистого давления представлена на рис. 1.
Механизм, обеспечивающий способность гладких мышц реагировать изменениями своего тонуса на изменения растягивающего давления, до сих пор полностью не прояснен. Ясно, что в медии, скорее всего в самих гладкомышечных клетках, должны существовать рецепторы, "измеряющие" натяжение сосудистой стенки, сигналы которых усиливают активность сократительного аппарата мышц при их удлинении. Существуют различные
представления о том, как может быть организована такая реакция гладких мышц; подробно эти представления о механизме реакции Бейлисса рассмотрены в обзорах [10, 17]. Мы же здесь лишь обратим внимание на то, что характерные для миогенного ответа изменения диаметра не зависят от наличия кровотока в просвете сосуда и от сохранности эндотелия [19, 45, 50, 51].
Миогенная реакция играет важную роль, во-первых, в поддержании минимально необходимого кровотока при снижении артериального давления, во-вторых, в стабилизации давления в капиллярах при изменениях артериального давления и, наконец, в ограничении регионарного кровотока при повышении гидростатического давления, что весьма существенно, например, при сосудистых реакциях, связанных с изменением положения тела.
Однако эта же реакция обусловливает наличие в сосудистой системе положительной обратной связи, что может значительно снижать устойчивость системы и качество регуляции кровотока.
Действительно, рассмотрим характерную для микрососудов зависимость диаметра от растягивающего давления (Б-Р), приведенную на рис. 2. (Заметим, что такая зависимость получается на изолированном, выделенном из организма сосуде; естественно, что никакие нервные влияния здесь невозможны.) При низких значениях давления артериолы ведут себя как пассивные растяжимые трубки: их диаметр в ответ на повышение давления увеличивается. Однако при превышении давлением некоторой величины Р1 гладкие мышцы начинают проявлять свои активные свойства и диаметр сосуда при дальнейшем повышении давления начинает уменьшаться. Этот процесс формирует "падающий участок" зависимости Б-Р. Такая обратная зависимость наблюдается вплоть до некоторого давления Р2, при превышении которого сосуд вновь начинает расширяться с ростом давления. (По-видимому, при Р > Р2 гладкие мышцы не в состоянии более противостоять увеличивающемуся растягивающему давлению и сосуд начинает вести себя как пассивная трубка.) Физиологический для данного сосуда диапазон трансмурального давления приходится как раз на падающий участок зависимости Б-Р. Следовательно, при "нормальном" давлении сосуды способны как расширяться в ответ на снижение давления, так и суживаться при его повышении, и "рабочая точка", т.е. точка, соответствующая нормал
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.