Патогенез ишемии

Обсуждению механизмов нарушений кровообращения при патогенезе ишемии посвящено немало работ, и хотя совершенствование технологий позволяет получать все новые сведения, основные закономерности этих изменений не вызывают сомнений.

Детали патогенеза ишемии

В частности, подробная схема патогенеза нарушений гемодинамики при хронической ишемии конечности представлена В. С. Савельевым и В. М. Кошкиным. Суть ее заключается в следующем. Повреждение сосудистой стенки, обусловленное атеросклерозом или иным облитерирующим заболеванием, ведет к развитию стенотических процессов в артериях, возникает снижение артериального кровотока при повышении сосудистого тонуса, появляются венозная гипертен-зия, артериоловенулярное шунтирование крови. Развитие патологического процесса ведет к дальнейшему снижению сосудистого тонуса, нарастанию венозной гипертензии, возникновению артериовенозного шунтирования в дистальных отделах пораженной конечности; в терминальной стадии патологического процесса отмечаются резкое снижение артериального кровотока.

Следует обратить внимание на то, что наряду с выраженными изменениями в артериальном отделе сосудистого русла, изучению которых традиционно уделялось большое внимание, при хронической ишемии имеют место существенные морфологические и функциональные нарушения венозного кровотока — снижение линейной скорости, венозная гипертензия, прогрессирующая дилатация венозных сосудов, повреждение клапанного аппарата поверхностных и глубоких вен ишемизированной конечности. Эти изменения играют важную роль в патогенезе ишемии и нарушений периферического кровообращения при облитерирующих заболеваниях артерий. Венозный тромбоз, который встречается в качестве операционной находки при ампутации конечности, далеко не редкость. При патологоанатомическом исследовании трупов больных с критической ишемией или ампутированных конечностей в каждом втором случае мы находили относительно свежие или старые организованные тромбы в глубоких венах голени.

Тяжесть клинических проявлений ишемии конечности определяет выраженность нарушений микроциркуляции. Современные исследования — лазерная допплерфлоуметрия, изучение транскутанного напряжения в тканях О2 или СО2, радионуклидные методы — позволяют объективно и количественно определить состояние тканевого кровотока. При облитерирующих заболеваниях артерий наблюдается его снижение пропорционально тяжести клинических проявлений ишемии конечности.

Нарушения микроциркуляции при патогенезе ишемии обусловлены как гемодинамическими факторами — угнетением тканевой перфузии вследствие критического снижения перфузионного давления, так и другими механизмами. Среди них большое значение имеют коллапс капилляров вследствие интерстициального отека, набухание эндотелия, повышение агрегации эритроцитов и тромбоцитов, адгезия клеток крови, образование лейкоцитарных пробок, повышение вязкости крови, а также различные «внешние» факторы, в частности влияние на микроциркуляторное русло бактериальных токсинов при инфицировании трофических ран.

Более подробно мы остановимся на рассмотрении лишь отдельных аспектов патогенеза ишемии при облитерирующих заболеваниях артерий, в частности закономерности их развития с позиций гидродинамики и взаимосвязи с анатомо-морфологическими изменениями в артериальных сосудах. На наш взгляд, эти аспекты позволяют более точно обосновать характер тех изменений кровообращения, которые возникают после ампутации.

В ставшей уже классической монографии А. В. Покровского «Заболевания аорты и ее ветвей» можно найти следующие строки: «Патологическая физиология данных заболеваний… характеризуется в первую очередь тем, что аорта и подвздошные артерии стенозируются и уменьшается объемная скорость кровотока, поступающего в органы таза и нижние конечности». И далее: «Мы придерживаемся точки зрения, что основная причина появления и развития ишемических нарушений в тканях конечности — снижение перфузионного давления в артериальной магистрали дистальнее зоны окклюзии».

Согласно законам гидродинамики, именно градиент давления, вектор которого направлен от более высокого к более низкому давлению. Как интегральный показатель давление зависит от ряда факторов, основными из которых являются объемная скорость кровотока и гидродинамическое сопротивление.

Объемная скорость кровотока фактически отражает кровоснабжение органа, а ее снижение характеризует сущность ишемии (местного малокровия) как патологического процесса. Само определение данного показателя: величина объема крови, протекающего за единицу времени через поперечное сечение, — говорит о взаимосвязи между объемной скоростью кровотока и диаметром (радиусом) сосуда. В замкнутой системе жестких трубок с циркулирующей жидкостью с низкой вязкостью уменьшение радиуса трубок на каком-либо участке теоретически может не привести к снижению объемной скорости потока, благодаря возрастанию линейной скорости, величина которой обратно пропорциональна площади поперечного сечения трубки. Однако в силу особенностей системы кровообращения циркуляция крови лишь с определенной долей условности соответствует физическим законам гидродинамики.

В физиологических и тем более патологических условиях изменения диаметра и, соответственно, площади сечения сосуда далеко не всегда сопровождаются пропорциональными изменениями скорости кровотока. Последнее обусловлено как минимум двумя группами факторов — вязкостью крови и характером потока. При облитерирующих заболеваниях артерий и патогенезе ишемии морфологические изменения в стенке сосудов создают дополнительные условия для повышения турбулентности кровотока. Возникающие завихрения, при которых частицы жидкости перемещаются турбулентно, вызывают повышение внутреннего трения жидкости и ведут к потере скоростных характеристик потока.

И при ламинарном, и при турбулентном типе течения между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями, возникает напряжение сдвига. Вязкость отражает отношение этой величины к градиенту скорости слоев жидкости. Уже это обстоятельство предполагает обратно пропорциональную связь вязкости и скоростных параметров кровотока. Однако поскольку кровь является гетерогенной (неньютоновской) жидкостью, то ее вязкость — величина переменная и зависит от длины и диаметра сосуда, состава крови. Не случайно повышение содержания клеточных элементов и увеличение показателя гематокрита рассматривается в качестве важного фактора риска патогенеза ишемии. В определенных условиях снижение скорости кровотока и повышение вязкости могут потенцировать друг друга.

В отличие от циркуляции ньютоновской жидкости, в системе кровообращения скоростные параметры кровотока подвержены влиянию многих факторов. В артериях разного диаметра в разных физиологических и патологических условиях уменьшение просвета сосуда может привести к совершенно разным, в том числе и противоположным изменениям скорости кровотока.

В соответствии с законом Хагена-Пуазейля объемная скорость кровотока прямо пропорциональна радиусу сосуда в четвертой степени и градиенту давления и обратно пропорциональна длине сосуда и вязкости крови. Напротив, как следует из закона Ома, гидродинамическое сопротивление обратно пропорционально радиусу сосуда в четвертой степени и прямо пропорционально его длине и вязкости крови. Любое гемодинамически значимое препятствие потоку (стеноз сосуда) способствует повышению гидродинамического сопротивления выше и снижению объемной скорости кровотока и, соответственно, давления дистальнее препятствия. Далее эти параметры могут продолжать снижаться за счет изменений вязкости или характера потока крови. Несмотря на большое клиническое значение измерения артериального давления в магистральных сосудах, оно не позволяет объективно судить об изменениях объемной скорости кровотока. Дискуссия о том, какую величину артериального давления у медиальной лодыжки следует считать критерием критической ишемии — 40, 50 или 70 мм рт. ст., в патофизиологическом плане не столь уж существенна. Фактически это достаточно условная величина, которая лишь с определенной долей уверенности позволяет предполагать наличие выраженного снижения объемной скорости кровотока, способного стать причиной угнетения микроциркуляции. Не всегда наблюдается соответствие между тяжестью ишемического синдрома и показателями лодыжечного артериального давления, что собственно и служит основанием для критики по этому поводу. В конечном итоге эффективность кровотока или тяжесть ишемии (как понятие противоположное эффективности) с позиций гидродинамики будет определяться величиной перфузионного давления в терминальных отделах сосудистого русла, а точнее, наличием положительного артериовенозного градиента давления

Здесь необходимо определить еще одно важное понятие — критическое давление закрытия. В значительной мере оно обеспечивается гидродинамическим сопротивлением концевых артерий и артериол, на долю которых, следует отметить, приходится около 50% всего общего периферического сопротивления. По сути, для достижения эффективного кровотока сила, развиваемая перфузионным давлением, должна быть достаточной для преодоления этого сопротивления. Говоря о положительном артериовенозном градиенте давления, следует учитывать и критическое давление закрытия.

На величину перфузионного давления могут оказывать влияние различные факторы, например трансмуральное давление, которое в значительной мере зависит от внешнего давления на сосуды окружающими тканями; и все же решающее значение имеют именно изменения объемной скорости кровотока.

Все вышеуказанное позволяет с позиций гидродинамики предоставить условную схему нарушений кровообращения при патогенезе ишемии.

Уменьшение просвета сосуда, которое не может быть адекватно компенсировано за счет активизации коллатерального кровообращения или изменений линейной скорости кровотока и, соответственно, препятствующее току крови, вызывает ряд нарушений параметров гемодинамики. Главенствующим среди них является снижение объемной скорости кровотока. Это важнейший патогенетический фактор, непосредственно обусловленный уменьшением радиуса и площади поперечного сечения. Одновременно в зоне препятствия развивается повышение гидродинамического сопротивления, величина которого обратно пропорциональна радиусу сосуда, площади его сечения и объемной скорости кровотока. Наблюдается также повышение турбулентности потока.

Генез изменений линейной скорости кровотока достаточно сложен. Непосредственно в зоне стеноза сосуда, по крайней мере в крупных артериях, она обычно возрастает. Последнее не следует рассматривать как закономерность. В зависимости от ряда факторов, в том числе степени стеноза и длины стенозированного участка артерии, может иметь место как ускорение, так и замедление кровотока на отдельных участках. Ввиду перепада диаметров сосуда в разных участках и уменьшения объемной скорости кровотока дистальнее препятствия линейная скорость кровотока может снижаться. Снижению скоростных характеристик кровотока способствует также и возрастание турбулентности. Увеличение вязкости крови вследствие замедления потока способствует дальнейшему торможению кровотока. Снижение линейной скорости кровотока является одним из важнейших факторов активизации процессов тромбообразования, что способствует дальнейшему уменьшению проходимости сосуда, замыкая, таким образом, «порочный круг».

Уменьшение объемной скорости кровотока служит основным источником снижения перфузионного давления и, как следствие, угнетения кровотока в обменном звене сосудистого русла.

Среди гемодинамических факторов угнетения микроциркуляции большая роль отведена сбросу крови по артериоло-венулярным анастомозам . Диаметр артериоло-венулярных анастомозов в разы больше, а гидродинамическое сопротивление значительно ниже, чем капилляров, что собственно и служит физической основой данного феномена в условиях снижения перфузионного давления. По мере прогрессирования артериальной недостаточности формируется артериовенозное шунтирование, что, вероятно, имеет ключевое значение в развитии тяжелой ишемии конечности.

Длительное время этой проблеме в патогенезе ишемии не уделялось должного внимания; в большей мере обсуждалось патогенетическое значение раскрытия артериоло-венулярных анастомозов, и лишь отдельные работы указывали на возможную роль артериовенозного шунтирования в патогенезе ишемии конечности . В этой связи особого внимания заслуживает исследование, предпринятое В. М. Кошкиным и В. Р. Зиминым. Авторы представили подробные сведения об анатомии и локализации артериовенозных шунтов, их патогенетическом значении при облитерирующих заболеваниях. Установлено, что количество шунтов на уровне голени может достигать 20-25, а диаметр варьирует от 0,2 до 1,5 мм. В отдельных случаях шунты встречались на уровне подколенной артерии; на уровне бедра артериовенозных анастомозов авторы не обнаружили.

При облитерирующих заболеваниях артериовенозное шунтирование развивается сначала в дистальных отделах сосудистого русла и распространяется в проксимальном направлении по мере прогресси-рования патологического процесса, вызывая феномен «обкрадывания» кровотока в дистальных отделах пораженной конечности, отражением чего может служить снижение артериовенозной разницы напряжения кислорода и изменение ряда биохимических показателей регионарной крови при критической ишемии.

У больных облитерирующими заболеваниями артерий мы наблюдали повышение уровня лактата в регионарной венозной крови и, соответственно, его венозно-артериальной разницы. Выраженность этих изменений пропорциональна тяжести клинических проявлений ишемического синдрома. Однако у части больных с ишемией конечности IV степени, причем в наиболее тяжелых случаях — при обширных некрозах, гангрене стопы — отмечено резкое снижение венозно-артериальной разницы лактата (ниже контрольных значений). Последнее можно объяснить грубыми метаболическими расстройствами — снижением доставки субстратов и снижением уровня АТФ ниже значений, необходимых для работы гликолиза. Более реальным механизмом развития данного феномена может служить именно артериовенозное шунтирование.

Развитие артериовенозного шунтирования при патогенезе ишемии служит прямым следствием снижения объемной скорости кровотока и перфузионного давления. Организм просто не в состоянии иным образом компенсировать все нарастающий дефицит объема крови, притекающей к дистальным отделам конечности за единицу времени. В свою очередь, сброс крови по прямому пути еще более угнетает объемную скорость кровотока и перфузного давления в терминальных отделах артериального русла, замыкая еще одну цепь «порочного круга». Таким образом, в наиболее тяжелых случаях дистальные отделы конечности фактически «выключаются» из системного кровообращения.

Следует также остановиться на анатомо-морфологических аспектах патогенеза ишемии при облитерирующих заболеваниях артерий.

Любое препятствие кровотоку, которое не может быть адекватно компенсировано организмом соответствующими изменениями скоростных характеристик или активизацией коллатерального кровотока, является гемодинамически значимым. Естественно, чем значительнее стеноз сосуда, тем больше потери объема крови, проходящей за единицу времени через его поперечное сечение. Вместе с тем, по закону Хагена-Пуазейля, существует обратная зависимость между объемной скоростью кровотока и длиной сосуда. Это обстоятельство позволяет полагать, что не только степень стеноза, но и протяженность пораженного участка артерии могут иметь большое значение в патогенезе нарушений гемодинамики при облитерирующих заболеваниях. При окклюзии артерий магистральный кровоток дистальнее препятствия может быть осуществлен только за счет коллатеральных путей, эффективность которых будет определять и адекватность компенсации. Взаимосвязь между протяженностью облитерирующего поражения артерий, эффективностью коллатерального кровотока и изменениями объемной скорости кровотока была непосредственно подтверждена в работе И. И. Сухарева.

Действительно, критическая ишемия конечности, как правило, является следствием распространенного окклюзирующе-стенозирующего процесса — многоэтажных артериальных окклюзий или диффузного поражения дистальных отделов сосудистого русла. Тем не менее, далеко не всегда наблюдается отчетливая зависимость между протяженностью окклюзированного или стенозированного участка артерий и тяжестью ишемии. Так, окклюзия поверхностной бедренной артерии, даже на значительном протяжении, обычно не вызывает симптомов критической ишемии конечности. Компенсация в патогенезе ишемии достигается за счет коллатерального кровотока через систему глубокой бедренной артерии. Напротив, окклюзия подколенной артерии может стать причиной тяжелой артериальной недостаточности. Анатомически зона коленного сустава представляет собой своеобразный «блок», препятствующий формированию эффективного коллатерального кровотока. Эти примеры подтверждают важную роль локализации облитерирующего поражения артерий в развитии нарушений гемодинамики.

Анатомо-физиологические условия и клиническое значение естественных артериальных протоков, обеспечивающих при необходимости коллатеральный кровоток, хорошо известны. Отметим лишь, что локализация облитерирующего поражения в тех анатомических зонах, которые имеют наиболее большое значение в реализации коллатерального кровотока, например, в области бифуркации бедренных артерий, значительно усугубляет нарушение кровообращения и, соответственно, тяжесть ишемии конечности.

Локализация облитерирующего поражения в значительной мере может определять характер, выраженность и последовательность изменений параметров гемодинамики. Для уточнения этой связи целесообразно рассмотреть два варианта развития гемодинамических нарушений: при поражении проксимального и дистального отделов артериального русла.

Типичным примером облитерирующего поражения проксимальных отделов сосудистого русла могут служить наблюдаемые при атеросклерозе «многоэтажные» стенозы и окклюзии бифуркации аорты, подвздошных, бедренных артерий. На каждом уровне гемодинамически значимого препятствия происходит потеря объемной скорости кровотока. Эти изменения протекают «каскадно». Их вектор направлен от проксимальных к дистальным отделам сосудистого русла. Прогрессивно нарастая, они вызывают критическое снижение перфузионного давления.

Существенного повышения гидродинамического сопротивления в дистальных отделах артериального русла, как правило, не происходит, тем более что первоначальный спазм артерий по мере прогрессирования патологического процесса сменяется снижением их тонуса вплоть до полного паралича. Нарастание сопротивления капиллярной сети, обусловленное реологическими нарушениями, служит лишь дополнительным стимулом для раскрытия артериоло-венулярных анастомозов. Все это создает исключительно «благоприятные» гемодинамические предпосылки для развития артериовенозного шунтирования.

Фактически представленные выше сведения о природе артерио-венозного шунтирования при патогенезе ишемии имеют самое непосредственное отношение именно к тем ситуациям, при которых угнетение артериального кровотока обусловлено многоэтажными окклюзиями и стенозами проксимальных отделов сосудистого русла. При дистальном уровне поражения характер нарушений гемодинамики может выглядеть несколько иначе. В частности, по мнению В. С. Савельева и В. М. Кошкина, при критической ишемии отсутствие признаков артериовенозного шунтирования в дистальных отделах голени и стопы связано с окклюзией терминального отдела сосудистого русла, а его развитие в мышечной части голени «отражает распространение тяжелых гемодинамических нарушений в проксимальном направлении».

Подробное описание морфологических изменений в артериях при облитерирующем тромбангиите представлено в известной монографии А. Н. Шабанова и В. П. Котельникова.

Уже в ранних стадиях заболевания отмечается набухание эндотелия, активизация пролиферативных процессов в стенке мелких сосудов, развивается сужение их просвета. Позднее присоединяется тромбоз артерий. В случае ампутации конечности всегда обнаруживаются тромбы в артериях голени, а у трети больных — в подколенной и бедренной артериях. Облитерирующие просвет сосуда тромботические массы, как правило, имеют слоистую консистенцию, поскольку образованы тромбами разного «возраста». Последнее позволяет полагать, что тромбоз формируется постепенно: сначала пристеночно, а затем, нарастая слоями, обтурирует просвет артерии. При тромбангиите имеют место все «классические условия тромбообразования: замедление кровотока, изменения интимы и повышение коагулирующей активности крови». Мы рассмотрим гемодинамическую составляющую этого процесса.

Вследствие уменьшения просвета концевых артерий и артериол и без того достаточно высокое гидродинамическое сопротивление прекапиллярного звена сосудистого русла еще более возрастает, что ведет к снижению скоростных параметров кровотока в вышележащей приносящей артерии. В наибольшей степени замедлению потока подвержены именно пристеночные слои. Активизируется процесс тромбообразования. Уменьшение просвета артерии пристеночным тромбом может на некоторое время обеспечить возрастание линейной скорости кровотока и замедление процессов тромбообразования. Однако прогрессирующие патологические изменения в прекапиллярных сосудах и нарастание гидродинамического сопротивления вновь будут способствовать угнетению скоростных характеристик кровотока и дальнейшему формированию тромба. По мере вовлечения в этот процесс все большего числа дистально расположенных мелких артерий уровень повышенного гидродинамического сопротивления и сопряженного с ним уменьшения скоростных параметров кровотока будет распространяться в проксимальном направлении, способствуя развитию восходящего тромбоза.

Мы рассмотрели эти две крайние и, надо сказать, весьма условные схемы патогенеза ишемии лишь для того, чтобы более точно отразить значение тех или иных гемодинамических факторов в патогенезе тяжелой ишемии конечности. Эти сведения приближают к пониманию тех специфических изменений кровообращения, которые возникают в тех или иных конкретных клинических случаях. Достаточно вспомнить известную классификацию путей оттока R. B. Rutherford, которая фактически представляет собой алгоритм прогноза вероятного соотношения гидродинамического сопротивления в зоне дистального анастомоза и скоростных параметров кровотока по трансплантату. Данное соотношение играет также важную роль в механизмах перестройки кровообращения после ампутации конечности.