Фізіологічні механізми регуляції церебрального кровообігу - системний аналіз церебрального кровообігу людини

Особливості морфології церебрального судинного русла зумовлюють наявність складних механізмів регуляції тонусу мозкових судин. Ці механізми забезпечують підтримання стабільного рівня регіонарного кровотоку в умовах значних коливань системного артеріального тиску - його ауторегуляцию. Ю. Є. Москаленко (1984) замість поняття &ldquo-ауторегуляция&ldquo- виділяє більш широке визначення - функціональна стійкість системи мозкового кровообігу, яка характеризується здатністю судин мозку забезпечувати його кровопостачання з урахуванням метаболічних потреб незалежно від змін показників центральної гемодинаміки. При цьому завдання полягає не тільки в підтримці необхідного рівня функціонування мозку, а й у підтримці його від надмірного кровонаповнення (Москаленко Ю. Є., Хилько В. А., 1984).
Стабілізація церебрального кровотоку можлива завдяки наявності трьох механізмів регуляції тонусу судин і інтенсивності тканинного кровотоку: нейрогенного, миогенного і метаболічного (Майорова
Н.Ф., 1974 Балуєва Т.В., Семенютін В.Б., Теплов С.І., 1980 Мотавкін П.А., 1980). До теперішнього часу питання про роль кожного з цих механізмів в регуляції церебральної гемодинаміки є предметом жвавих дискусій (Сучков В.В., 1974 Сучков В.В. 1974- Molnar L., Czopf J., 1969- Czopf J., Molnar L ., 1970).
Існування нейрогенного механізму ауторегуляції мозкового кровотоку передбачає наявність відповідного рецепторного апарату, провідної системи, центрального і ефекторних ланок (Сучков В.В., 1974 Meyer I.S., 1975- Zwetnow N.N., 1975). Мікроморфологічного дослідження дозволили виявити складну систему барорецепторів, локалізовану в твердої мозкової оболонки, венозних синусах мозку і менінгеальних судинах. Основні рефлексогенні зони артеріального відділу судинного русла мозку розташовані у внутрішній сонній артерії і запалі синус. Венозні синуси, будучи рефлексогенними зонами, беруть участь в регуляції не тільки артеріального припливу крові до регіону, але і її венозного відтоку. Аферентним компонентом нейрогенного механізму регуляції мозкового кровообігу, мабуть, можуть бути нервові волокна, в значній кількості виявлені в стінках артерій м`якої мозкової оболонки (Павлов Н.А., 1988)]. Еферентна іннервація судинних структур головного мозку до теперішнього часу вивчена досить повно (Edvisson L., 1975). Мозкові судини мають як адренергическую, так і холинергическую іннервацію, причому нервові волокна виявлені в дрібних судинах мозку аж до артеріол діаметром 13 мкм. Найбільш щільна мережа адренергічних волокон є у внутрішній сонній, базилярної артеріях і судинах віллізіева кола. Щільність іннервації піальних артерій виражена менше (Габрієлян Е.С., Амроян Е.А., Акопов С.Е., 1987). Холинергические нервові закінчення виявлені в стінках магістральних судин мозку, гілках виллизиева кола і піальних артеріях (Гаєв М.Д., 1980). Дискутується питання про можливість взаємодії між адренергическими і холинергическими структурами на рівні терміналі (Габрієлян Е.С., Амроян Е.А., Акопов С.Е., 1987).
Визнання ролі нервової системи в регуляції тонусу мозкових судин дозволило припустити наявність певних морфологічних структур, що забезпечують нейрогенний компонент ауторегуляції мозкового кровотоку. У ряді досліджень відзначено, що стимуляція шийних симпатичних структур зрушує межі ауторегуляції в сторону більш високих рівнів артеріального тиску, а симпатична денервация або блокада адренорецепторів призводить до протилежного ефекту (Boisvert et al., 1977- Sadoshima et al., 1986)
У роботах ряду авторів показано, що нейрони в зоні синього плями і в галузі чорної субстанції є початком внутрімозкових вазомоторних нервів (Мотавкін П.А., Черток В.М., 1980 Балуєва Т.В., 1983).
Наявність внутрімозкового апарату нервової регуляції мозкового кровообігу виявлено при стимуляції різних зон гіпоталамуса і інших структур мозку (Шоттер А.В., 1982, 1984)
Встановлено, що в процесах регуляції мозкового кровообігу беруть участь не тільки адренергические і холінергічні медіатори, а й інші медіатори і тісна їх взаємодія. (Brayden, Bevan, 1986- Lee Tony, 1886). При цьому зазначено, що нейрональні структури головного мозку можуть змінювати інтенсивність мозкового кровотоку незалежно від активності метаболізму або впливати на його метаболізм з подальшою зміною кровотоку (Reis, Ladecola, 1986).
Результати фізіологічних досліджень нейрогенного механізму ауторегуляції церебрального кровотоку неоднозначні. За даними ряду авторів денервация каротидних синусів не призводить до дестабілізації мозкового кровотоку при незначних змінах системного АТ (Гінзбург С.Є., 1974 Ерохов І.С., Русинів А.В., 1977- Демченко І. Т., 1983). У роботах інших дослідників показано, що даний вплив
викликає порушення регуляції кровопостачання мозку в умовах системної гіпо і гіпертензії (Ганнушкіна І.В., Шафранова В.П., Рясіна Т.В., 1977). Мабуть, збудження симпатичної системи сприяє ауторегуляторние вазоконстрикції церебральних судин при підвищенні системного артеріального тиску, що є захисним механізмом, що охороняє мозок від крововиливів і набряку. Безсумнівним є участь симпатичноїіннервації в компенсаторних реакціях цереброваскулярного русла при швидких змінах системного АТ, що дозволяє вести мову про адаптаційну функції, яка реалізується симпатичної нервової системою (Кедров А.А., 1994). Нейрогенні фактори мають неабиякий коригуючий вплив на мозковий кровотік, здійснюючи перерозподільні гемодинамічні реакції на кшталт веноартеріальних ефектів (Конраді Г.П., Осадчий Л.І., 1976). Таким чином, кровопостачання тканин мозку в значній мірі визначається збалансованістю нейрогенних механізмів регуляції тонусу пре- і посткапілярні відділів судинного русла.
Міогенні механізми регуляції мозкового кровотоку, мабуть, впливають головним чином лише на умови артеріального припливу крові до органу, оскільки власне піальной і магістральні судини мозку, за даними ряду дослідників не володіють миогенной активністю (Москаленко Ю.Є., Демченко И.Т ., Буров С.В. та ін., 1974 Павлов Н.А., 1988). Однак, не виключається можливість активного скорочувального відповіді церебральних артерій при їх інтенсивному динамічному розтягуванні (Алексєєв Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., і ін., 1974). Останнє можливо при різкому, майже миттєвому підвищенні системного АТ в деяких специфічних умовах життєдіяльності організму людини (Алексєєв Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., і ін., 1974 Жернавков А.Ф., 1979- Федоров Б.М., 1990 Пінес Л.Н., Пінес А.Л., 1991). Незважаючи на це, міогенна гіпотеза не може пояснити порівняно тривалий латентний період ауторегуляторние реакцій церебральних судин, на протязі якого мозковий кровотік слід пасивно за змінами артеріального тиску (Майорова Н.Ф., 1974). Хоча в деяких роботах були відзначені швидкий і повільний компоненти ауторегуляторние реакції (Балуєва Т.В., Семенютін В.Б., Теплов С.І., 1980).
Метаболічний механізм ауторегуляції церебрального кровотоку вивчений досить докладно (Угрюмов В.М., Теплов С.І., тиглі Г.С.). Одним з найбільш активних факторів метаболічної регуляції кровопостачання тканин мозку є двоокис вуглецю, що є потужним вазодилататором. Внаслідок цього передбачається участь СО2 в регіонарних гемодинамічних реакціях при змінах системного АТ (Майорова Н.Ф., 1974 Габрієлян Е.С., Амроян Е.А., Акопов С.Е., 1987). Однак регуляторна роль двоокису вуглецю залежить від оксигенації тканин і якщо вміст кисню в них знижується, то зменшується і утворення СО2, що може викликати в певних умовах вазоконстрикторні реакції і зменшення інтенсивності кровотоку в басейні головного мозку (Severinghaus JW, Nemoto E., Hoff J. , 1971- Atkinson John LD, Anderson Robert E., Sundt TM, 1990). У той же час погіршення оксигенації тканин сприяє утворенню аденозину, який надає вазодилатирующий ефект на піальной артерії мозку (Гаєв М.Д., 1980 Puiroud et al., 1988- Alafaci, 1988- Ko et al., 1990 Torregrosa et al., 1990). Багатьма дослідниками встановлено, що судини мозку чутливі до ряду метаболітів, концентрація яких залежить від функціонального стану різних ділянок мозку (Busse R., 1988- De Salles Antonio A.F., 1988). Описано участь іонів кальцію, калію і водню в регуляції тонусу мозкових судин (Азин А.А., 1983 Теплов С.І., Пуговкін А.П., 1989). Численні дослідження присвячені вивченню впливу на церебральний кровообіг таких природних метаболітів мозкової тканини як вазоактивні пептиди, простагландини, ГАМК (Mc Cullock et al., 1989- Tuor et al., 1990).

Останнім часом велике значення в регуляції тонусу церебральних судин надають станом їх ендотелію. Так, за даними Katusic et al. (1987) розтягнення кільцевих смужок базилярних артерій супроводжується розвитком активного напруги тільки в тому випадку, якщо був збережений ендотелій (Katusic Zvonimirs S., Shepherd John T., Vanhoutte Paul M., 1987). Таким чином, реакція ендотелію на розтягнення може відігравати важливу роль в ауторегуляції мозкових судин у відповідь на зміни трансмурального тиску. Це підтверджується дослідженнями П.А. Мотавкіна і співавт. (1980), в яких встановлено, що ендотеліальні клітини, будучи основними структурами інтими, контактують з гладкими м`язами судинної стінки (Мотавкін П.А., 1980).
За даними Busse (1988), De Salles (1988) ендотелій бере участь в регуляції тонусу судин шляхом виділення вазоактивних речовин. Релаксація мозкових судин під впливом різних агентів (ацетилхоліну, гістаміну, брадикініну, арахідонової кислоти, речовини-Р, АТФ, АДФ, аденозину і ін.) Знаходиться в прямій залежності від збереження ендотелію судин.
Вважають (Busse, 1988), що залежна від ендотелію релаксація гладких клітин пов`язана з підвищенням в них рівня цГМФ в результаті активації гуанілатциклази. Є вказівки на синергізм одночасного ефекту простацикліну і ендотеліального релаксуючого фактора. На відмитих тромбоцитах показано, що антиагрегаційний ефект ендотеліального фактора пов`язаний з підвищенням в клітинах цГМФ і зниженням реакції підвищення іонів кальцію в тромбоцитах.
Відповідно до викладеного пошкодження ендотелію при черепномозкової травми і субарахноїдальний геморагії є одним з провідних чинників виникнення патологічного вазоспазма судин мозку, оскільки при пошкодженні ендотелію вазодилататорний ефект релаксуючого фактора переходить в вазоконстрикторний (De Salles, 1987, 1988).
У ряді оглядів останніх років автори (Теплов С.І., Пуговкін А.П., 1989- Saito et al., 1987, 1987 Edvinsson et al., 1988) звертають увагу на тісний зв`язок між нервовими і метаболічними факторами регуляції мозкового кровообігу , різноманіття медіаторів, полимодальность еферентних волокон і терміналі.
Узагальнюючи викладене необхідно зазначити, що в даний час ряд дослідників розглядають питання про те, що зазначені механізми регуляції церебральної гемодинаміки не тільки взаємопов`язані між собою, а й характеризуються гетерохронностью свого включення при змінах системного АТ. За даними ряду авторів ауторегуляторние реакція тонусу мозкових судин, що виникає у відповідь на підвищення системного АТ складається з двох компонентів: швидкого (нейрогенного) з латентним періодом 2-3 с і повільного (миогенного і метаболічного) для розвитку якого потрібно 30-40с (Балуєва Т .В., Семенютін В.Б., Теплов С.І., 1980 Угрюмов В.М., Теплов С.І., тиглі Г.С., 1984).
За сучасними уявленнями регуляція церебрального кровотоку є інтегративним результатом функцій різних відділів церебральної кровоносної системи. Г.І. Мчедлішвілі (1968) пропонує розрізняти функції чотирьох відділів кровоносної системи мозку:

1. магістральних артерій,
2. піальних артерій,
3. внутрішньомозкових (переважно радіальних) артерій і артеріол,
4. венул і вен.

Магістральні артерії є функціонально єдину систему оскільки мають широкі анастомози, і діаметр цих судин може змінюватися в широких межах. Ці артерії не регулюють приплив крові до мозку в залежності від його метаболічних потреб. Зміни тонусу магістральних судин забезпечують сталість регіонарного тиску і об`єму крові в регіоні в цілому. У фізіологічних умовах переважної реакцією магістральних судин є їх констрикція при підвищенні системного артеріального тиску. Таким чином, магістральні артерії здійснюють функцію демпфірування припливу крові в церебральний басейн (Мчедлішвілі Г.І., 1977).
Функцією піальних артерій є локальна регуляція церебральної гемодинаміки. Для піальних артерій типовою реакцією є, навпаки, дилатація, що забезпечує метаболічні потреби різних областей головного мозку (Мчедлішвілі Г.І., 1968). Дилатація піальних артерій відбувається під впливом, головним чином, метаболічних факторів (підвищення концентрації тканинного СО2 і Н + - іонів). Розширення піальних артерій спостерігається в умовах напруженої розумової діяльності і є одним з найважливіших механізмів, що забезпечують функціональну гіперемію головного мозку (Майорова Н.Ф., 1974).
Значення тонусу радіальних артерій мозку для регуляції церебрального кровотоку, мабуть, невелика, оскільки ці судини розташовані в глибині мозку і їх дилатація може призводити до компресії навколишніх тканин. Однак, радіальні артерії здатні до констрикції, що необхідно для локального перерозподілу кровотоку (Мітагварія Н.П., 1974 Мітагварія Н.П., 1983). Порівняно недавно сформульована гіпотеза про можливість регуляції церебрального кровотоку системою сфінктерів розташованих на рівні радіальних артерій (Москаленко Ю.Є., Вайнштейн Г.Б., Демченко Т.І. та ін., 1975- Мітагварія Н.П., Гумберідзе Л.М ., Шенгелая Н.І. та ін., 1991). Здатність до змін тонусу внутрішньомозкових артерій залежить від їх діаметра: чим менше діаметр судин, тим більше коливається їх просвіт (Мчедлішвілі Г.І., 1968). Однак значне звуження артерій невеликого діаметра не призводить до різкого зменшення мозкового кровотоку і не створює передумов до розвитку церебральної гіпоксії. Це обумовлено тим, що при вираженій констрикции дрібних церебральних судин збільшується плинність крові в них (феномен Фореуса-Ліндквіста) (Федоров Б.М. 1990).
Роль церебральної венозної системи для регуляції відтоку крові з регіону досліджена в меншій мірі, ніж артеріальної. На думку деяких дослідників колатеральний відтік крові з басейну головного мозку не є пасивним процесом, а, мабуть, відбувається за активної участі судин венозної системи регіону (Мчедлішвілі Г.І., 1968). Однак активна роль венозних судин в регуляції мозкового кровотоку невелика. Зазвичай їх діаметр пасивно змінюється при змінах внутрішньосудинного тиску і гемодинаміки в них. Активна роль піальних вен виявляється лише в експериментах на тваринах в умовах оклюзії верхньої порожнистої вени. Активна реакція стінок внутрішньочерепних вен необхідна для зменшення обсягу мозку, збільшеного в результаті набряку. В експериментах на тваринах також встановлено факт активного звуження системи дренажних вен, виносять кров з синусів мозку в екстракраніальних венозну систему (Ганнушкіна І.В., Шафранова В.П., Дадиани Л.Н. і ін., 1975- Ганнушкіна І.В ., Шафранова В.П., Рясіна Т.В., 1977).
На підставі викладеного можна зробити висновок, що підтримання сталості церебральної гемодинаміки в різних умовах життєдіяльності людини є наслідком поєднаної дії безлічі контурів регуляції (Арінчін Н.І., Кулаго Г.В., 1969- Волков П.П., Круглянский В.Ф. , 1976- Оганов Р.Г., Бритов А.Н., Гундаров І.А. та ін., 1984).
Однак, до теперішнього часу залишається неясним внесок кожного розглянутого фактора в досягнення кінцевого ефекту регуляції мозкового кровотоку, а також збалансованості механізмів визначають артеріальний приплив крові і її відтік з регіону у різних людей.
Ця обставина, мабуть, є однією з причин різноспрямованих, в тому числі і несприятливих змін церебральної гемодинаміки у здорових людей в умовах різноманітних функціональних впливів на їх організм. З літературних джерел відомо, що незважаючи на високу ефективність механізмів ауторегуляції церебральної гемодинаміки їх компенсаторні можливості неоднакові у різних осіб, що потребує більш детальному розгляді.
Відомо, що в умовах напруженої розумової діяльності сумарне кровонаповнення церебрального басейну, тонус піальних артерій у різних обстежуваних змінюється неоднаково (Betz E., 1975- Ingvar D., 1979- Шахновіч А.Р., Сербиненко Ф.А., Розумовський А.Є. ., 1979- Федоров Б.М., Себекіна Т.В., Стрельцова Е.Н. та ін., 1989). У людей успішно справлялися із завданнями, пов`язаними з напругою розумової діяльності сумарне пульсове кровонаповнення головного мозку збільшується, при цьому значно знижується тонус регіонарних артеріол і венул (Risberg J., Ingvar D., 1973). У людей з меншою розумовою працездатністю відзначені регіонарні гемодинамічні реакції протилежного характеру. У ряді досліджень присвячених проблемі впливу психоемоційного напруження на серцево-судинну систему людини встановлені індивідуальні відмінності змін інтенсивності церебрального кровотоку при емоційній напрузі (Осколок Л.Н., 1983 Яруллин Х.Х., 1983 Ingvar D., 1979- Gomez CR, McLaughlin JR, Gomez SM et al., 1992).
Ряд авторів відзначають різноспрямовані реакції церебральної гемодинаміки у людей в умовах спрямованих гравітаційних впливів на їх організм (Алексєєв Д.А., Яруллин Х.Х., Крупина Т.Н., і ін., 1974 Жернавков А.Ф., 1979- Яруллин Х.Х., Горнаго В.А., Васильєва Т.Д. і ін., 1980). У людей з добре переноситься пасивної антиортостатическом проби при її проведенні виникає констрикція церебральних артеріол, що протидіє розвитку регіонарного венозного застою крові. У інших обстежуваних (суб`єктивно гірше переносять антиортостатическом вплив) спостерігаються явища гіпотонії церебральних артерій і, особливо, артеріол.
Необхідно відзначити, що при аналізі згаданих різноспрямованих реакцій церебральної гемодинаміки в умовах функціональних впливів на організм людини дослідники не враховували вихідний регіонарний судинний тонус, індивідуальні особливості мозкового кровообігу обстежуваних. Вивченню спрямованості і вираженості змін регіонарної гемодинаміки в залежності від її вихідних значень у здорових людей в різних умовах їх життєдіяльності до теперішнього часу присвячені лише поодинокі дослідження. Доцільність такого підходу для вивчення церебральної гемодинаміки і прогнозування її змін при впливі на систему кровообігу гіпотензивних лікарських речовин у хворих з есенціальною гіпертонією показана в роботі авторів вивчали вплив інгібітора ангіотензин перетворюючого ферменту - раміприлу на церебральну гемодинаміку (Пекарський С.Є., Ворожцова І.М ., Семко Г.В. та ін., 1996). Встановлено, що у пацієнтів з початково високими значеннями сумарної об`ємної швидкості кровотоку (ОСК) за внутрішніми сонних артеріях - від 25 мл / с і вище лікування раміприлом викликало зниження цього показника. У обстежуваних зі зниженою ОСК (менш 20,5 мл / c) прийом раміприлу викликав зростання цього параметра. У хворих із середніми величинами ОСК (20,5 - 25 мл / с) кровотік по внутрішнім сонних артеріях на тлі лікування препаратом не змінювався. Принципово важливо, що відмінності реакцій церебральної гемодинаміки на прийом раміприлу були незалежні від змін системного артеріального тиску (яке знижувалося на тлі лікування у всіх пацієнтів) та параметрів що характеризують діяльність серця.
Можна припускати, що причиною індивідуальних особливостей реакцій церебральної гемодинаміки на різні функціональні впливу є мікроморфологічного відмінності рецепторного апарату судинної системи головного мозку і варіабельність ієрархічного взаємодії контурів регуляції органного кровообігу.
Ефективність кровопостачання головного мозку залежить від збалансованості механізмів, регуляції артеріального припливу крові до регіону і її венозного відтоку. В значній мірі це співвідношення визначається, з одного боку, тонусом дрібних артерій і прекапілярних артеріол, а, з іншого, умовами венозного відтоку які обумовлені розтяжністю і еластичністю посткапілярних венул і дрібних вен. Однак, до теперішнього часу, систематизованих досліджень особливостей церебральної гемодинаміки в залежності від стану пре- і посткапілярних ланок її мікроциркуляторного русла не проведено. З урахуванням викладеного особливої актуальності набуває проблема поглибленого дослідження і прогнозування спрямованості функціональних змін церебрального кровотоку в залежності від вихідного тонусу пре- і посткапілярних відділів регіонарного судинного русла, що визначається типом церебральної мікроциркуляції (Надєждіна Е.А., Рашзаде Я.М., Іваницька І. Н. та ін. 1978- Іманалієв Д.М., 1985).
В даний час в фізіології і практичній медицині для вивчення особливостей системної гемодинаміки успішно застосовується типологічний підхід, що дозволяє визначати закономірності змін регуляцій діяльності серцево-судинної системи людини в різних умовах життєдіяльності (Арінчін Н.І., 1978- Заслонова І.К., 1980 Шхвацабая І.К., Константинов Е.Н., Гундаров І.А., 1981- Шхвацабая І.К., Гундаров І.А., Константинов Е.Н., Пушкар Ю.Т., 1982- Гундаров І.А ., Константинов Е.Н., Бритов А.Н., 1983 Ващіло Е.Т., Контантін М.А., Меніцкій Д.Н., 1984- Гавриков К.В., Глазачев О.С., 1988- Гавриков Л.К., 1993).
Очевидно, що для поглибленого вивчення варіабельності регуляцій мозкового кровообігу необхідно враховувати типи церебральної мікроциркуляції.
Однак до теперішнього часу питання про типах церебральної гемодинаміки вивчений недостатньо. Недостатньо досліджені співвідношення механізмів регуляції тонусу пре- і посткапілярних судин, що визначають рівень перфузійного тиску крові, інтенсивність тканинної мікроциркуляції (Купріянов В.В., Караганов Я.Л., Козлов В.І., 1975- Москаленко Ю.Є., Хилько В .А., 1984). Мабуть, це обумовлено відсутністю єдиного класифікатора типу регионарной мікроциркуляції (Jenkner FL, 1962- Гурська І.К., 1975- Seifert U., Seidel B., 1975- Tada K., Nakada T., Yoneda S. et al. , 1975- Бутягин С.В., 1976- Вайнштейн Г.Б., Горохів К.А., Кириченко Л.М. та ін. 1978- Єремєєв В.С., Семенютін В. Б., Таша Ш. С. і ін., 1978- Винничук С. М., Зелігер А., 1984).