2 курс / Нормальная физиология / Сердце и легкие

	3.1. Физиология и патофизиология кардиореспираторной системы					221
	формирующей функции легких	КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВАЯ			РЕНИН-АНГИОТЕНЗИНОВАЯ
	при адаптации организма к фак-	СИСТЕМА			СИСТЕМА
		Кининоген			Ангиотензиноген
	торам внешней среды и в услови-
	ях патологии. При анализе этих	Калликреин			Ренин
	вопросов необходимо учитывать
	следующие положения:				АНГИОТЕНЗИН I	АНГИОТЕНЗИН I
	1) значение функционального	БРАДИКИНИН				(без аспарагина)
	состояния легких и, в первую
	очередь, клеток микроцирку-	АНГИОТЕНЗИНПРЕВРАЩАЮЩИЙ
	ляторного ложа;
			ФЕРМЕНТ, КИНИНАЗА II		АНГИОТЕНЗИН II	АНГИОТЕНЗИН III
	2) особенности кровообращения
		«Осколки»
	в легочной ткани;	полипептида
	3) физиологически активные ве-
	щества, образующиеся в лег-	Снижение АД			Повышение АД
	ких или доставляемые веноз-
	ным кровотоком, оказывают	Ðèñ. 120. Соотношение кининазной и ангиотензинпревращающей функции легких [10]
	влияние на работу самих лег-
	ких – на их дыхательную, ме-
	таболическую, гемодинамическую и экскретор-		и поступают в системный кровоток. Активация син-
	ную функции. Все указанные положения, так или		теза простагландинов и их высвобождение наблюда-
	иначе, находят отражение в развитии патологичес-		ются при некоторых патологических ситуациях (аль-
	кого процесса легочного или внелегочного харак-		веолярная гипоксия, легочная гипертензия, эмболия
	òåðà.		легочных сосудов), а также под действием других фи-
	Некоторые из приведенных выше положений мо-		зиологически активных веществ, циркулирующих в
	гут быть рассмотрены на примере соотношений ки-		крови [10, 52, 54].
	ниназной и ангиотензинконвертирующей функции.			Особенности легочной биотрансформации ве-
	Брадикинин и ангиотензин, противоположно дей-		ществ определяют такие важные параметры, как дли-
	ствующие полипептиды, участвующие в регуляции не		тельность, интенсивность, характер действия (гене-
	только местной, но и системной гемодинамики, свя-		рализованное или локальное) регуляторных субстан-
	заны общим ферментативным фактором, локализо-		ций. Надо полагать, что понимание многих реакций
			организма, сопряженных с физиологической адапта-
	ванным преимущественно в эндотелии легочных со-
	судов (рис. 120).		цией, развитием патологического процесса, и, более
			того, попытки управления этими состояниями могут
	Повышение АД сопровождается компенсаторной
			быть связаны с дальнейшим изучением метаболичес-
	активацией кининовой системы, причем образующи-
			кой функции легких.
	еся кинины способствуют снижению системного АД,
	а продукты их гидролиза плазменными кининазами			Влияние процесса дыхания
	тормозят активность ангиотензинпревращающего			на показатели кардиогемодинамики
	фермента. Таким образом, чем больше образуется ки-			В грудной клетке экстрамуральное давление обыч-
	нинов в кровотоке, тем значительнее их физиологи-
			но ниже атмосферного, что обусловлено тенденцией
	ческое (гипотензивное) и биохимическое (торможе-
			эластических легких к спадению. Венозное давление
	ние ангиотензинконвертазы) действие в отношении
			в сосудах, находящихся в грудной клетке, часто бы-
	прессорных факторов. В свою очередь, вызываемые
			вает немного ниже атмосферного давления, и это спо-
	брадикинином сдвиги в легочной гемоциркуляции
			собствует созданию градиента между давлением на
	приводят к увеличению эффективности фермента-
			периферии и давлением в правом предсердии, что об-
	тивной системы, инактивирующей сами кинины. В
			легчает венозный возврат. Давление внутри грудной
	тех случаях, когда имеет место устойчивое повыше-
			полости при спокойном вдохе снижается примерно
	ние АД, нельзя исключить изменение соотношения
			на 7 мм рт. ст. по мере сокращения диафрагмы и рас-
	кининазной и ангиотензинконвертирующей функ-
			ширения грудной клетки, и на выдохе давление каж-
	ции легких [10, 56].		дый раз повышается на равную величину.
	В отношении простагландинов метаболическая
				Такие периодические колебания давления не толь-
	функция легких имеет своеобразные черты. Простаг-
			ко обеспечивают передвижение воздуха в легкие и из
	ландины Е1 è Å2 подвергаются наиболее интенсив-		них, но также передаются через тонкие стенки круп-
	ной инактивации в легких, оказывая существенное		ных вен в грудной клетке, усиливая венозный при-
	влияние на легочный кровоток. В то же время они в		ток крови к сердцу с периферии. Из-за наличия ве-
	значительных количествах высвобождаются в легких		нозных клапанов возврат крови при вдохе возрастает

222	Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ СИСТЕМА. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ...

в большей степени, чем уменьшается при выдохе. Ре-

зультирующий эффект заключается в том, что венозный возврат с периферии в значительной степени об-

легчается за счет периодических колебаний централь-

ного венозного давления, обусловленных процессом дыхания. Этот феномен часто называют «дыхатель-

ным насосом» [61].

Это означает, что во время вдоха кровь устремляется в правое сердце, и ударный объем правого желу-

дочка увеличивается в соответствии с законом Фран-

ка–Старлинга. Однако когда емкость легочного сосудистого русла во время вдоха увеличивается, веноз-

ный возврат в левый желудочек и его ударный объем

несколько уменьшаются. Во время выдоха, когда венозный возврат в правый желудочек уменьшается,

поступление крови в левый желудочек увеличивает-

ся из-за уменьшения содержания крови в спадающихся легких. Следовательно, во время этой фазы дыха-

ния ударный объем правого желудочка уменьшается,

а ударный объем левого желудочка увеличивается (рис. 121). Таким образом, во время дыхательного

цикла наблюдается «несовпадение по фазе» измене-

ний ударного объема в желудочках, что обусловлено противоположными влияниями дыхательных движе-

ний на венозный приток крови к сердцу [62].

Вследствие указанных изменений венозного возврата, нормальный процесс дыхания связан с перио-

дическими циклическими изменениями величин ми-

нутного объема крови и системного АД, а также изменениями импульсации артериальных барорецепто-

ðîâ [63].

Кроме того, в результате обусловленного вдохом снижения внутригрудного давления сердечно-легоч-

	Âäîõ
ÏÆ	ËÆ
	Легочные сосуды
ÓÎ	ÓÎ
	Выдох
ÏÆ	ËÆ
	Легочные сосуды
ÓÎ	ÓÎ

Ðèñ. 121. Изменения ударного объема (УО) правого (ПЖ) и левого (ЛЖ) желудочков сердца при вдохе и выдохе [62]

ные барорецепторы будут подвергаться растяжению,

вследствие чего будет усиливаться их импульсация. Данные влияния барорецепторов, воздействуя на

сосудодвигательный центр продолговатого мозга,

приводят к рефлекторному снижению АД, то есть к увеличению активности парасимпатической иннер-

вации и уменьшению активности симпатических не-

ðâîâ.

У здоровых индивидуумов ЧСС также колеблется синхронно с дыхательными движениями. Такое яв-

ление называется «нормальной синусовой аритмией» [61]. При нормальных условиях в покое изменение

ЧСС представляет собой наиболее явную реакцию

сердечно-сосудистой системы на процесс дыхания. Некоторые из основных первичных изменений и

компенсаторных реакций, участвующих в воздей-

ствии процесса дыхания на работу сердечно-сосуди- стой системы, изображены на рисунке 122, хотя пол-

ная картина в действительности гораздо сложнее, чем показано на рисунке.

			Âäîõ
		Внутригрудное давление
(некомпенсированное)			Центральное венозное давление
	Наполнение сердца
		Венозный возврат
			Центральный венозный возврат
изменение		Ударный объем
Первичное		Минутный объем			Частота импульсов
					сердечно-легочных
	Среднее артериальное давление				барорецепторов
		Частота импульсов			Понижение
	артериальных барорецепторов			«установочной точки»
			Сосудодвигательный центр
реакции		продолговатогомозга
	Парасимпатическая			Симпатическая
		активность
Компенсаторные				активность
	×ÑÑ	Сократительная		Сужение	Сужение
		способность		âåí	артериол
		Сердце		Органы тела

Ðèñ. 122. Влияние вдоха на первичные изменения и компенсаторные реакции сердечно-сосудистой системы [61]

3.1. Физиология и патофизиология кардиореспираторной системы

223

Существует ряд ситуаций, когда влияние дыхания

на сердечно-сосудистую систему представляется крайне важным. Например, при физической нагрузке

глубокое и частое дыхание значительно способствует

венозному возврату. Зевание представляет собой сложное явление, включающее существенное вре-

менное уменьшение внутригрудного давления, что

значительно увеличивает венозный возврат. Кашель, напротив, сопровождается увеличением внутригруд-

ного давления, и его приступ может привести к рез-

кому уменьшению сердечного выброса, вплоть до обморока.

Еще в 1963 году A. Guyton [64] отметил, что вели-

чина кровотока в сосудистой системе равна как величине сердечного выброса, так и величине венозного

возврата, постулировав тем самым гомеостатический

принцип равенства дебитов правого и левого желудочков сердца. Неравенство этих величин может на-

блюдаться лишь кратковременно.

Экспериментальное изучение этого вопроса показало, что в случае временного несоответствия веноз-

ного возврата и сердечного выброса равенство вос-

станавливается в среднем в течение 6 сокращений сердца. При резком и быстром увеличении объема ве-

нозного притока и повышении давления в правом

предсердии начинается немедленная эвакуация крови из легочных сосудов и левого желудочка в артерии

большого круга кровообращения (рис. 123). По мере

того, как кровь будет перебрасываться из правого желудочка и малого круга кровообращения в систем-

ный кровоток, давление в правом предсердии будет

снижаться. Это будет продолжаться еще несколько секунд, пока давление в правом предсердии не уравня-

ет венозный приток и сердечный выброс [10, 64]. Совершенно очевидно, что еще в период повышения

ë/ìèí						1
15
10
5						2
0
	–4		0		4	8 ìì ðò. ñò.

Ðèñ. 123. Соотношение кривых минутного объема сердца (1) и объема венозного притока (2) при изменении давления в правом предсердии [64]. По оси абсцисс – давление в правом предсердии (мм рт. ст.), по оси ординат – минутный объем и приток венозной крови (л/мин)

давления в правом предсердии вступают в силу гоме-

остатические рефлекторные механизмы, которые вызывают брадикардию и дилатацию резистивных со-

судов, а при повышении АД за счет дополнительного

выброса крови в артериальную систему – механизм обратной связи через депрессорные рефлексы с аор-

тальной и синокаротидной рецепторных зон.

Следует добавить, что исследования взаимоотношений МОК, давления в правом желудочке и легоч-

ной вентиляции показали, что степень напряжения

миокарда правого желудочка является фактором, оказывающим прямое влияние на сердечный выброс и

функцию внешнего дыхания, чем была доказана спра-

ведливость гипотезы об участии рецепторов растяжения сердца в происхождении кардиогемодинамичес-

кого гиперпноэ [65].

Среди компенсаторных реакций, нивелирующих сдвиги объема циркулирующей крови, выделяют:

а) рефлекторные компенсаторные механизмы;

б) непосредственное сокращение (или расслабление) гладких мышц сосудов;

в) механизмы нормализации объема крови в сосудистой системе [10, 21, 62, 64].

При этом рефлекторный механизм компенсации обеспечивает быстрое, но лишь частичное восстанов-

ление объема циркулирующей крови, в то время как

два других механизма представляют собой более медленные, но и более мощные реакции.

3.1.2. Приспособительные реакции кардиореспираторной системы

В последние годы накоплен богатый фактический материал, характеризующий расстройства кровообра-

щения и дыхания при различных патологических процессах. Появились реальные предпосылки к анализу

взаимосвязей между явлениями патологическими,

возникающими при нарушениях функции кардиореспираторной системы, и реакциями, имеющими при-

способительный характер. В результате такого рода

обобщений становится возможным определить универсальность ряда компенсаторных процессов и адап-

тационных реакций и их взаимоотношения, а также

установить границы перехода реакций приспособительного характера в реакции патологические. Пос-

леднее обстоятельство представляется особенно важ-

ным для поиска наиболее рациональных путей своевременной коррекции нарушений кровообращения

и дыхания.

Не может быть сомнения в том, что решение этих проблем возможно только с помощью системной ме-

тодологии, которая является универсальным инстру-

ментом в изучении физиологических функциональных систем человеческого организма любой степени

сложности.

224	Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ СИСТЕМА. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ...

Реактивность. Адаптация. Компенсация

Учитывая терминологическую многозначность понятий «защитно-приспособительная реакция»,

«адаптация», «компенсация», мы считаем необходимым, чтобы исследователь в каждой своей работе указывал, какое конкретное содержание он вкладывает

в используемый им термин. Такая информация не только даст читателю ясное представление об изуча-

емом феномене, но позволит и самому исследователю более глубоко понять и охарактеризовать предмет исследования и тем самым обеспечит взаимопонима-

ние исследователей и отграничение изучаемых явлений друг от друга. Разумеется, при использовании

какой-либо классификации следует учесть диалекти- ческую взаимосвязь и взаимопереходы одних классифицирующих единиц в другие, а также многознач-

ность исследуемых адаптационно-компенсаторных процессов [66].

Надо заметить, что в этой области медицины до наших дней сохраняется терминологическая неопределенность, и сложившиеся представления о компен-

саторно-приспособительных процессах позволяют относить к этой группе явлений все наблюдаемые в

функциональной системе активные реакции, имеющие для нее полезный результат [6]. Это ведет к тому, что в одной группе оказываются совершенно разные

по своему существу и принципу развертывания реакции – как определяющие физиологический режим

реагирования системы, так и не встречающиеся в физиологических условиях. При строгом подходе само применение словосочетания «компенсаторно-при-

способительные» не является достаточно обоснованным, хотя бы потому, что каждое из этих явлений ог-

раничено условиями и обстоятельствами своего возникновения, что отображено в определениях. Так, в «Энциклопедическом словаре медицинских терми-

нов» [67] читаем: «…Компенсаторным процессом называется совокупность реакций организма на по-

вреждение, выражающихся в возмещении нарушений функции организма за счет деятельности неповрежденных систем, отдельных органов или их составных

частей». И далее: «…Приспособительной называется реакция биологической системы при воздействии

факторов окружающей среды или при сдвигах в самой системе, направленная на ее выживание, на сохранение ее состояния или свойств».

Из приведенных определений видно, что понятие о компенсации входит в понятие о приспособлении

в виде его составной части, и, стало быть, к приспособительным должны относиться не только компенсаторные, но и еще какие-то другие формы реакции.

По-видимому, приспособление, охватывающее многообразие активных, способствующих поддержанию

гомеостаза и сохранению жизни реакций, должно включать три класса явлений (рис. 124):

Защитно-приспособительные реакции

физиологические

адаптационные

компенсаторные

Ðèñ. 124. Три класса защитно-приспособительных реакций функциональных систем

1)физиологические реакции – жизнедеятельность в ус-

ловиях сбалансированности функциональных возможностей системы с требованиями внешней для данной системы среды;

2)адаптационные реакции – деятельность в процессе привыкания физиологической функциональ-

ной системы к резко изменившимся требованиям среды;

3)компенсаторные реакции – формы реагирования системы в ответ на нарушения структуры ее элементов или содружественных с ней систем.

Из этого следует, что первой и важнейшей отли- чительной чертой названных процессов является то,

что компенсаторные феномены – это реакции на по-

вреждение в самой системе, в то время как физиологические и адаптационные реакции существуют толь-

ко в неповрежденной системе [68, 69]. Вместе с тем

хорошо известно, что в условиях клинической практики между физиологическими и патологическими

категориями часто не удается определить четкой гра-

ницы. Это обусловлено тем, что комбинации адаптационных и компенсаторных реакций весьма разно-

образны, однако принципы их действия немногочис-

ленны и довольно однотипны. Можно привести три общие черты, объединяющие описанные выше и ука-

занные на рисунке реакции:

1)они развертываются на принципиально единой материальной основе;

2)представляют различные комбинации физиологи- ческих функций организма;

3)характеризуются усилением функций, из которых формируются защитно-приспособительные реакции и процессы [7].

Все же нелишне повторить, что, несмотря на указанную общность, следует выделять адаптационные

реакции, основным содержанием которых являются внутренние процессы в системе, обеспечивающие

сохранение ее внешних функций, и реакции компен-

саторные, направленные на сохранение функции системы в случае нарушения деятельности ее элемен-

òîâ.

3.1. Физиология и патофизиология кардиореспираторной системы

225

Выяснив методологию системно-функционально- го подхода к решению поставленной проблемы, пе-

рейдем к рассмотрению содержания терминов, применяющихся нами при дальнейшем изложении, по-

скольку от этого зависит понимание как самой проблемы, так и путей ее решения. При использовании словарей и справочников для интерпретации много-

значных терминов мы ограничились дефинициями, относящимися только к медицине.

Реакция – действие, возникающее в ответ на то или иное воздействие, или ответ организма (функциональной системы) на те или иные внешние или внут-

ренние раздражения [70].

Реактивность – свойство живой (биологической, физиологической, функциональной) системы проявлять реакцию, или реагировать, на воздействие внешней среды. Различают видовую, возрастную, индиви-

дуально-специфическую, иммунологическую, физиологическую (нормальную или патологическую) ре-

активность [71]. Основной принцип реактивности формулируется следующим образом: характер ответной реакции живого на действие раздражителей оп-

ределяется как качественно-количественной характеристикой среды, так и функциональным состояни-

ем реагирующего субстрата. Реакции организма на внешние воздействия носят приспособительный характер, то есть они адаптивны. Таким образом, реак-

тивность и есть свойство адаптивности живых систем, мера их приспособительных возможностей [70].

Индивидуальная реактивность зависит как от наследственности, возраста, пола данного человека (или животного), так и от питания, температуры, содер-

жания кислорода, воды и других факторов среды, в которой обитает организм.

Различают физиологическую и патологическую индивидуальную реактивность. Патологическая реактивность также зависит от указанных факторов и

может проявляться в виде специфических и неспецифических форм реагирования. Иммунологическая ре-

активность индивида (иммунитет и аллергия) определяется его физиологической, а в случае заболевания – патологической реактивностью [71].

Рассматривая вопросы индивидуальной реактивности, уместно указать, что А. Лабори [72], анализи-

руя характер ответных реакций органов и тканей на экстремальные воздействия дефицита кислорода во вдыхаемом воздухе, пришел к выводу о необходимо-

сти выделения трех типов преимущественного пути энергетического метаболизма и опосредованных ими

особенностей реактивности:

1.Положительный пентозный тип, для которого ха-

рактерно преобладание пентозного пути метаболизма с интенсивными гликолитическими процессами и высокой устойчивостью к недостатку кислорода.

2.Положительный тип циклов Эмбдена–Мейерго-

фа–Кребса с высокой чувствительностью к гипоксии.

3.Сбалансированный тип, характеризующийся от-

регулированным уровнем обоих типов метаболизма для каждого состояния организма.

Вполне очевидно, что различные варианты анатомического строения органов дыхания и кровооб-

ращения как неотъемлемых элементов системы

транспорта кислорода также не могут не проявляться в функциональных отличиях того или иного индиви-

да. Сочетание физиологических вариаций внешнего

дыхания, гемодинамики, транспорта газов кровью и индивидуальных различий в системе тканевых дыха-

тельных ферментов обусловливают выраженную не-

равноценность способности различных субъектов реагировать на изменения кислородного гомеостаза.

Понятие «реактивность» организма нередко рас-

сматривают вместе с понятием «резистентность» [71]. Резистентность – устойчивость организма к воз-

действию различных повреждающих факторов среды,

реализуемая на основе общебиологического принципа гомеостаза.

Понятие «адаптация» в точном переводе с латин-

ского языка означает приспособление или прилаживание одних объектов к другим с любой целью и вне

зависимости от их физико-химического состояния.

В таком, предельно широком, понимании это определение, по существу, потеряло значение научного

термина и стало банальным, нередко употребляемым

словом бытовой лексики.

Несколько иные смысловые оттенки в содержание понятия вкладывают специалисты при исполь-

зовании термина «адаптация» в различных отраслях науки. Так, в биологии им пользуются для обозначе-

ния степени выживаемости особей и популяций, в ме-

дицине – для характеристики показателей жизнедеятельности человеческого организма в норме и при

патологии.

Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды; международный тер-

мин, обозначающий приспособление организма к

природным, производственным, социальным условиям. Адаптацией называют все виды врожденной и

приобретенной приспособительной деятельности

организма с процессами на клеточном, тканевом, органном, системном и организменном уровнях [70].

Адаптация поддерживает постоянство гомеостаза,

обеспечивает работоспособность, максимальную продолжительность жизни и репродуктивность в не-

адекватных условиях среды. Среди многочисленных

факторов окружающей среды различают факторы, адекватные врожденным и приобретенным (гено- и

фентипическим) свойствам организма и неадекватные им.

226	Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ СИСТЕМА. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ...
	Организм адаптирован к адекватным условиям	самым, увеличивает физиологическую мощность
среды в результате длительной эволюции и онтоге-		функциональной системы, ответственной за адапта-
неза. Приспособление к периодическим колебаниям		öèþ [73, 75].
осуществляется в основном с помощью готовых адап-		Если понятие «адаптация» широко применяется
тационных механизмов.		при рассмотрении процессов приспособления в раз-
	При выраженных изменениях окружающей сре-	личных областях науки, то понятие «компенсация» в
ды, то есть в условиях неадекватных, процессы адап-		смысле, близком к тому, как его понимают авторы
тации в живых системах также возникают и развива-		этой книги, используется обычно только в медици-
ются, однако эти условия неоднозначны по физичес-		не. При этом имеются вполне определенные разли-
ким и биологическим характеристикам. К одним фак-		чия между понятиями «компенсаторные механизмы»
торам среды организмы могут достигать полной адап-		и «компенсация нарушенных функций».
тации, к другим – только частичной, и они (организ-		Компенсаторные механизмы – первичные адапта-
мы) могут оказаться полностью не способны к адап-		ционные реакции, направленные на устранение или
тации в крайне экстремальных условиях [10, 12, 66,		ослабление функциональных сдвигов в организме,
68, 71].		вызванные неадекватными факторами среды.
	На первом этапе адаптации активируется услов-	Компенсаторные механизмы – динамичные, бы-
но-рефлекторная деятельность организма. Возника-		стро возникающие физиологические средства ава-
ющие под влиянием неадекватных факторов среды		рийного обеспечения организма. Они мобилизуют-
специфические изменения функции основных гомео-		ся, как только организм попадает в неадекватные ус-
статических систем организма закрепляются по прин-		ловия, и постепенно затухают по мере развития адап-
ципу условно-рефлекторных связей, и гомеостаз в		тационного процесса [70].
целом приобретает стабильность, необходимую для		В начале пребывания в неадекватных условиях
данных условий. В дальнейшем, несмотря на повтор-		адаптация к ним идет по пути активации компенса-
ные воздействия стереотипа раздражителей, физио-		торных механизмов. Например, в условиях значитель-
логические и биохимические показатели постепенно		ного недостатка кислорода активируются системы
возвращаются к исходным величинам [66, 68, 73].		дыхания, кровообращения, кроветворения, обмена
	Важным компонентом адаптационной реакции	веществ, обеспечивающие повышенную для данных
организма является стресс-синдром – сумма неспе-		условий доставку кислорода клеткам организма. В
цифических реакций, обеспечивающих активацию		другой экстремальной ситуации, например, под воз-
гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систе-		действием холода усиливаются процессы производ-
мы, увеличение поступления в кровь и ткани стресс-		ства и сохранения тепловой энергии, повышается
гормонов (кортикостероидов и катехоламинов), сти-		обмен веществ, в результате рефлекторного спазма
мулирующих деятельность гомеостатических систем.		периферических сосудов уменьшается теплоотдача,
	Нарушение механизмов регуляции и адаптации,	что в итоге поддерживает тепловой баланс организма
как основа развивающегося патологического процес-		на оптимальном уровне.
са, может происходить на разных уровнях – систем-		Компенсаторные механизмы служат составной ча-
ном, органном, клеточном, молекулярном. Исследо-		стью резервных сил организма. Обладая высокой эф-
вания последних лет позволяют заключить, что в ко-		фективностью, они могут поддерживать относитель-
нечном итоге суть происходящих при болезни нару-		но стабильный гомеостаз достаточно долго для раз-
шений заключается в тех изменениях, которые совер-		вития устойчивых форм адаптационного процесса,
шаются на молекулярном уровне. Следует подчерк-		обеспечивающего организму необходимую резис-
нуть, что нередко нарушение регуляторных механиз-		тентность и целенаправленное поведение в неадек-
мов, вызывающее патологический процесс, является		ватных условиях среды. Однако, наряду со специфи-
генетически обусловленным [74].		ческими компенсаторными реакциями, в организме
	Основным звеном всех форм физиологической	возникают неспецифические реакции отчетливо
адаптации является существующая в клетках взаимо-		стрессовой направленности.
связь между функцией и генетическим аппаратом. Че-		Итак, в связи с тем, что организм и его функцио-
рез эту взаимосвязь функциональная нагрузка при		нальные системы могут подвергаться разным по силе
воздействии факторов внешней среды приводит к		воздействиям, в эволюции выработаны разные по
увеличению синтеза нуклеиновых кислот и белков,		формам реакции, и в зависимости от силы и характе-
то есть к формированию так называемого структур-		ра воздействия используется либо одна форма – фи-
ного следа в системах, ответственных за адаптацию		зиологическое реагирование при обычных средовых
организма к данному конкретному фактору среды.		воздействиях, либо другая – адаптационные реакции
Такой системный структурный след представляет со-		в адекватных или неадекватных условиях, либо тре-
бой комплекс изменений, обеспечивающий расши-		тья – компенсаторное реагирование при воздейст-
рение звена, лимитирующего функцию клеток, и, тем		виях, сопровождающихся повреждением элемента

	3.1. Физиология и патофизиология кардиореспираторной системы		227
	функциональной системы. Иначе говоря, в одной си-	ственно после начала действия раздражителя и мо-
	туации реализуется одна реакция, в другой – другая,	жет реализоваться лишь на основе предуготованных,
	причем каждая из них вполне уместна в соответству-	ранее сформировавшихся биологических механиз-
	ющих условиях.	мов. Важнейшая черта этапа срочной адаптации со-
	Функциональные механизмы	стоит в том, что деятельность организма протекает на
		пределе его физиологических возможностей, но даже
	адаптации к физической
		при полной мобилизации функциональных резервов
	нагрузке и гипоксии
		далеко не в полной мере обеспечивается адаптаци-
	Многочисленными работами Ф.З. Меерсона [73,
		онный эффект. В дальнейшем срочная адаптация
	75, 76 и др.] показано, что факторы или новые усло-	либо обеспечивает быстрый выход из контакта с фак-
	вия окружающей среды сравнительно быстро приво-	тором среды, либо оказывается продолжительной, и
	дят к формированию функциональных систем, кото-	тогда она характеризуется:
	рые могут обеспечить приспособление организма к	à)	предельной мобилизацией физиологических ре-
	этим требованиям среды. Однако для совершенной
			зервов;
	адаптации само по себе образование функциональ-
		á)	выраженной стресс-реакцией;
	ной системы оказывается недостаточным – необхо-
		â)	явлениями повреждения тканей;
	димо, чтобы в клетках и органах, образующих такую
		ã)	нарушением функций организма в данных усло-
	систему, возникли структурные изменения, фиксиру-
	ющие систему и увеличивающие ее физиологическую		виях существования.
	мощность, и в конечном итоге повышающие резис-		Долговременный этап адаптации (рис. 125) воз-
	тентность организма.	никает постепенно в результате длительного или мно-
	В развитии адаптационных реакций, которые яв-	гократного действия на организм факторов среды. По
	ляются ответом на физические, гипоксические или	существу, этот этап развивается на основе многократ-
	иные внешние для данной системы воздействия, наи-	ной реализации срочной адаптации и характеризует-
	более определенно прослеживаются два этапа: этап	ся тем, что в итоге постепенного количественного
	срочной, но несовершенной адаптации, и последую-	накопления каких-то изменений организм приобре-
	щий этап относительно устойчивой и достаточно со-	тает новое качество – из неадаптированного стано-
	вершенной адаптации.	вится адаптированным. Такова ситуация, обеспечи-
	Срочный этап адаптации возникает непосред-	вающая выполнение организмом прежде недостижи-

ДОЛГОВРЕМЕННАЯ АДАПТАЦИЯ

Специфический

компонент

адаптации	СРОЧНАЯАДАПТАЦИЯ

Нарушение

Высшие

Гиперфункция

Реализация связи

Системный структур-

Фактор

гомеостаза

ный след – увеличе-

регуляторные

систем, доминирую-

между функцией и

среды

èëè åãî

ние мощности систем

центры

щих в специфической

генетическим

предвестники

специфической

адаптации

аппаратом

адаптации

Неcпецифический

Потенцирующеевлия-

Преимущественное поступ-

ние катехоламинов и

ление энергетических и

компонент

кортикостероидов

структурных ресурсов в

адаптации

системе специфической

адаптации

Активацияадренерги-

ческой и гипофизар-

Мобилизация энер-

но-адреналовой

систем

гетических и струк-

турных ресурсов

Ðèñ. 125. Схема формирования долговременного этапа адаптации [75, 76]

организма

228	Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ СИСТЕМА. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ...

мой по своей интенсивности физической работы, раз-

витие устойчивости к холоду, теплу, а также к значи- тельной гипоксии, которая ранее была несовмести-

ма с жизнью данного организма [75].

Сопоставляя этапы срочной и долговременной адаптации, нетрудно заметить, что именно переход от

срочного этапа к долговременному знаменует собой

узловой момент адаптационного процесса, так как только этот переход делает возможной жизнь орга-

низма в новых условиях, расширяет сферу его обита-

ния и свободу поведения в меняющейся среде.

В настоящее время накоплен большой экспериментальный и клинический материал, свидетельству-

ющий о том, что предварительная адаптация к гипоксическим состояниям вызывает повышение резистен-

тности организма к действию различных патогенных

факторов [75–77].

Адаптогенные формы гипоксических состояний, связанных с напряжением функциональных резервов

системы транспорта кислорода (СТК), достигаются чаще всего моделированием двух ситуаций:

1)резким повышением потребности организма в кислороде;

2)естественным или искусственно созданным дефицитом кислорода во вдыхаемом воздухе (PiO2).

Другими словами, внутреннее возмущение в СТК, обусловленное повышением скорости потребления кислорода при усилении функции органов, приводит

к гипоксическому состоянию работающих органов без выраженных изменений на входе СТК. В то вре-

мя как снижение PiO2 вызывает экзогенную гипоксическую гипоксию (аэрогипоксию). У здорового че- ловека подобные ситуации могут возникать во время

интенсивной мышечной работы, в условиях высокогорья, а также при дыхании специально созданными

газовыми смесями с пониженным содержанием кислорода.

Одним из наиболее физиологичных и постоянно

действующих на человека факторов является физи- ческая нагрузка, с которой человек постоянно стал-

кивается в процессе жизнедеятельности. В условиях интенсивных физических нагрузок функционирование основных физиологических систем организма пе-

рестраивается на новый уровень. Наиболее важным перестройкам подвергается деятельность кардиорес-

пираторной системы, обеспечивающей кислородом и питательными веществами работающие мышцы: повышается АД, увеличиваются МОК и ЧСС, усили-

вается легочная вентиляция, повышается объемная скорость мышечного кровотока [29, 31, 64, 78].

Гиперметаболическая гипоксия при физической на-

грузке отличается от всех других типов гипоксии тем, что вследствие повышения функциональной актив-

ности тканей существенно возрастает их потребность в кислороде, увеличивается нагрузка на весь кисло-

родный каскад, и если СТК не может обеспечить та-

кой скорости доставки кислорода, которая могла бы удовлетворить этот повышенный запрос кислорода,

его напряжение падает до критического уровня, по-

требление кислорода снижается, функция тканей тормозится, то кислородная недостаточность проявится

прежде всего на тканевом и клеточном уровнях. Ги-

поксия нагрузки более всего ощутима при мышечной деятельности, так как кислородный запрос мышц во

время физической работы может увеличиваться в де-

сятки раз [10, 29, 62, 79].

Основным фактором, обеспечивающим способность организма выполнять физическую работу, яв-

ляется увеличение потребления кислорода (ПО2) по мере возрастания нагрузки. Так, у здорового взрос-

лого человека в условиях покоя ПО2 составляет 0,2–

0,3 л/мин, при нагрузке оно может повыситься до 3,5 л/мин, а у спортсменов – до 6,0 л/мин [80]. Наря-

ду с этим величина ПО2, представляющая собой ин-

тегральный показатель аэробной производительности организма, считается одним из основных крите-

риев физической работоспособности. При легкой и

средней по тяжести работе между ее мощностью и ПО2 существует линейная зависимость. При достиже-

нии так называемой критической мощности работы

ÏÎ2 стабилизируется, хотя мощность может еще несколько нарастать (рис. 126). Количество кислорода,

потребляемое в единицу времени на этом уровне на-

грузки, называется максимальным потреблением кислорода (МПО2). У молодых нетренированных

людей МПО2 составляет в среднем 40–50 мл/кг/мин,

у спортсменов – 70–80 мл/кг/мин. Мощность работы, при которой ПО2 достигает максимума и поддер-

живается на этом уровне в течение нескольких ми-

нут, характеризуется как максимальная мощность. К субмаксимальной мощности работы относят нагруз-

êó ñ ÏÎ2, составляющим 70–90% от индивидуального возрастного максимального уровня [80–82].

ÏÎ2, ë/ìèí

4

2

N, Âò

100

200

300

Ðèñ. 126. Динамика потребления кислорода организмом (ПО2) при физи- ческой нагрузке возрастающей мощности (N) у здорового человека

3.1. Физиология и патофизиология кардиореспираторной системы

229

При физической нагрузке повышение общего по-

требления организмом кислорода обеспечивается за счет увеличения легочной вентиляции, системного и

тканевого кровотока и экстракции кислорода тканя-

ми. Изменения ПО2 и некоторых физиологических показателей у здоровых людей при динамической

нагрузке разной мощности приведены в приложении

14.

Изменения показателей кровообращения при физи- ческой нагрузке происходят под влиянием рецептор-

опосредованного возбуждения центральных нервных структур и включают увеличение ЧСС, УО, МОК и

АД, что обеспечивает повышение скорости массопе-

реноса кислорода артериальной кровью.

Степень увеличения ЧСС при мышечной деятельности зависит от ее мощности и физической подго-

товки человека (приложение 14). При частоте пульса в диапазоне 140–170 мин-1 наблюдается линейная

связь между ЧСС и ПО2 [61, 78, 80, 83].

Изменения УО при нагрузке, по мнению A. Guyton [64], обусловлены взаимосвязанными изменениями

как сократительной активности миокарда, так и объе-

ма венозного притока, то есть действием симпатической стимуляции по центральному и периферическо-

му типу [15, 21]. Этими же механизмами объясняется

значительное повышение всех параметров АД при мышечной деятельности [22, 29].

При динамической работе у человека возрастание

МОК оказывается тем большим, чем больше мощность работы (приложение 14). При субмаксималь-

ной нагрузке МОК увеличивается в 5–6 раз, а при

максимальной – в 7–8 раз. Надо указать, что для повышения ПО2 на 1,0 л/мин требуется возрастание

ÌÎÊ íà 6 ë/ìèí [81].

В повышении МОК при физической нагрузке главная роль отводится пяти механизмам: а) повыше-

нию АД; б) увеличению ЧСС, возникающему рефлек-

торно через реакцию прессорецепторов; в) увеличе- нию венозного возврата; г) повышению центрально-

го венозного давления; д) механизму Франка–Стар-

линга – увеличению диастолического объема желудочков сердца, приводящему к увеличению УО [29,

61, 62, 80, 83].

Регионарный кровоток в органах и тканях при физической нагрузке распределяется пропорционально

их функциональной активности. Основная часть воз-

росшего МОК направляется в нагружаемые мышцы за счет ограничения кровотока во внутренних орга-

нах и в коже (приложение 15).

Кровоснабжение мозга, по свидетельству большинства исследователей, при максимальной физи-

ческой работе у здорового человека практически не

изменяется [62, 79, 84].

Коронарный кровоток при всяком увеличении работы сердца, то есть его потребности в кислороде, зна- чительно возрастает. Во время тяжелой физической

работы объем коронарного кровотока у человека по-

вышается примерно в 4 раза, главным образом вследствие расширения венечных артерий [61, 62, 83].

В скелетных мышцах при физических нагрузках

происходит наиболее выраженное увеличение кровотока, известное как феномен рабочей гиперемии. Во

время тяжелой физической работы, когда МОК воз-

растает до 20–25 л/мин, мышечный кровоток повышается почти в 30 раз. При этом в красных мышцах

он может достигать 150 мл/100 г/мин [62]. Усиление

кровотока в работающих мышцах обеспечивается раскрытием резервных капилляров в результате расслаб-

ления прекапилляров и метартериол. Благодаря это-

му увеличивается скорость доставки оксигенированной крови, повышается напряжение кислорода в

мышечных волокнах, улучшаются условия для кле-

точного дыхания и синтеза АТФ [10, 76, 78].

Реакция системы внешнего дыхания при физической нагрузке характеризуется сложными и неодноз-

начными изменениями легочной вентиляции. Возбуждение дыхательного центра приводит к учащению

дыхательного ритма и возрастанию дыхательного

объема, что обеспечивает усиление легочной и альвеолярной вентиляции [26]. Последнему феномену,

благодаря увеличивающейся функциональной емко-

сти легких, способствует увеличение их диффузионной поверхности [85]. В результате, в возрастании ми-

нутного объема дыхания (МОД) при нагрузке (при-

ложение 14) повышается доля альвеолярной вентиляции. В то же время, с увеличением дыхательного

объема, благодаря рефлексу Геринга–Брейера, усили-

вается возбуждение дыхательного центра [27]. Усиление легочной и альвеолярной вентиляции

обеспечивает возрастание скорости поступления кис-

лорода в легкие и альвеолы, выведение из них углекислого газа, поддержание РАО 2 , ÐÀÑÎ, ÐàÎ2 è

ÐàÑÎ2 на уровнях, близких к уровням покоя, воспол-

нение запасов кислорода в артериальной крови [10, 78].

Информативным показателем эффективности ле-

гочной вентиляции является коэффициент использования кислорода (КИО2), который отражает коли-

чество миллилитров кислорода, поглощенного из од-

ного литра вентилируемого воздуха. Величина КИО2 у здоровых людей в покое составляет около 40 мл/л,

и при нагрузке она экспоненциально увеличивается.

Мощность работы, при которой в крови начинает увеличиваться содержание недоокисленных продуктов

метаболизма, главным образом молочной кислоты

(лактата), определяется как анаэробный порог работы, после достижения которого нагрузка еще некоторое

время может быть продолжена благодаря существу-

ющему дополнительному пути анаэробного пути энергообеспечения [73, 78, 82]. При этом, однако, по-

вышается кислородная задолженность организма. Следовательно, кислородный долг представляет собой

230	Глава 3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ СИСТЕМА. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ...

объем кислорода, необходимый для обеспечения

мышц с помощью аэробного обмена тем количеством энергии, которое они получили за счет анаэробных

процессов [82].

Легочные сосуды при физической нагрузке испытывают механические влияния, связанные с антеград-

ной гемодинамической нагрузкой, с увеличением ам-

плитуды сдвигов транспульмонального давления и степени растяжения легочной паренхимы. Вследствие

высокой растяжимости легочных артерий и вен ма-

лый круг кровообращения способен пропускать многократно возросший поток крови без выраженного

повышения давления в легочной артерии [64]. При

мышечной работе у здоровых людей сосудистое сопротивление в легких снижается не только за счет

механического влияния увеличивающегося легочно-

го кровотока. Дополнительными причинами уменьшения сопротивления сосудов в легких могут являть-

ñÿ:

1)увеличение амплитуды дыхательных колебаний объема легких;

2)понижение внутригрудного давления;

3)раскрытие сосудов в зонах физиологического ателектаза и их расширение в отделах легких, слабо вентилируемых в покое;

4)нейрогенное понижение сосудистого тонуса в малом круге кровообращения [19].

По мере увеличения физической нагрузки до уров-

ня, когда МОК возрастает более чем в 3 раза, давление в легочной артерии повышается более заметно,

причем на его величину оказывает влияние не столько

ограничение пропускной способности легочного сосудистого русла, сколько исчерпание резервных воз-

можностей насосной функции сердца и повышение

преднагрузки левого желудочка [31, 62].

Кислородтранспортная функция крови, кроме гемодинамических показателей, как известно, определя-

ется содержанием гемоглобина и его способностью присоединять и отдавать кислород. В процессе мы-

шечной деятельности происходит сгущение крови,

изменяется количество эритроцитов, их объем и форма, а также концентрация гемоглобина в крови, из-

меняется содержание в ней кислорода [10, 12, 78].

Воздействие динамических мышечных нагрузок вызывает адаптационную реакцию со стороны эритро-

цитарной системы, проявляющуюся развитием эрит-

роцитов, улучшением их качественных характеристик [71, 86]. Благодаря только этим реакциям скорость

транспорта кислорода артериальной кровью может

увеличиваться без выраженных изменений МОК. Наряду с этим, мышечная деятельность вызывает

ацидотические сдвиги кислотно-щелочного равнове-

сия (КЩР), обусловленные накоплением недоокисленных продуктов метаболизма, в первую очередь –

лактата (приложение 14). Степень нарушений КЩР

и изменение буферных свойств крови зависят от ин-

тенсивности мышечной работы: наиболее выраженные сдвиги КЩР крови наблюдаются после нагрузок

субмаксимальной и максимальной мощности. Здесь

очень важен тот факт, что в тканях с высокой функциональной и метаболической активностью увеличи-

вается концентрация двуокиси углерода и кислых

продуктов обмена, повышается температура, что ведет к увеличению отдачи кислорода гемоглобином

[10, 29, 62]. Тяжелая и длительная физическая нагруз-

ка, сопровождающаяся значительными изменениями КЩР, уменьшением рН крови, приводит к снижению

ÐàÎ2 и в конечном итоге к тканевой гипоксии.

Таким образом, характерными признаками гиперметаболической гипоксии при физической нагрузке

являются: локальная гипоксия работающей мускула-

туры, образование дефицита кислорода и кислородного долга, снижение напряжения кислорода в мы-

шечной ткани и смешанной венозной крови, накоп-

ление недоокисленных продуктов обмена в крови, сдвиг рН, нарушение КЩР крови, увеличение про-

дукции и образование избытка двуокиси углерода на

фоне многократного повышения скорости доставки и утилизации кислорода.

Перечисленные сдвиги газового гомеостаза орга-

низма вызывают усиление активности компенсаторных механизмов во всей кардиореспираторной сис-

теме. Причем каждый из его элементов имеет 1,5–

2-кратный резерв изменений, но в результате их интеграции появляется возможность увеличения скоро-

сти поглощения кислорода в 15–20 раз по сравнению

с уровнем покоя.

Гипоксическая гипоксия, или аэрогипоксия, может развиваться под действием внешних (экзогенных)

факторов, оказывающих влияние на массоперенос респираторных газов. Такими факторами могут слу-

жить изменения барометрического давления или со-

держания кислорода во вдыхаемом воздухе [79, 87]. При подъеме в высокие слои атмосферы причи-

ной кислородной недостаточности (гипобарической

гипоксической гипоксии) является снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе

(PiO2), связанное с разрежением воздуха и падением

атмосферного давления в зависимости от высоты над уровнем моря (приложение 16).

Гипоксическое состояние организма может быть

достигнуто при нормальном атмосферном давлении путем вдыхания газовой смеси с тем или иным уров-

нем снижения содержания кислорода (нормобаричес-

кая гипоксическая гипоксия). При этом выдыхаемый углекислый газ может поглощаться специальным ус-

тройством и замещаться каким-либо инертным газом,

сохраняя постоянство вдыхаемой двуокиси углерода

(изокапническая гипоксия). В случае использования замкнутого дыхательного контура прогрессирующее либо стабильное снижение вдыхаемого кислорода бу-