Овсянников Р.Ю.

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

Курапеев И.С.

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

Лебединский К.М.

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

О возможной роли скелетных мышц в патогенезе гипердинамического септического шока

Журнал: Анестезиология и реаниматология. 2019;(2): 27-33

Просмотров : 18

Загрузок :

Как цитировать

Овсянников Р. Ю., Курапеев И. С., Лебединский К. М. О возможной роли скелетных мышц в патогенезе гипердинамического септического шока. Анестезиология и реаниматология. 2019;(2):27-33. https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201902127

Авторы:

Овсянников Р.Ю.

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

Все авторы (3)

Согласно современному взгляду, шок — это угрожающая жизни генерализованная форма острой недостаточности кровообращения, сопровождающаяся неадекватной утилизацией кислорода клетками [1]. Перенос фокуса внимания с проблемы доставки кислорода (DO2) на нарушение его потребления (VO2) обусловлен прежде всего необходимостью охватить определением гипердинамический вариант шока, при котором доставка кислорода повышена, но опережающий рост смешанной венозной сатурации отражает снижение системного VO2 [2]. Отсюда термин дизоксия, призванный подчеркнуть отличие от более привычной для реаниматолога гипоксии.

Признаки системной кислородной задолженности, включая лактат-ацидоз, заставляют вновь и вновь искать причины, по которым количественно избыточный системный кислородный поток не позволяет удовлетворить потребности тканей в аэробном гликолизе. Несмотря на изобилие биохимических и патофизиологических данных, розовый и теплый пациент с высоким уровнем сатурации крови кислородом (SpO2) и высокой температурой, страдающий от очевидной органной дисфункции — нарушения сознания, олигоанурии, транслокации кишечной флоры, гепатоцитолиза и прочее, продолжает оставаться для современной медицины почти такой же проблемой, как и 40—50 лет назад.

Септический шок (СШ) в его «теплой» фазе, действительно, является наглядным примером гипердинамической недостаточности кровообращения. Трудно переоценить актуальность этой проблемы, достаточно лишь взглянуть на статистику смертности. Несмотря на тенденцию к снижению летальности при сепсисе, она в развитых странах остается на довольно высоком уровне — около 20% [3]. А в случае СШ, который осложняет течение сепсиса в 30—50% наблюдений [4], уровень смертности доходит до 40% [5]. Не только нет никакого «прорыва», который бы существенно сказался на показателях выживаемости, но и расширение использования инвазивных методик, увеличение числа иммунологически скомпрометированных пациентов и формирование полирезистентной микрофлоры увеличивают частоту развития сепсиса [4, 6]. В совокупности с высокой стоимостью лечения [7] это делает сепсис и СШ одной из важнейших медико-социальных проблем.

Постоянный «дрейф» определений сепсиса и СШ [8—12] говорит не только о неудовлетворенности практиков и исследователей точностью формулировок, он отражает эволюцию взглядов на механизмы, лежащие в основе этих синдромов. Развитие С.Ш. связано со множеством несинхронных по времени и неравноценных по значению процессов перестройки кровообращения, среди которых можно выделить три основных: 1) снижение общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС) в результате вазоплегии; 2) закономерное временное повышение, а в финале прогрессирующее снижение сердечного выброса (СВ) и 3) снижение объема циркулирующей крови (ОЦК) вследствие повышенной сосудистой проницаемости [13]. На биохимическом уровне основу патогенеза сосудистой недостаточности, лежащей в основе септического шока, составляет выброс провоспалительных медиаторов (TNF, IL-1, -6, -8, эйкозаноидов, свободных радикалов, протеаз и др.), однако роль «непосредственного исполнителя» вазоплегии отводят монооксиду азота (NO), воздействующему на гладкомышечные клетки сосудов. Падение ОПСС на фоне сохранного барорефлекса приводит к увеличению СВ, прежде всего за счет тахикардии, что и довершает клинику гипердинамического «теплого» шока [14—16].

Здесь авторы должны сделать важную методическую оговорку. За последние десятилетия по проблеме септического шока опубликовано огромное число прикладных клинических работ в самых разных научных жанрах (рандомизированные контролируемые исследования, метаанализы, обзоры, руководства и прочее), но фундаментальные концепции механизмов шока сформулированы, а принципиальные вопросы регуляции регионарной перфузии изучены и решены в основном в 60—70-х годах XX века. Позднейшими содержательными дополнениями к ним стали лишь роль оксида азота, которая не имеет прямого отношения к рассматриваемой нами теме, и важная концепция митохондриально-микроциркуляторного дистресса, речь о которой ниже. Но и в этом, и во всех других случаях авторы предпочли цитировать первоисточники фактических данных и теоретических представлений, если, конечно, время их не опровергло, нежели ссылаться на более свежие пересказы тех же положений. Отсюда значительное число «старых» источников в списке литературы настоящего обзора, нацеленного, прежде всего, именно на фундаментальные механизмы патологии. Надеемся, читатель вместе с нами предпочтет такое формальное отступление от сложившегося научного этикета вторичному цитированию более поздних цитат.

Выдвинутое более 40 лет назад, но до сих пор бытующее объяснение сниженного системного VO2 на фоне его увеличенной DO2 заключается в шунтировании кислородного потока в пределах сосудистого русла каждого конкретного органа или ткани через так называемые артериовенозные анастомозы и за счет увеличения венозной емкости [17—20]. Последнее объяснение, впрочем, противоречит как фундаментальному принципу Гарвея — замкнутости системы кровообращения, так и соотношению численных значений емкости сосудов (л) и сердечного выброса (л×мин–1) [21]. Что касается артериовенозных шунтов — это анатомо-функциональные образования, представляющие собой короткие и широкие (при их раскрытии) сосуды, а значит пути наименьшего сопротивления, которые напрямую соединяют артериолу с венулой в обход капиллярного русла (рис. 1)

Рис. 1. Раскрытие анастомоза (артериовенозный шунт) уводит кровоток в обход микроциркуляторного русла, где происходит тканевый газообмен, в результате растет парциальное давление кислорода в венозной крови (схема) [22]. А—В шунт — артериовенозный шунт.
[22]. Многочисленные авторы [23—27] не только обсуждают их вклад в патогенез СШ, но и документируют наличие шунтов в лабораторных исследованиях с помощью прижизненной микроскопии и радиоактивных микросфер. Существует, однако, ряд оснований полагать, что описанное шунтирование внутри каждого органа и ткани не является универсальным механизмом развития тканевой гипоксии при гипердинамии кровообращения, обусловленной сепсисом и СШ.

Прежде всего в экспериментальных моделях гипердинамического СШ напряжение кислорода (PtO2) в тканях, измеренное прямым методом с помощью игольчатого погружного поляризационного электрода, меняется в различных органах и тканях разнонаправленно. В то время как в большинстве тканей и органов (головной мозг, почки, печень, стенка кишки и т. д.) PtO2 снижается, в скелетных мышцах этот параметр при сепсисе и СШ оказывается устойчиво повышенным [28], а в модели гиподинамического септического шока демонстрирует тенденцию к росту при увеличении СВ [29]. Аналогичные результаты получены и в клинических условиях: увеличение PtO2 в скелетных мышцах оказалось у пациентов с сепсисом пропорциональным его тяжести в отличие от пациентов с кардиогенным шоком и с ограниченной инфекцией [30—32].

Почему в скелетных мышцах растет PtО2? Поскольку этот показатель всегда отражает локальное соотношение между DO2 и VO2, возможные объяснения исчерпываются двумя причинами: либо из-за широко обсуждаемого в последние годы митохондриально-микроциркуляторного дистресса (англ. сокр. MMDS) в мышцах снижена утилизация кислорода [33, 34], либо рост доставки делает ее непропорционально высокой по отношению к потреблению кислорода данной тканью. Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо прежде сформулировать требования к отбору релевантных данных литературы.

Во-первых, к сожалению, невозможно использовать результаты многочисленных исследований, выполненных с применением ближней инфракрасной спектроскопии (БИКС, англ. сокр. NIRS). Cуть метода в том, что светодиоды излучают монохроматический свет нескольких длин волн в диапазоне от 700 до 1000 нм, а затем фотоприемник по отдельности фиксирует отраженную тканями часть излучения с различной длиной волны. Таким образом, учитывая разницу спектров поглощения окси- и дезоксигемоглобином, можно вычислить средний уровень StO2 в сосудах данной конкретной ткани. Однако из-за сложности гидродинамической модели сообщающихся сосудов разного диаметра и значительного влияния миоглобина с его особенностями кривой диссоциации [35] воспроизводимость данных БИКС существенно уступает прямому измерению PtO2 погружными поляризационными электродами, а потому и трактовка результатов метода затруднительна.

Во-вторых, необходимо строго отобрать данные только тех исследований, в которых документировано наличие гипердинамии кровообращения. Она развивается на определенном этапе течения сепсиса, закономерно имеет место в начальной фазе СШ, а затем в терминальной фазе СШ, сменяется малым выбросом [36]. Если же результаты исследований кислородного режима скелетных мышц при сепсисе и СШ анализировать без учета текущего гемодинамического профиля, то становится очевидной значительная вариабельность данных: в одних исследованиях показатели PtO2 при сепсисе выше, чем в контрольной группе, в других — либо наоборот, либо статистически значимых различий нет [37—42].

Приняв названные выше два условия, приходится констатировать, что данные литературы свидетельствуют о наличии в скелетных мышцах при сепсисе и гипердинамическом СШ гипероксии доставки, но не потребления. M. Sair и соавт. [43] показали, что не только исходные значения РtО2 в мышце предплечья, но и скорость снижения этого показателя после наложения на плечо турникета оказываются наиболее высокими именно у пациентов с тяжелым сепсисом по сравнению с больными после искусственного кровообращения или здоровыми добровольцами (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение напряжения кислорода в тканях до и после турникетной ишемии у пациентов с септическим шоком, после искусственного кровообращения и у здоровых добровольцев [43]. PtO2 — напряжение кислорода; kPa — килопаскаль; ИК — искусственное кровообращение.
Данные о приблизительно трехкратном росте экстракции кислорода мышцами в модели абдоминального сепсиса у крыс позволили C. Ellis и соавт. [44] прийти к выводу о сохранности механизмов потребления мышечной тканью кислорода, по крайней мере, на протяжении первых 24 ч течения сепсиса. По мнению R. Griffiths и соавт. [45], структура и функция митохондрий скелетной мышцы выглядят при сепсисе более сохранными, чем в других тканях, например в печени, а наблюдаемые в них изменения представляются в большей степени приспособительными. D. Goldman и соавт. [46], используя для описания кислородного потока математическую модель, оценили рост потребления кислорода мышцами mVO2 при сепсисе как примерно 2—4-кратный.

С другой стороны, M. Girardis и соавт. [47] показали, что по сравнению с пациентами без СШ и здоровыми добровольцами у пациентов с гипердинамическим СШ кровоток в мышце действительно возрастает примерно в 2 раза. Более того, D. Di Giantomasso и соавт. [48] в модели гипердинамического СШ на овцах продемонстрировали, что абсолютное значение объемного кровотока (выраженного в мл×мин–1 на 100 г массы ткани) увеличивается не только в мышцах, но и в других органах, несмотря на явные признаки ухудшения органных функций — снижение диуреза и сократимости миокарда, увеличение уровней лактата и креатинина и др. Авторы последней работы, однако, не исследовали и тем более не сравнивали соотношение DO2 и VO2 в скелетной мышце и висцеральном бассейне. Между тем хорошо известно, что сепсис — классическое гиперметаболическое состояние [36]: рост потребности в кислороде может приводить к тому, что даже увеличенный по отношению к норме покоя кровоток оказывается функционально недостаточным — все дело в пропорции этого увеличения кровотока по отношению к росту VO2 [49, 50].

Эти факты делают очевидной органоспецифичность различий в соотношении между DO2 и его VO2 при сепсисе и гипердинамическом С.Ш. Они позволяют утверждать, что повышение PtO2 в мышцах связано не с малым VO2, а с непропорционально высокой DO2 именно к скелетной мускулатуре. В отличие от мышц дизоксия тканей других органов при СШ в первую очередь связана именно с пониженной DO2; при увеличении доставки его потребление повышается, демонстрируя зависимость VO2 от DO2, характерную только для очень низких значений доставки (рис. 3)

Рис. 3. Зависимость между доставкой (DO2) и потреблением кислорода (VO2) А — норма; Б — гиперметаболическое состояние (сепсис) [49].
[49, 51—54].

Как можно объяснить эти различия, и почему столь высокая DO2 характерна именно для скелетных мышц? Наиболее очевидная причина — различия в архитектонике сосудов различных органов и тканей, связанные с различиями паттернов функциональной нагрузки каждого органа. Согласно классическим данным S. Mellander и соавт. [55], в случае максимального расширения сосудов тканевый кровоток в почках увеличивается в 1,5 раза, в головном мозге — в 2 раза, в печени — в 4 раза, в миокарде — в 5 раз, в то время как в скелетной мускулатуре рост кровотока достигает 20-кратной (!) величины (рис. 4).

Рис. 4. Региональный кровоток в «покое» (КП) и при максимальном расширении сосудов (КМ) у человека массой около 70 кг. Показатели кровотока приведены для 100 г массы ткани и массы всего органа. 1 — миокард; 2 — центральная нервная система; 3 — скелетная мускулатура; 4 — желудочно-кишечный тракт; 5 — печень; 6 — кожа; 7 — почка; 8 — слюнные железы; 9 — жир [55].
Такое явное отличие мышцы связано с предельно простой архитектоникой сосудов: классическая цепочка «артериола—капилляр—венула» не осложняется здесь ни особенным строением капилляров, как в селезенке, ни последовательным подключением двух капиллярных сетей, как в почке, портальном русле брюшной полости или гипоталамо-гипофизарной области. Наглядным отражением различий в архитектонике органных сосудистых сетей являются давно интересующие физиологов различия так называемого органного гематокрита [56]: в соответствии с принципом Фареуса—Линдквиста [57] он, естественно, тем ниже, чем больше статистическое распределение диаметра сосудов органа или ткани сдвинуто вправо, в сторону капилляров.

Если в покое объемный кровоток в скелетных мышцах составляет 3—4 мл×мин–1 на 100 г массы ткани, то при максимальной вазодилатации он может достигать 50—80 мл×мин–1 на 100 г массы ткани. Такой прирост кровотока физиологически оправдан при тяжелой мышечной работе увеличением VO2, которое может достигать 2,8—3,3 л×мин–1, что составляет 90% от общего VO2 (рис. 5).

Рис. 5. Величина кровотока и потребление кислорода в скелетных мышцах в покое (а) и при тяжелой работе (б) у человека в среднем (схема). МО — минутный объем крови; цифры в скобках — для скелетных мышц [57].
У взрослого общая масса мышц составляет примерно 40% массы тела; простой расчет показывает, что у человека с массой 70 кг мышечная масса составляет до 32 кг. Получается, что при максимальной вазодилатации кровоток во всей мышечной ткани теоретически может достигать значений 16—26 л×мин–1. Между тем, если при тяжелой физической нагрузке минутный объем крови достигает 20—25 л×мин–1 (из которых, согласно вышеприведенным расчетам, около 80% «уходит» в скелетные мышцы), то при гипердинамическом СШ показатель СВ значительно ниже — всего 9—10 л×мин–1 [19]. Становится понятным, почему при тяжелой мышечной работе с максимальной вазодилатацией не возникает признаков полиорганной недостаточности.

Следует отметить, что у человека до 80% общей массы скелетных мышц составляет мускулатура конечностей (нижние — 52%, верхние — 28%) [58], и, таким образом, основная часть кровотока уходит именно туда. Эти данные показывают, во-первых, что в тканях с узким диапазоном вариабельности объемного кровотока артериовенозные шунты не могут играть значительной роли. Во-вторых, при максимальной системной вазодилатации кровоток быстро перераспределяется из других органов и тканей именно в скелетные мышцы, в которых глубина падения сосудистого сопротивления оказывается наибольшей [59]. Учитывая, что у пациента с сепсисом механическая работа мышц (за исключением озноба) обычно очень невелика, создается ситуация, при которой системный кислородный поток направляется в одну ткань, тогда как нуждаются в нем совсем другие органы и ткани, прежде всего головной мозг и спланхническое русло.

Следовательно, вместо «внутриорганного обкрадывания» следует учитывать роль и пути ограничения «межорганного обкрадывания» как возможной причины тканевой гипоксии при гипердинамическом СШ [60]. Как известно, «драма» острого респираторного дистресс-синдрома описана термином ventilationperfusion mismatch («несоответствие вентиляции и перфузии»). По аналогии с ним дизоксия при СШ вполне заслуживает названия несоответствия или даже разобщения доставки и потребления кислорода, причем прежде всего, как видно из сказанного, в неожиданно банальном макроанатомическом понимании.

Если наша гипотеза верна, то ограничение кровотока в скелетных мышцах должно приводить у пациентов с сепсисом и гипердинамическим СШ к росту системного потребления кислорода. В доступной литературе мы не обнаружили данных о препаратах, способных надежно вызывать избирательную констрикцию сосудов скелетной мускулатуры. Проще всего ограничить кровоток в мышцах с помощью компрессионных пневматических манжет. Наличие такого позитивного эффекта перераспределения кровотока из скелетных мышц в висцеральное русло можно будет первично документировать по снижению сатурации кислородом смешанной венозной крови (SvO2) и увеличению поглощения кислорода в легких, а далее, возможно, и по клиническим конечным точкам — уменьшению проявлений полиорганной недостаточности и/или замедлению ее развития.

Заключение

Таким образом, данные литературы дают весомые основания полагать, что в основе гипердинамического СШ лежит специфический вариант обкрадывания, при котором кровь шунтируется через скелетные мышцы, минуя другие органы. С точки зрения авторов, чрезмерное по отношению к кислородной потребности увеличение кровотока в скелетных мышцах на фоне отставания прироста перфузии от увеличения кислородного запроса в спланхническом русле открывает пока нетронутую сферу терапевтических возможностей.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Овсянников Р.Ю. — е-mail: ovsiannikov.roman@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-3681-6891

Курапеев И.С.— e-mail: ikurapeev@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-2341-4658

Лебединский К.М. — e-mail: mail@lebedinski.com, https://orcid.org/0000-0002-5752-4812

Автор, ответственный за переписку: Овсянников Роман Юрьевич — клинический ординатор кафедры анестезиологии и реаниматологии им. В.Л. Ваневского ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, Санкт-Петербург, e-mail: ovsiannikov.roman@gmail.com

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail