Гемодинамический модуль как функциональная единица микроциркуляции (лобулярно-гемодинамическая концепция)

Эволюционный процесс формирования многоклеточных организмов требовал от структурной организации обеспечения соответствующего уровня метаболизма для каждой функционирующей единицы. В ответ на этот запрос образовались кровеносная и лимфатическая системы, осуществляющие поставку и отведение метаболитов в определенном диапазоне интенсивности. Главным «заказчиком» и «потребителем» циркуляторных «услуг» являются отдельные клетки, которые часто объединяются в кооперации в целях экономии затрат на ассенизацию. На гистологических препаратах эти кооперации выглядят в виде долек, каждая из которых представляет группу тканевых клеток, окруженных различной толщины разделительной капсулой, которая чаще всего имеет коллагеновую основу (рис. 1—5).

Рисунок 1. Гиподерма младенца. Липоциты (1) объединены в дольки и окружены капиллярами (2), дольки разделены фиброзными капсулами (3) разной толщины, в которых проходят артерии (4) и вены (5) различного калибра. Здесь и на рис. 2: окраска гематоксилином и эозином, ув. 50 (а) и 100 (б).

Рисунок 2. Фрагмент мышцы бедра младенца. Мышечные волокна объединены в пучки различного калибра, волокна окружены капиллярами; более крупные сосуды расположены в фиброзных капсулах.

Рисунок 3. Мышца голени с некрозом миоцитов (взрослый). После миолиза остаются окруженные капиллярами оптически пустые образованные капиллярами ячейки (1) и фиброзные септы различной толщины (2) с более крупными сосудами (3) и нервными волокнами (4). Здесь и на рис. 4: окраска гематоксилином и эозином, ув. 100.

Рисунок 4. Миокард (взрослый). Кардиомиоциты объединены в пучки (1), разделенные фиброзно-жировыми септами с проходящими в них сосудами (2).

Рисунок 5. Стенка полого мышечного органа. Гладкомышечные волокна объединены в пучки различного уровня (1) с разделением соединительнотканными септами (2).

В интересах рассматриваемой темы приведем в качестве примеров гистологическое строение тканей, которые имеют максимальное представительство в организме — жировая и мышечная — и, следовательно, депонируют значимую часть крови и тканевой жидкости.

При просмотре представленных гистологических фотографий необходимо обратить внимание на следующие факты:

— всегда можно выделить наименьшую по количеству группу клеток, окруженных более или менее видимой капсулой, причем размеры и геометрические формы этих долек могут различаться; принципиально важным является то, что внутри долек находятся только метартериола, капилляры, возможно, посткапиллярная венула, а сосуды более крупного калибра расположены в соединительнотканных перегородках;

— эти дольки формируют более крупную структуру, ограниченную отчетливой соединительнотканной капсулой, в которой расположены сосуды большего калибра — артериолы, венулы и мелкие вены, а также становятся заметны лимфатические протоки;

— следующим уровнем ограничения являются широкие фиброзно-жировые капсулы, содержащие артерии, вены, лимфатические сосуды, нервные волокна.

Схематично описанные уровни можно изобразить следующим образом (рис. 6).

Рисунок 6. Оригинальная схема долькового строения ткани. А — гемодинамический модуль (ГДМ) I уровня (ГДМ-I) (наименьший) образован: паренхиматозными клетками, каждая из которых заполняет ячейку (1), капиллярами в пределах метартериолы и посткапиллярной венулы (2) и коллагеновой капсулой (3); B — ГДМ II уровня (ГДМ-2) образован несколькими ГДМ-I, одной или несколькими артериолами (4), венулами (5), лимфатическим сосудом (6), тканевой жидкостью (7) и более выраженной коллагеновой капсулой (8); C — гемодинамический модуль III уровня (ГДМ-3) образован несколькими ГДМ-2, мелкими артериями (9), венами (10), лимфатическими сосудами (11), широкой и плотной коллагеновой капсулой (12); каждый модуль может включать соединительнотканные и иммунокомпетентные клетки, нервные волокна.

Уровни гемомикроциркуляторного русла подробно освещены в литературе [2, 3]. Главным дополнением представленной схемы является выделение соединительнотканных капсул, ограничивающих объем. По нашему мнению, описанная структура долькового строения лежит в основе тканевой гемо- и лимфодинамики. Традиционно считается, что основной силой, движущей кровь, в том числе по микрососудам, является остаточная энергия сердечного выброса, называемая vis a tergo, и, в меньшей степени, присасывающее действие правого желудочка, называемое vis a fronte [1, 4, 7]. Однако логично допустить существование двух параллельных систем кровообращения. Одна из них обеспечивает системную (быструю) циркуляцию за счет описанных сил — vis a tergo и vis a fronte, а вторая обеспечивает обменные (медленные) процессы в капиллярах. Первая замыкает артериальную и венозную систему через артериовенозные шунты и метартериолы, вторая — через истинные капилляры.

Главным выводом из представленной на рис. 6 схемы является то, что процессы метаболизма происходят в замкнутом и достаточно жестко ограниченном пространстве. Именно это условие обеспечивает строгую направленность вероятностных событий, включая старлинговские механизмы и биохимические процессы. Объем пространства должен соответствовать степени диффузии, формированию сигнальных концентраций метаболитов, созданию градиентов давлений и другим параметрам (электрический потенциал, кислотность, температура и т.д.). В рамках данной работы мы касаемся лишь механизмов, вызывающих изменения давлений в пограничных системах.

Поддержание какой-либо формы связано с уравновешиванием внутреннего и внешнего давлений. Следовательно, существование самой формы клетки уже подразумевает наличие в ней внутреннего напряжения (тургора). Оно обеспечивается взаимодействием менее плотного коллоида содержимого клетки с более плотным коллоидом, представленным плазматической мембраной, механическая целостность которой в значительной степени связана с ее внешним окружением. Коллоидная фазность барьера между кровью и тканевой клеткой в большинстве тканей достаточно объемна: кровь — эндотелиальная клетка (гликокаликс, тело клетки, околомембранное пространство) — базальная мембрана — перицит — конечный потребитель (тканевая клетка). Следовательно, давление крови в действующем капилляре, в конечном счете, должно быть уравновешенно тургором клетки. Движение метаболитов осуществляется механизмами диффузии и фильтрации, а привносимые этим изменения давлений в системе нивелируются активным и пассивным обменом натрия и воды. Суть лобулярно-гемодинамической концепции заключается в том, что минимальную тканевую дольку с точки зрения гидродинамики можно представить в виде емкости, под напряжением заполненной полужидким (коллоидным) содержимым (клетки паренхимы, межклеточное вещество, клетки соединительной ткани, эндотелиальные клетки, тканевая жидкость, кровь, лимфа). Форма дольки может быть самой разнообразной формы и динамически меняться, однако для упрощения логично представить ее шарообразной. Исходя из того, что объем шара прямо пропорционален третьей степени радиуса, следует, что незначительное увеличение содержимого дольки за счет поступления извне по отношению к ограниченному нерастяжимыми стенками объему вызовет значительное напряжение внутри ее. Единственным структурным механизмом, позволяющим сбросить избыточное давление, является содержимое венозного колена и интерстициальная жидкость дольки. Описанная ситуация создается при прохождении пульсовой волны по мелким артериям и артериолам. Схематично это выглядит следующим образом (рис. 7):

Рисунок 7. Схема гемодинамических модулей. В овале минимальная долька, в прямоугольнике долька более крупная, объединяющая несколько минимальных. а — состояние пульсовой диастолы: артериолы и метартериола модулей узкие, капилляры округлой формы, заполнены кровью; б — состояние пульсовой систолы: расширение артериол и метартериолы, сжатие внутренней минимальной дольки за счет выдавливания венозной крови и тканевой жидкости за пределы модуля.

в овале показана обобщенная паренхиматозная долька, снабжаемая одной метартериолой, колбообразно обозначено обобщенное венозное содержимое капилляров и посткапиллярной венулы и интерстициальная жидкость, тонкая оболочка представляет коллагеновую капсулу. Эти дольки в том или ином количестве объединяются в более крупный модуль, который включает артериолы; на схеме он заключен в прямоугольную рамку.

Уменьшение объема происходит исключительно за счет сдавления венозных сосудов и интерстициального пространства. Таким образом, пульсовая волна способствует, во-первых, созданию напора при опорожнении венозного колена микроциркуляторного русла и, во-вторых, выходу интерстициальной жидкости в лимфатические протоки. При последующей диастоле в капиллярах и интерстиции создается отрицательное давление, способствующее массопереносу из клеток в интерстиций, так как обратному току венозной крови препятствует ряд механизмов.

Говоря о механизмах, препятствующих обратному току венозной крови в микроциркуляторное русло, необходимо допустить наличие собственной активности эндотелия венозного колена капилляров [2, 5, 6]. По нашему мнению, она заключается в попеременном набухании и спадании эндотелиоцитов, что создает движущую силу, направление которой зависит от градиента давления (рис. 8).

Рисунок 8. Схема движения крови по капилляру. Эндотелиальная клетка ритмично увеличивает и уменьшает свой объем за счет набухания и потери жидкости, создавая при этом эффект проталкивания крови или плазмы по типу лопастного насоса, направление движения определяется градиентом давления; таким образом создается дополнительная сила vis a tergo.

Хотя этот механизм имеет вероятностную направленность, но при нормальном состоянии обеспечивает центростремительное движение потока. Такое состояние существует при полноценно функционирующих венозных клапанах, которые появляются уже в венулах диаметром от 50 мкм [2]. В рамках данной статьи мы не касаемся вопросов нервно-рефлекторной регуляции, капиллярной вазомоции и ряда других.

Непосредственное наблюдение за изложенными процессами in vivo методологически затруднено, однако детерминированность физических законов не позволяет представить принципиально иной механизм развития событий, исходя из созданной эволюцией структуры.

Таким образом, дольковая, или лобулярная (от лат. lobules — долька) организация некоторых тканей является существенным фактором движения крови по микроциркуляторному руслу (МЦР) и создает напор дренирующего потока (венозного и лимфатического) в постмикроциркуляторном звене. Мы вводим понятие «гемодинамический модуль» (ГДМ), понимая под этим уровневую функциональную единицу микроциркуляции (в отличие от структурно-функциональных единиц). Уровневая — потому что более мелкие модули, объединяясь, создают более крупные; функциональная — так как для выполнения гемодинамической задачи имеют значение ни формальная структура дольки, ни ее метаболические возможности, а лишь ее наличие и создаваемое ею давление, которое для морфолога, скорее, виртуальное понятие; единица микроциркуляции — потому что, во-первых, капилляр — наименьшая структура гемоциркуляции, во-вторых, за пределами МЦР преобладают другие законы гемодинамики.

Практическое значение предлагаемой лобулярно-гемодинамической концепции можно рассмотреть в патологиях, связанных с гемо- и лимфоциркуляцией. Можно выделить следующие механизмы гемомикроциркуляции и уровни их реализации:

1. Остаточная сила сердечного выброса — метартериола.

2. Пульсовая транстканевая волна — артерия, артериола и метартериола.

3. Капиллярная активность — преимущественно венозное колено МЦР.

Различная сосудистая патология, независимо от этиологического фактора, затрагивает все звенья, отвечающие за продвижение крови по МЦР, однако всегда можно выделить преимущественное поражение какой-либо морфофункциональной мишени (см. таблицу).

При атеросклерозе и сужении крупных артерий более других снижается остаточная сила сердечного выброса (vis a tergo), пульсовая волна ослабевает в меньшей степени, метаболическая и дренажная функция капиллярного звена страдает в наименьшей степени. Таким образом, возникает преимущественно ишемическая альтерация ткани.

При диабетической микроангиопатии, когда артериолы подвергаются гиалинозу и становятся малоподвижными, в наибольшей степени страдает пульсовой механизм, функция доставки крови и сила сердечного выброса снижаются в меньшей степени, так же умеренно падает очистительная функция венозного колена МЦР, сохраняясь исключительно за счет собственной активности капилляров. Таким образом, помимо ишемической альтерации, связанной с сужением просветов артериол, в той или иной степени нарастает застой метаболитов в пределах дольки и токсическая альтерация.

При возникновении повышенного сопротивления [7] в венозном колене при сохраненном артериальном притоке основная патология связана с несостоятельностью дренажной функции и накоплением метаболитов в интерстиции с развитием токсической альтерации и склероза. Одновременно развивается отек с растяжением и разрывом дольковых оболочек и слиянием соседних долек. При прогрессировании этого, чаще мультицентрического, процесса уменьшается паренхиматозный и капиллярный компартменты и, следовательно, снижается эффективное гемодинамическое давление (напор) в венозном колене МЦР и в системе лимфооттока.

При внешней идентичности генеза отеков нижних конечностей при хронической венозной недостаточности, обтурации извне, хронической сердечной недостаточности — затруднение оттока крови и лимфы — их внутренние механизмы различны, что отражается на течении, прогнозе и лечении. С позиций лобулярно-гемодинамического подхода при хронической сердечной недостаточности повышение давления в системе нижней полой вены и грудного лимфатического протока сопровождается одновременным и равномерным увеличением напряжения по обе стороны дольковых капсул, что препятствует их разрыву и критическому нарушению микроциркуляторного кровообращения. Этим объясняется длительное существование и нарастание отеков без трофических кожных осложнений. При этом «положительным» моментом является снижение артериального притока с сохранением пульсовых колебаний. Близкая по патогенезу ситуация складывается и при длительном механическом сдавлении на уровне подвздошно-бедренного сегмента, вызванным естественными (склероз, опухоль, паразитарная инвазия) или ятрогенными (перевязка сосудов) факторами. Здесь также тканевое напряжение равновелико с обеих сторон дольковых капсул. В противоположность этому при хронической венозной недостаточности затруднение оттока развивается локально, что ведет к неравномерному повышению давления внутри и снаружи дольки и разрыву дольковых капсул с объединением воспалительно-регенераторных очагов. Поэтому отеки при хронической венозной недостаточности часто сопровождаются прогрессирующими трофическими осложнениями.

Таким образом, в заключении следует отметить, что предлагаемая лобулярно-гемодинамическая концепция соответствует физическим законам, дополняет теорию Старлинга о динамике и формировании давлений в капиллярном русле. Вводится новое понятие «гемодинамический модуль», под которым понимается уровневая функциональная единица микроциркуляции. Функцией ГДМ является обеспечение напора дренажным потокам на тканевом и органном уровнях организации. Движущей силой венозного возврата на уровне микроциркуляции являются гидродинамические процессы в ГДМ и собственная активность эндотелия капилляров. Лобулярно-гемодинамическая концепция позволяет по-другому взглянуть на известные патологические процессы и предложить направления поиска новых методов лечения. Концепция нуждается в дальнейшем изучении с использованием методов патоморфологии, патофизиологии, применением прижизненной биомикроскопии.