Регуляция кровоснабжения центральной нервной системы

Головной мозг получает почти 15% минутного объема крови организма, находящегося в покое, т. е. почти 1/6 крови приходится на долю органа, масса которого составляет только 2% массы тела.

Особенности проницаемости капилляров головного мозга (и сетчатки глаза, которая является его частью) чрезвычайно своеобразны, в результате чего возникла концепция о гематоэнцефалическом барьере (ГЭБ) (Davson Н., 1963 г.; Dob- bing J., 1963 г.; Broman Т., Steinwall О., 1967 г.). Этот барьер в сочетании с барьером между кровью и спинномозговой жидкостью является причиной того, что у головного мозга имеется своя собственная внутренняя среда, зависящая частично от облегчения и затруднения диффузии.

Растворимые в липидах вещества проходят через капилляры головного мозга так же свободно, как и через капилляры других сосудистых сетей. Прохождение многих растворимых в воде веществ затруднено, причем это строго зависит от соотношения между величиной молекулы этих веществ и диаметром капиллярных пор. Так, глюкоза и аминокислоты проникают свободно, тогда как, например, маннитол и сахароза, а также многие ионы почти совсем не проходят. Crone С. (1965 г.) показал, что транспорт упомянутых «питательных» веществ по градиенту концентрации может быть назван «облегченной диффузией».

Интересно, что эндотелиальные клетки мозговых капилляров наслаиваются одна на другую, места их соединения непроницаемы, а поры есть только в немногих ограниченных участках головного мозга (Brightman M.V., 1970 г.). Из-за отсутствия явных капиллярных пор диффузия «нежелательных» веществ, проникающих только через поры, вероятно, невозможна, тогда как «необходимые» вещества транспортируются специфически (может быть, через специфические «места транспорта» в мембранах эндотелиальных клеток), но по градиенту концентрации. Растворимые в липидах 0₂ и С0₂, а также вода свободно проходят, а кислоты — нет. С другой стороны, многие продукты обмена активно транспортируются из головного мозга или из спинномозговой жидкости в кровь. Обычно эту функцию выполняют системы-«носители», по своей природе аналогичные тем, которые есть в почечных канальцах (Pappenheimer J.R. et. al., 1961 г.).

Многие циркулирующие в крови соединения, действующие на сосуды, в частности катехоламины, с трудом проходят через эндотелий, поэтому их доступ к гладкой мышце сосудов головного мозга ограничен. Катехоламины и некоторые их предшественники накапливаются внутри эндотелиальных клеток капилляров головного мозга, тогда как они свободно проходят через стенки капилляров других сосудистых сетей, не накапливаясь внутри эндотелия (Bertler A. et. al., 1963 г.). Стенки капилляров головного мозга содержат ДОПА-декарбоксилазу и моноаминоксидазу, которые расщепляют накопившиеся амины, действующие на сосуды.

Состав спинномозговой жидкости, сообщающейся с очень узкими интерстициальными пространствами, тоже чрезвычайно своеобразен (Pappenheimer J.R. et. al., 1967 г.). Лимфатических сосудов обычного типа в головном мозге нет.

В то же время между сосудами и ганглиозными клетками гипоталамуса нет глиозной прослойки, поэтому к высокочувствительным полисинаптическим полимедиатор- ным нейронам этой области легко проникают химические, гуморальные и гормональные продукты, включая крупные белковые молекулы, вирусы, токсические и нейротропные агенты.

У людей в покое средний кровоток в головном мозге составляет 50-60 мл/мин/100 г, следовательно, надо думать, что кровоток в коре равен приблизительно 100 мл/мин/100 г, а в белом веществе — 20-25 мл/мин/100 г. При максимальном расширении сосудов кровоток и в коре, и в белом веществе увеличивается в 3-4 раза. Это значит, что мозговым сосудам сопротивления свойственен значительный базальный тонус (т. е. они относятся преимущественно к висцеральному типу). В то же время у приносящих сосудов головного мозга в отличие от соответствующих сосудов других областей организма симпатического (центрального) тонуса нет (Skinhoy Е., 1971 г.; по Жулеву Н.М. и др., 2002 г.).

В норме сосудосуживающие волокна оказывают только незначительное влияние на кровоток в головном мозге, поскольку блокада регионарных симпатических нервов обычно не вызывает значительного уменьшения сопротивления току крови в мозговых сосудах. Кроме того, даже при супра- максимальном раздражении сосудосуживающих волокон (15 имп./с) сопротивление кровотоку в мозговых сосудах увеличивается у людей (Krog J., 1964 г.) приблизительно на 20-30%. Этот эффект следует считать ничтожно малым, если учесть, что сосудосуживающие волокна могут вызывать, например, в мышце увеличение сопротивления на 500-600%. Гистохимическими методами установлено, что адренергические сосудосуживающие волокна иннервируют только более крупные артерии, локализующиеся за пределами мозга, и что разветвлений аксонов вдоль подлинных сосудов сопротивления мало или нет совсем (Falck В. et. al., 1968 г.). Следовательно, незначительное неврогенное увеличение сопротивления обусловлено главным образом уменьшением диаметра более крупных артерий. Таким образом, регуляция тонуса внутримозговых сосудов сопротивления имеет не неврогенную, а гуморальную природу.

Скудная иннервация сосудосуживающими нервами головного мозга, как и в миокарде, является благоприятным обстоятельством.

Сосуды мягкой мозговой оболочки иннервированы сосудорасширяющими волокнами, их функция состоит, по- видимому, в отведении избыточного тепла из подчерепного пространства при инсоляции головы, где эти сосуды выполняют функцию радиаторов жидкостного охлаждения.

Ауторегуляция мозговых сосудов является результатом сочетанного воздействия изменений трансмурального давления и местной химической среды на активность гладкой мышцы сосудов (Fog М., 1938 г.; Haggendal Е., Johansson В., 1965 г.). Увеличение интенсивности обмена в головном мозге, уменьшение разницы перфузионного давления, изменение состава перфузирующей крови (гиперкапния или аноксия) вызывают расширение мозговых сосудов. Гладкие мышцы прекапиллярных сосудов головного мозга чрезвычайно чувствительны не только к растяжению, но и в особенности к изменениям химической среды, непосредственно их окружающей.

Фактором вазодилатации, уравновешивающим миоген- ный тонус мозговых сосудов сопротивления, служит главным образом концентрация водородных ионов в интерстициальной жидкости (Severinghaus J.W. et. al., 1966 г.; Fencl V. et. al., 1968 г.). Так, сильное расширение сосудов при вдыхании С0₂ обусловлено главным образом тем, что растворимый в липидах С0₂ легко проходит через гематоэнцефалический барьер и, оказывая влияние на баланс между С0₂ и НС0₃^_, вызывает изменения местной внесосудистой концентрации ионов Н⁺ (Ingvar D.H. et. al., 1968 г.). Следует подчеркнуть, что тонус мозговых сосудов регулирует внесосудистая концентрация ионов Н⁺ (а не концентрация их в крови, которая ввиду наличия гематоэнцефалического барьера не оказывает влияния на гладкую мышцу мозговых сосудов). Так, увеличение pH крови не за счет изменений газового состава крови (например, лактацидемия), если вызывает сужение мозговых сосудов, то оно обусловлено возникающей в результате такой ацидемии гипервентиляцией, которая приводит к понижению рС0₂ в артериальной крови, уменьшая таким образом концентрацию Н⁺ в интерстициальной жидкости головного мозга.

По этим причинам сильная произвольная гипервентиляция вызывает сужение мозговых сосудов, головокружение и даже потерю сознания: понижение рС0₂ в артериальной крови приводит к уменьшению концентрации водородных ионов в головном мозге, что повышает тонус регионарных прекапиллярных сосудов благодаря снижению угнетающего влияния среды на миогенную активность. Мозговой кровоток при этом может уменьшиться приблизительно вдвое (курсив мой — А.Б.) по сравнению с нормой. Кроме того, сопутствующий алкалоз крови вызывает сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина крови влево (эффект Бора), в результате чего затрудняется освобождение кислорода и, наконец, падает перфузионное давление. Все эти факторы уменьшают снабжение мозговых нейронов кислородом (и глюкозой — А.Б.).

В условиях, когда привычная «хроническая» гипервентиляция, («болезнь глубокого дыхания», по К.П. Бутейко) постоянно «зажимает» мозговой кровоток, гипоперфузия симпатических бульбарных центров регуляции сосудистого тонуса вызывает пролонгированный эффект вазоспазма на периферии и стойкую гипертензию, необходимую для восстановления достаточного кровоснабжения в первую очередь подкорковых образований, ответственных за регуляцию основных жизненных функций.

Кроме того, вполне возможно, по мнению автора, что для регулирующих сосудистый тонус более древних подкорковых образований оптимально другое соотношение рС0₂/ р0₂, чем для филогенетически более молодой коры больших полушарий, сформировавшейся в более поздний период эволюции, когда в результате фотосинтеза наземных растений в окружающей среде значительно снизилась концентрация углекислого газа и повысилось содержание в ней кислорода. Это обстоятельство может быть причиной своеобразного перманентного «конфликта интересов» между вышеупомянутыми структурами головного мозга.

В результате существования описанного механизма регуляции мозгового кровотока имеет место на первый взгляд парадоксальная ситуация, когда реальная степень оксигенации мозговой ткани, определяющая уровень ее метаболизма и в конечном счете — активность нейронов, зависит не от содержания 0₂ в притекающей крови, а от содержания в ней С0₂, т. е. чем меньше интенсивность дыхания, меньше потери С0₂, тем лучше кровоснабжение ткани мозга. На этом явлении, в частности, основана теория К.П. Бутейко, блестяще подтвержденная клиническими результатами предложенного им метода ВЛГД (волевой ликвидации глубокого дыхания). О воздействии этого метода на другие органы и системы будет сказано в соответствующих разделах.

Кроме того, следует вывод, что критичным параметром для метаболизма мозговой ткани в физиологических пределах ее функционирования является не уровень оксигенации, который может меняться в довольно значительных пределах и имеет значительные резервные возможности (см. выше), а уровень содержания в ней глюкозы, который жестко лимитируется уровнем перфузии отдельных участков мозговой ткани и не зависит от концентрации инсулина в магистральном кровотоке. Этот вывод в значительной степени меняет представление об основных регуляторных механизмах гемоциркуляции и метаболизма как в головном мозге (в частности, его подкорковых структурах), так и в организме в целом. В то же время подобная схема хорошо согласуется с представлениями о филогенетически наиболее древних механизмах управления жизнедеятельностью организмов, основными регуляторными факторами в которых являлись именно первичные метаболиты — пептиды, вначале только внешнего (пищевые субстраты), а затем и внутреннего происхождения. Продукты разложения составляющих пептиды некоторых аминокислот — углеводы — оказались по целому ряду причин (в первую очередь — скорости мобилизации, транспортировки и использования) оптимальным энергоносителем для нейрональной ткани. Подкорковые образования головного мозга, осуществляющие контроль за ключевыми параметрами гомеостаза, относятся к филогенетически более древним управляющим системам. Поэтому их физиологическая активность зависит от двух основных параметров. С одной стороны, это динамическое соотношение воздействий регуляторных пептидов, гормонов и медиаторов, отражающее динамику изменений условий внешней среды и внутреннего состояния организма. С другой стороны, эта активность определяется уровнем энергопотребления нейронов, который в свою очередь жестко лимитируется скоростью поступления в них глюкозы.

В норме локальная вазодилатация отдельных участков головного мозга является производной от их функциональной активности, вызывающей накопление кислых продуктов метаболизма в гладкомышечной оболочке соответствующих сосудов, т. е. функционально активные именно в настоящий момент участки головного мозга как бы избирательно втягивают в себя артериальную кровь, расширяя собственное сосудистое русло. Этот механизм в значительной степени дополняет тотальную централизацию кровотока и обмена во всем остальном организме, возникающую под воздействием стресс-гормонов в ходе адаптационных реакций.

Логично предположить, что частые эпизоды выраженной гипергликемии с последующим падением концентрации глюкозы в ходе многократных повторных стрессов будут вызывать за счет местных защитных факторов (аналогичных СТГ) снижение эффективности механизмов избирательного транспорта в мозговую ткань глюкозы и ее утилизации в нейронах. В результате будет развиваться постепенное уменьшение чувствительности мозговой ткани к глюкозе и соответственно снижение эффективности механизма избирательной перфузии. Эти изменения выражены в более значительной степени и возникают в первую очередь именно в гипоталамусе, поскольку его образования имеют абсолютно максимальный удельный кровоток, скорость метаболизма (по кислороду) и уровень потребления глюкозы. Реакции гипоталамуса в результате начинают постепенно утрачивать свою оперативность, избирательность и точность, они как бы притупляются, т. е. становятся малочувствительными и замедленными, в результате их конечная адаптационная эффективность значительно снижается. Стрессорная гипервентиляционная гипокапния в свою очередь вызывает дополнительную «фоновую» вазоконстрикцию и гипоперфузию в мозге (см. выше). Возникающий значительный локальный перфузионный дефицит, наиболее выраженный в гипоталамусе, в определенной степени компенсируется повышением давления в каротидном и вертебральном бассейнах, которое в свою очередь может быть достигнуто лишь с помощью гипертензии в магистральном кровотоке посредством повышения активности центральных вазопрессорных механизмов. Но эти изменения, как и любая компенсаторная реакция, имеют свои пределы, за которыми риск негативных последствий начинает превышать достигнутый положительный адаптационный результат.

Уменьшение интенсивности вентиляции до необходимого физиологического уровня в ходе освоения метода ВЛГД вызывает повышение рС0₂ в интерстиции и медии мозговых сосудов. Это способствует «висцерализации» и автономи- зации регуляции сосудистого тонуса за счет снижения pH в мозговой ткани, а следовательно, и в гладкой мускулатуре внутримозговых сосудов, уменьшая степень вазоконстрик- ции до физиологического оптимума. Далее происходит постепенное восстановление перфузии гипоталамических образований с последующим восстановлением их чувствительности к глюкозе. В итоге снижаются требования к уровню АД в магистральном кровотоке со стороны гипоталамических центров, уменьшается их вазопрессорная активность. На периферии за счет повышения рС0₂ и снижения pH до оптимальных значений также происходят «висцерализация» и автономизация регуляции регионарного кровотока, снижение чувствительности к центральным вазопрессорным воздействиям и нормализация графика вегетативных колебаний. Восстановление нормального уровня кровоснабжения паренхимы почки уменьшает вазопрессорную активность ренин-ангиотензинного механизма. Таким образом, клинически доказанная стойкая нормализация АД в результате применения метода ВЛГД К.П. Бутейко получает достаточно корректное физиологическое обоснование.

Верность изложенных положений, в частности, подтверждает и тот факт, что при высоком напряжении кислорода (р0₂) окислительный обмен в клетках инактивируется в результате окисления кофактора «-липоидной кислоты (сульфгидриль- ного соединения, обеспечивающего превращение пировиноградной кислоты в ацетил-кофермент А и а-кетоглютаровой кислоты в сукцинилкофермент А (Haugaard N., 1964 г.)). Сужение сосудов в ответ на высокое р0₂ в какой-то мере помогает защитить клетки от таких нарушений, нормализуя соотношение между поступлением кислорода и его потреблением. Это поразительное биологическое действие высокого р0₂ на клеточный обмен становится губительным, когда у недоношенных детей, которые находятся в кислородных палатках, развивается ретролентальная фиброплазия, приводящая к слепоте. Сначала наблюдается патологическое обильное разрастание сосудов сетчатки, а затем происходит ее отслойка (Ashton N. et. al., 1954 г.).

Вопрос о ретролентальной фиброплазии (разрастании рубцовой ткани в тканях глаза, расположенных позади хрусталика) или ретинопатии недоношенных, хотя и забегая несколько вперед, стоит рассмотреть несколько подробнее. Заболевание обнаруживают при тщательном исследовании глазного дна уже на 2-3-й неделе после рождения у недоношенных новорожденных после пребывания их в кювезах, где они дышат газовой смесью с повышенным содержанием кислорода. Ни в каких других естественных или искусственных условиях данная патология не развивается. Поражение обычно двустороннее. Вначале наблюдаются спазм и извитость сосудов сетчатки, затем нормальное развитие и рост сосудов сетчатки останавливаются, и тогда начинают развиваться патологические сосуды. Проблема с патологическим ростом сосудов, известным как неоваскуляризация, заключается в том, что эти сосуды не выполняют своей функции по доставке кислорода к сетчатке. Более того, новообразованные сосуды приводят к большому количеству вторичных осложнений. На глазном дне, больше на периферии, обнаруживаются сероватые участки пролиферации в сетчатке, область желтого пятна и диск зрительного нерва не изменены. В дальнейшем процесс прогрессирует: количество и размеры сероватых очагов увеличиваются, они проминируют в стекловидное тело, вокруг очагов возникают кровоизлияния, происходит отслойка сетчатки. Далее очаговые дистрофические и сосудистые очаги в стекловидном теле и сетчатке как бы уплотняются и грубеют, т. е. происходит процесс рубцевания, в который вовлекается значительная часть сетчатки и стекловидного тела. Как будет показано ниже, сосудистая сеть одного из участков мозга (сетчатки) в данном случае в исключительно ускоренном темпе проходит, по сути, тот же самый печальный путь, который суждено пройти сосудам и кровоснабжаемой ими мозговой ткани в условиях вызванной гипервентиляцией гипокарбоксиемии уже в значительно более зрелом возрасте: стойкий вазоспазм, склероз сосудов различного генеза, в том числе атеросклероз, компенсаторная васкуляризация из бассейна наружной сонной артерии, недостаточность кровоснабжения мозговой ткани; ишемический / геморрагический инсульт, гибель и последующее замещение мозговой ткани рубцовой в случае выживания.

О перестройке артериального кровоснабжения головного мозга по миновании подросткового возраста хорошо известно, например, ЛОР-специалистам. Кровотечение из тонзиллярной ветви восходящей небной артерии (а. palatina ascendens), исходящей, как правило, из наружной сонной артерии, при операции тонзилэктомии значительно чаще встречается у взрослых.

Острое повышение внутричерепного давления (например, при черепно-мозговой травме) вызывает артериальную гипертензию (рефлекс Cushing’a). Причина этого заключается в бульбарной ишемии, поражающей сердечно-сосудистые центры головного мозга и раздражающей их. Эта ишемия возникает в результате недостаточного перфузионного градиента между сосудистым руслом и тканями головного мозга. Брадикардия возникает рефлекторно с барорецепторов как следствие центрально вызванной прессорной реакции. В результате при сочетании черепно-мозговой травмы с другими шокогенными повреждениями и кровопотерей АД стабильно в пределах значений, близких к норме, в течение длительного времени даже при выраженной гиповолемии. Причины этого явления следующие. В норме давление спинномозговой жидкости у человека в положении лежа равно приблизительно 10 см вод. ст. При повышении давления спинномозговой жидкости в результате травматического отека мозга приблизительно до 50 см вод. ст. наблюдалось пропорциональное повышение артериального давления, а мозговой кровоток не изменялся. Когда внутричерепное давление превышало 50 см вод. ст., возникала тенденция к непрерывному уменьшению кровотока. Ввиду того что при этом дальнейшее повышение артериального давления обычно не наблюдалось, можно думать о постепенном падении эффективного градиента давления и трансмурального давления в мозговых сосудах. Оба эти фактора вызывают ауторегуляторное расширение сосудов, чтобы поддержать мозговой кровоток. В конечном итоге при дальнейшем повышении внутричерепного давления мозговой кровоток уменьшается до такого низкого уровня (меньше 40 мл/мин/100 г), что у больного развивается коматозное состояние (Kety S.S., Schmidt C.F., 1945,1948 гг.).

Ввиду того что череп ригиден (исключением является череп маленьких детей) и что мозг практически несжимаем, сочетанный объем ткани головного мозга, спинномозговой жидкости и крови, находящейся во внутричерепных сосудах, почти постоянен. Однако небольшое увеличение объема, вызываемое даже значительным расширением артериол и увеличивающее кровоток, легко компенсируется без побочного действия незначительным сужением вен, объем которых гораздо больше.

Кровь поверхностных и глубоко расположенных вен поступает в венозные синусы, локализующиеся между твердой мозговой оболочкой и костью. У этих вен нет клапанов, и твердая мозговая оболочка, окружающая их просвет, поддерживает их открытыми. Кровь от головного мозга оттекает главным образом по внутренней яремной вене, а также по каналам, которые впадают в позвоночное венозное сплетение, и по анастомозам с орбитальным и крыловидным сплетениями в очень растяжимые вены лица и кожи головы. Вся венозная кровь, оттекающая от головного мозга, может поместиться в позвоночных анастомозах. Описан случай полной непроходимости верхней части верхней полой вены; больной выжил.