XII. Микроциркуляторный гомеостаз

Предыдущая: Авторегуляция микроциркуляторной системы

Основой теории Старлинга служит представление о внутритканевой среде как о растворе коллоидов, отделенном полупроницаемой мембраной от другого коллоидного раствора - плазмы крови. Оба раствора имеют онкотическое и гидростатическое давление. Тканевое давление, точнее давление интерстициальной жидкости, таким образом, можно рассматривать как алгебраическую сумму онкотического и гидростатического давления. Однако под влиянием новых фактов от этого представления приходится отказываться. Появился даже аморфный термин, определяющий интерстициальное давление как "тканевой фактор" или "факторы" (Intaglieta М. et al., 1973; Zweifach В. W., 1973).

Главная трудность, с которой столкнулась теория Старлинга, - это отсутствие свободной жидкости в интерстициальной среде в обычных условиях (при отрицательном давлении) (рис. 74). Это позволяет считать, что водный баланс является отражением микроциркуляторного гомеостаза и состояния основного межклеточного вещества, т. е. белковополисахаридного геля, структурированного на молекулярном уровне и пронизанного сравнительно плотной сетью микроволоконец, преимущественно коллагеновой природы (Laurent Т. С., 1972; Merker Н. J., Gunther Т., 1972).

Белки, попадающие в гидрофильный гель, испытывают в нем недостаток воды и как бы концентрируются, что может повышать их химическую активность и влиять на осмотическую силу. Добавление, например, к раствору сывороточного альбумина гиалуроновой кислоты (1 %) равносильно испарению 50 % растворителя из белкового раствора. Гиалуроновая кислота и альбумин в смеси обладают более высоким осмотическим давлением, чем можно было бы ожидать из простого суммирования их осмотических давлений.

Отмеченные особенности затрудняют определение осмотического давления в тканях. Необходимо учесть также, что полисахариды являются полиэлектролитами и обеспечивают себя контрионами, при освобождении которых могут резко менять осмотическое давление в тканях. Специфическая структура геля позволяет предполагать наличие в нем двух противодействующих сил: осмотических, обусловленных макромолекулами и контрионами, которые притягивают воду (внутреннее осмотическое давление геля), и эластических, препятствующих растяжению структуры геля, как бы "выжимающих" из него воду. Существование этих двух сил приводит к тому, что в процессе гидратации геля в нем развивается внутреннее напряжение ("отековое давление"). По мере насыщения геля водой внутреннее давление снижается до нуля.

Гель, не имеющий никакой внешней мембраны, помещенный в среду с осмотическим давлением, ведет себя в ней как нелинейный осмометр, т. е меняет свой объем в зависимости от величины внешнего осмотического давления. Теряя воду под воздействием внешнего осмотического давления, гель уменьшается в объеме лишь до определенной величины. Поэтому объем частично дегидратированного геля может быть довольно устойчивым к повышению внешнего осмотического давления, но менее устойчивым к его снижению. Внешнее осмотическое (онкотическое) давление, обусловленное плохо проникающими в гель макромолекулами, оказывает большее влияние на объем и внутреннее напряжение геля, чем микромолекулярные растворы.

Осмотическое давление плазменных белков внутри геля отличается от их осмотического давления в растворе. Гель активно противодействует изменению своего объема. Прочное блокирование ионных групп полисахаридов или обработка геля ферментами (гиалуронидазой) ведет к утрате отмеченных свойств. Протеолитические ферменты, особенно коллагеназа, вызывают в структуре геля изменения, сопровождающиеся утратой им эластических свойств и увеличением степени его отека.

S. Witte и F. Hagel (1971) изучали с помощью прижизненной ультрафиолетовой спектромикроскопии количественное распределение белков в интерстии и установили существенную неравномерность этого распределения. Наибольшая концентрация белков наблюдалась около венулярных микрососудов.

Отражением свойств интерстициального геля служит отрицательное тканевое давление (внутреннее осмотическое давление геля) (Floyer М. A. et al., 1972; Guyton А. С. et al., 1972; Zweifach В. W. et al., 1972), величина которого колеблется от 1 до 7 мм рт. ст. Давлению 7 мм рт. ст. должно соответствовать онкотическое давление плазмы около 20 мм рт. ст., т. е. при концентрации белков в плазме ~6%. При снижении онкотического давления плазмы тканевое давление достигает 0 и держится на этом уровне до тех пор, пока тканевый отек не растянет ткань до предела. При отрицательном давлении в тканях сопротивление геля движению воды сравнительно высокое, но оно резко падает при достижении нулевого давления. С этого момента наблюдается прогрессирующее увеличение массы органа (отек).

На основании приведенных данных можно полагать, что отрицательное тканевое давление обусловлено частичной дегидратацией интерстициального геля. Степень этой дегидратации, на наш взгляд, определяется соотношением объемных скоростей фильтрации и реабсорбции на уровне капилляров и гидравлическим сопротивлением интерстициальному движению жидкости. Постоянное преобладание реабсорбции над фильтрацией можно объяснить тем, что отношение площадей реабсорбции (Sр) и фильтрации (Sф) равно приблизительно 5 (5,5 - по С. A. Wiederhielm, 1968).

В связи с вопросом о регуляции состояния интерстициального геля можно привести интересные данные М. A. Floyer и J. Lucas (1972). При экспериментальном удалении почек внутривенно введенная жидкость задерживается в сосудистом русле, тогда как при сохранности одной почки, но с блокированной выделительной функцией ее введенная внутривенно или перорально жидкость сравнительно легко переходит в интерстиций. В первом случае повышалось АД и, особенно, тканевое давление, а во втором этого не происходило. Артериальная гипертензия была связана с увеличением объема циркулирующей крови и сердечного выброса, тогда как общее периферическое сопротивление не изменялось. Авторы полагают, что почки регулируют гидрофильность интерстициального геля, его податливость растягивающему действию фильтрующейся воды. Податливость интерстиция снижалась в этих случаях в 5 раз. Приведенные данные могут иметь непосредственное отношение к механизмам развития артериальной гипертензии.

С отрицательным тканевым давлением и положительным эластическим давлением геля связан, по-видимому, факт увеличения просвета капилляра в направлении к его венозному концу. Действительно, чем можно объяснить, что по мере снижения растягивающего капиллярного давления просвет капилляра увеличивается? При этом общая структура капиллярной стенки не меняется, лишь несколько уменьшается толщина эндотелия. Этот факт можно объяснить следующим образом. Преобладание фильтрации на артериальном конце капилляра вызывает более значительное набухание основного вещества, что должно сопровождаться локальным увеличением объема геля и повышением эластического давления. В области венозного конца, где преобладает реабсорбция, происходят дегидратация геля и уменьшение его объема. Реобсорбция больших количеств жидкости сопровождается пропорциональным увеличением емкости венозных капилляров, которые должны вмещать не только поступающую в них кровь, но и реабсорбируемую жидкость. Именно эти факторы, на наш взгляд, могут лежать в основе расширения просвета капилляра.

Реабсорбционный механизм, может, по-видимому, играть какую-то роль и в поддержании внутрикапиллярного давления. Так, например, в условиях падения АД до 0 выявляются две труппы капилляров: "пассивно реагирующие", в которых давление также падает до 0, и "активно реагирующие", в которых давление сохраняется выше нулевого (атмосферного) уровня (Gore R. W., 1974). При падении деления до 0 во всех капиллярах полностью блокируется фильтрация и весьма интенсивно развивается реабсорбция в силу отсутствия каких-либо сил, существенно ограничивающих действие коллоидно-осмотических сил плазмы и эластических сил интерстициального геля. Повышенное поступление воды в микрогемоциркуляторное русло является предпосылкой к повышению в нем гидростатического давления. Однако заметное повышение его может наблюдаться лишь в том случае, если затруднен или полностью исключен отток "излишков" жидкости из обменного отдела в пост- и особенно прекапиллярный отдел. Поэтому можно полагать, что наличие двух групп капилляров отражает два способа соединения их прежде всего с артернолами с помощью прекапиллярных сфинктеров, осуществляющих "запирание" капилляров с артериальной стороны, и без участия последних. В условиях нормы фильтрационно-реабсорбционная регуляция просвета капилляров не должна сопровождаться изменением среднего тканевого давления, так как кровоток в отдельных капиллярах десинхронизирован. Различия в состоянии интерстициального геля (гидратация - дегидратация) локализуются в микрообъемах основного вещества, непосредственно контактирующего с артериальными или венозными капиллярами и не могут быть обнаружены сравнительно грубыми методами изучения тканевого давления (с помощью капсул, микроканюль и т. д.). Этим мы хотим подчеркнуть, что отрицательное тканевое давление, выявляемое с помощью существующих методик, по-видимому, отражает лишь нормальное преобладание зон реабсорбции над фильтрацией, чем создается градиент тканевого давления, необходимый для интерстициального потока жидкости. В основе этого градиента, вероятно, лежит "присасывающее" действие онкотического давления плазмы крови, отбирающей воду у интерстициального геля на площади, в 5 раз превышающей площадь фильтрации. Выявление положительного давления в перикапиллярной зоне в области фильтрации затруднено, так как оно маскируется более распространенным "венозным" (отрицательным) давлением интерстициального геля. Ситуация оказывается весьма сходной с распределением давления в самой сосудистой системе, где основная (пятикратная) масса крови находится в венозном русле в условиях низкого давления.

Каким же образом в условиях преобладания реабсорбции предупреждается дегидратация тканей, а объем внутритканевой жидкости устойчиво превышает объем внутрисосудистой жидкости? Этот факт можно объяснить лишь тем, что при постоянстве общей массы основного вещества в организме степень его гидратации удерживается на постоянном уровне именно за счет преобладания реабсорбции. Интерстициальный гель, получивший возможность полностью насытиться жидкостью, гидратируется дополнительно на 30% (Guyton А. С. et al., 1972). При этом внутреннее осмотическое давление геля, равное в исходном состоянии - 7 мм рт. ст., повышается до 0. В свою очередь эластическое давление с +7 мм рт. ст. снижается до 0.

При учете приведенных данных можно предположить, что увеличение объема геля в пределах 30% от уровня нормальной гидратации еще не ведет к образованию свободной воды в интерстиции, хотя и снижает гидравлическое сопротивление потоку жидкости. Логично допустить, что фильтрационное давление, увеличиваясь в том же диапазоне (30%), также не приводит к образованию свободной тканевой жидкости, а лишь увеличивает обводненность и объем геля. Среднее капиллярное давление в этих условиях также должно увеличиться приблизительно на 30%. По формуле (3) среднее капиллярное давление (Р^o_к) при артериальном давлении Ра 100 мм рт. ст. и отношении сопротивления Rа/Rв, приблизительно равном 5, будет составлять около 17 мм рт. ст., 30% от этой величины составляет 5 мм рт. ст. Следовательно, можно думать, что при увеличении Р^o_к до 21-22 мм рт. ст. равновесие в распределении жидкости между кровью и тканыо будет сохраняться. Е. М. Landis и J. R. Pappenheimer (1963) определили среднее (для всего организма) содержание белка в интерстициальном пространстве ~2,1 г в 100 мл жидкости. Такое содержание белка создает онкотическое давление ~5 мм рт. ст. Если исходить из представления, что восстановление баланса при повышении капиллярного давления достигается путем разведения интерстициальной жидкости и вымывания из нее белка (через лимфоотток), то максимальная возможность этого механизма в сохранении водного баланса лежит в пределах повышения капиллярного давления на 5 мм рт. ст. Р. С. Johnson и D. К. Richardson (1974) в опытах на брыжейке показали, что действительно при повышении капиллярного давления может наблюдаться равновеликое снижение онкотического давления тканевой жидкости, о чем судили по изменению содержания белков в оттекающей лимфе.

Таким образом, подъем капиллярного давления вызывает усиление фильтрации, увеличение гидратации и объема интерстициального геля и вымывание из него белков. Таким путем восстанавливается баланс между фильтрацией и реабсорбцией, но на новом уровне (с более интенсивным интерстициальным потоком). Интенсификации интерстициального потока способствует также снижение гидравлического сопротивления геля, обусловленное его увеличенной гидратацией. На основании приведенных материалов последовательность событий, приводящих к установлению нового равновесия, предположительно можно изобразить, как показано на схеме 256.

Количественно предел авторегуляции можно определить, суммируя возможности геля и онкотического тканевого давления. За счет набухания гель способен нейтрализовать повышенно среднего капиллярного давления на 5 мм рт. ст. Аналогичное действие оказывает и онкотическое тканевое давление при его снижении до 0. Следовательно, в целом за счет интерстициальных факторов баланс может сохраняться при повышении Р^с_к на 10 мм рт. ст. Однако, учитывая, что онкотическое давление не может снизиться до 0, а предельное набухание геля в фильтрате плазмы все же, по-видимому, ниже 30%, предел авторегуляции нужно снизить до 7-8 мм рт. ст. Тогда верхним уровнем среднего капиллярного давления может быть 24-25 мм рт. ст. (при Р^о_к в нормальных условиях, равном 17 мм рт. ст.). Эта величина среднего капиллярного давления близка к величине онкотического давления плазмы человека. По-видимому, можно согласиться с Р. С. Johnson и D. К. Richardson (1974), что водный баланс сохраняется до тех пор, пока среднее капиллярное давление не превысит онкотическое давление плазмы. Ясно, что при гипопротеинемии этот предел должен быть еще более низким. В этом случае фильтрационные отеки могут развиваться даже при нормальном капиллярном давлении. Однако все приведенные расчеты и рассуждения правомерны лишь в тех условиях, когда реактивность интерстициального геля, его гидрофильность, структурированность и эластические свойства остаются неизмененными.

М. A. Floyer и J. Lucas (1972) показали, что большую роль в регуляции состояния интерстициального геля могут играть почки, но, как полагают авторы, это, вероятно, не обусловлено действием ренина. С функцией почек, возможно, связан тот факт, что почечная гипертония (ишемическая) развивается в условиях блокады ангиотензина II специфическими антителами (Eide I., 1972). Развивающаяся при этом гипертензия, вероятно, имеет ту же основу, что и повышение АД при последовательном удалении обеих почек.

Основное межклеточное вещество изменяется при гипертонической болезни, но еще мало известно о его роли в развитии этого заболевания. Не исключено, что существуют формы гипертонии, развитие которых обусловлено первичным изменением основного межклеточного вещества, а реакция артериальных микрососудов может быть вторичной, маскирующей и усугубляющей действие первичного структурного фактора. Известно, например, что основное межклеточное вещество реагирует "уплотнением" на действие симпатических нейромедиаторов (Смирнова-Замкова А. И., 1955). Последствия изменения основного вещества могут быть самыми разными, что обусловлено его полифункциональными свойствами и особенностью соотношения с микроциркуляторным руслом.

Большой интерес представляет дальнейшее изучение эластических свойств интерстициального геля и его способности развивать механическое давление в области капиллярной стенки. В этом отношении наиболее ценными могут быть данные не столько о поведении общего (усредненного) тканевого давления, сколько о характере его микрораспределения в интерстиции. Имеются достаточные основания предполагать наличие мозаичности в распределении тканевого давления с образованием интерстициальных градиентов, регулирующих направление внутритканевых потоков. Большое значение в пространственной организации интерстициальных потоков могут иметь фибриллярные элементы, представленные пучками коллагеновых и эластических волокон.

На основе теории Старлинга не всегда можно объяснить соотношения процессов фильтрации и реабсорбцни, фильтрации и лимфообразования, сосудистой проницаемости и водного баланса в тканях. Для примера приведем данные литературы. Так, В. W. Zweifach (1971) обнаружил, что в 20-25% случаев в капиллярах сальника наблюдается более высокий поток жидкости в ткань на венозном, а не на артериальном конце капилляра, как это должно быть по теории Старлинга. В некоторых случаях фильтрация отмечалась по всей длине капилляров. Для объяснения этих фактов автор был вынужден предположить наличие отрицательного тканевого давления на венозном конце капилляров. J. Butili и К. Arfors (1974) установили, что при повышении венозного давления степень увеличения лимфообразования оказалась иной, чем по теории Старлинга. Это же несоответствие наблюдали Р. С. Johnson и D. К. Richardson (1974).

Особый интерес представляет вопрос о соотношении сосудистой проницаемости и водного баланса в тканях. По представлениям Е. Н. Starling, основой водного баланса является разница в онкотическом давлении плазмы и внутритканевой жидкости. Она зависит от низкой проницаемости сосудистой стенки для белков. В таком случае повышение сосудистой проницаемости для белков обязательно должно вести к развитию отека, так как дренажные возможности лимфатической системы гораздо ниже фильтрационной способности капилляров. Кроме того, лимфатический отток не опережает изменения объема внутритканевой жидкости, а следует за ними.

Первое, что заставляет сомневаться в безупречности такого представления, - это существование в норме капилляров с высокой проницаемостью для белков при отсутствии тканевого отека. В таких органах, как печень, почка, кишечник, железы и т. д., капиллярный эндотелий имеет сравнительно крупные поры, фенестры, или межклеточные люки. Однако при развитии воспаления в этих органах отек в них развивается, как и в тех тканях, капилляры которых низко проницаемы для белка и воды. Более того, в процессе электронно-микроскопического исследования при различных видах хронической патологии выявляются "ацеллюлярные" капилляры, совершенно лишенные эндотелия, представленные лишь базальной мембраной. Однако существенный отек в таких случаях также не обнаруживается.

М. Di Rosa и соавт. (1971), изучая динамику развития воспалительного отека в лапе крыс после местного введения каррагенана, отметили, что отек развивается независимо от сосудистой проницаемости, о чем можно судить по скорости выхода меченого альбумина в интерстиций (рис. 75). Накопление альбумина наблюдается лишь через 2 ч от начала воспаления, когда отек достигал 50% максимума. При максимальном отеке интенсивность накопления белка может быть очень низкой (6 ч). Можно попытаться объяснить отсутствие корреляции между этими кривыми разными причинами, но это не единичный случай, когда в период развития отека (накопления воды) нарушение проницаемости для макромолекул не выявляется функциональными методами до тех пор, пока отек не станет значительным.

Электронная микроскопия представляет объективный метод исследования отека. Действительно, нарушение проницаемости, обусловленное появлением широких межэндотелиальных люков, электронно-микроскопически обнаруживается уже в первые минуты развития воспаления (рис. 76). Наряду с этим приведенные данные снова убеждают в том, что появление таких люков необязательно ведет к накоплению жидкости в органе, хотя выход из сосудов микрочастиц и макромолекул при этом всегда усилен.

Мы наблюдали аналогичную закономерность в опытах с денервацией. На 20-е сутки, например, после перерезки у крыс седалищного нерва электронно-микроскопически в атрофирующейся икроножной мышце выявляются сосуды с сильно расширенными межэндотелиальными щелями, в которые иногда выходили эритроциты и лейкоциты (Чернух А. М., Алексеев О. В., 1972). Внутривенно введенный индикатор (микрочастицы размером 2,5-15 нм) легко выходил через эти люки в ткань (рис. 77), однако никаких признаков отека не было.

Подобный результат был получен нами при электронно-микроскопическом исследовании биопсированных кусочков мышц, взятых у больных с двигательными расстройствами по миастеническому типу. Опять же при наличии широких люков в эндотелии микрососудов, через которые выходили плазма и единичные клетки крови, признаки отека (клинические и морфологические) отсутствовали. Согласно электронно-микроскопическим данным бенз(а)пирены, угнетающие ожоговый и гистаминовый отеки, не уменьшают, а даже увеличивают проницаемость капилляров для белка (Casley-Smith J. R., Window J., 1976).

Все отмеченные факты, с одной стороны, говорят об отсутствии линейной зависимости между водным балансом и сосудистой проницаемостью для белков, с другой - указывают на прямое участие основного межклеточного вещества в обеспечении этого баланса. Фазовые свойства интерстициального геля, его гидрофильность и структурированность могут (вместе с лимфатической системой) поддерживать "нормальный" баланс жидкости в тканях. Нельзя не согласиться с утверждением K.-N. Аn и Е. P. Salathe (1976), что при любой попытке проанализировать феномен обмена жидкости через стенку кровеносных капилляров следует учитывать способ, которым жидкость движется в окружающей тканн. При этом движение интерстициальной жидкости необходимо рассматривать как поток через пористую среду, в которой жидкость всегда движется по градиентам давления и в соответствии с их величиной, а в целом процесс характеризуется микромасштабами.

Имеющиеся в нашем распоряжении материалы позволяют выделить две формы нарушения сосудистой проницаемости, которые сочетаются с повреждением сосудистой стенки, - "отековую" и "безотековую". Очевидно, что механизмы и значения изменения проницаемости в обоих случаях должны существенно различаться. Первая форма хорошо изучена и широко исследуется в настоящее время. Нарушения проницаемости без развития отека до сих пор оставались впе поля зрения исследователей, хотя именно они должны играть наиболее важную роль при хронических расстройствах трофики, особенно при нейрогенных дистрофиях.

Следует подчеркнуть, что существующие функциональные методы определения сосудистой проницаемости, разработанные на основе теории Старлинга, неприменимы при изучении нарушений, не сопровождающихся развитием отека. Пока только лишь электронная микроскопия позволяет достоверно выявлять нарушения проницаемости микрососудов.

Изложенные материалы показывают, что микрогемоциркуляция, интерстициальные потоки жидкости и микролимфоциркуляция представляют собой функциональное единство, обеспечивающее гомеостаз гематотканевого обмена и прежде всего водного обмена между кровью и тканью. Однако это постоянство представляет собой динамическое равновесие.

Продолжение: Капиллярное кровообращение и механизмы нарушения микроциркуляторного гомеостаза

К оглавлению

Литература [показать]