РазвитиеОСН характеризуется нарушением энергетического обмена, вызванным дефицитом кислорода и субстратов метаболизма, а также нарушением систем внутриклеточного транспорта энергии и снижением сократительной способности миокарда.
Внутриклеточные механизмы. Энергетический дефицит в миокарде дезорганизует в первую очередь работу внутриклеточных механизмов транспорта ионов и вызывает нарушение процессов электрогенеза и электромеханического сопряжения в кардиомиоцитах.
Нарушение процессов электрогенеза и электромеханического сопряжения. При адекватном энергетическом обеспечении миокарда производительность K-Na насоса обеспечивает в кардиомиоцитах высокую концентрацию внутриклеточного калия. Последний параметр является определяющим в поддержании мембранного потенциала покоя сократительных клеток миокарда на уровне -90 мВ.
В результате энергодефицита, вызванного ОСН, производительность K-Na насоса падает, а концентрация внутриклеточного калия существенно снижается. Уменьшение градиента концентрации катионов неизбежно влечет за собой изменение мембранного потенциала покоя кардиомиоцитов с -90 мВ до -50 мВ. Как известно, все ионные каналы, участвующие в формировании потенциала действия (ПД) являются энергозависимыми, а при уменьшении потенциала покоя ниже -55 мВ поступление натрия внутрь клетки по быстрым каналам прекращается.
В результате при ОСН потенциал действия кардиомиоцитов формируется только за счет потоков ионов по медленным натрий – кальциевым каналам. Для них критический уровень потенциала покоя меньше, чем для быстрых натриевых каналов. Например, его минимальное значение для медленных кальциевых каналов составляет –35 мВ. Потенциал действия, возникший без участия быстрых натриевых механизмов, меньше по амплитуде и короче по времени. Это неизбежно влечёт за собой ослабление силы и увеличение частоты сердечных сокращений.
В электромеханическом сопряжении процессов возбуждения и сокращения кардиомиоцитов первостепенную роль играют ионы кальция и, если после сокращения миокарда ионы кальция не будут выведены из околомиофибриллярного пространства, то расслабления сердца не произойдет, диастола не состоится.
Выведение ионов кальция после сокращения кардиомиоцита происходит одновременно по двум направлениям: в цистерны саркоплазматического ретикулума самой клетки по активным кальциевым каналам, а также за ее пределы, через клеточную мембрану, с помощью натрий–кальциевого обменника (пассивно). При ОСН активная откачка ионизированного кальция из цитоплазмы в цистерны саркоплазматической сети кардиомиоцитов вследствие дефицита энергии затруднена. Поэтому в цитоплазме кардиомиоцита после его сокращения концентрация ионов кальция остается повышенной и, как следствие, происходит задержка диастолы и удлинение систолы. Уменьшение продолжительности фазы расслабления миокарда (диастолы) снижает эффективность выведения внутриклеточного кальция из цитоплазмы за пределы клетки посредством натрий - кальциевого обменника. Этот механизм пассивный и он работает только в на протяжении диастолы.
В результате нарушения ативного и пассивного выведения ионов кальция из околофибрилярного пространства кардиомиоцитов концентрация ионов Ca² в цитоплазме в клетках стремительно увеличивается, а расстройства сократительной функции миокарда усугубляются.
Помимо нарушения электромеханических процессов высокое содержание внутриклеточного Ca²вызывает расстройства клеточного метаболизма. Разобщаются процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях и активируются лизосомальные кальцийзависимые протеазы и липазы. Активация кальцийзависимых фосфолипаз вызывает разрушение клеточных мембран и высвобождение из фосфолипидов арахидоновой кислоты. Грубое повреждение мембран нарушает внутриклеточный баланс про- и антиоксидантов в сторону активации процессов свободно радикального окисления, в результате чего в клетках накапливаются токсичные продукты перекисного окисления белков и липидов. Супероксидные и гидроксильные радикалы, гидроперекиси и другие соединения разрушают липиды и белки, в том числе клеточных мембран. Интенсивное окисление высвободившейся из фосфолипидов арахидоновой кислоты в клетках приводит к увеличению концентрации простагландинов, лейкотриенов и тромбоксана. В кардиомиоцитах формируется патологический пул биологически активных веществ, которые, помимо уменьшения сократительной способности миокарда, вызвают нарушения сердечного ритма - аритмии.
При ОСН в результате первичных нарушений механизмов электрогенеза и электромеханического сопряжения в клетках миокарда, вызванных расстройствами энергетического обмена, происходит задержка и накопление внутриклеточного кальция – “кальциевое отравление”, что приводит к запуску метаболических механизмов дальнейшего повреждения кардиомиоцитов.
Внеклеточные (кардиальные) механизмы. Уменьшение времени расслабления сердца увеличивает продолжительность ишемии миокарда, обусловленной пережатием просвета дистальных ветвей коронарной артерии во время систолы. Ограничение доставки кислорода к миокарду снижает интенсивность аэробных процессов в кардимиоцитах. В миокарде компенсаторно активируются анаэробные, менее эффективных процессы образования энергии, которые с одной стороны, частично восполняют энергетический дефицит, но с другой – неизбежно приводят к увеличению внутриклеточной концентрации метаболитов - эндогенных факторов повреждения (протонов и др.).
Усилению энергетического дефицита в миокарде способствуют расстройства нейрогуморальной регуляции сердца. Активация симпатико-адреналовой системы стимулирует адренергические рецепторы сердца, а также периферических артерий и вен. Это способствует тахикардии (бета-адренорецепторы), повышению систолического объема (альфа- и бета-адренорецепторы), увеличению тонуса вен и мобилизации депонированной в них крови. В физиологических условиях эти реакции обеспечивают приспособление организма к действию факторов среды. При острой сердечной недостаточности адаптивный эффект в организме не достигается. Наоборот, из-за увеличения нагрузки объемом и сопротивлением на повреждённый миокард неспособность сердца справляться с функцией насоса только усугубляется.
Внекардиальные механизмы. В ответ на расстройства системной гемодинамики при ОСН активируется гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система и в плазме крови увеличивается концентрация гормонов желез внутренней секреции (стресс-реализующие механизмы). Благодаря рефлексам с баро- и хеморецепторов главных рефлексогенных зон (в ответ на снижение артериального давления и изменение химизма крови) происходит изменение тонуса сосудов и перераспределение кровотока от так называемых нежизненно важных органов (селезенки, почек, скелетной мускулатуры, кожи, жировой ткани) к жизненно важным органам (головной мозг, сердце). В органах, не относящихся к числу привелегированных (почки, селезенка и др.), возникает ишемия и расстройства микроциркуляции. В ответ на ишемию в почках активируется ренин - ангиотензин - альдостероновая система (РААС), а в плазме крови увеличивается содержание биологически активных веществ (ангиотензина II, альдостерона и других биологически активных веществ). Реакция РААС имеет адаптивное значение и включается для поддержания безопасности системной циркуляции - оптимизации пре- и постнагрузки на сердце, сохранения объема циркулирующей крови и эффективного системного перфузионого давления.
Однако, в условиях энергодефицита, нарастающего “кальциевого отравления” и сердечной слабости все попытки организма адаптироваться к существованию в условиях патологии с помощью физиологических приспособительных реакций оказываются безуспешными, поскольку они приводят к дополнительной нагрузке на поврежденный миокард и усиливают расстройства кровообращения.
Таким образом, изменения функций, характерные для острой и хронической сердечной недостаточности различного происхождения, имеют адаптивное и, одновременно, патологическое значение, что проявляется в формировании многочисленных “порочных кругов” на различных уровнях функциональной организации - молекулярном, клеточном, органном и системном. Знание закономерностей формирования, а также взаимодействия патологических и адаптивных систем, лежащих в основе сердечной недостаточности, является своеобразным ключом к пониманию принципов коррекции нарушенных функций организма при сердечной недостаточности.