Изменение кардиодинамики и других системных показателей

Наиболее характерными изменениями со стороны сердечнососудистой системы здорового организма, возникающими в ходе сеанса ГБО, являются урежение сердечного ритма, уменьшение минутного объема сердца, снижение органного кровотока, спазм резистивных сосудов и увеличение общего периферического сосудистого сопротивления, депонирование и перераспределение крови, уменьшение количества функционирующих капилляров. Эти реакции следует рассматривать прежде всего как защитно-приспособительные, направленные на ограничение поступления кислорода в ткани и препятствующие развитию кислородной интоксикации.

Урежение сердцебиений является наиболее четкой и закономерной реакцией на ГБО. Брадикардия отмечается уже при повышении концентрации кислорода во вдыхаемой газовой смеси в условиях нормобарии. Следует отметить, что развитие брадикардии является настолько характерной физиологической реакцией организма на действие ГБО, что возникновение тахикардии в ходе сеанса дает основание говорить о начинающейся кислородной интоксикации.

He менее типичной реакцией системной гемодинамики на действие гипероксии является снижение минутного объема сердца, развивающееся как за счет брадикардии, так и за счет снижения систолического выброса сердца, а также повышение общего периферического сопротивления в связи с сосудосуживающим действием кислорода.

Следует отметить, что расширение исследований в области подводной физиологии и медицины в последние годы позволило провести ряд наблюдений на здоровых добровольцах, подвергавшихся воздействию гипербарической среды с повышенным рО2 во вдыхаемом воздухе, при имитированных или реальных глубоководных погружениях. Эти исследования в основном подтвердили выявленные ранее особенности влияния гипербарического кислорода на сердечно-сосудистую систему здорового человека, а также позволили установить ряд новых фактов. Так, было показано, что выполнение даже здоровыми людьми физической нагрузки в гипербарической среде сопровождается перенапряжением правого желудочка в связи с увеличением сопротивления сосудов малого круга кровообращения и ухудшением вентиляционно-перфузионных отношений. Поэтому есть основания полагать, что функциональные возможности кровообращения при физической нагрузке в условиях гипербарической гипероксии исчерпываются быстрее, чем в обычных условиях.

Таким образом, несмотря на то что системная гемодинамика при ГБО у здоровых людей изучалась в различных условиях (различное давление, экспозиция, разные объекты и методы исследования), по-видимому, можно говорить о закономерной стандартной реакции сердца и системной гемодинамики на оксигенацию. Главными компонентами этой реакции являются снижение производительности сердца, повышение периферического сосудистого сопротивления, депонирование крови, перераспределение кровотока.

Учитывая, что между интенсивностью обмена веществ в тканях и минутным объемом сердца существует тесная взаимосвязь и что потребность тканей в кислороде является важнейшим параметром, по которому происходит регуляция минутного объема кровообращения, становится понятной реакция гомеостатических регуляторных механизмов, направленная на поддержание постоянного уровня тканевого рО2.

При анализе генеза изменений минутного объема сердца в условиях ГБО следует учитывать, что на его величину оказывают влияние как собственно кардиальные (сократительная функция миокарда, частота сердечных сокращений), так и экс-тракардиальные гемодинамические (пред- и постнагрузка на сердце, объем циркулирующей крови) и нейрогуморальные факторы.

К сожалению, имеющиеся в настоящее время данные не позволяют со всей определенностью оценить удельный вклад каждого из указанных факторов в развитие гемодинамических сдвигов в ответ на действие кислорода под повышенным давлением. Тем не менее есть все основания полагать, что гипероксии может оказывать как прямой, так и рефлекторный (опосредованный нейрогуморальными механизмами) эффект на производительность сердца. Причем последний является главной причиной изменения деятельности сердца на начальных этапах гипероксемии, когда еще не произошло сколько-нибудь существенного повышения рО2 в миокарде и других тканях.

О депрессивном влиянии кислорода на сократительную функцию сердца известно уже с тех пор, как начали применять оксигенацию.

Снижение сократительной функции сердца при дыхании нормобарическим и гипербарическим кислородом было подтверждено во многих исследованиях, проведенных как на людях, так и на животных.

Среди концепций, выдвинутых в свое время для объяснения отрицательного инотропного действия гипероксии на сердечную мышцу, наибольшее распространение получили две, одна из которых связывает это действие с прямым угнетающим влиянием кислорода на контрактильную способность миокарда, другая — с его коронароконстрикторным эффектом.

Рассмотрение данных, на основе которых делался вывод о прямом кардиодепрессивном действии гипероксии, позволяет прийти к заключению о том, что, во-первых, прямые доказательства зтиго действии кислорода получены не были, во-вторых, выраженное угнетение сократительной функции сердца выявлялось в тех опытах, в которых были использованы заведомо токсические режимы нормобарической оксигенации или ГБО.

Что касается коронароконегрикторного эффекта кислорода, то его наличие в интактном миокарде не подвергается какому-либо сомнению. Степень снижения коронарного кровотока в зависимости от режима оксигенации, объекта исследования и ряда других факторов, определяющих реактивные свойства коронарных сосудов к кислороду, колеОлется от 10 до 38%.

Манифестация в целостьсм организме одновременно двух эффектов кислорода — кардиодепрессивного и коронароспастического — позволила некоторым исследователям выдвинуть гипотезу, согласно которой первый из этих эффектов является вторичным и зависимым от второго.

Это предположение базировалось главным образом на данных экспериментов, в которых влияние гипероксии на деятельность сердца изучалось как при интактном, так и при контролируемом коронарном кровообращении. Одной из наиболее характерных в этом отношении работ является исследование, проведенное Пелледом с соавторами. Левую огибающую коронарную артерию собак перфузировали аутокровью с постоянной скоростью. Если коронарную перфузию поддерживали на уровне, равном исходному, то на фоне 20-минутного вдыхания животными 100%-ного кислорода, при котором рО2 артериальной крови увеличивалось до 500 мм рт. ст., давление в левом желудочке и скорость его нарастания (dP/dT) возрастали. Если же но время гипероксии коронарное кровообращение не контролировали, то происходило его уменьшение с одновременным снижением показателей сократительной функции миокарда. На основании этих и аналогичных наблюдений был сделан вывод, что уменьшение сократительной функции сердца при гипероксии является следствием ограничения коронарного кровотока; прямое же действие кислорода на кардиомиоциты приводит не к падению, а, напротив, к увеличению сократимости сердечной мышцы.

Однако, как выяснилось впоследствии, вклад гипероксической коронароконстрикции в кардиодепрессивный эффект кислорода оказался значительно меньшим, чем вначале предполагалось. Об этом, в частности, убедительно свидетельствуют результаты опытов, выполненных Ишикава с сотрудниками, в которых была проведена прямая регистрация локальной сократительной функции миокарда с помощью тензодатчика. В этих опытах у собак левую переднюю нисходящую коронарную артерию перфузировали с постоянной скоростью аутокровью из бедренной артерии. При искусственной оксигенации этой крови (раО2 463 мм рт. ст.) и, следовательно, возникновении гипероксии участка сердечной мышцы, кровоснабжаемого перфузируемой артерией, сила сокращения миокарда в зоне перфузии возрастала на 11,1%. В тех случаях, когда при аналогичной гипероксии скорость перфузии была уменьшена на 20%, сила сокращения миокарда увеличивалась на 8%, т. е. практически оставалась такой же, как и до снижения коронарного кровотока. И лишь при ингаляции 100%-ного кислорода, ведущей к системной гипероксемии, отмечалось снижение силы сокращений миокарда левого желудочка на 4,1 %.

Результаты этих опытов однозначно говорят о весьма скромном участии ограничения коронарного кровообращения в происхождении отрицательного инотропного действия гипероксии, что в общем и не должно вызывать особого удивления. Ведь признание факта, что кардиодепрессивное действие гипероксии зависит от редукции коронарного кровотока, заставляет предполагать, что подобное уменьшение коронарной гемодинамики должно сопровождаться серьезными нарушениями метаболизма, отражающимися на сократительной способности миокарда. Однако нет никаких оснований для заключения о том, что в первые 20 мин умеренной гипероксии, т. е. в тот период, когда уже выявляется заметное снижение сократительной функции сердца, могут возникать какие-либо выраженные негативные сдвиги кислородного баланса или обмена веществ миокарда. По крайней мере в этот период времени в ходе сеанса нормо- или гипербарической оксигенации (не превышающей 2 ата) рО2 в ткани миокарда остается повышенным, тканевое дыхание несколько активируется, а те звенья метаболизма, которые имеют прямое отношение к функционированию сократительного аппарата кардиомиоцитов (АТФазная активность актомиозина, транспорт Ca2+), во всяком случае, не ингибируются. Отсюда понятно, что коронарогенная трактовка гипероксической депрессии сократительной функции сердца не может быть безоговорочно принята в качестве объяснения угнетающего эффекта гипероксии на деятельность сердца.

Правильнее всего будет рассматривать коронароспастическую реакцию по своей биологической направленности как способ приведения величины коронарного кровообращения с помощью ауторегуляции в соответствии с новым в условиях гипероксии уровнем метаболических потребностей миокарда.

О том, что дело обстоит именно так, свидетельствуют полученные недавно данные, демонстрирующие, что даже токсическое действие гипероксии не связано с коронароспазмом. В опытах этих авторов было показано, что пребывание кроликов в течение 72 ч в атмосфере чистого кислорода вызывает образование в миокарде некротических очагов. Это токсическое действие кислорода предупреждалось бета-блокатором каразололом, но не антагонистами Ca. Причиной является то обстоятельство, что каразолол блокирует не только β1, но и β2-адренорецепторы, стимуляция которых ведет к расширению коронарных артерий. Поскольку гладкие мышцы коронарных артерий кроликов содержат преимущественно α2-адренорецепторы через которые рряличуются коронароспастические реакции, то при введении каразолола создаются благоприятные условия для усиления альфа-адренергических влияний, что сопровождается коронароконстрикцией. Следовательно, защитное действие бета-блокатора по отношению к повреждающему миокард действию кислорода объясняется развивающейся на его фоне коронароконстрикцией, уменьшающей доставку O2 в кардиомиоциты. Таким образом, создается впечатление, что в условиях гипероксии спазм коронарных артерий есть, по существу, реакция прежде всего защитно-приспособительная, а не патологическая.

Единственное, что следует принимать во внимание, возможность неодинаковой для разных участков сердца реакции коронарных сосудов на кислород. Известно, что в норме, например в эндокарде, кровоток менее выражен, чем в эпикарде. Нельзя поэтому исключить вероятность того, что в отдельных регионах или микрорегионах миокарда степень коронароконстрикции и снижения коронарного кровотока может быть неадекватно высокой. Поэтому локальное снижение силы сокращений может также зависеть и от уменьшения местного коронарного кровообращения.

Что же в таком случае является главной причиной угнетения контрактильной активности миокарда при гипероксии? Определенный ответ на этот вопрос дают результаты экспериментов, проведенных на собаках, сонные артерии которых перфузировали кровью из бедренных артерий других собак-доноров. При ингаляции последними 100%-ного кислорода сила сокращений миокарда у собак-реципиентов уменьшалась на 6%. Нелишне также напомнить, что этими же авторами были получены данные, свидетельствующие о том, что если одну из коронарных артерий перфузировать гипероксической кровью при нормальном раО2 в общей циркуляции, то регионарная сила сокращений миокарда возрастает; если же рО2 в крови, перфузирующей коронарную артерию, повышать одновременно с увеличением раО2 в общем кровотоке, то регионарная сила сокращений миокарда снижается.

Исходя из приведенных данных, можно предположить, что наиболее вероятным механизмом уменьшения сократительной функции сердца под влиянием гипероксии служит ослабление симпатических влияний на сердце вследствие угнетения активности каротидных хеморецепторов. Последнее представление хорошо согласуется с тем, что полная фармакологическая денервация сердца, прерывающая этот рефлекс, полностью снимает отрицательный инотропный эффект гипероксии, практически не влияя на степень коронароконстрикторной реакции на кислород. Если к сказанному добавить, что гипероксия сопровождается некоторым возрастанием нейроэффекторной холинергической активности, вызванным, в частности, рефлексом с барорецепторов в связи с подъемом системного артериального давления, то в целом механизм влияния гипероксии на сократительную функцию сердца состоит в следующем. С одной стороны, кислород, влияя прямо на миокард, вызывает увеличение сократительной функции сердца; в то же время гипероксия, действуя как сигнальный фактор через хеморецепторы, вызывает определенные нейрогуморальные сдвиги, выражающиеся в ослаблении адренергических влияний на сердце и угнетении секреции катехоламинов надпочечниками. Эти изменения нейрогуморальной регуляции сердца проявляются отрицательным инотропным и хронотропным эффектами. Интегральным изменением деятельности сердца в условиях тотальной гипероксии в целостном организме будет, как правило, некоторое угнетение сократительной функции сердца. Степень угнетения может быть различной в зависимости от режима оксигенации, исходного состояния организма и реактивных свойств сердечно-сосудистой системы по отношению к гипероксии.

Как было показано в наших экспериментах, проведенных совместно с Ю.Б. Колосковым, во время часового сеанса ГБО у кроликов, несмотря на некоторое снижение развиваемого давления в левом желудочке, его способность к развитию изометрического сокращения при полной окклюзии восходящей аорты практически не уменьшается по сравнению с контролем. Главный итог этих экспериментов состоял в том, что при измерении показателей внутрисердечной гемодинамики внутри барокамеры потенциальная работоспособность миокарда, определявшаяся по отношению квадратов величин исходного и опытного (т. е. до и во время сеанса) максимально достижимого при окклюзии аорты давления в левом желудочке, была приблизительно такой же, как и у животных, находившихся в обычных условиях.

Следовательно, терапевтические дозы нормо- и гипербарическего кислорода не вызывают нарушения сократительной функции сердца, а некоторое ослабление последней есть результат реакции, опосредованной нейрогуморальными механизмами. Прямое же действие кислорода имеет своим следствием усиление контрактильной активности миокарда. Даже умеренная активация перекисного окисления липидов, имеющая место при терапевтических режимах ГБО, не оказывает отрицательного инотропного действия на сердечную мышцу. Подробнее этот эффект оксигенных радикалов на функцию сердца будет рассмотрен ниже. Прямое кардиодепрессивное действие гипероксии может быть лишь следствием токсического действия кислорода.

Что касается других, помимо сократительной функции сердца, факторов, которые могут оказать непосредственное влияние на ударный выброс, то при терапевтических режимах оксигенации организма ни нагрузка объемом, ни нагрузка давлением на левый желудочек не претерпевают каких-либо существенных изменений, которые могли бы оказать заметное воздействие на систолический объем сердца. Возможно, что периферическая вазоконстрикция и снижение систолического выброса сердца, как первичные реакции на гипербаричсский кислород, формируются независимо друг от друга, хотя в последующем трудно исключить влияние возросшего общего периферического сосудистого сопротивления и увеличения артериального давления на деятельность сердца рефлекторным путем.

Депонирование и уменьшение объема циркулирующей крови во время ГБО имеет, вероятнее всего, второстепенное значение в снижении производительности сердца под влиянием гипероксии, тем более что заметное депонирование крови наблюдается в основном при длительных экспозициях. Решающую роль в уменьшении минутного объема сердца при гипероксии, помимо ограничения сократительной функции сердца и уменьшения, вследствие этого, ударного выброса играет урежение сердечного ритма. В генезе гипероксической брадикардии принимают участие как ослабление симпатоадреналовых влияний на сердце, так и возрастание нейроэффекторной холинергической активности, вызванной возбуждением барорецепторов и снижением активности хеморецепторов.

Таким образом, важнейшей реакцией сердечно-сосудистой системы здорового организма на терапевтический режим ГБО является снижение минутного объема кровообращения, развивающегося прежде всего вследствие уменьшения ударного выброса сердца и брадикардии. В уменьшении систолического выброса сердца, в свою очередь, важнейшую роль играет опосредованное нейрогуморальными механизмами ограничение сократительной функции сердечной мышцы.

Важно подчеркнуть, что потенциальная работоспособность здорового миокарда в период гипероксигенации организма (терапевтические дозы ГБО) отнюдь не угнетается. Снижение сократительной и насосной функции сердца, направленное в конечном итоге на уменьшение минутного объема кровообращения, является одной из форм приспособления его деятельности к условиям гипероксии. Эта адаптация достигается воздействием кислорода как сигнального фактора на нейрогуморальные механизмы регуляции, ограничивающие работу сердца. При этом рефлекторный эффект кислорода, сопровождающийся депрессией сократительной активности миокарда, как правило, преобладает над прямым положительным действием гипероксии на кардиомиоциты. Адаптивная направленность подобной физиологической гипофункции сердца в условиях гипероксии представляется очевидной, поскольку позволяет предупредить чрезмерное повышение в тканях уровня рО2. Гипофункциональное состояние сердца при гипероксии, по существу, отражает переход его на новый, более экономный режим работы, соответствующий новому уровню кис-лородообеспечения как всего организма, так и самого сердца.

К сказанному следует добавить, что, хотя изложенные выше механизмы действия гипероксии на функцию здорового сердца имеют отношение к терапевтическим дозам нормо- и гипербарического кислорода, есть основания полагать, что характерные для гипероксии изменения кровообращения будут сохраняться и в условиях патологии. Это может служить одним из показаний для использования ГБО там, где экономия энергообеспечения деятельности сердца и ослабление его гиперфункции могут оказывать выраженный терапевтический эффект.

Применительно к рассмотренному механизму влияния гипероксии на системную гемодинамику важно подчеркнуть, что он проявляет свое действие в тот период времени, когда имеет место избыточное насыщение организма кислородом. После окончания сеанса ГБО системные показатели кровообращения или быстро возвращаются к тому уровню, на котором они находились до начала сеанса, если режим был терапевтическим, или наблюдаются те или иные нарушения кардиогемодинамики в случае токсического действия кислорода.

Однако, несмотря на адаптивные реакции системной и коронарной гемодинамики, при используемых в экспериментальной и клинической практике режимах ГБО происходит возрастание напряжения кислорода в сердечной мышце. Прямое действие гипероксии на миокард неизбежно сопряжено с серьезным вмешательством в кислородзависимые метаболические (и прежде всего свободнорадикальные) процессы, без достаточно полного представления о которых нельзя понять природу изменений, возникающих в сердечно-сосудистой системе не только во время, но и после окончания гипероксического воздействия. От характера изменений этих процессов будет во многом зависеть интегральная реакция сердечно-сосудистой системы на одно- или многократную гипероксигенацию организма, а именно: пойдет ли эта реакция по пути адаптивных перестроек обмена и функции сердца или произойдет срыв адаптации миокарда к кислороду, сопровождающийся глубокими нарушениями его метаболизма и функции. Отсюда становится понятной весьма высокая информативность данных, характеризующих состояние кислородзависимых процессов в миокарде, для оценки функциональной активности сердца при действии ГБО и прогнозирования изменений деятельности сердечно-сосудистой системы при однократных и многократных гипероксических воздействиях.