Стадии развития синдрома сердечной недостаточности

Стадии сердечной недостаточности При развитии сердечной недостаточности выделяют три стадии (Ф.3.Меерсон).

1. Аварийная стадия, неустойчивая стадия компенсации Кратковременное напряжение сократительной функции сердца, имеющие цель поддержать системное кровообращение в пределах физиологических значений, за счет мобилизации всех резервов миокарда. Для этой стадии характерна — гиперфункция сердца.

При этом повышенная работа (A) приходится на прежнюю площадь миокарда (S), что приводит к повышению соотношения работа/площадь миокарда и A _{удельная работа} становится > 1. В физиологических условиях этот показатель А_{удельная работа} в пределах ~1.

Характерной особенностью этой стадии является интенсивный расход энергетических запасов и преобладание процессов потребления АТФ над синтезом.

Так как сердце не имеет запасов субстратов, основными источниками энергообеспечения миокарда в физиологических условиях являются:

• 1. свободные жирные кислоты (60−70%), поступающие из печени, жировых депо.
• 2. недоокисленные продукты обмена, выделяемые клетками других органов: молочная кислота и кетоновые тела. Такая нетребовательность к «еде» повышает надежность работы сердца.

При этом образуется 80−90% всего АТФ, потребляемого сердечной мышцей. Этот путь при достаточном количестве кислорода является более выгодным. При полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты образуется 134, а стеариновой — 147 молекул АТФ, при аэробном окислении одной молекулы глюкозы образуются 32 молекулы АТФ. Запас макроэргических соединений в миокарде практически отсутствует (его достаточно лишь на 5−10 сокращений сердца), следовательно, их образование полностью зависит от поступления субстратов и кислорода с коронарным кровотоком.

Сердце выполняет функцию насоса круглосуточно, при постоянно меняющихся нагрузках и особенностях коронарного кровотока. Максимально высокий кровоток в коронарных сосудах представлен во время диастолы, в систолу кровоток практически отсутствует. Общее количество циркулирующей через сердечную мышцу крови невелико по отношению к объему совершаемой работы. Но извлечение кислорода из оксигемоглобина оказывается максимально высоким по сравнению с другими тканями. Сердце имеет массу всего 0,5% массы тела (300−400г) и получает 5% всего кровотока, при этом потребляя 10% всего кислорода, используемого организмом. Такое высокое потребление кислорода происходит потому, что сердце даже в покое использует 60−75% кислорода, поступающего с кровью, и, следовательно, показатель (КУК — коэффициент утилизации кислорода) не может увеличиваться при нагрузке. Для сравнения: другие ткани забирают лишь 40−45% кислорода крови в покое и 60−70% при нагрузке. Таким образом, сердце потребляет большие объемы кислорода и «выжимает» из артериальной крови максимум. Этому способствует необычайно высокое содержание митохондрий в кардиомиоцитах, которые занимают до 35% от объема цитоплазмы. Коэффициент безопасности для миокарда всего 1 — «степень уменьшения кровотока или степень повышения потребности в кислороде, которая может быть компенсирована увеличением экстракции кислорода». Для сравнения в других тканях эта величина — 3. Таким образом, самое «слабое звено» функционирования миокарда — высокая зависимость от доставки кислорода.

В аварийную стадию происходит субстратная перестройка и основным метаболитом для энергообеспечения становится глюкоза. Для интенсивно работающего сердца глюкоза в энергетическом плане более выгодный продукт, так как при окислении одной молекулы глюкозы расходуется меньше кислорода, чем при окислении одной молекулы свободных жирных кислот. Кроме того, в условиях дефицита энергии, расходуемой преимущественно на процесс сокращения, в миокардиоцитах нарушается поступление жирных кислот в митохондрии из-за ограничения образования ацилкарнитина — переносчика длинноцепочечных жирных кислот, синтез которого энергетически зависим.

В условиях гиперфункции сердца увеличивается коронарный кровоток. Наиболее мощным регулятором коронарного кровотока является напряжение кислорода в крови: расширение коронарных сосудов проявляется при снижении содержания кислорода в крови на 5%. Взаимосвязь между потреблением кислорода и уровнем кровотока осуществляется через метаболические механизмы. При нагрузке увеличивается концентрация ионов калия, водородных ионов, молочной кислоты, двуокиси углерода, появляются вазоактивные вещества (гистамин, кинины, простагландины группы Е), что ведет к расширению сосудов и увеличению кровотока в миокарде. Ацетилхолин через М-холинорецепторы, адреналин и норадреналин через в-адренорецепторы расширяют коронарные артерии. Выраженными вазодилятаторными свойствами обладает аденозин, образующийся при деградации макроэргических соединений (АМФ).На эндотелии коронарных сосудов представлены рецепторы для аденозина, блокирующего захват Са²⁺ гладкими мышцами. С другой стороны, метаболизм аденозина — превращение аденозина в инозин, далее в гипоксантин > ксантин > мочевая кислота приводит к образованию активных форм кислорода и активации свободнорадикального окисления, что ведет к негативным последствиям. Эндогенным вазодилататором является оксид азота, синтезируемый в эндотелиальных клетках сосудов и миокарде. В физиологических условиях в миокарде оксид азота синтезируется в низких концентрациях и выполняет кардиопротективное действие: способствует ослаблению апоптоза и адренергических влияний на миокард. При снижении доставки кислорода в миокард синтез оксида азота возрастает.

Энергетические потоки в физиологических условиях в сердце распределены следующим образом: 70% - используется на сократительную функцию; 20% - на работу ионных каналов (на перемещение ионов Ca²⁺ — 15%, Na⁺/K⁺ — 5% против градиента концентрации) и 10% - на структурный синтез. В условиях гиперфункции сердца энергетические потоки переключаются на обеспечение сократительной функции миокарда с ограничением энергообеспечения работы ионных каналов и структурного синтеза.

В аварийную стадию включается ряд компенсаторных механизмов — интракардиальных и экстракардиальных, которые могут поддерживать сократительную функцию миокарда и обеспечивать минутный объем кровообращения (МОК) на уровне, соответствующем потребностям организма.

Если компенсаторные механизмы сработали адекватно, то происходит переход в следующую стадию сердечной недостаточности — стадию устойчивой компенсации.

2. Стадия устойчивой компенсации (стадия патологической гипертрофии) Мышечная нагрузка приводит к усилению синтеза сократительных белков миокарда и появлению гипертрофии — утолщению стенок сердца и увеличению его размеров (внутриклеточные механизмы). Повышение функции сердца в условиях перегрузки миокарда давлением или объемом связаны с активацией миокардиальных (локальных) нейрогормональных систем. Существует миокардиальная ренин-ангиотензиновая система (РАС). Основным действующим компонентом РАС является ангиотензин II (АТ II), который образуется из ангиотензина I при участии ангиотензин-превращающего фермента (АПФ). АТ II миокардиальной РАС оказывает как прямое пролиферативное действие на кардиомиоциты и гладкомышечные клетки сосудов, вызывая их гипертрофию, так и опосредованное действие — путем стимуляции или потенцирования действия факторов роста. Эндотелин — вазоконстрикторный пептид, синтезируется в сосудах и миокарде разными клетками: эндотелиоциты сосудов, миоциты желудочков сердца, фибробласты. Усиление экспрессии эндотелина способствует ремоделированию миокарда, вызывает гипертрофию миоцитов и изменения в экстрацеллюлярном матриксе в виде увеличения фиброза.

В ответ на эти факторы активизируется генетический аппарат мышечных и соединительно-тканных клеток (c-myc, c-fos), увеличивается синтез ДНК и РНК, числа рибосом, усиливается синтез белков, что ведет к быстрому увеличению объема мышечного волокна, его внутриклеточной гиперплазии и гипертрофии. Развитие гипертрофии миокарда приводит к увеличению площади поперечного сечения миокарда, при этом показатель, А _{удельная работа} вновь возвращается к нормальным величинам (в пределах ~1).

Таким образом, сердечная мышца, как и любая другая, при повышении нагрузки увеличивается в размерах или гипертрофируется. Гипертрофия — компенсаторно-приспособительное увеличение массы органа за счет возрастание массы каждой его структурной единицы, сопровождающееся усилением функции. Гипертрофия имеет приобретенный характер и является обратимым процессом. В этой стадии масса миокарда увеличивается на 100 — 120% и больше не прибавляется, что позволяет сердцу адекватно выполнять свою функцию.

В миокарде новообразования клеток не происходит и в основе гипертрофии лежит усиление анаболических процессов и гиперплазия клеточных органелл (внутриклеточная гиперплазия), отражающая структурное обеспечение повышенной функции клеток. В эту стадию патологические изменения в обмене и структуре миокарда не выявляются, потребление кислорода, образование энергетических соединений не отличаются от нормы. Нормализуются гемодинамические нарушения. Гипертрофированное сердце приспособилось к новым условиям нагрузки и в течение длительного времени компенсирует их. Сроки устойчивости миокарда зависят от этиологического фактора, лечения и образа жизни.

Гипертрофия миокарда может быть реализована по концентрическому или эксцентрическому типу. Увеличение напряжения миокарда во время систолы при перегрузке сопротивлением является основным фактором, стимулирующим развитие концентрической гипертрофии миокарда — утолщению мышечной стенки без расширения полости желудочка.

При перегрузке объемом во время диастолы развивается эксцентрическая гипертрофия, при которой утолщение стенки сопровождается расширением полости органа и сохранением его функции. Это явление носит название тоногенная дилятация, подразумевая в данном случае под этим термином как степень растяжения мускулатуры сердца, так и степень сокращения к концу диастолы.

В условиях достигнутого предела функциональных нагрузок, гиперплазия и гиперфункция компенсирующих структур относительно стабилизируются по степени, что соответствует стадии устойчивой компенсации.

В клинике структурные изменения желудочков, характеризующиеся гипертрофией, дилатацией, увеличением массы миокарда, изменением геометрии и формы левого желудочка называют ремоделированием миокарда. Термин «ремоделирование сердца» был предложен N. Sharp в конце 70-х годов прошлого века.

3. Стадия истощения и прогрессирующего кардиосклероза.

В результате гипертрофии миокарда возникает относительная недостаточность его кровоснабжения, когда количество капилляров не соответствует возросшей массе миокарда. В то же время, чрезмерная гипертрофия миокарда и воздействие на него повышенного количества катехоламинов сопровождается увеличением потребности миокарда в кислороде.

Стадия истощения характеризуется глубокими нарушениями обмена веществ, что проявляется в нарушении энергообразования и, как следствие, сократительной функции миокарда. В результате дефицита кислорода в кардиомиоцитах происходит накопление промежуточных продуктов обмена СЖК — ацилкарнитина, ацил-КоА, НАД· Н, угнетается пируватдегидрогеназа, соответственно устраняется возможность утилизации пирувата, в результате чего он практически полностью превращается в лактат. Лактат накапливается в клетке вместе с ионами Н⁺, что приводит к снижению внутриклеточного рН и развитию внутриклеточного ацидоза. Промежуточные продукты обмена СЖК угнетают адениннуклеотидтранслоказу митохондрий и затрудняют перенос макроэргических фосфатов через их мембрану, что нарушается процесс образования энергии в миокарде.

Формирующийся тканевый лактатацидоз вызывает разобщение окислительного фосфорилирования, перегрузку кардиомиоцитов ионами кальция, который активирует фосфолипазу А2 с последующим инициированием процессов перекисного окисления липидов и повреждением мембранных структур.

Происходит интенсивная деградация макроэргических соединений. Нуклеотиды в клетках подвергаются метаболизму с образованием аденозина. Аденозин превращается в инозин и далее путем фосфорилирования в гипоксантин. В норме гипоксантин при участии ксантиндегидрогеназы метаболизируется в ксантин, а затем образуется мочевая кислота. При дефиците кислорода ксантиндегидрогеназа функционирует как ксантиноксидаза, которая приводит к образованию активных форм кислорода и активации свободнорадикального окисления.

Начинают преобладать отрицательные биологические эффекты механизмов, которые ранее способствовали компенсации, формируются так называемые «порочные круги». Под влиянием ангиотензина II стимулируется рост фибробластов, повышается содержание коллагена. Это способствует замене функциональной ткани миокарда соединительной тканью, количественному снижению и уплотнению мембраны капилляров, нарушению диффузии кислорода, развитию ишемии миокарда и активации апоптоза. В результате активации апоптоза снижается количество жизнеспособных кардиомиоцитов, что приводит к прогрессированию сердечной недостаточности. Повышенная нагрузка неравномерно распределяется между различными группами мышечных волокон: более интенсивно функционирующие волокна быстрее выходят из строя, гибнут и замещаются соединительной тканью (кардиосклероз), а оставшиеся принимают на себя все более повышенную нагрузку. Соединительная ткань сдавливает кардиомиоциты, что приводит к изменению механических свойств сердца, еще большему ухудшению диффузии, углублению обменных нарушений. Считается, что при замене соединительной тканью 20—30% массы сердца его нормальная работа невозможна.

В основе нарушения сократительной функции сердца лежит несбалансированность роста:

на уровне органа: увеличение массы сердца опережает рост иннервирующих его аксонов симпатических нейронов. В результате концентрация норадреналина в миокарде падает, что приводит к снижению инотропного и расслабляющего эффекта.

на уровне тканей: рост артериол и капилляров отстает от увеличения размеров мышечных клеток, что приводит к локальной гипоксии и ишемии, снижению коронарного резерва.

на уровне клетки: масса клетки увеличивается в большей степени, чем ее поверхность, покрытая сарколемной мембраной. В результате этого снижается мощность локализованных в мембране K-Na, Na-Ca насосов, что резко нарушает систему ионного транспорта, а, следовательно, и нормальное сопряжение электрического возбуждения с сокращением и расслаблением сердечной мышцы.

на уровне органелл: при значительном увеличении массы миофибрилл, недостаточно митохондрий, что приводит к снижению энергообеспечения гипертрофированного сердца.

на уровне молекул: увеличения соотношения между легкими и тяжелыми цепями в головках молекул миозина (тяжелые цепи — носители АТФ-азной активности), что приводит к снижению скорости сокращения сердечной мышцы.

Итак, гипертрофия сердца в конечном итоге приводит к декомпенсации:

Умеренная компенсаторная тоногенная дилатация сердца постепенно переходит в резко выраженную миогенную дилатацию с развитием систолической дисфункции миокарда, которая характеризуется уменьшением ударного и минутного объема крови, снижении фракции выброса.

Миогенная дилатация сердца сопровождается увеличением остающейся во время систолы в полостях сердца крови и переполнением вен. Повышенное давление крови в полостях правого предсердия и отверстиях полых вен прямым действием на синусно-предсердный узел и рефлекторно (рефлекс Бейнбриджа) вызывает тахикардию, которая усугубляет обменные нарушения в миокарде. Поэтому расширение полостей сердца и тахикардия служат грозными симптомами начинающейся декомпенсации.

Повышенная нагрузка неравномерно распределяется между различными группами мышечных волокон: более интенсивно функционирующие волокна быстрее выходят из строя, гибнут и замещаются соединительной тканью (кардиосклероз), а оставшиеся принимают на себя все более повышенную нагрузку. Соединительная ткань сдавливает кардиомиоциты, что приводит к изменению механических свойств сердца, еще большему ухудшению диффузии, углублению обменных нарушений. Считается, что при замене соединительной тканью 20—30% массы сердца его нормальная работа невозможна.