Особенности коронарного кровообращения: разбор

Сердце весит около 300 граммов, но забирает себе примерно 5% всего сердечного выброса в покое и в десятки раз больше при нагрузке. Особенности коронарного кровообращения сводятся к одному парадоксу: насос, который гонит кровь по всему телу, сам кровоснабжается хуже всего именно в тот момент, когда работает сильнее всего. Разобраться в этом проще, если держать в голове четыре опоры: фазность кровотока, высокую экстракцию кислорода, коронарный резерв и местную ауторегуляцию. Ниже собран короткий конструктор, который превратит вашу формулировку из учебника в готовый разбор с фазами и цифрами.

Почему сердце питается в диастолу

Главная особенность коронарного кровотока в том, что он совершается преимущественно в диастолу, а не в систолу, как у всех остальных органов. Во время систолы миокард сокращается и сдавливает интрамуральные (проходящие в толще стенки) сосуды. Внутримиокардиальное давление в субэндокардиальных слоях левого желудочка в систолу достигает значений, сравнимых с систолическим давлением в полости, поэтому кровоток по ветвям левой коронарной артерии в этот момент почти останавливается, а в субэндокарде может становиться обратным.

Рассчитать для своей задачи

Когда желудочек расслабляется, сдавление снимается, и основная порция крови проходит к миокарду. Поэтому укорочение диастолы критично: при тахикардии диастола сокращается сильнее систолы, и время перфузии падает. Это объясняет, почему именно тахикардия провоцирует ишемию у пациентов с суженными артериями. Перфузионное давление коронарного русла оценивают как разницу между диастолическим давлением в аорте и давлением в левом желудочке (фактически близким к конечно-диастолическому):

$P_{перф} \approx P_{диаст.аорта} - P_{кдд.лж}$

Важная оговорка: правый желудочек тоньше и развивает меньшее давление, поэтому правая коронарная артерия снабжает его и в систолу, и в диастолу. Фазная зависимость в первую очередь касается левого желудочка и особенно его субэндокарда.

Высокая экстракция кислорода и её следствие

Вторая особенность связана с тем, как миокард забирает кислород из крови. В покое сердце извлекает из притекающей крови около 70-75% кислорода, тогда как большинство тканей довольствуется 25-30%. Артериовенозная разница по кислороду на коронарном русле максимальна в организме, и подробнее этот показатель разобран в материале про артериовенозную разницу по кислороду.

Следствие принципиальное: резерва по экстракции у сердца почти нет. Если другая ткань при нагрузке может просто извлекать больше кислорода из той же крови, миокард так не умеет. Единственный путь повысить доставку кислорода работающему сердцу - это увеличить сам кровоток. Поэтому при физической работе коронарный кровоток должен расти почти пропорционально потреблению кислорода миокардом.

Доставку кислорода удобно записать как произведение кровотока на содержание кислорода в артериальной крови, а потребление - через кровоток и артериовенозную разницу:

$VO_2 = Q \cdot (C_a - C_v)$

Поскольку артериовенозная разница уже близка к максимуму, увеличить левую часть можно почти исключительно через рост $Q$. Эта формула объясняет, почему любое препятствие кровотоку (стеноз, спазм, короткая диастола) у сердца сразу переходит в дефицит кислорода - буфера в виде неиспользованного кислорода крови практически нет.

Коронарный резерв: во сколько раз кровоток может вырасти

Коронарный резерв - это отношение максимально достижимого коронарного кровотока к кровотоку в покое. В норме он составляет примерно 4-5: при максимальной нагрузке или фармакологической вазодилатации кровоток способен вырасти в 4-5 раз относительно базового уровня.

$КР = \frac{Q_{макс}}{Q_{покой}}$

Резерв обеспечивается главным образом расширением артериол сопротивления. Когда часть резерва уже потрачена на компенсацию стеноза в покое, при нагрузке расширяться становится нечему - так возникает стенокардия напряжения. Оценка коронарного резерва лежит в основе функциональных проб и таких показателей, как фракционный резерв кровотока. Запоминается логика просто: чем больше резерва уже израсходовано в покое, тем меньше его остаётся на работу.

Ауторегуляция: кровоток держится постоянным

Коронарный кровоток поддерживается относительно стабильным в широком диапазоне перфузионного давления - примерно от 60 до 140 мм рт. ст. Это ауторегуляция: при падении давления артериолы расширяются, при росте - сужаются, удерживая доставку кислорода под текущую потребность.

Главный регулятор здесь - местный метаболизм, а не нервная система. При работе миокарда накапливаются аденозин, ионы водорода, углекислый газ, снижается напряжение кислорода - всё это расширяет коронарные артериолы. Ключевую роль отводят аденозину: он образуется при распаде АТФ, то есть прямо отражает уровень энергозатрат клетки, и работает как сигнал нехватки кислорода. Такое соответствие кровотока метаболическим запросам называют метаболической гиперемией - кровоток подстраивается под потребность почти мгновенно.

Эндотелий добавляет свой вклад: при росте скорости кровотока он выделяет оксид азота, который тоже расширяет сосуды и сглаживает регуляцию. Симпатические влияния тоже есть, но их прямой сосудосуживающий эффект на коронары обычно перекрывается метаболической вазодилатацией от усилившейся работы сердца - в итоге нагрузка почти всегда даёт расширение, а не сужение коронаров. Параллельно частоту и силу сокращений настраивает гуморальная регуляция работы сердца, и эти контуры работают согласованно.

Анатомия: зоны кровоснабжения и тип кровообращения

Кровь поступает к сердцу по двум коронарным артериям, отходящим от корня аорты сразу за аортальным клапаном. Левая коронарная артерия быстро делится на переднюю межжелудочковую и огибающую ветви и снабжает большую часть левого желудочка и межжелудочковой перегородки. Правая коронарная артерия идёт по правой стороне и обычно снабжает правый желудочек и нижнюю стенку.

Рассчитать для своей задачи

Тип коронарного кровообращения определяют по тому, какая артерия отдаёт заднюю межжелудочковую ветвь и питает заднюю стенку с узлами проводящей системы. У большинства людей встречается правый тип (доминирует правая артерия), реже - левый или сбалансированный. Это не абстракция: именно тип кровообращения определяет, какой участок миокарда пострадает при закупорке конкретной артерии. Сами коронарные артерии работают как функционально концевые: анастомозы между их бассейнами в норме развиты слабо, поэтому при острой окклюзии соседняя артерия не успевает взять зону на себя.

Венозный отток и его особенность

Отток венозной крови от миокарда тоже устроен необычно. Большая часть венозной крови собирается в коронарный синус, открывающийся в правое предсердие. Но часть крови возвращается в полости сердца напрямую через мелкие вены (Тебезиевы вены), в том числе в левые отделы. Эта примесь венозной крови в левом сердце создаёт небольшой физиологический шунт и слегка снижает насыщение артериальной крови кислородом - один из немногих примеров нормального право-левого сброса. Согласованность работы насоса при этом обеспечивает собственный ритмоводитель, разобранный в статье про автоматию сердца и проводящую систему.

Частые ошибки

• Считают, что сердце кровоснабжается в систолу, как все органы. Наоборот: основной приток к левому желудочку идёт в диастолу, систола сдавливает сосуды.
• Путают перфузионное давление с артериальным. Для коронаров важна разница между диастолическим давлением в аорте и давлением в левом желудочке, а не систолическое давление.
• Думают, что при нагрузке сердце берёт больше кислорода из крови. Экстракция и так около 70-75% в покое, повысить доставку можно почти только ростом кровотока.
• Забывают про субэндокард. Именно внутренние слои левого желудочка страдают первыми, потому что там систолическое сдавление максимально.
• Считают анастомозы надёжной подстраховкой. В норме они развиты слабо, и при острой окклюзии зона остаётся без замены.

FAQ

Почему коронарный кровоток в основном диастолический? В систолу сокращающийся миокард сдавливает сосуды в своей толще, особенно в субэндокарде левого желудочка, и приток почти прекращается. В диастолу мышца расслабляется, сдавление снимается, и проходит основная порция крови. Поэтому при тахикардии с короткой диастолой перфузия страдает первой.

Что такое коронарный резерв и каким он бывает? Это во сколько раз кровоток может вырасти от уровня покоя до максимума, в норме примерно в 4-5 раз. Резерв обеспечивает расширение артериол. Если часть резерва уже ушла на компенсацию стеноза в покое, при нагрузке возникает ишемия.

Чем правый тип кровообращения отличается от левого? Тип определяют по тому, какая артерия питает заднюю стенку и заднюю межжелудочковую борозду. При правом типе (он у большинства) доминирует правая коронарная артерия, при левом - огибающая ветвь левой. От типа зависит, какой участок миокарда пострадает при закупорке конкретной артерии.

Коротко

Особенности коронарного кровообращения держатся на четырёх опорах: приток идёт преимущественно в диастолу, потому что систола сдавливает интрамуральные сосуды; экстракция кислорода у миокарда максимальна и почти без запаса, поэтому при нагрузке выручает только рост кровотока; коронарный резерв позволяет увеличить кровоток в 4-5 раз и тратится на компенсацию стенозов; местный метаболизм через ауторегуляцию удерживает доставку под текущую потребность. Анатомически кровь идёт по двум артериям с правым, левым или сбалансированным типом, а слабые анастомозы делают артерии функционально концевыми.