Механізми формування жорсткості артерій та її змін під впливом віку і захворювань

Для пояснення поняття жорсткості артерій розглянемо спочатку модель артеріального дерева, запропоновану Windkessel. Згідно з його теорією, робота артерій еластичного типу схожа на роботу пожежного шланга. При роботі пожежного насоса вода з водойми (резервуару) надходить у спеціальну додаткову ємність під назвою «подушка». У цій ємності вода зберігається і, в разі необхідності, під впливом гідростатичного тиску безперебійно надходить у пожежний шланг. Тобто, насос працює з визначеною періодичністю, але вода у пожежному шлангу є постійно завдяки «подушці». Так відбувається і при роботі серця. Серце викидає кров періодично. Але при кожному викиді крові великі еластині судини розширюються і стають додатковим резервуаром — «подушкою». Коли аортальний клапан закривається, розтягнуті стінки еластичних судин починають повертатися у попереднє положення (спадатися), що забезпечує надходження крові з «подушки» на периферію у діастолу. Безперебійний потік крові і визначає рівень ДАТ. Таким чином, при дискретній роботі серця кров прямує тільки в одному напрямку — від серця до периферійних судин. При зниженні еластичних властивостей проксимальних артерій уся кров, що викидається серцем, надходить в артеріальне русло, а не в «подушку», збільшуючи при цьому САТ та зменшуючи ДАТ (менше крові зберігається у «подушці», менше надходить у діастолу на периферію). Чим еластичнішими будуть проксимальні артерії, тим меншим буде рівень САТ, і навпаки.

Еластичні властивості артерій різного калібру залежать від низки факторів. У першу чергу — від структури артерії. Виділяють три оболонки артерій — інтима, що представлена ендотелієм та внутрішньою пластинкою, медіа, що представлена гладеньком’язовими клітинами та екстрацелюлярним матриксом, та адвентиція, що представлена сполучною тканиною та зовнішньою еластичною пластинкою. Проксимальні артерії та периферійні артерії мають різне ембріологічне походження: абдомінальна аорта та артерії меншого калібру з гладеньком’язовими клітинами — мезодермального походження, а дуга аорти та грудна аорта — ектодермального походження (з нейронального гребня). Гладеньком’язові клітини ектодермального походження беруть участь у формуванні та організації роботи еластичної пластинки та тензіо-рецепторів у великих судинах, у той час як гладеньком’язові клітини мезодермального походження виконують свою основну функцію — скорочення. У великих артеріях (аорта та її основні гілки) еластичні властивості обумовлені співвідношенням вмісту колаген-еластин. Кількість та характеристики колагену генетично детерміновані та залишаються стабільними протягом життя. Співвідношення колагену типів І та ІІІ залежить від калібру артерії та відіграє значну роль у формуванні жорсткості стінки судин. Деякі нейрогуморальні фактори, такі як ангіотензин ІІ та альдостерон, можуть модулювати колагенову масу. Окрім того, колаген (кількісно та якісно) може модифікуватися під впливом хімічних факторів (розпад, глюкозування, зв’язування), що призводить до значних змін жорсткості артерій [4, 9, 11, 12, 47, 103]. У центральних артеріях велика кількість колагену міститься в адвентиції, що зумовлює механічні властивості артерій. Зміни ригідності артерій та швидкості проходження відбитої хвилі спричиняють підвищення ПАТ у грудній аорті, що своєю чергою призводить до фрагментації, розриву еластину та формування кальцифікації, особливо це виражено у людей похилого віку.

Стан екстрацелюлярного матриксу теж впливає на механічні властивості артеріальної стінки. В експериментальних роботах показано, що в артеріях різного калібру деякі субстанції екстрацелюлярного мартриксу відрізняються за своїм ізотипом. Зміни в міжклітинному матриксі призводять до так званого ізобаричного підвищення жорсткості артерій. Встановлено, що ці зміни можуть відбуватися під впливом альдостерону [10, 103]. Гладеньком’язові клітини, як уже зазначалося, мають різне походження в артеріях різного калібру. Окрім того, існує кілька їх фенотипів, що дозволяють гладеньком’язовим клітинам виконувати не тільки функцію скорочення, а й проліферативну та апоптичну. Яким буде фенотип у конкретному випадку, залежить від віку, місця та наявності додаткових (патологічних) станів [10, 60, 111]. Функція скорочення більш притаманна гладеньком’язовим клітинам у дистальних артеріях. Тонус гладеньком’язових клітин може змінюватися як прямо, так і під впливом ендотеліальних клітин. Ендотелій вивільняє субстанції, у тому числі оксид азоту, які впливають на клітини медіа. Оксид азоту — це головний вазодилататор, який впливає на великі артерії більше, ніж на малі. Але регулюючи тонус периферійних судин, оксид азоту може змінювати місце відбивання пульсової хвилі.

З віком у стінках судин проходять зміни, що характеризуються потовщенням інтими та збільшенням діаметра. Так, товщина комплексу інтима-медіа збільшується у 2−3 рази при збільшенні віку з 20 до 90 років. За даними досліджень, збільшення товщини комплексу інтима-медіа є предиктором виникнення ІХС та інсульту [1, 103, 126]. В основі змін товщини стінки лежить дисфункція ендотелію, яка спричиняє активацію процесів клітинної міграції, клітинного росту та продукцію і деградацію міжклітинної речовини, що призводить до потовщення інтими — еутрофічного ремоделювання або внутрішньої гіпертрофії [26, 41]. У подальшому спостерігаються гіпертрофія гладеньком’язових клітин, фіброз та дилатація артерії - зовнішня гіпертрофія. Він відбувається як при старінні організму, так і при АГ. Але при АГ ці зміни більш виражені і з’являються у більш ранньому віці (іншими словами починається більш раннє та більш виражене старіння судин). Вони виявляються ще на доклінічних етапах захворювання і саме вони є предикторами клінічної маніфестації. Деякі дослідники вважають, що зміни в судинах при старінні є субклінічною формою серцево-судинного захворювання — атеросклерозу або АГ [4, 43, 90, 98, 104]. Хоча більшість авторів все ж таки погоджуються з тим, що процеси старіння судин та захворювання судин є партнерами, які впливають один на одного. Зміни образу життя та фармакотерапія можуть сповільнити прогресування субклінічних проявів і перехід до етапу клінічно вираженого захворювання. З віком людина починає менше рухатися, що призводить до збільшення жорсткості артерій (збільшуються ПАТ і ШППХ) та прогресування дисфункції ендотелію [31, 60, 98, 102, 125]. Якщо підвищити фізичну активність, спостерігається зворотний процес. Окрім того, відомо, що збільшення споживання солі пов’язано із погіршенням параметрів, що характеризують жорсткість артерій [73]. Призначення певних ліків може позитивно впливати на пружно-еластичні властивості артерій [127]. Але поки що невідомо, чи дійсно вони запобігають достроковому старінню судин.

Окрім структури стінки судин, їх еластичність також залежить від тиску розтягування, що в основному визначається середнім АТ [71]. Чим вищим є середній АТ, тим більше розтягнуті артерії, і тим менша в них можливість розтягуватися ще більше під час серцевого викиду. Серцевий викид крові ініціює пульсову хвилю, що поширюється на периферію. У місці, де опір найбільший, а це частіше в артеріолах, пульсова хвиля відбивається і починає рухатися в зворотному напрямку до серця, зустрічається з прямою хвилею. Сумація двох хвиль прямої та зворотної складає форму результуючої хвилі. Еластичність артерій та умови відбивання пульсової хвилі (час поширення в прямому та зворотному напрямках) обумовлюють форму результуючої пульсової хвилі. Чим більший час та еластичність судин, тим пізніше пряма та зворотна хвиля зустрічаються. У молодих осіб ця зустріч відбувається в діастолу і САТ визначається лише серцевим викидом. Коли ж пульсова хвиля повертається раніше — в систолу (в людей похилого віку та при захворюваннях) — відбувається сумація хвиль (амплітуда результуючої пульсової кривої збільшується), і САТ, обумовлений серцевим викидом, додатково збільшується завдяки цій сумації. При цьому, на серце буде припадати додаткове навантаження через таке збільшення рівня САТ.