Человеческое сердце представляет собой биологический насос, производительность которого в среднем за сутки составляет до 10 тысяч литров перекачиваемой в организм крови. Зная средний показатель числа сокращений сердечной мышцы или так называемого пульса у здорового человека — 70 ударов в минуту, несложно посчитать, что количество ударов за сутки составляет порядка 100 тысяч раз. Сокращаясь каждый раз, сердце выталкивает в аорту кровь насыщенную кислородом для дальнейшего поступления во все остальные кровеносные сосуды тела.
Примерно 5% объем этой крови проходит через две коронарные артерии с последующим разветвлением на сеть мелких сосудов для обеспечивая жизненно важными элементами, включая кислород, клетки сердечной мышцы. Оказывается, что организм имеет запасные пути поступления крови в клетки сердца в случае затруднения кровотока через коронарные пути. Такие резервные кровеносные пути имеют название коллатерали, активизирующиеся в случае возникновения недостаточного поступления крови через коронарные пути.
- Причина образования коллатералей
- Процедура возникновения коллатералей
- Рост коллатералей при физических упражнениях
- Белковая, генная и терапия стволовыми клетками для активации роста коллатералей
- Перспективная методика стимулирующая рост коллатералий
Причина образования коллатералей
Кровь может перестать поступать в достаточном объеме через коронарные сосуды по причине возникновения кровяных сгустков или отложения холестерина на стенках сосудов, вследствие чего клетки сердца перестают получать в должном объеме кислород и жизненно важные питательные элементы. Если вовремя не оказать медицинскую помощь, через непродолжительное время происходит отмирание сердечной мышцы чаще всего приводящее к инфаркту.
Нестабильная работа сердца резко сказывается на общем состоянии организма. Вследствие кислородного голодания сердечной мышцы происходит постепенное отмирание ее клеток. Если время не упущено и пациент своевременно попадает в больницу, современная кардиохирургия сможет обеспечить восстановление кровотока в коронарные артерии с помощью шунтирования или установки дополнительных сосудов, обводящие проблемный участок.
Подобно иммунной системе, сердце человека имеет резервные каналы под названием коллатерали, по которым кровь после затруднений прохождения через коронарные артерии достигает своей цели доставляя кислород в сердечные клетки. Коллотералии человеческое сердце получает с рождения, но в здоровом организме они совершенно не задействованы. Активация резервных коллатералей происходит в случае явных нарушений кровообращения. Каналы имеют тенденцию роста в течении месяца.
Но у большинства людей сеть коллатералий развита слабо и для их роста нужно время. Как правило, у пациентов с патологией сердца, дополнительные каналы коллатералий не способны обеспечить должный поток крови к поврежденным участкам сердца. Многие ученые сегодня пытаются разгадать способы стимуляции роста коллатералей и помочь кардио медицине в лечении пациентов с патологией сердца. К сожалению достичь весомого результата медицине пока не удалось. Но определенные сдвиги в этом направление однозначно есть.
Испытания под руководством врача генной терапии Габора Рубани сегодня проходят активную фазу клинических испытаний. Уже точно известно, что методика позволит существенно уменьшить болевой синдром возникающий у людей под воздействием физических нагрузок. В чем заключаются новые методы кардиотерапии?
Процедура возникновения коллатералей
Для того, чтобы разработать методы стимулирования возникновения новых и роста существующих коллатералей необходимо понять природу их естественного образования в сердце. Для образования их роста до средних размеров диаметра артерий необходимо обеспечить условия роста проходимости через них крови и отсутствие недостаточного поступления кислорода в пораженный участок сердечной мышцы.
Соответственно, оба условия возникают каждый раз при уменьшении кровотока через суженые участки коронарной артерии. Недостаток кислорода активирует рост новых коллатералей, а увеличение потока крови в резервных коллатеральных каналах ведет к укреплению стенок существующих и их росту в диаметре для увеличения обмывания испытывающих кислородное голодание участков.
Предполагают, что вероятными причинами такого показателя может быть либо высокий показатель холестерола, либо поврежденная сеть мелких сосудов при сахарном диабете.
Вопрос регенеративного процесса коллатералей сегодня способен снизить планку смертности от инфаркта. В случае, если сеть коллатералей сможет обеспечить 25% общего объема крови, проходимого через коронарные сосуды, то вероятность смерти от инфаркта в ближайшие годы снизится на 65%. Эти цифры подтверждает обследование 845 больных с серьезными сердечно-сосудистыми заболеваниями, проведенное в Швейцарии Кристианом Зейлером.
Рост коллатералей при физических упражнениях
Долгие годы поиска методов роста коллатералей позволили найти всего лишь один способ их активации — это интенсивные физические упражнения. В 2016 году в Германии был приведен эксперимент с пациентами у которых были нарушены коронарные артерии. Участникам обследования были предложены физические нагрузки под пристальным наблюдением врачей и спортивных тренеров. Оказывается, что кровоток через сеть коллатералей увеличился в среднем на 40% при 10 часах высокой физической нагрузки в неделю и 15 часах средней. Никто из участников обследования так и не смог перешагнуть порог в 40%.
Причина активации роста коллатералей под влиянием физических нагрузок может быть избыточное давление, которое возникает в коронарных артериях и перенаправляемое в сеть коллотералий. Факт активации роста дополнительных сосудов при физических нагрузках очевиден, но является ли это стимулом к росту новых пока не совсем ясно.
Белковая, генная и терапия стволовыми клетками для активации роста коллатералей
Предложенный выше метод интенсивных физических нагрузок не подходит к пациентам с сердечно-сосудистой патологией ввиду высокого риска ухудшения состояния их здоровья. Такой группе пациентов вводили специальные белки (FGF, VEGF), стимулирующие рост коллатералей. Проведенные эксперименты с различной дозировкой дали определенный рост при высоких дозировках в локальные участки коллотералий, остальная же часть в других областях сердца оставалась неизменной. Параллельно с этим недостатком был выявлен факт снижения артериального давления, что являлось причиной прекращения применения данного способа.
Последующий шаг состоял в использовании генной терапии. Непосредственно в сердечную мышцу вводилась инъекция генов, кодированные вышеперечисленными белками. Перед введением гены были интегрированы в инактивированные вирусные частички, которыми были инфицированы сердечные клетки. Рост дополнительных каналов наблюдался в тех местах, где это локально было необходимо при условии успешной имплантировании генов. Действие имплантируемого вируса носило эффективный характер только при экспериментах с животными, у которых соответственно и наблюдался рост коллатералей до их зрелого состояния.
Еще одним прогрессивным способом для стимулирования роста и образования новых коллатералей — применение собственных стволовых клеток крови больного. В ходе экспериментов была зафиксирована тенденция активации факторов роста новых сосудов, но к сожалению не столь значительная. Лишь на считанные минуты дольше удалось выдержать физические нагрузки без появления боли в груди пациентам из этой группы перед теми больными, которые не участвовали в имплантировании стволовых клеток.
Перспективная методика стимулирующая рост коллатералий
Вызвать регенеративный процесс по восстановлению новых резервных каналов коллатералий и тем самым обеспечить дополнительный кровоток к пораженным участкам сердца позволит метод введения терапевтических генов.
Рассмотрим работу методики на примере иллюстрации, на которой изображено нарушения кровотока в правом коронарном сосуде вследствие его сужения из-за образования внутри него атеросклеротической бляшки.
Разделим процесс на следующие этапы:
- Вводят катетер в бедренную артерию.
- Перед вводом препарата через катетер, поток крови на короткое время перекрывается расширительным баллоном, одетым сверху на трубку катетера. Это позволяет препарату максимально быстро попасть в сердечную мышцу.
- Инъекция, содержащая в себе кодированный геном, в первую очередь способствует рождению новых коллатералей, а также росту уже существующих, тем самым обеспечивая доставку обогащаемой кислородом крови в места пораженной части сердечной мышцы.
В исследовании искусственных способов развития дополнительных сосудов существует проблема отбора пациентов, а именно определение степени развития уже существующей их собственной сети коллатералий. Ведь у многих пациентов в момент поступления в исследовательский центр эта сеть может быть уже развита, и тогда в ходе лечения будет сложно заметить какой-либо эффект. Для правильного отбора пациентов необходимо создать экспресс-методы для определения уровня развития коллатералий. Не менее важным моментом является сегодня выработать методику введения препаратов. В выше представленном методе инъекцию вводят непосредственно в коронарную артерию, предварительно на короткое время перекрыв кровоток специальным баллоном.
Видео: Коллатеральное кровообращение. НаучФильм СССР.
Если в ближайшем будущем ученым удастся найти эффективные способы стимулирования роста коллатералий, то это будет колоссальным шагом вперед в лечении пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Напомним еще раз тот факт, что экспериментальным путем доказано, что ничего не мешает здоровым людям уже сегодня уделять внимание физической культуре. Начиная с малого и плавно добавляя физические нагрузки каждому подвластно выйти на уровень интенсивных физических нагрузок, которые помогут активировать сеть коллатералий и вывести ее практически на максимальный уровень, достигающий 40%.
