CC BY
634
УДК 616-005; 661.1
Н. П. Ерофеев, Р. С. Орлов
лимфатическая система — необходимый элемент жидкостного гомеостаза организма человека: новый взгляд на старые проблемы (обзор литературы)
Санкт-Петебургский государственный университет, Медицинский факультет
В начале 80-х гг. XX столетия, несмотря на многовековую историю исследования, основные движущие силы лимфотока по-прежнему представлялись недостаточно изученной частью общей системы циркуляции жидкостей в теле человека. По мнению M. G. Johnston [1], каждую неделю появляются сотни научных сообщений о системе кровообращения. Найти статью о лимфатической системе достаточно трудно, скорее всего вы не найдете ни одной [1]. Мы должны признать, что подобная ситуация с публикациями имеет место не только в США, Канаде и Европе, но и в России.
Санкт-Петербург (в те годы — Ленинград) стал местом, где с 1972 г. начала интенсивно развиваться экспериментальная и клиническая лимфология. Фундаментальной основой нового направления явились экспериментальные исследования, позволившие пересмотреть догматические взгляды на факторы, определяющие движение лимфы в теле человека против сил гравитации. Понимание значимости собственного насоса, находящегося внутри просвета лимфангиона, позволило создать единое представление о структурных и функциональных основах движения лимфы в крупных лимфатических стволах против градиента давления [2]. Фундаментальная лимфология неоспоримо способствовала развитию качественно новых подходов в диагностике и лечении заболеваний лимфатических и кровеносных сосудов [2-4].
организация микроциркуляции и место в ней лимфатических сосудов
Конечный участок системы кровообращения человека — микроциркуляторное ложе — представляет собой идеальный по архитектуре и функции трансмуральный обменник. Рассмотрим только один из многочисленных механизмов обмена в этом участке организма — транспорт жидкости и макромолекул в межклеточном пространстве. E. Starling [5] впервые определил силы транскапиллярного переноса веществ.
Гидростатическое давление в кровеносном капилляре стремится вывести воду из капилляра в окружающие ткани. Коллоидно-осмотическое давление плазмы удерживает воду в капиллярах. Соотношение указанных сил между жидкостью, находящейся в капилляре, и интерстициальной жидкостью определяет вектор обмена жидких сред: фильтрацию в артериальном конце капилляра и абсорбцию в венозном конце. В микро-циркуляторном ложе поддерживается динамическое равновесие: объем фильтрующейся жидкости равен объему жидкости, возвращающейся в венозную часть капилляра. Однако E. Starling ошибочно считал, что стенка капилляров является непроницаемой для белков
(рис. 1).________
© Н. П. Ерофеев, Р. С. Орлов, 2008
Рис. 1. Схема транскапиллярного обмена с участием лимфатических капилляров
Сегодня известно (E. Starling [5] в свое время не учитывал этот факт), что из интер-стиция в венозную кровь не только поступает с помощью лимфатических сосудов около трех литров жидкости в сутки, но и, что очень важно, возвращаются белки. Впервые C. K. Drinker [6] показал, что белки проникают через стенку капилляра и большая их часть возвращается в системный кровоток посредством лимфатической системы (см. рис. 1).
Транспорт жидкости лимфатическими сосудами является существенным вкладом в общую циркуляцию водных сред тела человека и важным условием адекватной гидратации тканей (рис. 2).
Лимфатические капилляры прежде всего и лимфатическая система в целом включены в контроль жидкостно-макромолекулярного равновесия интерстициального пространства. Традиционно, с этих позиций, лимфатическое сосудистое ложе и всю систему в целом рассматривали в качестве вспомогательного дренажного канала, дополнения к венозной системе [7].
На самом деле дренажная функция определяется не столько сбросом конкретного количества жидкости, сколько «очищением» жидких сред от естественных и патологических макромолекул. Лимфатическая система всегда, а при патологии особенно, вовлечена в этот процесс [8, 9]. В силу этого лимфа осуществляет вынос из очагов поражения токсинов, макромолекул распада тканей, метаболитов, патогенных микроорганизмов. Только лимфатическая система разгружает (дренаж!) интерстициальное пространство
Лимфатический капилляр
Артериальный конец капилляра Венозный конец капилляра
Рис. 2. Место лимфатических сосудов в транспорте жидкостно-дисперсных сред
от накапливающихся при заболеваниях токсических продуктов с большим молекулярным весом. Стенки артериальных капилляров обладают низкой проницаемостью для белков, и тем не менее молекулы белков проникают в интерстициальное пространство. В среднем концентрация белка в лимфе для большинства тканей составляет 2 г/дл, в кишечнике — 3-4 г/дл, в лимфе грудного протока — 3-5 г/дл, в печени — 6 г/дл. В этом случае накопление молекул белка и других крупногабаритных частиц (например хиломикроны и бактерии) могло бы вызвать превышение сил фильтрации против сил реабсорбции и способствовать развитию отека в тканях. Лимфатические капилляры создают нормальный путь [10-12], по которому крупные молекулы (белки), вода и электролиты из интерстициальной среды возвращаются в циркулирующую кровь и тем самым предотвращают повышение интерстициального давления, а значит, и отек.
Исследования ультраструктуры и функции лимфатических капилляров послужили теоретической основой для практического применения эндолимфатической терапии и лимфосорбции. Таким образом, лимфатическая система не только регулирует гидра-тационный гомеостаз, но и создает вектор однонаправленной адекватной дегидратации, иными словами, «указывает» направление движения жидкости и крупномолекулярных частиц в локальном межклеточном пространстве.
Довольно часто анатомы, клиницисты, да и физиологи употребляют в этом отношении выражение «лимфатическая система удаляет избыток жидкости из интерстиция» — это не совсем верно. По определению, в норме избытка не может быть, абсорбция жидкости адекватна фильтрации. При гипергидратации интерстициального пространства компенсаторные резервы лимфатического русла (интерстициального пространства тоже) достаточно ограничены функциональными и структурными возможностями.
Венозная система, несмотря на больший объем сброса жидкости в кровяное русло, скорее выполняет емкостную (а не дренажную) функцию. Гипергидратация интерстиция может достаточно быстро увеличить общую емкость венозного русла в десятки раз. Однако вещества с большим молекулярным весом из очагов поражения не проникают в венозные капилляры [13]. Поэтому современные знания о структуре и функции лимфатической системы служат основанием рассматривать лимфатическое русло и органы как самостоятельную высокоорганизованную систему дренажного транспорта.
Лимфатические сосуды — каскад оригинальных насосов
В нормальных условиях резорбтивная функция лимфатической системы определяется работой собственных лимфатических насосов. Первая система насосов конструктивно представлена совокупностью откидных (захлопывающихся) клапанов начальных лимфатических капилляров, вторая — клапанами, встроенными в просвет лимфангионов сосудов и лимфатических узлов. Свободные края эндотелиоцитов стенок инициальных капилляров образуют первую микронасосную линию. Кромки (края) эндотелиальных клеток свободны и перекрывают друг друга так, что один край заходит внутрь лимфатического капилляра, другой (наружный) край эндотелиоцита прикрепляется к окружающим тканям с помощью якорных филаментов. Подобная оригинальная конструкция формирует клапанный аппарат начальных лимфатических сосудов, который путем захлопывания и открывания краев стенки как насос прокачивает жидкодисперсное содержимое интерстиция в центрипеталь-ном направлении, обеспечивая поступление интерстициальной жидкости и макромолекул в просвет лимфатических капилляров (рис. 3).
деятельность капиллярного микронасоса в естественных условиях определяется физико-химическими параметрами локального окружающего пространства. При изменении
окружающей Клапан лимфангиона
Рис. 3. Схема структуры и работы капиллярного микронасоса
местных показателей, например, коллоидно-осмотического давления, свободный край эндотелиоцита сгибается в просвет капилляра и пропускает внутрь интерстициальную жидкость вместе с макромолекулами. Лимфа уже не может вернуться в интерстиций, так как ее обратный ток прижимает свободный край к кромке другого эндотелиоцита, закрывает клапан и завершает цикл работы микронасоса. Иными словами, инициальные лимфатические капилляры — это микронасосы со следующим циклом работы: вход интерстициальной жидкости в просвет капилляра — увеличение давления в просвете капилляра — поступательное движение лимфы в центральном направлении.
Ответственной частью локального насосного механизма, а значит, и лимфообразования в целом является процесс ультрафильтрации из лимфатических капилляров в интерстициальную жидкость. Стенка лимфатического капилляра мало растяжима [14], что вызывает быстрый подъем гидростатического давления в просвете капилляра. Однако стенка капилляра имеет полупроницаемые свойства, поэтому часть жидкости выходит в интерстиций по градиенту давления путем ультрафильтрации. В результате происходит повышение концентрации белков в лимфе примерно в 3 раза [15]. Таким образом, капиллярные микронасосы не только создают направление потоку жидкости (в лимфатические сосуды), но и «очищают» локальные участки межклеточной среды от макромолекул с помощью механизма ультрафильтрации. ток лимфы, создаваемый капиллярными микронасосами, увеличивается при повышении капиллярного давления, возрастании проницаемости капилляров, при повышении концентрации белков в интерстициальной жидкости.
В дальнейшем перемещение лимфы происходит в просвете коллекторных лимфатических сосудов против сил гравитации, поскольку давление в грудном протоке значительно превышает внутрисосудистое давление в периферических коллекторах [2]. Адекватный транспорт лимфы на этом уровне лимфатической системы обеспечивает система собственных лимфатических насосов так называемых лимфангионов. Лимфангионы — это сегменты лимфатических сосудов, ограниченные клапанами и содержащие в стенке гладкомышечные клетки, способные спонтанно сокращаться [2]. Каждый лимфангион
функционирует как отдельный автоматический насос. Деятельность его контролируется местными физико-химическими параметрами (внутрисосудистое давление, температура. концентрация вазоактивных веществ и др.) и системными нейроэндокринными механизмами. Наполнение лимфангиона лимфой, поступившей из нижележащих сосудов, вызывает его сокращение, и лимфа перекачивается через клапаны в следующий сегмент и так далее, вплоть до поступления лимфы в венозный кровоток (рис. 4). Система лимфатических насосов крупных лимфатических сосудов создает давление от 50 до 100 мм рт. ст. и достаточно высокую объемную скорость лимфотока. так, в грудном протоке лимфоток достигает 400 мл/ч, а в периферических коллекторах — 20 мл/ч.
на путях лимфотока от каждого органа лимфа проходит через несколько лимфатических узлов (рис. 5).
Участие лимфатических узлов в транспорте лимфы обеспечивает превалирующее направление тока лимфы. Универсальным свойством лимфоузлов, подобно лимфангионам, является спонтанная сократительная активность. Например, ритм спонтанных сокращений брыжеечных узлов колеблется у разных животных и человека: у белой крысы — 27 сокращений в минуту, у барана, крупного рогатого скота — 3 сокращения в минуту, у человека — 6-8 сокращений в минуту [16] (рис. 6).
Лимфатические узлы являются естественным каналом, который фильтрует различные малые молекулы, продукты нарушенного метаболизма, распада клеточных структур, токсинов, вирусов и бактериальных тел [17]. Посредством изменения активности миоцитов лимфатические узлы приобретают возможность регулировать поступление или задержку образования лимфоцитов, задержку поступления в кровь инородных частиц, бактерий, токсинов. Лимфатические узлы обладают высокой чувствительностью к изменению физико-химического состава интерстициальной жидкости и активно перестраивают моторику фазных и тонических сокращений (рис. 7) [16].
Насосная функция лимфатической системы контролируется внешними перемежающимися сдавлениями лимфатических каналов. К ним относятся движения отдельных частей тела, артериальная пульсация, которая не только оказывает массирующее влияние на лимфатические сосуды, но и путем увеличения артериального давления может усилить капиллярную фильтрацию, а значит, и лимфоток [11]. Сокращения окружающей
Диастола
Рис. 4. Структура и работа лимфангиона как насоса
Афферентные ,| лимфатические
Артерия^ 1|
1
4
Вена
Лимфатический
узел
Эфферентный
лимфатический
сосуд
Рис. 5. Схема лимфатического узла
|_
1 мин
■1_
Крыса
Баран
мускулатуры могут ПОВЫСИТЬ лимфоток 0,5 мН Бык
до 30 раз.
Таким образом, лимфатическая система представляет собой целый каскад перекачивающих насосов, которые взаимосвязанно управляют гидратацией межт-каневых пространств организма. Инициальные лимфатические сосуды играют роль первой перекачивающей насосной станции благодаря функции захлопывающихся —откидных клапанов и ультрафильтрации. Дальнейшее продвижение лимфы обеспечивают вторые перекачивающие насосные станции—лимфангионы и лимфатические узлы. Третий насос — это вне-лимфатические физические силы, которые выполняют одинаковую с другими насосами функцию адекватной дегидратации межтканевой среды путем пассивного воздействия на стенки лимфатических сосудов, например, пульсация артерий или увеличение двигательной активности скелетной мускулатуры.
Особую роль лимфатические капилляры выполняют по распространению иммунной памяти. В нормальных условиях из кровеносного русла вместе с плазмой в интерстиций за сутки поступает 50-100 % всех циркулирующих в ней белков. Нормально функционирующие инициальные лимфатические сосуды возвращают их большую часть в кровеносное русло и таким образом регулируют экстраваскулярное обращение плазменных белков. Белки, в том числе и антитела, из-за большой молекулярной массы не могут из артериального конца попасть прямо в венозный конец капилляра. Повторный иммунный ответ на антиген связан с перемещением антител по сложной сети лимфатических
сосудов перед тем как антитела возвратятся в системный кровоток. Нарушение функции лимфатической системы, например, у больных с лимфедемой, возможно, является одной из причин высокой восприимчивости подобных пациентов к инфекции [1].
Таким образом, лимфатическая система представляется частью единой циркуляторной системы организма человека, в которой лимфоток контролирует гомеостаз важнейших показателей жидких компартментов внутренней среды: концентрация белка, осмотический
1 мН
1_
1 мин
Человек
1 мН|
Свинья
1 мин
Л Л/
Рис. 6. Спонтанная сократительная активность лимфатических узлов
/1/1///І/ \І іШШі \Щч
37 °С 38 °С 40 °С 42 °С
<[_
0,2 мН|^
2,5 с
Рис. 7. Изменение чатоты спонтанных сокращений лимфатического узла брыжейки быка при увеличении температура перфузата
Лимфатические капилляры
Усиление давления интерстициальной жидкости Интерстициальная
Артериальный конец капилляра Венозный конец капилляра
Рис. 8. Схема единой системы гемолимфомикроциркуляции
и онкотический градиенты. При увеличении объема интерстициальной жидкости гомеостатическая роль лимфатической системы проявляется особенно отчетливо. Физические стимулы (изменение объема и давления в интерстиции) вызывают адекватную дегидратацию тканей, интенсифицируя деятельность автоматических биомеханических насосов (рис. 8).
Следовательно, гемолимфомикроциркуляторное ложе контролирует нормальный уровень гидратации тканей и упруговязкие свойства окружающей клеточной среды.
В заключение приводим схему сравнения сердечно-сосудистой и лимфатической систем.
Система кровообращения
Непрерывная закрытая система круговой циркуляции: сердце — артерии — капилляры — вены — сердце
Транспортирует кровь и распределяет по тканям кислород, нутриенты, гормоны
Лимфатическая система
Открытая незамкнутая система: ткани — капилляры — сосуды — вены. Циркуляция отсутствует, поток лимфы — однонаправленный
Транспортирует лимфу. Она забирает жидкость, белки, метаболиты из интерстиция и возвращает в системный кровоток. Кроме этого жиры, гормоны и другие вещества, в том числе патогенные (например метастазы), транспортируются в систему кровообращения
Имеет центральный насос — сердце, который создает силу движения крови и высокое давление в системе. Градиент давления направлен от центра к периферии (по току крови)
Кровь имеет яркий красный цвет и состоит из плазмы и клеток. Объем крови — 4-6 л
Кровь фильтруется в почках. Почки сохраняют состав и объем крови
При нарушении целостности стенки сосуда наблюдается кровотечение: потеря плазмы, белка, сопровождается болью, снижением артериального давления, появляются отеки
Центральный насос отсутствует. Давление в системе лимфатических сосудов — низкое. Лимфа прокачивается собственными биомеханическими мининасосами (откидные — захлопывающиеся клапаны + лимфангионы + лимфатические узлы), которые создают силовой вектор для движения лимфы. В пассаже лимфы действуют и внесосудистые силы. Лимфоток направлен против градиента давления
Лимфа — бесцветная жидкость и состоит из лимфоплазмы и клеток. Объем лимфы — 2-3 л
Лимфа фильтруется в лимфатических узлах. Они удаляют токсины, бактерии, вирусы
При нарушении целостности сосуда возникает лимфорея, которую трудно обнаружить. Потери белка вызывают отеки
В лимфатической системе формируется повторный иммунный ответ на антиген. Он связан с перемещением антител по сложной сети лимфатических сосудов, перед тем как антитела возвратятся в системный кровоток
Summary
Erofeev N. P., Orlov R. S. Lymphatic system as Essential Element of Human Body Fluid Homeostasis. New View on Old Problems (Literature review)
Lymphatic system is a part of the basic circulation system of the human body. The main features of fluid homeostasis compartments are controlled by the lymph flow: protein concentration, osmotic and oncotic gradients. The homeostatic role of the lymphatic system arises with the increase of the interstitial fluid volume. The physical stimulus (intersticium volume and pressure changes) result in the adequate dehydratation tissue with the help of lymphatic biomechanical pumps.
Key words: Microcirculation, capillaries, lymphatic system, lymphatic vessels, drainage, protein content, irrigation, lymphatics, lymphangion, lymphatic node, cascade of original lymph pumps.
Литература
1. Johnston M. G. New research developments in understanding Iymphovenous disorders: Presentation to the Борисова Р. П. Лимфатические сосуды: Структура и Lymphovenous Association of Ontario. Toronto, Ontario, 1997.
2. Орлов Р. С., Борисов А. В. Механизмы сократительной активности. Л., 1983. 254 с.
3. Поташов Л. В., Бубнова Н. А., Орлов Р. С. и др. Хирургическая лимфология. СПб., 2000. 270 с.
4. Ерофеев Н. П. Функция лимфатических сосудов в условиях стрессорных экспериментальных воздействий: Дис. ... д-ра мед. наук. СПб., 1993. 305 с.
5. Starling E. H. On the absorption of fluids from the connective tissue spaces // J. of Physiol. (Cambridge). 1896. Vol. 19. P. 312-326.
6. Drinker С. К., Yoffey J. M. Lymphatics, Lymph, and Lymphoid Tissue // Their Physiological and Clinical Significance. Cambridge, Mass., 1941. 313 p.
7. Жданов Д. А. Общая анатомия и физиология лимфатической системы. Л., 1952. 336 с.
8. Буянов В. М., Алексеев А. А. Лимфология эндотоксикоза. М., 1990. 272 с.
9. Выренков Ю. Е. Актуальные проблемы лимфологии // Актуальные проблемы лимфологии и ангиологии. М., 1981. С. 5-14.
10. Ерофеев Н. П., Вчерашний Д. Б. Современные представления о физиологии лимфотока // Медицина XXI век. 2006. Т. 3. № 4. С. 40-43.
11. Русиньяк И., Фельди М., Сабо Д. Физиология и патология лимфообращения: Пер. с венг Будапешт, 1957. 250 с.
12. Trzewik Ju., Mallipattu S. K., Artmann G. M. etal. Evidence for a second valve system in lymphatics: endothelial microvalves // The FASEB J. 2001. Vol. 15. № 10. P. 1711-1717.
13. Терновой К. С., Бутылин Ю. П., Бобылев Ю. И. Неотложные состояния: Патофизиология, клиника, лечение. Киев, 1984. 264 с.
14. Zweifach B. W. Macrovascular aspects of tissue injury // The Inflammatory Process. Vol. I / Ed. by B. W. Zweifach, L. Grant, R. T. McClusky. New York, 1973. Р. 3-46.
15. Орлов Р. С. Нормальная физиология. М., 2005. 687 с.
16. Мороз В. А. Сократительная активность лимфатических узлов: Дис. ... канд. мед. наук. Л., 1986. 133 с.
17. Бородин Ю. И., Асташова Т. А., Асташов В. В. Роль лимфатической системы в поддержании механизма окислительного гомеостаза в норме, при моделировании атеросклероза и его энтеральной коррекции сорбентом сиал // Бюл. СОРАМН. 2006. Т. 120. № 2. С. 73-79.
Статья принята к печати 18 июня 2008 г.
