Барорефлекс: Механизм поддержания стабильного кровяного давления

Введение

Гомеостатический механизм в организме

Барорефлекс или барорецепторный рефлекс – один из гомеостатических механизмов организма, который помогает поддерживать артериальное давление на почти постоянном уровне. Барорефлекс обеспечивает быструю отрицательную обратную связь, при которой повышение артериального давления вызывает снижение частоты сердечных сокращений. Снижение артериального давления уменьшает активацию барорефлекса и приводит к увеличению частоты сердечных сокращений и восстановлению уровня артериального давления. Их функция заключается в ощущении изменений давления путем реагирования на изменение натяжения стенки артерии. Барорефлекс может начать действовать менее чем за время одного сердечного цикла (доли секунды), и таким образом, барорефлекторные корректировки являются ключевым фактором при борьбе с постуральной гипотензией – склонностью к снижению артериального давления при вставании из-за силы тяжести. Система опирается на специализированные нейроны, известные как барорецепторы, преимущественно расположенные в дуге аорты и каротидных синусах, для мониторинга изменений артериального давления и передачи информации в продолговатый мозг. Барорецепторы являются рецепторами растяжения и реагируют на растяжение кровеносного сосуда, вызванное давлением. Изменения артериального давления, вызванные барорефлексом, опосредуются обеими ветвями автономной нервной системы: парасимпатической и симпатической. Барорецепторы активны даже при нормальном артериальном давлении, поэтому их активность информирует мозг как об увеличении, так и об уменьшении давления. В организме существуют две другие, более медленно действующие системы регуляции артериального давления: сердце выделяет предсердный натрийуретический пептид при слишком высоком артериальном давлении, а почки ощущают и корректируют низкое артериальное давление с помощью системы ренин-ангиотензин.

Анатомия

Барорецепторы присутствуют в предсердиях сердца и в полых венах, но наиболее чувствительные барорецепторы расположены в сонных пазухах и дуге аорты. Аксоны барорецепторов каротидного синуса проходят в составе глософарингеального нерва (CN IX), а аксоны барорецепторов аортальной дуги – в составе блуждающего нерва (CN X). Активность барорецепторов по этим нервам поступает непосредственно в центральную нервную систему, возбуждая глутаматергические нейроны одиночного ядра (СН) в стволе мозга. Информация от барорецепторов передается от этих нейронов СН как к парасимпатическим, так и к симпатическим нейронам в стволе мозга. Нейроны СН посылают возбуждающие волокна (глутаматергические) в каудальную вентролатеральную медулу (CVLM), активируя ее. Активированная CVLM затем посылает ингибирующие волокна (GABAергические) в ростральную вентролатеральную медулу (RVLM), тем самым ингибируя RVLM. RVLM является основным регулятором симпатической нервной системы, посылающим возбуждающие волокна (глутаматергические) к симпатическим преганглионарным нейронам, расположенным в промежуточно-латеральном ядре спинного мозга. Таким образом, при активации барорецепторов (в результате повышения артериального давления) СН активирует CVLM, которая, в свою очередь, ингибирует RVLM, снижая активность симпатической ветви автономной нервной системы и вызывая относительное снижение артериального давления. И наоборот, низкое артериальное давление активирует барорецепторы в меньшей степени и вызывает увеличение симпатического тонуса посредством "дезингибирования" (уменьшения ингибирования, что эквивалентно активации) RVLM. Сердечно-сосудистые структуры, находящиеся под контролем симпатической нервной системы, включают как кровеносные сосуды, так и сердце. Даже при нормальном артериальном давлении в покое, импульсация от артериальных барорецепторов активирует нейроны СН. Некоторые из этих нейронов СН тонически активируются этим давлением в покое и, следовательно, активируют возбуждающие волокна, идущие к ядру двусмысленности и заднему ядру блуждающего нерва для регуляции парасимпатической нервной системы. Эти парасимпатические нейроны посылают аксоны к сердцу, и парасимпатическая активность замедляет синусовый ритм и, следовательно, частоту сердечных сокращений. Эта парасимпатическая активность усиливается при повышении артериального давления. Парасимпатическая нервная система преимущественно направлена к сердцу.

Baroreceptors are present in the atria of the heart and vena cavae, but the most sensitive baroreceptors are in the carotid sinuses and aortic arch. While the carotid sinus baroreceptor axons travel within the glossopharyngeal nerve (CN IX), the aortic arch baroreceptor axons travel within the vagus nerve (CN X). Baroreceptor activity travels along these nerves directly into the central nervous system to excite glutamatergic neurons within the solitary nucleus (SN) in the brainstem. Baroreceptor information flows from these NSS neurons to both parasympathetic and sympathetic neurons within the brainstem. The SN neurons send excitatory fibers (glutamatergic) to the caudal ventrolateral medulla (CVLM), activating the CVLM. The activated CVLM then sends inhibitory fibers (GABAergic) to the rostral ventrolateral medulla (RVLM), thus inhibiting the RVLM. The RVLM is the primary regulator of the sympathetic nervous system, sending excitatory fibers (glutamatergic) to the sympathetic preganglionic neurons located in the intermediolateral nucleus of the spinal cord. Hence, when the baroreceptors are activated (by an increased blood pressure), the NTS activates the CVLM, which in turn inhibits the RVLM, thus decreasing the activity of the sympathetic branch of the autonomic nervous system, leading to a relative decrease in blood pressure. Likewise, low blood pressure activates baroreceptors less and causes an increase in sympathetic tone via "disinhibition" (less inhibition, hence activation) of the RVLM. Cardiovascular targets of the sympathetic nervous system includes both blood vessels and the heart. Even at resting levels of blood pressure, arterial baroreceptor discharge activates SN neurons. Some of these SN neurons are tonically activated by this resting blood pressure and thus activate excitatory fibers to the nucleus ambiguus and dorsal nucleus of vagus nerve to regulate the parasympathetic nervous system. These parasympathetic neurons send axons to the heart and parasympathetic activity slows cardiac pacemaking and thus heart rate. This parasympathetic activity is further increased during conditions of elevated blood pressure. The parasympathetic nervous system is primarily directed toward the heart.

Активация

Барорецепторы – это механорецепторы, чувствительные к растяжению. При низком давлении барорецепторы становятся неактивными. При повышении кровяного давления сонные и аортальные синусы растягиваются, что приводит к увеличению растяжения и, следовательно, к большей активации барорецепторов. При нормальном кровяном давлении в состоянии покоя многие барорецепторы активно передают информацию о кровяном давлении, а барорефлекс активно модулирует автономную активность. Активные барорецепторы генерируют потенциалы действия ("спайки") с большей частотой. Чем больше растяжение, тем быстрее барорецепторы генерируют потенциалы действия. Многие отдельные барорецепторы неактивны при нормальном давлении в состоянии покоя и активируются только при превышении порога растяжения или давления. Предполагается, что механочувствительность барорецепторов связана с экспрессией PIEZO1 и PIEZO2 на нейронах петрозального и узлового ганглиев. Потенциалы действия барорецепторов передаются в одиночное ядро, которое использует частоту как меру артериального давления. Усиленная активация одиночного ядра ингибирует сосудодвигательный центр и стимулирует ядра блуждающего нерва. Конечным результатом активации барорецепторов является ингибирование симпатической нервной системы и активация парасимпатической нервной системы. Симпатические и парасимпатические отделы автономной нервной системы оказывают противоположное влияние на кровяное давление. Симпатическая активация приводит к повышению общего периферического сопротивления и сердечного выброса за счет увеличения сократимости сердца, частоты сердечных сокращений и артериальной вазоконстрикции, что способствует повышению кровяного давления. Напротив, парасимпатическая активация приводит к снижению сердечного выброса за счет уменьшения частоты сердечных сокращений, что способствует снижению кровяного давления. Комбинируя симпатическое ингибирование и парасимпатическую активацию, барорефлекс максимизирует снижение кровяного давления. Симпатическое ингибирование приводит к снижению периферического сопротивления, в то время как парасимпатическая активация приводит к снижению частоты сердечных сокращений (рефлекторная брадикардия) и сократимости. Совокупный эффект значительно снижает кровяное давление. Аналогичным образом, симпатическая активация в сочетании с парасимпатическим ингибированием позволяет барорефлексу повышать кровяное давление.

The baroreceptors are stretch sensitive mechanoreceptors. At low pressures, baroreceptors become inactive. When blood pressure rises, the carotid and aortic sinuses are distended further, resulting in increased stretch and, therefore, a greater degree of activation of the baroreceptors. At normal resting blood pressures, many baroreceptors are actively reporting blood pressure information and the baroreflex is actively modulating autonomic activity. Active baroreceptors fire action potentials ("spikes") more frequently. The greater the stretch the more rapidly baroreceptors fire action potentials. Many individual baroreceptors are inactive at normal resting pressures and only become activated when their stretch or pressure threshold is exceeded. Baroreceptor mechanosensitivity is hypothesised to be linked to the expression of PIEZO1 and PIEZO2 on neurons in the petrosal and nodose ganglia. Baroreceptor action potentials are relayed to the solitary nucleus, which uses frequency as a measure of blood pressure. Increased activation of the solitary nucleus inhibits the vasomotor center and stimulates the vagal nuclei. The end result of baroreceptor activation is inhibition of the sympathetic nervous system and activation of the parasympathetic nervous system. The sympathetic and parasympathetic branches of the autonomic nervous system have opposing effects on blood pressure. Sympathetic activation leads to an elevation of total peripheral resistance and cardiac output via increased contractility of the heart, heart rate, and arterial vasoconstriction, which tends to increase blood pressure. Conversely, parasympathetic activation leads to decreased cardiac output via decrease in heart rate, resulting in a tendency to lower blood pressure. By coupling sympathetic inhibition and parasympathetic activation, the baroreflex maximizes blood pressure reduction. Sympathetic inhibition leads to a drop in peripheral resistance, while parasympathetic activation leads to a depressed heart rate (reflex bradycardia) and contractility. The combined effects will dramatically decrease blood pressure. In a similar manner, sympathetic activation with parasympathetic inhibition allows the baroreflex to elevate blood pressure.

Точка настройки и тонизирующая активация

Запуск барорецепторов оказывает ингибирующее действие на симпатический отток. Симпатические нейроны возбуждаются с разной частотой, что определяет высвобождение норадреналина на сердечно-сосудистые структуры. Норадреналин сужает кровеносные сосуды, повышая артериальное давление. Когда барорецепторы растягиваются (из-за повышения артериального давления), их частота возбуждения увеличивается, что, в свою очередь, уменьшает симпатический отток, приводя к снижению уровня норадреналина и, следовательно, артериального давления. Когда артериальное давление низкое, возбуждение барорецепторов снижается, что, в свою очередь, приводит к усилению симпатического оттока и увеличению высвобождения норадреналина в сердце и кровеносных сосудах, повышая артериальное давление.

Влияние на изменчивость сердечного ритма

Барорефлекс может быть ответственен за часть низкочастотной составляющей вариабельности сердечного ритма, так называемые волны Майера, с частотой 0,1 Гц.

Высокое кровяное давление

Барорефлекс может быть использован для лечения резистентной гипертонии. Эта стимуляция осуществляется с помощью устройства, подобного кардиостимулятору. Несмотря на то, что устройства, по-видимому, снижают артериальное давление, доказательства их эффективности остаются крайне ограниченными по состоянию на 2018 год. Ранее было показано, что терапия активацией барорефлекса улучшает функциональное состояние, качество жизни, переносимость физических нагрузок и уровень N-концевого про-мозгового натриуретического пептида.