Лучевая диагностика нарушений легочного кровообращения
И.Е. Тюрин
Патология малого круга кровообращения отличается большим разнообразием. Различные формы легочной гипертензии, легочные эмболии и отеки легких нередко осложняют течение заболеваний органов дыхания и сердечнососудистой системы или являются их неотъемлемой составной частью. Правильная оценка состояния малого круга кровообращения (МКК), своевременное выявление гемодинамических нарушений в легких – важное условие эффективного лечения. В клинической практике такая оценка осуществляется на основании большого числа функциональных, лабораторных и инструментальных исследований, среди которых большое значение имеют лучевые методы диагностики.
Лучевая и, в частности, рентгенологическая картина патологии малого круга кровообращения обладает рядом важных анатомических и функциональных особенностей. Легкие являются единственным органом, в котором внутриорганные сосуды могут быть выявлены при нативном (бесконтрастном) рентгеновском исследовании. Воздух, в норме заполняющий альвеолы, служит естественным контрастом, на фоне которого можно определить калибр и пространственное расположение сосудов, их принадлежность к артериальной или венозной части сосудистого русла. Эта разветвленная сеть легочных сосудов, диаметр которых постепенно уменьшается от корня легкого к листкам висцеральной плевры, обозначается в рентгенологии как легочный рисунок (ЛР).
В норме воздухосодержащая легочная ткань не только окружает внутрилегочные сосуды, но и прилежит к крупным сосудам большого круга кровообращения (БКК), расположенным в средостении, в частности к аорте и левой подключичной артерии – слева, правой брахиоцефальной и верхней полой венам – справа, а также к перикарду практически на всем его протяжении. Это позволяет косвенно судить о состоянии системного кровотока и особенностях внутрисердечной гемодинамики при изучении диаметра сосудов средостения и размеров камер сердца. Поэтому даже обзорная рентгенограмма органов грудной полости содержит значительный объем информации об анатомии и функциональном состоянии как малого, так и большого круга кровообращения.
Малый круг кровообращения как система низкого давления
Малый круг кровообращения представляет собой систему низкого давления. Если систолическое давление в левом желудочке и аорте достигает в норме 120 мм рт. ст., то в правом желудочке и легочной артерии (ЛА) оно в пять раз меньше – 20-25 мм рт. ст. Среднее давление в легочной артерии составляет 12-16 мм рт. ст. – более чем в 6 раз меньше, чем в аорте.
Такая гемодинамика возможна при условии низкого сопротивления и большой растяжимости сосудов малого круга кровообращения. Общее сопротивление сосудов малого круга кровообращения не превышает 200 дин с/см2, что почти в 7 раз меньше, чем в большом круге кровообращения. Низкое давление в легочных сосудах обеспечивает весьма экономичные условия для работы правого желудочка. При этом в большом круге кровообращения основное сопротивление току крови оказывают артериолы, в то время как в малом круге кровообращения на них приходится лишь 50% сопротивления, а 30% падает на легочные вены. Растяжимость (прирост диаметра при повышении давления) легочных артерий значительно превышает этот показатель для артерий большого круга кровообращения и сопоставима с растяжимостью вен большого круга кровообращения.
Эти закономерности делают понятным рентгенологическое отображение многих физиологических явлений. Изменения легочного рисунка и конфигурации тени средостения зависят от объема поступающей в малый круг кровообращения крови, а также от величины давления в прекапиллярной и посткапиллярной части сосудистого русла. Так, при врожденных пороках сердца со сбросом крови из левых камер в правые минутный объем правого желудочка может увеличиваться в 2-3 раза, но давление в легочной артерии долгое время остается нормальным, повышаясь лишь при развитии вторичных изменений сосудистой стенки. Рентгенологическое отображение гиперволемии (перегрузки объемом) в малом круге кровообращения заключается в усилении или обогащении сосудистого ЛР за счет увеличения калибра внутрилегочных сосудов и их количества в единице объема. Аналогичные изменения наблюдаются при острой ятрогенной гипергидратации – в результате быстрого внутрисосудистого введения избыточного количества жидкости, несовместимого с функциональным состоянием левого желудочка.
С другой стороны, при длительном и стойком повышении давления в артериальной части малого круга кровообращения у больных с прекапиллярной легочной гипертензией наблюдается закономерный спазм мышечных артерий, что рентгенологически проявляется обеднением легочного рисунка за счет уменьшения калибра и количества видимых сосудов. Увеличение периферического сосудистого сопротивления ведет к постепенному увеличению диаметра крупных легочных артерий и правых камер сердца. Рентгенологическая картина этого варианта гипертензии характерна: митральная конфигурация сердца, обусловленная расширением правого желудочка и общего ствола легочной артерии и сглаживанием “талии” сердца; расширение корней легких за счет крупных легочных артерий; обеднение сосудистого легочного рисунка.
Действие гравитации
Важным следствием того, что малый круг кровообращения функционирует в условиях низкого давления и повышенной растяжимости сосудов, становится регионарная неравномерность легочного кровотока в зависимости от действия гравитации. В норме при вертикальном положении тела человека калибр легочных сосудов увеличивается от верхушек легких по направлению к диафрагме. Объем крови, протекающей через наддиафрагмальные отделы легких, значительно больше, чем в области верхушек, что определяется термином “градиент”. Это позволило горизонтально разделить легкое на три функциональные зоны: верхнюю – от верхушек до корней легких; среднюю – на уровне корней легких, нижнюю – от корней легких до диафрагмы. Соотношение кровотока в этих зонах составляет в среднем 1 : 2 : 3 при вертикальном положении тела. В положении лежа на спине этот градиент уменьшается, хотя и не исчезает полностью.
Описанная закономерность находит свое отображение при рентгенологическом исследовании. На рентгенограммах, выполненных в вертикальном положении пациента, в верхних отделах легких калибр и количество сосудов в единице объема значительно меньше, чем в наддиафрагмальных отделах, – именно такая картина воспринимается специалистами как норма. При исследовании в горизонтальном положении кровоток в верхних и нижних зонах выравнивается, и на рентгенограммах сосудистый рисунок становится более равномерным по направлению от верхушек к диафрагме за счет небольшого расширения верхнедолевых сосудов. Этот физиологический феномен при исследовании пациентов в положении лежа нередко ошибочно интерпретируется как усиление легочного рисунка или даже “венозный застой”.
Типичное распределение элементов легочного рисунка в легких существенно меняется при повышении давления в венозной части малого круга кровообращения у больных с посткапиллярной легочной гипертензией. В норме давление в левом предсердии составляет 5-7 мм рт. ст. Поскольку малый круг кровообращения представляет собой систему низкого давления, аналогичное давление регистрируется в легочных венах и капиллярах. Повышение посткапиллярного давления возникает в результате функциональной слабости левого желудочка (ишемическая болезнь сердца, миокардит и др.) или механической преграды для оттока крови из малого круга кровообращения в большой (митральный стеноз, миксома левого предсердия и др.). Венозная гипертензия, при которой давление в венозной части малого круга кровообращения выше 15 мм рт. ст., приводит к рефлекторному сокращению сосудов нижних долей легких и перераспределению кровотока в сосуды верхних долей.
При рентгенологическом исследовании сосуды верхних долей легких оказываются шире и видны лучше, чем нижних. Этот феномен, отчетливо видимый на рентгенограммах в прямой проекции и компьютерных томограммах (КТ), определяется как перераспределение или краниализация легочного рисунка и является основным рентгенологическим признаком венозной легочной гипертензии. Внедрение компьютерной томографии легких позволило расширить представления о регионарной неравномерности легочного кровотока. При компьютерной томографии возможна не только визуальная оценка калибра легочных сосудов, их расположения и количества, но и денситометрическая оценка собственно легочной ткани. Единицы Хаунсфилда (Haunsfield units, HU) отражают коэффициенты ослабления рентгеновского излучения в изучаемой области.
Компьютерная томография выполняется при горизонтальном положении пациента, обычно лежа на спине, и представляют серию срезов изучаемой области в аксиальной плоскости. Это позволяет детально изучить плотность легочной ткани не только в продольном направлении (от верхушек к диафрагме), но и в переднезаднем – от передней грудной стенки к задним отрезкам ребер. Плотность легочной ткани в этом положении повышается от верхушек к диафрагме и от передних отделов легких к задним.
Градиент плотности в переднезаднем направлении может составлять 20-80 HU при средней плотности легочной ткани от 700 до 900 HU. Градиент плотности сохраняется в разных положениях тела пациента и существенно меняется в разные фазы дыхания. При переводе пациента в положение на живот градиент сохраняет свое направление (сверху вниз). На выдохе величина градиента значительно уменьшается. При увеличении объема крови в малом круге кровообращения происходит повышение плотности легочной ткани, и наоборот, ограничение кровотока реализуется в понижении денситометрических показателей.
Крайним выражением этой закономерности становится симптом “мозаичной перфузии”, при котором в легочной ткани чередуются участки повышенной и пониженной плотности, причем сосуды в них соответственно расширены и сужены. Такая картина наблюдается, в частности, при тромбоэмболии легочной артерии (ТЭЛА), когда в части вторичных легочных долек эмболия приводит к снижению перфузии, сужению сосудов и понижению плотности легочной ткани. В соседних участках с сохраненной перфузией кровоток компенсаторно усиливается, сосуды расширяются, а плотность легочной ткани повышается.
Вентиляционно-перфузионные соотношения
Важной причиной регионарной неравномерности кровотока является тесная взаимосвязь легочного кровообращения и вентиляции. Для полного насыщения крови кислородом необходимо, чтобы кровоток во всех участках легких соответствовал их вентиляции. В целом альвеолярная вентиляция у здорового человека составляет
4- 5 л/мин, а количество протекающей через легочные капилляры крови - 5- 6 л/мин. Таким образом, среднее отношение величины вентиляции к величине кровотока (вентиляционно-перфузионное отношение – ВПО) в физиологических условиях составляет 0,7-1,0. Если вентиляционно-перфузионное отношение равно 0,9 ± 0,1, то парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и оттекающей от легких артериальной крови устанавливается на оптимальном уровне – 100 и 40 мм рт. ст. соответственно.
Вентиляционно-перфузионное отношение имеет существенные регионарные различия. Среднее давление в легочной артерии на уровне сердца составляет 12-16 мм рт. ст. В артериях верхних отделов легких оно снижено на величину гидростатического давления столба крови, равного расстоянию по вертикали между этими отделами и уровнем сердца. Поэтому в верхушках легких давление крови приближается к нулю. В легочных капиллярах давление крови становится ниже атмосферного и альвеолярного, особенно в фазе диастолы. В результате значительная часть капилляров спадается, и кровоток по ним прекращается. В отделах легких, расположенных ниже уровня сердца, происходят противоположные изменения: внутрисосудистое давление повышено, просвет сосудов расширен, кровоток увеличен.
Вентиляционно-перфузионное отношение меняется вдоль вертикальной оси грудной полости. В верхних зонах вентиляция значительно преобладает над кровотоком – эти участки легких находятся в состоянии гипервентиляции. При рентгенологическом исследовании воздушность легочной ткани (прозрачность легочных полей) здесь повышена, а калибр сосудов уменьшен. В нижней зоне кровоток превышает вентиляцию, вследствие чего развивается функциональная гиповентиляция. На рентгенограммах калибр легочных сосудов в этих участках значительно больше, чем в верхней зоне, а прозрачность легочных полей ниже.
Описанные выше закономерности позволяют понять причины возникновения типичных рентгенологических изменений при различных формах нарушения легочного кровообращения. Однако их правильная интерпретация возможна с учетом не только рентгенофизиологических, но и рентгеноанатомических особенностей изображения малого круга кровообращения.