Коллатерали развиваются из ранее существовавших анатомических каналов (тонкостенные структуры с диаметром от 20 до 200 нм), в результате образования градиента давления между их началом и окончанием и химических медиаторов, высвобождаемых во время гипоксии тканей. Процесс называется артериогенезом. Показано, что градиент давления около 10 мм рт.ст. достаточен для развития коллатерального кровотока. Межартериальные коронарные анастомозы представлены в разном количестве у разных видов: они так многочисленны у морских свинок, что могут предотвратить развитие ИМ после внезапной коронарной окклюзии, тогда как фактически отсутствуют у кроликов. У собак плотность анатомических каналов может составлять 5-10% предокклюзионного кровотока в покое. У человека имеется немного хуже развитая система коллатерального кровобращения, чем у собак, но выраженная межиндивидуальная вариабельность [84].
Артериогенез происходит в три этапа [85]:
первая стадия (первые 24 ч) характеризуется пассивным расширением уже существовавших каналов и активацией эндотелия после секреции протеолитических ферментов, которые разрушают экстрацелюллярный матрикс;
вторая стадия (от 1 дня до 3 нед) характеризуется миграцией моноцитов в стенку сосудов после секреции цитокинов и факторов роста, которые запускают пролиферацию эндотелиальных и гладкомышечных клеток и фибробластов;
третья фаза (3 нед до 3 мес) характеризуется утолщением сосудистой стенки в результате отложения экстрацеллюлярного матрикса.
В финальной стадии зрелые коллатералльные сосуды могут достигать до 1 мм в диаметре просвета. Тканевая гипоксия может благоприятствовать развитию коллатералей путем воздействия на промоторный ген фактора роста эндотелия сосудов, но это не основное требование к развитию коллатералей. Из факторов риска диабет может снижать способность к развитию коллатеральнх сосудов [86].
Хорошо развитое коллатеральное кровообращение может успешно предотвращать ишемию миокарда у человека при внезапной окклюзии коллатералей, но редко обеспечивает адекватный кровоток в соответствии с потребностями миокарда в кислороде во время максимальных физических нагрузок.
Коллатеральные сосуды могут также образовываться путем ангиогенеза, который заключается в формировании новых сосудов из уже существующих и обычно приводит к образованию структур, подобных капиллярной сети. Это было четко продемонстрировано при изучении имплантатов грудной артерии в миокарде собак с постепенной полной окклюзией основной венечной артерии. Коллатеральное кровоснабжение, обеспечиваемое такими вновь образованными сосудами, весьма невелико по сравнению с кровоснабжением, обеспеченным в результате артериогенеза [87].