Физиология кровообращения
Жизнь высших организмов невозможна без постоянной циркуляции биологических жидкостей – крови и лимфы. Эту задачу выполняет система кровообращения, или сердечно-сосудистая система. Она включает в себя сердце и сосуды – кровеносные и лимфатические.
Высшие организмы, в том числе человек, имеют замкнутую систему кровообращения, кровь находится только в сосудах, перемещаясь с помощью работы сердца. Постоянное движение крови по организму обеспечивает следующие функции:
• доставку кислорода и питательных веществ непосредственно к тканям и клеткам организма;
• удаление углекислого газа и продуктов жизнедеятельности из клеток;
• участие в процессах терморегуляции организма;
• участие лимфатической системы (части системы кровообращения) в поддержании иммунитета с помощью выработки и распределения по организму специальных клеток и иммунных тел.
Непрерывное движение крови по сосудам происходит благодаря постоянной работе сердца. Сердце – это своеобразный биологический насос, который работает в течение всей жизни.
Система кровообращения человека
В среднем у взрослого человека в минуту сердце перекачивает до 6 л крови, в течение суток – порядка 8000 л; за жизнь объем крови, проходящий через сердце, достигает 170–200 млн л.
Сердце расположено в грудной клетке позади грудины и закреплено в центральной части диафрагмы. По обе стороны от него расположены легкие, сверху находятся главные кровеносные сосуды и бифуркация трахеи (разделение ее на два основных бронха). Сердце представляет собой полый четырехкамерный мышечный орган. Стенка сердца (миокард) состоит из типических мышечных волокон, которые обеспечивают сократительную функцию сердца, и атипических волокон, которые образуют проводящую систему сердца. Наружная поверхность покрыта фиброзной оболочкой – перикардом. В верхние камеры (предсердия) поступает венозная кровь, в нижние (желудочки) – кровь из предсердий, которая в дальнейшем прибывает в артерии (в аорту – из левого желудочка, в легочную артерию – из правого).
Сердце условно можно разделить пополам, и каждая половина будет состоять из предсердия и желудочка, которые действуют как самостоятельные насосы. При этом правая половина перекачивает венозную кровь, богатую углекислым газом, через легкие (малый круг кровообращения), левая половина обеспечивает движение артериальной, обогащенной кислородом крови (большой круг кровообращения). Во время систолы (сокращения мышцы сердца, или миокарда) вначале сокращаются предсердия, выталкивая кровь в расслабленные желудочки, которые затем также сокращаются. Во время сокращения желудочков предсердия расслаблены, в них поступает кровь из нижней и верхней полых вен, которые несут венозную кровь со всего организма в правое предсердие, а в левое предсердие поступает артериальная кровь из легких по четырем легочным венам. После фазы сокращения сердца следует фаза расслабления – диастола. Соотношение времени систолы и диастолы предсердий составляет приблизительно 1:7, желудочков – 3:5.
Сердце в разрезе
Выходные отверстия из полостей сердца разделены между собой клапанами, которые обеспечивают во время систолы движение крови только в одном направлении, препятствуя ее возвращению. Слева расположены митральный (между предсердием и левым желудочком) и аортальный (между желудочком и аортой) клапаны, справа – трикуспидальный клапан (между предсердием и желудочком), на выходе из правого желудочка – клапан легочной артерии.
Клапаны сердца
В состоянии покоя во время систолы в артерию выбрасывается в среднем приблизительно 50–70 мл крови, при физической нагрузке увеличивается сила сокращений миокарда и объем возрастает до 120 мл (у спортсменов – до 200 мл).
Важнейшая особенность сердца – автоматизм его работы, способность сокращаться под влиянием возникающих в клетках его проводящей системы импульсов.
Выделяют несколько центров проводящей системы.
• Синусно-предсердный (синоатриальный) узел, или узел Киса – Фляка, который расположен в стенке правого предсердия. В норме он – водитель ритма (пейсмекером) I порядка.
• Предсердно-желудочковый (атриовентрикулярный), расположенный в межпредсердной перегородке на границе предсердий и желудочков. Он водитель ритма II порядка, его способность к автоматизму в 2 раза ниже.
• Пучок Гиса, разделяющийся на правую и левую ножки, которые при дальнейшем разветвлении контактируют с клетками сократительного миокарда.
При возникновении и проведении импульсов с проводящей системы сердечная мышца реагирует по закону «все или ничего», то есть сокращение идет по типу одиночного, обеспечивающего перекачивание крови в кровеносные сосуды.
Кровеносные сосуды разделяются на артерии, несущие кровь от сердца, и вены, которые возвращают венозную кровь к сердцу. Вены и артерии связаны между собой микроциркуляторным руслом – капиллярами. От сердца артерии отходят одним стволом (аорта от левого желудочка, легочная артерия от правого желудочка), в дальнейшем разделяясь на более мелкие ветви, в основном дихотомически – надвое. Мелкие ветви разделяются до микроциркуляторного русла, которое состоит из сосудов притока – артериол – и оттока – венул; между собой артериолы и венулы связаны диффузной капиллярной сетью. На уровне капиллярной сети происходит обмен веществ и газов между кровью и тканями. Затем кровь поступает в венулы, которые объединяются в более крупные ветви, возвращающие кровь к сердцу.
Строение различных сосудов отличается между собой и зависит от выполняемых ими функций. Так, стенка артерий состоит из трех слоев, причем средний слой включает эластическую ткань и гладкие мышцы, которые поддерживают упругость и сократимость сосудистой стенки. Эти качества обеспечивают нормальное артериальное давление и регулируют просвет сосудов. Внутренний слой артерий (интима) по толщине составляет несколько клеток, придающих внутренней стенке артерий гладкость для лучшего движения крови.
Стенки капилляров состоят только из эндотелия (нескольких слоев клеток), что обеспечивает хороший обмен веществ и газов через сосудистую стенку.
Строение вен отличается от артерий тем, что мышечный слой выражен значительно слабее, так как венозное давление намного ниже артериального; вторая особенность заключается в наличии в них клапанов, поддерживающих кровоток в одном направлении.
В целом удобнее рассматривать систему кровообращения, начиная с возврата крови к правым отделам сердца. В правое предсердие кровь поступает по двум крупным венам: верхняя полая вена возвращает кровь от верхней половины туловища, нижняя – несет кровь от нижней половины тела. Из предсердия кровь поступает в правый желудочек, при сокращении которого через легочную артерию кровь нагнетается в легкие. Разветвление легочных артерий образует капиллярную сеть, которая связана с альвеолами. Именно на этом уровне происходит обмен газами между альвеолами и кровью, так называемый этап тканевого дыхания. Затем кровь, обогащенная кислородом, возвращается к сердцу и по четырем венам (две от каждого легкого) впадает в левое предсердие. В дальнейшем во время систолы левый желудочек под высоким давлением выталкивает кровь в аорту, от которой ответвляются все артерии, образующие большой круг кровообращения, снабжающие кровью все органы и ткани организма.
Кровь в сосудах распределена неравномерно: около 12 % присутствует в артериях и венах малого круга кровообращения (в легких), около 60 % – в венах большого круга, 15 % – в артериях большого круга, 5 % – в капиллярах, остальная кровь находится в сердце. Такое распределение крови характерно для состояния покоя.
Схема кругов кровообращения
Для обеспечения нормального кровотока по всему организму требуется определенный уровень кровяного давления. Во время систолы давление поддерживается за счет силы сокращения, во время диастолы – за счет эластических сил крупных сосудов. Чередование систолы и диастолы придает кровотоку пульсирующий характер, известный как пульс. Его можно обнаружить на любой крупной артерии. В норме у взрослого человека пульс составляет 60–75 уд./мин и соответствует частоте сердечных сокращений.
Нормальное артериальное давление регулируется многими факторами, главные из которых – сила сердечных сокращений, объем крови в артериях и сопротивление мелких сосудов движению крови. Во время систолы давление в норме у взрослого человека составляет 100–120 мм рт. ст., во время диастолы – 60–70 мм рт. ст. Разница между этими показателями называется пульсовым давлением и в норме она около 50 мм рт. ст.
При выполнении любой мышечной работы параллельно изменяется работа сердечно-сосудистой системы. Это необходимо для обеспечения повышенных потребностей работающих клеток в кислороде и питательных веществах, а также выведения увеличенного количества продуктов распада и углекислого газа.
Малый круг кровообращения
Характерными компенсаторными механизмами приспособления к повышенной нагрузке являются:
• увеличение частоты сердечных сокращений (до 180 в минуту);
• увеличение силы сокращения миокарда (с 50–60 до 100–120 мл);
• увеличение частоты и силы сердечных сокращений (происходит под влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы и адреналина);
• увеличение систолического артериального давления; диастолическое же давление либо остается на прежнем уровне, либо снижается за счет уменьшения периферического сопротивления сосудов току крови, что облегчает движение крови и уменьшает нагрузку на сердце;
• увеличение скорости движения крови по артериям, при котором увеличивается диаметр сосудов в работающих органах и мышцах и одновременно уменьшается просвет сосудов в не работающих в данный момент органах (наблюдается перераспределение объема крови в пользу работающих органов);
• уменьшается время полного кругооборота крови;
• в работающих мышцах открываются резервные сосуды;
• практически не меняется кровоток головного мозга;
• увеличивается сердечный кровоток. Можно подсчитать, что если во время нагрузки частота сердечных сокращений возрастает в 3 раза, а объем выбрасываемой крови – в 2 раза, то общая работа сердца (минутный объем кровообращения) возрастает в 6 раз.
