Функциональные типы сосудов
Количество крови у человека составляет 1/12 массы тела человека. Эта кровь распределена в сосудистой системе неодинаково. Примерно 60-65% находится в венозной системе, 10% приходится на сердце, 10% - на аорту и крупные артерии, 2% - в артериолах и 5%- в капиллярах. В состоянии покоя примерно половина крови находится в кровяных депо.
В целом все сосуды выполняют разные задачи, в зависимости от этого все сосуды подразделяются на несколько типов.
1. Магистральные сосуды - это аорта, легочные артерии и их крупные ветви. Это сосуды эластического типа. Функция магистральных сосудов заключается в аккумуляции, накоплении энергии сокращения сердца и обеспечении непрерывного тока крови по всей сосудистой системе.
Значение эластичности крупных артерий для непрерывного движения крови можно объяснить на следующем опыте. Из бака выпускают воду прерывистой струей по двум трубкам: резиновой и стеклянной, которые заканчиваются капиллярами. При этом из стеклянной трубки вода вытекает толчками, а из резиновой - непрерывно и в большом количестве.
Так в организме во время систолы кинетическая энергия движения крови затрачивается на растяжение аорты и крупных артерий, так как артериолы сопротивляются току крови. Вследствие этого через артериолы в капилляры во время систолы проходит меньше крови, чем ее поступило из сердца. Поэтому крупные сосуды растягиваются, образуя как бы камеру, в которую поступает значительное количество крови. Кинетическая энергия переходит в потенциальную, и когда систола заканчивается, растянутые сосуды давят на кровь, и тем самым поддерживают равномерное движение крови по сосудам во время диастолы.
2.Сосуды сопротивления. К ним относятся артериолы и прекапилляры. Стенка этих сосудов имеет мощный слой кольцевой гладкой мускулатуры. От тонуса гладкой мускулатуры зависит диаметр этих сосудов. Уменьшение диаметра артериол приводит к увеличению сопротивления. Если принять общую величину сопротивления всей сосудистой системы большого круга кровообращения за 100%, то 40-60 % приходится на артериолы, в то время как на артерии приходится 20% , венозную систему - 10% и капилляры - 15%. Кровь задерживается в артериях, давление в них повышается. Т.о., функции артериол: 1. Участвуют в поддержании уровня АД; 2. Регулируют величину местного кровотока. В работающем органе тонус артериол уменьшается, что увеличивает приток крови.
3.Сосуды обмена. К ним относятся сосуды микроциркуляции, т.е. капилляры (стенка состоит из 1 сл. эпителия). Способность к сокращению отсутствует. по строению стенки различают три типа капилляров: соматический (кожа, скелетн. и глад. мышцы, кора больших полушарий), висцеральный ("финестрированный"- почки, ж.к.т., эндокринные железы) и синусоидный (базальная мембрана может отсутствовать - костный мозг, печень, селезенка). Функция - осуществление обмена между кровью и тканями.
4.Шунтирующие сосуды. Эти сосуды соединяют между собой мелкие артерии и вены. Функция - перебрасывание крови при необходимости из артериальной системы в венозную, минуя сеть капилляров (например, на холоде при необходимости сохранения тепла). Находятся лишь в некоторых областях тела - уши, нос, стопы и некот. др.
5. Емкостные сосуды. К этим сосудам относятся венулы и вены. В них содержится 60 - 65% крови. Венозная система имеет очень тонкие стенки, поэтому они чрезвычайно растяжимы. Благодаря этому емкостные сосуды не дают сердцу "захлебнуться".
Таким образом, несмотря на функциональное единство и согласованность в работе различных отделов сердечно-сосудистой системы, в настоящее время выделяют три уровня, на которых происходит движение крови по сосудам: 1. Системная гемодинамика, 2. Микрогемодинамика (микроциркуляция), 3. Регионарное (органное кровообращение).
Каждый из этих уровней осуществляет свои функции.
1. Системная гемодинамика обеспечивает процессы кругооборота (циркуляции крови) во всей системе.
Часть свойств этого раздела была изложена выше.
2. Микрогемодинамика (микроциркуляция) – обеспечивает транскапиллярный обмен между кровью и тканями продуктами питания, распада, осуществляет газообмен.
3. Регионарное (органное кровообращение) - обеспечивает кровоснабжение органов и тканей в зависимости от их функциональной потребности.
Системная гемодинамика
Основными параметрами, характеризующими системную гемодинамику, являются: системное артериальное давление, сердечный выброс (СО или МОК), работа сердца (была рассмотрена ранее), венозный возврат, центральное венозное давление, объем циркулирующей крови (ОЦК).
Системное артериальное давление
Данный показатель зависит от величины сердечного выброса и общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС). Сердечный выброс характеризуется систолическим объемом или МОК. ОПСС измеряют прямым кровавым методом или вычисляют по специальным формулам. В частности для вычисления ОПСС используют формулу Франка:
R=\(P1 – P2):Q\х1332, где Р1- Р2 – разность давлений в начале и конце пути, Q – величина кровотока в данном участке. ОПСС = 1200 – 1600 дин.с.см-5. При чем в среднем возрасте оно составляет 1323, а к 60-69 годам увеличивается до 2075 дин.с.см-5. Зависит от уровня артериального давления. При его увеличении возрастает в 2 раза.
Кровяное давление
Кровяное давление - это давление, под которым кровь течет по сосудам и которое она оказывает на стенки сосудов. То давление, под которым течет кровь, называется центральным. То давление, которое она оказывает на стенки сосудов, называется боковым.
Давление крови в артериях называют артериальным давлением, и оно зависит от фаз сердечного цикла. Во время систолы (систолическое давление) оно максимальное и у взрослого человека составляет 120 - 130 мм рт.ст. Если этот показатель увеличивается до 130-140 мм рт.ст. и выше - говорят о гипертензии, если уменьшается до 100 мм рт.ст. и ниже - о гипотензии.
Во время диастолы (диастолическое давление) давление понижается и в норме составляет 60 - 80 мм рт.ст.
Величина систолического давления (СД) зависит от количества крови, выбрасываемой сердцем за одну систолу (СО). Чем больше СО, тем выше СД. Может увеличиваться при физических нагрузках. Причем СД является показателем работы левого желудочка.
Величина диастолического давления (ДД) определяется характером оттока крови из артериальной части в венозную часть. Если просвет артериол велик, то отток осуществляется хорошо, то ДД регистрируется в пределах нормы. Если отток затруднен, например, из-за сужения артериол, то во время диастолы давление повышено.
Разность между СД и ДД называется пульсовым давлением (ПД). ПД в норме составляет 40 - 50 мм рт.ст.
Кроме СД, ДД, и ПД при рассматривании гемодинамических законов выделяют среднединамическое давление (СДД). СДД - это то давление крови, кот. она бы оказывала на стенки сосудов, если бы она текла непрерывно. СДД = 80 - 90 мм рт.ст. то есть оно меньше СД и ближе к ДД.
Методы определения АД.
Существует два способа определения АД:
1. кровавый, или прямой (1733 г. – Хэлс)
2. бескровный, или непрямой.
При прямом измерении канюлю, соединенную с ртутным манометром, через резиновую трубку вводят непосредственно в сосуд. Пространство между кровью и ртутью заполняют антикоагулянтом. Чаще всего используется в экспериментах. У человека данный метод может использоваться в сердечной хирургии.
Обычно у человека АД определяется бескровным (непрямым) способом. В этом случае определяется боковое давление (давление на стенки сосудов).
Для определения используется сфигмоманометр Рива-Роччи. Почти всегда давление определяется на плечевой артерии.
На плечо накладывают манжету, соединенную с манометром. Затем нагнетают воздух в манжету до исчезновения пульса в лучевой артерии. Далее воздух постепенно выпускают из манжеты и когда давление в манжете будет равняться систолическому или чуть ниже, то кровь прорывается через сдавленный участок и появляется первая пульсовая волна. Момент появления пульса соответствует систолическому давлению, которое определяется по показанию манометра. Диастолическое давление данным методом определить затруднительно.
В 1906 г. Н.С.Коротков обнаружил, что после освобождения сдавленной артерии, ниже места сдавления возникают шумы (Коротковские тоны), которые хорошо прослушиваются фонендоскопом. В настоящее время в клинической практике чаще определяют АД методом Короткова, т.к. он позволяет определить и систолическое и диастолическое давление.
Суть метода заключается в следующем: манжету от аппарата Рива-Роччи накладывают на плечо и нагнетают в нее воздух. Фонендоскоп устанавливают в область локтевой ямки и начинают выпускать воздух из манжеты. Как только давление в манжете станет равным систолическому, или чуть ниже, кровь прорывается сквозь сдавленный участок и ударяется о стенки сосуда. Течение крови – турбулентное. Поэтому в данный момент мы слышим ясные звонкие звуки (Коротковские тоны). По мере уменьшения давления в манжете тоны становятся глухими, изменяют свой характер (движение крови становится ламинарным), и когда давление в манжете будет равным ДД, то звуки прекращаются, т.е прекращение тонов соответствует ДД.
Величина АД зависит от многих факторов и изменяется при различных состояниях организма: физической работе, при возникновении эмоций, болевых воздействиях и т.д.
Основными факторами, влияющими на величину артериального давления, являются тонус сосудов, работа сердца и объем циркулирующей крови.
Артериальный пульс
Артериальный пульс – это ритмическое толчкообразное колебание стенки сосуда, возникающее вследствие выброса крови из сердца в артериальную систему. Пульс от лат. рulsus – толчок.
Врачи древности большое внимание уделяли изучению свойств пульса. Научную основу учения о пульсе получило после открытия Гарвеем системы кровообращения. Изобретение сфигмографа и особенно внедрение современных методов регистрации пульса (артериопьезография, скоростная электросфигмография и др.) значительно углубили знания в этой области.
При каждой систоле сердца в аорту выбрасывается определенное количество крови. Эта кровь растягивает начальную часть эластичной аорты и повышает в ней давление. Это изменение давления распространяется по аорте и ее ветвям до артериол. В артериолах пульсовая волна прекращается, т.к. здесь высокое мышечной сопротивление. Распространение пульсовой волны происходит значительно быстрее, чем течет кровь. Пульсовая волна идет со скоростью 5-15 м/с, т.е. она бежит в 15 раз быстрее, чем кровь. Т.о. возникновение пульса связано с тем, что при работе сердца кровь в сосуды нагнетается непостоянно, а порциями. Исследование пульса позволяет судить о работе левого желудочка. Чем больше систолический объем, чем эластичнее артерия, тем больше колебания стенки.
Колебания стенок артерий можно записать при помощи сфигмографа. Записываемая кривая называется сфигмограммой. На кривой записи пульса –сфигмограмме всегда видно восходящее колено – анакрота, плато, нисходящее колено – катакрота, дикротический подъем и инцизура (вырезка).
Анакрота возникает вследствие повышения давления в артериях и совпадает по времени с фазой быстрого изгнания крови в систолу желудочков. В это время приток крови больше, чем отток.
Плато – совпадает с фазой медленного изгнания крови в систолу желудочков. В это время приток крови в аорту равняется оттоку. После систолы в начале диастолы закрываются полулунные клапаны. Приток крови прекращается, а отток продолжается. Отток преобладает, поэтому давление постепенно понижается. Это обуславливает катакроту.
В протодиастолический интервал (конец систолы, начало диастолы), когда давление в желудочках снижается, то кровь стремится обратно к сердцу. Отток уменьшается. Возникает инцизура. Во время диастолы желудочков кровь захлопывает полулунные клапаны и вследствие удара о них начинается новая волна оттока крови. Появляется кратковременная волна повышенного давления в аорте (дикротический подъем). После этого катакрота продолжается. Давление в аорте достигает исходного уровня. Отток увеличивается.
Свойства пульса.
Чаще всего пульс исследуют на лучевой артерии (a.radialis). При этом обращают внимание на следующие свойства пульса:
1. Частота пульса (ЧП). ЧП характеризует ЧСС. В норме ЧП= 60 – 80 уд/мин. При увеличении ЧП свыше 90 уд/мин говорят о тахикардии. При урежении (менее 60 уд/мин) – о брадикардии.
Иногда левый желудочек сокращается так слабо, что пульсовая волна ен доходит до периферии, тогда число пульсовых ударов становится меньше, чем ЧСС. Такое явление носит название – брадисфигмия. А разницу между ЧСС и ЧП называют дефицитом пульса.
По ЧП можно судить какая Т у человека. Повышение Т на 10С ведет к учащению пульса на 8 уд/мин. Исключение составляет изменение Т при брюшном тифе и перитоните. При брюшном тифе наблюдается относительное замедление пульса, при перитоните – относительное учащение.
2. Ритмичность пульса. Пульс может быть ритмичным аритмичным. Если пульсовые удары следуют один за другим через одинаковые промежутки времени, то говорят о правильном, ритмичном пульсе. Если этот промежуток времени меняется, то говорят о неправильном пульсе – пульс аритмичен.
3. Быстрота пульса. Быстрота пульса определяется скоростью повышения и падения давления во время пульсовой волны. В зависимости от этого показателя различают быстрый или медленный пульс.
Быстрый пульс характеризуется быстрым подъемом и быстрым снижением давления в артериях. Быстрый пульс наблюдается при недостаточности аортального клапана. Медленный пульс характеризуется медленным подъемом и понижением давления, т.е. когда артериальная система медленно наполняется кровью. Это бывает при стенозе (сужении) аортального клапана, при слабости миокарда желудочка, обмороке, коллапсе и т.д.
4. Напряжение пульса. Оно определяется силой, которую надо приложить для полного прекращения распространения пульсовой волны. В зависимости от этого выделяют напряженный, твердый пульс, что наблюдается при гипертонии, и ненапряженный (мягкий) пульс, что бывает при гипотонии.
5. Наполнение или амплитуда пульса – это изменение диаметра сосуда во время пульсового толчка. В зависимости от этого показателя различают пульс с большой и малой амплитудой, т.е. хорошего и плохого наполнения. Наполнение пульса зависит от количества выбрасываемой сердцем крови и от эластичности сосудистой стенки.
Существует еще немало свойств пульса, с которыми вы познакомитесь на терапевтических кафедрах.
Венозный возврат.
Одним из важных показателей системной гемодинамики является венозный возврат крови к сердцу. Он отражает объем венозной крови, протекающей по верхней и нижней полым венам. В норме количество крови, протекающей за 1 мин равно МОК. Соотношение венозного возврата и сердечного выброса определяют при помощи специальных электромагнитных датчиков.
Движение крови в венах.
Движение крови в венах также подчиняется основным законам гемодинамики. Однако в отличие от артериального русла, где давление снижается в дистальном направлении, в венозном русле наоборот – давление падает в проксимальном направлении. Давление в начале венозной системе - вблизи капилляров колеблется от 5 до 15 мм рт.ст. (60 – 200 мм вод.ст.). В крупных венах давление значительно меньше – и колеблется от 0 до 5 мм рт.ст. Ввиду того, что давление крови в венах незначительное для определения его в венах применяют водные манометры. У человека венозное давленние определяют в венах локтевого сгиба прямым способом. В венах локтевого сгиба давление равняется 60 – 120 мм вод.ст.
Скорость движения крови в венах значительно меньше, чем в артериях. Какие же факторы обуславливают движение крови в венах?
1. Имеет большое значение остаточная сила сердечной деятельности. Эта сила называется силой проталкивания.
2. Присасывающее действие грудной клетки. В плевральной щели давление отрицательное, т.е. ниже атмосферного на 5-6 мм рт.ст. При вдохе оно увеличивается. Поэтому во время вдоха увеличивается давление между началом венозной системы и местом вхождения полых вен в сердце. Приток крови к сердцу облегчается.
3. Деятельность сердца, как вакуумного насоса. Во время систолы желудочков сердце уменьшается в продольном направлении. Предсердия подтягиваются к желудочкам. Их объем увеличивается. Давление в них падает. Это и создает небольшой вакуум.
4. Сифонные силы. Между артериолами и венулами имеются капилляры. Кровь течет непрерывной струей и за счет сифонных сил по системе сообщающихся сосудов она попадает из одних сосудов в другие.
5. Сокращение скелетных мышц. При их сокращении сдавливаются тонкие стенки вен и кровь, проходящая по ним, течет быстрее, т.к. давление в них повышается. Обратному току крови в венах препятствуют находящиеся там клапаны. Ускорение течения крови по венам происходит при усилении мышечной работы, т.е. при чередовании сокращения и расслабления (ходьба, бег). При длительном стоянии – застой в венах.
6. Сокращение диафрагмы. При сокращении диафрагмы ее купол опускается вниз и давит на органы брюшной полости, выдавливая из вен кровь – вначале в воротную вену, а затем – в полую.
7. В движении крови имеет значение гладкая мускулатура вен. Хотя мышечные элементы выражены слабо, все равно повышение тонуса гладких мышц ведет к сужению вен и тем самым способствует движению крови.
8. Гравитационные силы. Этот фактор является положительным для вен, лежащих выше сердца. В этих венах кровь под своей тяжестью течет к сердцу. Для вен, лежащих ниже сердца этот фактор является отрицательным. Тяжесть столба крови ведет к застою крови в венах. Однако большому скоплению крови в венах препятствуют сокращения мускулатуры самих вен. Если человек длительное время находится на постельном режиме, то механизм регуляции нарушается, поэтому резкое вставание ведет к появлению обморока, т.к. уменьшается приток крови к сердцу и ухудшается кровоснабжение головного мозга.
Следующий показатель, влияющий на процессы системной гемодинамики – это центральное венозное давление.
Центральное венозное давление
Уровень ЦВД (давление в правом предсердии) оказывает значительное влияние на величину венозного возврата к сердцу. Падение ЦВД приводит к усилению притока крови к сердцу. Однако усиление притока наблюдается лишь при уменьшении ЦВД до известных пределов, т.к. дальнейшее падение давления не приведет к усилению возврата венозной крови из-за спадения полых вен. Повышение ЦВД снижает приток крови. Минимальное ЦВД у взрослых составляет 40 мм вод.ст., максимальное ЦВД – 120 мм вод.ст.
При вдохе центральное венозное давление уменьшается, в результате возрастает скорость венозного кровотока. При выдохе ЦВД увеличивается, а венозный возврат уменьшается.
Венный пульс
Венным пульсом называют колебания давления и объема в венах за время одного сердечного цикла, связанные с динамикой оттока крови в правое предсердие в разные фазы систолы и диастолы. Эти колебания можно обнаружить в крупных, близко расположенных к сердцу, венах – обычно в полых и яремных.
Причиной возникновения венного пульса является прекращение оттока крови из вен к сердцу во время систолы предсердий и желудочков.
Кривая венного пульса называется флебограмма.
На данной кривой можно выделить несколько зубцов, которые отражают изменение давления в венах, имеют буквенные обозначения.
а – возникает во время систолы правого предсердия отток крови из вен к сердцу прекращается и давление повышается. Затем кровь устремляется в предсердия, давление падает.
с – совпадает с колебанием стенки соседней сонной артерии. Возникает во время систолы желудочков.
n - появляется после заполнения предсердий. Отражает повышение давления. Возникает в конце диастолы предсердий.
И последний показатель, характеризующий системную гемодинамику – это объем циркулирующей крови.
Объем крови.
Общий объем крови делят на кровь, циркулирующую по сосудам, и кровь, которая не участвует в данный момент в циркуляции. При чем объем второй части (задепонированной крови) в состоянии относительного покоя больше в 2 раза первой части (ОЦК). У взрослого человека ОЦК составляет от 50 до 80 мл на 1 кг массы тела.
Регуляция общего объема крови в организме осуществляется на 3 уровнях:
1) регуляция объема жидкости между плазмой и интерстициальным пространством.
2) регуляция объема жидкости между плазмой и внешенй средой (осуществляется в основном почками).
3) регуляция объема эритроцитарной массы.
Итак, не вся кровь, которая находится в сосудистой системе, равномерно участвует в кровообращении. Более 60% всей массы крови находится в кровяных депо.
Кровяные депо
Функции кровяных депо выполняет селезенка, печень, легкие и капиллярные сплетения подкожной жировой клетчатки. Говоря о депонировании крови, нельзя не вспомнить о всей венозной системе, где скорость кровотока достаточно невелика и за счет эластичности стенок вены растягиваются, накапливая кровь.
1. Селезенка. В селезенке может находиться 10-20% общего количества крови. Депонирующие свойства селезенки обусловлены особенностями строения микроциркуляторных сосудов. На венозном конце капилляра селезенки имеются гладкомышечные клетки, обладающие способностью сокращаться.
В селезенке кровь поступает из капилляров сначала в венозный синус (лакуны). Сокращение сфинктера в месте перехода синуса в венулу приводит к задержке крови в лакуне. Стенки синуса растягиваются и заполняются кровью. Кровь в лакунах может находиться очень долго. Плазма крови может проходить через сфинктер, в то время как эритроциты задерживаются (происходит сгущение крови).
В селезенке может депонироваться от 300 до 700 мл крови.
2. Самым мощным депо в организме является капиллярное сплетение подкожной жировой клетчатки. Микроциркуляторные сосуды подкожной жировой клетчатки имеют ряд особенностей в строении. Между артериолами и –венулами имеется 2 типа капилляров : магистральные и коллатеральные.
Магистральные капилляры выполняюит роль шунтирующих сосудов, т.е. обеспечивают переход крови из артериальной системы в венозную. Коллатеральные или боковые капилляры имеют тонкие стенки и легко растягиваются, накапливая в себе кровь. При этом скорость кровотока в них наименьшая, т.е. кровь как бы застаивается. Данное депо может содержать до 1 л крови.
3. Следующим органом, который выполняет депонирующую функцию, является печень. В данном органе мелкие и средние вены имеют толстый мышечный слой. Вследствие этого они могут изменять свой просвет. В результате сужения вен в течение некоторого времени в орган может притекать больше крови, чем оттекает. Замедление течения крови приводит к выключению ее из общего кровотока. У взрослого человека в печени депонируется до 800 мл крови.
4. Сосуды, расположенные в верхушке легких, относятся к депонирующим. Стенки этих сосудов тонкие и легко растягиваются. В результате в состоянии относительного покоя, когда верхушка легких практически не участвует в дыхании, течение крови в сосудах замедляется. Кровь как бы застаивается. Таким образом, может депонироваться до 200 мл крови.
Раздепонирование крови происходит при возросших потребностях организма: в стрессовых ситуациях, при физической нагрузке, при болевом воздействии, кровопотере и т.д. В раздепонировании принимают как нервные (ВНС), так и гуморальные (адреналин, вазопрессин, кортикостероиды) механизмы регуляции.