Система кровообращения. Вены, каппиляры – часть 1

Система кровообращения поддерживает постоянную циркуляцию крови, а следовательно, обеспечивает снабжение всех клеток тела питательными веществами и кислородом и удаляет конечные продукты обмена веществ.

Сердце можно сравнить с насосом, обеспечивающим непрерывное движение крови в организме. Его работа идеально приспособлена к меняющимся потребностям клеток, тканей и органов в притоке крови.  Если человек находится в покое, его сердце при каждом сокращении выталкивает в аорту 60—70 мл крови (систолический или ударный объем).  Это составляет за 1 мин около 4 л (минутный объем).  При неторопливой ходьбе выброс крови увеличивается в 2—3 раза, т.  е.  сердце выбрасывает в аорту 8—12 л крови в минуту.  При более интенсивной физической нагрузке (бег, быстрый подъем по лестнице и т.п.) сердце усиливает свою работу в 5 раз и больше.

У нетренированных людей увеличение минутного объема при физической работе достигается в основном за счет учащения сердцебиений (иногда до 150—180 ударов в минуту).  Сердце спортсмена и физически тренированного человека повышает минутный объем за счет увеличения ударного выброса крови при относительно незначительном учащении сердцебиений.  Естественно, что во втором случае сердечная мышца работает в лучших условиях.  Ведь учащение сердцебиений происходит за счет укорочения периода расслабления сердечной мышцы (диастолы) и периода покоя (паузы) и, следовательно, за счет сокращения времени отдыха мышцы сердца.  Это может привести к ее утомлению.  Кроме того, во время диастолы и паузы полости сердца наполняются кровью, при слишком же большом учащении сердцебиений сердце не будет успевать наполняться и по этому будет выбрасывать меньшее количество крови.  Если же сердце при физической нагрузке работает в редком ритме, оно успевает отдыхать во время паузы и увеличивает ударный выброс до 150 и даже 200 мл.

Сердце действует как «простой насос», но нельзя не удивляться его работоспособности: в течение одного года у взрослого оно перекачивает более 3000 тонн крови! Такая интенсивная и непрерывная работа требует обильного снабжения сердечной мышцы питательными веществами.  Это осуществляется кровеносными сосудами, густо оплетающими мышцу сердца.  Крупные сосуды, питающие сердце, называются коронарными или венечными артериями.  Они распадаются на многочисленные мелкие артерии и капилляры.

Большое значение для поддержания нормальной деятельности сердца имеют артериовенозные анастомозы.  Так называют кровеносные сосуды, соединяющие артерии сердца с его венами, минуя капилляры.  Особенно велико значение артерио-артериальных анастомозов (т.  е.  непосредственно соединений артерий с артериями), так как в случае закупорки одной из ветвей, например при атеросклерозе, кровь из другой артерии по анастомозу поступает в те же капилляры.  Это помогает избежать омертвения участка сердца — инфаркта миокарда.

Значение анастомозов показано исследованиями коронарных артерий у людей среднего и пожилого возраста, никогда не страдавших заболеваниями сердца.  У некоторых из них обнаружено значительное сужение или полная закупорка одной или нескольких ветвей коронарных артерий.  В самой же сердечной мышце не найдено никаких патологических изменений.  Во всех этих случаях установлено значительное развитие артерио-артериальных анастомозов, питавших участки миокарда, расположенные по ходу суженного или полностью непроходимого сосуда.

В норме венечные артерии вполне обеспечивают питание сердца, несмотря на то, что оно резко меняет в короткие промежутки времени интенсивность своей деятельности в соответствии с потребностями организма.  Чем интенсивнее работает сердце, тем больше возрастают его собственные потребности в питательных веществах, т.  е.  в увеличении притока артериальной крови.  Поэтому в случаях значительного усиления деятельности сердца при физической нагрузке кровоток через венечные артерии может возрасти с 200—250 мл до 3—4 л в минуту.  При этом масса крови, протекающая через сердце, оказывается в 10—15 раз больше массы самого сердца.

Характер кровотока в артериях сердца и во всех прочих артериальных сосудах совершенно различен.  Так, в момент систолы (сокращения сердца) кровоток в аорте и отходящих от нее артериях ускоряется, во время диастолы (расслабления сердца) — несколько замедляется.  В сосудах же, питающих сердечную мышцу, наоборот: при сокращении сердца его сосуды, особенно мелкие, сдавливаются.  Поэтому во время систолы кровоток в сосудах сердца тормозится, а во время диастолы усиливается.  Понятно, что при спокойном ритме сердцебиений периоды расслабления и отдыха сердечной мышцы более продолжительны, чем при частом.  Это улучшает его кровоснабжение особенно в тот момент, когда диастола совпадает со вдохом, так как при расширении грудной клетки понижается давление и в околосердечной полости, что, в свою очередь, облегчает прохождение крови по артериям сердца.

Мышца сердца (миокард) отличается от скелетных мышц исключительно высоким содержанием ферментов и большим количеством митохондрий — внутриклеточных «силовых станций», вырабатывающих энергию, необходимую для функционирования мышечных волокон сердца.  Последние имеют большую дыхательную активность, чем волокна скелетных мышц: из каждых 100 мл притекающей крови сердце поглощает 12—15 мл кислорода, в то время как скелетные мышцы усваивают только 6—8 мл.  В течение суток сердце поглощает примерно 38 л чистого кислорода.

Активному обмену веществ в сердечной мышце соответствуют и большее сравнительно с другими мышцами 3количество капилляров (в здоровом сердце в 1 мм3 ткани насчитывается до 4000 капилляров) и более высокая ее чувствительность к недостатку кислорода.  В качестве источников энергии в миокарде, как и во всех прочих тканях организма, служат углеводы и жиры, но сердце нуждается в углеводах больше, чем другие органы, поскольку за их счет сердце удовлетворяет более половины своих энергетических потребностей.  Часть энергии, получаемой при окислении питательных веществ, преобразуется в сердце в богатые энергией резервные вещества — гликоген, аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), креатинфосфорную кислоту, или креатинфосфат (КФ), и др.  Во время сокращений сердечной мышцы эти вещества отдают накопленную энергию.  При развитии сердечной недостаточности количество резервных веществ (АТФ и особенно КФ) уменьшается, сила сердечных сокращений ослабевает.

Мышца сердца имеет очень важную особенность — она обладает автоматизмом, т.  е.  способностью сокращаться без внешних стимулов, как бы самопроизвольно.  Это обеспечивает очень высокую надежность сердца, особенно когда по каким-то причинам нарушается центральная регуляция его работы.  Однако автоматический ритм постоянен и не обеспечивает приспособления работы сердца к меняющимся внешним и внутренним условиям.

У здорового человека частота и сила сердечных сокращений изменяются в точном соответствии с потребностями организма.  Это достигается с помощью нервных и эндокринных влияний.  Первые осуществляются импульсами, поступающими по симпатическим и парасимпатическим (блуждающим) нервам, вторые действуют через кровь, переносящую гормоны, например адреналин.

Возбуждение блуждающих нервов, которые относятся к парасимпатическому отделу вегетативной нервной системы, вызывает замедление деятельности сердца, понижение возбудимости сердечной мышцы и уменьшение амплитуды ее сокращений.  По симпатическим волокнам передаются импульсы, учащающие сердцебиения, усиливающие сокращения, повышающие возбудимость сердечной мышцы.  Таким образом, влияние парасимпатической системы направлено на усиление процессов, способствующих накоплению энергетических потенциалов и восстановлению богатых энергией резервных веществ, симпатическая же система усиливает все функции сердечной мышцы, стимулируя трату энергии.  Работа сердца контролируется несколькими дублирующими друг друга механизмами, которые действуют согласованно в интересах организма в целом и приспосабливают величину кровотока к энергетическим потребностям различных органов и самой сердечной мышцы в покое и при физических и эмоциональных нагрузках.
Кровеносные сосуды, идущие от сердца к органам, называются артериями; от органов к сердцу кровь несут вены.  Вся сосудистая система человека условно разделяется на большой и малый круги кровообращения (рис.  1).  Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, который при своем сокращении проталкивает обогащенную кислородом артериальную кровь в аорту и далее в отходящие от нее артерии, артериолы, капилляры мозга, почек, печени, органов желудочно-кишечного тракта, мышц, кожи и др.  По венулам и венам кровь собирается в две большие полые вены, из которых она попадает в правое предсердие, где заканчивается большой круг кровообращения.

Рис.  1.  Большой и малый круг кровообращения (схема):

1 — левый желудочек сердца; 2 — левое предсердие; 3 — правый желудочек; 4 — правое предсердие; 5 — аорта; 6 — легочные вены; 7— сонная артерия; 8 — капилляры легких; 9 — капилляры головы и верхних отделов туловища; 10 — верхняя полая вена; 11 — легочная артерия; 12—нижняя полая вена; 13—печеночная вена; 14 — воротная вена; 15 —капилляры желудка; 16 — капилляры селезенки; 17 — капилляры кишечника; 18 —капилляры почек; 19 — капилляры нижних отделов туловища.

Малый круг начинается от правого желудочка сердца, откуда венозная кровь через легочные артерии поступает в легочные капилляры, в которых происходят ее насыщение атмосферным кислородом и освобождение от избытка углекислоты.  Из легочных капилляров обогащенная кислородом артериальная кровь собирается в легочные вены и оттуда поступает в левое предсердие.  Таким образом, в легких, в отличие от других органов, по артериям течет венозная кровь, а по венам — артериальная.

Ударную волну крови, выбрасываемой сердцем при каждом сокращении, первыми принимают на себя аорта, сонные, подключичные и другие большие артерии.  Их стенки имеют значительную толщину и содержат много эластических волокон.  Благодаря этому обеспечивается непрерывность тока крови по сосудам, хотя она поступает из сердца толчками.

Дело в том, что при сокращении, сердца только часть энергии затрачивается на продвижение крови по сосудам, другая же часть энергии идет на растяжение стенок аорты и крупных артерий (создается эластическое напряжение).  Когда сокращение сердца заканчивается и наступает его расслабление, дальнейшее движение крови после первоначального толчка, заданного сердцем, происходит за счет спадания эластических стенок крупных сосудов.

Вот почему нормальная эластичность артериальных стенок имеет огромное значение для кровообращения.  Как только она уменьшается, работа сердца резко затрудняется.

В более отдаленных от сердца артериях среднего и мелкого калибра силы сердечного толчка и эластического напряжения стенок крупных артерий оказывается недостаточно для дальнейшего продвижения крови.  В дополнение к ним требуется собственное сокращение сосуда, что обеспечивается мышечными волокнами, входящими в состав сосудистой стенки.  Такие кровеносные сосуды, в отличие от артерий эластического типа, называются артериями мышечного типа.  Особенно выражена мышечная ткань в стенках артериол перед их переходом в капилляры.

Мышечные волокна в стенках артериол расположены циркулярно, и потому они способны интенсивно сокращаться.  Их калибр может быть уменьшен втрое, а это означает уменьшение поверхности поперечного сечения сосуда в 9 раз и повышение сопротивления току крови во много раз.  Артериолы, по выражению И.  М.  Сеченова, играют роль кранов.  Когда какой-либо орган работает, его артериолы расширяются и капилляры наполняются кровью; когда орган бездействует, артериолы суживаются и могут быть почти совсем закрыты, капилляры в это время пустеют.

Вены собирают кровь из капилляров и несут ее по направлению к сердцу.  Величина притока венозной крови к правому предсердию является одним из факторов, регулирующих деятельность сердца, так как степень наполнения кровью правого предсердия и желудочка определяет степень их растяжения и силу последующего сокращения сердца.

Обратному току венозной крови препятствуют особые приспособления вен — клапаны, пропускающие кровь только по направлению к сердцу.  Поэтому продвижению венозной крови может способствовать любая сила, сдавливающая вены.  Их стенки гораздо тоньше, чем стенки артерий, в них меньше эластических и мышечных волокон.  В связи с этим даже при небольшом увеличении давления внутри вен они сильно растягиваются, и в них может скопиться большое количество крови.  С возрастом из-за ослабления венозных стенок емкость венозного русла значительно увеличивается, что способствует застою крови в капиллярах, венулах и венах.

Движение крови в венах происходит прежде всего благодаря разности кровяного давления в начале и конце венозной системы.  Однако эта разность сравнительно невелика, и для обеспечения нормального кровотока в венах требуются дополнительные воздействия.  Главные из них — это сокращения скелетной мускулатуры при различных движениях тела и гладких мышц внутренних органов в процессе их деятельности.

Большое значение имеет также присасывающее действие грудной клетки, которое возникает во время вдоха и усиливает прилив венозной крови к правому предсердию.

Капилляры — конечные разветвления артериальной системы и одновременно начало венозной сети.  Соответственно в них различают артериальную и венозную части (или колена).  Стенки капилляров очень тонки, они образованы одним слоем клеток, называемых эндотелиальными.  За этими клетками, выстилающими просвет капилляров, располагается основная мембрана, вплотную к которой прилегает слой соединительной ткани.  Все вещества, проникающие из капилляров в клетки, проходят через соединительную ткань, задерживающую вредные для организма вещества и бактерии.

Переход веществ из крови в межклеточные пространства происходит через мельчайшие поры между эндотелиальными клетками, а также сквозь истонченные участки самих клеток, называемые «окошками».  Таким образом, эндотелиальные клетки играют роль полупроницаемого барьера, отделяющего кровь от межклеточной жидкости.  Уплотнение капиллярных стенок и уменьшение количества функционирующих капилляров ухудшает питание и дыхание близлежащих тканей.  Такие нарушения капиллярной проницаемости лежат в основе развития многих патологических состояний.

Эндотелиальные клетки обладают весьма интересными особенностями.  Они могут выполнять самые различные функции, например, задерживать и переваривать стареющие красные кровяные тельца, пигменты, молекулы холестерина и жироподобных веществ (липоидов).  В здоровом организме эндотелиальные клетки участвуют в росте и регенерации (восстановлении структуры) тканей, в образовании белков крови.  Кроме того, они обеспечивают невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям (иммунитет).

Клетки эндотелия капилляров способны освобождаться и совершать самостоятельные амебоидные движения, размножаться, поглощать бактерии и вредные для организма вещества.

Капилляры, в отличие от артерий и вен, могут вновь образовываться и исчезать.  Это самые мелкие сосуды кровеносной системы, они в 15 раз тоньше человеческого волоса.  Диаметр капилляров может изменяться в 2—3 раза.  При максимальном сужении они не пропускают кровяных телец, в них находится только жидкая часть крови — плазма.  Когда же капилляр расширен, клетки крови проходят по нему медленно, по одной, и то им приходится несколько изменять свою шарообразную форму на более удлиненную.  Это имеет большое физиологическое значение, так как удлинение формы кровяных клеток увеличивает площадь их соприкосновения со стенкой капилляра, а медленное продвижение крови удлиняет время ее контакта со стенкой сосуда.  Все это облегчает проникновение кислорода и питательных веществ из крови в ткани.

Капиллярная система имеет очень большую протяженность.  Общая длина всех капилляров — порядка 60 000—100 000 км.  Сумма всех поперечных сечений функционирующих капилляров превышает диаметр аорты (равный 25—30 мм) в 500— 600 раз.

Капилляры пронизывают живую ткань на очень близком расстоянии друг от друга.  Например, в головном мозге каждый капилляр обеспечивает приток питательных веществ к мозговым клеткам в радиусе 25 мкм.  «Нужно некоторое умственное напряжение,— писал известный физиолог Август Крог — чтобы представить себе, как на булавочной головке уместятся приблизительно 700 параллельных приносящих кровь трубочек, а кроме того, еще и до 200 мышечных волокон».

Общая площадь поверхности всех раскрытых капилляров составляет около 6 500 м². На этом обширном пространстве происходят обменные процессы — переход молекул кислорода, аминокислот, гормонов, ферментов, витаминов и других питательных веществ из крови в межтканевую жидкость, непосредственно омывающую клетки (мышечные, нервные и пр.).  Из межклеточных же пространств обратно в кровеносные капилляры профильтровывается часть конечных продуктов внутриклеточного обмена веществ, которые затем уносятся с током крови в венулы и вены.  Другая часть «шлаков» переходит в лимфатические капилляры, содержащие не кровь, а тканевую жидкость (лимфу).  Эти капилляры начинаются от специальных мешочков, расположенных в межтканевых щелях.  Стенки лимфатических капилляров, в отличие от стенок кровеносных сосудов, обладают односторонней проницаемостью, т.  е.  они пропускают вещества только снаружи вовнутрь.  Сливаясь между собой, эти капилляры образуют специальный лимфатический аппарат с протоками, сосудистой сетью, магистральными путями, впадающими в венозную систему.

В капиллярах легких кровь отдает излишнюю углекислоту и обогащается кислородом, в капиллярах печени и почек она освобождается от отработанных (шлаковых) веществ.

В организме нет ни одного органа, ни одной ткани, благополучие которых не зависело бы самым непосредственным образом от состояния капиллярной системы.

На ее значение в жизнедеятельности организма обратил особое внимание еще в начале текущего столетия вышеупомянутый физиолог А. Крог.  Он писал: «Система кровообращения человека и позвоночных животных состоит из нескольких отделов, которые легко отличаются друг от друга анатомически и функционально.  В качестве насоса действует сердце, орган распределения — артериальная система, орган для обмена веществ между кровью и тканями — капилляры и орган для собирания и отведения крови обратно к сердцу — система венозная.  Ясно, что органы нагнетания, распределения и отведения являются только помощниками в процессах обмена, которые протекают в капиллярах, и хотя, естественно, каждый орган совершенно необходим в общей экономии организма, все же главная роль во всей системе кровообращения неоспоримо принадлежит капиллярам».

В настоящее время признано, что практически ни одно заболевание не обходится без вовлечения в патологический процесс различных участков капиллярного русла.

Так, например, при воспалении легких первые болезненные изменения наблюдаются в стенках капилляров; при острых и хронических заболеваниях почек страдают не только капилляры почечной ткани, но и капилляры всего организма.

Любое психическое напряжение, самые обычные физические нагрузки сопровождаются усилением капиллярного кровотока.  Именно с помощью различных микроциркуляторных реакций осуществляются принцессы адаптации (приспособления) организма к изменениям внешней и внутренней среды.  Таким образом, интенсивность капиллярного кровотока определяется условиями жизнедеятельности органов, тканей и клеток.  В состоянии покоя (например, во время сна) 45—50% всей массы крови, имеющейся в организме, находится в кровяных депо — печени, селезенке, подкожных сосудистых сплетениях и легких.

В это время кровь заполняет не все капилляры, часть из них выключена из кровообращения.

При физической деятельности скелетные мышцы испытывают потребность в увеличенном подвозе глюкозы и кислорода.  В них образуется много молочной кислоты, которая действует сосудорасширяюще.  Это способствует раскрытию просвета капилляров и расширению более крупных сосудов.  Объем циркулирующей крови растет за счет ее выхода из депо и повышения скорости кровотока.  В результате увеличения притока крови к работающим мышцам возрастает подвоз питательных веществ и кислорода.  В то же время ускоренный ток крови быстро освобождает работающие мышцы от излишков молочной кислоты, углекислоты и других шлаковых веществ.  Таким образом, потребность тканей в питании и дыхании определяет интенсивность не только микроциркуляции, но и всего кровообращения в целом.

По мнению некоторых клиницистов и физиологов, анатомические и функциональные изменения капиллярной системы являются одним из основных признаков старения организма человека и главной причиной сопутствующих старению заболеваний.  Согласно этой точке зрения, для старения организма решающее значение имеют снижение уровня обменных процессов в эндотелиальных клетках капилляров, утрата ими способности к поддержанию оптимальных условий жизнедеятельности окружающих тканей.  При старении наблюдаются патологические изменения эндотелиальных клеток, их нагромождение друг на друга, неполное закрытие промежутков между ними.  Изменения просвета капилляров (их сужение или расширение) приводят к замедлению кровотока, иногда происходит даже его полная остановка.  Одновременно с этим отмечается уменьшение реактивной емкости  капилляров.  И тогда потребность в увеличенном кровотоке при физической или умственной работе не удовлетворяется.

Возрастное уплотнение стенок капилляров снижает их проницаемость, в результате чего ухудшаются условия питания и дыхания тканей, в них задерживаются и накапливаются продукты обмена веществ.  Капилляры кожного покрова при старении человека неравномерно расширяются, кровоток в капиллярах, венулах и венах замедляется.  Все это нарушает питание кожи, способствует развитию хронических язв, дерматитов.
Система кровообращения. Форменные элементы крови – часть 2