Функции сосудов в кровообращении

Основное назначение сердечно-сосудистой системы — обеспече­ние кровообращения, т.е. постоянной циркуляции крови в замкну­той системе сердце-сосуды.

Движущей силой кровотока является:

1) Энергия, задаваемая сердцем потоку крови в сосудах, и
2) Градиент давления — разница давлений между различными отделами сосудис­того русла.

Кровь течет от области высокого давления к области низкого давления: из

— аорты (где среднее давление состав­ляет 100 мм рт.ст.) кровь течет через

— систему магистральных арте­рий (80 мм рт.ст.) и

— артериол (40-60 мм рт.ст.) в

— капилляры (15-25 мм рт.ст.),откуда поступает в

— венулы (12-15 мм рт.ст.),

— веноз­ные коллекторы (3-5 мм рт.ст.) и

— полые вены (1-3 мм рт.ст.).

Центральное венозное давление — давление в правом предсердии — составляет около 0 мм рт.ст.
В легочной артерии (где течет веноз­ная кровь) кровяное давление составляет 18-25 мм рт.ст.
В легоч­ной вене  —  3-4 мм рт.ст.
В левом предсердии —  2-3  мм рт.ст.

Благодаря постоянному движению крови в сосудах, обеспечивают­ся основные функции системы кровообращения:

1) транспорт ве­ществ, необходимых для обеспечения функций клеток организма;

2) доставка к клеткам организма химических веществ, регулирующих их обмен;

3) отвод от клеток, переработанных в них, веществ (мета­болитов);

4) гуморальная, т.е. осуществляемая через жидкость, связь органов и тканей между собой;

5) доставка тканям средств защиты;

6) удаление вредных веществ из организма;

7) обмен тепла в ор­ганизме.

Следовательно, основное предназначение системы кровооб­ращения состоит в выполнении нутритивной (питательной) функ­ции. При этом к тканям доставляются не только питательные ве­щества, но также кислород, физиологически активные вещества, в том числе гормоны, вода, соли, а из тканей выводятся углекислота и другие  продукты  обмена  веществ  в  них.

После открытия английским ученым У.Гарвеем постоянного крово­обращения в сердечно-сосудистой системе и опубликования им в 1628 году соответствующих доказательств в книге «Анатомическое исследо­вание о движении сердца и крови у животных» стало ясно, что кро­воток в организме теплокровных осуществляется по двум кругам, со­единенным между собой через сердце для создания замкнутой систе­мы.

1. Малый (или легочный) круг кровообращения осуществляет прямой контакт с внешней средой.
2. Большой круг кровообращения обеспечивает контакт с орга­нами и тканями.

Это выделение в сердечно-сосудистой системе двух кругов  кровообращения сохранилось до  настоящего  времени  и  было дополнено лишь анатомическим делением в сосудистом русле   (арте­рии,   артериолы,  капилляры,  венулы,  вены).

Однако, в последнее время наметилось стремление заменить ана­томическое подразделение сердечно-сосудистой системы функциональным, так как, изучая физиологические механизмы, обеспечи­вающие основные функции системы кровообращения, необходимо оперировать  соответствующими  физиологическими  понятиями.

Рас­пространено и обосновано деление сердечно-сосудистой системы по уровню кровяного давления: область высокого и область низкого давления.
К области высокого давления относят левый желудочек сердца, артерии крупного, среднего и мелкого калибра, артериолы.
К области низкого давления — остальные отделы системы (от ка­пилляров  — до  левого  предсердия).

В функциональной классификации шведского физиолога Б.Фолкова предусмотрено деление системы кровообращения на «последовательно  соединенные  звенья».

1. Сердце — насос,  ритмически выбрасывающий кровь в сосуды.
2. Упруго-растяжимые   сосуды,   которые   превращают  ритмичный выброс крови в них из сердца в равномерный кровоток (аорта с ее отделами,  легочная  артерия).
3. Резистивные сосуды (сосуды сопротивления) с прекапиллярным и  посткапиллярным   отделами,   которые   вместе   создают   общее   со­ противление кровотоку в сосудах органа (в основном,  артериолы и венулы).
4. Прекапиллярные сфинктеры — специализированный отдел мель­чайших  артериальных  сосудов,   который  также  участвует  в  создании общего сопротивления кровотоку, а сокращение гладкомышечных кле­ток сфинктеров может приводить к перекрытию просвета мелких со­ судов. Эти сосуды регулируют обмен кровотока в капиллярном русле.
5. Обменные сосуды, или истинные капилляры, где кровь контак­тирует с тканью благодаря огромной поверхности капиллярного ложа. Здесь   реализуется   основная   функция   сердечно-сосудистой   систе­мы —  обмен  между кровью  и тканями.
6. Шунтирующие сосуды (артерио-венозные анастомозы), наличие которых доказано  не  для  всех  тканей.
7. Емкостные сосуды, в которых изменения просвета, даже столь небольшие,   что   не   оказывают   существенного   влияния   на   общее сопротивление, вызывают весьма существенные изменения распред­ еления   крови   и   величины   притока   ее   к   сердцу   (венозный   отдел системы).

Однако ряд смысловых и терминологических характеристик в этой классификации не лишен недостатков. Например, неудачно введение понятий «резистивные» и «емкостные» сосуды, поскольку сопротив­лением обладают как артериальные, так и венозные сосуды, хотя в количественном плане эта функция весьма различна для указанных отделов. Точно также емкостью обладают как венозные сосуды, так и артериальные. Весьма расплывчатым является и понятие «емкостные сосуды», поскольку одни авторы относят к ним все венозное ложе, другие — только венулы и мелкие вены. Неудачно выделены в классификации и «прекапиллярные» сфинктеры, поскольку в ве­нозном русле также существуют сосуды с расположением гладкомы-шечных волокон типа сфинктеров или запирательных образований. Во всяком случае, выделять «сфинктерные» сосуды в артериальном русле, зная, что они имеются и в венозном, не совсем справедливо.

Обобщая эти соображения, функциональное назначение различных отделов сердечно-сосудистой системы классифицировано (Б.И.Ткаченко)  следующим образом:

1. Генератор давления и расхода крови — сердце, подающее кровь в  аорту и легочную  артерию  во  время  систолы.
2. Сосуды высокого давления — аорта и крупные артериальные сосуды, в которых поддерживается высокий уровень кровяного дав­ления.
3. Сосуды  —  стабилизаторы  давления —  мелкие  артерии  и артериолы, которые путем сопротивления кровотоку и во взаимоотно­ шении с сердечным выбросом, поддерживают оптимальный для сис­темы  уровень давления.
4. Распределители капиллярного кровотока — терминальные сосу­ды, гладкомышечные образования которых при сокращении прекра­щают кровоток в капилляре или возобновляют его  (при расслабле­нии), . обеспечивая необходимое в данной ситуации число  функци­онирующих  и  нефункционирующих капилляров.
5. Обменные   сосуды   —   капилляры   и   частично   посткапиллярные участки   венул,   функция   которых   состоит   в   обеспечении   обмена между кровью  и  тканями.
6. Аккумулирующие   сосуды  —   венулы   и   мелкие   вены,   активные или   пассивные   изменения   просвета   которых   ведут  к   накоплению крови (с возможностью ее последующего использования) или к экс­тренному выбросу  ее  в циркуляцию.  Функция  этих сосудов  в  ос­новном емкостная, но они обладают и резистивной функцией, хотя и намного  меньшей,  чем стабилизаторы давления.
7. Сосуды   возврата   крови   —   крупные   венозные   коллекторы   и полые вены,  через которые  обеспечивается подача крови к сердцу.
8. Шунтирующие сосуды  —  различного  типа  анастомозы,  соеди­ няющие   между собой  артериолы и  венулы  и  обеспечивающие  ненутритивный кровоток.
9. Резорбтивные сосуды  — лимфатический отдел системы крово­ обращения,  в котором главная  функция лимфатических капилляров состоит в резорбции из тканей белков и жидкости, а лимфатических сосудов — в транспортировке резорбированного материала обратно в кровь.

Отличи­тельной особенностью характеристики сердечно-сосудистой системы на современном этапе является требование выражать все составля­ющие ее параметры количественно. Накопившийся к настоящему времени,   массив   геометрических   (табл.7.1)   и   гидродинамических (табл.7.2) характеристик системы кровообращения позволяет сопо­ставлять их или моделировать отдельные параметры, что способ­ствует пониманию функционального назначения каждого элемента, отдела или системы  в  целом.

Таблица   7.1 Геометрические  характеристики сосудистого  русла

Таблица  7.2 Гидродинамические  характеристики сосудистого  русла

Аорта представляет собой трубку диаметром 1.6-3.2 см с площа­дью поперечного сечения 2.0-3.5 см2, постепенно разветвляющуюся на 109 капилляров, площадь поперечного сечения каждого из кото­рых равна 5 x 10-7  см2.

Считается, что радиус усредненного капилляра может составлять 3 мкм, длина — около 750 мкм, хотя диапазон реальных значений довольно велик. Отсюда следует, что площадь поверхности стенки каждого усредненного капилляра равна 15000 мкм2, а площадь по­перечного сечения — 30 мкм2. Поскольку получено довольно много данных о том, что обмен происходит и в посткапиллярных венулах, можно допускать, что обшая обменная поверхность мельчайшего сосуда большого круга составляет 25000 мкм2. Общее число функ­ционирующих капилляров у человека массой 70 кг должно быть порядка 40000 млн., тогда обшая обменная площадь поверхности капилляров должна составлять  около   1000 м2.

Средний объемный ток крови через общее сечение капиллярного ложа такой же, как через аорту. Учитывая величину сердечного выброса в покое и среднюю скорость кровотока в капилляре (табл.7.2), подсчитано, что площадь поперечного сечения капилляр­ного ложа должна в 700 раз превышать площадь поперечного се­чения аорты. В покое функционирует только 25-35% капилляров и общая площадь обменной поверхности капилляров составляет 250-350  м2.

Как давление, так и скорость кровотока в системе кровообраще­ния, уменьшаются к периферии (табл.7.2), а кровеносные сосуды становятся все более мелкими и многочисленными. В капиллярах скорость кровотока замедляется наиболее существенно, что благо­приятствует отдаче кровью веществ тканям. Низкому уровню давле­ния и более медленной по сравнению с артериальным руслом ско­рости  кровотока  в  венах соответствует  малая  толщина  их  стенок.

Сопоставление величин давления, кровотока и сопротивления со­судов в различных отделах сосудистого русла (табл.7.2) свидетель­ствует о том, что внутрисосудистое давление от аорты до полых вен резко снижается, а объем крови в венозном русле, наоборот, воз­растает. Следовательно, артериальное русло характеризуется высоким давлением и сравнительно небольшим объемом крови, а венозное — большим  объемом  крови  и  низким давлением.

Считается, что в венозном русле содержится 75-80% крови, в артериальном — 15- 17% и в капиллярах — около 5% (в диапазоне 3-10%).

Исходя из выше сказанного, в функциональной схеме сердечно-сосудистой системы  выделены 3 области (рис.7.1):

1. Область высокого давления,
2. Область транска­пиллярного обмена,
3. Область большого объема.

Необходимость такого деле­ния состоит в том, что начиная с открытия У.Гарвеем циркуляции крови в организме и по настоящее время, во всех учебниках фи­зиологии, атласах и специальных руководствах приводится анатоми­ческая схема кровотока в сердечно-сосудистой системе. При этом в схеме, разделенной поровну на артериальную и венозную части, стрелками указываются пути выхода крови из сердца, ее кругооборот в большом и малом круге кровообращения и возврат в предсердия. На концах этой схемы обычно отмечается в виде разветвлений существование  капиллярной сети в  органах и  тканях. На рис.7.1 отмечено, что артериальная часть сердечно-сосудистой системы (светлая штриховка) содержит всего 15-20% общего объема крови и характеризуется высоким (относительно остальных отделов системы)   давлением.

Рис.7.1. Сердечно-сосудистая система (функциональная схема).

Области:
1 — большого объема (венозная);
2 — транс-капиллярного обмена (капилляры);
3 — высокого давления (артериальная);
а — головной мозг;
б — легкие;
в — миокард;
г — желудочно-кишечный тракт и печень;
д — почки;
е — скелетные мышцы;
ж — кожа;
з — кости, костный мозг, жировая и соединительная ткани.

Цифры в скобках — величина кровотока в покое (в % к минутному объему),
Цифры внизу рисунка — содержание крови (в % к общему объему).

В центр схемы вынесена область транскапиллярного обмена, т.е. капиллярных (обменных) сосудов, для обеспечения оптимальной функции которых и служит,  в основном,  сердечно-сосудистая система. При этом в виде точек обозначено большое число капилляров в организме и огромная площадь их возможной поверхности, хотя цифры внизу указывают на сравнительно небольшой объем содер­жащейся  в  них крови в  условиях покоя.

Как видно из представленной на рис.7.1 функциональной схемы, наибольшее количество крови содержится в области большого объе­ма, которая обозначена темной штриховкой.

Эта область содержит в 3-4 раза больше крови, чем область высокого давления, в связи с чем и площадь, обозначенная на схеме темной штриховкой, больше площади светлой штриховки.

К области «большого объема» следует относить все русло венозных  сосудов. При функциональном единстве, согласованности и взаимообуслов­ленности подразделов сердечно-сосудистой системы и характеризу­ющих их параметров выделяют Tри уровня про­цессов осуществляемых сердечно-сосудистой системой:

а)   системная гемодинамика — обеспечивающая процессы цирку­ ляции крови (кругооборота)  в системе;

б)  органное кровообращение — кровоснабжение органов и тканей в  зависимости   от  их  функциональной потребности;

в)   микрогемодинамика  (микроциркуляция)   —  обеспечение  транс капиллярного  обмена,  т.е. нутритивной  (питательной)  функции со­ судов.