График диаметра одного сосуда
Закон Пуазейля. Диаметр артериол и их сопротивлениеПричину такого значительного возрастания объемного кровотока при увеличении диаметра сосуда можно объяснить с помощью схемы, представленной на рисунке. На схеме показано поперечное сечение крупного и мелкого кровеносных сосудов. Концентрические слои внутри сосудов указывают на то, что скорость движения каждого слоя отличается от скорости соседних слоев, т.к. происходит ламинарное течение крови (см. ранее в данной главе). Дело в том, что слой крови, прилежащий к стенке сосуда, едва движется благодаря взаимодействию крови и эндотелия сосудистой стенки. Следующий слой крови скользит относительно пристеночного слоя и поэтому движется быстрее. Третий, четвертый, пятый и шестой слои также текут с нарастающей скоростью. Таким образом, пристеночный слой крови движется чрезвычайно медленно, в то время как по продольной оси сосуда кровь движется с наибольшей скоростью. В мелких сосудах практически вся кровь оказывается вблизи сосудистой стенки, поэтому быстротекущего центрального потока крови просто не существует. Сложив скорости всех концентрических слоев текущей крови, умноженные на площади поперечного сечения каждого слоя, можно вывести формулу, известную как закон Пуазейля:
где F — скорость кровотока, АР — разница давления на концах сосуда, r — радиус сосуда, 1 — длина сосуда и n — вязкость крови. Обратите внимание, что в этом уравнении скорость кровотока прямо пропорциональна четвертой степени радиуса сосуда. Это еще раз показывает, что среди всех факторов, определяющих скорость кровотока, диаметр кровеносного сосуда, равный двум радиусам, имеет первостепенное значение. Влияние диаметра артериол на их сопротивление (закон четвертой степени). В большом круге кровообращения почти 2/3 общего периферического сопротивления приходится на мелкие артериолы. Внутренний диаметр артериол имеет величину от 4 до 25 мкм. Однако мощная мышечная стенка артериол позволяет существенно менять внутренний диаметр, часто более чем в 4 раза. Исходя из закона четвертой степени, который определяет зависимость объемного кровотока от диаметра сосудов, четырехкратное увеличение диаметра приводит к возрастанию объемного кровотока, по меньшей мере, в 256 раз. Таким образом, незначительные изменения диаметра артериол в ответ на нервные сигналы или действие местных гуморальных факторов может привести или к почти полному прекращению кровотока в тканях, или — в других экстремальных ситуациях — резко увеличить кровоток. И действительно, в отдельных сосудистых областях регистрируется увеличение местного кровотока в 100 раз при переходе артериол из состояния максимального сужения к состоянию их максимального расширения. Сопротивление сосудов, соединенных между собой последовательно и параллельно. Кровь, которая поступает в большой круг кровообращения из сердца, движется из области с высоким давлением (аорта) в область с низким давлением крови (полые вены). Кровь течет через обширную сосудистую сеть, в которой многочисленные сосуды соединены между собой последовательно и параллельно. Артерии, артериолы, капилляры, венулы и вены в целом являются системой последовательно соединенных сосудов. Общее сопротивление такой системы представляет собой сумму сопротивлений каждого отдельного сосуда:
Следовательно, общее периферическое сопротивление равно сумме сопротивлений артерий, артериол, капилляров, венул и вен. На примере, приведенном на рисунке, общее сосудистое сопротивление равно сумме сопротивлений R1 и R2. Благодаря разветвлению сосудов формируются параллельные сосудистые сети, снабжающие кровью многочисленные органы и ткани организма. Формирование параллельных сосудистых сетей позволяет каждому органу и даже участку органа в большой степени регулировать собственный местный кровоток независимо от других органов и тканей. Очевидно, что при одном и том же градиенте давления гораздо больший объем крови будет протекать через систему параллельных сосудов, чем через любой отдельно взятый сосуд. Таким образом, общее сопротивление системы параллельных сосудов оказывается гораздо меньше, чем сопротивление любого отдельного сосуда. Кровоток через каждый из параллельных сосудов на рисунке зависит от градиента давления и сопротивления данного сосуда, а не сопротивления всей системы. Однако увеличение сопротивления одного из сосудов параллельной системы приведет к увеличению сопротивления всей системы. Кажется парадоксальным, что дополнительное увеличение количества сосудов в параллельной системе приводит к уменьшению общего сосудистого сопротивления. Дело в том, что множество параллельных сосудов облегчает протекание крови через сосудистую сеть, т.к. каждый параллельный сосуд обеспечивает дополнительный путь кровотоку, увеличивая так называемую проводимость системы для крови. Итак, общая проводимость системы параллельных сосудов (Собщая) представляет собой сумму проводимостей каждого отдельного сосуда: Собщее = С1+С2+С3+С4…. Например, сосуды головного мозга, почек, мышц, желудочно-кишечного тракта, кожи, сердца представляют собой отдельные, параллельно соединенные системы, каждая из которых вносит свой вклад в общую проводимость большого круга кровообращения. Объемный кровоток каждого органа является частью общего кровотока (сердечного выброса) и зависит от сопротивления кровотоку (или проводимости) органа так же, как и от градиента давления. Следовательно, ампутация конечности или хирургическое удаление почки приводит к удалению одной из параллельных сосудистых систем большого круга кровообращения и уменьшает общую сосудистую проводимость и объемный кровоток (т.е. сердечный выброс), в то время как общее периферическое сопротивление увеличивается. – Вернуться в оглавление раздела “Физиология человека.” Оглавление темы “Сосудистая система”: |
Источник
Виды кровеносных сосудов:
артерии — сосуды, несущие кровь от сердца;
вены — сосуды, несущие кровь к сердцу;
капилляры — тончайшие кровеносные сосуды, образующие сеть в тканях и органах.
Самые мелкие артерии и вены, переходящие в капилляры, называются артериолами и венулами.
Крупные артерии, отходящие от сердца постепенно распадаются на более тонкие сосуды, доходя до самых тонких капилляров, которые в свою очередь постепенно сливаются сначала в венулы, затем в вены, несущие кровь к сердцу.
Диаметр кровеносных сосудов сначала уменьшается (от артерий к капиллярам), а затем — возрастает (от капилляров к венам). Так, диаметр начала аорты у человека приблизительно равен 3 см, а диаметр капилляра — от 6 до 20 мкм. Однако по мере удаления от аорты ширина сосудистого русла, несмотря на уменьшение калибра каждого из сосудов, в сумме больше аорты, следовательно, давление крови в капиллярах всегда ниже, чем в более крупных сосудах.
Распределение сосудов в теле имеет определенный порядок.
Артерии, например на туловище и шее, расположены на передней стороне и спереди от позвоночника; на разгибательной его стороне, на спине и затылке крупных сосудов нет. На конечностях артерии лежат на сгибательных поверхностях, в защищенных укрытых местах.
В некоторых пунктах артерии частично проходят поверхностно под кожей, особенно над костями; в таких местах можно прощупать пульс или сдавить их, если потребуется остановка кровотечения.
формирование кровеносных сосудов
Кровеносные сосуды развиваются из мезенхимы.
В эмбриональном периоде все сосуды закладываются и строятся как капилляры, и только в процессе их дальнейшего развития простая капиллярная стенка постепенно окружается различными структурными элементами, и капиллярный сосуд превращается либо в артерию, либо в вену, либо в лимфатический сосуд (рис. 1).
Вначале закладывается первичная стенка из плоских клеток мезенхимы, превращающаяся впоследствии во внутреннюю оболочку сосуда — эндотелий. Позднее из окружающей мезенхимы формируется более сложно построенная стенка сосуда.
Рис. 1. Сравнительная характеристика сосудов
Окончательно сформированные стенки артерий и вен состоят из трех основных слоев: интимы, медии и адвентиции (рис. 2).
Интима — тонкая внутренняя оболочка, выстланная со стороны полости сосудов тонким, эластичным плоским эндотелием. Интима является непосредственным продолжением эндотелия эндокарда.
Функция интимы: предотвращение свертывания крови.
Если эндотелий сосуда поврежден, то у места повреждения образуются небольшие сгустки крови — тромбы, которые могут вызвать закупорку сосуда. Иногда они отрываются от места образования, уносятся током крови (флотирующие тромбы) и закупоривают сосуд в каком-либо другом месте.
Средняя оболочка (медия) стенки сосудов образована гладкой мышечной тканью.
Функция: регуляция просвета (диаметра) сосуда.
Адвентиция — наружная оболочка сосудов. Она образована фиброзной волокнистой соединительной тканью.
Функция: механическая защита и фиксация сосуда.
Оболочки отделены друг от друга тонкими прослойками из эластических волокон.
Ткани, образующие оболочки кровеносных сосудов нуждаются в питании. Поэтому наружная и средняя оболочки пронизаны сетью кровеносных капилляров, приносящих питательные вещества и кислород и удаляющих продукты обмена.
Рис. 2. Строение стенки сосуда
капилляры
Стенки капилляров очень тонкие и состоят из эндотелия. Снаружи эндотелий оплетен сетью тонких соединительнотканых волокон, эластично фиксирующих капилляр.
В состав капиллярной стенки входят перициты — клетки соединительной ткани с многочисленными отростками, проникающими в эндотелий (рис. 3). Обладая сократительной активностью они способны изменять просвет капилляра.
Перициты, или клетки Руже относятся к малодифференцированным клеткам. При дифференцировке они могут превратиться в фибробласты (клетки соединительной ткани), гладкомышечные клетки или в макрофаги (клетки, способные к фагоцитозу).
Рис. 3. Перициты на стенке капилляра
Стенка капилляра легко проницаема для лейкоцитов и некоторых веществ, переносимых кровью. Через стенку капилляров происходит обмен веществ между кровью и тканевыми жидкостями, а также между кровью и внешней средой (в выделительных органах).
Благодаря проницаемости капиллярной стенки, происходит газообмен между кровью и воздухом, поступающем в легкие при вдохе.
артерии
Артерии делятся на два типа:
артерии мышечного типа — мелкие (артериолы) и средние артерии;
артерии эластического типа — самые крупные артерии: аорта и ее крупные ветви.
Артерии мышечного типа
Стенка артериолы состоит из всех трех оболочек: эндотелиальной, средней из циркулярно расположенных гладкомышечных клеток и наружной соединительнотканой оболочки (рис. 4).
При переходе артериолы в капилляр в ее стенке отмечаются только одиночные гладкие мышечные клетки. С укрупнением же артерий количество мышечных клеток постепенно увеличивается до непрерывного кольцевого слоя.
В более крупных артериях под внутренней эндотелиальной оболочкой расположен слой звездчатых клеток, играющий роль камбия (росткового слоя) для сосудов. Этот слой участвует в процессах регенерации — восстанавливает мышечный и эндотелиальный слои артерии. Чем крупнее артерия, тем больше развит камбиальный (ростковый) слой.
Рис. 4. Строение артерии
Артерии эластического типа
Артерии крупного калибра (легочная артерия, аорта и ее крупные ветви) называются артериями эластического типа, т. к. в их стенках преобладают эластические элементы.
Наличие большого количества эластических элементов (волокон, мембран) позволяет этим сосудам растягиваться при систоле сердца и возвращаться в исходное положение во время диастолы.
Внутренний слой аорты состоит из эндотелия и субэндотелиального слоя.
Субэндотелиальный слой составляет примерно 15 — 20 % толщины стенки сосуда.
Состав субэндотелиального слоя:
рыхлая фибриллярная соединительная ткань;
клетки звездчатой формы, выполняющие трофическую функцию для эндотелия;
отдельные продольно направленные гладкие мышечные клетки.
Глубже субэндотелиального слоя в составе внутренней оболочки расположено густое сплетение эластических волокон, соответствующее внутренней эластической мембране.
Межклеточное вещество внутренней оболочки аорты играет большую роль в питании стенки сосуда и обусловливает степень проницаемости стенки сосуда. У людей среднего и пожилого возраста в межклеточном веществе обнаруживаются холестерин и жирные кислоты.
В средней оболочке концентрически расположены прочные эластические и коллагеновые волокна. Гладкомышечный слой представлен одиночными клетками, косо залегающими в волокнах.
Наружная оболочка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани с большим количеством продольных толстых эластических и коллагеновых волокон. Адвентиция богата кровеносными сосудами и нервными волокнами.
Функция адвентиции: защита сосудов от перерастяжения и разрывов.
вены
Стенки вен обычно тоньше, чем стенки артерий, и имеют ряд особенностей:
слабо развит средний гладкомышечный слой;
мало эластических волокон (вены легко спадаются);
наружная оболочка построена из волокнистой соединительной ткани, в которой преобладают коллагеновые волокна;
есть клапаны.
Внутренняя оболочка вен (интима) образует в них клапаны в виде полулунных кармашков (рис. 5). Клапаны отсутствуют в венах мозга и его оболочек, в венах костей и большей части вен внутренних органов. Клапаны развиты в венах конечностей и шеи.
Функция клапанов: препятствие обратному току крови.
Рис. 5. Венозные клапаны
Одни клапаны не могут обеспечить циркуляцию крови, так как все равно весь столб жидкости давил бы на нижележащие отделы. Вены расположены между скелетными мышцами, которые, сокращаясь, сжимают венозные сосуды. Такой “мышечный насос” помогает циркуляции крови.
малый круг кровообращения
Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке.
Сосуды малого круга кровообращения состоят из системы легочной артерии и системы легочных вен.
Легочная артерия является одним из самых крупных сосудов человека. Ее ствол имеет длину около 6 см, а диаметр — 3 см. Легочная артерия с венозной кровью выходит из правого желудочка и делится на две ветви: правую, идущую в правое легкое, и левую, идущую в левое легкое.
От места разветвления легочной артерии к дуге аорты отходит боталлов проток — заросший сосуд, соединявший в эмбриональный период легочную артерию с аортой.
В легких правая ветвь делится на три, а левая — на две ветви соответственно числу долей того и другого легкого.
Ветви легочной артерии идут параллельно бронхам до самых легочных пузырьков (альвеол), и образуют на их стенках густую капиллярную сеть. Здесь происходит обмен газами между кровью и альвеолярным воздухом.
Затем капилляры соединяются в венулы, затем в вены, которые сливаются в четыре легочные вены, по две в каждом легком. Из легких легочные вены несут артериальную кровь в левое предсердие.
Клапаны в легочных венах отсутствуют.
Особенности сосудов малого круга кровообращения
Сосуды малого круга обладают относительно малой длиной и слабо развитой мышечной стенкой. Артериолы легких имеют просвет в 4 — 5 раз больше просвета артериол большого круга. Поэтому сопротивление в малом круге значительно меньше, а кровяное давление в 5 раз меньше, чем в аорте.
Через малый круг проходит столько же крови, сколько и через большой, и минутный объем правого желудочка (в нормальных условиях) всегда равен минутному объему левого желудочка.
большой круг кровообращения
Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке (рис. 6).
Рис. 6. Крупные сосуды большого круга кровообращеня
артерии большого круга
Из левого желудочка выходит самый крупный сосуд человеческого тела — аорта. Она несет артериальную кровь ко всем тканям и органам. Выйдя из сердца она образуют дугу влево (левая дуга аорты).
От дуги аорты отходят артерии, несущие кровь к голове (сонные артерии) и верхним конечностям (подключичные артерии).
Пройдя через диафрагму, аорта спускается вниз под названием брюшной аорты, которая делится на две крупнейшие ветви — подвздошные артерии, сама же продолжается вдоль крестца до самого копчика в виде маленькой средней крестцовой артерии.
Подвздошные артерии снабжают кровью нижние конечности и внутренние органы.
Каждая артерия снабжает кровью определенную область. Наиболее сильно артериальная сеть развита в мышцах и железах. Между мелкими артериями и между капиллярами имеется большое количество анастомозов, благодаря чему возможен приток крови окольным путем (коллатеральное кровообращение).
вены большого круга
Вены образуются путем слияния капилляров в венулы, а затем в более крупные венозные стволы. Обычно вены выходят из органов в том же месте, где входят артерии, и идут вместе с ними и нервами в сосудисто-нервных пучках, причем очень часто одну артерию сопровождают две вены. Названия идущих рядом вен и артерий в большинстве случаев одинаковы.
Поверхностные вены образуют подкожные венозные сети.
Так как кровь по венам движется гораздо медленнее, то емкость венозной системы раза в 2-3 больше, чем артериальной.
Вся венозная кровь нашего тела притекает к правой венозной половине сердца по двум крупнейшим венозным стволам: верхней полой вене и нижней полой вене.
От головы из полости черепа венозную кровь несут правая и левая яремные вены.
От верхних конечностей — правая и левая подключичные вены.
С каждой стороны яремная и подключичная вена сливаются, образуя правую и левую безымянную вену.
Безымянные вены, сливаясь, образуют верхнюю полую вену.
Таким образом, верхняя полая вена собирает кровь со всей верхней половины тела: от головы, шеи, верхних конечностей, а так же области плечевого пояса и стенок грудной полости.
Клапанов верхняя полая вена не имеет.
Нижняя полая венa располагается в брюшной полости и является самой крупной веной нашего тела. Она образуется из слияния двух общих подвздошных вен и впадает снизу в правое предсердие.
Нижняя полая вена собирает кровь со всей нижней половины тела: из вен брюшной полости, от всех органов таза и нижних конечностей.
В области прямой кишки нижняя полая вена имеет анастомозы с ветвями воротной вены печени.
Таким образом, все сосуды тела составляют два круга кровообращения (рис. 7).
Рис. 7. Круги кровообращения
Воротная вена отличается от других вен тем, что она начинается и оканчивается капиллярами. Она образуется из множества вен, собирающих кровь от всех непарных органов брюшной полости (желудка, селезенки, поджелудочной железы и всего кишечника).
Из слияния вен образуется короткий ствол, который двумя ветвями (для правой и левой долей печени) входит в ворота печени (откуда и название воротная вена).
В печеночной ткани воротная вена распадается на густую сеть капилляров; из капиллярных сетей воротной вены и печеночной артерии образуются четыре печеночные вены, впадающие уже по выходе из печени непосредственно под диафрагмой в нижнюю полую вену.
Таким образом, вся венозная кровь от непарных органов живота, прежде чем попасть в нижнюю полую вену, проходит через печень.
Функции воротной вены:
отведение крови, насыщенной питательными веществами, от пищеварительного тракта в печень, где они откладываются или перерабатываются;
фильтрация и нейтрализация печенью токсических веществ, поступивших в кровь из пищеварительного тракта.
Таким образом, воротная вена является функциональным кровеносным сосудом печени, в то время как питающим ее ткань сосудом является собственная печеночная артерия.
На нижней конечности также имеется обширная сеть поверхностных вен. При застое крови поверхностные вены могут сильно расширяться (варикозное расширение), особенно у женщин во время беременности, а также у лиц некоторых профессий, связанных с длительным стоянием.
Верхняя и нижняя полые вены, впадая в правое предсердие, замыкают большой круг кровообращения тела человека.
значение капилляров
Сердце, развивающее энергию для движения крови, артериальная система, распределяющая ее, и венозная система, возвращающая кровь к сердцу, — все это системы, имеющие вспомогательное значение.
Только через капиллярную систему осуществляется питание тканей и обмен веществ. Капилляры, окруженные межклеточными тканевыми жидкостями, находятся в тесной связи с клетками тканей тела. Часть кровяной плазмы проникает через стенку капилляров в межклеточные пространства и примешивается к межклеточному веществу; в свою очередь часть межклеточных веществ проникает в капиллярное русло и примешивается к циркулирующей в нем крови.
Артерии ветвятся на более тонкие сосуды вплоть до артериол, которые отдают многочисленные сети капилляров, образующих оросительную систему органа, снабжаемого данной артерией.
Распределение капиллярных сосудов между тканевыми элементами весьма разнообразно. В скелетной мышце, например, капилляры тянутся вдоль мышечных волокон и, анастомозируя между собой, образуют узкие длинные петли, охватывающие волокно и обеспечивающие обмен по всей длине волокна. Капилляры в мышечной ткани самые узкие.
Интенсивность тканевого обмена зависит от развития капиллярной сети. Поэтому не все органы тела в одинаковой мере снабжены капиллярами. Они гуще всего там, где происходит более интенсивный обмен веществ: в коре головного мозга, печени, легочных пузырьках, почечной ткани, эндокринных железах, кишечных ворсинках, мышечной ткани. Зато такие органы, как кости, сухожилия, связки и т. д., содержат количество капилляров, в сотни раз меньшее. Однако есть органы, совсем лишенные капилляров: производные эпидермиса (волосы и ногти), эмаль зубов и часть хрящевой ткани.
Обмен веществ между тканями и кровью совершается через тончайшие эндотелиальные стенки. Проницаемость эндотелиальной стенки избирательна и может меняться. Кроме того, интенсивность обмена веществ зависит количества крови, проходящий через капилляр, т. е. от просвета капилляра.
Многочисленные исследования показывают, что на изменение просвета капилляров влияют перициты, сами эндотелиальные клетки и особые “жомы” в местах отхождения капилляров от артериол.
Источник