Механические свойства сосудов сердца
Механические свойства сосудов
Сосуды являются важными элементами в целостном организме. В зависимости от морфологического строения стенок кровеносные сосуды делятся на эластические (с преобладанием эластической ткани), мышечные (с преобладанием гладкомышечной ткани) и смешанные.
Диаметр кровеносных сосудов и тканевой состав их стенок различны в зависимости от типа сосуда (рис. 17.9). Как правило, в стенках артерий больше эластической ткани и меньше коллагеновых волокон, чем в стенках вен; вены же, напротив, более богаты коллагеновыми волокнами. Капилляры имеют эндотелиальный слой, но их стенки лишены мышечной и соединительной ткани. Стенки всех крупных артерий имеют три оболочки: внутреннюю, среднюю и наружную.
Эндотелиальные клетки, выстилающие сосуд изнутри, играют важную роль в гемодинамике, нарушение их целостности ведет к риску возникновения тромбов.
Лимфатические сосуды, выполняющие особую функцию, по строению сходны с венами, отличаясь от них меньшей толщиной и большей проницаемостью. Лимфатические сосуды пронизывают почти все органы, за исключением кожи, волос, роговицы и некоторых других.
Рис. 17.9. Строение кровеносных сосудов различных отделов сосудистой
системы. Вся сосудистая сеть выстлана слоем эндотелиальных клеток;
количество же мышечной и соединительной ткани в стенках различных сосудов варьирует (R.F. Rushmer, 1970)
Лимфатическая система образована преимущественно околовенозными, т. е. идущими вдоль вен (а также вдоль артерий) лимфатическими сосудами. Эти сосуды бывают глубокими и поверхностными и по структуре напоминают вены, отличаясь от них меньшей толщиной стенки и большей проницаемостью. Как и вены, они имеют клапаны, препятствующие обратному току лимфы.
В среднем ток лимфы у человека составляет 1,4 мл/кг веса в 1 ч, или около 2 л за сутки. Каждый 24 ч в лимфу переходит от 1 /4 до половины всех белков плазмы крови.
Току лимфы способствуют как сокращения мышц, так и сокращения непосредственно самих лимфатических сосудов. На него влияют также изменения давления в тканях и капиллярах.
Закупорка (или сдавление) лимфатических сосудов в результате воспалительных процессов вызывает заболевание, называемое слоновостью, характеризующееся прекращением оттока лимфы и непомерным увеличением и утолщением тканей конечности.
Так же как и в венах, в лимфатических сосудах существует градиент давления, направленный от периферии к центральным сосудам (грудному и правому лимфатическим протокам).
Стенки кровеносных сосудов постоянно подвергаются периодическому нагружению пульсирующим давлением. В материале стенок, рассматриваемом как линейно-вязкоупругий (Y. Fung, 1981) и подверженным действию периодического напряжения, изменяющегося по определенному закону, результирующие деформации будут запаздывать на определенную фазуΔφ, величина которой зависит от свойств исследуемого материала. Комплексный динамический модуль упругости для такого материала определяется как Един = Е’ + jE’. Здесь Е’ – упругий модуль, а Е” – модуль потерь, определяемые по формулам Е’ = Е cosΔφ и Е” = Е sinΔφ, где Е – модуль упругости.
Динамический модуль упругости при частоте выше 1-2 Гц практически не изменяется, его увеличение происходит только при более низких частотах. Угол запаздывания относительно мал и составляет менее 10°. В пределах физиологических давлений при частоте 2 Гц отношение Е” / Е’ < 0,123, что указывает на малую вязкую компоненту по сравнению с упругой. При периодическом изменении давления в пределах 2,5-15,0 кПа (20-120 мм рт. ст.) проявляются вязкоупругие свойства стенки сосуда – образуется выраженная петля гистерезиса.
Прочность на разрыв стенки артериального сосуда определяется двумя характеристиками: разрушающими напряжениями и деформацией, которые в конечном счете зависят от скорости деформирования перед разрывом. С увеличением скорости деформирования разрушающие напряжения увеличиваются по сравнению со статическим напряжением, а разрушающие деформации могут достигать 100 %. С возрастом механические свойства артериальных сосудов человека изменяются. Разрушающие напряжения к 60-ти годам уменьшаются в 2-2,5 раза по сравнению с двадцатилетним возрастом, а разрушающие деформации – на 20-30% в зависимости от типа сосуда.
Источник
Кровеносные сосуды состоят из трёх концентрических слоёв: внутреннего (интима), среднего (медия) и наружного (адвентиция).
Механические свойства сосудов определяются главным образом свойствами средней сосудистой оболочки, состоящей из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон.
Различия в механических свойствах эластина и коллагена, их роль в деформируемости мягких тканей обсуждалась в предыдущих разделах. Рассмотрим роль гладких мышц.
Клетки гладких мышц (миоциты) могут менять длину, сокращаясь под действием нервных (электрических) или химических стимулов. В результате меняются и механические свойства мышцы. В частности, для нестимулированной мышцы модуль упругости составляет около 104 Па; при её сокращении он возрастает примерно в 10 раз. Именно гладкая мышца реализует активное поведение кровеносных сосудов. В результате её сокращения изменяются диаметр соответствующего сосуда и механические свойства сосудистой стенки в целом, что позволяет регулировать кровотока.
Относительное содержание трёх основных компонентов сосудистой оболочки различно в разных участках сосудистого русла. Содержание эластина к коллагену в кровеносных сосудах, близких к сердцу равно 2:1; оно уменьшается по мере удаления от сердца и, например, в бедренной артерии составляет 1:2. С удалением от сердца увеличивается также содержание гладких мышц, в артериолах они становятся основной составляющей сосудистой стенки.
Таблица 4.
Сосуд | Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа | Максимально допустимое растяжение, | Модуль упругости Е, МПа | |
1 = 0,05 МПа | 2 = 0,4 МПа | |||
Аорта: передняя (вентральная)стенка | 1,1 | 0,455 | 0,84 | 3,9 |
задняя (дорзальная) стенка | 0,7 | 0,42 | 1 | 3,5 |
Артерия: общая сонная | 1,99 | 0,61 | 0,78 | 4,2 |
бедренная | 1,32 | 0,4 | 1 | 5,4 |
Большая подкожная вена ноги | 3,92 | 0,373 | 2,1 | 8,5 |
Следует отметить, что сосудистая стенка практически несжимаема и обладает явно выраженной анизотропией механических свойств. В частности, модули упругости сосудистой стенки различны в осевом (продольном относительно сосуда) и кольцевом направлениях. Их конкретные значения также зависят от участка в сосудистом русле и от напряжений, при которых они определяются.
В табл. 4 приведены данные о прочности, предельных продольных деформациях и продольных модулях упругости некоторых кровеносных сосудов при разных механических напряжениях σ1 и σ2 .
Н
а рис. 22 показаны характерные экспериментальные зависимости между продольными напряжениями и деформациями для различных сосудов, отмеченных цифрами. Здесь 1 – подкожная вена; 2, 3 – соответственно подвздошная и бедренная артерии; 4, 5 – задняя и передняя стенки брюшной аорты соответственно; 6, 7 – внутренняя и общая сонные артерии. Несовпадение этих кривых связано в первую очередь с различным содержанием основных компонент (эластина, коллагена и гладких мышц) в данных сосудах. Следует учесть, что экспериментальные исследования проводятся, как правило, в лабораторных условиях на образцах, удалённых из организма (in vitro). При этом функциональное действие гладкой мышцы нарушается, а значит, выявляется только её пассивное механическое поведение. Все приведенные данные получены при статистическом нагружении.
С увеличением скорости деформации сосудистой ткани предел её прочности и величина максимальной деформации max увеличиваются и оказываются больше значений, соответствующих статическому нагружению.
Напомним, что стенки кровеносных сосудов постоянно подвергаются периодическому нагружению переменным пульсирующим давлением. При изменении частоты нагружения в широких пределах проявляются вязкоупругие свойства сосудистой стенки. Однако опыт показывает, что при частоте нагружения 1 – 2 Гц (физиологически разумная частота) она ведет себя почти как упругое тело.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник
Функции крови выполняются благодаря непрерывной работе системы органов кровообращения.
Кровообращение – это движение крови по сосудам, обеспечивающее обмен веществ между всеми тканями организма и внешней средой.
Система органов кровообращения включает сердце и кровеносные сосуды. Циркуляция крови в организме человека по замкнутой сердечно-сосудистой системе обеспечивается ритмическими сокращениями сердца – ее центрального органа.
Сосуды, по которым кровь от сердца разносится к тканям и органам, называют артериями, а те, по которым кровь доставляется к сердцу, – венами. В тканях и органах тонкие артерии (артериолы) и вены (венулы) соединены между собой густой сетью кровеносных капилляров.
внешнее строение сердца
Сердце асимметрично расположено в грудной клетке между легкими, за грудиной. Большая часть сердца находится влево от срединной линии.
Сердце повернуто таким образом, что его правый венозный отдел лежит больше кпереди, левый артериальный – кзади. Самый нижний и более всего выступающий влево заостренный конец сердца – его верхушка сформирован левым желудочком (рис. 1).
Рис. 1. Сердце, вид спереди и сзади: 1 – плечеголовной ствол; 2 – левая общая сонная артерия; 3 – левая подключичная артерия; 4 – дуга аорты; 5 – правая легочная артерия; 6 – легочный ствол; 7 – левое ушко; 8 – нисходящая часть аорты; 9 – грудино-реберная поверхность; 10 – передняя межжелудочковая борозда; 11 – левый желудочек; 12 – верхушка сердца; 13 – правый желудочек; 14 – венечная борозда; 15 – правое ушко; 16 – восходящая часть аорты; 17 – верхняя полая вена; 18 – переход перикарда в эпикард; 19 – правые легочные вены; 20 – правое предсердие; 21 – нижняя полая вена; 22 – задняя межжелудочковая борозда; 23 – левое предсердие; 24 – левые легочные вены; 25 – левая легочная артерия
оболочки сердца
Сердце располагается в грудной полости позади грудины и окружено соединительнотканной оболочкой – околосердечной сумкой, или перикардом.
Наружный слой перикарда состоит из нерастяжимой белой фиброзной ткани (фиброзный перикард), а внутренний – из серозной ткани (серозный перикард).
Серозный перикард имеет два слоя: внутренний слой сращен с сердцем – висцеральный слой (эпикард), а наружный слой срастается с фиброзной тканью перикарда – париетальный слой. В щель между слоями серозного перикарда выделяется перикардиальная жидкость, которая уменьшает трение между стенками сердца и окружающими тканями.
Функции перикарда:
препятствует излишнему растяжению сердца;
препятствует переполнению сердца кровью;
защищает сердце от механических повреждений;
перикардиальная жидкость уменьшает трение при сокращении сердца.
Стенка сердца состоит из трех слоев (рис. 2):
эпикард (он же – внутренний слой околосердечной сумки) – наружная соединительнотканная оболочка, покрыта однослойным эпителием;
миокард (сердечная мышца) – средняя мышечная оболочка;
эндокард – внутренняя эпителиальная оболочка; образует клапанный аппарат сердца.
Рис. 2. Оболочки сердца
Стенки сердца состоят из сердечных поперечно-полосатых мышечных волокон (миокарда), соединительной ткани и мельчайших кровеносных сосудов (рис. 3).
Каждое мышечное волокно содержит множество крупных митохондрий. Мышечные волокна разветвляются и соединяются между собой концами, образуя сложную сеть, заключенную в общую саркоплазматическую мембрану. Это обеспечивает быстрое распространение волн сокращения по волокнам, так что каждая камера сокращается как одно целое.
В сердце различают два типа волокон:
мышечные волокна рабочего миокарда предсердий и желудочков (основная масса сердца). Функция: обеспечение нагнетания крови.
мышечные волокна водителя ритма (пейсмекера) и проводящей системы сердца. Функция: генерация возбуждения и проведение его к клеткам рабочего миокарда.
Рис. 3. Миокард
Строение сердца
Сердце человека четырехкамерное.
Оно разделено сплошной продольной перегородкой на левую (артериальную) и правую (венозную) половины (рис. 4).
Каждая половина, в свою очередь, подразделяется на две камеры – предсердие и желудочек.
Стенки предсердий относительно тонкие, а желудочков – толстые.
Рис. 4. Строение сердца
В правое предсердие впадают нижняя и верхняя полые вены, приносящие венозную кровь.
В левое предсердие впадают четыре легочные вены, приносящие артериальную (богатую кислородом) кровь.
От правого желудочка отходит легочная артерия, несущая венозную кровь в легкие для обогащения кислородом.
От левого желудочка отходит дуга аорты: по аорте артериальная кровь идет ко всем органам человека, в том числе в коронарные артерии сердца.
В перегородке между предсердиями и желудочками есть отверстия, снабженные створчатыми клапанами (рис. 5). В левой половине сердца располагается двустворчатый клапан (митральный), в правой – трехстворчатый.
Клапаны открываются только в сторону желудочков и поэтому пропускают кровь только в одном направлении: из предсердий в желудочки.
Открываться в сторону предсердий створкам клапанов мешают сухожильные нити, отходящие от поверхности и краев клапанов и прикрепляющиеся к мышечным выступам желудочков. Мышечные выступы, сокращаясь вместе с желудочками, натягивают сухожильные нити, чем препятствуют выворачиванию створок клапанов в сторону предсердий и обратному оттоку крови в предсердия.
Рис. 5. Клапанный аппарат
В месте отхождения из желудочков легочного ствола и аорты расположены полулунные клапаны в виде трех кармашков, открывающихся в сторону тока крови. Они препятствуют обратному току крови в желудочки. Таким образом, благодаря работе створчатых и полулунных клапанов в сердце ток крови осуществляется только в одном направлении: из предсердий в желудочки, а затем из желудочков в аорту и легочную артерию.
Клапанный аппарат сердца образован за счет выростов внутреннего слоя сердца – эпителия эндокарда.
сердечный цикл
К физиологическим свойствам сердечной мышцы относятся возбудимость, сократимость, проводимость и автоматия.
Работа сердца слагается из ритмично сменяемых друг друга сердечных циклов – периодов, охватывающих одно сокращение и последующее расслабление сердца.
Сокращение сердечной мышцы называется систолой, расслабление – диастолой.
В сердце кровь поступает по венам в предсердия. Далее следует систола (сокращение) предсердий, створчатые клапаны открываются, и кровь поступает в желудочки. Таким образом, предсердия являются как бы вспомогательными насосами, способствующими заполнению желудочков.
Во время систолы (сокращения) желудочков, полулунные клапаны открываются, и кровь выбрасывается из желудочков в артерии.
Во время сердечной диастолы (расслабления) полулунные клапаны закрываются, препятствуя забрасыванию крови из артерий обратно в желудочки.
При частоте сокращений сердца 75 раз в минуту продолжительность сердечного цикла составляет 0,8 с.
В цикле выделяют три фазы:
сокращение (систола) предсердий – 0,1 с;
сокращение (систола) желудочков – 0,3 с;
общее расслабление (пауза = диастола) предсердий и желудочков – 0,4 с.
Последовательные ритмические сокращения и расслабления предсердий и желудочков и деятельность клапанов сердца обеспечивают однонаправленное движение крови из предсердий в желудочки, а из желудочков – в артерии.
При каждой систоле желудочки сердца выбрасывают в аорту и легочную артерию по 65 – 70 мл крови.
В покое минутный объем сердца человека (количество крови, которое выбрасывается желудочком за одну минуту) составляет около 5 л, а при тяжелой физической нагрузке минутный объем сердца может достигать 30 л.
тоны СЕРДца
Во время сокращения желудочков верхушка сердца ударяется о внутреннюю поверхность грудной клетки, вызывая ее вибрацию (колебания), которая и появляется в виде сердечного толчка.
Сердечный толчок можно записать при помощи прибора кардиографа. Такой метод называется метод электрокардиограммы.
К внешним проявлениям деятельности сердца относятся звуковые явления – тоны сердца. Сердечные тона можно услышать, используя специальный прибор – стетоскоп (рис. 5а).
Рис. 5а. Стетоскоп
В сердце различают четыре тона:
первый тон (систолический): возникает в момент сокращения сердца. Обусловлен сокращением сердечной мышцы, закрытием створчатых клапанов (вибрация створок и сухожильных нитей) и колебанием стенок артерий в момент выброса крови;
второй тон (диастолический): расправление полулунных клапанов в начале диастолы (когда кровь в силу разности давлений из артериальных сосудов стремится в сторону желудочков);
Третий и четвертый тоны могут услышать только опытные врачи.
третий тон (диастолический): вибрация стенок желудочков, возникающая в момент наполнения их кровью;
четвертый тон (предсердный): сокращение мышц предсердий.
автоматия
Сердечная мышца способна к сокращениям, будучи изолированной от организма.
Автоматия – периодически возникающее возбуждение в самой сердечной мышце.
Возбуждение возникает в стенке правого предсердия в области впадения в него верхней полой вены. Это область называется синусно-предсердным (синоатриальным) узлом или водителем ритма. От нее берут начало нервные проводящие пути, по которым возникшее возбуждение проводится в левое предсердие. Оба предсердия сокращаются более – менее одновременно.
Частота разрядов этого узла в покое составляет около 70 в минуту.
Мышечные волокна предсердий и желудочков полностью разделены соединительнотканной предсердно – желудочковой перегородкой, и связь между ними осуществляется только в одном участке правого предсердия – предсердно-желудочковом (атриовентрикулярном) узле.
Миокард, подобно нервной ткани и скелетным мышцам , принадлежит к возбудимым тканям, то есть волокна миокарда обладают потенциалом покоя, отвечают на надпороговые стимулы генерацией потенциалов действия и способны проводить эти потенциалы без затухания.
В клетках синоатриального узла за счет разности концентраций ионов поддерживается мембранный потенциал около -90 мВ. Мембране этих клеток всегда свойственна высокая проницаемость для натрия, поэтому ионы натрия непрерывно диффундируют внутрь клетки. Поступление ионов натрия ведет к деполяризации мембраны, в результате чего в клетках, соседствующих с синоатриальным узлом, возникают распространяющиеся потенциалы действия. Волна возбуждения проходит по мышечным волокнам сердца и заставляет их сокращаться.
Возбуждение, возникающее в каком-то одном отделе сердца, охватывает все без исключения невозбужденные волокна. Благодаря этому сердце подчиняется закону “все или ничего”: на раздражение оно отвечает либо возбуждением всех волокон, либо (если раздражитель подпороговый) не реагирует вовсе.
Проводящая система сердца включает пучок Гиса, разветвляющийся на левую и правую ножку, и их конечные разветвления – волокна Пуркинье (рис. 6).
Скорость проведения импульсов в проводящей системе 1 – 2 м/с, поэтому желудочки синхронно охватываются возбуждением и сокращаются.
Рис. 6. Проводящая система сердца
Предсердно-желудочковый (атриовентрикулярный узел) расположен в правом предсердии.
От него отходит пучок специализированных волокон (атриовентрикулярный пучок) – единственный путь, по которому волна возбуждения передается от предсердий к желудочкам.
Передача импульсов от синоатриального узла к атриовентрикулярному происходит с задержкой, составляющей около 0,15 с, благодаря чему систола предсердий успевает закончиться раньше, чем начнется систола желудочков.
Атриовентрикулярный пучок переходит в пучок Гиса, который состоит из видоизмененных сердечных мышечных волокон. Пучок Гиса делится на правую и левую ножку, от которых отходят более тонкие веточки – волокна Пуркинье.
Импульсы проходят по пучку и распространяются по всему миокарду желудочков. Оба желудочка сокращаются одновременно, причем волна их сокращения начинается в верхушке сердца и распространяется вверх, выталкивая кровь из желудочков в артерии, которые отходят от сердца вертикально вверх.
Используя автоматию сердечной мышцы, можно “оживить” сердце. Впервые методику оживления сердца предложил профессор Неговский. Она заключается в том, что в артерию человека под давлением вводится кровь определенной температуры, содержащая большое количество кислорода. Данная методика успешно применялась во время Великой Отечественной войны. В настоящее время это целая наука – реаниматология. Оживление организма включает в себя такие манипуляции, как искусственное дыхание, массаж сердца, применение кардиостимуляторов, конденсаторного разряда и другие.
кровоснабжение сердечной мышцы
Сердце как и другие органы снабжают кровью сосуды, принадлежащие большому кругу кровообращения. Это – коронарные сосуды (рис. 7).
От основания аорты отходят две коронарные артерии. Правая коронарная артерия снабжает большую часть правого желудочка сердца, некоторые отделы перегородки сердца и заднюю стенку левого желудочка. Остальные отделы сердца снабжаются левой коронарной артерией.
Рис. 7. Коронарные сосуды
Отток крови осуществляется преимущественно в венозный синус (место впадения полых вен), открывающийся в правое предсердие.
Скорость коронарного кровотока зависит от:
давления в аорте, частоты сердечных сокращений, обмен веществ и состояние вегетативной нервной системы.
При высоких физических нагрузках увеличивается потребление сердцем кислорода. Повышенная потребность сердца в кислороде удовлетворяется главным образом за счет увеличения коронарного кровотока. Это увеличение обусловлено расширением коронарных сосудов.
Источник