Сопротивление движению крови по сосудам
Сосудистая система в организме, ее основные функции. Классификация сосудов.
План
1. Сосудистая система в организме, ее основные функции. Классификация сосудов.
2. Гемодинамика. Факторы, определяющие движение крови по сосудам. Основные показатели гемодинамики.
3. Кровяное давление и факторы, влияющие на его величину. Давление крови в разных отделах сосудистого русла.
4. Нервные механизмы регуляции сосудистого тонуса.
5. Гуморальная регуляция сосудистого тонуса.
Сосудистая система представляет набор, соединенных между собой, замкнутых сосудистых трубок различного диаметра, обеспечивающих кругооборот крови в последовательно подключенных и движение крови в параллельно подключенных сосудах. Непрерывное движение крови по сосудам обеспечивает основные функции системы кровообращения: транспорт газов и веществ к тканям, удаление метаболитов и поврежденных клеток, а также обмен тепла в организме.
В сосудистой системе выделяют три главных взаимосвязанных звена: артериальное (сосуды, идущие от сердца), венозное (сосуды, возвращающие кровь в сердце) и, связующее их, капиллярное.
По калибру сосудистую систему разделяют на зоны: макроциркуляции (включает крупные сосуды: аорту, артерии, вены) и микроциркуляции (включает мелкие сосуды: артериолы, капилляры и венулы).
По уровню давления сосудистая система разделяется на два отдела: сосуды высокого давления (артерии различных калибров, артериолы) и сосуды низкого давления (все венозные сосуды, начиная от посткапиллярных венул; малый круг кровообращения; капилляры).
Стенки кровеносных сосудов состоят из трех основных слоев: внутреннего (эндотелиального); среднего, представленного гладкомышечными клетками, коллагеновыми и эластическими волокнами; наружного, образованного рыхлой соединительной тканью, содержащей сосуды и нервы.
Сосуды, помимо диаметра, отличаются между собой строением среднего слоя:
1. В аорте икрупных артериях преобладают эластические и коллагеновые волокна (сосуды эластического типа), что обеспечивает их упругость и растяжимость.
2. В артериях среднего и мелкого калибра, а также в артериолах, прекапиллярах и венулах преобладают гладкомышечные элементы, обладающие высокой сократимостью (сосуды мышечного типа).
3. В средних и крупных венах содержатся мышцы с низкой сократительной активностью. Мелкие, средние и некоторые крупные вены имеют клапаны (больше всего их в венах нижних конечностей).
Не имеют клапанов вены головы, шеи, почек, легких, воротная вена. Между протоками крупных вен имеются венозные анастомозы, по которым кровь может оттекать в обход основного пути.
4. Капилляры лишены гладкомышечных клеток, а их стенка имеет один слой эндотелия, расположенный на базальной мембране.
Функциональная классификация сосудов, которую предложил Фолков, выделяет ряд последовательно включенных звеньев:
1. Буферные сосуды или сосуды «котла» (амортизирующие сосуды) включают сосуды эластического типа, к которым относятся аорта и крупные артерии (сонная, подвздошные).
Они запасают энергию, переданную сердцем во время систолы, в форме упругой энергии растянутой стенки и обеспечивают непрерывное движение крови во время диастолы желудочков.
2. Резистивные сосуды или сосуды сопротивления представлены сосудами мышечного типа, к которым относятся концевые артерии (средние и мелкие), а также артериолы.
Они оказывают сопротивление кровотоку, обеспечивая непрерывность движения крови по сосудам.
Просвет артериол может меняться за счет симпатических или парасимпатических влияний (увеличение просвета улучшает местное кровообращение).
Прекапиллярным сосудам сопротивления свойственна высокая степень внутреннего (миогенного) базального тонуса, который постоянно изменяется под влиянием местных физических и химических факторов.
За счет этого резистивные сосуды регулируют системное артериальное давление и местное (органное) кровообращение.
3. Обменные сосуды (капилляры) обеспечивают обмен веществ между кровью и тканями за счет механизмов фильтрации (20 л/сут) и реабсорбции (обратное всасывание – 18 л/сут).
Эти функции обеспечивают:
– однослойное строение стенки капилляров;
– малый диаметр капилляров, который – диаметру эритроцитов (что улучшает газообмен);
– большая сеть капилляров (общая длина капиллярного русла 100 тыс. км);
– маленькая линейная скорость движения крови (эритроцит находится в капилляре около 1 с)
4. Ёмкостные сосуды объединяют все венозное ложе и играют незначительную роль в создании общего сопротивления сосудов.
Но, обладая большой растяжимостью и эластичностью стенок, эти сосуды могут значительно изменять свою конфигурацию и диаметр и вмещать до 70-80% крови (за исключением венозной системы мозга, которые не выполняют емкостную функцию).
В органах-депо (в печени, селезенке, легких, подкожной клетчатке) кровь находится, в основном, в венах, образующих синусы и лакуны.
Необходимость и целесообразность доставки крови к органам и тканям быстро и по кратчайшим путям отразилась на строении транспортирующей (артериальной) системы, которая организована проще, чем венозная.
При этом число венозных сосудов на единицу площади большинства органов значительно превышает количество артериальных ветвей.
Гемодинамика – это закономерности движения крови по сосудистой системе.
Движение крови в последовательно соединенных сосудах, обеспечивающее ее кругооборот называют системной гемодинамикой.
Движение крови в параллельно подключенных к аорте и полым венам сосудистых руслах, благодаря которому органы получают необходимый объем крови, называют регионарной (органной) гемодинамикой.
В соответствии с законами гидродинамики движение крови определяется двумя силами:
1. Разностью давлений в начале и конце сосуда, что способствует продвижению жидкости (крови) по сосуду.
2. Гидравлическим сопротивлением, которое препятствует току жидкости.
Отношение разности давления к сопротивлению определяет объемную скорость тока жидкости и выражается уравнением: Q = (P1-P2)/R.
Отсюда следует, что количество крови, протекающей в единицу времени через кровеносную систему, тем больше, чем больше разность давлений в ее артериальном и венозном концах и чем меньше сопротивление току крови.
Давление в сосудистой системе создается работой сердца, которое выбрасывает определенный объем крови в единицу времени. Поэтому в артериях давление максимальное.
Так как давление в месте впадения полых вен в сердце близко к 0, то уравнение гидродинамики относительно системного кровотока. Можно записать в виде: Q = P/R, или Р = Q.R, т.е. давление в устье аорты прямо пропорционально минутному объему крови и величине периферического сопротивления.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда.
Любой из таких сосудов можно сравнить с трубкой, сопротивление которой определяется по формуле: R = 8ln/pr4, т.е. сопротивление сосуда прямо пропорционально его длине и вязкости, протекающей в нем жидкости (крови) и обратно пропорционально радиусу трубки (p – отношение окружности к диаметру).
Отсюда следует, что наибольшей величиной сопротивления должен обладать капилляр, диаметр которого самый маленький. Однако огромное количество капилляров включено в ток крови параллельно, поэтому их суммарное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол. Пульсирующий ток крови, создаваемый работой сердца, выравнивается в кровеносных сосудах, благодаря их эластичности. Поэтому ток крови носит непрерывный характер.
Для выравнивания пульсирующего тока крови большое значение имеют упругие свойства аорты и крупных артерий. Во время систолы часть кинетической энергии, сообщенной сердцем крови, переходит в кинетическую энергию движущейся крови. Другая ее часть переходит в потенциальную энергию растянутой стенки аорты.
Потенциальная энергия, накопленная стенкой сосуда во время систолы, переходит при его спадении в кинетическую энергию движущейся крови во время диастолы, создавая непрерывный кровоток. Основными гемодинамическими показателями движения крови по сосудам являются объемная скорость, линейная скорость и скорость кругооборота.
Объемная скорость определяется количеством крови, проходящей через поперечное сечение сосуда за единицу времени. Так как отток крови от сердца соответствует ее притоку к сердцу, то объем крови, протекающий за единицу времени через суммарное поперечное сечение сосудов любого участка кровеносной систем, одинаков.
Объемную скорость кровотока отражает минутный объем кровообращения. Это то количество крови, которое выбрасывается сердцем за 1 минуту. Минутный объем кровообращенияв покое составляет 4,5-5 л и является интегративным показателем.
Он зависит от систолического объема (то количество крови, которое выбрасывается сердцем за одну систолу, от 40 до 70 мл) и от частоты сердечных сокращений (70-80 в минуту).
Линейная скорость кровотока – это расстояние, которое проходит частица крови за единицу времени, т.е. это скорость перемещения частиц вдоль сосуда при ламинарном потоке. Кровоток в сосудистой системе в основном носит ламинарный (слоистый) характер. При этом кровь движется отдельными слоями параллельно оси сосуда.
Линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока и у сосудистой стенки. В центре она максимальная, а около стенки – минимальная. Это связано с тем, что на периферии особенно велико трение частиц крови о стенку сосуда.
При переходе одного калибра сосуда к другому диаметр сосуда меняется, что приводит к изменению скорости течения крови и возникновению турбулентных (вихревых) движений. Переход от ламинарного типа движения к турбулентному ведет к значительному росту сопротивления.
Линейная скорость также различна для отдельных участков сосудистой системы и зависит от суммарного поперечного сечения сосудов данного калибра. Она прямо пропорциональна объемной скорости кровотока и обратно пропорциональна площади сечения кровеносных сосудов: V = Q/pr2. Поэтому линейная скорость меняется по ходу сосудистой системы.
Так, в аорте она равна 50-40 см/c; в артериях – 40-20; артериолах – 10-0,1; капиллярах – 0,05; венулах – 0,3; венах – 0,3-5,0; в полых венах – 10-20 см/с. В венах линейная скорость кровотока возрастает, так как при слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровеносного русла суживается.
Скорость кругооборота крови характеризуется временем, в течение которого частица крови пройдет большой и малый круги кровообращения. В среднем, это происходит за 20-25 с.
Источник
9.2. Движение крови по сосудам(гемодинамика)
Движение крови по сосудам обусловлено градиентом давления в артериях и венах. Оно подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами: давлением, влияющим на движение крови, и сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов.
Силой, создающей давление в сосудистой системе, является работа сердца, его сократительная способность. Сопротивление кровотоку зависит прежде всего от диаметра сосудов, их длины и тонуса, а также от объема циркулирующей крови и ее вязкости. При уменьшении диаметра сосуда в два раза сопротивление в нем возрастает в 16 раз. Сопротивление кровотоку в артериолах в 106 раз превышает сопротивление ему в аорте.
Различают объемную и линейную скорости движения крови.
Объемной скоростью кровотока называют количество крови, которое протекает за 1 минуту через всю кровеносную систему. Эта величина соответствует МОК и измеряется в миллилитрах в 1 мин. Как общая, так и местная объемные скорости кровотока непостоянны и существенно меняются при физических нагрузках (табл. 3).
Таблица 3
Общая и местная объемная скорость кровотока у человека
(по Вейду и Бишопу)
Линейной скоростью кровотока называют скорость движения частиц крови вдоль сосудов. Эта величина, измеренная в см в 1 с, прямо пропорциональна объемной скорости кровотока и обратно пропорциональна площади сечения кровеносного русла. Линейная скорость неодинакова: она больше в центре сосуда и меньше около его стенок, выше в аорте и крупных артериях и ниже в венах. Самая низкая скорость кровотока – в капиллярах, общая площадь сечения которых в 600-800 раз больше площади сечения аорты. О средней линейной скорости кровотока можно судить по времени полного кругооборота крови. В состоянии покоя оно составляет 21-23 с, при тяжелой работе снижается до 8-10 с.
При каждом сокращении сердца кровь выбрасывается в артерии под большим давлением. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов ее передвижению в них создается давление, которое называют кровяным давлением. Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление – в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается; в полых венах давление крови меньше атмосферного.
На протяжении сердечного цикла давление в артериях неодинаково: оно выше в момент систолы и ниже при диастоле. Наибольшее давление называют систолическим (максимальным), наименьшее – диастолическим (минимальным). Колебания кровяного давления при систоле и диастоле сердца происходят лишь в аорте и артериях; в артериолах и венах давление – крови постоянно на всем протяжении сердечного цикла. Среднее артериальное давление представляет собой ту величину давления, которое могло бы обеспечить течение крови в артериях без колебаний давления при систоле и диастоле. Это давление выражает энергию непрерывного течения крови, показатели которого близки к уровню диастолического давления (рис. 20).
Величина артериального давления зависит от сократительной силы миокарда, величины МОК, длины, емкости и тонуса сосудов, вязкости крови. Уровень систолического давления зависит в первую очередь от силы сокращения миокарда. Отток крови из артерий связан с сопротивлением в периферических сосудах, их тонусом, что в существенной мере определяет уровень диастолического давления. Таким образом, давление в артериях будет тем выше, чем сильнее сокращения сердца и чем больше периферическое сопротивление (тонус сосудов).
Рис. 20. Изменение кровяного давления в разных частях сосудистого русла
Артериальное давление у человека может быть измерено прямым и косвенным способами. При прямом способе в артерию вводится полая игла, соединенная с манометром. Это наиболее точный способ, однако он мало пригоден для практических целей. Косвенный, так называемый манжеточный, способ был предложен Рива-Роччи в 1896 г. и основан на определении величины давления, необходимой для полного сжатия артерии манжетой и прекращения в ней тока крови. Этим методом можно определить лишь величину систолического давления. Для определения систолического и диастолического давления применяется звуковой, или аускультативный, способ, предложенный Н.С. Коротковым в 1905 г., при котором также используются манжета и манометр, но о величине давления судят не по пульсу, а по возникновению и исчезновению звуков, выслушиваемых на артерии ниже места наложения манжеты (звуки возникают лишь тогда, когда кровь течет по сжатой артерии). В последние годы для измерения артериального давления у человека на расстоянии используются радиотелеметрические приборы.
В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолическое давление в плечевой артерии составляет 110-120 мм pm. cm., диастолическое – 60-80 мм pm. cm. По данным Всемирной организации здравоохранения, артериальное давление до 140/90 мм рт. ст. является нормотоническим, выше этих величин – гипертоническим, а ниже 100/60 мм рт. ст. – гипотоническим. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением, или пульсовой амплитудой.; ее величина в среднем равна 40-50 мм рт. ст. У людей пожилого возраста кровяное давление выше, чем у молодых; у детей оно ниже, чем у взрослых.
В капиллярах происходит обмен веществ между кровью и тканями, количество капилляров в организме человека очень велико. Оно больше там, где интенсивнее метаболизм. Например, на единицу площади сердечной мышцы капилляров приходится в два раза больше, чем скелетной. Кровяное давление в разных капиллярах колеблется от 8 до 40 мм рт. ст.; скорость кровотока в них небольшая – 0,3-0,5 мм/с.
В начале венозной системы давление крови равно 20-30 мм рт. ст., в венах конечностей – 5-10 мм рт. ст. и в полых венах колеблется около 0. Стенки вен тоньше, и их растяжимость в 100-200 раз больше, чем у артерий. Поэтому емкость венозного сосудистого русла может возрастать в 5-6 раз даже при незначительном повышении давления в крупных венах. В этой связи вены называют емкостными сосудами, в отличие от артерий, которые оказывают большое сопротивление току крови и называются резистивными сосудами (сосудами сопротивления).
Линейная скорость кровотока даже в крупных венах меньше, чем в артериях. Например, в полых венах скорость движения крови почти в два раза ниже, чем в аорте. Участие дыхательных мышц в венозном кровообращении образно называется дыхательным насосом, скелетных мышц – мышечным насосом. При динамической работе мышц движению крови в венах способствуют оба этих фактора. При статических усилиях приток крови к сердцу снижается, что приводит к уменьшению сердечного выброса, падению артериального давления и ухудшению кровоснабжения головного мозга.
В легких имеется двойное кровоснабжение. Газообмен обеспечивается сосудами малого круга кровообращения, т е. легочными артериями, капиллярами и венами. Питание легочной ткани осуществляется группой артерий большого круга бронхиальными артериями, отходящими от аорты. Легочное русло, пропускающее за одну минуту то же количество крови, что и большой круг, имеет меньшую протяженность. Крупные легочные артерии более растяжимы, чем артерии большого круга, поэтому они могут вмещать относительно больше крови без существенных изменений кровяного давления. Емкость легочных
сосудов непостоянна: при вдохе она увеличивается, при выдохе – уменьшается. Легочные сосуды могут вмещать от 10 до 25 % всего объема крови.
Сопротивление току крови в сосудах малого круга кровообращения примерно в 10 раз меньше, чем в сосудах большого круга. Это в значительной мере обусловлено широким диаметром легочных артериол. В связи с пониженным сопротивлением правый желудочек сердца работает с небольшой нагрузкой и развивает давление в несколько раз меньшее, чем левый. Систолическое давление в легочной артерии составляет 25-30 мм рт. ст., диастолическое – 5-10 мм рт. ст.
Капиллярная сеть малого круга кровообращения имеет поверхность около 140 м2. Одномоментно в легочных капиллярах находится от 60 до 90 мл крови. За одну минуту через все капилляры легких проходит 3,5-5 л крови, а при физической работе – до 30-35 л/мин. Эритроциты проходят через легкие за 3-5 с, находясь в легочных капиллярах (где происходит газообмен) – в течение 0,7 с, при физической работе – 0,3 с. Большое количество сосудов в легких приводит к тому, что кровоток здесь в 100 раз выше, чем в других тканях организма.
Кровоснабжение сердца осуществляется коронарными, или венечными, сосудами. В отличие от других органов, в сосудах сердца кровоток происходит преимущественно во время диастолы. В период систолы желудочков сокращение миокарда настолько сдавливает расположенные в нем артерии, что кровоток в них резко снижается.
В покое через коронарные сосуды протекает в 1 минуту 200-250 мл крови, что составляет около 5 % МОК. Во время физической работы коронарный кровоток может возрасти до 3-4 л/мин. Кровоснабжение миокарда в 10-15 раз интенсивнее, чем тканей других органов. Через левую венечную артерию осуществляется 85 % коронарного кровотока, через правую – 15 %. Венечные артерии являются концевыми и имеют мало анастомозов, поэтому их резкий спазм или закупорка приводят к тяжелым последствиям.
Источник