Управление в системе кровообращения

Как известно, основная функция системы органов кровообращения заключается в обеспечении транспорта питательных веществ, кислорода и углекислого газа, а также продуктов метаболизма гормонов и воды в организме. В конечном итоге работа органов системы кровообращения направлена на поддержание баланса всех этих компонентов обмена веществ в тканях и межклеточном пространстве различных органов на постоянном уровне.

Обобщенная схема сердечно-сосудистого хемостата

Так как реакции сердца и сосудов диктуются в первую очередь интересами химизма дыхания, то есть все основания определить систему управления кровообращением как сердечно-сосудистый хемостат. Управляемыми переменными здесь, очевидно, являются величины напряжения кислорода (р0₂) и углекислого газа (рСО₂), а управляющими переменными — минутный объем сердца — количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в 1 мин. Поскольку в настоящее время нет пока адекватных методов для прямого определения концентраций этих веществ непосредственно в тканях, ограничиваются обычно количественным анализом ряда других косвенных параметров системы, связанных определенным образом с концентрационными изменениями указанных веществ в тканях.

В упрощенной схеме сердечно-сосудистого хемостата начальным возмущающим фактором (задающим сигналом) является изменение напряжения углекислого газа и кислорода в тканевом резервуаре, которое, прежде всего, отражается в химическом составе венозной крови. По мнению Гродинза, между правым предсердием и легочными капиллярами должен располагаться хеморецептор, играющий решающую роль в деятельности сердечно-сосудистого хемостаза. Однако отсутствие экспериментального подтверждения существования такого рецептора заставляет искать другой параметр, который может дать информацию о составе венозной крови. Таким параметром может служить артериальное давление в большом круге кровообращения (Р_А).

Упрощенная схема сердечно-сосудистого хемостата

(по Ф. Гродинзу, 1966)

При некотором упрощении факторов, регулирующих величину артериального давления, последнее в большом круге кровообращения будет равно произведению минутного объема сердца (Q) на периферическое сопротивление (Rпериф): PA=Q*Rпериф

Так как изменения локального химического состава венозной крови (тканей) изменяют сопротивление артериол (в результате сокращения или расслабления мускулатуры стенки сосудов), то, измеряя величину Рд, можно получить информацию о составе венозной крови. Таким образом, величина артериального давления (Р_А) может стать косвенной мерой концентрации кислорода (О₂).

Изменения величины Р_А отражаются в работе сердечной мышцы, в свою очередь меняющей величину регулирующего параметра —минутного объема крови Q. В полной блок-схеме сердечно-сосудистого хемостата Ф. Гродинза включена механическая сердечно-сосудистая система, тканевый и легочный газообменник. В схеме использованы кривая диссоциации кислорода и упрощенные передаточные функции для обмена кислородом, не учитывающие быстрые изменения разности парциальных давлений кислорода в крови и в воздухе легких в течение дыхательного цикла. Наиболее точно эта модель может быть описана как адаптивная система регулирования, предназначенная для регулирования уровня кислорода в тканях (венозной крови). Если приписать всем параметрам передаточных функций определенные значения, то, решая уравнения модели с помощью цифрового или аналогового вычислительного устройства, можно получить динамические реакции зависимых переменных на различные воздействия.