Общие сведения о строении сердечно-сосудистой системы.

Кровообращение обеспечивает все процессы метаболизма в организме человека и поэтому является компонентом различных функциональных систем, определяющих гомеостаз. Выполняя одну из главных функций – транспортную – сердечно-сосудистая система обеспечивает ритмичное течение физиологических и биохимических процессов в организме человека. К тканям и органам по кровеносным сосудам доставляются все необходимые вещества (белки, углеводы, кислород, витамины, минеральные соли) и отводятся продукты обмена веществ и углекислый газ. Сердечно-сосудистая система выполняет регуляторную и защитную функции и в содружестве с нервной и гуморальной системами играет важную роль в обеспечении целостности организма.

Сосудистая система делится на кровеносную и лимфатическую. Эти системы анатомически и функционально тесно связаны, дополняют друг друга.

Кровеносная система состоит из центрального органа кровообращения – сердца, ритмические сокращения которого дают движение крови по сосудам, и самих сосудов. Лимфатическая система состоит из лимфатических сосудов, узлов и протоков.

К основным особенностям сердечной мышцы относятся: автоматия, возбудимость, сократимость, проводимость.

Автоматия – способность к ритмическому сокращению миокарда под влиянием импульсов, возникающих в нем самом. В состав сердечной поперечнополосатой мышечной ткани входят типичные сократительные мышечные клетки – кардиомиоциты.

Возбудимость сердечной мышцы возникает под влиянием электрических, химических, термических и других раздражителей мышцы сердца, которая способна переходить в состояние возбуждения.

Проводимость сердечной мышцы заключается в том, что волны возбуждения проходят по ее волокнам с неодинаковой скоростью. Возбуждение по волокнам мышц предсердий распространяется со скоростью 0,8–1,0 м/с, по волокнам мышц желудочков – 0,8–0,9 м/с.

По лимфатической системе в кровеносную из тканей возвращаются вода, белки, жиры, продукты обмена веществ. Данная система выполняет ряд функций: поддерживает объем и состав тканевой жидкости; поддерживает гуморальную связь между тканевой жидкостью всех органов и тканей;

Функциональная взаимосвязь сердечно-сосудистой системы с другими системами организма.

Значение внутренней циркуляции для организма крупных животных:

В одиночных клетках эта циркуляция осуществляется протоплазматическим током. У кишечнополостных перераспределение воды, содержащейся в пищеварительной полости, достигается сокращениями стенок тела. У высших позвоночных потребность в кислороде, необходимом для эффективного использования пищевых молекул, привела не только к образованию специализированных дыхательных органов, но и к выработке высокопроизводительной системы транспорта газов по кровяному руслу. Именно емкость кровеносной системы нередко ограничивает активность и жизнеспособность крупных животных. Так, нарушение целостности кровеносной системы, сопровождающееся кровоизлияниями, или потеря нагнетательной способности сердечного отдела часто являются причиной смерти людей. Поддержание жизнедеятельности нашего достаточно крупного тела в значительной степени зависит от состояния кровеносной системы.

Жидкость, наполняющая кровеносную систему животных, представляет собой в основном раствор солей, по ионному составу не слишком отличающийся от жидкой части протоплазмы, лишь иногда в нем отсутствуют ионы Na+ и К+. Кроме того, в крови растворены некоторые макромолекулы, например белки, и обычно присутствуют разнообразные кровяные тельца. В крови позвоночных преобладают красные кровяные тельца, или эритроциты, заполненные красным пигментом — белком гемоглобином. Гемоглобины разных животных различаются по количеству входящих в их состав аминокислот и последовательности их соединения. Причина этих различий может быть связана с образом жизни животного. В крови содержатся также различные типы белых кровяных телец, или лейкоцитов — бесцветных клеток, способных к активному амебоидному движению. Кроме того, в крови позвоночных находятся фрагменты клеток, кровяные пластинки, называемые тромбоцитами, которые участвуют в процессе свертывания крови. Среди множества переносимых кровью белков одни способствуют образованию сгустков крови при ее соприкосновении с воздухом, что обычно случается, когда поранен сосуд; другие, называемые антителами, соединяются с чужеродными, белками или другими крупными молекулами и тем самым изымают их из обращения. Наконец, есть еще и гормоны (не вое гормоны — белки, но все они пере­носятся кровью), играющие роль своего рода химических инструкций, которые координируют функции различных частей тела животного. В крови могут обитать и некоторые паразитические организмы. Хотя основное назначение крови у большинства животных — посредничество в газообмене, тем не менее током крови из одних частей тела в другие переносятся и многие другие вещества, такие, как жировые капли и некоторые пищевые молекулы. Кровь играет также важную роль посредника между системами водного обмена и поддержания ионного баланса, участвует в переносе воды и ионов к нуждающимся в них органам, в удалении из клеток конечных продуктов обмена (метаболитов) и распределении тепла между отдельными частями тела.

Кровь в организме высших животных распределяется между органами в зависимости от их деятельности. Работающий орган усиленно снабжается кровью, в неработающем - кровоснабжение уменьшается. У человека на 100гр. Ткани получают крови, в покое в среднем в см3/мин: почки -430, сердце – 66, печень – 57, головной мозг – 53. Местное расширение кровеносных сосудов, приводящее к увеличению кровоснабжения работающего органа, называется рабочей или функциональной гиперемией. Рабочая гиперемия вызывается изменением обмена веществ в работающем органе, накоплением ионов водорода, калия, а также гистамина и других продуктов обмена.

Количество функционирующих капилляров увеличивается в работающей мышце по сравнению с неработающей более чем в 10 раз, а количество крови, протекающей через сосуды усиленно работающей мышцы, увеличивается до 50 раз. В покое к скелетным мышцам притекает около 20% циркулирующей крови, а при тяжелой мышечной работе – до 90%. При этом особенно уменьшается кровоснабжение почек и других органов брюшной полости, а кровоснабжение головного мозга не меняется.

Сокращение скелетных мышц, обусловленное поступлением импульсов по двигательным нервам, одновременно нарушает контакт между водителями ритма (клетки, обладающие высоким автоматизмом) и гладкомышечными клетками сосудов, что приводит к расширению сосудов. Однако, для увеличения кровоснабжения работающего органа недостаточно местного расширения в нем кровеносных сосудов. При работе органа увеличивается объем циркулирующей крови за счет выхода ее из кровяных депо, повышается АД и уменьшается просвет сосудов неработающих органов. Это результат рефлекторного возбуждения сосудосуживающего центра, вызванного раздражением рецепторов в работающей мышце продуктами обмена веществ, а также возбуждающем действии этих веществ и гормонов (адреналина и др.) на этот центр через кровь.

Те же механизмы действуют и при усилении кровоснабжения органов брюшной полости во время пищеварения.

Краснота или бледность кожи человека зависит от расширения или сужения капилляров и мелких вен (венул), то есть от количества крови, которая содержится в них, а температура кожи – исключительно от скорости течения крови по артериолам, то есть от интенсивности кровоснабжения. При расширении капилляров и артериол кожа становится красной и горячей, наоборот, при сужении капилляров и артериол кожа бледная и холодная. Если капилляры расширены, а артериолы сужены, то – кожа красная, синюшная и холодная. Если же наоборот – то кожа бледная и горячая.

Во время умственной работы снабжение кровью головного мозга увеличивается при одновременном сужении кровеносных сосудов других областей, например сосудов конечностей, объем которых при этом уменьшается. Увеличение снабжения кровью скелетной мускулатуры во время работы происходит главным образом вследствие сужения сосудов органов брюшной полости и части сосудов кожи и, следовательно, увеличения оттока крови из брюшной полости и кожи. В покое в этих сосудах содержится около половины ( 45 % ) всей массы крови. При действии чревного нерва, как самого мощного сосудосуживающего нерва организма, ¾ этой крови выжимается в общий круг кровообращения и поступает в мускулатуру и другие работающие органы.

При возбуждении симпатической нервной системы и поступлении в кровь адреналина ( при мышечной работе, охлаждении, боли, эмоциях и т. п. ) происходит рефлекторное сокращение селезенки, что увеличивает количество циркулирующей крови.

Во время усиленного пищеварения расширяются кровеносные сосуды органов брюшной полости при одновременном сужении сосудов скелетной мускулатуры и центральной нервной системы, что увеличивает кровоснабжение органов брюшной полости на 30 – 80 %.

Многочисленные сосудосуживатели кожи играют большую роль в регуляции температуры тела. Между сосудами кожи и сосудами органов брюшной полости нередко существует обратные взаимоотношения. При сужении сосудов кожи они расширяются, и наоборот.

Боль вызывает сужение сосудов органов брюшной полости и кожи, и в то же время прилив крови к скелетной мускулатуре и центральной нервной системы благодаря активному, а частью пассивному расширению находящихся в них сосудов.

Для снабжения кровью имеет значение длина кровеносного пути данного органа. Так как для всех сосудов большого круга разница в давлении в аорте и в полых венах одинакова, то кровь течет через орган тем быстрее, чем короче кровеносный путь. Это имеет значение для особенно большого снабжения кровью сердца, почек и головного мозга. При относительном покое величина кровоснабжения органов различна. Сравнительно больше других органов снабжаются кровью железы внутренней секреции, почки, печень и головной мозг.

Во время бега вследствие расширения капилляров мышц большое количество крови приливает в ноги. После окончания бега благодаря прекращению сокращения мышц, прогоняющего кровь к сердцу, происходит застой крови в ногах. Это может привести к потере сознания в результате отлива крови от головного мозга – гравитационный шок.

При резком возрастании или замедлении скорости движения во время гимнастических упражнениях или полете на скоростных самолетах и космических кораблях кровь отбрасывается в сторону, противоположную движения, что приводит к быстрому и большому приливу и отливу крови в головной мозг или от него.

На распределение крови в организме влияет и положение тела в покое. При вертикальном положении затруднение тока крови вверх, вызываемое силой тяжести, уравновешивается течением крови сверху вниз. Однако при этом понижается давление на стенки сосудов, расположенных выше сердца, и повышается давление на стенки сосудов, расположенных ниже сердца, поэтому сосуды нижних конечностей дополнительно растягиваются. Этому растягиванию противодействует увеличение тонуса стенок артерий и вен и более развитая мышечная оболочка в венах нижних конечностей. При переходе в вертикальное положение в сосуды нижних конечностей оттекает 300 – 800 см3 крови, ее объем в сердце и легких уменьшается примерно на 20 %, а систолический и минутный объемы сердца на 25 – 40 %. При такой перемене позы особенно велики изменения кровотока у подростков ( Н. А. Фомин, 1974 ).

При перемене положения тела человека из горизонтального в вертикальное ( ортостатическая проба ) кровоснабжение мозга не нарушается благодаря сужению кровеносных сосудов брюшной полости под влиянием чревного нерва.

При этом благодаря оттоку большого количества крови из сосудов брюшной полости увеличивается общее количество циркулирующей крови, что возмещает отлив крови к ногам, и поэтому кровоснабжение головного мозга и сердца не нарушается.

В нормальных физиологических условиях деятельность сердца в каждый момент соответствует изменениям внешней среды, окружающий организм, и колебаниям его внутренней среды. Это соответствие деятельности сердца условиям существования организма обусловлено рефлекторной регуляцией деятельности сердца. Нервные импульсы, регулирующие работу сердца, направляются к нему из центральной нервной системы по двум парам центробежных нервов: симпатическим и блуждающим.

Симпатические нервы сердца. Раздражение симпатических нервов сердца вызывает ускорение работы сердца. Этот факт открыли в 1866 г. братья Цион, которые назвали волокна, оказывающие это действие, ускорителями сердца.

При раздражении ускоряющих нервов наступает разлад сокращений предсердий и желудочков: предсердия начинают сокращаться чаще, чем желудочки.

Пример: на одно сокращение желудочков приходится два сокращения предсердий (ритм 1: 2).

Раздражение усиливающего нерва возвращает к нормальному соотношению сокращений предсердий и желудочков (ритм 1:1).

Блуждающие нервы сердца. Раздражение блуждающих нервов вызывает торможение сокращений сердца вплоть до его остановки (полной) в диастоле (братья Вебер, 1845). Кроме того, раздражение блуждающих нервов вызывает понижение возбудимости сердца (отрицательно батмотропное действие), понижение скорости проведения возбуждения в сердце (отрицательно дромотропное действие), уменьшение силы сокращений сердца (отрицательно ионотропное действие), увеличение расслабления мышцы в диастоле (отрицательно тонотропное действие).

Правый блуждающий нерв вызывает преимущественно отрицательно хроно- и ионотропное действия в предсердиях, а левый блуждающий нерв – преимущественно отрицательно дромо- и ионотропное действия в желудочках.

Между обеими парами нервов сердца существует отношения не антогонизма, а взаимодействия.

Нервная регуляция кровеносных сосудов.

Кровяное давление в здоровом организме поддерживается на относительно постоянном уровне. Сдвиги кровяного давления при эмоциях, мышечной работе и других условиях быстро выравниваются благодаря нервно-гуморальным механизмам саморегуляции. Основная роль принадлежит нервным механизмам, рефлекторно регулирующим работу сердца, дыхание и просвет кровеносных сосудов.

Рефлекторная регуляция не только поддерживает относительное постоянство кровяного давления, но и осуществляет быстрое перераспределение крови между органами в соответствии с текущими потребностями организма.

Эфферентные нервы кровеносных сосудов регулируют тонус кольцевой гладкой мускулатуры их мышечной оболочки. Увеличение тонуса мускулатуры сосудов уменьшает их просвет, а ослабление тонуса увеличивает его.

Сосудосуживающие нервы (вазоконстрикторы). Все сосудосуживающие нервные волокна – симпатические. Это длинные отростки клеток, расположенных в узлах симпатической нервной системы.

Главный сосудосуживающий нерв – чревный, в котором содержатся многочисленные симпатические волокна, идущие к кровеносным сосудам брюшной полости. К кровеносным сосудам рук и ног симпатические сосудосуживающие волокна проходят двумя путями: в составе симпатических нервов и по наружным оболочкам сосудов. Основная роль в регуляции тонуса сосудов принадлежит симпатическим нервам.

Функция сосудорасширителей состоит в регуляции местного кровоснабжения, в увеличении притока крови к работающему органу. По мнению И.П. Павлова, сосудорасширители выполняют также трофическую функцию.

Сосудодвигательные центры. Гладкая мускулатура артериальных сосудов обладает собственным тонусом, который поддерживается продуктами обмена веществ в ней и веществами, поступающими в кровь. Тонус кровеносных сосудов обеспечивается также клетками боковых рогов спинного мозга, то есть клетками симпатической нервной системы, из которых исходят сосудосуживающие волокна.

Значительная роль в регуляции тонуса кровеносных сосудов принадлежит главному сосудосуживающему центру, который находится в продолговатом мозге на уровне «писчего пера» (М. Шифф, 1855, Ф.В. Овсянников, 1871). Он находится около ядра лицевого нерва. Сбоку от него, на дне IV желудочка, расположен сосудорасширяющий центр.

Усиленное дыхание понижает концентрацию водородных ионов и сопровождается падением кровяного давления, а задержка дыхания повышает концентрацию водородных ионов, возбуждает тонус сосудорасширяющего центра и вызывает повышение артериального давления.

Приток к сосудодвигательным центрам афферентных нервных импульсов играет основную роль в регуляции тонуса сосудов и активного сокращения и расслабления последних.

Рефлекторная саморегуляция сердечно-сосудистой системы.

И.П. Павлов на основании своих собственных многочисленных исследований и экспериментальных работ других авторов утверждал, что стенкам кровеносных сосудов свойственно самим рефлекторно регулировать и удерживать на постоянном уровне кровяное давление.

Рефлекторная саморегуляция деятельности сердечной мышцы и кровеносных сосудов обеспечивается притоком в ЦНС афферентных импульсов из рецепторов сердечно-сосудистого аппарата.

Благодаря этим афферентным импульсам деятельность сердечно-сосудистой системы «саморегулируется главнейшим образом в низших отделах ЦНС» (И.П. Павлов), в спинном и продолговатом мозге.

Так как перерезка мозгового ствола выше продолговатого мозга не вызывает падения кровяного давления, то следует считать, что рефлекторная саморегуляция кровяного давления постоянно, в течение всей жизни, осуществляется нервными центрами, находящимися в продолговатом мозге.

Нервно-гуморальная регуляция сердечно-сосудистой системы.

Эта регуляция играет подчиненную роль, так как сдвиги в обмене веществ вызываются посредством нервной системы. Сдвиги содержания различных веществ в крови, в свою очередь, оказывают влияние на рефлекторную регуляцию сердечно-сосудистой системы.

На работу сердца влияют изменения содержания калия и кальция в крови. Увеличение содержания калия оказывает отрицательно хронотропное, отрицательно ионотропное, отрицательно дромотропное, отрицательно батмотропное и отрицательно тонотропное влияния. Увеличение содержания кальция действует наоборот.

Для нормальной работы сердца необходимо соотношение обоих ионов, которые действуют сходно с блуждающим (калий) и симпатическими (кальций) нервами.

Предполагается, что при деполяризации мембран мышечных волокон сердца из них быстро выходят ионы калия и водорода, что способствует их сокращению.

При раздражении блуждающих нервов в кровь поступает ацетилхолин, а при раздражении симпатических нервов- вещество, сходное по своему составу с адреналином (О. Леви, 1912, 1921), - норадреналин. Основной медиатор симпатических нервов сердца млекопитающих животных – норадреналин (Эйлер, 1956). Содержание в сердце адреналина примерно в 4 раза меньше. Сердце больше других органов накапливает адреналин, введенный в организм (в 40 раз больше скелетной мышцы).

Ацетилхолин быстро разрушается. Поэтому он действует только местно, там, где он выделяется, то есть в окончаниях блуждающих нервов сердца. Небольшие дозы ацетилхолина возбуждают автоматизм сердца, а большие – тормозят частоту и силу сокращений сердца. Норадреналин также разрушается в крови, но он более стоек, чем ацетилхолин.

Поступление адреналина в кровь из надпочечников увеличивается во время гнева, страха, ярости ярости, боли и других эмоциях. Адреналин действует также, как и возбуждение симпатической нервной системы, поэтому его поступление в кровь вызывает соответствующие изменения работы сердца (положительное хроно-, ионо-, дромо-, батмо-, и тонотропные действия).

У животных сужение сосудов вызывает 0,00002 мг адреналина на 1кг массы тела. Адреналин суживает артерии, артериолы и капилляры кожи, всех органов пищеварительного тракта, легких и почек.

Сосудосуживающим действием обладает также гормон задней доли гипофиза вазопрессин, который суживает преимущественно капилляры во всех органах, кроме почек, и серотонин, образующийся в слизистой оболочке кишечника, в некоторых участках головного мозга и при распаде тромбоцитов.

В почках в нормальных условиях и особенно при уменьшении их кровоснабжения образуется ренин, который действует на гипертензиноген и превращает его в гипертензин, вызывающий сужение сосудов и подъем кровяного давления.

Местное расширение сосудов вызывается накоплением кислых продуктов обмена веществ, особенно углекислоты, молочной и адениловой кислот.

Большую роль в расширении кровеносных сосудов играют также ацетилхолин и гистамин. Гистамин при поступлении в кровь вызывает расширение капилляров.

Кровеносная и дыхательная системы, функционирующие взаимосвязано в целях обеспечения организма газом и питательными веществами и очищения его от вредных веществ. По причине того, что весь организм зависит от функционирования этих двух систем из-за необходимости фактически непрерывного газообмена, особенности их реагирования на воздействие подводной среды окажут влияние на каждую клетку организма. Системы организма настолько взаимосвязаны между собой, что влияние подводной среды на одну из них не может не сказаться на другой.

Кровеносная система транспортирует питательные вещества и кислород из дыхательной и пищеварительной систем в ткани организма и обеспечивает выведе­ние вредных веществ и углекислого газа из тканей. Хотя все из перечисленных функций необходимы, применительно к дайвингу важнейшей из них является транспорт О2.

Все живые клетки человеческого орга­низма вовлечены в окислительный мета­болизм — процесс, в ходе которого каж­дая клетка использует кислород для преобразования химической энергии в пригодную к применению и необходимую для жизни. Лишенные кислорода, некоторые ткани могут “временно приостанавливать” осуществляемые операции на несколько часов и все же оставаться “живыми”; другие же без кислорода отмирают.

Мозг и нервная система нуждаются в постоянном притоке кислорода — больше, чем это необходимо другим тканям организма, мозг и нервная система пере­стают функционировать в течение не­скольких минут после истощения запасов кислорода. Объем кислорода, необходи­мый для нервных тканей, составляет приблизительно одну пятую часть от всего количества кислорода, транспортируемого кровеносной системой.

Чтобы обеспечить функционирование кровеносной системы, заключающееся в снабжении организма кислородом и питательными веществами, удалении вредных веществ и газов, мобилизации защитной системы организма, — человеческая кровь действует как многофункциональная жидкая субстанция. Разнообразные функции, выполняемые кровью, обусловили ее компонентный состав. Плазма — это непосредственно жид­кость, транспортирующая питательные и химические вещества, а также другие компоненты крови. В ней содержатся растворенные газы, включая вредный для организма углекислый газ, производимый клетками, и азот. Возникающее при дыхании парциальное давление вызывает флуктуацию плазмы (см. подраздел “Особенности физиологических реакций на азот, в котором детально рассматривает­ся взаимодействие организма с растворенным азотом).

Несмотря на то, что плазма составляет приблизительно половину от общего веса крови и содержит некоторые растворенные газы, при атмосферном давлении она содержит лишь небольшое количество растворенного кислорода. Красные кровяные клетки (эритроциты) транс­портируют основное количество кислорода, в котором нуждаются ткани орга­низма, посредством гемоглобина — протеина, легко вступающего в химические реакции с кислородом. Без гемоглобина циркуляция плазмы в крови должна была бы осуществляться в 15-20 раз быстрее с тем, чтобы обеспечить даже находящийся в состоянии покоя организм достаточным запасом кислорода. Красные кровяные клетки составляют приблизительно 45 % от общего веса крови.

Влияние различных величин парциального давления кислорода на способ­ность гемоглобина соединяться с ним обусловливает эффективность осуществления транспортировки и выделения кислорода гемоглобином. Циркулируя в легких, кровь сталкивается с более высоким парциальным давлением кислорода, увеличивающим его способность соединяться с гемоглобином. Как следствие, кислород проникает в красные клетки для того, чтобы соединиться с гемоглобином.

Когда кровь достигает тканей орга­низма, обмен веществ в которых обусло­вил снижение кислородного парциально­го давления, кислород, вследствие умень­шения способности сохранять связь с гемоглобином при пониженном парциальном давлении, “отсоединяется” от него и поступает в ткани. При высвобождении основного количества кислорода гемоглобин вступает в соединение с углекис­лым газом для транспортировки его в легкие и дальнейшего выделения его из организма. В красных кровяных клетках содержится энзим (фермент), который также принимает участие в двухсторонней химической реакции, в которой углекислый газ транспортируется в плазму в виде двууглекислой соли.

Далее кровь вновь попадает в условия высокого парциального давления кислорода в легких, и гемоглобин легко вступает в соединение с кислородом и высвобождает углекислый газ. В плазме происходит реакция распада двууглекислой соли и высвобождения углекислого газа, проникающего затем в дыхательную систему и выводимого из организма. Транспорт углекислого газа внутри кровеносной системы в виде двууглекислой соли позволяет перемещать большие его объемы, чем могло бы быть при непосредственном его растворении в плазме. Около 5% транспортируемого кровью углекислого газа находится в растворенном состоянии в плазме, 20% вступает в соединение с гемоглобином и приблизительно 75% циркулирует в виде двууглекислой соли.