Система кровообращения. 
Физиология человека и животных

Система кровообращения. К системе кровообращения относятся: сердце, выполняющее функцию насоса и периферические кровеносные сосудыартерии, вены и капилляры. Деятельность сердечно-сосудистой системы обеспечивает непрерывное движение крови в организме, в результате чего осуществляются многообразные транспортные функции крови. Выбрасываемая сердцем кровь разносится к тканям через артерии, артериолы (мелкие артерии) и капилляры, и затем возвращается к сердцу по венулам (мелким венам) и крупным венам. Движение крови по сосудам происходит по сложному пути — большому и малому кругу кровообращения и обусловлено работой сердца, благодаря которой создается градиент давления в сосудистой системе. Постепенное падение давления по ходу сердечно-сосудистой системы связано с преодолением сопротивления движения жидкости в сосудах, которое в свою очередь зависит от трения частиц крови о стенки сосудов (внешнее сопротивление) и между собой (внутреннее сопротивление). Давление крови в легочных артериях и венах меньше, чем артериальное давление в большом круге. В артериальной системе давление высокое, а в венозной — низкое; особенности строения артерий и вен соответствуют этим условиям.

В аорте давление, в среднем, равно 150 мм рт.ст., в артериолах — 40 мм, в капиллярах — 20 мм, а в полых венах ниже атмосферного.

Скорость движения крови в артериях в момент систолы желудочков составляет 450−550 мм/сек; в капиллярах — 0,5 мм/сек; а в венах — 100−200 мм/сек. Медленный кровоток в капиллярах обеспечивает на необходимом уровне обмен между кровью и тканями.

Пульс —ритмические колебания стенок артерий, соответствующие систоле левого желудочка. Пульс определяется на лучевой, височной, общей сонной артериях и в других местах. Он характеризуется частотой, наполнением и ритмичностью. У взрослого человека частота пульса составляет 70−80 ударов в мин.

Помимо пульса в медицинской практике важное значение имеет измерение артериального давления. Оно измеряется на плечевой артерии с помощью ртутного сфигмоманометра или тонометра. У взрослого человека в норме максимальное АД равно 115−125 мм рт.ст., а минимальное 60−80 мм рт.ст. Разница между максимальным и минимальным АД называется пульсовым давлением (в норме оно равно 30−45 мм рт.ст.).

Функции сердца. Источником энергии, необходимой для продвижения крови по сосудам является работа сердца, обеспечивающая последовательное перекачивание крови из венозного русла через камеры сердца в выносящие артериальные сосуды. Благодаря этому поддерживается постоянное кровообращение в системе большого и малого круга, и кровь выполняет свои транспортные функции.

Деятельность сердца, в свою очередь, тесно связана с функциональной активностью его мышечной оболочки. Миокард отличается от других мышц рядом особенностей, определяющих основные закономерности не только кардио-, но и гемодинамики в целом: непрерывную ритмичность сокращений сердца, строгую последовательность чередования систолы и диастолы предсердий и желудочков; создание градиента давлений в сердечно-сосудистой системе. Вместе с клапанным аппаратом миокард обуславливает односторонний ток крови по всей сердечно-сосудистой системе.

К основным свойствам сердечной мышцы относится автоматия, возбудимость, проводимость, сократимость.

Способность к ритмическому сокращению без всяких видимых раздражений под влиянием импульсов, возникающих в самом органе, является характерной особенностью сердца. Это свойство называется автоматизмом.

Под действием электрических, химических, термических и других раздражителей сердце способно приходить в состояние возбуждения. В основе процесса возбуждения лежит появление отрицательного электрического потенциала в первоначально возбужденном участке.

Несмотря на то, что миокард состоит из большого числа мышечных элементов, он всегда функционально реагирует как единое целое. В отличие от скелетной мышцы миокард не обнаруживает зависимости между силой раздражения и величиной реакции.

Механическая работа сердца. Сердце нагнетает кровь благодаря ритмическому последовательному сокращению мышечных волокон предсердий и желудочков. Его механической деятельностью управляют процессы возбуждения. Наличие проводящей системы сердца, общих слоев миокарда у обоих предсердий, одновременного прихода возбуждения по ножкам пучка Гиса и волокнам Пуркинье к клеткам миокарда желудочков делают сокращение желудочков практически одновременным.

Безостановочное движение крови по сосудам обусловливается ритмическими сокращениями сердца, которые чередуются с его расслаблениями. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, ее расслабление — диастолой. При каждой систоле желудочков происходит выталкивание крови из левого желудочка в аорту, из правого желудочка — в легочную артерию, во время диастолы они заполняются кровью, поступающей из предсердий. В предсердия кровь попадает из вен. В обычных условиях систола и диастола четко согласованы во времени. Период, включающий одно сокращение и последующее расслабление сердца, составляет сердечный цикл. Его общая продолжительность у человека и млекопитающих равна примерно 0,8с. Сердечный цикл имеет три фазы: систолы предсердий, систолы желудочков, общая пауза.

Началом каждого цикла считается систола предсердий, длящаяся 0,1с. Во время систолы повышается давление в полостях предсердий, что ведет к выталкиванию крови в желудочки. Желудочки в этот момент расслаблены, створки атриовентрикулярных клапанов свисают и кровь свободно поступает из предсердий в желудочки. При сокращении предсердий кровь не может поступать в вены. В самом начале систолы их отверстия суживаются. Невозможно также затекание крови из аорты и легочной артерии в желудочки. Полулунные клапаны этих сосудов вследствие заполнения их кармашков кровью закрыты.

По окончании систолы предсердий начинается систола желудочков, длительность которой 0,3с. В момент систолы желудочков предсердия оказываются уже расслабленными. Как и предсердия, оба желудочка — левый и правый — сокращаются одновременно. Систола желудочков начинается с асинхронного сокращения их волокон, возникающего в результате распространения возбуждения по миокарду. Этот период непродолжителен (0,047−0,075 с). В этот момент еще не происходит повышения давления в полостях желудочков. Оно начинает резко расти, когда возбуждение охватывает все волокна, достигая 70−88мм рт.ст. в левом и 15−20мм рт.ст. в правом предсердиях.

Вследствие повышения внутрижелудочкового давления атриовентрикулярные клапаны быстро захлопываются. В этот момент полулунные клапаны еще тоже закрыты, поэтому полость желудочка оказывается замкнутой и объем крови в полости остается постоянным. В результате возбуждения увеличивается напряжение мышечных волокон без изменения их длины (изометрическое напряжение), что ведет к еще большему возрастанию давления крови. Стенка левого желудочка растягивается и ударяет о внутреннюю поверхность грудной клетки. Таким образом возникает сердечный толчок. Когда давление крови в желудочках превзойдет давление в аорте и легочной артерии, полулунные клапаны откроются, их лепестки прижмутся к внутренним стенкам и наступит период изгнания, длящийся примерно 0,25с.

Тоны сердца. Изменение давления в камерах сердца и отходящих сосудах вызывает движение клапанов сердца и перемещение крови. Вместе с сокращением сердечной мышцы эти действия сопровождаются звуковыми явлениями, называемыми тонами сердца. При сокращении сердца сначала слышен более протяжный звук низкого тона — первый тон сердца. После паузы за ним более высокий, но короткий звук — второй тон. После этого наступает пауза. Она более длительна, чем пауза между тонами. Такая последовательность повторяется в каждом сердечном цикле.

Первый тон появляется в момент начала систолы желудочка (систолический тон). В основе его лежат колебания створок атриовентрикулярных клапанов, прикрепленных к ним сухожильных нитей, а также колебания, производимые массой мышечных волокон при их сокращении. Эти колебания желудочков и клапанов передаются на грудную клетку. Второй тон возникает в результате захлопывания полулунных клапанов и ударов друг о друга их створок в момент начинающейся диастолы желудочков (диастолический тон). Эти колебания передаются на столбы крови крупных сосудов. Этот тон тем выше, чем выше давление в аорте и соответственно в легочной артерии.

Использование метода фонокардиографии позволяет выделить обычно не слышные ухом третий и четвертый тоны. Третий тон возникает в начале наполнения желудочков при быстром притоке крови. Он отражает вибрацию стенки желудочков. Происхождение четвертого тона связывают с сокращением миокарда предсердий и началом расслабления.

Электрокардиография. Электрический потенциал, возникающий в сердечной мышце при ее возбуждении и распространении возбуждения можно зарегистрировать на поверхности тела.

Метод регистрации потенциалов сердца называется электрокардиографией (ЭКГ), а прибор, с помощью которого их регистрируют, — электрокардиограф. Кривая, отражающая динамику разности потенциалов в двух точках электрического поля сердца в течение сердечного цикла, называется электрокардиограммой. ЭКГ была впервые зарегистрирована в 1887 г. А. Д. Уоллером, а широкое распространение получила после использования В. Эйнтховеном (1903) для исследования электрических потенциалов сердца. Для регистрации ЭКГ у человека применяют три стандартных отведения — расположения электродов на поверхности тела. Первое отведение — на правой и левой руках, второе на правой руке и левой ноге, третье на левой руке и левой ноге. Помимо стандартных отведений применяют отведения от разных точек грудной клетки в области расположения сердца. Электрокардиограмма отражает процесс возникновения и скорость распространения возбуждения по проводящей системе и мускулатуре сердца. ЭКГ широко применяется и для контроля за функциональным состоянием сердца и диагностики его заболеваний.

Регуляция деятельности сердца. Непрерывно работая, сердце человека даже при спокойном образе жизни нагнетает в артериальную систему около 10 т крови в сутки, 4000 т в год и около 300 000 т за всю жизнь. При этом сердце всегда точно откликается на потребность организма, поддерживая в каждый данный момент необходимый для определенного органа уровень кровотока.

Количество крови, протекающей через сердце за 1 мин., называется минутным объемом, оно зависит от объема крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, и от частоты сокращений. Эти три переменные связаны между собой следующим уравнением:

минутный объем = ударный объем частота сокращений

Приспособление деятельности сердца к изменяющимся потребностям организма происходит при помощи ряда регуляторных механизмов. Часть из них расположена в самом сердце это внутрисердечные регуляторные механизмы. К ним относятся внутриклеточные механизмы регуляции, регуляция межклеточных взаимодействий и нервные механизмы — внутрисердечные периферические рефлексы.

Проводящая система состоит из следующих образований: синусный узел (расположен около устья верхней полой вены в стенке правого предсердия), предсердно-желудочковый узел (расположен около трехстворчатого клапана в стенке правого предсердия), пучок Гиса (располагается в перегородке между желудочками), который делится на две ножки (к обоим желудочкам) и волокна Пуркинье (разветвляющиеся волокна в стенке миокарда). Возбуждение возникает сначала в синусном узле, а затем оно переходит на предсердно-желудочковый узел, на пучок и ножки Гиса, а потом уже — на волокна Пуркинье. Вторая группа представляет собой внесердечные механизмы. В эту группу входят экстракардиальные нервные (блуждающие и симпатические нервы) и гуморальные механизмы регуляции сердечной деятельности (Табл. 3).

Таблица 3. Гуморальные и иные факторы, влияющие на частоту сокращений сердца.

Регуляция кровообращения. Сердце снабжено парасимпатическими (из блуждающего нерва) и симпатическими нервами. Блуждающий нерв начинается в продолговатом мозгу (здесь центр кровообращения), а симпатические нервы — от шейного симпатического узла. Парасимпатическая нервная система замедляет сердечный ритм, уменьшает силу сокращения, снижает возбудимость и проводимость в миокарде, а симпатическая нервная система — наоборот. Регуляция деятельности сердца носит рефлекторный характер. А различные раздражители — тепло, холод, боль, эмоциональные воздействия вызывают изменения функции сердца.

Парасимпатические и симпатические нервные волокна имеются и в стенках кровеносных сосудов. Симпатические волокна — суживают просвет сосудов, парасимпатические — расширяют. Разумеется, симпатическая и парасимпатическая нервная система, а следовательно, сердце и сосуды находятся под контролем коры больших полушарий. Гуморальная регуляция осуществляется рядом веществ, имеющихся в плазме крови: адреналин (действует как симпатическая нервная система), соли калия и кальция, гистамин, ацетилхолин (действует как парасимпатическая нервная система); углекислота и др.

Выводы

У всех более высоко расположенных в эволюционном ряду животных, как и у человека, существует 4-камерное сердце с полным отделением правой половины от левой и со своими общими и характерными особенностями функциональной организации.

Сердечная мышца состоит из отдельных мышечных клеток (волокон), содержащих миофибриллы, которые имеют поперечную исчерченность. Благодаря этому сердечная мышца по строению похожа на скелетные мышцы. Однако функциональные свойства их несколько различны. Сердечная мышца обладает возбудимостью, проводимостью, сократимостью и автоматией.

Возбудимость сердечной мышцы проявляется при возникновении в ней возбуждения под действием раздражителей.

Особым свойством сердечной мышцы в целом является автоматия, т. е. способность возбуждаться без внешних воздействий.

Сердце работает как нагнетательный насос. Сокращаясь, оно проталкивает кровь в артерии. При расслаблении сердечной мускулатуры давление в полостях сердца снижается, что способствует притоку в нему крови. Сердечный цикл состоит из трех фаз: общей диастолы сердца, во время которой расслаблены и предсердия и желудочки; систолы предсердия, когда желудочки расслаблены и наполняются кровью; систолы желудочков, когда кровь под большим давлением выбрасывается правым желудочком в легочную артерию, а левым — в аорту. Длительность сердечных циклов обусловлена частотой процессов возбуждения, возникающих в главном водителе ритма сердца — синусном узле.

Количество крови, поступающее в аорту при каждом сокращении сердца называют систолическим объемом.

Количество крови, выбрасываемое сердцем в течение 1 минуты, называют минутным объемом крови. Минутный и систолический объемы крови являются важнейшими показателями производительности сердца. Во время каждого сокращения сердца кровь выбрасывается в артериальное русло, сопротивление сосудов которого создает давление, называемое кровяным давлением. В разных участках сосудистой системы величина его не одинакова.

Наибольшее давление наблюдается в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается. Самый высокий уровень давления регистрируется в момент завершения систолы, он называется систолическим; самый низкий — диастолическим.

Сосудодвигательный центр вызывает по преимуществу изменение симпатической вазомоторной активности, а также регулирует симпатическую иннервацию сердца.

Функциональное состояние сосудистой системы зависит наряду с нервной регуляцией и от гуморальных влияний. Наиболее сильное воздействие оказывают адреналин, вазопрессин, некоторые ионы и продукты тканевого метаболизма. Адреналин и вазопрессин суживают мелкие артерии и снижают капиллярный кровоток некоторых органов. Ионы калия, молочная, угольная кислоты, АТФ расширяют их. Аналогичный эффект оказывают также ацетилхолин и гистамин.

Тренировочные задания

1. Проследите динамику движения крови по малому, А и большому Б кругам кровообращения.

Ответ:

2. Нарисуйте схему рефлекторной дуги глазосердечного рефлекса (опыт Данини-Ашнера).

Ответ:

3. Время продолжительности сердечного цикла:

+1) 0,8 с.

• 2) 0,1 с
• 3) 0,5 с
• 4. Чему равняется артериальное давление (АД) здорового человека?
• 1) 140/85

+2) 120/80.

3) 90/60.

Вопросы для повторения

Нарисуйте общую схему кровообращения человека.

Функции сердечно-сосудистой системы, роль сердца, этапы его эволюции.

Основные свойства миокарда.

Из каких основных элементов состоит проводящая система сердца?

Из каких фаз состоит сердечный цикл и какова их продолжительность?

Как влияют блуждающие нервы на проводимость и возбудимость различных отделов сердца?

Какова роль симпатической иннервации сердца?

Какую роль играет гипоталамус в регуляции деятельности сердца?