Физиология сердца. Физиология кровообращения

Местные механизмы. Закон Френка-Старлинга, или закон сердца постулирует, что  в определенных пределах, чем сильнее  наполняется кровью сердце во время  диастолы, тем сильнее оно сокращается  во время систолы. В законе  сердца находит проявление гетерометрическая саморегуляция миокарда, то есть изменение силы сокращения миокардиальных волокон при увеличении их длины.

Отражением гомеометрической саморегуляции является феномен Боудича (чем выше ЧСС, тем выше сила отдельного сокращения) и эффект Анрепа (увеличение силы сокращения при повышении давления в аорте).

В сердце реализуются периферические рефлексы, поскольку между слоями миоцитов имеются афферентные, эжжферентные и вставочные нейроны. Местный рефлекс  с правого предсердия на левый  желудочек усиливает его сокращения при усиленной мышечной работе.

Внешняя (экстракардиальная) нервная регуляция  осуществляется симпатической и  парасимпатической нервной системой.

Симпатический и парасимпатический отделы автономной нервной системы оказывают на сердце противоположные влияния.

Вагусные  влияния заключаются в отрицательном хронотропном, инотропном, батмотропном, дромотропном эффектах. Медиатор –ацетилхолин. Действие опосредуется мускариновыми метаботропными холинорецепторами, активация которых через G-белки приводит к увеличению выходящего калиевого тока через ионные калиевые каналы. Рост электроотрицательности в клетках-пейсмекарах тормозит их активность.

Симпатические влияния могут быть определены как положительный хронотропный, инотропный, батмотропный, дромотропный эффекты.

Гормональная  регуляция.

Гуморальная регуляция функций моиокарда  осуществляется физиологически активными  веществами, выделяющимися в кровь  из эндокринных желез, а также  ионным составом интерстиция. Повышение  в тканевой жидкости содержания ионов  калия тормозит деятельность сердца. Увеличение в среде концентрации ионов Са⁺⁺, наоборот, увеличивает амплитуду и частоту сердечных сокращений.

Гормоны адреналин и тироксин стимулируют  работу сердца.

Действие  катехоламинов (адреналина и норадреналина) зависит от наличия в клетках-мишенях  адренорецепторов. В сердце млекопитающих  содержатся преимущественно β₁ адренорецепторы, в то время как в гладких мышцах сосудов преобладают β₂ . Неравномерно распределены в сердце и сосудах α-адренорецепторы. Результирующее действие катехоламинов на сердце стимулирующее силу и частоту сокращений.

 

 

Эндокринная функция сердца.

Известно, что мышечные клетки предсердий синтезируют и секретируют в  кровоток гормон предсердный натрийуретический  пептид. Его выделение стимулируется  растяжением предсердий, или изменениями  содержания вазопрессина. Спектр действия пептида широк, он повышает экскрецию  натрия почками (и сопряженно с ним, хлора), подавляя реабсорбцию его  в нефронах. Гормон расслабляет гладкие  мышцы сосудов, снижая АД.

Лекция 12 Физиология кровообращения

 

Присущие  крови функции она может осуществлять только при условии ее постоянного  движения по кровеносным сосудам. У  позвоночных животных система кровообращения замкнутая.

 

В анатомическом  отношении различают артерии (артериолы), вены (венулы), и капилляры.

 

В функциональном отношении сосуды классифицируют следующим  образом:

1.Амортизирующие  сосуды (аорта и легочная артерия). Сглаживают пульсации крови при  сердечном выбросе. 

2.Резистивные  сосуды. Артерии и артериолы, для  которых характерны толстые гладкомышечные  стенки, способные сокращаться и  расслабляться в процессе регуляции  кровотока.

3.Сосуды-сфинктеры  (артериолы) Способны открывать  либо закрывать локальные капиллярные  сети.

4.Обменные  сосуды (капилляры), в них происходит  обмен газов и различных веществ  между кровью и тканевой жидкостью.

5.Емкостные  сосуды. Посткапиллярные венулы, вены. Имеют клапанный аппарат, способствующий  однонаправленному току крови.  Содержат до 70% кровотока.

6.Шунтирующие  сосуды – анастомозы между  артериолами и венулами. Способствуют  перераспределению кровотока.

 

Все кровеносные  сосуды изнутри выстланы слоем эндотелиальных клеток. Для них характерны специфические  функции, их интенсивно исследуют в  последнее время. В клетках эндотелия  происходит синтез целого ряда физиологически активных соединений (пептид эндотелин, фактор релаксации монооксид азота). Клетки гладких мышц сосудов осуществляют изменение их просвета, образуя миогенный  контур регуляции сосудистого тонуса. Гладкомышечные клетки являются мишенью  действия вазодилататорных и вазоконстрикторных влияний. Снаружи сосуды покрыты  соединительной тканью.

Гемодинамика.

Гемодинамика  –раздел физиологии кровообращения, исследующий законы движения крови  в сосудистой системе с точки  зрения физики. Кроме того под гемодинамикой  понимают сам процесс перемещения  крови по сосудам.

Движение  крови по сосудам определяется давлением  и сосудистым сопротивлением. Силу, создающую давление крови, определяет сердечный выброс. У человека в  аорту при каждом сердечном толчке выталкивается 60-70 мл крови, это составляет 4-5 л/мин.

При каждой систоле-диастоле давление в аорте  меняется от 120 до 80 мм рт.ст. у молодого здорового человека.

 

В плечевой артерии давление близко к аортальному, поэтому в ней АД измеряют по методу Короткова. В артериолах давление становится меньше, до 60 мм рт.ст., в капиллярах составляет единицы мм рт.ст. В полых  венах оно чуть повышается, но все  равно не превышает 10 мм рт.ст.

 

 

 

Почти во всех крупных сосудах кровь движется ламинарно, т.е. отдельными слоями параллельно  оси сосуда. При этом у стенки, возле эндотелия, скорость крови  минимальна. Форменные элементы концентрируются  около оси, плазма- около стенок.

Наряду с  ламинарным движением может в  толстых сосудах встречаться  турбулентное движение. Турбулентность наблюдается в местах сужения  сосудов или их разветвления, а  также при изгибах.

Формула Re=dvρ/η     если  Re < 200, течение будет ламинарным, если же Re>200 – турбулентным.

 

Вязкость  крови η примерно в 5 раз превышает  вязкость воды, но это при стандартных  условиях определения. Вязкость крови  сильно зависит от скорости и от агрегации эритроцитов. От вязкости крови зависит и сосудистое сопротивление:

 

R=8l η/ πr⁴

 

Одним из основных показателей гемодинамики является скорость кровотока. Различают объемную и линейную скорость движения крови.

Объемная  скорость – это величина, показывающая количество крови, в мл, протекающее  через поперечное сечение сосуда (или их совокупности в каком-то сосудистом бассейне органа) за единицу времени.

 

По закону Пуазейля  объемная скорость кровотока  равна:

Q=πr⁴ /8l ηΔP

 

Или упрощенно

Vоб=Q/ πr²

 

 

Объемный  кровоток определяют в мл/100 г ткани. При этом учитывают, что объемный кровоток всех сосудов равен минутному  объему кровообращения, поскольку система  у человека замкнутая, и через  аорту в 1 мин проходит столько  же крови, сколько через все магистральные  артерии, вместе взятые.

Применительно к отдельным органам, объемная скорость кровотока максимальная скорость кровотока  зарегистрирована в почках 400 мл/100 г /мин, в миокарде 100 мл/100 г /мин (в последнем  случае понятно, что речь идет о кровоснабжении миокарда, а не о транзите крови  через насос).

Линейная  скорость кровотока – это скорость перемещения плазмы и форменных  элементов по сосудам в единицу  времени:

V=S/t

Поскольку суммарная  площадь сосудов по мере их ветвления  в органах увеличивается, линейная скорость кровотока в капиллярах минимальна. В аорте она составляет 20-25 см/с, в капиллярах 0,03-0,05 см/с. В  венулах может повышаться до 5 см/с, в полых венах до 15 см/с.

Еще один показатель кровообращения – время кругооборота крови. Это период, за который кровь  проходит оба круга кровообращения. В покое это время равно 20-23 с, при работе снижается в 2-2,5 раза, до 8-10 с.

 

Микроциркуляция.

Кровеносные капилляры являются самыми мелкими  и многочисленными кровеносными сосудами организма. Основная функция  капилляров –доставка питательных  веществ, кислорода, воды, катионов и  анионов, сигнальных молекул к тканям и удаление из них продуктов обмена. Капилляры-центральное звено системы  микроциркуляции.  Под микроциркуляцией понимают ток крови через терминальные артериолы, прекапиллярные сфинктеры, капилляры и посткапиллярные  венулы.

Диаметр капилляров не превышает 5-7 мкм, длина едва дотягивает до 0,1 мм. Скорость (линейная) кровотока  меньше 3 мм/с. Зато количество капилляров в организме астрономически велико, до 40 млрд, площадь поперечного сечения 5-10 тыс см². Эффективная обменная поверхность достигает 1000 м². В мозге или почке 2-3 тыс капилляров сосредоточены в 1 мм³ .

Не все  капилляры постоянно активны, часть  их обычно выключено из кровотока  прекапиллярными сфинктерами. Давление крови в капиллярах не велико, единицы  мм рт.ст.

Стенки капилляров не содержат сократительных элементов, подобно артериолам, поэтому регуляция  кровотока в них осуществляется воздействием на артериолы. В них  имеется только слой эндотелия и  соединительнотканная оболочка, жидкость через капилляр проходит свободно.

Проницаемость капилляров определяется числом и величиной  пор (фенестр) в стенке. Обмен идет с использованием двух процессов - диффузии и фильтрации-реабсорбции. Диффузия – движение молекул и ионов  из растворов по градиенту концентрации. Через стенку капилляров вещества движутся двумя путями: через всю поверхность  или по системе пор. Через поверхность  диффундируют жирорастворимые вещества, О₂, СО₂, NO. Вода, водорастворимые молекулы, ионы, Na⁺, Cl⁺, K⁺ Ca⁺⁺, глюкозы – диффундируют через поры. Сейчас доказано существование аквапоринов, специальных переносчиков для подобных веществ.

Фильтрация  и реабсорбция характерен для  перемещения жтидкостей. Интенсивность  фильтрации и реабсорбции определяется гидростатическим давлением в капилляре, онкотическим давлением плазмы в  капилляре, онкотическим и гидростатическим давлением в тканевой жидкости. Расчеты  показывают, что артериальном конце  капилляра может создаваться  давление наружу около 37 мм рт.ст. Давление внутрь капилляра только 28 мм рт.ст. Поэтому фильтрационное давление может  составить около 9 мм рт.ст., идет фильтрация. Это относилось к артериальному  концу капилляра. В венозном конце, наоборот, давление наружу 22 мм рт.ст., а внутрь, по прежнему, 28 мм рт.ст. Поэтому результирующее давление 6 мм рт.ст. направлено в просвет капилляра – идет реабсорбция. Разница между общим давлением в начале и конце капилляра в 3 мм рт.ст. направлено на образование лимфы.

Количество  жидкости, фильтруемое через стенки капилляров в минуту, отнесенное к 100 г ткани, характеризует  коэффициент  капиллярной фильтрации. В сутки  фильтруется до 20 л, в минуту 14 мл тканевой жидкости из капилляров. Реабсорбируется 12,5 мл/мин, или 18 л/сут. 2 литра оттекает по лиматическим сосудам.

 

Регуляция кровообращения.

Изменения уровня физической активности, положение тела в пространстве, эмоциональные сдвиги требуют быстрых реакций со стороны  сердечно-сосудистой системы.

Исходя из формулы Пуазейля

Q=πr⁴ /8l ηΔP

можно понять, что трудно менять вязкость крови, длину  сосуда, но можно изменить кровоток, причем эффективнее всего, если адресоваться с регулирующими воздействиями  к просвету сосуда, поскольку его  радиус в формуле стоит в четвертой  степени. Природа пошла именно по этому пути.

Просвет сосуда определяется активностью гладкомышечных элементов его стенки. Все гладкие  мышцы сосудов находятся в  состоянии постоянной активности, или  в состоянии тонуса.

Регуляция тонуса сосудов – и  тем самым органного кровотока  обеспечивает

1.Уровень  кровообращения тканей

2.Поддержание  АД

3.Перерасределение  МОК между различными сосудистыми  бассейнами.

 

Механизмы регуляции тонуса сосудов подразделяются на местные, нейрогенные и гуморальные.

Местная регуляция  сосудистого тонуса позволяет регулировать просвет сосудов и кровоток в  тканях без участия ЦНС и гуморальных  факторов. Выделяют четыре группы факторов местной регуляции кровотока.

1.Миогенная  ауторегуляция. Изменения напряжения  гладких мышц сосудистой стенки  при изменении их длины (степени  растяжения). Изменени давления в  сосуде приводит к растяжению  стенки – и далее снова к  возврату в первоначальное положение.