Таково в весьма общих чертах анатомическое строение и физиология сердечной мышцы – нагнетательно-всасывающего насоса, двигателя, благодаря которому обеспечивается ток крови по всему организму. Остается только добавить, что сокращения (систола) и расслабления (диастола) полостей кардиальной мышцы, повторяющиеся циклически, называются сердечным циклом (табл. 1). При частоте сердечных сокращений 72–75 ударов в минуту один цикл длится 0,8 секунд, из которых 0,4 секунды занимает систола и 0,4 секунды – диастола.
Таблица 1
Сердечный цикл
Кровеносные сосуды
Кровообращение в организме обеспечивает еще одно важное звено – кровеносные сосуды, работа которых отличается таким же совершенством и тонкостью регуляции, как и функционирование сердечной мышцы. Кровеносные сосуды представляют собой эластичные трубки, отличающиеся друг от друга диаметром (в порядке уменьшения величины кровеносные сосуды располагаются так: артерии, вены, капилляры). Кроме того, по одним сосудам кровь направляется от сердца на периферию (по артериям), по другим – в обратном направлении (по венам). Совокупность тех и других образует артериальную и венозную систему соответственно (рис. 2).
Артериальная система берет свое начало в левом желудочке, от которого отходит аорта – самый крупный артериальный сосуд. Она протянулась от сердца до V поясничного позвонка, и на всем ее протяжении от нее последовательно отделяются многочисленные артерии, ведущие к разным органам: сонные – к голове, подключичные – к верхним конечностям, чревный ствол и брыжеечные артерии – к органам пищеварения, почечные – к почкам. В брюшном отделе аорта распадается на две общие подвздошные артерии для кровоснабжения тазовых органов и нижних конечностей.
Рис. 2. Сердечно-сосудистая система человека: 1 – артериальная система; 2 – венозная система
В зависимости от размера артерии называются по-разному: крупные именуются стволами (например, легочный, по которому, в отличие от других артерий, течет венозная кровь из правого желудочка в легкие), средние – ветвями, мельчайшие – артериолами. Чем дальше от сердца располагается артерия, тем меньше ее сечение (с 1 см оно доходит до 0,3 мм).
Самые мелкие сосуды (пропускают только один эритроцит, которые выстраиваются буквально в очередь) – капилляры (диаметр 8—10 мкм, при том что общая площадь их поверхности равна 6500 м2, а длина – 100 000 км). Они пронизывают все органы и ткани, являясь продолжением артериол.
Капилляры доносят до органов и тканей кислород и питательные вещества, забирают от них углекислый газ и продукты обмена. Часть капилляров сливается в посткапиллярные венулы, которые потом образуют собирательные венулы, переходящие в более крупные сосуды – вены, по которым начинается обратный путь крови – к сердцу. Так складывается венозная система. В венах находится кровь, содержащая минимум кислорода и максимум углекислого газа. Она направляется в правое предсердие (за исключением легочных вен, по которым насыщенная кислородом кровь движется из легких в левое предсердие).
Таким образом, кровеносная система представлена различными типами сосудов (рис. 3).
Крупные сосуды, такие как аорта, легочный ствол, полые и легочные вены, предназначены для перемещения крови, остальные артерии и вены, помимо этого, регулируют приток крови к органам и тканям и ее отток от них, что возможно благодаря тому, что данные сосуды могут изменять свой просвет под воздействием нейрогуморальных факторов (объединяющих влияние нервной системы и гуморальных факторов (гормонов, метаболитов и пр.), содержащихся в крови, лимфе и др., на физиологические процессы в организме). Обмен кислородом, углекислым газом, питательными веществами и продуктами жизнедеятельности происходит исключительно в капиллярной сети. Таким образом, за кровеносными сосудами закреплены определенные функции, и в зависимости от того, какая из них преобладает, стенки сосудов различного калибра имеют разное строение.
Рис. 3. Типы кровеносных сосудов: 1 – артерия; 2 – артериола; 3 – вена; 4 – венула; 5 – капилляры; 6 – базальная мембрана; 7 – эндотелиальный слой; 8 – внутренний слой из эпителиальной ткани; 9 – базальная мембрана; 10 – средний слой из гладкой мышечной ткани; 11 – наружный слой из соединительной ткани; 12 – полулунный клапан
Стенка артерий и вен представлена тремя оболочками:
1) наружной, образованной волокнистой соединительной тканью. В ней находятся сосуды, питающие стенку;
2) средней, состоящей в основном из гладкомышечных клеток, эластичных и коллагеновых волокон (благодаря им артерии сужаются и расширяются в зависимости от того, сколько крови в данный момент перекачивается сердцем). Наружную оболочку отделяет от средней наружная эластичная мембрана;
3) внутренней, сформированной из эндотелия, базальной мембраны и субэндотелиального слоя. Между средней и внутренней оболочками проложена внутренняя эластичная мембрана.
Однако венозная стенка более тонкая, чем у артерий, и в ее среднем слое мало мышечных клеток и эластичных волокон, что объясняется тем, что функция вен – не разносить кровь по организму, а собирать ее и перемещать в противоположном артериям направлении.
Стенка капилляров состоит из слоя плоских эндотелиальных клеток, поэтому обладает повышенной проницаемостью, что позволяет капиллярам работать в качестве активного барьера, пропускающего в ткани и органы кислород, питательные вещества, растворенные в крови, воду и забирающего от них углекислый газ и продукты обмена.
Движение крови
Движение крови по сосудам разного калибра определяется совокупностью различных факторов. Рассмотрим их более подробно.
1. Благодаря толстой и упругой стенке артерии могут выдерживать высокое давление, под которым кровь поступает из сердца. Входящие в ее состав гладкомышечные волокна отвечают за расширение и сужение просвета артерий, участвуя таким образом в регуляции тока крови по сосудам. Эластичные волокна сообщают стенке артерий упругость, которая обеспечивает ряд физиологических явлений. Во-первых, способствует тому, что кровь, несмотря на прерывистую подачу из левого желудочка, непрерывно перемещается по сосудистой системе (подробнее об этом далее); во-вторых, объясняет появление артериального пульса.
Из школьного курса физики мы знаем, что в результате механического толчка в упругой системе возникают колебания, которые по ней распространяются. В кровеносной системе роль толчка играет удар крови, вытолкнутой сердечной мышцей, о стенку аорты. Скорость распространения этих колебаний по стенкам аорты и артерий равна 5—10 м/с, что гораздо выше скорости, с которой кровь движется по сосудам. Там, где крупные артерии близко подходят к поверхности тела, колебания стенки артерий ощущаются пальцами. Это и есть артериальный пульс. У взрослого человека, пребывающего в состоянии покоя, пульс составляет 60–70 ударов в минуту, что соответствует частоте сердечных сокращений.
2. Движение крови по венам имеет свои особенности. В их стенке, более тонкой и легко спадающейся, что отличает ее от артериальной, тоже имеются мышечные волокна, которые способствуют току крови по сосудам. Но гораздо более существенно на движение крови по венам воздействуют расположенные вокруг ткани, в частности скелетные мышцы, окружающие большую часть этих сосудов. В результате их сокращения и расслабления вены то сжимаются, то растягиваются, благодаря чему кровь продвигается по венозному руслу. Наличие клапанов в венах препятствует ретроградному движению крови, и она всегда направляется к сердцу. Этому же способствует и присасывающая сила грудной полости. Ее объем на вдохе увеличивается, вследствие чего растяжению подвергаются легкие и полые вены, идущие к сердцу. При этом их просвет расширяется, и создается зона отрицательного давления (оно становится ниже атмосферного). Наблюдается существенная разница давления в мелких и крупных венах, что содействует перемещению крови по верхней и нижней полым венам к кардиальной мышце.
3. Капилляры густой сетью пронизывают все тело человека, поэтому факт того, что поверхность соприкосновения крови с капиллярной стенкой в 170 000 раз больше, чем в артериях, кажется очевидным и одновременно невероятным. У капилляров тонкая стенка – всего 0,005 мм. Кровь течет по ним медленно, что благоприятно для обменных процессов.
Скорость, с которой кровь течет по сосудистому руслу, в разных сосудах различна. Аналогия с обычной рекой прояснит ситуацию. Известно, что скорость воды в реке больше там, где она у́же, и соответственно меньше там, где она шире. Если сравнить суммарный просвет всех капилляров, то он окажется больше, чем суммарный просвет артерий. И самым узким местом последних является аорта, поэтому в ней скорость, с которой перемещается кровь, самая высокая. Другие, даже самые крупные артерии у́же аорты, но их суммарный просвет больше, чем просвет аорты, поэтому кровь течет по артериям медленнее, чем по аорте. Общий же просвет капилляров превышает ту же величину аорты в 700—1000 раз, поэтому и скорость течения крови по капиллярной сети во столько же раз меньше: в аорте – 500 мм/с, в капиллярах – 0,5 мм/с. Но это отнюдь не минус, а, напротив, плюс: замедленный ток крови в капиллярной сети благоприятствует обмену кислорода и углекислого газа, питательных веществ и продуктов распада.
