Класифікація і функції судин

Класифікація судин. За найпоширенішою класифікацією всі кровоносні судини поділяють на артерії, вени та капіляри. Артерії — це судини, по яких кров тече від серця незалежно від того, артеріальна вона (з лівого шлуночка) чи венозна (з правого шлуночка). Венами кров тече до серця, як артеріальна (від легень), так і венозна (від усіх органів тіла).

Стінка артерій і вен має однакову будову, хоча є істотні відмінності. Так, артерії великого кола кровообігу зазнають впливу високого тиску і тому мають значно товщу й міцнішу стінку, ніж вени. У венах є клапани, які перешкоджають зворотному руху крові.

За відмінностями в будові середньої оболонки стінки розрізняють артерії еластичного, змішаного та м'язового типу. До артерій еластичного типу належать найбільші судини: аорта, легеневий стовбур і початкові відділи великих магістральних судин, що від них відходять. Цим судинам властиве переважання еластичних волокон над іншими елементами. Гладком'язових клітин мало, і вони не здатні змінювати діаметр цих судин. Під час їх скорочення змінюються лише натяг еластичних волокон і пружні властивості судин. У артеріях змішаного типу співвідношення між еластичними, колагеновими і м'язовими волокнами вирівнюється, і вони мають здатність звужуватись і розширюватись, не втрачаючи пружних властивостей. Це більша частина магістральних артерій: плечові, стегнові, а також артерії, що живлять різні органи (щитоподібна, печінкова, вінцеві та ін.). У артеріях м'язового типу основним, переважним елементом середньої оболонки є гладкі м'язові клітини, які, скорочуючись, можуть повністю закрити просвіт судини. До цього типу належать усі дрібні артерії та артеріоли органів.

На відміну від артерій вени мають значно тоншу стінку. Крім того, у стінці вен набагато менше м'язових та еластичних волокон, а переважають колагенові. У зв'язку з цим еластичні властивості вен виражені слабко, і зміна тиску крові в них змінює їх форму: при підвищенні тиску поперечник набуває форми кола, а коли тиск знижується, вени спадаються і стають еліпсоподібними у поперечнику. Артерія ж у разі зміни тиску змінює діаметр, зберігаючи в поперечнику форму кола.

Функції судин. Різні кровоносні судини виконують неоднакові функції, що залежить від будови судин та їх локалізації відносно серця. За функціями виділяють амортизувальні судини, судини опору, або резистивні, судини-сфінктери, обмінні, ємнісні, шунтувальні.

Амортизувальні судини — це судини еластичного типу — аорта і легеневий стовбур. Завдяки значним пружним властивостям їхньої стінки вони згладжують, амортизують різкі коливання тиску в артеріальній системі після кожного виштовхування серцем крові й підтримують безперервний плин крові від аорти по всіх судинах.

Судини опору (резистивні судини) — це переважно артерії м'язового типу: дрібні артерії та артеріоли, які чинять найбільший опір рухові крові. Звужуючись або розширюючись за рахунок скорочення чи розслаблення гладких м'язів стінки, вони змінюють свій опір і таким чином здійснюють перерозподіл крові між органами й тканинами.

Передкапілярні артеріоли (судини-сфінктери) — це відгалуження артеріол, від яких відходять капіляри, де містяться останні в артеріальному руслі гладкі м'язові клітини (всього 2—3); вони утворюють передкапілярні сфінктери. Під час їх скорочення сфінктер стискається і в капіляр не надходить кров. Таким чином, передкапілярні артеріоли регулюють кількість відкритих капілярів.

До обмінних судин належать капіляри й венули, стінка яких позбавлена середньої і майже повністю зовнішньої оболонок. Завдяки цьому через неї відбувається обмін речовин між кров'ю і прилеглими тканинами.

Ємнісні (акумулюючі) судини — це дрібні, середні й великі вени, які можуть розпрямлятись і розтягуватись, утримуючи досить значний об'єм крові. Так, у спокійному стані організму у венах міститься понад 70% загального об'єму крові, тоді як в артеріях — 15 і в капілярах — до 10% крові. Ємнісну функцію виконують також депо крові.

Шунтувальні судини (артеріовенозні анастомози) — це досить дрібні судини (20-500 мкм у діаметрі) з добре розвиненим м'язовим шаром, які з'єднують між собою артеріоли з венулами їхня функція полягає в шунтуванні, перекиданні артеріальної крові у венозне русло в обхід капілярів Вони є в тих тканинах, де з тих чи інших причин виникає потреба в припиненні руху крові через капіляри без зупинки кровотоку в цій ділянці судинного русла. Наприклад, у шкірі на холоді анастомози відкриваються і кров переходить з артерій у вени, не потрапляючи до поверхнево розміщених капілярів, що зменшує втрати тепла організмом. За потреби віддати надлишок тепла анастомози, навпаки, закриваються, і тоді кров тече через капіляри, шкіра набуває рожевого кольору — віддається тепло.

 

ДЕПО КРОВІ — це ті органи, які не тільки здатні містити в своїх судинах великі об'єми крові, а і можуть активно виводити її до кровоносного русла.

Селезінка масою, що не перевищує 1% маси тіла, утримує близько 15% усієї крові і здатна викидати у системний кровообіг до 75% депонованої крові.

Печінка також є важливим депо крові. В її судинах, переважно ворітних і печінкових венах і синусоїдах міститься до 20% всієї крові, яка не вилучається з кровообігу, як у селезінці, а постійно, хоча й повільно, тече крізь печінку.

Легені. У легенях міститься близько 10% всієї крові організму, причому вона розподіляється не тільки у венах, а й в артеріях, стінка яких значно тонша і здатна більше розтягуватись, ніж в артеріях великого кола кровообігу. Депонована в легенях кров мобілізується під час фізичного навантаження, гіпоксії.

Шкіра. Вени й капіляри шкіри у людини можуть містити близько 1 л крові. Депонування крові шкірою здійснюється здебільшого для забезпечення терморегуляції. На холоді, коли виникає потреба зменшити тепловіддачу, пре- і посткапілярні сфінктери закриваються, а розміщені глибше в підшкірній клітковині артеріо-венозні анастомози відкриваються.

ОСНОВИ ГЕМОДИНАМІКИ

Гемодинаміка вивчає закономірності руху крові у кровоносних судинах. Вона грунтується на законах гідродинаміки, за якими швидкість руху крові у кровоносних судинах (Q) прямо пропорційна різниці тиску (ΔР)на кінцях судини і обернено пропорційна судинному опору R:

Основні гемодинамічні показники. Згідно з рівнянням (6), до основних гемодинамічних показників відносять судинний (гідродинамічний) опір, тиск, а також швидкість руху крові.

Судинний опір. Кровоносна система є дуже складною системою послідовно і паралельно сполучених судин. Аналогію із законом Ома у випадку однієї судини (рівняння (6)) можна продовжити і на всю систему судин. Згідно з правилами Кірхгофа, при послідовному сполученні судин так само, як і електричних резисторів, їхній загальний опір (R_o)дорівнює сумі опору кожної судини:

Коли ж судини сполучені паралельно, R_oзменшується пропорційно кількості паралельно сполучених судин.

Артеріальний тиск (AT) — це, по суті, потенційна енергія, що надається крові серцем для подолання опору стінки артерій і переміщення крові у кровоносній системі. Зрозуміло, що на початку системи артеріальний тиск має бути найвищим, а в міру її просування артеріями потенційна енергія його частково переходить у кінетичну енергію руху крові, і артеріальний тиск поступово знижується.

Існує дві групи методів визначення артеріального тиску: прямі (інвазивні) і непрямі (неінвазивні). Прямі методи пов'язані з необхідністю проколювання або розрізання шкіри та стінки судини і введення в неї катетера, з'єднаного з манометром. Ці методи широко використовують в експериментах на тваринах і в клініках під час операцій на серці та деяких інших органах.

Непрямі методи використовують переважно для вимірювання артеріального тиску в людей без будь-якого ушкодження тканини і судин. Серед цих методів найбільшого поширення набув метод, розроблений М. С. Коротковим, ще в 1905 р. На плече людині накладають гумову манжетку, за допомогою якої створюють навколо плечової артерії тиск. Цей тиск у манжетці й вимірюється в той момент, коли він дорівнює артеріальному тиску. Метод Короткова відрізняється від інших непрямих методів саме способом визначення моменту рівності тисків у артерії і манжетці. Для цього слугують так звані коротковські звуки, яких за нормальних умов немає, але вони виникають у частково перетиснутій манжеткою артерії нижче від місця перетиснення лише тоді, коли кров у артерії рухається переривчасто. Вони вислуховуються за допомогою фонендоскопа, прикладеного до внутрішньої поверхні ліктьового суглоба, і сприймаються як глухі ритмічні удари, синхронні зі скороченнями серця.

Спосіб визначення артеріального тиску. У манжетці, накладеній на плече, за допомогою гумової груші створюється тиск, що перевищує тиск в артерії. При цьому артерія перетискується, рух крові припиняється і ніяких звуків у артерії не чути. Проте в міру випускання з манжетки повітря і зниження в ній тиску настає момент, коли цей тиск дорівнює артеріальному, точніше на 1—2 мм рт. ст. нижчим, ніж в артерії. А ми вже знаємо, що тиск в артерії не сталий, а пульсуючий: під час систоли серця він зростає — систолічний тиск, а під час діастоли знижується — діастолічний тиск. Отже, в момент, коли тиск у манжетці стає хоч трохи нижчим від систолічного тиску в артерії, остання на якусь частку секунди розкривається і пропускає порцію крові — виникає перший коротковський звук. Тиск у манжетці в цей момент дорівнює систолічному тиску. З подальшим зниженням тиску в манжетці час відкритого стану артерії і порція крові, що проходить через неї під час кожної систоли, збільшуються, наростає й сила звуків. Далі, коли тривалість зупинки крові в артерії зменшується, звуки поступово слабшають, і коли тиск у манжетці стає хоч трохи нижчим, ніж діастолічний тиск в артерії, потік крові стає безперервним і звуки Короткова зникають. У цей момент за шкалою манометра визначають діастолічний тиск.

У нормі ідеальним артеріальним тиском вважають: систолічний 120 ± 15 мм рт. ст., діастолічний 80 ± 15 мм рт. ст. З віком артеріальний тиск зростає і може досягати 160/100 мм рт. ст., що є в межах норми для певної вікової групи. Рівень артеріального тиску залежить і від функціонального стану організму. Так, під час фізичного навантаження він зростає. При великих навантаженнях систолічний AT може досягати 200 мм рт. ст. і більше, а під час сну знижується до 100 — 80 мм рт. ст.

Крім систолічного і діастолічпого розрізняють ще пульсовий тиск. Пульсовий тиск — це різниця між систолічним і діастолічним тиском, у нормі він становить 30-40 мм рт. ст.

Швидкість руху крові. Розрізняють лінійну (V)та об'ємну (Q) швидкість кровотоку. Перша визначається як відстань, яку проходить будь-яка часточка крові за одиницю часу, і вимірюється в сантиметрах за 1 с, друга — це кількість (об'єм) крові, що проходить через певну судину за одиницю часу, і вимірюється в мілілітрах за 1 с або літрах за 1 хв. Хвилинний об'єм крові є по суті об'ємною швидкістю кровотоку в аорті чи легеневій артерії.

Лінійна швидкість кровотоку, як і артеріальний тиск, за ходом судин змінюється, проте характер цих змін інший. Найбільшою є швидкість руху крові в аорті — 20—25 см/с.

Так само, як і артеріальний тиск, у капілярах вона різко зменшується — до 0,3-0,5 мм/с, але, виходячи з капілярів, венозна кров збільшує швидкість, незважаючи на те що тиск у венах продовжує знижуватись. Це пов'язано з тим, що вирішальним чинником, який зумовлює швидкість руху рідини в замкненій системі трубок, є не стільки тиск, скільки загальна площа поперечного перерізу трубок. Як це не парадоксально, але найбільша судина — аорта є найвужчим місцем у всій кровоносній системі. Площа поперечного перерізу її у людини становить 4 см², тоді як загальна площа перерізу всіх відкритих капілярів досягає 3000 см². Проте якщо врахувати, що у стані спокою в організмі функціонує не більш як 35% капілярів, то загальна площа поперечного перерізу усіх без винятку капілярів великого кола кровообігу становитиме понад 10 000 см². Капіляри поступово збираються у венули, вени, і кров повертається до серця через дві (верхню і нижню) порожнисті вени, площа перерізу яких у сумі становить 6 см². Відповідно до цього лінійна швидкість кровотоку в порожнистих венах менша, ніж в аорті, і становить 10-15 см/с.

Що стосується об'ємної швидкості кровотоку, то вона вподовж усієї кровоносної системи однакова і становить у середньо му 80-90 мл/с, або 5 л/хв.

Проте в різних артеріях об'ємна швидкість кровотоку є різною залежно від їх радіуса. Цим досягається перерозподіл кровотоку між різними органами і тканинами.

 

РУХ КРОВІ В СУДИНАХ

Рух крові в артеріях. На запису артеріального тиску завжди помітні коливання різної періодичності. Розрізняють хвилі першого, другого і третього порядку.

Хвилі першого порядку — це пульсові коливання, зумовлені роботою серця. Серце під час кожного скорочення виштовхує в аорту крові більше, ніж відтікає з неї за той самий час. Тому в момент систоли серця початкова ділянка аорти розтягується і вміщує весь об'єм крові, виштовхуваної шлуночком. У цей час тиск в аорті дорівнює тиску в лівому шлуночку. Під час діастоли тиск у шлуночку падає майже до нуля, клапани аорти закриваються, і кров до аорти не надходить. Завдяки еластичності стінки аорти розтягнута ділянка аорти скорочується, що спричинюється до відтікання частини крові на периферію, тиск в аорті знижується до діастолічного рівня — 80-70 мм рт. ст.

Еластичність аорти та інших артерій породжує явище артеріального пульсу — ритмічних коливань стінки судин, зумовлених підвищенням тиску в період систоли серця і поширюваних вздовж артерій у вигляді пульсової хвилі. У будь-якій пружній системі механічна, деформація спричинює коливання, що поширюються зі швидкістю, яка залежить від еластичних властивостей системи. Розтягнення аорти, зумовлене викиданням в неї систолічного об'єму крові, і є початком пульсової хвилі, яка поширюється по аорті й усіх артеріях, що відходять від неї, зі швидкістю 4-6 м/с. Що більше напружена стінка судини, то швидкість пульсової хвилі вища. Ця швидкість набагато (в 15 — 20 разів) перевищує швидкість руху крові в артеріях. У міру віддалення від серця форма пульсової хвилі згладжується і тим сильніше, чим більшою є здатність судин розтягуватися.

Хвилі другого порядку збігаються з дихальними рухами, отже, мають дихальне походження. На вдиху артеріальний тиск знижується, на видиху підвищується. Ці хвилі зумовлені змінами тиску в грудній клітці під час вдиху й видиху. Хвилі другого порядку об'єднують по 5—6 пульсових хвиль кожна і тривають 3-4 с.

Хвилі третього порядку (хвилі Траубе — Герінга) мають значно довший період (15-40 с) і за нормальних умов у організмі не виникають. Їх поява свідчить про порушення регуляції артеріального тиску, що може трапитись у разі передозування засобів для наркозу або після значних крововтрат.

Швидкість руху крові в артеріях не є сталою. Вона має пульсуючий характер: під час систоли прискорюється, а під час діастоли сповільнюється, хоча не припиняється.

Рух крові у венах. Вени збирають кров від капілярів, підводять її до серця, а крім того, завдяки високій здатності стінок вен до розтягнення вони можуть депонувати більший або менший об'єм крові, регулюючи таким чином повернення венозної крові до серця. Як відомо, тиск крові у венозному руслі значно нижчий, ніж в артеріальному, і поступово, але невпинно знижується вподовж цього русла від 15—20 до 2—4 і навіть 0 мм рт. ст. в порожнистих венах на рівні впадання їх у праве передсердя.

Загальна площа дрібних і середніх вен значно більша, ніж однойменних артерій. Завдяки цьому лілійна швидкість руху крові у венах менша, ніж в артеріях. Повільній течії крові у венах сприяє також малий градієнт тиску і низький рівень тиску у венах.

Проте в організмі є засоби, що прискорюють рух крові у венах. Це насамперед клапани — складки, вирости внутрішньої оболонки венозної стінки. Клапани є у венах кінцівок, особливо нижніх, діаметром більш як 0,5 мм. Вони пропускають кров лише в одному напрямку — до серця, а її поступальний рух від одного сегмента вени до іншого відбувається завдяки скороченню прилеглих до вени скелетних м'язів або механічних впливів через шкіру на поверхневі вени.

 

ФІЗІОЛОГІЯ КАПІЛЯРІВ

Функціонально капіляри є найважливішою частиною кровоносної системи. Якщо серце нагнітає кров, артерії приносять, а вени відводять кров від капілярів, то капіляри здійснюють обмін речовин між кров'ю і тканинною рідиною, тобто виконують основну функцію системи кровообігу.

Кількісна характеристика капілярів. Діаметр капілярів більшості органів варіює від 4 до 10 мкм, а довжина коливається в межах 400-900 мкм. Якщо взяти середні розміри одного капіляра — 8 і 600 мкм, то поверхня його становитиме 15-20 тис мкм². Враховуючи, що в тілі людини міститься (4—5) • 10¹⁰ капілярів, їх загальна поверхня становить близько 1000 м², а разом з венулами, які також беруть участь в обміні між кров'ю і тканинною рідиною, вона досягає 1500 м².

Щільність капілярів у різних тканинах і органах неоднакова і залежить головним чином від метаболічної активності органа. Так, у серці, головному мозку та інших органах з високим рівнем обміну речовин на 1 мм² площі перерізу тканини припадає 2-2,5 тис капілярів, а в скелетних м'язах — усьою 400-800.

Стінка капіляра побудована з одного шару плоских ендотеліальних клітин і тонкого шару неклітинної речовини — базальної мембрани, загальна товщина яких не перевищує 1 мкм.

Рух крові в капілярах найповільніший порівняно з іншими судинами — 0,3-0,8 мм/с. Ця обставина, а також значна пористість і пов'язана з нею проникність стінки капіляра та надзвичайно велика поверхня капілярів організму забезпечують виконання основної функції капілярного русла — здійснення обміну речовин між кров'ю і тканинною рідиною, а через неї з клітинами тіла, тобто транскапілярний обмін.

Транскапілярний обмін відбувається за допомогою різних механізмів: дифузії, фільтрації, реабсорбції та активного транспорту.

Дифузія відбувається за наявності різниці концентрацій речовини і в напрямку від більшої концентрації до меншої, коли немає будь-яких перешкод (непроникних мембран, електростатичної взаємодії йонів, густини розчинника). Обмін речовин шляхом дифузії крізь стінку капіляра, незважаючи на наявність перешкод, надзвичайно ефективний. За добу через капіляри дифундує 80 000 л води і 20 000 г глюкози.

Фільтрація і реабсорбція. Фільтрацією називають процес проходження розчину чи суспензії з часточками крізь пористу перегородку, причому розмір профільтрованих часточок обмежується розміром пор. На відміну від дифузії рушійною силою фільтрації є не осмос, а різниця гідростатичного тиску по обидва боки мембрани, тобто між тиском крові в капілярі і тиском тканинної рідини зовні капіляра.

Рух рідини крізь стінку капіляра відбувається під впливом двох протилежних сил: гідростатичного і онкотичного тиску крові. Перший виштовхує плазму крові крізь пори за межі капіляра, а другий, створений білками плазми крові, які не проникають крізь стінку капіляра, навпаки, утримує її. В артеріальному кінці капіляра гідростатичний тиск крові (Р_гк) становить 30 мм рт. ст., а онкотичний (Р_ок) — 25 мм рт. ст. Унаслідок переважання першого відбувається фільтрація. У венозному кінці капіляра Р_гкпадає до 15 мм рт. ст., а Р_окзалишається майже без змін, що спричинює зворотний процес — реабсорбцію тканинної рідини назад у кров.

 

РЕГУЛЯЦІЯ КРОВООБІГУ

Щоб відповідати постійно змінюваним вимогам організму, його органів і тканин, серцево-судинна система повинна змінювати режим своєї роботи, пристосовувати її до цих вимог, забезпечувати органи і тканини живленням, адекватним до їх потреб. Головну роль у цих процесах відіграє нервова система, а також гуморальні чинники: гормони, метаболіти, різні фізіологічно активні речовини.