Кровеносная система

Теория для подготовки к блоку №4 ОГЭ/ №5 ЕГЭ по биологии: человек и его здоровье

Строение сердца

Кровеносная система выполняет транспортные функции в организме: с кровью к тканям поступают кислород и питательные вещества, из тканей удаляются углекислый газ и продукты метаболизма. Важная функция крови у птиц и млекопитающих – распределение тепла в организме, терморегуляция.

Центральный орган кровеносной системы – сердце. Оно располагается в грудной клетке между легкими и надежно защищено ребрами и грудиной. Основание сердца находится за грудиной на уровне второго ребра, а верхушка обращена вниз, влево и вперед. При некоторых пороках развития сердце может быть ориентировано вправо (декстропозиция).

Расположение сердца

Сердце человека устроено так же, как и у других млекопитающих. Оно состоит из четырех камер: двух предсердий и двух желудочков. При изучении анатомических рисунков важно помнить, что все органы изображаются зеркально – правые отделы сердца находятся на рисунке слева и наоборот:

Строение сердца

Строение сердца

Предсердия имеют более тонкие стенки, при сокращении они развивают небольшую мощность. Стенки желудочков, особенно левого, значительно толще. Между предсердиями и желудочками находятся клапаны. Благодаря клапанам кровь не может течь в обратном направлении.

Сосуды, по которым кровь поступает к сердцу, называются венами. Те, по которым кровь оттекает от сердца – артериями. С сердцем непосредственно сообщаются следующие магистральные сосуды:

  • полые вены впадают в правое предсердие. Они несут от органов тела бедную кислородом кровь. Верхняя полая вена собирает кровь от головы и верхних конечностей, нижняя полая – от других частей тела;
  • легочные вены впадают в левое предсердие. По ним от легких оттекает богатая кислородом кровь;
  • аорта выходит из левого желудочка. Это самая крупная артерия в теле человека (толщиной с большой палец). Аорта сперва идет вверх и меняет направление на уровне второго ребра, образуя дугу. У млекопитающих она обращена влево, а у птиц – вправо. От дуги аорты отходят крупные артерии: сонные к голове и подключичные к верхним конечностям;
  • легочные артерии отходят от правого желудочка. По ним к легким поступает бедная кислородом кровь.

Стенка сердца состоит из нескольких слоев. Внутренний слой, который контактирует с кровью, называется эндокардом. Это тонкий слой эпителиальных клеток, выстилающих полости сердца. За эндокардом находится толстый слой мышечных волокон, миокард, обеспечивающий сокращения сердечной мышцы. Снаружи находится эпикард, внешняя оболочка из клеток покровной ткани.

Сердце находится в постоянном движении. Чтобы уменьшить трение о соседние ткани, оно окружено сердечной сумкой, или перикардом. Клетки перикарда вырабатывают специальную жидкость, которая позволяет мышце плавно скользить внутри сердечной сумки.

Крупные кровеносные сосуды, питающие сердце, проходят в основном субэпикардиально, то есть прямо под эпикардом. Поэтому при увеличении толщины стенки (гипертрофия миокарда) сосуды могут не успеть прорасти вглубь, из-за чего внутренние участки миокарда будут плохо кровоснабжаться и испытывать недостаток в кислороде и питательных веществах.

Клапанная система сердца образована фиброзной соединительной тканью. Каждый клапан имеет два или три кармана (створки). При движении крови в одну сторону створки клапана прижимаются течением к стенке. При обратном токе крови карман наполняется кровью и створки смыкаются, препятствуя движению. Чтобы створки клапана не выворачивались наружу, они укреплены сухожильными нитями, которые тянутся от сосочковых мышц (выростов мышечной ткани в полостях седца).

Между правыми отделами сердца находится трехстворчатый (трикуспидальный клапан), а между левыми – двустворчатый (митральный). Клапаны аорты и легочного ствола имеют по три створки и называются полулунными.

Сердечный цикл

Сердце сокращается на протяжении всей жизни человека. В покое частота сокращений составляет 60-90 ударов в минуту. С увеличением физической нагрузки она может возрастать до 140-200 в мин.

Сердечный цикл состоит из трех непрерывно чередующихся фаз: сокращения предсердий, сокращения желудочков и фазы общего расслабления. Сокращение камеры сердца называется систолой, а расслабление – диастолой.

По венам кровь возвращается в сердце, поступает в предсердия. Предсердия наполняются кровью, а затем сжимаются. При сокращении возникает высокое давление, которое захлопывает створки полулунных клапанов, кровь не может вернуться в вены и выталкивается в желудочки. Желудочки растягиваются, наполняются кровью, после чего с силой сжимаются. Так как обратному току препятствуют двух- и трехстворчатый клапаны, кровь поступает в артерии. При этом развивается высокое давление (в левом желудочке –120-130 мм рт. ст.).

Из желудочка в систолу изгоняется не вся кровь, а примерно половина, около 70 мл. Оставшийся объем крови называется КДО (конечный диастолический объем). По величине КДО можно судить о том, насколько эффективно работает желудочек. После сокращения желудочков все отделы сердца расслабляются, наступает общая диастола.

Сердечный цикл

Сердечный цикл

Систола предсердий длится около 0,1 сек, систола желудочков – 0, 3 сек, диастола – 0,4 сек. При изменении частоты сокращений продолжительность фаз сердечного цикла изменяется пропорционально. Если увеличить частоту сокращений только за счет диастолы (уменьшить время расслабления), сердечная мышца быстро устанет, ведь сердце не так выносливо, как гладкие мышцы. Если же уменьшать время систолы, сокращения отделов станут неэффективны, каждый раз будет выбрасываться слишком малый объем крови.

Функция автоматизма и регуляция работы сердца

Сердце способно сокращаться изолировано от организма. Если в эксперименте перевязать кровеносные сосуды и вырезать сердце крысы, оно продолжит сокращаться в течении нескольких секунд. Сердце лягушки, если его поместить в изотонический раствор, способно сокращаться несколько часов, так как в меньшей степени зависит от температуры среды.

Эти опыты показывают, что изолированная сердечная мышца продолжает получать нервные импульсы, которые вызывают ее сокращения. Часть мышечных клеток сердца могут самостоятельно генерировать потенциал действия. Эти клетки образуют проводящую систему сердца.

В проводящей системе есть несколько уровней, на которых может возникнуть импульс. Существует два узла автоматии – места скопления клеток-ритмоводителей. Такие клетки также называют пейсмейкерами. Они самостоятельно генерируют потенциалы действия через равные промежутки времени.

Центр автоматии первого порядка находится в правом предсердии между устьями полых вен, это синоатриальный (SA) узел. От SA-узла сигнал по проводящему тракту идет к центру автоматии второго порядка, атриовентрикулярному (AV) узлу. От AV-узла возбуждающий потенциал не поступает сразу к кардиомиоцитам желудочков. Сперва он проходит по проводящему тракту в межжелудочковой перегородке (пучку Гиса) к верхушке сердца и уже оттуда по волокнам Пуркинье следует к кардиомиоцитам стенки желудочков.

Волокна Пуркинье тоже могут генерировать нервные импульсы, они считаются центром автоматии третьего порядка. Распространение возбуждения в проводящей системе может идти не только в прямом, но и в обратном направлении. Если один из узлов автоматии (SA- или AV-узел) повреждается, его функции берет на себя следующий по порядку.

Чтобы центры автоматии более низкого порядка не конкурировали с высшими, импульсы в них генерируются с различной частотой. Чем ближе к волокнам Пуркинье находится центр автоматии, тем реже он генерирует потенциалы действия. Нарушения в работе проводящей системы вызывают такие заболевания, как аритмии.

Скорость распространения возбуждения по волокнам проводящей системы значительно выше, чем по обычной мышечной ткани. В противном случае, если бы возбуждение распространялось от узла автоматии равномерно во все стороны, сокращение кардиомиоцитов происходило бы постепенно и рассинхронизированно.

Электрическую работу сердца изучают с помощью электрокардиограммы (ЭКГ). Важно понимать, что на ЭКГ регистрируется именно электрическая, а не механическая работа органа. При некоторых патологиях они могут быть разобщены, то есть правильно возникший и прошедший импульс возбуждения может не вызывать должного сокращения.

Хотя сердце и имеет клетки-пейсмейкеры, их работу регулируют симпатическая и парасимпатическая нервная системы. От них зависит частота и сила сокращений, скорость проведения возбуждения.

Парасимпатическая нервная система, чье влияние усиливается в покое, урежает сокращения сердца, симпатическая – ускоряет. Также сердце регулируется эндокринной системой, в основном, гормонами надпочечников адреналином и норадреналином.

Кровеносные сосуды

Крупные кровеносные сосуды, в зависимости от того, идут они к сердцу или от сердца, делят на артерии и вены. Артерии отличаются от вен строением сосудистой стенки, а не типом крови, которая в них течет.

Большой и малый круги кровообращения

Большой и малый круги кровообращения

Из левого желудочка кровь выталкивается в аорту, от которой отходят более мелкие артерии. Артерии ветвятся, от них отходят артериолы, по которым кровь в результате попадает ко всем органам и тканям. Затем кровь оттекает по венулам и лимфатическим сосудам, собирается в полые вены и попадает в правое предсердие. Этот путь циркуляции называется большим кругом кровообращения (снизу на рисунке).

Из правого желудочка кровь выталкивается в легочную атерию и поступает в легкие. Происходит газообмен с воздухом в альвеолах, кровь оттекает по легочным венам, которые впадают в левое предсердие. Этот путь называется малым кругом кровообращения (на рисунке изображен выше).

Артериальной кровью называют кровь, насыщенную кислородом, она обычно ярко-алого цвета за счет окисленного железа, содержащегося в гемоглобине. Венозная кровь, наоборот, имеет темно-вишневый цвет, в ней мало кислорода и больше содержание углекислого газа. На схемах венозную кровь принято обозначать синим цветом, а артериальную – красным. Лимфу и лимфатические сосуды чаще всего обозначают зеленым цветом.

В большом круге кровообращения по венам течет венозная кровь, а по артериям – артериальная. В малом круге все наоборот: по легочной артерии течет венозная кровь, в то время как по легочной вене – артериальная.

Лимфа собирает из тканей избыток жидкости, возвращая ее в кровь. Также лимфа является частью иммунной системы, средой для лимфоцитов. Лимфатические сосуды по строению похожи на вены и выполняют те же функции: транспорт жидкости от тканей и органов к сердцу. При недостаточности лимфатических сосудов, затрудненном оттоке, развиваются отеки. При хроническом нарушении оттока лимфы от конечности развивается слоновость – кожа грубеет и становится как толстая корка, конечность увеличивается до огромных размеров.

Лимфа

Между артериями и венами находится разветвленная сеть тончайших сосудов, капилляров, их стенка толщиной всего в одну клетку, только на уровне капилляров возможен диффузный обмен между кровью и снабжаемыми тканями. Если суммировать внутренний объем крови, находящейся в разных сосудах, окажется, что больше всего крови находится именно в капиллярной сети.

На графиках представлена скорость течения крови по разным сосудам. Видно, что на уровне капилляров кровь течет медленнее всего. Это необходимо для того, чтобы успел произойти эффективный газообмен, насыщение ткани питательными веществами и т.д.

Скорость кровотока и площадь сосудов

Скорость кровотока и площадь сосудов

В некоторых случаях кровь идет от артерии к вене, минуя капилляры. Такое движение называется артерио-венозным шунтом, он может быть как физиологическим, так и патологическим. Физиологические шунты нужны для централизации кровообращения при большой кровопотере или при переохлаждении. В этих случаях кровь будет циркулировать между мозгом и внутренними органами, почти не снабжая конечности.

Артерии и вены – это крупные сосуды, они имеют многослойную стенку. Максимальной толщиной среди сосудов обладает стенка артерий, минимальной – капилляра. Стенку капилляров образует один слой эндотелиальных клеток, лежащих на базальной мембране. В зависимости от плотности контакта между клетками разделяют капилляры трех типов:

  • соматические капилляры имеют непрерывную базальную мембрану и плотные контакты между клетками. Такие капилляры находятся в коже, мышцах, коре больших полушарий;
  • висцеральные (фенестрированные) капилляры имеют небольшие окошки, или фенестры в базальной мембране, они находятся в почках, питают органы пищеварительной и эндокринной систем;
  • стенка синусоидных капилляров обладает большими просветами, клетки прилежат не плотно. Через такую стенку могут пройти крупные молекулы и клетки крови. Синусоидные капилляры есть в костном мозге, печени и селезенке.

Внутри артерии и вены также выстланы эндотелием, снаружи от которого находится соединительнотканный слой, за ним – мышечный. Мышечный слой артериальных сосудов гораздо толще, чем в венозных. Это объясняется тем, что кровь из сердца выходит под большим давлением, мускулатура артериальных сосудов находится в постоянном напряжении, так как она преодолевает давление. Артерии более устойчивы к растяжению, чем вены, их стенка более упругая. При одинаковом наружном диаметре просвет артерии будет уже.

В венах давление гораздо меньше, чтобы вернуться к сердцу, большей части крови необходимо преодолевать силу тяжести. Для предотвращения обратного тока в венах имеется система клапанов.

Кровь движется по венам за счет нескольких механизмов. Наиболее очевидный – присасывающая сила сердца, возникающая при диастоле предсердий. Однако эта сила настолько мала, что ее вклад можно считать несущественным. Грудная клетка при дыхании тоже обладает присасывающей силой, так как на вдохе давление в грудной клетке становится меньше атмосферного.

Самую большую роль в движении крови к сердцу играют скелетные мышцы. Вены могут быть расположены подкожно или между мышечными волокнами. При сокращении скелетной мускулатуры вены сжимаются и кровь проталкивается вверх (вниз она не идет, так как есть клапаны). Такая система движения крови называется мышечным насосом.

Нервная регуляция кровеносных сосудов происходит через симпатическую нервную систему. Волокнами парасимпатической системы сосуды не иннервируются. Нервные импульсы идут с определенной частотой, поддерживая тонус сосуда. При учащенной импульсации сосуд сжимается, давление в нем растет и скорость кровотока увеличивается. Часть сосудистого русла, которая вносит наибольший вклад в изменение давления – атериолы, так как именно они могут быстро сжиматься и расслабляться.

Вены участвуют в регуляции давления, влияя на объем циркулирующей крови. В циркуляции участвует не вся кровь организма, так как часть объема находится в так называемых депо. Нижняя полая вена на уровне грудной клетки образует крупное депо венозной крови. Некоторая часть крови (особенно форменные элементы) депонируются в печени и селезенке. Если требуется поднять давление и увеличить кислородную емкость, депонированная кровь высвобождается, общий ее объем увеличивается. Поэтому, например, при активных нагрузках может появится колющая боль в левом подреберье – это происходит из-за того, что мышцы селезенки сжимаются, «выдавливая» из пульпы кровь в общее русло.

В дуге аорты и месте ветвления сонной артерии находятся барорецепторы, которые контролируют уровень давления. Они возбуждаются при снижении давления, рефлекторно вызывая спазм сосудов. Такой механизм называется барорефлексом. Если работа барорефлекса нарушена, человек будет чувствовать слабость и головокружение при физических нагрузках и изменении положения тела, так как происходит перераспределение крови в организме, давление будет падать. При пониженном артериальном давлении меньше кислорода поступает к головному мозгу, появляются признаки гипоксии.

Изменение артериального давления происходит не только за счет изменения радиуса сосудов, но и путем замедления или ускорения сердечного ритма, изменения силы сокращений.

Артериальное давление

Давление в артериях возникает из-за силы, с которой желудочки выталкивают кровь в систолу. Соответственно, максимальное артериальное давление развивается в систолу, а минимальное – в диастолу. Среднее систолическое давление человека – 120 мм рт. ст., диастолическое – 70 мм рт. ст.

Определение артериального давления играет большую роль в современной медицине. Измерять давление научились не так давно, сперва измерение проводили непосредственно – в сосуд вставляли трубку и отмечали, на какую высоту по ней поднимется столб крови. В настоящий момент инвазивные методы почти что не используются, самый популярный способ – определение артериального давления с помощью манжеты по тонам Короткова.

На плечо человека накладывают манжету тонометра и нагнетают в нее воздух. При этом стетоскопом выслушивают сосудистые шумы на локтевой артерии. Когда давление в манжете становиться выше, чем систолическое, сосуд полностью перекрывается, все шумы исчезают. После этого воздух из манжеты начинают стравливать.

В тот период, когда давление в манжете ниже, чем систолическое, но выше диастолического, сердцу «хватает сил» на то, чтобы в систолу протолкнуть часть крови в сосуд, после чего сосуд снова схлопывается. Это порождает характерные звуки сердечных ударов, тоны Короткова.

Когда же давление в манжете становится ниже диастолического, сосуд остается наполненным и в систолы, и в диастолу. Он перестает расправляться и схлопываться, звуки ударов прекращаются.