Физиология человека

Работа сердца

Одна из отличительных особенностей сердечной мышцы — обилие митохондрий в ее клетках, что связано с интенсивно протекающими здесь процессами обмена веществ. В результате обмена веществ и освобождается энергия, необходимая для работы сердца. Сердце расходует от 7 до 20% всей энергии, которая освобождается в организме.

Работа сердца заключается в перекачивании крови. Сердце, составляющее у человека около 0,5% массы его тела (примерно 300 г), перекачивает в сутки около 7000 л крови. Суточная работа сердца более 17 000 кгс-м (1 кгс-м ≈ 9,8 дж). Этого усилия достаточно, чтобы поднять железнодорожный товарный вагон на высоту 1 м. Такая высокая работоспособность сердца объясняется не только высоким уровнем происходящих в нем процессов обмена веществ, но и ритмичной деятельностью, строгим чередованием работы и отдыха каждого из его отделов. Кроме того, сердце усиленно снабжается кровью. В течение 1 мин в мышцу сердца поступает около 6-10% всей крови.

Сердце — центральный орган системы кровообращения. Нагнетательная функция его связана с сокращениями мышцы сердца — миокарда, чередованием сокращений предсердий и желудочков и надежной работой клапанов сердца.

Клапаны сердца

Сердце человека четырехкамерное: оно состоит из двух предсердий и двух желудочков. Левая и правая части сердца отделены сплошной перегородкой. Кровь из предсердий в желудочки поступает через отверстия в перегородке, которая находится между предсердиями и желудочками. Отверстия снабжены клапанами (рис. 16), которые открываются только в сторону желудочков. Клапаны образованы смыкающимися створками и потому получили название створчатых клапанов. В левой части сердца клапан двустворчатый, в правой — трехстворчатый. От поверхности и краев створок отходят сухожильные нити, которые прикрепляются к мышцам желудочков. Сухожильные нити не позволяют клапанам открываться в сторону предсердий.

Рис. 16. Двустворчатый клапан сердца: 1 — наружная оболочка сердца; 2 — мышечная стенка сердца; 3 — внутренняя оболочка сердца; 4 — двустворчатый клапан; 5 — сосочковый мускул; 6 — сухожильные нити

У места выхода аорты из левого желудочка и легочной артерии из правого желудочка располагаются полулунные клапаны (рис. 17).

Полулунные клапаны имеют вид кармашков; свободные края их плотно примыкают друг к другу. На середине края каждого клапана имеются утолщения, которые обеспечивают более полное смыкание. Полулунные клапаны пропускают кровь из желудочков в аорту и легочную артерию. Обратное движение крови из сосудов в желудочки невозможно; этому препятствуют полулунные клапаны, кармашки которых заполняются кровью, расправляются, плотно смыкаются и не пропускают кровь в желудочки.

Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий — в желудочки, а из желудочков — в артерии.

Если по каким-либо причинам в клапанах происходят изменения (сужение или частичное разрушение), то развивается недостаточность клапана. Теперь клапан не способен закрыть полностью отверстие между предсердием и желудочком или между желудочком и артерией. При этом часть крови из аорты может возвращаться в левый желудочек (если поражен полулунный клапан) или из желудочка в предсердие (при нарушении функции створчатых клапанов). Сердцу теперь приходится производить дополнительную работу, перекачивая большее количество крови, чем обычно. А из-за того, что часть крови возвращается в сердце, организм не получает необходимого количества крови. Возникает недостаточность кровообращения, развивается одышка, появляются отеки, резко снижается работоспособность.

Тяжелые случаи пороков клапанов сердца устраняют хирургическим путем. Если это невозможно, то иногда заменяют клапаны. Имеется несколько типов искусственных клапанов. Один из них такой: пластмассовый шарик заключен в сетку из нержавеющей стали. Сетку вшивают в отверстие между предсердием и желудочком, Пластмассовый шарик при сокращении предсердия пропускает кровь в желудочек, а при сокращении желудочка шарик плотно закрывает отверстие и не пропускает кровь обратно. Применяют искусственные клапаны в виде дисков, полусфер или с отдельными створками.

Сердечный цикл

Сердце сокращается ритмично: сокращения отделов сердца чередуются с их расслаблением.

Сокращение отделов сердца называют систолой, а расслабление — диастолой.

Сокращения сердца можно не только наблюдать невооруженным глазом, но и зарегистрировать. Зарегистрируйте сокращения сердца лягушки.

Рис. 17. Полулунные клапаны: А — вид снаружи; Б — вид на разрезанном сосуде; 1 — клапан между правым желудочком и легочной артерией; 2 — клапан между левым желудочком и аортой; 3 — отверстие венечной артерии; 4 — венечные артерии; 5 — стенка желудочка; 6 — стенка аорты

Опыт 11

Перед началом опыта лягушку надо обездвижить. Для этого в стеклянный сосуд, закрывающийся крышкой (эксикатор), поместите лягушку и ватку, смоченную эфиром или хлороформом. Можно обездвижить лягушку и разрушением центральной нервной системы (см. опыт 2). В открытый спинномозговой канал введите препаровальную иглу и разрушьте мозг. Кровь, выступившую после отсечения верхней челюсти, осушите ватным тампоном. Можно обездвижить лягушку иначе (рис. 18).

Возьмите препаровальную дощечку (из пенопласта, пробки или дерева со вставленной по углам дощечки пробкой) и приколите булавками лягушку, лежащую брюшком кверху. Теперь обнажите ее сердце. Для этого сделайте ножницами надрез кожи ниже грудины, после чего кожу рассеките по направлению к плечевым суставам (рис. 19, 1, 2). Захватите грудину пинцетом, оттяните ее кверху, надрежьте мышцы и рассеките их также по направлению к плечевым суставам.

Рис. 18. Обездвиживание лягушки

Образовавшийся кожно-мышечный лоскут осторожно поднимите пинцетом и отрежьте у его основания (рис. 19, 3, 4). Теперь видно пульсирующее сердце. С помощью маленького (глазного) анатомического пинцета и маленьких ножниц вскройте осторожно околосердечную сумку. Захватите пинцетом сердце за верхушку, подведите под него нитку и завяжите ее на уздечке сердца. Уздечка сердца представляет собой тонкий тяж, фиксирующий заднюю поверхность сердца к подлежащим тканям. Чтобы уздечка не оборвалась, ее следует перевязать как можно ближе к сердцу. Ножницами перережьте уздечку ниже места перевязки (как можно дальше от сердца). Взявшись за концы нитки на уздечке сердца, приподнимите сердце и зацепите его верхушку крючком, соединенным с ниткой.

Теперь соберите установку для графической регистрации сокращений сердца лягушки (рис. 20). Присоедините крючок с помощью нитки к рычажку так, чтобы получить максимальный размах рычажка. Рычажок установите в горизонтальном положении, поднимая или опуская дощечку с лягушкой. Кимограф расположите по отношению к рычажку слева так, чтобы рычажок лишь слегка касался закопченной поверхности барабана кимографа. Рычажок должен подходить к барабану по касательной. Обнаженное сердце лягушки периодически смачивайте раствором Рингера, чтобы оно не подсыхало. На барабане кимографа записывается кривая сокращений сердца лягушки (рис. 21). На ней видно, как сокращения чередуются с расслаблениями сердца.

С помощью секундомера подсчитайте, сколько сокращений делает сердце лягушки в 1 мин.

Если нет кимографа и рычажка, то для наблюдения сокращений сердца лягушки можно воспользоваться мышечным столиком. Нить от крючка, соединенного с верхушкой сердца, перекиньте через блок мышечного столика, подвесив к свободному концу нити груз в 5-10 г. К верхней части мышечного столика прикрепите шкалу с делениями и стрелку. При сокращениях сердца стрелка перемещается по шкале. По числу колебаний стрелки мышечного столика можно определить количество сокращений сердца в 1 мин.

Рис 19. Фиксация лягушки и обнажение сердца

Период, охватывающий одно сокращение и расслабление сердца, называют сердечным циклом. В состоянии относительного покоя сердце человека сокращается примерно 75 раз в 1 мин. Это значит, что весь цикл продолжается около 0,8 сек (60:75). А сколько времени продолжался сердечный цикл у лягушки? Воспользуйтесь данными опыта 11.

Каждый сердечный цикл состоит из трех фаз: первая — сокращение предсердий (систола предсердий), вторая — систола желудочков, третья — общая пауза. В первую фазу в результате сокращений левого и правого предсердий кровь поступает из предсердий в желудочки, которые в это время расслаблены. Створчатые клапаны открыты в сторону желудочков и не мешают току крови. Систола предсердий длится 0,1 сек, после чего наступает диастола — расслабление предсердий.

Рис. 20. Схема установки для графической регистрации сокращений сердца лягушки: А — общая схема установки; 1 — рычажок, 2 — перо, 3 — кимограф; Б — увеличенное изображение чернильнопишущего приспособления; 1 — рычажок, 2 — перо, 3 — металлический капилляр, 4 — резиновая груша, 5 — стеклянный наконечник от пипетки

Рис. 21. Запись сокращений сердца лягушки: 1 — систола предсердий; 2 — систола желудочка; 3 — период расслабления мускулатуры желудочка; 4 — общая диастола сердца

При систоле желудочков (вторая фаза) мышцы желудочков сокращаются, давление в желудочках повышается. Створчатые клапаны при этом закрываются. Напряжение мышц желудочков нарастает. Когда давление в желудочках станет выше, чем давление крови в аорте и легочной артерии, полулунные клапаны открываются и кровь из желудочков с силой выбрасывается в артерии. Давление в левом желудочке при систоле доходит до 130-150 мм рт. ст. В правом желудочке давление значительно ниже. Систола желудочков продолжается 0,3 сек.

В общую паузу (третья фаза) предсердия и желудочки расслаблены. Давление крови в аорте и легочной артерии теперь выше, чем в желудочках, и поэтому полулунные клапаны захлопываются. Створчатые клапаны открываются, и кровь из предсердий поступает в желудочки. Это — фаза медленного заполнения сердца кровью. Продолжительность ее около 0,4 сек. При большой физической нагрузке сердце сокращается чаще, чем 75 раз в 1 мин, продолжительность общей паузы при этом уменьшается.

После общей паузы начинается новый сердечный цикл. Чередование фаз сердечной деятельности имеет важное значение для обеспечения безостановочной работы сердца на протяжении всей жизни человека. В течение одного сердечного цикла предсердия тратят на работу приблизительно 12,5%, а желудочки — 37,5% времени; следовательно, все сердце отдыхает около 50% времени. Такой отдых в промежутках между сокращениями обеспечивает восстановление работоспособности сердца.

Последовательные ритмичные сокращения и расслабления предсердий и желудочков и деятельность клапанного аппарата сердца обеспечивают движение крови из предсердий в желудочки и изгнание ее из желудочков в большой и малый круги кровообращения.

Заполните следующую таблицу (табл. 6).

Таблица 6. Положение клапанов сердца во время сердечного цикла

Систолический и минутный объем крови

При сокращении сердца у взрослого человека, находящегося в состоянии покоя, каждый желудочек выталкивает в артерии 70-80 мл крови. Количество крови, выбрасываемое каждым желудочком за одно сокращение, называют ударным или систолическим объемом. Левый и правый желудочки выталкивают одинаковое количество крови.

Количество крови, выбрасываемое сердцем в 1 мин, называют минутным объемом. Зная количество крови, поступившее из желудочка во время систолы, и частоту сокращений сердца в 1 мин, можно рассчитать величину минутного объема. Если систолический объем равен 70 мл, а частота сердцебиений 75 раз в 1 мин, то минутный объем равен 70 × 75 = 5250 мл.

Увеличение минутного объема у тренированных спортсменов происходит главным образом за счет возрастания величины систолического объема. Сердечные сокращения при этом учащаются незначительно. У людей нетренированных минутный объем крови увеличивается в основном за счет учащения сердечных сокращений.

Известно, что при увеличении частоты сердечных сокращений укорачивается продолжительность общей паузы сердца. Из этого следует, что сердце нетренированных людей работает менее экономично и быстрее изнашивается. Не случайно сердечно-сосудистые заболевания встречаются у спортсменов реже, чем у людей, не занимающихся физкультурой. У хорошо тренированных спортсменов при больших физических нагрузках ударный объем крови может возрастать до 200-250 мл.

Сердечный толчок

Во время сокращения сердце несколько изменяет свое положение в грудной клетке. Оно становится плотным, почти твердым и несколько поворачивается слева направо. При этом верхушка сердца упирается в грудную клетку в области пятого межреберного промежутка (слева). Это давление сокращающегося сердца на грудную клетку ощущается как толчок. У худых людей сердечный толчок можно видеть. Сердечный толчок — один из показателей сердечной деятельности.

Тоны сердца

Приложив узкий конец стетоскопа или фонендоскоп к области левого пятого межреберного промежутка, вы различите два звука. Эти звуки называют тонами сердца. Первый тон, протяжный, низкий и глухой, слышится во время систолы желудочков. Он вызывается сокращением мускулатуры желудочков и дрожанием захлопнувшихся створчатых клапанов. Второй тон, короткий и высокий, возникает при захлопывании полулунных клапанов в фазу диастолы желудочков.

Прослушивание тонов сердца у людей имеет диагностическое значение. Так, при пороках сердца, когда клапаны его деформируются и потому плотно не смыкаются, тоны сердца утрачивают чистоту звучания. К ним примешиваются шумы, вызванные обратным движением крови через неплотно сомкнувшиеся клапаны.

Автоматия сердца

Если перерезать все нервы и кровеносные сосуды, идущие к сердцу, а затем удалить его из организма, то некоторое время такое изолированное сердце будет продолжать ритмично сокращаться.

Для того чтобы некоторое время сокращалось изолированное сердце лягушки, достаточно поместить его в изотонический раствор (0,6-процентный раствор поваренной соли).

Изолированное сердце теплокровного животного также может ритмично сокращаться, если через его сосуды пропускать подогретый до температуры тела раствор Рингера, содержащий глюкозу и насыщенный кислородом.

Опыт оживления изолированного сердца человека впервые в мире был успешно проведен русским ученым А. А. Кулябко. Он оживил сердце ребенка спустя 20 ч после смерти, наступившей от воспаления легких.

Кулябко Алексей Александрович (1866-1930) — русский физиолог, профессор Томского университета. Научная деятельность Кулябко связана с разработкой проблемы оживления организма.

Способность сердца ритмично сокращаться независимо от внешних воздействий, а лишь благодаря импульсам, возникающим в самом сердце, получила название автоматии. Автоматия сердца связана с особенностями сердечной мышцы. В сердце имеются мышечные волокна двух типов. Основная масса сердечной мышцы представлена типичными для сердца волокнами, которые обеспечивают сокращения отделов сердца. Их основная функция — сократимость. Это типическая, рабочая мускулатура сердца. Кроме того, в сердечной мышце имеются атипические волокна. С деятельностью атипических волокон связано возникновение возбуждения в сердце и проведение его от предсердий к желудочкам. Волокна атипической мускулатуры отличаются от сократительных волокон сердца как по строению, так и по физиологическим свойствам. В них слабее выражена поперечная исчерченность, зато они обладают способностью легко возбуждаться и более устойчивы к вредящим влияниям. За способность волокон атипической мускулатуры проводить возникшее возбуждение по сердцу ее называют еще проводящей системой сердца.

Атипическая мускулатура занимает по объему очень небольшую часть сердца. Скопления клеток атипической мускулатуры называют узлами (рис. 22).

Один из таких узлов расположен в правом предсердии вблизи места впадения (синуса) верхней полой вены. Это так называемый синусно-предсердный узел. Здесь в сердце здорового человека возникают импульсы возбуждения, определяющие ритм сокращений сердца. Второй узел расположен на границе между предсердиями и желудочками в перегородке сердца — предсердно-желудочковый узел. В этой области сердца возбуждение передается с предсердий на желудочки. В верхней части узла возбуждение распространяется более медленно, чем в остальных отделах проводящей системы сердца. Это очень важно: сократившиеся предсердия должны успеть перекачать кровь в желудочки сердца до того, как последние начнут сокращаться. Из предсердно-желудочкового узла возбуждение направляется по предсердно-желудочковому пучку волокон проводящей системы, который расположен в перегородке между желудочками. Ствол предсердно-желудочкового пучка разделяется на две ножки, одна из которых направляется в правый желудочек, а другая — в левый.

Рис. 22. Схематическое изображение проводящей системы сердца: 1 — синусно-предсердный узел; 2 — предсердно-желудочковый узел; 3 — ствол предсердно-желудочкового пучка; 4 и 5 — его правая и левая ножки; 6 — концевые разветвления ножек ствола предсердно-желудочкового пучка

Процесс возбуждения в сердце первоначально возникает в синусно-предсердном узле, затем распространяется на другие части проводящей системы, и наконец возбуждение с атипической мускулатуры передается на сократительную мускулатуру сердца. Возбудившись, типическая (сократительная) мускулатура сердца сокращается, развивая напряжение для нагнетания крови в аорту и легочную артерию.

Доказательством того, что импульсы возбуждения первоначально возникают в синусно-предсердном узле, является тот факт, что нагревание сердца в области этого узла ведет к учащению сокращений сердца, а охлаждение узла — к замедлению, сердечного ритма.

Познакомимся со степенью автоматии различных отделов сердца лягушки.

Электрокардиография

Деятельность сердца, как и любой возбудимой ткани, сопровождается электрическими явлениями. Все возбудимые ткани в покое имеют положительный электрический заряд; когда возникает возбуждение, то электрический заряд возбужденного участка меняется на отрицательный. Теперь между возбужденным, заряженным отрицательно участком и невозбужденным, электроположительным участком возникает разность потенциалов. По мере распространения возбуждения меняется расположение электроотрицательных и электроположительных участков; в связи с этим в новых участках возникает разность потенциалов. Эти электрические явления в возбужденном органе можно зарегистрировать, если соединить специальные чувствительные приборы с работающим органом.

В сердце возбуждение возникает вначале в синусно-предсердном узле и отсюда постепенно распространяется на мускулатуру предсердий и желудочков.

В результате постепенного распространения волны возбуждения из синусно-предсердного узла на соседние участки сердца создаются условия для возникновения разности потенциалов в работающем сердце: участок сердца, куда приходит волна возбуждения, на время становится электроотрицательным, а соседние участки остаются заряженными положительно.

Метод регистрации электрических явлений в работающем сердце получил название электрокардиографии. Чувствительный прибор, с помощью которого регистрируют электрические явления в возбужденном сердце, называют электрокардиографом. В разработке теории электрокардиографии и внедрении ее в медицин скую практику большая роль принадлежит советскому физиолог А. Ф. Самойлову.

Самойлов Александр Филиппович (1867-1930) — видный советский физиолог. Работал в лаборатории И. М. Сеченова и И. П. Пав лова. Самойлов является одним из основоположников русской электрофизиологии и электрокардиографии. Он также работал в области физиологии мышц, нервного волокна, центральной нервной системы и органов чувств. А. Ф. Самойлову одному из первых была присуждена Ленинская премия.

Электрокардиограмма

Известно, что силовые линии электрического поля распространяются во все стороны от места возникновения разности потенциалов. Так как сердце расположено в грудной полости несимметрично, то несимметрично расположена и его электрическая ось. Поэтому, чтобы зарегистрировать разность потенциалов, возникающую в возбужденном сердце, надо приложить электроды электрокардиографа к двум несимметричным относительно электрической оси точкам на теле человека. Чаще всего электрокардиограф соединяют с правой и левой руками (первое отведение), с правой рукой и левой ногой (второе отведение) или с левой рукой и левой ногой (третье отведение) (рис. 25).

Разность потенциалов, возникающая в возбужденном сердце очень невелика (тысячные доли вольта), поэтому в электрокардиографе есть усиливающие устройства.

При регистрации электрической активности сердца на движущейся бумажной ленте электрокардиографа пишется кривая — электрокардиограмма (ЭКГ) (рис. 25).

В сердце здорового человека на электрокардиограмме отчетливо видны пять зубцов, из которых три обращены вверх (PRT) а два вниз (QS).

Зубец Р отражает электрические явления в предсердиях, а зубцы QRST характеризуют движение волны возбуждения в желудочках сердца.

Метод электрокардиографии является одним из наиболее важных методов объективной регистрации деятельности сердца. Он позволяет судить о последовательности распространения возбуждения по сердцу и оказывает практической медицине неоценимую услугу в вопросах диагностики нарушений работы сердца. Так при наличии в мышце сердца рубца после перенесенного ранее заболевания, вызванного нарушением кровообращения в сердечной мышце (инфаркт миокарда), соответствующий участок сердца не охватывается возбуждением; это четко выявляется на электрокардиограмме по изменениям формы зубцов (рис. 26).

Рис. 25. Схема наложения электродов для получения электрокардиограммы при стандартных отведениях (1, 2, 3) и кривые, получаемые при этих отведениях

Рис. 26. Электрокардиограммы, характерные для ранних сроков инфаркта миокарда

Телеэлектрокардиография

Большие возможности для оценки деятельности сердца появились с развитием телеметрии. Телеметрия — это метод передачи биологической информации на расстояние. Телеэлектрокардиограф дает возможность наблюдать за деятельностью сердца у спортсменов во время соревнований, у рабочих при выполнении трудовых операций, у космонавтов во время тренировок и космических полетов. При телеметрии широко используют радиосвязь. Электроды, укрепленные на коже обследуемого человека, соединяются с радиопередатчиком, находящимся в кармане или в специальном легком шлеме, который надевают на голову (рис. 27), Сигналы радиопередатчика принимаются радиоприемником, находящимся в телеэлектрокардиографе, преобразуются и записываются на движущейся бумажной ленте в виде электрокардиограммы.

Рис. 27. Радиопередатчик для регистрации электрокардиограммы, укрепленный в шлеме на голове человека

Современные радиотелеметрические системы космических кораблей относятся к числу бортовых. Здесь передатчик находится на небольшом расстоянии от обследуемого человека и связан с ним проводами.

Дальность действия телеметрических систем разная. Это зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника. Удалось, например, передать по радио в Москву электрокардиограммы нескольких членов экипажа с советской плавучей рыболовецкой базы в Атлантике.

В клинике телеметрия позволяет вести наблюдения за различными функциями организма, не тревожа больного, — во время сна, еды, прогулки, чтения. Это придает большую объективность получаемой медицинской информации.

Непрерывность движения крови

Сердце сокращается ритмично, поэтому кровь поступает в кровеносные сосуды порциями. Однако по кровеносным сосудам кровь течет непрерывным потоком. Непрерывный ток крови в сосудах объясняется эластичностью стенок артерий и сопротивлением току крови, возникающим в мелких кровеносных сосудах. Благодаря этому сопротивлению кровь задерживается в крупных сосудах и вызывает растяжение их стенок. Растягиваются стенки артерий и при поступлении крови под давлением из сокращающихся желудочков сердца при систоле. Во время диастолы кровь из сердца в артерии не поступает, стенки сосудов, отличающиеся эластичностью, спадаются и продвигают кровь, обеспечивая непрерывное движение ее по кровеносным сосудам.

Таблица I. Кровь: А — вид крови под микроскопом: 1 — эритроциты; 2 — лейкоцит; Б — окрашенный препарат крови (внизу — различные виды белых телец при большом увеличении); В — эритроциты человека (вверху) и лягушки (внизу) при одинаковом увеличении; Г — кровь, предохраненная от свертывания, после длительного отстаивания; между верхним слоем (плазмой) и нижним слоем (эритроцитами) виден тонкий беловатый слой лейкоцитов

Таблица II. Мазок крови человека: 1 — эритроциты; 2 — нейтрофильные лейкоциты; 3 — эозинофильный лейкоцит; 4 — базофильныи лейкоцит; 5 — большой лимфоцит; 6 — средний лимфоцит; 7 — малый лимфоцит; 8 — моноцит; 9 — кровяные пластинки

Причины движения крови по сосудам

Кровь движется по сосудам благодаря сокращениям сердца и разнице давления крови, устанавливающейся в разных частях сосудистой системы. В крупных сосудах сопротивление току крови невелико, с уменьшением диаметра сосудов оно возрастает.

Преодолевая трение, обусловленное вязкостью крови, последняя утрачивает часть энергии, сообщенной ей сокращающимся сердцем. Давление крови постепенно снижается. Разность давления крови в различных участках кровеносной системы служит практически основной причиной движения крови в кровеносной системе. Кровь течет от места, где ее давление выше, туда, где давление крови ниже.

Кровяное давление

Давление, под которым кровь находится в кровеносном сосуде, называют кровяным давлением. Оно определяется работой сердца, количеством крови, поступающим в сосудистую систему, сопротивлением стенок сосудов, вязкостью крови.

Наиболее высокое кровяное давление — в аорте. По мере продвижения крови по сосудам давление ее снижается. В крупных артериях и венах сопротивление току крови небольшое, и давление крови в них уменьшается постепенно, плавно. Наиболее заметно снижается давление в артериолах и капиллярах, где сопротивление току крови самое большое.

Кровяное давление в кровеносной системе меняется. Во время систолы желудочков кровь с силой выбрасывается в аорту, давление крови при этом наибольшее. Это наивысшее давление называют систолическим или максимальным. Оно возникает в связи с тем, что из сердца в крупные сосуды при систоле притекает больше крови, чем ее оттекает на периферию. В фазе диастолы сердца артериальное давление понижается и становится диастолическим, или минимальным.

Измерение кровяного давления у человека производят с помощью сфигмоманометра. Этот прибор состоит из полой резиновой манжеты, соединенной с резиновой грушей и ртутным манометром (рис. 28). Манжету укрепляют на обнаженном плече испытуемого и резиновой грушей нагнетают в нее воздух, для того чтобы сжать манжетой плечевую артерию и остановить в ней ток крови. В локтевом сгибе прикладывают фонендоскоп, чтобы можно было прослушать движение крови в артерии. Пока в манжету не поступил воздух, кровь по артерии течет бесшумно, никаких звуков через фонендоскоп не прослушивается. После того как в манжету накачают воздух и манжета сожмет артерию и остановит ток крови, при помощи специального винта медленно выпускают воздух из манжеты до тех пор, пока через фонендоскоп не прослушается четкий прерывистый звук (туп-туп). При появлении этого звука смотрят на шкалу ртутного манометра, отмечают показание его в миллиметрах ртутного столба и считают это величиной систолического (максимального) давления.

Рис. 28. Измерение кровяного давления у человека

Если продолжать выпускать воздух из манжеты, то вначале звук сменяется шумом, постепенно ослабевающим, и наконец совсем исчезает. В момент исчезновения звука отмечают высоту ртутного столба в манометре, что соответствует диастолическому (минимальному) давлению. Время, в течение которого производится измерение давления, не должно быть более 1 мин, так как в противном случае может быть нарушено кровообращение в руке ниже места наложения манжеты.

Вместо сфигмоманометра для определения величины кровяного давления можно пользоваться тонометром. Принцип действия его такой же, как и сфигмоманометра, только в тонометре манометр пружинный.

Опыт 13

Определите величину кровяного давления у своего товарища в состоянии покоя. Запишите величины максимального и минимального кровяного давления у него. А теперь попросите товарища сделать подряд 30 глубоких приседаний и после этого снова определите величину кровяного давления. Сравните полученные величины кровяного давления после приседаний с величинами давления крови в состоянии покоя.

В плечевой артерии человека систолическое давление составляет 110-125 мм рт. ст., а диастолическое — 60-85 мм рт. ст. У детей давление крови значительно ниже, чем у взрослых. Чем меньше ребенок, тем у него больше капиллярная сеть и шире просвет кровеносной системы, а следовательно, и ниже давление крови. После 50 лет максимальное давление повышается до 130-145 мм рт. ст.

В мелких артериях и артериолах из-за большого сопротивления току крови кровяное давление резко снижается и составляет 60-70 мм рт. ст., в капиллярах оно еще ниже — 30-40 мм рт. ст., в мелких венах составляет 10-20 мм рт. ст., а в верхней и нижней полых венах в местах впадения их в сердце давление крови становится отрицательным, т. е. ниже атмосферного давления на 2-5 мм рт. ст.

При нормальном течении жизненных процессов у здорового человека величина кровяного давления поддерживается на постоянном уровне. Кровяное давление, повысившееся при физической нагрузке, нервном напряжении и в других случаях, вскоре возвращается к норме.

В поддержании постоянства кровяного давления важная роль принадлежит нервной системе.

Определение величины кровяного давления имеет диагностическое значение и широко используется в медицинской практике.

Скорость движения крови

Подобно тому как река течет быстрее в своих суженных участках и медленнее там, где она широко разливается, кровь течет быстрее там, где суммарный просвет сосудов самый узкий (в артериях), и медленнее всего там, где суммарный просвет сосудов самый широкий (в капиллярах).

В кровеносной системе самой узкой частью является аорта, в ней самая большая скорость течения крови. Каждая артерия уже аорты, но суммарный просвет всех артерий человеческого тела больше, чем просвет аорты. Суммарный просвет всех капилляров в 800-1000 раз больше просвета аорты. Соответственно и скорость движения крови в капиллярах в тысячу раз медленнее, чем в аорте. В капиллярах кровь течет со скоростью 0,5 мм/сек, а в аорте — 500 мм/сек. Медленный ток крови в капиллярах способствует обмену газов, а также переходу питательных веществ из крови и продуктов распада из тканей в кровь.

Общий просвет вен уже, чем суммарный просвет капилляров, поэтому скорость движения крови в венах больше, чем в капиллярах, и составляет 200 мм/сек.

Движение крови по венам

Стенки вен, в отличие от артерий, тонкие, мягкие и легко сдавливаются. По венам кровь течет к сердцу. Во многих частях тела в венах есть клапаны в виде кармашков. Открываются клапаны только в сторону сердца и препятствуют обратному току крови (рис. 29). Давление крови в венах невысокое (10-20 мм рт. ст.), и поэтому движение крови по венам происходит в значительной степени за счет давления окружающих органов (мышц, внутренних органов) на податливые стенки.

Каждый знает, что неподвижное состояние тела вызывает потребность "размяться", что связано е застоем крови в венах. Вот почему так полезна утренняя и производственная гимнастика, способствующая улучшению кровообращения и ликвидации застоя крови, который возникает в некоторых частях тела во время сна и продолжительного пребывания в рабочей позе.

Определенная роль в движении крови по венам принадлежит присасывающей силе грудной полости. При вдохе увеличивается объем грудной полости, это приводит к растяжению легких, растягиваются и полые вены, проходящие в грудной полости к сердцу. При растяжении стенок вен их просвет расширяется, давление в них становится ниже атмосферного, отрицательным. В более мелких венах давление остается 10-20 мм рт. ст. Возникает значительная разница давлений в мелких и крупных венах, что способствует продвижению крови в нижней и верхней полых венах к сердцу.

Рис. 29. Схема действия венозных клапанов: слева — мышца расслаблена, справа — сокращена; 1 — вена, нижняя часть которой вскрыта; 2 — венозные клапаны; 3 — мышца. Черные стрелки — давление сократившейся мышцы на вену; белые стрелки — движение крови по вене

Кровообращение в капиллярах

В капиллярах совершается обмен веществ между кровью и тканевой жидкостью. Густая сеть капилляров пронизывает все органы нашего тела. Стенки капилляров очень тонкие (толщина их 0,005 мм), через них легко проникают различные вещества из крови в тканевую жидкость и из нее в кровь. Кровь по капиллярам течет очень медленно и успевает отдавать тканям кислород и питательные вещества. Поверхность соприкосновения крови со стенками сосудов в капиллярной сети в 170 000 раз больше, чем в артериях. Известно, что длина всех капилляров взрослого человека больше 100 000 км. Просвет капилляров так узок, что через него может проходить только один эритроцит, и то несколько сплющиваясь. Это создает благоприятные условия для отдачи кровью кислорода тканям.

Опыт 14

Пронаблюдайте движение крови в капиллярах плавательной перепонки лягушки. Обездвижьте лягушку, поместив ее в банку с крышкой, куда бросьте ватку, смоченную эфиром. Сразу, как только прекратится двигательная активность лягушки (чтобы не передозировать наркоз), выньте ее из банки и приколите булавками к дощечке спинкой кверху. В дощечке должно быть отверстие, над отверстием осторожно булавками растяните плавательную перепонку задней лапки лягушки (рис. 30). Не рекомендуется сильно растягивать плавательную перепонку: при сильном натяжении могут оказаться сдавленными кровеносные сосуды, что приведет к остановке кровообращения в них. Во время опыта лягушку смачивайте водой.

Рис. 30. Фиксация органов лягушки для наблюдения кровообращения под микроскопом

Рис. 31. Микроскопическая картина кровообращения в плавательной перепонке лапки лягушки: 1 — артерия; 2 — артериолы при малом и 3 — при большом увеличении; 4 — капиллярная сеть при малом и 5 — при большом увеличении; 6 — вена; 7 — венулы; 8 — пигментные клетки

Можно также обездвижить лягушку, плотно обернув ее мокрым бинтом так, чтобы одна из ее задних конечностей осталась свободной. Чтобы лягушка эту свободную заднюю конечность не сгибала, к ней прикладывают небольшую палочку, которую прибинтовывают к конечности также влажным бинтом. Плавательная перепонка лапки лягушки остается свободной.

Поместите дощечку с растянутой плавательной перепонкой под микроскоп и сначала при малом увеличении найдите сосуд, в котором эритроциты медленно передвигаются "гуськом". Это капилляр. Рассмотрите его под большим увеличением. Обратите внимание, что кровь движется в сосудах непрерывно (рис. 31).

Иннервация сердца и сосудов

Деятельность сердца регулируется двумя парами нервов: блуждающими и симпатическими (рис. 32). Блуждающие нервы берут начало в продолговатом мозге, а симпатические нервы отходят от шейного симпатического узла. Блуждающие нервы тормозят сердечную деятельность. Если начать раздражать блуждающий нерв электрическим током, то происходит замедление и даже остановка сердечных сокращений (рис. 33). После прекращения раздражения блуждающего нерва работа сердца восстанавливается.

Рис. 32. Схема иннервации сердца

Рис. 33. Влияние раздражения блуждающего нерва на сердце лягушки

Рис. 34. Влияние раздражения симпатического нерва на сердце лягушки

Под влиянием импульсов, поступающих к сердцу по симпатическим нервам, учащается ритм сердечной деятельности и усиливается каждое сердечное сокращение (рис. 34). При этом возрастает систолический, или ударный, объем крови.

Если собака находится в спокойном состоянии, ее сердце сокращается от 50 до 90 раз в 1 мин. Если перерезать все нервные волокна, направляющиеся к сердцу, сердце сокращается теперь 120- 140 раз в 1 мин. Если перерезать только блуждающие нервы сердца, ритм сердца возрастет до 200-250 ударов в 1 мин. Это связано с влиянием сохранившихся симпатических нервов. Сердце человека и многих животных находится под постоянным сдерживающим влиянием блуждающих нервов.

Блуждающий и симпатический нервы сердца обычно действуют согласованно: если повышается возбудимость центра блуждающего нерва, то соответственно понижается возбудимость центра симпатического нерва.

Во время сна, в состоянии физического покоя организма сердце замедляет свой ритм за счет усиления влияния блуждающего нерва и некоторого снижения: влияния симпатического нерва. Во время физической работы ритм сердца учащается. При этом происходит усиление влияния симпатического нерва и снижение влияния блуждающего нерва на сердце. Таким путем обеспечивается экономный режим работы сердечной мышцы.

Изменение просвета кровеносных сосудов происходит под влиянием импульсов, передающихся на стенки сосудов по сосудосуживающим нервам. Импульсы, поступающие по этим нервам, возникают в продолговатом мозге в сосудодвигательном центре. Открытие и описание деятельности этого центра принадлежит Ф. В. Овсянникову.

Овсянников Филипп Васильевич (1827-1906) — выдающийся русский физиолог и гистолог, действительный член Российской Академии наук, учитель И. П. Павлова. Ф. В. Овсянников занимался изучением вопросов регуляции кровообращения. В 1871 г. он открыл сосудодвигательный центр в продолговатом мозге. Овсянников изучал механизмы регуляции дыхания, свойства нервных клеток, способствовал разработке рефлекторной теории в отечественной медицине.

Рефлекторные влияния на деятельность сердца и сосудов

Ритм и сила сердечных сокращений меняются в зависимости от эмоционального состояния человека, выполняемой им работы. Состояние человека влияет и на кровеносные сосуды, меняя их просвет. Вы часто видите, как при страхе, гневе, физических напряжениях человек либо бледнеет, либо, напротив, краснеет.

Работа сердца и просвет кровеносных сосудов связаны с потребностями организма, его органов и тканей в обеспечении их кислородом и питательными веществами. Приспособление деятельности сердечно-сосудистой системы к тем условиям, в которых находится организм, осуществляется нервным и гуморальным регуляторными механизмами, которые обычно функционируют взаимосвязанно. Нервные влияния, регулирующие деятельность сердца и кровеносных сосудов, передаются к ним из центральной нервной системы по центробежным нервам. Раздражением любых чувствительных окончаний можно рефлекторно вызвать урежение или учащение сокращений сердца. Тепло, холод, укол и другие раздражения вызывают в окончаниях центростремительных нервов возбуждение, которое передается в центральную нервную систему и оттуда по блуждающему или симпатическому нерву достигает сердца.

Опыт 15

Обездвижьте лягушку так, чтобы у нее сохранился продолговатый мозг. Спинной мозг не разрушайте! Приколите лягушку к дощечке брюшком вверх. Обнажите сердце. Подсчитайте количество сокращений сердца в 1 мин. Затем пинцетом или ножницами ударьте лягушку по брюшку. Подсчитайте число сокращений сердца за 1 мин. Деятельность сердца после удара по брюшку замедляется или даже временно останавливается. Происходит это рефлекторно. Удар по брюшку вызывает возникновение возбуждения в центростремительных нервах, которое через спинной мозг достигает центра блуждающих нервов. Отсюда возбуждение по центробежным волокнам блуждающего нерва достигает сердца и тормозит или останавливает его сокращения.

Объясните, почему в этом опыте у лягушки нельзя разрушать спинной мозг.

Можно ли вызвать остановку сердца лягушки при ударе ее по брюшку, если удалить продолговатый мозг?

Центробежные нервы сердца получают импульсы не только из продолговатого и спинного мозга, но и из вышележащих отделов центральной нервной системы, в том числе и из коры больших полушарий головного мозга. Известно, что боль вызывает учащение сердечных сокращений. Если ребенку при лечении делали уколы, то у него только вид белого халата условнорефлекторно будет вызывать учащение сердцебиения. Об этом же свидетельствует изменение сердечной деятельности у спортсменов перед стартом, у учащихся и студентов — перед экзаменами.

Рис. 35. Строение надпочечников: 1 — наружный, или корковый, слой, в котором вырабатываются гидрокортизон, кортикостерон, альдостерон и другие гормоны; 2 — внутренний слой, или мозговое вещество, в котором образуются адреналин и норадреналин

Импульсы из центральной нервной системы передаются одновременно по нервам к сердцу и из сосудодвигательного центра по другим нервам к кровеносным сосудам. Поэтому обычно на раздражение, поступившее из внешней или внутренней среды организма, рефлекторно отвечают и сердце и сосуды.

Гуморальная регуляция кровообращения

На деятельность сердца и сосудов оказывают влияние химические вещества, находящиеся в крови. Так, в железах внутренней секреции — надпочечниках — вырабатывается гормон адреналин (рис. 35). Он учащает и усиливает деятельность сердца и суживает просвет кровеносных сосудов.

В нервных окончаниях парасимпатических нервов образуется, ацетилхолин, который расширяет просвет кровеносных сосудов и замедляет и ослабляет сердечную деятельность. На работу сердца оказывают влияние и некоторые соли. Увеличение концентрации ионов калия тормозит работу сердца, а увеличение концентрации ионов кальция вызывает учащение и усиление деятельности сердца.

Гуморальные влияния тесно связаны с нервной регуляцией деятельности системы кровообращения. Выделение химических веществ в кровь и поддержание их определенной концентраций в крови регулируется нервной системой.

Деятельность всей системы кровообращения направлена на обеспечение организма в разных условиях необходимым количеством кислорода и питательных веществ, выведение из клеток и органов продуктов обмена, сохранение на постоянном уровне кровяного давления. Это создает условия для сохранения постоянства внутренней среды организма.

Искусственное кровообращение

Операции на сердце относятся к крупнейшим достижениям современной медицины. Эти операции стали возможными только благодаря развитию соответствующей техники и совершенствованию хирургических методов, особенно после разработки методики операций на открытом "сухом" сердце, которое на время операции останавливают и выключают из кровообращения целого организма, пока хирургическим путем устраняют имеющиеся дефекты. Хорошее обезболивание (анестезия) также является одним из важных факторов, обеспечивающих безопасность операций на сердце. В настоящее время разработано много различных способов обезболивания. Появилась даже особая медицинская специальность — врач-анестезиолог.

Рис. 36. Аппарат искусственного кровообращения (схема): 1 — искусственное легкое; 2 — вена; 3 -насос; 4 — теплообменник; 5 — артерия

При операциях на сердце часто только одно прикосновение к нему вызывает остановку сокращений, а разрез, даже маленький, приводит к опустошению полостей сердца, и больной погибает. От остановки сердца при операции тяжело страдают функции всех органов и появляется реальная угроза жизни. Все органы человека чувствительны к недостаточному поступлению крови. Это и понятно, ведь кровь доставляет органам кислород и питательные вещества, необходимые для жизни. Особенно чувствителен к нарушению снабжения кровью мозг. Через 4-5 мин после прекращения снабжения кровью клетки головного мозга погибают. Именно это и послужило причиной разработки метода искусственного кровообращения.

Искусственное кровообращение — это временная замена нагнетательной функции сердца специальным аппаратом. Первый такой аппарат искусственного кровообращения, названный автожектором, сконструировал и изготовил советский ученый-изобретатель С. С. Брюхоненко в 1924 г.

Брюхоненко Сергей Сергеевич (1890-1960) — выдающийся советский ученый-физиолог и талантливый изобретатель, автор метода и первого аппарата искусственного кровообращения целого организма. Мировую известность получили опыты С. С. Брюхоненко с изолированной головой собаки.

Современный аппарат искусственного кровообращения (АИК, рис. 36) представляет собой сложное техническое устройство, которое не только перекачивает кровь, но и обогащает ее кислородом. Практически это искусственный аппарат "сердце — легкие". С помощью специальных пластмассовых трубок его подключают к организму больного. Из тела больного кровь поступает в аппарат. Чтобы она не свернулась в трубках и камерах аппарата, в нее вводят противосвертывающее вещество гепарин. В аппарате кровь поступает в искусственные легкие. Здесь кровь насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа. Отсюда обогащенная кислородом кровь поступает в камеру насоса с пластмассовыми стенками (предохраняют от свертывания!), который и нагнетает ее в артерии больного. Понятно, что аппарат искусственного кровообращения надежно стерилизуют. С помощью такого аппарата у больного можно на время операции полностью остановить сердце, освободив его от крови (операция на "сухом" сердце).

При помощи сходного аппарата осуществляют и местное кровообращение в отдельных частях тела при лечении некоторых злокачественных опухолей. Пережимая кровеносные сосуды, выключают подвергнутую лечению часть тела из общего кровообращения организма и добавляют в циркулирующую в ней кровь противоопухолевые препараты в концентрациях, во много раз превышающих допустимые для целого организма.

Для того чтобы при длительных операциях снизить потребность тканей организма в кислороде, прибегают к специальному охлаждению крови в теплообменниках. При охлаждении организма (гипотермии) снижается интенсивность обмена веществ в тканях, что дает возможность на время уменьшить их снабжение кровью.

Гипотермия

Метод гипотермии при операциях на сердце применяют около 20 лет. Температуру тела человека снижают до 30,5- 31° С. Достигают этого различными способами. Вводят в организм лекарственные вещества, снижающие обменные процессы. Больному дают наркоз, после чего его погружают в ванну со льдом или на тело надевают специальный скафандр, по трубкам которого протекает охлаждающий раствор. Изучаются и другие методы гипотермии.

После операции больного обкладывают грелками и постепенно доводят температуру тела до 37-38° С.

Дефибрилляторы

Чтобы восстановить работу остановленного на время операции сердца, иногда достаточно применить легкий массаж. При этом врач ритмично сжимает сердце руками. Но иногда этого оказывается недостаточно. Может случиться и так, что сердце, возобновив свою деятельность после операции, через несколько часов начинает беспорядочно сокращаться или совсем останавливается. Для восстановления сокращений остановившегося или судорожно подергивающегося (фибриллирующего) сердца применяют дефибрилляторы. Аппарат для дефибрилляции сердца генерирует одиночный импульс продолжительностью 0,01 сек. На поверхность грудной клетки накладывают электроды, и через тело человека пропускают конденсаторный разряд напряжением 4-5 тыс. в. Разряд такого напряжения вызывает одновременное возбуждение всех волокон мышцы сердца, в связи с чем восстанавливаются сердечные сокращения. Кратковременное пропускание тока такого высокого напряжения безопасно для человека.

Вопросы и задание к главе "Кровообращение"

1. Почему в сердце сокращения чередуются с расслаблениями?

2. Кровь из сердца выбрасывается толчками, а в артериях она движется непрерывно. Почему?

3. От чего зависит величина кровяного давления?

4. Какое значение имеет замедление тока крови в капиллярах?

5. Что заставляет кровь двигаться по кровеносным сосудам к сердцу?

6. Прощупайте пульсовые толчки на лучевой артерии. Подсчитайте пульс за 1 мин. Теперь сделайте 30 приседаний и снова подсчитайте пульс. Как изменился пульс после физической нагрузки? Объясните это явление.