Классификация кровеносных сосудов.
Общепризнанным является разделение сердечно - сосудистой системы на большой, малый (легочной) и сердечный (коронарный) круги кровообращения. В каждом круге выделяется артериальное, венозное и связующее их капиллярное звено. Артерии и вены делятся по диаметру на крупные, средние и мелкие и образуют зону макроциркуляции. В зону микроциркуляции входят артериолы,капилляры, венулы, пре - и посткапиллярные сфинктеры.
Наибольшее распространение получила функциональная классификация сосудов, предложенная Б. Фолковым и Э. Нилом (1976).
Сосуды " котла " или сосуды " компрессионной камеры ". К ним относятся аорта и ее крупные ветви, содержащие большое число эластических волокон. В результате сосуды " котла " смягчают пульсирующий систолический выброс желудочка, вмещая в себя избыточный объем крови сердечного выброса за счет растяжения стенки. После закрытия аортального клапана эластичные сосуды компрессионной камеры постепенно возвращаются к исходному растяжению, поддерживая таким образом градиент давления между артериальным и венозным концом сосудистой системы, и, обеспечивая равномерный отток крови на периферию.
Иногда всю артериальную систему объединяют в сосуды распределения или транзиторные сосуды (И.К. Есипова и др., 1971), подчеркивая тем самым их назначение в качестве транспортных магистралей.
Сосуды сопротивления или резистивные сосуды. Это мелкие артерии и вены, артериолы и венулы, обладающие выраженной мышечной оболочкой. Изменение тонуса этих сосудов под влиянием местных механизмов, гуморальных и нервных влияний приводит к возрастанию или снижению периферического сопротивления и обеспечивает регуляцию притока и оттока крови в отдельных регионах. К сосудам сопротивления можно отнести так же пре- и посткапиллярные сфинктеры, которые в некоторых классификациях рассматриваются самостоятельно.
Обменные сосуды - капилляры, состоящие из одного слоя эндотелиальных клеток, через которые осуществляется обмен питательных веществ, продуктов жизнедеятельности и газов.
Емкостные сосуды. Сюда относится все венозное ложе, которое оказывает значительное влияние на емкость сосудистого русла путем изменения просвета вен и регулирует таким образом венозный возврат крови к сердцу.
Шунтовые сосуды или анастомозы. Обеспечивают ненутритивный кровоток, преимущественно развиты в коже и играют терморегуляторную функцию.
Строение сосудистой стенки
Артерии
Интима. Внутренняя оболочка артерий состоит из эндотелиальных клеток, соприкасающихся с кровью, и субэндотелиального слоя. Последний образован в основном переплетениями эластических и коллагеновых волокон. Внутренняя эластическая мембрана интимы состоит из плотно уложенных, циркулярно ориентированных эластических волокон. Толщина интимы составляет около 1/10 от толщины средней оболочки.
Медиа. Средняя оболочка представлена концентрическими слоями эластических мембран между которыми расположены слои гладкомышечных клеток, ориентированных преимущественно циркулярно и косо, и коллагеновых волокон. На границе средней и наружной оболочек артерий (кроме внутричерепны) расположена наружняя эластическая мембрана.
Адвентиция. Наружняя оболочка артерий имеет в своей основе неопределенно ориентированные пучки коллагенновых волокон и продольно расположенные эластические волокна. В адвентации расположены нервные стволики, кровеносные сосуды питающие стенку (vasa vasorum) и клеточные элементы. Адвентиция не имеет отчетливой наружной границы, а переходит в рыхлые соединительно - тканные прослойки, разделяющие органы и их части.
Вены
Отмечают следующие особенности строения венозной стенки по сравнению с артериальной:
- Внутренняя эластическая мембрана развита слабее.
- Циркулярный мышечный слой развит меньше, а продольные мышечные волокна встречаются намного чаще и больше развиты.
- Венозная стенка тоньше артериальной.
- Содержание коллагеновых волокон больше.
- В адвентиции присутствуют продольные мышечные элементы.
- Количество оболочек и составляющих их элементов в венах существенно различается. Во всех венах имеется интима, но внутренняя эластическая мембрана представлена не во всех венах. Медиа отсутствует в венах головного мозга, мозговых оболочек, отдельных участках верхней и нижней полой, плечеголовных, яремной вен и в некоторых других. Стенки вен твердой мозговой оболочки и синусов состоят только из интимы.
В зависимости от развитости мышечной оболочки выделяют 5 типов вен (Ванков, 1974):
а) с преимущественным развитием циркулярного мышечного слоя (вены конечностей).
б) с преимущественным развитием продольного мышечного слоя в адвентиции (вены брюшной полости).
в) со слабым развитием мышц (верхняя полая, плечеголовная, внутренняя яремная, подключичная).
г) безмышечные (мышцы твердой мозговой оболочки и синусов).
д) обладающие специальными приспособлениями для регуляции тока крови в виде гладкомышечных сфинктерных колец и запирательных продольномышечных образований (легочные вены, вены сердца, плаценты, почечных чашечек и лоханок и некоторые другие).
- Наличие в венах клапанов. Клапаны обычно двухстворчатые, являются складками интимы, укрепленные соединительно - тканным слоем. В раскрытом состоянии створки расположены под острым углом к стенке. Клапан закрывается в тот момент когда возникают условия для обратного тока крови. В физиологических условиях это наблюдается чаще всего когда под влиянием сокращения скелетных мышц нижних конечностей (" мышечная помпа ") вены сдавливаются и кровь проталкивается по - направлению к сердцу. При этом, гидростатическое давление крови в венах в дистальном направлении увеличивается. Как только мышцы расслабляются кровь устремляется вниз и клапаны захлопываются. Этот механизм является важнейшим фактором, препятствующим венозному застою в нижних конечностях.
Клапаны присущи большей части венозных сосудов. Самыми крупными из них являются наружняя подвздошная и внутренняя яремная вены. Клапаны отсутствуют в венах спланхнической области.
Движение крови по сосудам.
2.3.1 Закон Пуазейля.
Закон Пуазейля является основным законом гемодинамики хотя в строгом смысле он применим только для непульсирующего ламинарного потока при однородной и постоянной вязкости жидкости (Mc Donald, 1960). Ценность этого закона заключается в том, что он дает количественную характеристику основных факторов обеспечивающих движение крови по сосудам и их взаимосвязь.
В приложении к гемодинамике закон Пуазейля чаще всего запи-сывают в следующем виде:
Q = P1 - P 2 , где
R
Q - объем крови, протекающей за единицу времени через поперечное сечение сосуда.
P1 - P2 - градиент давления в начале и конце системы.
R - сопротивление кровотоку.
В свою очередь сопротивление кровотоку описывается следующей формулой:
R = 8 l h , где
p r 4
l - длина сосуда
r - радиус сосуда
h - вязкость крови
Закон Пуазейля дает представление об основных факторах обеспечивающих движение крови по сосудам.
Потенциальная энергия для осуществления кровотока создается в результате работы сердца. Нагнетая в сосудистую систему кровь, объем которой превышает объем прилежащего к сердцу сосудистого русла, сердце создает градиент давления между приводящими и отводящими кровь сосудами. Необходимо иметь ввиду, что в создании и поддержании градиента в венозном участке сосудистого русла участвуют так же отрицательное давление в грудной полости и сокращение скелетной мускулатуры ("мышечная помпа"). Следовательно, работа сердца, дыхательная мускулатура и "мышечная помпа" создают градиент давления, который реализуется в кинетическую энергию движения крови по сосудам.
Расходование энергии кровотока осуществляется на преодоление сопротивления, которое преимущественно связано с радиусом сосудов. Это обусловлено тем, что кровоток пропорционален четвертой степени радиуса, а так же тем, что в обычных условиях длина сосудов и вязкость крови не подвержены значительным колебаниям.
2.3.2 Ламинарный и турбулентный ток крови
В физиологических условиях поток крови в сосудистой системе носит в основном ламинарный или пластинчатый характер. При этом частицы крови образуют слои или пластинки перемеща-ющиеся параллельно оси сосуда с относительно постоянной скоростью. Причем частицы, находящиеся в центре сосуда движутся с максимальной скоростью, которая постепенно убывает от слоя к слою по направлению к стенкам сосуда. Таким образом, профиль скоростей частиц движущихся по сосудам имеет форму параболы и описывается формулой:
V = P (R 2 - r 2), где
4 l h
V - линейная скорость частиц крови
Р - давление, оказываемое на цилиндрическую единицу радиуса
l - длина участка сосуда
h - вязкость крови
R - радиус сосуда
r - радиус параболы на расстоянии R2 P / 4 l h от вершины
Из этой формулы следует, что, во - первых, профиль скоростей
частиц крови при ламинарном потоке имеет форму параболы, во - вторых, максимальная скорость движения частиц соответствует осевой зоне и, в - третьих, средняя линейная скорость движения частиц равна половине максимальной.
Однако, ток крови остается ламинарным до достижения какой - то критической скорости, после чего образуются завихрения, смешивающие пластинчатые потоки, и кровоток приобретает характер турбулентного. Возникновение турбулентности описывается формулой Рейнольдса (Mc Donald, 1960):
Re = VDs , где
h
Re - число Рейнольдса
V - средняя скорость
D - диаметр сосуда
s - плотность
h - вязкость
Турбуленция появляется тогда, когда Rе превышает 2 000, если скорость измеряется в см/с, диаметр в см, а вязкость в пуазах. Если вместо D используется радиус, то критическая величина Re становится равной 1 000. В практическом отношении важно, что турбуленция существенно изменяет профиль потока по отношению к ламинарному кровотоку. Из параболического он становится плоским.
В физиологических условиях число Рейнольдса даже в аорте меньше 2000 (около 1540). Однако при увеличении скорости кровотока в момент систолы особенно на фоне нагрузки в аорте может наблюдаться турбуленция. В месте бифуркации артерий общий объем сосудистого русла возрастает, что приводит к снижению линейной скорости и соответственно числа Re. Тем не менее, в месте бифуркации крупных артерий, например в области синуса общей сонной артерии, может наблюдаться небольшая турбуленция и в физиологических условиях.
Наиболее отчетливо турбулентный поток проявляется при патологи, сопряженной с локальной редукцией просвета крупной артерии, как правило при атеросклеротическом стенозе просвета более чем на 50 % диаметра.
2.3.3 Кровяное давление
Кровяное давление - это давление которое оказывает кровь на впередилежащую порцию крови и стенку сосуда. Причина возникновения давления заключается в несоот-ветствии объема поступающей крови объему сосудистого русла. Появляющееся при этом давление обеспечивает продвижение крови из области большего давления в область меньшего давления. Величина кровяного давления в различных участках большого круга кровообращения показана на рисунке 2-1. В последовательно расположенных участках сосудистого русла по направлению от левого желудочка к правому предсердию происходит постепенное падение величины кровяного давления и нивелируется его колебание в течении сердечного цикла. Соответственно месту измерения различают артериальное, капиллярное и венозное давление.
2.3.3.1 Артериальное давление
Колебания артериального давления прежде всего связаны с работой сердца и тонусом сосудов. Величина давления в артериях возрастает в период систолы желудочков (систолическое артериальное давление) и снижается в фазу диастолы (диастолическое артериальное давление).
Пульсовое давление соответствует разнице величин систолического и диастолического. Под влиянием пульсирующего изменения давления возникает колебание артериальной стенки - пульсовая волна.
Эластичность артериальной стенки оказывает существенное влияние на пульсовое давление и распространение пульсовой волны. Чем более эластична стенка и чем больше вязкость крови тем быстрее ослабевает пульсовая волна. Чем меньше растяжимость артерий, тем больше скорость распространения пульсовой волны.
2.3.3.2 Влияние пульсового давления на артериальный кровоток
Так как кровоток зависит от градиента давления, а не от его абсолютной величины, пульсирующее давление обуславливает пуль-сирующий характер кровотока, то есть изменение его скорости в различные фазы сердечного цикла. Однако скорость распростра-нения пульсовой волны превышает скорость кровотока. Поэтому в некоторых сосудистых регионах дистальное распространение пульсовой волны приводит к тому, что в какой - то момент времени давление в дистальном участке превышает давление в проксимальном отделе и вызывает обратный кровоток. Фазовый обратный ток крови обычно возникает в тех местах, где происходит сильное образование пиков пульсовой волны. Он характерен для таких участков артериальной системы (например бедренной артерии), где артерии широки, но периферическое сопротивление кровотоку значительное.
На рисунке 2-2 показана зависимость между артериальным кровотоком и периферическим тонусом сосудов. Из рисунка следует, что вазодилатация приводит к снижению или даже исчезновению фазного обратного тока крови в бедренной артерии. Поэтому в спланхническом артериальном ложе обратный ток крови не возникает, т.к. здесь периферическое сосудистое сопротивление невелико.
2.3.4 Венозная гемодинамика
При продвижении крови по артериям и капиллярам затрачивается 80 - 90 % энергии, сообщенной работой сердца. Кровь поступает в вены под давление 10 - 20 % среднего давления в аорте, т.е. 8 - 20 мм. рт. ст. Это давление в начале венозного русла представляет собой главную движущую силу крови по венам и обозначается как vis a tergo - " сила с тыла " (Б.И. Ткаченко, 1984). Однако этой силы недостаточно для продвижения крови к правым отделам сердца особенно в вертикальном положении. Дополнительная энергия получается за счет работы " мышечной помпы ", присасывающей функции грудной полости и запирающей функции венозных клапанов.
" Мышечная помпа " обеспечивает увеличение давления крови в венах за счет сдавливания вен при сокращении скелетных мышц. Благодаря наличию венозных клапанов кровь при этом направляется из сдавленного участка вены только в одном направлении - к сердцу.
Пульсовое колебание венозного давления. Наблюдается в круп-ных венах и связано с работой сердца. Выделяют три последовательно возникших эпизода увеличения давления в течение сердечного цикла, обозначенные как а, с, v (рис.2-3). Зубец а (atrium) обусловлен затруднением венозного оттока в правое предсердие при сокращении предсердий. Зубец с возникает в период изометрического сокращения желудочков, когда атриовентикулярные клапаны закрыты. Зубец v (ventriculus) связан с пассивным изменением давления в предсердиях при желудочковой систоле, когда атриовентикулярные клапаны закрыты и предсердие заполнено кровью.
Эффект дыхания. Заключается в периодическом изменении давления и кровотока в крупных венах, связанном с дыхательным циклом.
Способность к спадению. Закон Пуазейля малоприемлем для венозных сосудов, растяжимость которых значительно превышает растяжимость артерий и кроме того потому, что в силу относительной тонкости их стенок и большого диаметра вены способны спадаться. В результате коллапса давление в венах, расположенных в периферии от зоны спадения, повышается и спавшиеся вены расправляются. Это обуславливает феномен периодического оттока.