В большом круге кровообращения такой перепад, или полный градиент, давления соответствует разнице величин среднего кровяного давления в аорте и в полых венах, которая в норме практически равна величине среднего АД.
Средняя объемная скорость кровотока, выраженная, например, минутным объемом кровообращения, прямо пропорциональна полному градиенту давления, т.е. практически величине среднего АД, и обратно пропорциональна величине общего периферического сопротивления кровотоку.
Эта зависимость лежит в основе расчета величины общего периферического сопротивления как отношения среднего АД к минутному объему кровообращения.
Другими словами, чем выше среднее АД при неизменном сопротивлении, тем выше и кровоток в сосудах и тем большая масса обменивающихся в тканях веществ (массообмен) транспортируется в единицу времени кровью через капиллярное русло.
Однако в физиологических условиях увеличение минутного объема кровообращения, необходимое для интенсификации тканевого дыхания и обмена веществ, например, при физической нагрузке, как и его рациональное уменьшение для условий покоя, достигается в основном динамикой периферического сопротивления кровотоку, причем таким образом, чтобы величина среднего АД не подвергалась существенным колебаниям.
Относительная стабилизация среднего АД в аортоартериальной камере с помощью специальных механизмов его регуляции создает возможность динамичных вариаций распределения кровотока между органами по их потребностям путем только локальных изменений сопротивления кровотоку.
Увеличение или уменьшение массообмена веществ на мембранах капилляров достигается зависимыми от кровяного давления изменениями объема капиллярного кровотока и площади мембран в основном за счет изменений числа открытых капилляров. При этом благодаря механизму саморегуляции капиллярного кровяного давления в каждом отдельном капилляре оно поддерживается на уровне, необходимом для оптимального режима массообмена по всей длине капилляра с учетом важности обеспечения строго определенной степени снижения К. д. в направлении к венозному отрезку.
В каждой части капилляра массообмен на мембране непосредственно зависит от величины кровяного давления именно в этой части.
Для диффузии газов, например, кислорода, значение кровяного давления определяется тем, что диффузия происходит благодаря разнице парциального давления (напряжения) данного газа по обе стороны мембраны, а оно есть часть общего давления в системе (в крови - часть кровяного давления), пропорциональная объемной концентрации данного газа.
Фильтрация растворов различных веществ через мембрану обеспечивается фильтрационным давлением - разницей между величинами трансмурального давления в капилляре и онкотического давления плазмы крови, составляющего на артериальном отрезке капилляра около 30 мм рт. ст. Поскольку на этом отрезке трансмуральное давление выше онкотического, водные растворы веществ фильтруются через мембрану из плазмы в межклеточное пространство.
В связи с фильтрацией воды концентрация белков в плазме капиллярной крови повышается, и онкотическое давление возрастает, достигая в средней части капилляра величины трансмурального давления (фильтрационное давление уменьшается до нуля).
На венозном отрезке из-за падения кровяного давления по длине капилляра трансмуральное давление становится ниже онкотического (фильтрационное давление становится отрицательным), поэтому водные растворы фильтруются из межклеточного пространства в плазму, снижая ее онкотическое давление до исходных значений. Таким образом, степень падения кровяного давления по длине капилляра определяет соотношение площадей фильтрации растворов через мембрану из плазмы в межклеточное пространство и обратно, влияя тем самым на баланс водного обмена между кровью и тканями.
В случае патологического повышения венозного кровяного давления фильтрация жидкости из крови в артериальной части капилляра превышает возврат жидкости в кровь на венозном отрезке, что приводит к задержке жидкости в межклеточном пространстве, развитию отека.
Особенности структуры капилляров клубочков почек обеспечивают высокий уровень кровяного давления и положительное фильтрационное давление на всем протяжении капиллярных петель клубочка, что способствует большой скорости образования экстракапиллярногоультрафильтрата- первичной мочи.
Выраженная зависимость мочеобразовательной функции почек от кровяного давления в артериолах и капиллярах клубочков объясняет особую физиологическую роль почечных факторов в регуляции величины кровяного давления в артериях большого круга кровообращения.
Факторы, определяющие среднее артериальное давление приведены на схеме.
3. Устойчивость кровяного давления в организме обеспечивается функциональными системами, поддерживающими оптимальный для осуществления обмена веществ уровень АД.
Основным в деятельности функциональных систем является принцип саморегуляции, т.е.отклонение кровяного давления от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм, само является причиной его возвращения к исходному уровню. Для осуществления такой регуляции в организме существуют как прессорные (повышающие АД) факторы, так и депрессорные (понижающие АД).
К прессорным относятся, например, адреналин, норадреналин, ангиотензин II, к депрессорным - гистамин, ацетилхолин.
Саморегуляцию кровяного давления обеспечивает специальная функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма организма уровень кровяного давления
Конечным приспособительным результатом, формирующим данную систему, является оптимальный для метаболизма уровень давления крови.
Само артериальное давление как физический фактор не участвует непосредственно в обмене веществ, но определяет перемещение веществ, определяющих метаболический процесс.
Артериальное давление в организме - сложный показатель. Оно различно в разных сосудах: в артериях, артериолах, капиллярах, венах, венулах, крупных венах и т.д.
Существуют специфические регионарные давления крови: давления крови в сосудах поперечно-полосатых мышц, почек, печени, сердца, сосудах мозга. У каждого индивидуума - свой индивидуальный портрет распределения кровяного давления по организму в целом. Тем не менее при наличии столь сложных распределений кровяного давления в организме за общий показатель, как правило, берут одну из ведущих величин кровяного давления, которая, в конечном счете, определяет всю картину с некоторыми поправками на регионарное кровообращение. Таким показателем является артериальное давление в крупных (например, плечевой) артериях, обусловленное ритмическим выбросом крови из сердца в область дуги аорты. Максимальная величина этого давления около 120 мм рт. ст., минимальная - 80.
Кровяное давление может как снижаться под влиянием разных физиологических процессов (например, при кровопотере), так и повышаться, как указывалось выше, под влиянием физических и эмоциональных нагрузок. Чем более выражены эти изменения, чем сильнее результат отклонен от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм тканей, тем сильнее изменения кровяного давления выступают в качестве раздражающего фактора функциональной системы.
С другой стороны, раздражающим действием обладает и нормальный уровень артериального давления.
Если в нормальных условиях артериальное кровяное давление колеблется в определенных пределах, то под влиянием отклоняющих факторов оно может длительно удерживаться и на более высоком уровне. Организм может существовать довольно длительный интервал времени (даже дни и годы) в условиях повышенного артериального давления. Артериальное давление - пример пластической константы организма. Пластическая константа допускает отклонения, совместимые с жизнью.
Восприятие уровня артериального давления осуществляется с помощью специфических рецепторов, которые получили название барорецепторов. Барорецепторы воспринимают только изменения барометрического давления крови.
Барорецепторы располагаются практически во всех кровеносных сосудах, но есть зоны более концентрированного их скопления. В первую очередь, это аортальная зона в аорте на выходе из сердца. Ее назначение - контролировать сердечный выброс. Затем -сино-каротидная область. Она осуществляет контроль поступления крови в мозг.
Имеются особенности распределения барорецепторов в стенке сосудов, в частности в стенке аорты. Как показывают гистологические исследования, большинство барорецепторов располагаются ближе к наружной адвентициальной стенке сосуда. Барорецепторы находятся между мышечными волокнами и эластической оболочкой сосудов. В этом есть большой физиологический смысл. Расположение барорецепторов у плотной эластической оболочки обеспечивает то, что барорецепторы воспринимают малейшие нюансы изменения артериального давления в сосуде.
Общим свойством является генетическая детерминация функций барорецепторов и сохранение их специфических свойств на протяжении всей жизни индивида в случае, если кровяное давление не изменено.
Каждый барорецептор или каждая группа барорецепторов воспринимают только свои параметры изменения артериального давления.
Установлено, что среди барорецепторов можно выделить три группы, различающиеся по физиологическим свойствам. Первую группу составляют барорецепторы, которые воспринимают ритмические колебания артериального давления, связанные с систолой и диастолой сердечной деятельности. Для них важен ритм воздействия. Вторую группу составляют барорецепторы, которые воспринимают статическую, постоянную, непрерывную, неколеблющуюся нагрузку. Третью группу составляют барорецепторы, которые воспринимают вибрационные колебания столба жидкости в сосуде. В кровеносных сосудах практически есть все указанные формы воздействия. Есть ритмические колебания в пределах 120/80 мм рт. ст. Есть статические нагрузки (например, в аорте) в пределах от 0 до 80 мм рт. ст. Имеют место и вихревые движения крови.
Барорецепторы находятся под контролем со стороны симпатической нервной системы. Благодаря симпатическим влияниям чувствительность барорецепторов может изменяться - повышаться или, наоборот, снижаться. В этом заключается большой смысл, потому что любые эмоциональные напряжения усиливают влияния со стороны симпатической нервной системы на барорецепторы. При этом чувствительность барорецепторов возрастет, и благодаря этому барорецепторы более активно включаются в контролирование повышенного артериального давления.
Адаптацию барорецепторов можно отнести к защитным и к патологическим свойствам. Это свойство присуще, в основном, ритмически возбуждающимся барорецепторам. Оно может быть сформулировано таким образом: если ритмически возбуждающийся барорецептор попадает в зону стабильного, неколеблющегося кровяного давления, тогда он адаптируется и перестает посылать импульсацию.
Положим, что барорецепторы воспринимали давление в полосе 120/80 мм рт. ст. Но вот давление по каким-то причинам установилось на уровне 220/160 мм рт. ст. Рассматриваемые барорецепторы, таким образом, попали в зону неколеблющегося стабильного давления. Они перестали посылать импульсации. Этот феномен имеет приспособительное значение, особенно в тех случаях, когда нужно не препятствовать подъему кровяного давления. Ведь если бы кровяное давление поднималось, а все барорецепторы при этом возбуждались и наращивали бы свои импульсации, то при этом оказалось бы невозможным вообще, даже с приспособительными целями, поднять кровяное давление и удержать его на повышенном уровне. Физиологическое, биологическое значение процесса адаптации барорецепторов состоит в том, что он позволяет временно повысить артериальное давление. Как только артериальное давление снижается, барорецепторы, попадая снова в зону ритмически изменяющегося давления, восстанавливают свои свойства.
Иные процессы наблюдаются в случаях длительных повышений артериального кровяного давления. В тех случаях, когда кровяное артериальное давление длительно устанавливается на повышенном уровне, барорецепторы, попавшие в зону постоянного давления, не только адаптируются, но и вообще атрофируются и теряют свои свойства посылать импульсацию даже в том случае, если кровяное давление затем снова будет снижено и барорецепторы снова попадут в зону ритмических изменений кровяного давления. Эти процессы, как будет показано ниже, имеют место в формировании устойчиво повышенного артериального давления при эмоциональных стрессах.
Если подвести общий итог, то следует отметить, что чем сильнее отклоняется артериальное кровяное давление от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм тканей, тем резче нарастает импульсациябарорецепторов.
Импульсация от барорецепторов по специальным афферентным нервам поступает прежде всего в сосудодвигательный центр продолговатого мозга.
Афферентные нервы, по которым в сосудодвигательный центр поступает импульсация от барорецепторов, получили название буферных. К ним относятся депрессорные нервы, идущие от дуги аорты, и синусные нервы, идущие от зоны бифуркаций сонных артерий. Уже само название «буферные» указывает на то, что функция этих нервов заключается в сдерживании повышений кровяного артериального давления.
Сосудодвигательный центр продолговатого мозга состоит из двух отделов: сосудосуживающего и сосудорасширяющего. Установлено, что импульсация по депрессорным нервам распространяется преимущественно к нервным клеткам, составляющим сосудосуживающий отдел сосудодвигательного центра продолговатого мозга. Сосудосуживающий отдел составляют симпатические нейроны, которые оказывают постоянное тоническое влияние на периферические артериолы, суживая их просвет.
Механизм саморегуляции артериального давления. По мере того, как импульсация по депрессорным нервам при повышении артериального давления нарастает, клетки сосудосуживающего отдела продолговатого мозга не выдерживают этой нарастающей частоты импульсации и приходят в состояние пессимума, или торможения. Как следствие, снижаются их тонические влияния на артериолы, и в результате этого артериолы расширяются и общее артериальное давление падает.
И чем круче нарастает кровяное артериальное давление, чем с более высокого уровня оно изменяется, тем активнее включаются барорецепторы, тем выраженнее тормозится сосудосуживающий отдел и активнее снижается артериальное кровяное давление. В этом заключается один из механизмов саморегуляции артериального кровяного давления, который также является и одним из защитных механизмов снижения повышенного артериального кровяного давления.
Второй механизм саморегуляции артериального кровяного давления заключается в том, что импульсация по депрессорным нервам распространяется в расположенный рядом с сосудосуживающим отделом центр блуждающего нерва и возбуждает его. По блуждающим нервам это возбуждение адресуется к сердечной мышце и оказывает на сердце отрицательное хроно- и инотропное действие, т.е. урежает его ритм и ослабляет силу сердечных сокращений. Следствием опять же является снижение артериального кровяного давления. В саморегуляцию кровяного давления включаются и другие механизмы: это активация сосудорасширяющего отдела продолговатого мозга и расширение сосудов ротовой и тазовой областей, изменение скорости кровотока, изменение объема и вязкости циркулирующей крови, изменение кровообразования и кроверазрушения, почечные, легочные и другие факторы. Все эти механизмы, в конечном счете, по принципу саморегуляции приводят к тому, что повышенное артериальное кровяное давление возвращается к уровню, необходимому для нормального метаболизма тканей.
Кроме указанных имеются еще и гуморальные механизмы саморегуляции кровяного давления. Они опосредованы через железы внутренней секреции. Гормоны желез внутренней секреции могут действовать непосредственно на мозговые структуры или на артериолы.
Наконец, имеется поведенческая саморегуляция кровяного давления. Когда у человека резко повышено кровяное давление, ухудшается его самочувствие, он идет на консультацию к врачу. По рецепту врача в аптеке покупает соответствующее лекарство, выполняет соответствующие рекомендации и тем самым снижает артериальное кровяное давление.
Таким образом, любые изменения кровяного артериального давления возвращаются в нормальном организме к исходному уровню с помощью указанных механизмов саморегуляции.
В настоящее время выделяют кратковременные (секунды, минуты), среднесрочные (минуты, часы) и долговременные (дни, месяцы) механизмы регуляции АД.
К механизмам кратковременной регуляции АД относят артериальный барорецепторный рефлекс и рефлексы хеморецепторов.
Средне- и долгосрочные механизмы регуляции артериального давления осуществляются преимущественно через ренин-ангиотензиновую систему (РАС).
На начальных этапах развития гипертонии происходит активация симпатико-адреналовой системы, что приводит к увеличению уровня катехоламинов в крови. Если у здоровых людей повышение давление сопровождается снижением активности АС, то у больных гипертонией активность САС остается повышенной.
Гиперадренергия приводит к сужению сосудов почек и развитию ишемии в клетках юкстагломерулярного аппарата. Вместе с тем установлено, что увеличение уровня ренина может быть и без предшествующей ишемии клеток юкстагломерулярного аппарата за счет прямой стимуляции адренорецепторов. Синтез репина запускает каскад превращений в РАС.
Очень большую роль в поддержании АД придают влиянию ангиотензина II на надпочечники. Ангиотензин II действует как на мозговой слой (в результате чего увеличивается выделение катехоламинов), так и на корковый, что приводит к повышению продукции альдостерона.
Гиперкатехолемия замыкает своеобразную "гипертоническую" цепь, обусловливая еще большую ишемию юкстагломерулярного аппарата и продукцию ренина. Альдостерон взаимодействует с ренин-ангиотензиновой системой(РАС) по отрицательной обратной связи.
Образующийся ангиотензин II стимулирует синтез альдостерона плазмы крови, и, наоборот, повышенный уровень альдостерона тормозит активность РАС, что нарушается при АГ.
Биологический эффект альдостерона связан с регуляцией транспорта ионов практически на уровне всех клеточных мембран, но прежде всего почек. В них он уменьшает выделение натрия, увеличивая его дистальную реабсорбцию в обмен на калий и обеспечивая задержку натрия в организме.
Вторым важных фактором долгосрочного регулирования АД является объемно-почечный механизм. АД оказывает существенное влияние на скорость мочеотделения и тем самым действует на общий объем жидкости в организме. Поскольку объем крови является одним из компонентов общего объема жидкости в организме, изменение объема крови тесно связано с изменением общего объема жидкости. Повышение артериального давления влечет за собой увеличение мочеотделения и как следствие снижение объема крови.
Напротив, снижение АД приводит к увеличению объема жидкости и АД. Из данной отрицательной обратной связи складывается объемный механизм регуляции АД. Большую роль в поддержании объема жидкости в организме отводят вазопрессину, так называемому антидиуретическому гормону, который синтезируется в задней доле гипофиза. Секреция этого гормона находится под контролем барорецепторов гипоталамуса.
Повышение АД приводит к уменьшению секреции антидиуретического гормона путем воздействия на барорецепторную активность с угнетением гипоталамических рилизинг-нейронов. Секреция антидиуретического гормона увеличивается при повышении осмолярности плазмы крови (механизм краткосрочной регуляции уровня АД) и уменьшении объема циркулирующей крови и наоборот. При гипертонии данный механизм нарушается из-за задержки натрия и воды в организме, что приводит к стойкому повышению уровня АД.
В последние годы все большее значение в поддержании АД придается клеткам эндотелия, которые покрывают всю внутреннюю поверхность артериальной системы. Они реагируют на различные стимулы посредством продукции целого спектра активных веществ, осуществляющих локальную регуляцию сосудистого тонуса и плазменно-тромбоцитного гемостаза.
Сосуды находятся в постоянном активном базальном состоянии релаксации под действием непрерывно выделяемого эндотелием оксида азота (N0). Многие вазоактивные вещества через рецепторы на поверхности эндотелия увеличивают продукцию N0. Кроме того, образование NO стимулируется под влиянием гипоксии, механической деформации эндотелия и напряжения сдвига крови. Роль других вазодилатирующих гормонов изучена меньше.
Помимо расслабляющего действия на сосудистую стенку, эндотелий оказывает и сосудосуживающее влияние, которое связано с отсутствием или предотвращением действия факторов релаксации, а также за счет продукции вазоконстрикторных веществ.
У здорового человека факторы констрикции и дилатации находятся в состоянии подвижного равновесия. У больных гипертонией происходит сдвиг в сторону преобладания констрикторных факторов. Данное явление получило название дисфункции эндотелия.
Наряду с рассмотренными системами регуляции АД огромная роль в этом процессе принадлежит вегетативной нервной системе.
Передаточные вещества (нейротрансмиттерные субстанции) - адреналин, норадреналин, ацетилколин, дофамин - поступают из нервных окончаний в синаптическую щель и, связываясь со специфическими рецепторными молекулами, активируют или угнетают постсинаптическую клетку. Сигналы от них по симпатическим преганглионарным волокнам поступают в мозговое вещество надпочечников, откуда адреналин и норадреналин выделяются в кровь.
Адреналин реализует свое действие через а- и р-адренорецепторы, что сопровождается увеличением ЧСС практически без изменения уровня АД.
Норадреналин служит основным трансмиттером большинства симпатических постганглионарных нервных окончаний. Его действие реализуется через а-адренорецепторы, что приводит к повышению АД без изменения ЧСС.
Симпатические сосудосуживающие нервы в норме обладают постоянной, или тонической, активностью. Органный кровоток быть снижен или увеличен (по сравнению с нормой) в результате изменения импульсации симпатических сосудосуживающих центров.
Влияние парасимпатических сосудосуживающих нервов, выделяющих ацетилхолин, на тонус артериол незначителен. Выделенные из надпочечников и свободно циркулирующие в крови катехоламины влияют на сердечно-сосудистую систему в условиях высокой активности симпатической нервной системы. В целом их влияние аналогично непосредственному действию активирования симпатического отдела вегетативной нервной системы.
При увеличении симпатической активности, приводящему к развитию гипертензивных реакций, отмечается либо возрастание концентрации плазменного норадреналина (адреналина), либо повышение количества рецепторов, типичных для АГ.
Таким образом, поддержание АД является сложным физиологическим механизмом, в осуществлении которого участвуют многие органы и системы. Преобладание прессорных систем поддержания АД с одновременным истощением депрессорных систем приводит к развитиюгипертонии. При обратном соотношении развивается гипотония.