Основными функциями сердечно-сосудистой системы (ССС) являются доставка к тканям необходимых веществ, распределение их и удаление побочных продуктов обмена веществ. Кроме того, ССС также принимает участие в гомеостатических механизмах (регуляция температуры тела, поддержание баланса жидкости, регулирование снабжения клеток кислородом и питательными веществами). ССС состоит из сердца, кровеносных сосудов и капилляров. По уровню кровяного давления ССС делится на область высокого и область низкого давления. К области высокого давления относят левый желудочек сердца, артерии крупного, среднего и малого калибра, артериолы; к области низкого давления – остальные отделы системы (от капилляров – до левого предсердия).
Сердце
Сердце состоит из двух последовательных насосов: один насос проталкивает кровь через легкие для обеспечения обмена кислорода и углекислого газа (легочная циркуляция, или легочный круг кровообращения), а через другой кровь движется ко всем остальным тканям тела (системная циркуляция). Кровь может двигаться через сердце только в одном направлении. Ее одностороннее движение через сердце обеспечивается соответствующим устройством створок клапанов. Хотя сердечный выброс имеет прерывистый характер, на периферию кровь движется непрерывным потоком за счет растяжения аорты и ее ветвей во время сокращения желудочков (систола) и за счет эластической тяги стенок крупных артерий при поступательном проталкивании крови во время релаксации желудочков (диастола).
Кровеносные сосуды
Кровь быстро движется из сердца через аорту и ее артериальные ветви. По мере приближения к периферии эти ветви суживаются, их стенки становятся тоньше. Также меняются и гистологические характеристики тканей стенок сосудов. Аорта является преимущественно эластической структурой, тогда как стенки периферических артерий содержат больше мышечной ткани, а в стенках артериол преобладает мышечный слой. В крупных артериях сопротивление, производимое трением, относительно невелико, и давление в них лишь в незначительной степени ниже, чем в аорте. Малые артерии оказывают движению крови умеренное сопротивление. Максимальное сопротивление кровоток встречает в артериолах, которые называют «кранами» сосудистой системы. Т.О., наибольшее падение давления происходит в окончаниях малых артерий и артериолах. Изменение силы сокращений круговых мышц этих малых сосудов позволяет регулировать приток крови к тканям и помогает контролировать артериальное кровяное давление.
Помимо понижения давления, в артериолах происходит изменение характера движения крови с пульсирующего на равномерный. Пульсация артериального кровотока, вызванная прерывистым выбросом крови из сердца, демпфируется на капиллярном уровне за счет сочетания двух факторов: растяжимости крупных артерий и сопротивления, производимого трением, в малых артериях и артериолах. (У пациентов, страдающих гипертиреозом, повышение уровня основного обмена веществ часто сочетается с расширением артериол. Снижение их сопротивления уменьшает демпфирование пульсации артериального давления, что проявляется в виде пульсации крови в капиллярах, которую можно наблюдать в ногтевых ложах у этих пациентов.)
От каждой артериолы отходит множество капилляров. Общая площадь поперечного сечения капиллярного русла весьма значительна несмотря на то, что площадь поперечного сечения отдельного капилляра меньше площади отдельной артериолы. В результате скорость кровотока в капиллярах значительно снижается подобно тому, как замедляется течение воды на широких участках реки. В капиллярах создаются идеальные условия для обмена веществ между кровью и тканями путем диффузии, так как они имеют стенки толщиной в одну клетку и скорость кровотока в них низкая.
Возвращаясь из капилляров к сердцу, кровь проходит через венулы, затем через вены большего размера. Давление в этих сосудах постоянно уменьшается, пока кровь не достигнет правого предсердия. Ближе к сердцу количество вен уменьшается, меняются толщина и строение их стенок, уменьшается общая площадь поперечного сечения венозного русла, а скорость движения крови увеличивается. Следовательно, скорость кровотока фактически обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосудов на любом участке сосудистой сети.
Большая часть крови, содержащейся в сосудах большого круга кровообращения, находится в венах и венулах (67%), лишь 5% от ее общего объема – в капиллярах и 11% - в аорте, артериях и артериолах. Напротив, кровь, содержащаяся в малом легочном круге кровообращения, почти поровну делится между артериальными, капиллярными и венозными сосудами. Площадь поперечного сечения полых вен больше, чем у аорты, поэтому скорость движения крови в полых венах ниже, чем в аорте.
Сердечный цикл
Кровь, поступающая в правый желудочек из правого предсердия, прокачивается в систему легочных артерий под давлением, равным в среднем 1/7 давления в артериях большого круга кровообращения. Затем она проходит через легочные капилляры, где освобождается от углекислого газа и поглощает кислород. Обогащенная кислородом кровь возвращается через легочные вены в левое предсердие и прокачивается левым желудочком на периферию, завершая цикл. В здоровом организме общий объем крови остается постоянным, и увеличение объема крови в одном участке должно сопровождаться его уменьшением в другом. Распределение циркулирующей крови по различным участкам тела определяется сердечным выбросом левого желудочка и состоянием сократительной способности резистивных сосудов. Система кровообращения состоит из последовательно и параллельно расположенных каналов. Такое расположение оказывает значительное влияние на показатели сопротивления сосудов, давления и движения крови в сосудах.