Регуляція периферичного кровообігу - динаміка серцево-судинної системи
РЕГУЛЮВАННЯ ПЕРИФЕРИЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
Людське тіло складається з більйонів спеціалізованих, різних, згрупованих і організованих для виконання різних функцій клітин. Вони можуть існувати і виконувати ці функції до тих пір, доки довкілля постачає їх необхідною кількістю поживних речовин і забезпечує виведення продуктів метаболізму.
Капіляри пронизують всі тканини тіла, і кров рідко протікає на відстані більше, ніж 0,1 мм від будь-якої клітини. Діаметр капіляра дорівнює приблизно 0,017 мм, але їх загальна довжина сягає майже 100 тис. Км. Таким чином, кров і тканинна рідина стикаються з величезною поверхнею капілярів, через яку і відбувається обмін речовин. Клітини, швидко споживають важливі для них речовини, повинні або розташовуватися поблизу капілярів, або ефективно використовувати низькі концентрації важливих для їхнього життя речовин.
Фізіологічна роль механізмів регуляції діяльності серцево-судинної системи
Наші органи і тканини характеризуються широким спектром різних функцій і рівнів активності. Якби при задоволенні мінливих потреб тканин в кисні і інших речовинах не дотримувалася б певна черговість в доставці цих речовин або були відсутні б координуючі кровотік механізми, то реакції серцево-судинної системи стали б неспроможними (наприклад, при бігу в жаркий день після ситного обіду). З певним спрощенням основні вимоги до механізмів регуляції діяльності серцево-судинної системи можуть бути описані в термінах, що відображають стан порівняно Неложними гідравлічних систем.
Зазвичай така система складається з великого резервуара, розташованого на висоті, достатній для створення гідростатичного напору. Насос в такій системі може працювати з постійним викидом, так як зміни величини витрат рідини можуть бути компенсовані за рахунок резервного обсягу резервуара. Однак подібний тип гідравлічного пристрою не є адекватним для моделювання функцій серцево-судинної системи людини або тварин тому, що в цьому випадку організм повинен був би мати значні кількості крові в резервуарі, розташованому вище голови. Система може стати портативної тільки тоді, коли великий резервуар-сховище замінюється невеликим за обсягом резервуаром з підвищеним тиском. Однак в цьому випадку при підвищенні обсягу випливає з цієї системи рідини потрібна швидка і точна компенсація, т. Е. Адекватне збільшення припливу рідини, що здійснюється за допомогою точного регулювання потужності насоса.
Розглянемо тепер модель кровообігу, що складається з насоса, компресійної камери і декількох отворів для відтоку рідини мінливої величини (рис. 4.1). Шляхом зміни величини ударного об`єму, частоти ударів і сумарного опору викиду можна підтримувати постійний тиск протягом необмеженого часу.
МАЛ. 4.1. Градієнт тиску.
А. Принципи регуляції серцево-судинної системи можуть бути наочно представлені у вигляді простої гідравлічної моделі. У даній системі рівень тиску визначається в першу чергу величиною опору, кількістю витікає крові і потужністю насоса (ударний обсяг X число серцевих скорочень). Щоб зберегти сталість рівня тиску, треба будь-яка зміна опору току негайно компенсувати за допомогою зміни потужності насоса. Рівень тиску, опір току і потужність насоса тісно пов`язані між собою. Жодна з цих величин не може бути змінена без впливу на інші.
Б. В умовах спокою градієнт тиску по ходу артерій і вен буває малий. При значному прискоренні кровотоку градієнт тиску в термінальних артеріях і венах стає більше-при цьому градієнт тиску по ходу малих судин (артеріоли, капіляри, венули) зменшується. Величина змін показана на малюнку.
Якщо частота ударів і опірвикиду встановлені правильно, то тиск в системі і між ударами ніколи не впаде до нуля. Після створення такого рівноваги зміна величини будь-який з цих трьох змінних призведе до зміни тиску в системі.
Для підтримки постійного рівня тиску будь-які зміни одного змінного повинні супроводжуватися змінами інших так, щоб обсяг притекающей в систему рідини завжди дорівнював обсягу витікає. Наприклад, якщо частота ударів, а отже, і величина припливу збільшується, але опір на виході не змінюється, то ударний обсяг повинен зменшуватися до тих пір, поки не встановиться колишній обсяг припливу. Більш широке розкриття одного з отворів на виході також призвело б до зниження тиску в системі, якщо при цьому не підвищувати опір інших каналів на виході або ж не добитися швидкого збільшення продуктивності насоса (шляхом збільшення частоти ударів або ударного обсягу). Підтримування постійного рівня середнього тиску в такій системі можливе лише при існуванні точної відповідності обсягів притекающей і відтікає рідини. Описана схематична модель ілюструє основний принцип, за допомогою якого серцевий викид постійно може змінювати свій рівень, компенсуючи зміни периферичного опору. Середній артеріальний тиск крові коливається як в спокої, так і при навантаженні тільки у відносно вузьких межах. Так як потреба тканин у кровопостачанні відбивається у змінах периферичного опору їх кровоносних судин, відбувається постійна регуляція серцевого викиду відповідно до сумарного кровотоком через всі тканини.
Кількість крові, що протікає через певний кровоносне русло за одиницю часу, визначається двома факторами: 1) градієнтом тиску від артерій до вен;
- опором судинного русла, що залежать від ступеня зміни просвіту дрібних і термінальних розгалужень. Механізми, за допомогою яких системний артеріальний тиск крові утримується у відносно вузьких межах, незважаючи на великі коливання в розподілі і сумарній кількості крові, що протікає через периферичні тканини, розглянуті в главі V. Надалі при описі процесів регуляції судинного тонусу ми будемо виходити з припущення про тому, що величина артеріального тиску є відносно сталою.
Градієнти тиску при великій величині кровотоку. Незважаючи на поступове зменшення діаметра довгих артеріальних стовбурів, падіння тиску в них (в спокої в прохолодному приміщенні) буває виражено слабо (2-4 мм рт. Ст. Між Плечових і променевої артеріями). Однак розширення периферичних судин в кінцівках людини під час реактивної гіперемії може збільшувати кровотік навіть в 10 разів. У цих умовах різниця тиску в плечовій і променевої артеріях піднімається від 5 до 25 мм рт. ст., градієнт тиску в термінальних відгалуженнях артеріальної системи також збільшується. Потреба в підвищенні тиску для просування збільшеного обсягу кровотоку через вени призводить до підвищення тиску в венулах (так як центральний венозний тиск не може бути знижений набагато). Таким чином, пої високих величинах кровотоку в певному сегменті судинного русла градієнти артеріального і венозного тиску стають більш вираженими, а перепад тисків в артеріолах і капілярах - набагато меншим, ніж в умовах спокою. В таких умовах поглинання енергії тиску крові по ходу кровотоку здійснюється в більшій мірі за рахунок опору кровотоку у великих артеріальних і венозних судинах.
Різні ланки судинної системи
Основна частина «початкового» тиску крові в аорті витрачається у вргмя протікання крові через термінальні артерії, артеріоли і капіляри. Розподіл кровотоку в різних тканинах регулюється змінами калібру судин. 
МАЛ. 4.2. СТРУКТУРНІ КОМПОНЕНТИ СУДИННИХ стінок.
Еластична і фіброзна тканини найбільш представлені в стінці аорти і найменш в малих відгалуженнях артеріального дерева. У менших сусідів гладком`язової компонент t. media Вира
дружин сильніше. Капіляри є тільки ендотеліальні трубки. Стінки вен дуже схожі на стінки артерій, але бувають тонше, ніж у артерій такого ж калібру.
Ступінь зміни діаметра судин при такому типі регуляції наростає і набуває все більшого значення у напрямку до периферичних відгалуженням артеріального русла.
Функціональні характеристики судин відображаються в їх структурі. Дуга аорти, наприклад, працює як безрозмірний резервуар, який розширюється, щоб вмістити першу порцію крові, швидко викидаються лівим шлуночком. Цей сегмент артеріального русла відновлює свої розміри протягом решти систоли і всієї діастоли, допомагаючи перетворенню надходить в неї пульсуючого кровотоку в флуктуірует, але безперервний кровотік протягом серцевого циклу. Ця функція забезпечується наявністю великої кількості еластичної тканини в t. media (близько 40% загальної ваги). Діаметр аорти дорівнює приблизно 2 см, товщина її стінки приблизно 2 мм-стінка складається з ендотелію, еластичною тканини, гладких м`язів і фіброзної тканини (рис. 4.2). Діаметр артеріальних гілок зменшується швидше, ніж товщина їх стінок. Гладком`язових частина артеріальної стінки стає у напрямку до артеріолах більш вираженою за рахунок еластичної і фіброзної тканин: артеріоли оточені товстими гладком`язовими манжетками, так що товщина їх стінок може наблизитися до їх внутрішньому діаметру. Стінка капілярів майже повністю утворена одними ендотеліальними клітинами, які кінцями прикріплені до тонкої сполучнотканинної опорі. У венулах з`являється фіброзна тканина і гладеньких еластичні елементи стають більш вираженими в міру того, як вени, зливаючись, досягають більшого калібру.
Калібр артерій м`язового типу, артеріол і вен змінюється внаслідок зміни стану їх скорочувальних елементів. Скорочуються в t. media гладкі м`язи не тільки зменшують внутрішній діаметр, але спотворюють і співвідношення окремих компонентів стінки. Стінка розширеної артеріоли, наприклад, характеризується дуже тонкими шарами ендотелію, внутрішньої еластичної мембрани, гладком`язових клітин і адвентиции.
МАЛ. 4.3.
Перехід термінальній артерії від розширеного в спали стан внаслідок скорочення гладком`язових клітин судинної стінки помітно зменшує внутрішній діаметр просвіту. Скорочення і деформація гладком`язових клітин
приведуть до появи складок і сморщиванию всіх інших компонентів судинних стінок. Деталі наведені на рис. 4.4. (Мікрофотографії люб`язно представлені Pat Phelps і John Luft.)
В скороченому стані в такий артерії, навпаки, видно скупчення і стовпчики ядер ендотелію (рис. 4, 3, А), виражене сморщивание внутрішньої еластичної мембрани і помітно потовщені і округлені гладеньких м`язів. Шляхом внесення суттєвих змін до внутрішнього діаметра цих судин досягається регуляція кількості витікає з них крові в термінальні гілки артеріальної системи і капілярну мережу. У той же час під час проходження крові через такий звужений судина (див. Рис. 4.3, Б) тиск її падає набагато більше і рівень тиску і кровотоку в капілярної мережі за цією ділянкою судинної системи можуть бути в значній мірі знижені. Незважаючи на падіння тиску в термінальних артеріях, тонкостінні артерії, капіляри і вени здатні витримувати дуже високий внутрішній тиск, що пояснюється їх надзвичайно малим калібром. Напруга стінки в одношарових капілярних ендотеліальних трубках є вкрай малим зважаючи на їх дуже малих розмірів. Burton [2] досліджував напруга, випробувані різними компонентами судинної стінки. Міцність еластичної тканини аорти на розрив настільки велика, що вона може виносити тиск, що перевищує нормальний тиск в аорті в три рази, що говорить про високий рівень надійності. 
PІC. 4.4. ЗМІНИ СТРУКТУРИ СУДИННИХ стінок ПІД ЧАС СКОРОЧЕННЯ.
Зліва: стінка малої артерії (зовнішній діаметр близько 1 мм) при розширеному стані судини є дуже тонкою (верхній малюнок) і компоненти стінки витягнуті по колу. При скороченні гладких м`язів артерії стінка потовщується і її компоненти стають округлими і деформованими. Такі судини не спадаються навіть при максимальному скороченні м`язів. Справа: термінальні гілочки можуть закриватися ендотеліальними клітинами, які прийняли округлу форму і функціонуючими як еластична пробка (по: Ruch, Patton. Physiology and Biophysics. 19th Ed. - Philadelphia- W. B. Saunders Co., 1965).
Сила, яка буде потрібно для пошкодження колагеном тканини в аорті, настільки велика, що в більшості експериментів затискачі зісковзують з тканини до того, як вона пошкоджується Калібр судин встановлюється шляхом вимірювання напруги гладких м`язів, яка може протягом длітёльного часу підтримувати напругу, споживаючи дуже мало енергії .
Механізм звуження судин. При скороченні гладких м`язів в стінках артерій просвіт останніх може зменшуватися, але не закриватися повністю. Зменшення калібру таких артерій викликає різку деформацію гладких м`язів, внутрішньої еластичної мембрани і ендотеліальних клітин. Сили, що вимагаються для повного закриття просвіту судини, можуть бути модельовані шляхом накладення міцної лігатури або мотузки на шматок гумової трубки і затягуванням лігатури з метою закриття просвіту трубки. Найменші термінальні артерії, артеріоли і прекапілярні сфінктери можуть повністю стискатися шляхом скорочення гладком`язових шарів стінки. При переході від нормального розширеного стану до максимально звуженому відбуваються помітні зміни в стані компонентів стінки дрібних артерій і артеріол. Van Citter і співр. [3] досліджували серійні гістологічні зрізи мезентеріальних артерій (із зовнішнім діаметром близько 1 мм) до і після місцевого нанесення краплі адреналіну, що викликало місцеве скорочення судин. Шляхом швидкого заморожування були збережені нормальні співвідношення окремих елементів. В нормальному, розширеному стані товщина стінки судини становила лише 1/30 від його радіуса (рис. 4.4). У зрізах, узятих із зони найбільшого скорочення судин, просвіт останніх виявився зменшеним до 25% від зовнішнього діаметра з співвідношенням товщини стінки до просвіту, рівним близько 1: 2. Ендотеліальні клітини виявилися закругленими і розташованими на складках сильно зморщеною внутрішньої еластичної мембрани. Гладеньких м`язів були помітно деформовані і їх ядра стали круглими. Пізніше про аналогічні зміни повідомив Hayes [4]. Stromberg [5] досліджував можливість використання вимірювань різних компонентів стінок скорочених маленьких артерії і артеріол як об`єктивних критеріїв ступеня скорочення судин.
У наведених вище дослідженнях повної оклюзії просвіту дрібних артерій не виявлено. Термінальні розгалуження або артеріоли, навпаки, можуть повністю закриватися внаслідок скорочення гладких м`язів і деформації закруглених ендотеліальних клітин [6], які служать в якості еластичної пробки, як видно на трьох знімках, наведених на рис. 4.4 (праворуч).
Гладкі м`язи судин
Гладеньких м`язів в стінках кровоносних судин розташовані спірально з переважанням кругової орієнтації, особливо в артеріолах. На противагу загальноприйнятій думці гладеньких м`язів не бувають веретеноподібними, якими їх зазвичай зображають, а мають досить невизначені контури по довгій осі [7, 8]. Хоча довгі осі окремих клітин зазвичай в більшій чи меншій мірі орієнтовані по спіралі, їх кінці рідко приходять в контакт з сусідніми клітинами або вдавлюються в них. Протоплазматическая безперервність, про наявність якої передбачали на основі досліджень, виконаних за допомогою світлової мікроскопії, не знайшла підтвердження в більш пізніх дослідженнях, де користувалися електронною мікрографію. Описано багато різновидів зв`язку між гладком`язовими клітинами - містки, впровадження, проміжні сполуки та ін., - Але їх характер, по всій видимості, сильно залежить від методу приготування препарату. Окремі клітини гладеньких м`язів оточені пучками колагенових ниток, які, однак, не пов`язані своїми кінцями з клітинами. Скорочення гладких клітин призводить до вираженої деформації та вкорочення їх відносно довгою осі. Однак до сих пір немає повної ясності в тому, чи є між гладком`язовими клітинами механічні зв`язку для передачі напруги від однієї клітини на іншу або для стиснення їх по колу.
Скорочувальний механізм в гладкою м`язі, безсумнівно, схожий на
такої в поперечно м`язі (див. рис. 3.5,3.6), так як в них містяться основні скорочувальні речовини - актин, міозин і Тропінін. У той же час в гладких м`язах практично відсутні високоорганізовані і відновлюються структури, характерні для поперечно м`язи. Відсутня смугастість, і тільки з великими труднощами можна виявити міофіламенти, багато з яких лежать приблизно паралельно довгою осі гладком`язових клітин. Діаметр миофиламентов дорівнює приблизно 3-5 нм, т. Е. Вони мають приблизно ті ж розміри, що філаменти актину в поперечно м`язі. Довжина цих тонких Актинові філаментів на мікрофотографіях буває небольшой- це змушує думати, що вони є або дуже невеликими по довжині або скорченими. Тонкі міофіламенти часто розташовані парами. Наявність товстих миофиламентов або їх частин виявляється не завжди, не дивлячись на те, що при аналізі клітинних фрагментів, як правило, виявляється міозин. З гомогенатов гладких м`язів можна синтезувати філаменти як актину, так і міозину. Точна локалізація і функціональні зв`язку міозину з Актинові філаменти в гладком`язової клітці остаточно не з`ясовані. Міозин може бути присутнім в неорганізованої формі і залишатися невидимим. Якщо це дійсно так, то за допомогою мікроскопа буде важко виявити механізми взаємодії між актином і міозином, що призводять до вкорочення і розвитку напруги.
Характер процесів скорочення в гладкою м`язі може бути розгаданий при порівнянні миофиламентов в розслабленій і скороченою м`язі. Підрахунок филаментов в поперечному перерізі м`язових волокон показав, що їх діаметр залишається незмінним, а число схильне збільшуватися. У скорочених м`язових клітинах пучки миофиламентов розташовані більш паралельно і правильно. Сили, що впливають на поверхню клітини, викликають нерівність і зростаючу деформацію останньої. Спостерігається тенденція до сходження миофиламентов до кінців клітини, а також їх сходження і впровадження в «темні тільця» на плазматичній мембрані і тому деякі дослідники розглядають їх як свого роду сітку або скелет, пов`язаний з скорочувальними білками. Ближче до кінців клітин спостерігається збільшення числа миофиламентов, так що при сильному скороченні відбувається вкорочення довгої осі і зміна форми клітини від подовженого неправильного циліндра до більш сферичної конфігурації. Ядра клітин стають коротшими і на них з`являються щербини, а позаклітинні структури, в тому чисел колагенові, збираються в складки і деформуються. Це свідчить про те, що приріст тиску всередині клітини виникає від скорочення миофиламентов, а сполучнотканинні елементи судинної стінки в цьому участі не беруть або надають тільки невелике додаткове вплив. Саркотубулярной система, сильно розвинена в міокарді, в гладкою м`язі представлена бідно (див. Рис. 3.7).
Швидкість скорочення гладких м`язів у порівнянні з поперечно-смугастої м`язом вкрай мала, що пояснюється зниженим вмістом лимитирующей процес активності АТФ актомиозина, що обумовлює уповільнене звільнення хімічної енергії [9]. Для активації гладких м`язів потрібно набагато менша кількість активує кальцію, що вказує на пряму залежність фізичних змін скорочувальної системи від ферментативної активності, спрямованої на звільнення енергії з АТФ. Кальцій, ймовірно, і в гладкою м`язі з`єднується з тропоніном так само, як в поперечно м`язі. Запуск скорочення гладких м`язів кальцієм-активатором пов`язаний з перерозподілом концентрацій кальцію всередині клітини. Підвищення концентрації кальцію-активатора відбувається за рахунок кальцію, що міститься в саркоплазматическом ретикулуме, мітохондріях, плазматичній мембрані, не виключено і надходження його з поверхневих везикул або позаклітинних джерел. Активація відбувається або в результаті підвищення швидкості акумуляції, або за рахунок зниження швидкості виділення або депонування кальцію [9]. Початковий швидкий компонент відповідної реакції викликається кальцієм, які звільняються, цілком ймовірно, з внутрішньоклітинних джерел, а при більшій тривалості скорочення буде потрібно вхід кальцію з позаклітинних джерел. Регуляція кровотоку в судинних сплетеннях залежить від великої кількості різних механізмів, що реалізуються через зміни в дії кальцію-активатора. Так, наприклад, норадреналін може викликати сильне скорочення без змін в концентрації внутрішньоклітинного кальцію. Це показує, що норадреналін діє, використовуючи тільки внутрішньоклітинні резерви. Такого типу активація викликається також адреналіном, ангиотензином і вазопресином без супутніх біоелектричних явищ (т. Е. Без потенціалів дії) і являє собою механізм гормональної регуляції просвіту судин.
Що супроводжується спонтанними потенціалами дії скорочення гладких м`язів можна розглядати на прикладі вивчення ворітної вени. У цьому випадку зміна рівня мембранного потенціалу викликають надходження кальцію-активатора до скоротливі білок. Регуляція просвіту периферичних судинних сплетінь симпатичної нервової системою здійснюється аналогічним способом - імпульси, що передаються по симпатичних нервах, викликають потенціали дії на мембрані гладком`язових клітин. Нерви, що постачають більшість гладких м`язів судин, розташовані за межами t. media. Є багато спостережень, які показують, що нервові закінчення майже ніколи не розташовуються ближче, ніж на 80 нм від гладких клітин. Аксони ж розташовані пучками в безпосередній близькості від м`язових клітин. Це свідчить про те, що їх активація реалізується через дифузію звільняються ними медіаторів на значні відстані. Цим можна почасти пояснити повільний розвиток скорочувального напруги в гладких м`язах. В артеріолах виявлено велику кількість нервово-м`язових контактів, розташованих близько один до одного (на відстані 80-120 нм), що узгоджується з поданням про їх ключовій позиції в регуляції периферичного опору.
Нервові волокна і м`язові клітини судин розташовані на мінімальній відстані один від одного. Багато дослідників вважають, що звільняються з симпатичних нервових закінчень медіатори можуть проникнути на відстань від 300 до 1000 нм. Так як ці нервові закінчення, мабуть, не проникають в t. media, медіатор повинен дифундувати через весь м`язовий шар (500 нм у великих артеріях), щоб дійти до гладком`язових клітин, розташованих на кордоні з t. intima.
Механічні властивості
гладких м`язів судин
Скоротливі властивості гладких м`язів судин можна досліджувати безпосередньо під мікроскопом в ізольованих (за допомогою зондів) сегментах малих судин мікроціркуляціонного русла кишечника або крила кажана. У дослідах Wiederhielm [10] за допомогою телевізійного мікроскопа велася безперервна запис мінливих розмірів судин.
МАЛ. 4.5.
Пряме вимірювання діаметра і розтягування в окремих артеріол ах під мікроскопом, яке демонструє величину стимуляції вазомоторного нерва і ефект місцевої дії норадреналіну
Для реєстрації коливань тиску була використана сервомікропіпетка. Обидва кінця артеріоли при цьому закривалися за допомогою скляних зондів. Стимуляція прилеглих нервів призвела до дискретного скорочення сегмента артеріоли (рис. 4.5, А). У відповідь на одиночне роздратування нерва було швидке скорочення сегмента артеріоли, яке (по: Wiederhielm, Curt A. Physiological characteristics of small vessels. - In: The Microcirculatioa eds, WL Winters, AN Brest. - 1969. Dap. Charles. R. Thomas , Publisher, Springfield, Illinois).
досягло максимуму через 10 с, і розслаблення, яке займало близько 60 з [11]. Таке ж час займало скорочення, що виникло після місцевої аплікації краплі норадреналіну. Останнє спостереження узгоджується із загальноприйнятою думкою про розподіл закінчень симпатичних нервів на поверхні судин, внаслідок чого медіатори (як було показано вище) повинні дифундувати на значну відстань. Максимальне скорочення гладких м`язів судин підвищувало тиск в посудині до 25- 60 мм рт. ст. При повторній аплікації норадреналіну можна спостерігати певну форму стомлення - у вигляді помітного зменшення прессорного відповіді на наступні аплікації, так що після 5-6 аплікацій скоротливий відповідь може взагалі бути відсутнім. Якщо градуально знижувати тиск в скороченому посудині, то на певному рівні тиску з`являється раптове зменшення розмірів судини, що узгоджується з висунутої Burton концепцією про «критичному рівні тиску спадання судини».
Критичний рівень тиску спадання судини. Відповідно до закону Лапласа активне напруга, що розвивається гладкою м`язом в стінці циліндричної трубки, може призвести до суттєвого порушення стабільності останньої. Припустимо, чтостепень скорочення гладких м`язів в стінці судини (напруга стінки якого розраховане в точній відповідності з тиском всередині судини, Р = Т / г) підвищується. Внаслідок цього кілька зменшується радіус судини і напруга, необхідне для підтримування тиску крові, стає менше, що в свою чергу призводить до подальшого зменшення радіусу. В результаті просвіт судини буде прогресивно зменшуватися до повної оклюзії останнього. Таким чином, при переважанні гладеньком`язового шару стінки, що спостерігається в артеріолах, в області прекапілярнихсфінктерів і артеріовенозних шунт, судини будуть прагнути або до повного розкриття, або до повного закриття. Burton [2] запропонував концепцію про критичний тиску спадання судини, при досягненні якого просвіт цих маленьких судин закривається, тому що напруга стінки підтримувалося переважно гладкими м`язами. Відповідно до цієї концепції ті відрізки термінальних судинних сплетінь, опір яких може бути врегульовано, повинні перебувати або в широко розкритому, або в закритому стані. Дані мікроскопічного дослідження в повному обсязі підтверджують цю пропозицію, тому що спостерігаються і перехідні варіанти величини просвіту кровоносних судин і сфінктерів. Але регуляція розподілу капілярного кровотоку, безсумнівно, відбувається за допомогою зміни кодового малюнка закритих сфінктерів в судинах.
Однак згадана концепція про існування критичного рівня тиску закриття судини не враховує впливу товщини стінок посудини. У судинах з товстими по відношенню до радіусу стінками Р = Тб / г (Р - тиск, Т - напруга стінки, 6 товщина стінки, г - радіус трубки). У міру скорочення судини стінки його стають товстішими. Під час прогресивного зменшення просвіту в стінках з`являються внутрішні напруження і розвивається вкрай велике напруження, необхідну для повного спадання судини.
Функціональна анатомія капілярних сплетінь. Zweifach [12] описав два різних типи капілярів: артеріовенозні (A-В) і «справжні». A-В капіляри є «прохідними» каналами, майже прямолінійно з`єднують артеріоли і венули. Кровотік в цих капілярах, як правило, є безперервним, але обсяг його змінюється за допомогою зміни просвіту м`язових артеріол і A-В капілярів. Останні забезпечені гладкомишечним шаром, добре розвиненим в артеріальному і слабше в венозному кінці капіляра (рис. 4.6, А). Від A-В капілярів відгалужуються «справжні» капіляри, які, переплітаючись, утворюють заплутану мережу, розташовану між суміжними прохідними капілярами. «Справжні» капіляри позбавлені гладеньком`язового шару, за винятком м`язових манжеток на місці відходження їх
МАЛ. 4.6. Сосудодвігательний ФУНКЦИЯ капілярної мережі.
А. Капілярні мережі принаймні в деяких тканинах складаються з артеріовенозних капілярів ( «прохідні канали») і «справжніх» капілярів. Кровотік по окремих частинах капілярного русла залежить від скорочення і розслаблення гладких м`язів артеріол, артеріовенозних капілярів і прекапілярнихсфінктерів. Зміни просвіту судин в цих ділянках призводять до змін кількості крові і перерозподілу її по різним істинним капілярах (сосудодвігательнаі функція).
Б. Наведений графік складений на основі даних, отриманих при дослідженні градієнта тиску від артеріол до венул в артерповенозіом капілярі за допомогою микропипетки, введеної в бічні гілочки. Артеріоли і прекапілярні сфінктери активно змінюють свій просвіт і можуть в значній мірі регулювати перфузійного тиску крові, що притікає до капілярної мережі. Середні тиску в капілярі розподілялися в межах 18-46 мм рт. ст. {По Zweifach [12]).
від A-В капілярів. Капіляри, що виходять з цього судинного сплетення, знову приєднуються до А-В капілярах поблизу їх венозного кінця, але близько цих з`єднань гладеньких сфінктери відсутні. Якби все прекапілярні сфінктери такий капілярної мережі закривалися одночасно, то кров не попадала б в «справжні» капіляри. Однак в будь-якому випадку одні прекапілярні сфінктери бувають закриті, а інші відкриті. Деякі з них закриваються, а інші відкриваються з інтервалами Р / г-3 хв. Спостерігаються також асинхронні коливання величини просвіту A-В капілярів.
Градієнт тиску в артеріовенозних капілярах
Тиск в крихітних термінальних артеріолах і капілярах можна виміряти безпосередньо шляхом введення в них під контролем мікроскопа мікропіпеток і вирівнювання за допомогою сервоконтролем зі зворотним зв`язком внутрішньосудинне тиск і тиск на зовнішньому кінці піпетки. Цей метод, вироблений Wiederhielm [10], володіє достатньою чутливістю для того, щоб демонструвати проникнення артеріального пульсу в термінальні капіляри сплетінь кровоносних судин, особливо при розширенні судин. Zweifach [12] використовував подібну методику для безпосереднього вимірювання тиску по ходу A-В капілярів в кишечнику кішки, вводячи микропипетки в відгалуження, щоб не перешкоджати кровотоку в прохідних капілярах (рис. 4.6, Б). У випадку, наведеному на рис. 4.6, тиск по ходу A-В капіляра знижувалося поступово від 45 до 25 см вод. ст. (В збиральної венулами). Такий градієнт характерний для розширеного капіляра. Градієнт тиску, виміряного по обидва боки прекапілярного сфінктера, в разі його розслаблення може виявитися дуже невеликим, а в разі скорочення м`язової манжетки - різко вираженим. Було показано, наприклад, що тиск може протягом декількох мікрометрів знижуватися на цілих 10-13 мм рт. ст. (Рис. Б). Середнє капілярний тиск, розраховане як середнє між вимірами артеріального і венозного тиску в 93 судинах, дорівнювало 33,7 ± 6,7 мм рт. ст., як видно з розподілу частот на рис. 4.6, В.
Зміна характеру кровотоку в капілярної мережі
Розширення і звуження A-В капілярів і різних комбінацій відкритих прекапілярнихсфінктерів постійно змінюють характер кровотоку в капілярної мережі. В окремому сегменті капілярного русла кров в одному капілярі може протягом певного часу текти швидко, потім зупинитися або навіть текти в зворотному напрямку в залежності від того, які сфінктери відкриваються. Фазові зміни просвіту артеріол, A-В капілярів і прекапілярнихсфінктерів були названі «вазомоціей» (див. Рис.
- А). Величина кровотоку через окремий капіляр залежить від градієнта тиску в капілярі. Кровотік буває швидким, якщо капілярний тиск в артеріальному кінці A-В капіляра високе в порівнянні з тиском у венули. Зі зниженням кровотоку тиск по ходу капіляра наближається до величини тиску в венулах.
Функціональне значення вазомоціі стало об`єктом інтенсивного дослідження. Цей аспект регуляції просвіту судин має, безсумнівно, важливе значення для їх нормальної функції. Так, наприклад, фазова вазомоторная активність виражається в періодичних змінах обсягу пальця і коливаннях артеріального тиску крові. 
МАЛ. 4.7. ВАРІАЦІЇ СТРУКТУРИ капілярів.
Схематичні діаграми електронних мікрофотографій показують, наскільки різним може бути будова капілярів в різних тканинах.
А. Капіляри шкіри складаються, очевидно, з ендотеліальних клітин, що примикають своїми кінцями один до одного без видимого просвіту між ними. Такі капіляри можуть бути оточені перицитами.
Б. В серці капіляри також утворюються з безперервного шару ендотеліальних клітин. Характерним для ендотеліальних клітин капілярів є утримання великої кількості бульбашок, які, на думку деяких дослідників, беруть участь в активному транспорті речовин
Наявність вазомоціі дає можливість регулювати капілярний кровообіг відповідно до потреб тканин більш точно, ніж це було б можливо при регуляції тільки просвіту артеріол. У той же час через капілярну мембрану (Bennett et al. [14]).
В. Синусоїди печінки - це переривчасті мембрани з широкими проходами між клітинами, через які можуть вільно проникнути клітинні елементи.
Г. В капілярах внутрішніх органів можна побачити дуже тонкий шар ендотеліальних клітин, який може виявитися не суцільним бар`єром між просвітом капіляра і периваскулярні простором (по Bennet et al. [14]).
Д. Ниркові тільце є складною структурою, що складається з ендотеліальних клітин, базальної мембрани і епітеліальних клітин, через яку проводиться фільтрація (за Yamada [13]).
ця обставина ускладнює дослідження тиску крові в капілярах, тому що рівні і градієнти тиску постійно змінюються. Можна, однак, висловити певні узагальнення. Якщо тиск в венулах залишається постійним, вазомоція буде впливати тільки на градієнти тиску на участкс від артеріол до венул. Якщо артеріоли, A-В капіляри і прекапілярні сфінктери знаходяться в розширеному стані, то виникають значні градієнти тиску в капілярах і швидкість течії крові зростає. Якщо просвіт цих каналів внаслідок скорочення гладких м`язів зменшується, то на шляху крові до капілярів на подолання тертя витрачається більше потенційної енергії, тиск в артеріальному кінці капіляра знижується, градієнти тиску зменшуються (або сходять нанівець) і кровотік сповільнюється (або зупиняється). Загальний обсяг кровотоку через тканину збільшується внаслідок подовження періодів розширення судин і укорочення періодів звуження їх. Передбачається, що в тканинах з широким діапазоном рівнів активності капіляри організовані так, як показано на рис. 4.6, А. Вазомоція як характерний спосіб регуляції периферичних судин спостерігається в цілому ряді тканин, включаючи брижі щури, крило кажана, підшкірну сполучну тканину і ін.
Особливості структури капілярів різних органів і тканин.
Відео: Біорезонансна терапія. Що таке гомеостаз? Частина 2
Функціональні вимоги до капілярів і умови їх розвитку в різних тканинах бувають різними. Скорочуються скелетні м`язи пред`являють в порівнянні з сполучною тканиною або залозами зовсім інші вимоги до кровотоку в капілярної мережі (див. Рис. 4.11). У зв`язку з цим існують відмінності і структурних особливостей капілярів. Капіляри скелетних м`язів, міокарда і шкіри складаються з ендотеліальних клітин, міцно з`єднаних між собою, так що між ними не виявляється пір або отворів (рис. 4,7, А, Б). Капіляр оточений перікапіллярним клітинами, але ця оболонка представляється переривчастої і в фіксованих препаратах як при світловий, так і при електронній мікроскопії периваскулярні проміжки зазвичай не спостерігаються. У деяких тканинах, наприклад в синусоїда печінки (рис. 4.7, В) і капілярах кишечника (рис. 4.7, Г) були виявлені отвори між відростками ендотеліальних клітин. Особливо складними є капіляри ниркового клубочка, як видно на малюнку, представленому Yamada [13]. Bennett, Luft і Hempton пропонують досить складну класифікацію різного типу капілярів, обгрунтовану на властивостях базальної мембрани, наявності або відсутності пір або перфорацій і особливості перікапіллярним середовища.
Тип:
А - має цільну, безперервну базальну мембрану.
Б - не має цілісної, безперервної базальної мембрани.
- - Без отворів або пір.
- - З інтрацелюлярна отвер;
стіямі або перфорацією.
- - З інтрацелюлярна від;
отворами або перфорацією.
а - без суцільного прекапілярного шару клітин між паренхіматозними клітинами і капілярів.
| 3 - із суцільним перікапіллярним шаром клітин між паренхіматозними клітинами і капілярів.
Majno [15] представив вичерпний опис ультраструктури капілярів, включаючи класифікацію, яка відображатиме ступінь безперервності головного бар`єру фільтрації: ендотеліального шару (рис. 4.8). Він виділяє три типи ендотеліального шару безперервний, фенестрірованного і переривчастий. Клітини ендотелію можуть при кожному типі бути або високими, або низькими (тонкими). 
МАЛ. 4.8. ФУНКЦІОНАЛЬНА КЛАСИФІКАЦІЯ капілярів.
Капіляри різних тканин мають досить різну архітектуру, яка може бути охарактеризована за ступенем і типом отворів в шарі ендотеліальних клітин і висотою або товщиною ендотеліальних клітин (по Majno [15]).
Тонкий безперервний шар ендотелію (рис. 4.8), а) спостерігається в капілярах поперечносмугастих м`язів, міокарда, центральної нервової системи, гладких м`язів органів травлення і розмноження і в підшкірній і жировій тканинах.
Ендотеліальні клітини посткапілярних венул лімфатичних вузлів і вилочкової залози високі (рис. 4.8,6). Ендотеліальні клітини з інтрацеллюлярной Фенестрація можна знайти в ендокринних залозах, в сплетеннях судинної оболонки ока, циліарного тілі і ворсинках кишечника (рис. 4,8, в). У ниркових клубочках отвори здаються зяючими (рис. 4.8, г). Синусоїди печінки, кісткового мозку і селезінки мають широкі просвіти між клітинами (рис. 4.8, д, е). Очевидно, бар`єр з ендотеліальних клітин, що має настільки важливе значення для кровотоку, фільтрації і дифузії, повинен значно відрізнятися в капілярах, що мають такі відмінності в структурі, як на прикладах, наведених на рис. 4.7 і 4.8, Таким чином, відмінності в функції різних тканин і органів визначають відмінності кровотоку, обсягів фільтрації і дифузії і поглинання кисню.
Кровообіг в організмі. Кров проходить через великий і малий коло кровообігу тіла внаслідок роботи серця як насоса. Обсяг кровотоку становить у людини в умовах спокою в середньому 5000 мл / хв. (Серцевий викид на рис. 4.9.)
МАЛ. 4.9.
У тілі відбувається одночасно ток різних рідин. Величина кровотоку в судинній системі представлена серцевим викидом, що дорівнює приблизно 5 л / хв. Обмін речовин, який наразі триває шляхом дифузії між кров`ю в капілярах і тканинної рідиною, є різним для різних речовин, але дифузний
обмін води і маленьких молекул в 1 хв перевищує величину кровотоку. Величина капілярної фільтрації дорівнює лише 14 мл / хв, з яких близько 11 мл / хв всмоктується назад, решта повертається в кров лімфою зі швидкістю близько 3 мл / хв.
Постачання клітин організму киснем і поживними речовинами визначається не тільки величиною кровообігу. Обсяг фільтрації через стінки капілярів становить приблизно 14 см3 / хв, з якого близько 11 см3 / хв відповідно до гіпотезою Starling (див. Главу I) всмоктується назад в кров в венозних відділах капілярів. Рідина, що не всмокталася в кров в капілярах, транспортується лімфатичних судинах і вливається в системні вени поблизу від серця. Процес дифузії є для постачання тканин більш важливим, ніж об`ємний процес фільтрації (див. Рис. 4.9). Так, наприклад, обмін води при дифузії в тому і іншому напрямку через мембрану капілярів насправді перевищує величину серцевого викиду. Він становить більше 5000 мл / хв (але наскільки більше, поки з упевненістю сказати не можна). Аналогічним способом відбувається швидкий перехід великих кількостей електролітів, невеликих органічних молекул і газів через ендотеліальні бар`єри на дуже малі відстані і обмін між клітинами тканини (див. Рис. 1.1, Г, Д).
У тканинах, де зміни інтенсивності обміну речовин схильні до великих коливань, капіляри розташовані в безпосередній близькості від кожної клітини цієї тканини. Так, наприклад, повідомлялося, що кількість капілярів в скелетної м`язі залежить від окисної активності окремих волокон [16] і що тільки невелика частка наявних капілярів функціонує в стані спокою м`язи [17].
МАЛ. 4.10. Градієнт концентрації поблизу капілярів.
А. Кожен капіляр постачає киснем (шляхом дифузії відповідно до концентраційним градієнтом) околокапіллярное простір приблизно циліндричної форми. На малюнку зображена концентрація кисню поблизу двох паралельних капілярів в трьох вимірах, щоб демонструвати прогресивне падіння тиску кисню але напрямку течії крові артеріол до венул і у напрямку до периферії циліндричних зон (по Thews [18]).
Б. Концентрація кисню поблизу капіляр в умовах прогресуючої гіпоксії (див. Текс (по Thews [18]).
Дифузія кисню в тканинах. Кожен капіляр обслуговує ділянку тканини, що безпосередньо прилягає до нього. Найбільша концентрація кисню та інших поживних речовин є в артеріальної крові і вони пересуваються по градиентам концентрації. Сусідні паралельні капіляри (наприклад, в поперечно м`язі) постачають циліндричний ділянку тканини, що оточує кожен з них (рис. 4.10, А). У міру виходу кисню з капілярів напруга газів в капілярної крові, яка пересувається в напрямку венул, зменшується, зменшуючи і різниця напруги цього газу між кров`ю і тканинами. Найменша напруга кисню в межах окремого циліндра спостерігається в периферичному кінці циліндра поблизу венули. Цю зону іноді називають «смертельним кутом». На рельєфі, зображеному під двома сусідніми циліндрами (наприклад, в мозку), на рис. 4.10, А показані величини напруги кисню в капілярах і тканинах відповідно. Парціальний тиск кисню в напрямку від артеріального до венозного кінця циліндра і від центру до периферії падает- в області «смертельного кута» воно дорівнює лише 17 мм рт. ст. або навіть трохи нижче [18]. У тканини працюючих м`язів і в міокарді мінімальна напруга кисню практично наближається до нуля. У венозної крові напруга кисню вкрай низька. Наслідки зменшення кількості кисню в крові відображені на рис. 4.10, Б. Можна виділити ще три рівня напруги кисню, розташованих нижче нормального рівня. Рівнем реакції вважається зниження напруги кисню в венозної крові до 25-28 мм. рт. ст., що призводить до розширення судин, а «смертельний рівень» відповідає напрузі кисню 11мм рт. ст., так як при цьому напруга кисню в тканинах падає до нуля (див. рис. 4.10, Б).
Таким чином, характерною рисою тканин, що відрізняються інтенсивним обміном речовин (мозок, м`язи, нирки і т. Д.), Є густі капілярні мережі з великою швидкістю кровотоку в них. Цей механізм, створюючи різкі дифузійні градієнти, забезпечує високу концентрацію кисню поблизу стінок капіляра. Клітини з більш низьким рівнем окислювальних процесів розташовані на великій відстані від капілярів і уповільнення кровотоку відбивається на них в меншій мірі (рис. 4.11). Виділення продуктів обміну речовин відбувається в зворотному напрямку і підтримується дифузійними градієнтами з максимальною концентрацією в місці вироблення їх в клітинах.
Таким чином, постачання тканин різними речовинами відбувається в два етапи: транспорт кров`ю в капілярне русло і місцевий розподіл шляхом дифузії. Рентабельність кровообігу визначається тим, наскільки успішно воно справляється зі створенням адекватних градієнтів дифузії в тканинах.
Якщо, наприклад, активність обміну речовин в скелетної м`язі раптово зростає без відповідного зміни кровотоку, то концентрація кисню в клітинах і навколо клітин падає, а дифузний градієнт, швидкість дифузії і артеріовенозна різниця в змісті кисню збільшуються (див. Рис. 4.11, Б). З іншого боку, якщо збільшення споживання кисню повністю компенсується збільшенням кровотоку, то поглинання кисню збільшується без зміни артериовенозной різниці у змісті кисню і спостерігається тільки невелике зниження напруги кисню в тканинах. Пристосування кровообігу до мінливих вимог обміну речовин скелетного м`яза ніколи не буває достатнім для попередження зниження вмісту кисню в венозної крові, т. Е. Збільшення артеріовенозної різниці у змісті кисню.
МАЛ. 4.11. ПОГЛИНАННЯ КИСНЮ В активній та неактивній ТКАНИНАХ.
Кількість вилученого з крові кисню під час проходження нею капіляра визначається співвідношенням між ступенем споживання кисню і кровотоком.
А. Невелике поглинання кисню і невелика різниця в змісті кисню в артеріальній і венозній крові зустрічається в тканинах, де потреба в кисні мала, а кровотік активний, наприклад, в шкірі.
Б. Тканини, швидко звільняють енергію, наприклад скорочується м`яз, витягають з крові велику кількість кисню.
Керуючись власним досвідом, автор схиляється до думки про те, що регуляція просвіту периферичних судин визначається головним чином ступенем потреб тканин в кисні (див. Рис. 4.11). Почервоніння шкіри, тремтіння кінцівки і відновлення сили м`язів руки або ноги при відновленні артеріального кровотоку після припинення його на кілька хвилин свідчать про важливу роль кровопостачання для функції м`язів і шкіри.
Розподіл кисню в нормальних умовах
У більшості тканин, крім скелетні м`язи і міокард, було б недоцільно пристосовувати кровотік до споживання кисню або до метаболічної активності. Споживання кисню в шкірі, наприклад, буває досить невеликим, а кровоток у ній для забезпечення функції віддачі тепла може виявитися великим. Обсяг крові, що протікає через нирки, також є дуже великим по відношенню до рівня їх метаболічної активності. Тому ниркова тканина поглинає тільки невелику частину наданого їй кисню і зміст останнього в покидає нирки крові мало відрізняється від такого артеріальної крові.
На рис. 4.12, що ілюструє вищесказане, відкладалися на абсциссе величина кровотоку в деяких органах за хвилину, а на ордінате- кількість кисню, що доставляється тканинам артеріальною кров`ю (19 см3 кисню в 100 см3 крові).
МАЛ. 4.12. РІЗНИЦЯ ЗМІСТУ КИСНЮ В КРОВІ
В РІЗНИХ ТКАНИНАХ.
Обсяг кровотоку в деяких
