Система судин

Система судин включає групи судин, по котрих кров транспортується з серця до тканин і зворотно: артерії, артеріоли, капіляри, венули, вени.

Артерії — це великі еластичні судини з добре розвину­тою м'язовою оболонкою, по котрих кров йде від серця до артеріол, а звід­ти — у капіляри — найдрібніші судини, товщина стінок котрих дуже час­то дорівнює одній клітині. Саме тут здійснюється увесь обмін між кров'ю та тканинами. З капілярів кров починає зворотний шлях по венулах до сер­ця. Венули утворюють крупніші судини — вени, котрі завершують коло кровообігу.

Окрім малого та великого кіл кровообігу, серцю як активному м'язу та­кож необхідна своя власна система судин для транспорту необхідних пожив­них речовин та виведення продуктів обміну. Коронарні або вінцеві, артерії, що утворюються біля основи аорти і у місці її виходу з серця, обслуговують міокард. Ці артерії дуже сприйнятливі до атеросклерозу або звуження, що мо­же призвести до захворювання коронарних артерій. Під час скорочення, коли кров виштовхується з лівого шлуночка під тис­ком, відкривається півмісяцевий клапан аорти. Коли вона відкрита, її пелюст­ки блокують входи у коронарні артерії. Зі зниженням тиску в аорті півмісяце­вий клапан закривається, а входи в артерії відкриваються і кров може надійти у коронарні артерії. Цей механізм забезпечує захист коронарних артерій від дуже високого тиску крові, зумовленого скороченням лівого шлуночка, і тим самим відвертає руйнування цих судин.

Повернення крові у серце (венозне повернення). Оскільки більшу час­тину часу ми проводимо у вертикальному положенні, серцево-судинна систе­ма потребує допомоги, щоб подолати дію сил тяжіння при поверненні крові з нижніх частин тіла у серце. Таку допомогу надають три основних механізми:

дихання, м'язовий насос; клапани.

Щоразу, коли здійснюється вдих і видих, змінення тиску у черевній порож­нині та порожнині грудної клітки допомагає поверненню крові у серце. Під час дихання та скорочення скелетних м'язів вени, що знаходяться у безпосе­редній близькості від них, стискуються і кров проштовхується вгору до серця. Цим діям допомагають клапани вен, котрі забезпечують рух крові тільки в одному напрямку, відвертаючи протиток та накопичення крові у нижній час­тині тіла.

Розподіл крові у різних тканинах тіла дуже коливається залежно від не­гайних потреб певної тканини та усього тіла. У спокої за нормальних умов най­більше крові постачається до метаболічне активних тканин. Печінка і нирки отримують майже половину всієї циркулюючої крові (відповідно 27 і 22 %), тоді як скелетні м'язи, що перебувають у спокої, — тільки близько 15 %.

Під час м'язової діяльності кров спрямовується у ті ділянки, де вона най­більш необхідна. Під час інтенсивного фізичного навантаження, котре потре­бує прояву витривалості, наприклад, перерозподіл крові є таким — м'язи от­римують до 80 % і більше усієї циркулюючої крові. Це у сполученні зі збіль­шеним серцевим викидом (про котрий йтиметься далі) призводить до збіль­шення кровотоку до м'язів майже у 25 разів.

Так само, коли людина достатньо поїла, травна система отримує більше кро­ві, ніж перед їдою. При підвищенні температури довколишнього середовища зростає приток крові до шкіри, оскільки організм намагається підтримати нормальну температуру. Враховуючи, що потреби різних тканин тіла постійно змінюються, можна тільки дивуватися здатності серцево-судинної системи так ефективно на них реагувати, забезпечуючи адекватне постачання крові до ді­лянок тіла, котрі найбільше її потребують.

Розподіл крові до різних ділянок контролюють переважно артеріоли. Ці судини мають дві важливих функції. По-перше, у них потужна м'язова стін­ка, котра може значно змінювати діаметр судини. По-друге, вони також є чут­ливими до механізмів, що контролюють кровоток — ауторегуляції та нервово­го контролю. Розглянемо ці механізми.

Ауторегуляція. Локальний контроль розподілу крові називається ауторегуляцією, оскільки артеріоли у певних ділянках самі себе контролюють. Ауто­регуляція відноситься до здатності судин самостійно регулювати власний кровоток залежно від негайних потреб тих тканин, до котрих вони постачають кров. Ар­теріоли здатні зменшувати тонус своєї стінки, тобто розширюватися, забезпе­чуючи надходження більшої кількості крові у відповідні ділянки тканин та ор­ганів. Цей підвищений кровоток є безпосередньою реакцією на зміни у ло­кальному хімічному середовищі тканини. Найсильнішим стимулом вазодилятації є потреба у кисні. У міру збільшення використання кисню тканинами йо­го кількість зменшується. Локальні артеріоли розширюються, забезпечуючи надходження великої кількості крові і відповідно кисню. Інші хімічні зміни, що забезпечують зміни тонусу артеріол — скорочення кількості інших пожив­них речовин та збільшення кількості продуктів обміну (СО₂, К⁺, Н+ молочної кислоти) або протизапальних хімічних препаратів. Підвищене кровопостачан­ня може як доставити необхідні речовини, так і вивести шкідливі.

Нервовий контроль. Хоча ауторегуляція добре пояснює локальний пере­розподіл крові в органі або тканині, залишається нез'ясованим, звідки серце­во-судинна система у цілому знає, куди спрямувати менше крові, а куди — більше. Перерозподіл крові на системному рівні або рівні організму контро­люють нервові механізми. Це так званий зовнішній нервовий контроль кровотоку, оскільки він надходить із зовні, а не з тканин, котрі постачаються ар­теріолами, як при ауторегуляції.

Кровопостачання усіх частин тіла в основному регулюється сим­патичною нервовою системою. У м'язах стінок усіх судин великого кола кровообігу є симпатичні нерви. У більшості судин стимуляція цих нервів змушує скорочуватися м'язо­ві клітини, звужуючи цю судину і, тим самим, скорочуючи кількість крові, котра може через неї пройти.

За нормальних умов симпатич­ні нерви безперервно передають ім­пульси у кровоносні судини, підтри­муючи їх у стані помірного звужен­ня (тонусу) з тим, щоб забезпечити адекватний артеріальний тиск крові. Цей стан часткового звуження нази­вають судинозвужуючим (вазомо­торним) тонусом. З підсиленням симпатичної стимуляції відбуваєть­ся подальше звуження кровоносних судин у певній ділянці, що обмежує кровоток. Якщо ж рівень симпатич­ної стимуляції виявляється нижчим за необхідний для підтримання тонусу, то ступінь звуження судин у даній ділянці стає меншим і вони розширюються, збільшуючи кровоток. Таким чином, симпатична стимуляція викликає звужен­ню більшості судин, у той же час змінення кровотоку зумовлюється або підви­щенням, або зниженням ступеню звуження відносно звичайного вазомоторно­го тонусу. Стимуляція деяких симпатичних волокон може супроводжуватися розширенням судин. Кровоносні судини скелетних м'язів і серця обслугову­ють різні типи симпатичних волокон. Стимуляція цих волокон викликає роз­ширення судин, внаслідок чого кровоток до м'язів та серця зростає. Ця систе­ма функціонує під час класичної реакції «боротьба або втеча», збільшуючи у кризових ситуаціях кровоток до серця та у скелетних м'язах. Така реакція ви­являється також під час фізичного навантаження, коли скелетні м'язи та сер­це працюють інтенсивніше і потребують більше крові, ніж у стані спокою.

Перерозподіл венозної крові. Ми тільки-но розглянули механізми, що кон­тролюють перерозподіл крові від однієї ділянки тіла в іншу. Однак розподіл крові в організмі змінюється залежно не тільки від тканин, котрі нею постача­ються, але й від того, де вона знаходиться у системі судин. У стані спокою об'єм крові розподіляється по сітці судин. Більша частина об'єму крові знаходиться у каналах венозного повернення — венах, венулах, синусах твердої мозкової оболонки. Таким чином, венозна система забезпечує великий запас (депо) крові, котрий може бути використаний для задоволення зрослих потреб. Коли така потреба виникає, тоді симпатична симуляція венул та вен скорочує ці судини. Це й викликає швидкий перерозподіл крові з периферич­ного венозного кровообігу назад у серце, а потім до тих ділянок, котрі най­більше її потребують. Слід відмітити, що кров не тільки відводиться від інших тканин, венозна система надсилає її в артеріальний кровообіг, забезпечуючи значне збільшення кровотоку у ділянку, котра її потребує.

Артеріальний тиск. Кров, проходячи по судинах, чинить на них тиск. Розглядаючи системний тиск крові, використовують термін «артеріальний тиск». Його характеризують два показники: систолічний тиск та діастолічний тиск. Більш високий показник — систолічний тиск крові. Він відбиває найви­щий тиск у артерії і відповідає систолі шлуночків серця. Скорочення шлуноч­ків проштовхує кров по артеріях зі значною силою, що й обумовлює високий тиск на стінку артерії. Низький показник — це діастолічний тиск. Він відби­ває найнижчий тиск в артерії, відповідний діастолі шлуночків, коли м'яз сер­ця розслаблений.

Зміни тиску крові в основному зумовлені особливими змінами, що відбу­ваються у раніше описаних артеріях, артеріолах та венах. Загальне звуження кровоносних судин підвищує артеріальний тиск, тоді як загальне розширення — знижує його. Гіпертензія — це клінічний термін, що характеризує стан, при котрому тиск крові хронічно перевищує нормальний рівень у здорової люди­ни. У 90 % випадків причина виникнення гіпертензії залишається нез'ясованою. Звичайно гіпертензію можна регулювати, знизивши масу тіла, перей­шовши на дієту, виконуючи вправи, хоча може знадобитися і відповідне меди­каментозне лікування.

Кров

Третім компонентом системи кровообігу є циркулюючі рідини. У тілі лю­дини — це кров і лімфа, котрі забезпечують реальний обмін різних речовин між різними клітинами й тканинами організму.

Згадаймо з загальної фізіології про взаємозв'язки між кров'ю та лімфою. Певна кількість плазми крові переходить з капілярів у тканини і стає інтерсте-ціальною (тканинною) рідиною. Більша частина інтерстеціальної рідини по­вертається у капіляри після обміну, однак об'єм рідини, що повернулася, усе ж менше, ніж об'єм рідини, що надійшла у тканини. Рідина, що залишилася, спрямовується у лімфатичні капіляри і її відносять до лімфи, котра, насамкі­нець, повертається у кров.

Цілком очевидно, що лімфатична система відіграє головну роль у збере­женні відповідних рівнів рідини у тканинах, а також підтриманні необхідного об'єму циркулюючої крові, забезпечуючи повернення інтерстеціальної ріди­ни. Значення цієї функції зростає при навантаженні, коли збільшений крово­ток до активних м'язів та підвищений тиск крові ведуть до утворення велико­го об'єму інтерстеціальної рідини. Лімфатична система запобігає переповнен­ню активних ділянок кров'ю і сприяє ефективній діяльності серцево-судинної системи. Особливо важливу роль ця система відіграє в координації фізіологіч­ної функції та збереженні здоров'я. Однак, за виключенням її ролі у повернен­ні рідини, лімфатична система не становить особливого інтересу для фізіоло­гії фізичного виховання і спорту.

Кров відіграє важливу роль у регуляції нормального функціонування ор­ганізму. Для м'язової діяльності особливе значення мають такі три функції: транспортна, регуляція температури та кислотно-основна рівновага.

Ми вже знаємо про транспортну функцію крові. Кров відіграє важливу роль також у регуляції температури під час м'язової діяльності. Терморегуля­торна функція забезпечується передачею тепла з кров'ю з глибоких частин ті­ла або ділянок підвищеної метаболічної активності до інших ділянок тіла за нормальних умов і до шкіри при перегріві тіла. Кров може справляти буферний вплив на кислоти, що утворюються внаслідок анаероб­ного метаболізму, підтримуючи відповідний рН, котрий забезпечує ефек­тивність метаболічних процесів.

Об'єм і склад крові. Об'єм циркулюючої крові в організмі значною мі­рою залежить від розмірів тіла людини та рівня фізичної підготовленості. Ве­ликі об'єми крові спостерігають у великих людей, а також у людей з високим рівнем витривалості, обумовленим тренуваннями. У людей із середніми роз­мірами тіла та стандартним рівнем фізичної підготовленості (котрі не займа­лися аеробним тренуванням) об'єм крові коливається від 5-6 (чоловіки) до 4-5 л (жінки).

Кров складається з плазми (в основному води) та формених еле­ментів. Плазма звичайно становить 55-60 % загального об'є­му крові. Цей показник може знизи­тися на 10 % і більше при виконанні інтенсивних навантажень в умовах спеки, а також підвищитися на стільки ж внаслідок тренувань на витривалість або адаптації до умов спеки і вологості. Приблизно 90 % плазми — це вода, 7 % — білки плазми, решта 3 % — клітинні по­живні речовини, електроліти, фер­менти, гормони, антитіла та продук­ти виділення.

Формені елементи, котрі зви­чайно становлять 40-45 % загально­го об'єму крові, — це еритроцити, лейкоцити і тромбоцити. 99 % об'є­му формених елементів становлять еритроцити, решта — 1 % припадає на лейкоцити та тромбоцити. Відсоток за­гального об'єму крові, що складається з еритроцитів, називається гематокри­том ( у межах 40-45 %) .

Лейкоцити захищають організм від чужорідних бактерій або безпосеред­ньо знищуючи їх за допомогою фагоцитозу (поглинання), або утворюючи антитіла для їх знищення. У дорослої людини в 1 мм³ крові міститься близько 7000 лейкоцитів.

Решта формених елементів — це тромбоцити. Вони не є дійсно клітина­ми, а скоріше клітинними фрагментами. Ці невеликі диски необхідні для коагуляції (згортання) крові, що запобігає надмірній втраті крові. Однак нас насамперед цікавлять еритроцити.

Еритроцити. Зрілі еритроцити не мають ядер, тому не можуть розмно­жуватися. Їх замінюють нові клітини. Звичайна тривалість життя еритроцита близько 90-120 днів, тому вони безперервно утворюються і руйнуються приблизно з однаковою швидкістю. Зменшення їх кількості або функції нега­тивно впливає на транспорт кисню і відповідно на м'язову діяльність.

Під час навантаження еритроцити можуть руйнуватися. Клітинна мембра­на еритроцита руйнується внаслідок постійних фізичних навантажень, підви­щеної циркуляції або підвищеної температури тіла. Дослідження показують, що навіть постійне торкання підошви взуття з поверхнею землі під час бігу на дов­гі дистанції може підвищити крихкість еритроцитів і швидкість їх руйнування.

Еритроцити транспортують кисень, головним чином зв'язаний з їхнім ге­моглобіном. Гемоглобін складається з білка — глобіну та пігменту — гема. Гем містить залізо, що зв'язує кисень. Кожний еритроцит містить близько 250 млн молекул гемоглобіну, кожна з котрих може зв'язати 4 молекули кисню. Таким чином, один еритроцит здатний зв'язати близько мільярда молекул кисню! У крові у середньому міститься 15 г гемоглобіну на 100 мл. Кожний грам гемоглобіну може об'єднатися з 1,33 мл кисню, отже кожні 100 мл крові можуть зв'язати до 20 мл кисню.

В'язкість крові. В'язкість означає густину, або клейкість, крові. Чим ви­ща в'язкість рідини, тим більший її опір течії. В'язкість крові звичайно у два рази більша, ніж води. В'язкість крові, а отже і опір кровотоку збільшується при підвищенні гематокриту.

У зв'язку з тим, що еритроцити переносять кисень, збільшення їх числа мало б підсилити транспорт кисню. Однак якщо зростання кількості еритро­цитів не супроводжується таким самим збільшенням об'єму плазми, то в'яз­кість крові підвищується, що може зменшити кровоток. Як правило, це не спостерігається до досягнення показника гематокриту 60 % і більше.

Водночас сполучення низького гематокриту з високим об'ємом плазми, що призводить до зниження в'язкості крові, певною мірою сприятливо впливає на функцію транспорту кисню крові, оскільки кровоток стає вільнішим (лег­ким). На жаль, низький гематокрит звичайно є наслідком зменшення кількості еритроцитів, що спостерігається при таких захворюваннях, як анемія. У цьому випадку кровоток вільніший, однак у такій крові менше «транспортних засо­бів», що утруднює доставку кисню. Для м'язової діяльності є сприятливим сполучення відносно низького показника гематокриту із звичайним або трохи підвищеним числом еритроцитів. Таке сполучення сприяє транспорту кисню. Багато спортсменів, котрі займаються видами спорту, що потребують прояву витривалості, досягають такого стану внаслідок адаптації їх серцево-судинної системи до тренувань.