Сердечно-сосудистая система - система органов, осуществляющая циркуляцию питательных веществ (таких как аминокислоты, электролиты, лимфа), газов, гормонов, клеток крови и т.д. в организме для борьбы с болезнями, стабилизации температуры и кислотности тела, поддержки гомеостаза.
Эта система может рассматриваться исключительно как кровеносная система, но есть точки зрения, описывающие ее как совокупность сердечно-сосудистой системы (которая обеспечивает циркуляцию крови) и лимфатической системы, возвращающей избыток отфильтрованной плазмы крови от интерстициальной жидкости (межклеточной) как лимфу. Сердечно-сосудистая система человека и позвоночных животных замкнутая (это означает, что кровь никогда не выходит за пределы системы кровеносных сосудов - артерий, вен, капилляров), некоторые группы беспозвоночных организмов обладают открытой кровеносной системой. Простейшие организмы не имеют сердечно-сосудистой системы. Лимфатическая система, напротив, является открытой, что обеспечивает дополнительные пути для возврата избытка интерстициальной жидкости в кровь.
Два типа жидкости циркулируют по кровеносной системе: кровь и лимфа. Лимфа - это переработанная путем фильтрации от клеток крови плазма крови, возвращенная в лимфатическую систему. Кровь, сердце и кровеносные сосуды образуют сердечно-сосудистую систему (от латинского "сердце-сосуды"). Лимфа, лимфатические узлы и сосуды образуют лимфатическую систему. Сердечно-сосудистая и лимфатическая системы образуют систему кровообращения человека.
Сердечно-сосудистая система человека
Основные компоненты сердечно-сосудистой системы человека - сердце, кровь и кровеносные сосуды. Она включает малый круг кровообращения (лёгочный), проходящий через легкие, где кровь насыщается кислородом; большой круг кровообращения, проходящий через весь организм человека, и несущий обогащенную кислородом кровь ко всем органам и клеткам. В организме человека среднего возраста содержится от 4,7 до 5,7 литров крови, что составляет примерно 7% веса тела. Кровь состоит из плазмы, красных кровяных клеток, белых клеток и тромбоцитов. С кровеносной системой тесно связана пищеварительная система, обеспечивающая питательные вещества, необходимые для работы сердца.
Малый круг кровообращения
Малый (легочный) круг кровообращения - часть сердечно-сосудистой системы, благодаря которой отдавшая кислород кровь перекачивается из сердца через легочную артерию в легкие и возвращается, обогащенная кислородом, через легочную вену в сердце.
Лишенная кислорода кровь из полой вены поступает в правое предсердие и проходит через трехстворчатый клапан (правый атриовентрикулярный клапан) в правый желудочек сердца, откуда она затем перекачивается через полулунную заслонку клапана в легочную артерию и в легкие. В легких происходит газообмен, в результате которого из крови выделяется углекислый газ и поглощается кислород. Через легочную вену обогащенная кислородом кровь возвращается в сердце.
Большой круг кровообращения
Большой круг кровообращения обеспечивает циркуляцию крови по всему организму, за исключением легких. Большой круг кровообращения - часть сердечно-сосудистой системы, которая обеспечивает циркуляцию обогащенной кислородом крови от сердца по всему организму и возвращает отдавшую кислород и питательные вещества кровь в сердце. Большой (системный) круг кровообращения гораздо длиннее, чем малый (легочный) круг кровообращения, он обеспечивает питание кровью всего организма человека.
Венечное (коронарное) кровообращение
Венечное (коронарное) кровообращение снабжает кровью мышцы сердца. Поскольку оно поставляет обогащенную кислородом кровь к мышцам, оно по определению является частью сердечно-сосудистой системы. Кровь поступает из аорты через коронарный синус в правое предсердие. Обратный отток крови предотвращается заслонкой венечного синуса. Малые вены сердца доставляют кровь в камеры сердца.
Сердце
Сердце перекачивает обогащенную кислородом (артериальную) кровь по сосудам ко всему организму и кровь с углекислым газом и продуктами обмена клеток (венозную) к легким. Сердце имеет предсердие и желудочек на каждый круг кровообращения - большой и малый, в итоге четыре камеры: левое предсердие и желудочек, и правое предсердие и желудочек. Правое предсердие находится в верхней правой части сердца. В правое предсердие поступает бедная кислородом кровь, проходит в правый желудочек сердца и из него перекачивается через легочную артерию к легким для насыщения кислородом и выведения углекислого газа. Насыщенная кислородом кровь поступает из легких в левое предсердие и через полую вену левый желудочек сердца, оттуда через аорту она поступает к разным органам тела.
Замкнутая сердечно-сосудистая система
Сердечно-сосудистая система человека замкнутая, т.е. кровь никогда не покидает сеть кровеносных сосудов. В противоположность крови, кислород и питательные вещества диффундируют сквозь слои кровеносных сосудов и поступают в интерстициальную жидкость, несущую кислород и питание клеткам, и забирая продукты обмена и углекислый газ. Лимфатическая система, в отличие от кровеносной системы, не замкнутая.
Транспорт кислорода
Примерно 98,5% кислорода в пробе крови взрослого здорового человека при давлении на уровне моря химически соединено с молекулами гемоглобина. Около 1,5% физически растворено в других жидкостях крови и не содержит гемоглобина. Молекулы гемоглобина основные транспортеры кислорода у млекопитающих и некоторых других видов.
Развитие сердечно-сосудистой системы
Развитие сердечно-сосудистой системы начинается с процесса васкулогенеза - образования и развития сосудов. Артериальная и венозная система человека развивается в различных частях эмбриона. Артериальная система развивается в основном от дуги аорты, венозная система возникает из трех двусторонних вен на 4 - 8 неделе развития эмбриона.
Развитие артерий
Артериальная система развивается из дуги аорты и дорсальной аорты на 4 неделе развития плода. Первая дуга аорты почти полностью регрессирует, за исключением формирования верхнечелюстной артерии. Вторая дуга аорты регрессирует, образуя стременные артерии. Окончательное формирование артериальной системы происходит из 3, 4 и 6 дуг аорты, в то время, как пятая дуга полностью регрессирует.
Спинные аорты изначально двусторонние, постепенно они сливаются, образуя дорсальную аорту. Почти 30 заднелатеральных ветвей отходят от аорты, образуя межреберные артерии, артерии верхних и нижних конечностей, поясничные артерии и боковые крестцовые артерии. Латеральные ветви аорты формируют почечные, надпочечные и половые артерии. Брюшные ветви аорты состоят из желточной и пупочной артерий. Желточные артерии образуют брюшные, верхнюю и нижнюю брыжеечные артерии желудочно-кишечного тракта. После рождения пупочные артерии образуют внутренние подвздошные артерии.
Развитие вен
Венозная система человека развивается в основном из желточной вены, пупочной вены и кардинальных вен, которые впадают в венозный синус.
Методы измерений сердечно-сосудистой системы
- Электрокардиограмма – используется для сердечной электрофизиологии
- Сфигмоманометр и стетоскоп - для измерения кровяного давления
- Пульсометр - для отслеживания функций сердца (частота сердцебиения, ритм, выпадение сердечных сокращений)
- Проверка пульса - обычно используется для определения частоты сердечных сокращений в отсутствие определенных сердечных патологий
- Вариабельность сердечного ритма - с помощью этого показателя определяются вариации временных интервалов между ударами сердца
- Тест на побледнение ногтевого ложа - анализ перфузии
- Измерение давления с помощью канюлей сосудистых или катетеров - используется при искусственном кровообращении.
Система кровообращения других организмов
Сердечно-сосудистая система позвоночных
Все позвоночные, а также кольчатые черви (например, дождевые черви) и моллюски (кальмары, осьминоги и им подобные), как и человек, имеют замкнутую систему кровообращения. Тем не менее, на примере систем рыб, амфибий, рептилий, птиц можно наблюдать различные этапы эволюции сердечно-сосудистой системы.
У рыб имеется только один круг кровообращения, кровь поступает через капилляры жабр, где насыщается кислородом, к капиллярам тканей всего организма. Сердце рыб двухкамерное.
У амфибий и рептилий два круга кровообращения, но сердце не всегда разделено на двойную перекачивающую систему. Сердце амфибий трехкамерное.
У рептилий межжелудочковая перегородка сердца неполная и легочная артерия снабжена мышцей сфинктера. Благодаря этому возможен второй круг кровообращения. Вместо тока крови через легочную артерию в легкие, при сокращении сфинктер может направить поток крови через межжелудочковую перегородку в левый желудочек сердца и далее в аорту. Таким образом, кровь поступает из капилляров к сердцу и затем назад в капилляры, а не в легкие. Благодаря этому процессу холоднокровные могут регулировать температуру своего тела.
У птиц и млекопитающих сердце четырехкамерное, наблюдается полное разделение сердца на двойную перекачивающую систему; считается, что эволюция четырехкамерного сердца птиц происходила независимо от млекопитающих.
Незамкнутая система кровообращения
Открытая (назамкнутая) система кровообращения - система, при которой жидкость изливается в полость (гемоцель), непосредственно омывая орган и доставляя кислород и питательные вещества, при этом различий между кровью и межклеточной жидкостью нет; такая комбинированная жидкость называется гемолимфой. Мышечные сокращения животного во время движения обеспечивают движение гемолимфы, но обратный отток из одной области в другую ограничен. Когда сердце расслабляется, происходит отток крови по направлению к сердцу через открытые поры - остии.
Гемолимфа заполняет гемоцель и омывает все клетки. Гемолимфа состоит из воды, неорганических солей ( натрий, кальций, калий, магний) и органических составляющих (углеводов, белков, жиров). Кислород переносится молекулами гемоглобина.
Гемоциты - свободно плавающие клетки гемолимфы. Они важны для иммунной системы членистоногих.
Отсутствие сердечно-сосудистой системы
Плоские черви, например, Helicometra, и ряд других организмов не имеют органов кровообращения. Их полость тела не имеет жидкостей. Вместо этого они имеют широко разветвленную пищеварительную систему, обеспечивающую диффузию питательных веществ в клетки. Их плоское дорсо-вентральное (спинно-брюшное) тело устроено так, что все клетки находятся в непосредственной близости пищеварительной системы. Клетки могут поглощать кислород непосредственно из воды и выделять углекислый газ. Следовательно, каждой клетке доступны питательные вещества, кислород и без транспортной системы.
У таких животных, как медуза от гастроваскулярной полости отходят ответвления (функция которых и питание и циркуляция), позволяющие жидкостям поступать к внешним слоям, в то время как пищеварение начинается во внутренних.
История исследований сердечно-сосудистой системы
Самые ранние труды по изучению сердечно-сосудистой системы встречаются в папирусе Эберса (16 век до н.э.), древнеегипетском медицинском сочинении, содержащем более 700 предписаний и средств, как физических, так и духовных. В этом папирусе уже признается связь сердца и артерий. Египтяне считали, что воздух поступает через рот человека прямо в легкие и сердце. От сердца воздух доставляется к конечностям по артериям. И хотя такое представление системы кровообращения верно лишь отчасти, оно представляет собой одну из самых ранних концепций научной мысли об устройстве сердечно-сосудистой системы человека.
В 6-ом веке до нашей эры знаниями о циркуляции жизненно-важных жидкостей в человеческом теле обладал аюрведический врач Сушрута в древней Индии. Кроме того, у него были знания об артериях, описанных Двиведи как "каналы". Клапаны сердца были открыты врачом школы Гиппократа около 4 века до н.э. Однако, в то время функцию клапанов сердца не понимали. После смерти организма артерии опустевают, кровь перетекает в вены. Поэтому древние анатомы предполагали, что артерии предназначены для транспортировки воздуха.
Древнегреческий врач Герофил отличал вены от артерий, но считал, что пульс непосредственно связан только с артериями. Греческий анатом Эразистрат впервые открыл, что артерии кровоточат, если их надрезать при жизни. Он считал, что выпущенный воздух заменяется кровью, которая поступает из мелких сосудов, соединяющих вены с артериями. Таким образом было сделано предположение о капиллярах, но считалось, что они обеспечивают обратный ток крови.
Во 2-ом веке нашей эры греческий врач Гален подтвердил в своих трудах, что сосуды несут кровь. Он описал различия и функции артериальной (ярко-красной и более жидкой крови) и венозной (темно-красной) крови. Венозная кровь обеспечивает рост и энергию, зарождаясь в печени из млечного сока, артериальная кровь возникает в сердце, содержит воздух и дает жизнь. По его предположению, кровь текла из этих двух органов по всему организму, где она поглощалась, возврата крови к сердцу и печени не предполагалось. Сердце не перекачивало кровь, а всасывало его во время диастолы, далее кровь продвигалась, благодаря пульсации артерий.
Гален считал, что артериальная кровь образовывалась из венозной крови, проходя из левого желудочка сердца в правый через «поры» в межжелудочковой перегородке сердца, воздух, по его представлениям, проходил из легких через легочную артерию в левую часть сердца. Вместе с образованием артериальной крови выделялись темные пары, которые проходили в легкие также через легочную артерию и затем выдыхались.
В 1025 году персидским врачом Авиценной в его труде "Канон врачебной науки" была описана сердечно-сосудистая система, но за основу "ошибочно принята греческая концепция относительно существования отверстия в межжелудочковой перегородке сердца, через которое кровь поступает из одного желудочка в другой". Несмотря на это Авиценна "правильно описал сердечные циклы и функцию клапанов", и "имел представление о циркуляции крови", изложив его в "Трактате о пульсе". Совершенствуя теорию Галена о пульсе, Авиценна первым дал ему правильное объяснение: "Каждый удар пульса включает два сокращения и две паузы. Иными словами, расширение: пауза: сокращение: пауза. [...] Пульс - это движение в сердце и артерии, ... которое принимает форму чередующихся растяжений и сокращений".
В 1242 арабский врач Ибн аль-Нафиз первым точно описал легочный круг кровообращения, благодаря чему его иногда считают отцом сердечно-сосудистой физиологии. Ибн аль-Нафиз в своем Комментарии к анатомии в "Каноне врачебной науки" Авиценны (Commentary on Anatomy in Avicenna's Canon) утверждал:
"...кровь из правой камеры сердца попадает в левую, но прямого сообщения между ними нет. Толстая сердечная перегородка не перфорированная и не имеет видимых пор или отверстий, как думают некоторые, не имеет она и невидимых пор, как считал Гален. Из правой камеры сердца кровь течет через венозную (легочную) артерию в легкие, распространяясь там по субстанции легких и смешиваясь с воздухом, проходит через легочную вену в левую камеру сердца и там образует живой дух"
Кроме того, Ибн аль-Нафиз уже выдвигал некоторые догадки, из которых впоследствии выросла теория капиллярного кровообращения. Он выдвигал гипотезу о том, что "должно быть сообщение или поры (с арабского manafidh) между легочной артерией и веной," предположение, которое предшествовало открытию капиллярной системы более чем через 400 лет. Однако, его теория ограничивалась обращением крови через легкие и не рассматривала весь организм в целом.
Мигель Сервет первым описал функции легочного кровообращения, хотя его научные достижения долгое время по ряду причин не были широко признаны. Впервые он описал свои открытия в рукописях в 1546 году, но они не были опубликованы. Позже он опубликовал их не в медицинском, а в теологическом труде "Восстановление христианства" (Christianismi Restitutio). Только три копии этой книги сохранились, остальные были уничтожены вскоре после публикации в 1553 году из-за религиозных гонений, которым подвергся Сервет. Впоследствии, Вильям Гарвей, ученик Иеронима Фабриция (описавший ранее венозные клапаны, но не знавший их функций), провел ряд экспериментов и в 1628 году опубликовал Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus (Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных), где «продемонстрировал, что должно быть прямое сообщение, кроме легких, между венозной и артериальной системами кровообращения. Важно его утверждение о том, что биение сердца производит непрерывную циркуляцию крови через мелкие соединения в конечностях человека. Это был скачок в понимании сердечно-сосудистой системы, отличавшемся от теории анатомии и кровотока в сердце и легких, развитой Ибн аль-Нафизом». Постепенно с теорией Гарвея согласился весь медицинский мир. Однако Гарвею не удалось определить связь капиллярной системы с артериями и венами. Это открытие позднее, в 1661 году, сделал Марчелло Мальпиги.
В 1956 году Андре Фредерик Курнан, Вернер Форсман и Дикинсон В.Ричардс были удостоены Нобелевской премии в области медицины "за открытия сердечной катетеризации и патологических изменений в сердечно-сосудистой системе".
