Регуляция кровообращения

1.

ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ
ЛЕКЦИЯ 15
Регуляция кровообращения
СИСТЕМНОЕ
артериальное
давление
Общее
Минутный
= объем × периферическое
сопротивление
сердца
сосудов
(«сердечный
выброс»)
Нормальные значения:
систолическое – до 130 мм рт.ст.
диастолическое – до 85 мм рт.ст.
Гайдуков Александр Евгеньевич
МФТИ 2017

2.

Распределение минутного объема сердца между
органами в покое
15%
Минутный объем
сердца = УО ˣ ЧСС
Головной мозг
5%
Сердце
В покое:
5-6 л/мин
20%
Почки
20%
Желудочнокишечный тракт
20%
Скелетные
мышцы
5%
Кожа
5%
10%
Скелет
Прочие органы

3.

Кровоснабжение различных органов регулируется
путем изменения сопротивления
приносящих к ним кровь артериальных сосудов

4.

Регуляция системного артериального
давления
Механизмы
системной
регуляции:
нервные и
гормональные
Направлены на регуляцию кровоснабжения - системного артериального
давления.
ПРИОРИТЕТ: адекватное кровоснабжение жизненно важных органов
(в первую очередь, головного мозга и сердца)
ИЗМЕРЕНИЕ:
Системного артериального
давления
Объема крови
Химического состава крови

5.

Регуляция системного артериального давления
Изменение общего периферического
сопротивления путем влияния на
сосуды большинства органов
Механизмы
системной
регуляции:
нервные и
гормональные
ИЗМЕРЕНИЕ:
Системного
артериального
давления
Объема крови
Химического
состава крови
Изменение
минутного
объема
сердца

6.

Механизмы
системной
регуляции:
Сопротивление сосудов
в каждом из органов регулируется
как системными, так и локальными механизмами
нервные и
гормональные
ИЗМЕРЕНИЕ:
Системного
артериального
давления
Объема крови
Химического
состава крови
Механизмы
локальной
(местной)
регуляции:
ауторегуляция
кровотока
рабочая
гиперемия
«Подправляют»
влияние
системных
механизмов,
исходя из
потребностей в
кровоснабжении
конкретных
органов
и тканей

7.

Ауторегуляция кровотока:
если уровень активности органа не изменяется, то кровоток через него поддерживается
(более или менее) постоянным, несмотря на изменения системного артериального давления
Объемная скорость кровотока
(мл/мин/100 г)
«Более»: в почке и головном мозге
«Менее»: в желудочно-кишечном тракте, коже, жировой ткани
Пассивное
растяжение
давлением
Пассивное
растяжение
давлением
Сосуды суживаются
(сопротивляются
растяжению)
«Средний» просвет
сосудов
Зона ауторегуляции
Системное артериальное давление (мм рт. ст.)
1.
Этот механизм обеспечивает
независимость кровотока через
орган от колебаний системного АД
2.
Механизмы:
Миогенный (характерен для почки
и крупных артерий головного
мозга)
Метаболический (характерен для
мелких артерий головного мозга)

8.

Миогенный механизм:
(реакция Бейлисса): cужение сосудов
в ответ на растяжение давлением
Сужение
изолированной
артериолы сердца
в ответ на
увеличение давления
Механизм:
растяжение мембраны
гладкомышечной клетки
↓
активация
механочувствительных
каналов
Гладкая мышца
расслаблена
(неселективные катионные)
Гладкая мышца сокращается
в ответ на растяжение
Удаление эндотелия
не влияет на
сужение артериолы
↓
вход в клетку Na+ и Ca2+
↓
деполяризация и
сокращение
Артериола с введенными канюлями

9.

Метаболическая регуляция тонуса сосудов
(обеспечивает соответствие кровоснабжения уровню метаболической
активности ткани)
УМЕНЬШЕНИЕ СКОРОСТИ
КРОВОТОКА
УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ
КРОВОТОКА
Накопление тканевых
метаболитов
Вымывание тканевых
метаболитов
Расширение сосудов
Сужение сосудов
УВЕЛИЧЕНИЕ КРОВОТОКА
УМЕНЬШЕНИЕ КРОВОТОКА

10.

Рабочая (активная) гиперемия –
увеличение скорости кровотока в сосудах работающего органа
Распределение сердечного выброса
в покое и при физической нагрузке
Рабочая гиперемия
в мышцах голени человека
при ритмических
сокращениях
Скелетные
мышцы
Увеличение кровотока
во время расслабления
мышц
Уменьшение кровотока
во время сокращения
мышц

11.

В головном мозге – локальное увеличение кровотока в работающей области
(общий мозговой кровоток практически не изменяется)
Движение руки
Функциональная магнитно-резонансная
томография
Принятие решения
Интенсивный
счет в уме
Введение в кровь короткоживущих изотопов
(133Xe), измерение радиоактивности в
различных зонах коры больших полушарий
Височная
доля
Реакция на звук
Затылочная
область
Рассматривание
изображения

12.

Основной механизм рабочей гиперемии –
метаболическая регуляция тонуса сосудов
(в работающем органе резко увеличивается продукция сосудорасширяющих
факторов)
Сосудорасширяющие
факторы
Сосудорасширяющие
«метаболические» факторы:
Н+
Лактат-ионы
Снижение рО2 – открытие КАТФ каналов
Повышение рСО2
Увеличение концентрации К+
(активация Na/K-ATPазы – гиперполяризация )
АТФ и аденозин
(выделяются из работающих клеток)
Простагландины
Эти факторы не только вызывают
расслабление гладкой мышцы
сосудов,
но и тормозят секрецию медиаторов
из симпатических волокон, что
приводит к дополнительному
расширению сосудов
(функциональный симпатолиз)

13.

Второй механизм рабочей гиперемии – поток-зависимая дилятация
Параболический профиль
ламинарного потока крови в сосуде
Двухфазное
увеличение кровотока
в икроножной мышце
кошки при раздражении
двигательного нерва
в течение трех минут
Напряжение сдвига
4 Q
на эндотелии
r3
(shear stress):
σ - напряжение сдвига;
η – вязкость крови;
Q – объемная скорость кровотока;
r – внутренний радиус сосуда.
Фаза 2: расширение
крупных артерий
(исчезает после
разрушения
эндотелия)
Фаза 1: расширение
мелких сосудов под
влиянием метаболитов
Мелкие артериальные сосудов, расположенные внутри работающей мышцы, расширяются
под действием тканевых метаболитов.
Однако расширение только мелких сосудов не может обеспечить достаточное увеличение
кровотока: необходимо расширение и сравнительно крупных артериальных сосудов.
Поток-зависимая дилятация обеспечивает расширение крупных артерий,
которые располагаются вне мышцы и не подвергаются действию
метаболитов

14.

Третий механизм рабочей гиперемии: расширение просвета
капилляров при расслаблении клеток - перицитов
Артериола
Капилляр
Отросток
нейрона
Гладкомышечная
клетка
Ножка
астроцита
Эндотелиальная
клетка
Перицит
Базальная
пластинка
Просвет
Перицит
Перициты около
капилляров
головного мозга
Просвет
Сопряжение активности нейронов и их кровоснабжения
Увеличение
активности
нейронов
Выброс
глутамата
Действие на
астроциты: секреция
NO, простагландина Е2
и др.
РАССЛАБЛЕНИЕ
ПЕРИЦИТОВ
Расширение
капилляров
УВЕЛИЧЕНИЕ
КРОВОТОКА

15.

Четвертый механизм рабочей гиперемии:
тонус сосудов в работающем органе снижается под
действием веществ, выделяющихся из эритроцитов
УВЕЛИЧЕНИЕ
ПОТРЕБЛЕНИЯ О2
КЛЕТКАМИ
РАБОТАЮЩЕГО
ОРГАНА
Локальная
гипоксия
Расширение
сосудов
УВЕЛИЧЕНИЕ
СКОРОСТИ КРОВОТОКА
В РАБОТАЮЩЕМ ОРГАНЕ

16.

Системные механизмы, регулирующие уровень артериального
давления (АД)
1. Регулируют АД по принципу
отрицательной обратной связи
Отклонение АД
Компенсация
в результате
работы
регуляторного
механизма
А
В
Нескомпенсированное
отклонение
Коэффициент обратной связи = A/B
(feedback gain)
Возмущающее
воздействие
3. Имеют разные значения
коэффициента обратной связи
(feedback gain), который
определяет качество
компенсации первичного
изменения АД
Коэффициент обратной связи (feedback gain)
2. «Работают» на разных
интервалах временной шкалы
Почечный
механизм
Реакция на
ишемию ЦНС
Барорефлекс
Хеморефлекс
Время: Секунды
Минуты
Ренинангиотензиновая система
Часы
Фильтрацияреабсорбция
жидкости в
капиллярах
Сутки
Альдостерон

17.

Механизмы кратковременной регуляции АД
- реализуются с участием вегетативной нервной системы;
- «срабатывают» быстро (в течение нескольких секунд);
- если уровень АД отклоняется надолго, адаптируются и
начинают регулировать АД на этом новом, измененном уровне
1. Реакция на ишемию ЦНС
2. Артериальный барорецепторный рефлекс
3. Хеморефлекс
4. Рефлексы с рецепторов крупных вен, предсердий и
сосудов легких

18.

Механизмы кратковременной регуляции АД
- реализуются с участием вегетативной нервной системы;
- «срабатывают» быстро (в течение нескольких секунд);
- если уровень АД отклоняется надолго, адаптируются и начинают регулировать АД на этом
новом, измененном уровне
1. Реакция на ишемию ЦНС
2. Артериальный барорецепторный рефлекс
3. Хеморефлекс
4. Рефлексы с рецепторов сердца и легких (рецепторов «низкого давления»)
Повышение АД в ответ на
ишемию ЦНС (реакция Кушинга)
В данном эксперименте вызвана
повышением внутричерепного давления.
Исходное
давление ЦСЖ
Защитная роль: обеспечивает
кровоснабжение мозга при снижении
АД (например, при кровопотере)
Но: может приводить к
нежелательному повышению АД при
травме мозга, внутричерепных
кровоизлияниях, отеке мозга

19.

Барорецепторы и хеморецепторы дуги аорты
и каротидных синусов
Внутренняя
сонная
артерия
Блуждающие
нервы
Языкоглоточный
нерв
Наружная
сонная
артерия
Каротидное
тельце
Барорецепторные
волокна
Общая
сонная
артерия
Барорецепторные
волокна
Аорта
Аортальные
тельца
Аорта
Легочная
артерия

20.

Барорецепторы дуги аорты и каротидного синуса
(«барорецепторы высокого давления»)
Пульсации
АД в аорте
Свободные нервные окончания, воспринимают растяжение стенки сосудов
Частота импульсов в
одиночном
Средний уровень АД (мм рт.ст.)
афферентном нервном
волокне, идущем от
барорецептора
каротидного синуса, тем
выше, чем выше
уровень АД
Время (с)

21.

Артериальный барорефлекс
работает по принципу отрицательной обратной связи
Координирующий
центр
Эфферентные
пути
Афферентные пути
Продолговатый
мозг
Эффекторы
Детектор
Барорецепторы
Уменьшение
частоты и
силы
сокращений
сердца
Артериального
давления
Сердце
Сосуды
Расширение
сосудов
Уменьшение сердечного
выброса и общего
периферического
сопротивления сосудов,
нормализация АД

22.

Афферентные и эфферентные пути артериального барорефлекса
Продолговатый мозг
Афферентные
пути
Каменистый
ганглий
Ядро одиночного пути
Дорсальное
двигательное ядро вагуса
Узловатый
ганглий
Обоюдное ядро
(n. ambiguus)
Языкоглоточный нерв (IX)
Кардиоингибиторная
зона
Вазомоторная и
кардиостимулирующая
области
Каротидный
синус
Бульбоспинальные
эфферентные пути
Блуждающий
нерв (X)
Грудной и поясничный
отделы спинного мозга
Дуга
аорты
Преганглионарные
симпатические
волокна
Надпочечник
(мозговое
вещество)
Сердце
Симпатические
Венулы
Артериолы
Постганглионарные
симпатические
волокна
Парасимпатические
Преганглионарные
Преганглионарные
Постганглионарные
Постганглионарные
Чувствительные
Интернейроны
Ганглий

23.

Буферная роль артериального барорефлекса:
уменьшение отклонений АД от среднего уровня
(снижение вариабельности АД)
Гистограмма распределения
значений АД, зарегистрированных в
течение суток
(среднее значение АД не изменяется,
но увеличивается вероятность
отклонений от среднего уровня)
В норме
После денервации
% встречаемости
Артериальное давление (мм рт.ст.)
В норме
После денервации
Примеры регистрации АД у собак с
интактными барорецепторами и через 2-3
недели после денервации барорецепторов дуги
аорты и каротидных синусов
Уровень АД (мм рт.ст.)

24.

Рецепторы предсердий («барорецепторы низкого
давления»)
Измеряют объем крови
Также представляют собой свободные нервные окончания
ЭКГ
Верхняя полая
вена
Нижняя полая
вена
Тип А (возбуждаются при сокращении предсердия)
Правое
предсердие
Рецепторы типа А расположены
преимущественно в стенке правого
предсердия; рецепторы типа В - в
устьях нижней и верхней полых вен
Тип В
(возбуждаются при заполнении предсердия кровью)

25.

РЕФЛЕКС БЕЙНБРИДЖА:
изменение частоты
сокращений сердца в ответ на
растяжение предсердий,
легочных и полых вен (при
увеличении притока крови к
сердцу)
Увеличение венозного возврата,
растяжение вен и предсердия
Сердечнососудистый
центр
Знак изменения ЧСС зависит от того,
какой дополнительный объем жидкости
вводится с сердце.
При введении небольшого объема ЧСС
увеличивается (в результате
торможения вагусных и усиления
симпатических влияний на сердце).
При введении большого объема
жидкости ЧСС снижается.

26.

РЕФЛЕКС БЕЙНБРИДЖА:
изменение частоты сокращений
сердца в ответ на растяжение
предсердий, легочных и полых вен
Сердечнососудистый
центр
(при увеличении притока крови к сердцу)
Знак изменения ЧСС зависит от того, какой
дополнительный объем жидкости вводится с
сердце.
Увеличение венозного
возврата, растяжение
вен и предсердия
При введении небольшого объема ЧСС
увеличивается (в результате торможения
вагусных и усиления симпатических влияний
на сердце).
При введении большого объема жидкости ЧСС
снижается.
При сильном повышении венозного возврата рефлекс Бейбриджа
начинает конфликтовать с артериальным барорефлексом

27.

Кроме того, рецепторы
низкого давления запускают
реакции, направленные на
выведение жидкости из
организма
Сердечнососудистый
центр
Гипофиз
Снижение
секреции
вазопрессина
Увеличение венозного
возврата, растяжение
вен и предсердия
Ослабление
симпатических
влияний
Увеличение
секреции
предсердного
Na+-уретического
гормона
Расслабление сосудов
почек, уменьшение
реабсорбции Na+
и воды, увеличение
диуреза

28.

Изменения параметров гемодинамики у человека при изменении
положения тела в основном запускаются рецепторами низкого давления
Изменяется мало
Увеличивается
(активация симп.НС,
торможение парасимп.
НС)
АД =
СВ ОПС
Уменьшается, т.к.
снижается венозный
возврат крови к
сердцу
Снижается меньше,
чем ударный объем,
т.к. растет ЧСС
Увеличивается
(активация
симпатической НС)
Уменьшается:
активация
симпатической НС,
сужение сосудов)
Отток крови
в нижнюю часть тела
под действием силы
тяжести

29.

Изменения системной и регионарной гемодинамики
у человека при физической нагрузке
В начале работы – торможение
вагусных влияний, затем
«подключаются» симпатические
Может снижаться в результате
активации дыхания
Однонаправленные
изменения АД и ЧСС:
сдвиг установочной
точки барорефлекса
Перераспределение
кровотока между
органами

30.

Почему активация симпатической нервной системы
при физической нагрузке приводит к сужению сосудов кожи и
внутренних органов, но к расширению сосудов скелетных мышц?
1. Разные «команды» к сосудам
(паттерн команд формируется гипоталамусом)
В покое
При настораживании
2. Разные рецепторы на
постсинаптических клетках
Мишени
Уменьшение
Сердце
К сосудам
мышц
Активность
постганглионарных
симпатических
волокон (у.е.)
Увеличение
К сосудам
кожи
АД
(мм рт.ст.)
Резистивные
сосуды
ЧСС
(уд/мин)
Вены
Разнонаправленные изменения активности
симпатических волокон, иннервирующих сосуды
мышц и кожи, у человека при оборонительной
реакции ("White-Coat" Effect )
Симпатические
эффекты
Рецепторы
Увеличение силы и
частоты сокращений,
увеличение скорости
распространения
возбуждения по
сердцу
β1(α1)
Кожа – сужение
α
Почки – сужение
α
Ж-К-тракт – сужение
α
Скелетные мышцы расширение/сужение
β2/α
Сердце –
расширение/сужение
β2/α
Головной мозг –
эффект слабый
α
Легкие – эффект
очень слабый
α
Увеличение тонуса
α
Парас
э
Умень
частот
за
расп
возб
сос
слю
поло
(нет
влиян
пери
сопр
3. Кроме того, при физической нагрузке
сосуды мышц расширяются под влиянием
тканевых метаболитов

31.

Промежуточные (по времени) регуляторные механизмы
1.
Изменение фильтрации-реабсорбции жидкости в капиллярах – согласно
закономерностям Старлинга-Лэндиса (как следствие, изменение объема крови)
2.
Гормоны:
Адреналин и норадреналин из мозгового вещества надпочечников:
низкие концентрации – расширение сосудов (через β2-рецепторы);
высокие концентрации – сужение сосудов (через α-рецепторы)
Вазопрессин (антидиуретический гормон) – сужение сосудов
Натрийуретический предсердный пептид – расширение сосудов
Ангиотензин – сужение сосудов
«Условно гуморальные»
(в основном оказывают паракринное действие):
Эндотелин
Оксид азота
АТФ, АДФ
Гистамин
Брадикинин
Тромбин

32.

Механизмы системной регуляции
(регулируют уровень системного
артериального давления)
Механизмы локальной
(местной) регуляции:
«Подправляют» влияние системных
механизмов в пользу конкретных
органов и тканей
Роль системных и локальных механизмов в
регуляции сопротивления сосудов неодинакова в
разных органах
Сердце, головной мозг, легкие преобладает местная регуляция
Кожа – в основном нервная
регуляция кровотока
Скелетные мышцы, почки, желудочно-кишечный тракт –
сочетаются оба механизма

33.

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система
Ингибиторы АПФ
(капотен, эналаприл
и др.) используются
для лечения
артериальной
гипертензии
Ангиотензин I
Ангиотензиноген
Ангиотензин
II
Кора
надпочечников
Альдостерон
Ренин
Сужение сосудов
1. Снижение артериального давления
Гипофиз
Секреция
антидиуретического
гормона
2. Действие симпатических нервов
3. Увеличение концентрации Na+
в моче
Повышение
реабсорбции Н2О
в собирательных
трубочках
Стимуляция жажды
-
Отрицательная обратная связь
Задержка в организме соли и воды
Увеличение объема циркулирующе й крови
Увеличение общего периферического сопротивления
(в капиллярах легких)
Повышение
реабсорбции Na+
и секреции K+
Пасивный
транспорт
Ангиотензинпревращающий фермент
Печень
Активный
транспорт
Активация
симпатической
системы

34.

Долговременная регуляция АД осуществляется почечным механизмом
Длительно АД может иметь
только такой уровень, при
котором скорость
мочеотделения равна
скорости поступления
жидкости в организм
Влияние артериального
давления на скорость
мочеотделения
Повышение АД (расстройство)
Увеличение скорости мочеотделения
Уменьшение объема жидкости в
организме
Уменьшение объема крови
Уменьшение минутного объема сердца
Уменьшение АД (компенсация)
Выделение/поступление жидкости
В норме
При
нарушении
работы
почки

35.

«Негомеостатические» рефлексы
Рефлекс Гольтца
(активация рецепторов внутренних
органов, висцеро-кардиальный рефлекс)
Рефлекс Даньини-Ашнера
А также рефлексы, обусловленные активацией «соматических рецепторов»
(болевых рецепторов кожи, рецепторов мышц и сухожилий).