Кровообращение

Кровообращение — циркуляция крови у животных, обеспечивающая обмен веществ между организмом и внешней средой. С помощью кровообращения происходит:

Кровообращение играет ключевую роль в терморегуляции теплокровных (гомойотермных) животных, является важнейшим фактором адаптации к меняющимся условиям среды и ведущим механизмом поддержания гомеостаза организма. Впервые система кровообращения была описана Уильямом Гарвеем в 1628 году.

Эволюция систем кровообращения

Движение специализированной биологической жидкости по системе, обособленной от внешней среды, впервые появляется у червей.

  • Незамкнутая система: Характерна для большинства беспозвоночных (членистоногие, многие моллюски) и низших хордовых (ланцетник). Кровь движется не только по сосудам, но и изливается в полости тела. Движение обеспечивается сокращениями сердца (или нескольких «сердец») и отчасти мускулатуры тела. Для такого типа характерны большой объём крови и относительно низкая скорость кровотока.
  • Замкнутая система: Характерна для всех позвоночных. Кровь циркулирует только по сосудам, а обмен веществами с тканями происходит через стенки мельчайших из них — капилляров.

Основные эволюционные изменения системы кровообращения связаны со строением сердца и переходом от жаберного дыхания к лёгочному.

Круги кровообращения у позвоночных

  • Один круг (жаберное дыхание): У круглоротых, рыб (кроме двоякодышащих) — один круг кровообращения. Сердце двухкамерное (предсердие и желудочек), заполнено венозной кровью. Кровь выбрасывается в брюшную аорту, направляется к жабрам, где насыщается кислородом, а затем распределяется по телу. После отдачи кислорода тканям венозная кровь возвращается в сердце.
  • Два круга (лёгочное дыхание): У позвоночных с лёгочным дыханием (а также у двоякодышащих рыб) появляется второй, малый (лёгочный) круг для насыщения крови кислородом. Сердце становится более мощным, способным создавать высокое давление.

У земноводных и большинства пресмыкающихся (кроме крокодилов) сердце трёхкамерное: два предсердия и один желудочек. В желудочке происходит частичное смешивание артериальной (богатой кислородом) крови из левого предсердия и венозной (бедной кислородом) из правого. Поэтому кровь, поступающая к органам, недостаточно насыщена кислородом.

У птиц, млекопитающих и крокодилов сердце четырёхкамерное: два предсердия и два желудочка, полностью разделённых перегородкой. Это обеспечивает полное разделение двух кругов кровообращения:

  • Большой круг (телесный): Артериальная кровь из левого желудочка по аорте и артериям разносится ко всем органам, отдаёт кислород и забирает углекислый газ, превращаясь в венозную. По венам возвращается в правое предсердие.
  • Малый круг (лёгочный): Венозная кровь из правого желудочка по лёгочным артериям направляется в лёгкие, где отдаёт CO₂ и насыщается O₂, превращаясь в артериальную. По лёгочным венам возвращается в левое предсердие.

Такое разделение позволило резко повысить эффективность газообмена, увеличить скорость кровотока, уровень обмена веществ и стать полностью теплокровными.

Особый случай — кровообращение плода: У млекопитающих полное разделение кругов наступает только после рождения. У плода лёгкие не функционируют, а кислород поступает из плаценты матери. Для обхода малого круга существуют специальные структуры (овальное окно, артериальный (боталлов) проток), которые закрываются в первые часы или дни после рождения, когда ребёнок начинает дышать самостоятельно.

Показатели и регуляция кровообращения

  • Время кругооборота крови — время, за которое частица крови проходит оба круга кровообращения. Сильно варьирует у разных животных: от нескольких секунд (у кролика — 7,5 с, у собаки — 16 с) до десятков минут у некоторых насекомых. У человека в норме составляет 20 — 25 с.
  • Распределение крови в организме неравномерно и соответствует функциональной активности органов. Например, в покое максимальный кровоток (в расчёте на 100 г ткани) наблюдается в почках, мозге и сердце, а минимальный — в мышцах и коже. При физической нагрузке картина резко меняется.

Механизмы регуляции

Кровообращение тонко регулируется для поддержания стабильного давления и обеспечения потребностей органов. Регуляция осуществляется нервными и гуморальными (химическими) механизмами.

  • Нервная регуляция: Осуществляется сосудодвигательным центром, расположенным в продолговатом мозге. Сосуды находятся под постоянным тоническим (сосудосуживающим) влиянием симпатических нервов. Важнейшую роль играют рефлексы с баро- и хеморецепторов:

    • Барорецепторы (в дуге аорты, каротидном синусе) реагируют на изменение давления крови. При его повышении рефлекторно снижается тонус сосудов и сердечный выброс, что ведёт к нормализации давления.
    • Хеморецепторы (те же зоны) реагируют на изменение химического состава крови (снижение O₂, повышение CO₂, сдвиг pH). Их раздражение приводит к сужению сосудов и учащению сердцебиения.

  • Гуморальная регуляция: На тонус сосудов и работу сердца напрямую влияют различные вещества:

Современный контекст

Современные исследования кровообращения (гемодинамики) активно используют методы визуализации (УЗИ, МРТ, компьютерная томография) для изучения кровотока в реальном времени. Большое внимание уделяется микрососудистому руслу (капиллярам) и эндотелию — внутренней выстилке сосудов, которая является активным эндокринным органом, выделяющим вещества, регулирующие тонус сосудов и свёртываемость крови (например, оксид азота NO). Понимание этих механизмов лежит в основе лечения сердечно-сосудистых заболеваний — главной причины смертности в мире.