Регуляция кровообращения

Механизмы локальной (местной) регуляции: Механизмы локальной (местной) регуляции: - эндотелий-зависимая регуляция; - метаболическая регуляция; - миогенный механизм. «Подправляют» влияние системных механизмов, исходя из потребностей в кровоснабжении конкретных органов и тканей Механизмы системной регуляции Механизмы системной регуляции (регулируют уровень системного артериального давления): нервные и гуморальные Направлены на регуляцию кровоснабжения жизненно важных органов (в первую очередь, головного мозга и сердца) Артериальное давление Общее периферическое сопротивление сосудов Минутный объем сердца («сердечный выброс») =× Нормальные значения: систолическое – до 130 мм рт.ст. диастолическое – до 85 мм рт.ст. 5 – 6 л/мин

Рабочая (активная) гиперемия Рабочая (активная) гиперемия – увеличение притока крови к работающему органу (или к группе клеток в пределах этого органа) В головном мозге – локальное увеличение кровотока в работающей области (общий мозговой кровоток практически не изменяется) Введение в кровь короткоживущих изотопов (133 Xe), измерение радиоактивности в различных зонах коры больших полушарий Слабое раздражение кожи руки В покое Движение руки Чтение Принятие решения Речь Интенсивный счет в уме Болевое раздражение Увеличение кровотока во время расслабления мышц Уменьшение кровотока во время сокращения мышц Скелетные мышцы Распределение сердечного выброса в покое и при физической нагрузке Рабочая гиперемия в мышцах голени человека при ритмических сокращениях

Метаболическая регуляция тонуса сосудов: основной механизм рабочей гиперемии ( (обеспечивает соответствие кровоснабжения уровню метаболической активности ткани) УВЕЛИЧЕНИЕ АКТИВНОСТИ ТКАНИ Накопление тканевых метаболитов Расширение сосудов УВЕЛИЧЕНИЕ КРОВОТОКА СНИЖЕНИЕ АКТИВНОСТИ ТКАНИ Вымывание тканевых метаболитов Сужение сосудов УМЕНЬШЕНИЕ КРОВОТОКА

Метаболическая регуляция тонуса сосудов: основной механизм рабочей гиперемии ( (обеспечивает соответствие кровоснабжения уровню метаболической активности ткани) Сосудорасширяющие «метаболические» факторы: Н + Лактат-ионы АТФ и аденозин Снижение рО 2 – открытие К АТФ каналов Повышение рСО 2 К + (активация Na/K-ATPазы) Простагландины Эти факторы не только вызывают расслабление гладкой мышцы сосудов, но и тормозят секрецию медиаторов из симпатических волокон, что приводит к дополнительному расширению сосудов

Параболический профиль ламинарного потока крови в сосуде Напряжение сдвига на эндотелии (shear stress): Второй механизм рабочей гиперемии – поток-зависимая дилятация σ - напряжение сдвига; η – вязкость крови; Q – объемная скорость кровотока; r – внутренний радиус сосуда. Расширение бедренной артерии кошки в ответ на увеличение потока крови Отсутствие ответа после удаления эндотелия В обоих случаях давление крови стабилизировано на уровне 100 мм рт.ст.

Поток-зависимая дилятация обеспечивает расширение крупных артерий, которые лежат вне мышцы и не подвергаются действию метаболитов Двухфазное увеличение кровотока при рабочей гиперемии икроножной мышце кошки, вызванное раздражением двигательного нерва Фаза 1: расширение мелких сосудов под влиянием метаболитов Фаза 2: расширение крупных артерий (исчезает после разрушения эндотелия) Снижение проводимости сосудов только мелких артериол не может обеспечить достаточное увеличение кровотока. Необходимо расширение и сравнительно крупных артериальных сосудов. Такая координация обеспечивается поток-зависимой дилятацией.

Авторегуляция кровотока: Авторегуляция кровотока: если уровень активности органа не изменяется, то кровоток через него поддерживается (более или менее) постоянным, несмотря на изменения системного артериального давления Механизмы: 1.Миогенный (характерен для почки и крупных артерий головного мозга) 2.Метаболический (характерендля мелких артерий головного мозга) Обеспечивает независимость кровотока через орган от колебаний системного АД «Более»: в почке и головном мозге «Менее»: в желудочно-кишечном тракте, коже, жировой ткани

Сужение изолированной артериолы сердца в ответ на увеличение давления Удаление эндотелия не влияет на сужение артериолы Миогенный механизм: Миогенный механизм: (реакция Бейлисса): cужение сосудов в ответ на растяжение давлением Механизм: растяжение мембраны гладкомышечной клетки активация механочувствительных каналов вход в клетку Na + и Ca 2+ деполяризация и сокращение Артериола с введенными канюлями Гладкая мышца расслаблена Гладкая мышца сокращается в ответ на растяжение

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

Повышение АД в ответ на ишемию ЦНС (реакция Кушинга ) В данном эксперименте вызвана повышением внутричерепного давления. Защитная роль: обеспечивает кровоснабжение мозга при кровопотере Но: приводит к нежелательному повышению АД при травме мозга, внутричерепных кровоизлияниях, отеке мозга 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 (с рецепторов «низкого давления»)

Легочная артерия Аорта Общая сонная артерия Внутренняя сонная артерия Языкоглоточный нерв Каротидное тельце Наружная сонная артерия Барорецеп- торные волокна Блуждающие нервы Аортальные тельца Барорецепторы и хеморецепторы крупных артерий Барорецепторные волокна Аорта

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

Схема работы артериального барорефлекса Артериального давления СердцеСосуды Уменьшение сердечного выброса и общего периферического сопротивления сосудов, нормализация АД Продолговатый мозг Детектор Эффекторы Барорецепторы Координирующий центр Афферент- ные пути Эфферентные пути

Афферентные и эфферентные пути артериального барорефлекса Каменис- тый ганглий Узловатый ганглий Продолговатый мозг Афферентные пути Вазомоторная и кардиостимулирующая области Обоюдное ядро (n. ambiguus) Ядро одиночного пути Дорсальное двигательное ядро вагуса Кардио- ингибиторная зона Грудной и поясничный отделы спинного мозга Бульбоспинальные эфферентные пути Преганглионарные симпатические волокна СимпатическиеПарасимпатические Чувстви- тельные Интер- нейроны Надпочечник (мозговое вещество) Сердце Венулы Дуга аорты Каротидный синус Артериолы Постганглионарные симпатические волокна Ганглий Преганглионарные Постганглионарные Блуждающий нерв (X) Языкоглоточ- ный нерв (IX)

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

дефицит О 2 ингибирование К + -каналов усиление входа Са 2+ выброс медиаторов: АТФ и дофамина генерация ПД в афферентных волокнах Периферические хеморецепторы: механизм детекции недостатка О 2 (АТФ, дофамин) Каротидное тельце: масса – 2 мг, кровоток мл/мин = 2000 мл/100 г ткани Для сравнения: кровоток в головном мозге:54 мл/мин/100 г

Хеморефлекс: влияние на кровообращение Гипоксия, гиперкапния Сужение сосудов, повышение АД После компенсаторной активации дыхания – повышение ЧСС Вазомоторный центр (+) Сначала – снижение ЧСС

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

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 Сердечно- сосудистый центр Направленность 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. При сильном повышении венозного возврата рефлекс Бейбриджа начинает конфликтовать с артериальным барорефлексом

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

Изменения параметров гемодинамики у человека при изменении положения тела: в основном запускаются рецепторами низкого давления АД = СВ ОПС

Может снижаться в результате активации дыхания В начале работы – торможение вагусных влияний, затем «подключаются» симпатичсекие Изменения гемодинамики при физической нагрузке Однонаправленное изменение АД и ЧСС: сдвиг установочной точки барорефлекса

1. Разные «команды» к сосудам (паттерн команд формируется гипоталамусом) «Мышечные» «Кожные» Активность постганглионарных симпатических волокон (у.е.) АД (мм рт.ст.) ЧСС (уд/мин) Почему активация симпатической нервной системы при оборонительной реакции или умеренной физической нагрузке не приводит к сужению сосудов скелетных мышц, тогда как сосуды кожи и внутренних органов при этом суживаются? Разнонаправленные изменения активности симпатических волокон, иннервирующих сосуды мышц и кожи, у человека при оборонительной реакции ("White-Coat" Effect ) 2. Разные рецепторы на постсинаптических клетках 3. Кроме того, при физической нагрузке сосуды мышц расширяются под влиянием метаболитов

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

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 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

4. Ангиотензин II (8 а/к) : сужение сосудов; стимуляция секреции альдостерона; активация симпатической нс; облегчение секреции норадреналина из симпатических нервов; стимуляция жажды; гипертрофия клеток сердца и сосудов Действие симпатической НС через 2 -рецепторы (при ее рефлекторной активации вследствие снижения АД) Ренин-ангиотензин- альдостероновая система 3. Ангиотензин - превращающий фермент (АПФ): в эндотелии капилляров легких Ингибиторы АПФ (капотен, эналаприл и др.) используются для лечения артериальной гипертензии 2. Ангитензиноген – (продуцируется печенью) Ангиотензин I (10 а/к) - неактивен 5. Альдостерон – выброс из коры надпочечников, усиление обратного всасывания Na +, увеличение объема крови (конкуренция с предсердным пептидом) 1. Ренин – фермент, вырабатываемый почками Снижение давления крови Повы- шение давления крови

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

Механизмы локальной (местной) регуляции: Механизмы локальной (местной) регуляции: «Подправляют» влияние системных механизмов в пользу конкретных органов и тканей Механизмы системной регуляции Механизмы системной регуляции (регулируют уровень системного артериального давления) 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 – сочетаются оба механизма