Кровообращение и гравитация

Земное притяжение, действуя на все материальные вещи независимо от их состояния (газообразного, жидкого или твердого), приводит к появлению силы, с которой любое вещество, в том числе и кровь, давит на подлежащую поверхность.
Гидродинамический и гидростатическое давление крови. С гидродинамическим давлением мы уже знакомы: это то давление, создаваемое сокращениями сердца и обеспечивает движение крови по системе кровеносных сосудов. В отличие от него гидростатическое давление представляет собой давление столба крови в сосудах.
Когда человек лежит, то все ее сосуды находятся примерно на одном и том же горизонтальном уровне с сердцем. В этом случае гидростатическое давление близок к нулю, и во всей кровеносной системе действует только гидродинамическое давление, который в равной степени пидгримуе кровообращение во всех частях тела. При переходе же человека в вертикальное положение (ортостаз), ситуация резко меняется: в сосудах, расположенных ниже сердца к гидродинамического давления добавляется давление столба крови, а в сосудах, расположенных выше сердца, гидростатическое давление вычитается. В результате при значении среднего артериального давления на уровне сердца 100 мм рт. ст. в артериях стопы он достигает 170 мм, а в сосудах головы – только 70 мм рт. ст. Еще большее влияние гидростатическое давление оказывает на венозные сосуды. Если на уровне сердца давление в полых венах принять нуля (то есть таким, который равен атмосферном давлении), то в венах стопы он составит уже 80 мм рт. ст, а в венах головы будет отрицательные значения.
Такие изменения артериального и венозного давления при переходе из горизонтального положения в вертикальное должны резко повлиять на кровообращение в “критических” частях тела (голове и ногах). Теоретические расчеты показывают, что кровоснабжение головы у человека, который встал, должно уменьшиться на 60%, что неизбежно приведет к ишемии мозга и потери сознания, а в ногах вследствие повышения капиллярного давления будет расти фильтрация плазмы крови, накапливаться тканевая жидкость и развиваться отек. Однако в подавляющем большинстве случаев у здорового человека никогда ничего подобного не происходит. Поскольку как горизонтальное, так и вертикальное головой вверх положение тела для человека вполне нормальными, то, очевидно, что у людей в ходе эволюции выработались приспособления к действию сил земного притяжения.
Антигравитационные механизмы в сердечно-сосудистой системе человека. Прежде всего следует указать на анатомические приспособления: стенки крупных вен головного мозга приросли к внутренней поверхности черепа и к твердой мозговой оболочки, благодаря чему эти вены никогда не спадаются и обеспечивают отток крови из мозга при нулевом давлении в них. Правда, яремные вены, вены лица и шеи, где давление также нулевой, могут некоторое время находиться в состоянии спадиння. Но поскольку в позвоночных животных кровеносная система замкнутая, движение крови может поддерживаться благодаря “эффекту сифона” и в сосудах с нулевым, или даже отрицательным давлением.
Основную роль в компенсации сдвигов в системе кровообращения человека при переходе в вертикальное положение играют механизмы нервной и гуморальной регуляции. В момент изменения положения тела в вены нижних конечностей переходит до 500 мл крови, что приводит к уменьшению ударного объема крови и к снижению артериального давления. Последнее из барорецепторы каротидного синуса и дуги аорты вызывается к сужению артериальных сосудов и ускорение сердечных сокращений. Артериальное давление и минутный объем крови в течение нескольких секунд восстанавливаются.
На первых секундах ортостаз мозговой кровоток уменьшается, но не настолько как предполагалось теорией, незначительный уровень ишемии сопровождается повышением в ткани мозга концентрации С02та других метаболитов, которые расширяют мозговые сосуды. Как следствие происходит восстановление нормального кровоснабжения мозга. Противодействие негативным явлениям в нижних конечностях человека, стоящего осуществляется мышечным насосом (см. Стр. 84), который функционирует не только во время восхождения, но и при незначительных, часто неосознаваемых сокращениях мышц ног. Однако если человека заставить стоять неподвижно длительное время, что имеет место при некоторых военных церемониях, это может привести к потере сознания.
Кроме человека на Земле живет еще один вид животных с преимущественно вертикальным расположением тела и кровеносной системы, – жирафы. В них фактор гравитации еще большей степени влияет на работу сердечно-сосудистой системы.
Феномен жирафы. Как известно, жирафы самые высокие животными в мире, их рост может достигать 3-5 м и выше. Для того, чтобы поднять кровь к головному мозгу и обеспечить его питание, сердце жирафа должно создать в аорте давление около 200 мм рт. ст. При этом гидростатическое давление в сосудах лап животного может превышать 300 мм рт. ст. Прямые измерения кровяного давления в жирафы, спокойно стоит, обнаружили такие средние значения артериального и венозного давления в сосудах шеи: 110 и 16 мм рт. ст. соответственно, на уровне сердца – 200 и 5 мм, а на голени – 260 и 150 мм рт. ст. Когда же животное двигалось, колебания артериального давления в сосудах ее лапы достигали 70-380 мм рт. ст. для артериального давления, для венозного 250- 40 мм рт. ст. (Haigens et al., 1987).
В этой связи возникает вопрос, во-первых, как может функционировать кровеносная система при таких колоссальных перепадах и колебаниях давления в кровеносной системе и во-вторых, как животному удается предотвращать отека тканей? Ведь у жирафа есть две части тела, “критические” по развитию отека – это конечности, когда животное стоит, и голова, когда она наклоняется чтобы напиться, или ложится отдохнуть.
Очевидно в жирафы существуют более эффективные, чем у человека средства защиты против действия гравитации. Так, кровеносные сосуды в жирафы, особенно в лапах, имеют очень толстую стенку и суженный просвет. Этим достигается значительный сосудистое сопротивление и, соответственно, обеспечивается способность сосудов выдерживать высокое артериальное давление. Одновременно высокий сосудистое сопротивление, создаваемый зауженными артериолами, снижает давление крови в капиллярах, чем предотвращает чрезмерную фильтрации тканевой жидкости и отека конечностей. В этом же направлении работают очень плотная кожа и связи нижней части конечностей, которые создают своеобразный “антигравитационное костюм”.
Клапаны в яремных венах жирафы выполняют очень важную функцию в поддержании нормального кровообращения в голове и мозга, когда животное опускает, голову судьбы. С одной стороны, вместе с ритмическими сокращениями мышц челюстей эти клапаны, открываясь по направлению к сердцу, словно откачивают кровь от мозга. С другой стороны, эти же клапаны сразу закрываются, только животное опускает голову и прекращают обратное движение крови по венам к голове, защищая таким образом мозг от гравитационного удара.
Сердечный выброс у жирафа составляет почти 60 л / мин, однако нормированное его значения (80-90 мл / мин кг) не отличается от такового в большинстве млекопитающих.
Антиортостаз – это положение головой вниз. Хотя для человека оно не является нормальным, однако по разным причинам, связанные со спецификой работы или спорта, ей приходится иногда находиться в таком положении. Конечно, при этом развиваются иногда довольно значительные изменения кровообращения, которые компенсируются не так быстро и хорошо, как реакции на ортостаз. Так, у людей в положении головой вниз под углом 30, 45 или 60 ° наблюдали в зависимости от степени антиортостазу рост ударного и минутного объема крови, артериального давления, уменьшение периферического сосудистого сопротивления. Частота сокращений сердца изменялась при этом разнонаправленно, отмечался также перераспределение крови: рост кровенаполнения сосудов головы и уменьшение его в нижней половине тела. Начиная с 2-3-й минуты антиортостазу гемодинамические показатели постепенно нормализовались.
Сердечно-сосудистая система при невесомости. Учитывая значительное влияние земного притяжения на функционирование системы кровообращения, можно ожидать, что в отсутствии этого фактора кровеносная система человека или не самой претерпит существенных негативных изменений. Первыми космонавтами были собаки, в которых в течение первых двух часов состояния невесомости артериальное давление несколько снижался, а в дальнейшем происходило его повышение до 180-200 мм рт. ст. Частота пульса не выходила за пределы нормы, но резко возрастала дыхательная аритмия сердца.
Когда человек проник в космос и столкнулась с невесомостью, выяснилось, что ничего страшного не случилось. Режим и параметры функционирования сердечно-сосудистой системы в целом оставались почти такими же, как у человека на уровне моря в положении лежа. Наиболее частой и выраженной реакцией организма на переход в состояние невесомости было перемещение крови от нижней части тела в выше расположенные отделы, проявлялось в увеличении кровенаполнения головного мозга, легких и печени за счет уменьшения объема нижних конечностей. Увеличение центрального объема крови, возникающее при этом, вызывало рефлекторное увеличение частоты сокращений сердца (рефлекс Бейнбриджа см. Раздел 5.1.3), благодаря чему происходило перекачки избыточного количества крови от головы и грудной клетки в нижней половины туловища и частичная компенсация нарушенного невесомостью распределения крови. Одновременно за счет гуморальных механизмов (вероятно, торможение выделения АДГ, усиление синтеза предсердного натрий-уретичного пептида) рос диурез, организм терял воду, развивалась гиповолемия с нарушением водно-солевого обмена. Как правило, описанные изменения не выходили за пределы нормы.
Кроме того, в отдельных космонавтов отмечались относительно небольшие (преимущественно функциональные) изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы: росла лабильность сердечного ритма, возникали эпизоды тахикардии и аритмий, наблюдалось увеличение продолжительности фазы быстрого наполнения сердца и др. Минутный и ударный объемы крови снижались на 10-13%, хотя артериальное давление основном оставался в пределах нормы даже в течение одного года пребывания человека в состоянии невесомости. Основными причинами указанных изменений считают эмоциональный фактор в начале пребывания в космосе, а также отсутствие гидростатического давления крови и значительных физических усилий при длительном полете.
После возвращения на Землю во всех космонавтов отмечалась временная ортостатическая гипотензия – снижение артериального давления во время длительного стояния. За 2-3 недели послеполетного адаптации почти все сердечно-сосудистые показатели приходили к норме.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 2.50 out of 5)

Кровообращение и гравитация