Физические закономерности, лежащие в основе движения крови в организме

На 18-й день жизни в крохотном, не больше горошины, комочке клеток — человеческом зародыше — начинает биться сердце, заставляя кровь приносить питательные вещества к самым отдаленным клеткам организма.

Кровеносная система человека — это сложная замкнутая система эластичных трубок различного диаметра (аорта, артерии, артериолы, капилляры, венулы, вены).

От сердца кровь движется вначале по аорте — эластичной, из мышечной ткани трубке диаметром 2—3 см. Чем дальше от сердца, тем больше разветвляются сосуды, отсылая во все органы свои разветвления — артерии. Диаметр артерий уменьшается по мере отдаления от сердца. Врезаясь в ткани органов, артерии разветвляются и превращаются в мельчайшие сосуды— артериолы. На этом дробление сосудов, несущих кровь, не заканчивается: артериолы дают начало бесчисленным волосяным сосудикам — капиллярам.

Стенка капилляра имеет особое устройство и напоминает ситечко. В отверстие между клетками, которые лежат в один слой, свободно проходят из капилляра в ткани кислород и питательные вещества. Капилляры нигде не заканчиваются, не обрываются, а, постепенно увеличивая свой диаметр, превращаются в венулы. Венулы соединяются в вены, которые несут кровь в сердце. Круг замыкается. К месту старта кровь возвращается в среднем через 20 сек.

За рабочие сутки сердце развивает мощность в 27 лошадиных сил, перегоняя по сосудам до 10 000 л крови. (О работе сердца мы рассказали в конце предыдущего раздела). Кровь в артериях за 1 сек «пробегает» полметра, в венах — 10-20 см, в капиллярах — 0,05—0,1 см. Приведенная ниже таблица показывает зависимость давления и скорости течения крови от размеров кровеносного сосуда.

1 тор — единица давления, соответствующая 1 мм. рт. ст.

Первые два столбца цифр в этой таблице обусловлены законом неразрывности струи и связывают величину сечения со скоростью движения крови. Анализируя эти цифры, можно подумать, что закон неразрывности струи в кровеносной системе не соблюдается, ибо чем уже сосуд, тем скорость движения в нем меньше, что особенно хорошо видно на примере капилляров. Однако это несоответствие только кажущееся.

Дело в том, что в таблице приведен диаметр одного сосуда, но ведь по. мере разветвления сосудов площадь каждого из них уменьшается, а суммарная площадь разветвления возрастает. Так, суммарная площадь всех капилляров в сотни раз превышает площадь аорты — этим и объясняется такая малая скорость крови в капиллярах.

Второй и третий столбики цифр этой таблицы обусловлены зависимостью давления от скорости движения жидкости. И здесь анализ цифр приводит к кажущемуся несоответствию с закономерностью: скорость крови уменьшается от аорты к капиллярам, а затем возрастает к венам; следовательно, давление должно быть большим в капиллярах и меньшим в аорте и венах.

Такой вывод, однако, не имеет смысла: кровь может двигаться только по направлению от большего давления к меньшему (см. таблицу). Такое отклонение от законов гидродинамики вызвано работой сердца — оно нагнетает кровь в аорту и этим создает давление до 150 тор, затем давление падает, а в венах даже становится отрицательным также за счет отсасывающего действия сердца.

Действие эластичности стенок сказывается в связи с периодичностью работы сердца. Измерения показали, что при частоте сокращений 70 в минуту на сокращение желудочков приходится 0,3 сек, предсердий — 0,12 сек и 0,5 сек сердце отдыхает (около 0,9 сек на 1 цикл). Так возникает ритмическая пульсация, которая в некоторых местах организма легко прощупывается (пульс), а по мере разветвления сосудов сглаживается за счет эластичности сосудов, исчезая в капиллярах и венах.

При каждом сокращении сердечной мышцы в аорту выталкивается 60—70 см³ крови. Поскольку кровеносная система заполнена кровью, кровь выталкивается из сердца в сосуды под некоторым давлением, что сопровождается растяжением стенок аорты, создается некоторый резерв крови в этом растяжении. Когда сердце отдыхает, ток крови в системе не прекращается: под действием упругих сил стенки сосудов возвращаются в исходное состояние, направляя в систему кровь из своего резерва.

Рис. 9. Демонстрация действия эластичности стенок на течение жидкости

Действие эластичных трубок можно увидеть на опыте, изображенном на рис. 9. Жидкость из большого сосуда через резиновый шланг поступает в резиновую (эластичная) и стеклянную трубки. Периодически зажимая резиновый шланг, в эти трубки направляют прерывистый поток жидкости. За счет эластичности стенок резиновой трубки пульсации сглаживаются, поэтому из нее жидкость вытекает непрерывным потоком. Из стеклянной трубки жидкость вытекает прерывисто.