К вопросу об устройстве сердечно-сосудистой системы (ССС) на границе артериальной и венозной ветвей (гипотеза «открытых концов»)

Комаров Борис Николаевич

Казань, Россия
Контакты:


Реферат. Рассмотрена гипотеза Старлинга, объясняющая механизм венозного подъема. Приводятся теоретические аргументы, свидетельствующие о ее несостоятельности. Предложена для обсуждения гипотеза, объясняющая венозный подъем без противоречий с физическими законами.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: посткапилляр, закон гидравлики, гипотеза «открытых концов», капиллярный подъем.


В настоящее время наиболее распространенным является МНЕНИЕ (медиков, физиологов, биофизиков), что сердечно-сосудистая система (ССС) является анатомически замкнутой системой, которая состоит из артериальной и венозной ветвей, соединенных друг с другом с одной стороны – в сердце, а с другой – в капиллярных сетях органов и мышц [1]. Мнение неявно обосновывается аргументом под названием «здравый смысл», согласно которому длительный кровоток в анатомически разомкнутой системе НЕВОЗМОЖЕН.

Однако с механизмом кровотока на границе артериальной и венозной ветвей до сих пор пока нет полной ясности.

В данном сообщении сделана попытка критического анализа этого вопроса и предложена для обсуждения гипотеза «открытых концов», объясняющая, по мнению автора, венозный подъем без противоречий с физическими законами.

В учебниках по физиологии и медицине утверждается, что на границе артериальной и венозной ветвей артериальные капилляры (гемокапилляры) непосредственно ПЕРЕХОДЯТ в венулы, образуя разветвленную, но анатомически замкнутую систему.

Так как гидравлическое давление на конце артериального русла близко к нулю (за ноль принимается атмосферное давление), то кровоток в русле, согласно законам гидравлики, должен прекратиться, так как в этом месте русла нет механизма (насоса), который бы обеспечил дальнейшее движение жидкости в венозную ветвь (венозный подъем). Но венозный подъем есть, это – неопровержимый факт.

Чтобы разрешить это противоречие, английский физиолог Старлинг предложил следующую гипотезу. Конец артериальной ветви ССС соединяется с венулой (началом венозной ветви) не непосредственно, а через посткапилляр, начальный участок которого является фильтрующим, а конечный – всасывающим [2]. Это утверждение математически оформлено в виде критерия:

∆Q = k [(Pк + Ом) – (Pм + Ок)]

Здесь ∆Q – градиент давления в русле посткапилляра, Pк – давление в капилляре, Pм – гидростатическое давление в межклеточной жидкости (равное атмосферному), а Ок и Ом – онкотическое давление плазмы крови в капилляре и онкотическое давление межклеточной жидкости.

Утверждается, что если ∆Q больше нуля, то на этом участке посткапилляра происходит фильтрация артериальной крови из русла в межклеточное пространство, если ∆Q меньше нуля, то на этом участке посткапилляра происходит всасывание межклеточной жидкости в русло.

Таким образом, посткапилляр, согласно Старлингу, выполняет роль насоса на этом участке русла и обеспечивает непрерывный кровоток в ССС.

Основная мысль этой гипотезы – в организме существуют капилляры с экзотическими свойствами и, естественно, их количество в анатомически замкнутой системе должно равняться количеству гемокапилляров и венул.

Гипотезы принято аргументировать либо фактами, которые можно перепроверить (чем их больше, тем достовернее гипотеза), либо логическими доводами.

Наиболее убедительным фактом, подтверждающим наличие в организме такого экзотического капилляра, могла бы служить, например, ссылка на работу, в которой была бы представлена фотография участка соединения («артериальный капилляр – посткапилляр – венула»). Такой ссылки и такой фотографии нет.

Элементарный анализ показывает, что посткапилляр Старлинга в любом случае не может выполнять то, для чего он придуман. Ведь если на входе посткапилляра давление положительное, а на выходе отрицательное, то где-то в русле посткапилляра оно неизбежно должно проходить через ноль и, следовательно, кровоток в этом месте русла должен прекратиться. Т.е. венозный подъем, в соответствии с физическим законом, невозможен, так как в анатомически замкнутом русле есть место, где градиент давления равен нулю.

Механизм диффузии межклеточной жидкости в венозном конце посткапилляра тоже не может служить причиной дальнейшего движения, так как не создает градиента давления в замкнутом русле (согласно закону Паскаля любое дополнительное давление в русле по кровотоку равно давлению против кровотока). Таким образом, включение Qк и Qм в критерий Старлинга не имеет физических оснований (они не влияют на транспорт крови), и критерий упрощается до очевидного: ∆Q = k(Pк – Pм). Есть градиент между давлением в русле и атмосферным – есть движение, нет градиента – нет движения.

Итак, ФАКТ непрерывного кровотока в ССС не может быть объяснен без понимания механизма венозного подъема на границе артериальной и венозной ветвей.

Гипотеза Старлинга не может, без противоречий с фундаментальными физическими законами, объяснить этот механизм. Следовательно, она должна быть признана несостоятельной и исключена из учебных пособий по очевидному соображению, что ошибочное представление о фундаментальном явлении вреднее «голого» незнания. Недопустимо, когда студент на лекции по физике слышит одно, а через пару часов, на лекции по физиологии, прямо противоположное. Тут – «или/или». Доводы «общепринято», «здравый смысл» могут являться серьезным научным аргументом в политологии, но не в физике и физиологии.

ФАКТ непрерывного длительного кровотока в ССС может быть объяснен, без противоречия с физическими законами, если признать «общепринятое» МНЕНИЕ (среди физиологов и медиков) о замкнутости ССС как ошибочное и принять следующую гипотезу: «ССС не является анатомически замкнутой системой. Артериальные капилляры НЕ ПЕРЕХОДЯТ в венулы, а своими открытыми концами непосредственно погружены в межклеточную жидкость органа. Там же находятся открытые концы венул и лимфатических капилляров».

Согласно этой гипотезе, вся артериальная кровь под действием: а) сердечной мышцы, б) силы тяжести (веса крови) и в) «периферического сердца» поступает в межклеточное пространство органов. Это осуществляется: а) частично, путем фильтрации через стенки артериол и артериальных капилляров и, б) окончательно, через открытые концы артериальных капилляров.

Орган является герметичным коллектором, куда поступает вся артериальная кровь, причем состав этой крови на входе в орган одинаков для всех без исключения органов.

Через открытые концы венул часть межклеточной жидкости конкретного органа, вследствие капиллярного эффекта (hr =const, здесь r – радиус венулы, а h – высота подъема жидкости в ней), за доли секунды отсасывается в венозное русло.

Это первый и наиболее быстрый этап общего венозного подъема, который осуществляется непрерывно и автоматически. Ввиду малости диаметров венул (чем меньше внутренний диаметр сосуда, тем выше капиллярный подъем) капиллярный эффект гарантировано обеспечивает быстрый подъем межклеточной жидкости в мелкие вены или венуальные анастомозы.

Дальнейшее, более медленное движение крови в мелких и крупных венах обеспечивается уже другими известными механизмами – созданием отрицательного давления за счет дыхания, пульсирующими изменениями просвета в венах, работой венозных клапанов. Это второй этап венозного подъема, и он регулируется уже нервной и гуморальной системами.

Данная гипотеза (концы артериальных и венозных капилляров не переходят друг в друга, а открытыми концами погружены в межклеточное пространство) предполагает, что материал внутренней стенки венозных капилляров (венул) должен отличаться от материала внутренней стенки артериальных капилляров. С точки зрения физики венозные капилляры должны смачиваться межклеточной жидкостью, а артериальные капилляры – не смачиваться.

«Несмачиваемость» артериол и артериальных капилляров делает невозможным процесс всасывания межклеточной жидкости в артериальное русло и резко снижает неизбежные потери на трение при движении крови в артериальной ветви ССС.

«Смачиваемость» венозных капилляров, наоборот, позволяет всасывать все компоненты межклеточной жидкости (в том числе и «отходы жизнедеятельности» клеток конкретного органа) в венозное русло. Следовательно, в отличие от артериальной крови, состав венозной крови на выходе из разных органа должен быть разным.

Все вышесказанное относится к нормальной работе ССС в здоровом органе.

Однако возможный «сбой» (кратковременный или длительный) на втором этапе венозного подъема (который регулируется нервной и гуморальной системами) неминуемо приводит к нарушению динамического равновесия в органе и определенной реакции на это нарушение.

Аргументами в пользу гипотезы «открытых концов» являются следующие факты и очевидные логические доводы:

  1. Она позволяет объяснить венозный подъем без противоречий с фундаментальными законами физики.
  2. В учебнике по физиологии человека [2] сказано: «…прямые наблюдения показали, что многие капилляры только фильтруют (почки), тогда как другие только всасывают (желудок)». Т.е. открытые артериальные капилляры и открытые венулы есть в органах.
  3. Наличие в организме действующей незамкнутой лимфатической системы. Почему не может существовать незамкнутая ССС?
  4. Ранее непонятный ФАКТ, что количество «венозных капилляров» более чем вдвое превышает количество артериальных капилляров (он явным образом противоречит гипотезе о замкнутости ССС), становится понятным и естественным – повышается надежность системы.

Из гипотезы «открытых концов» следуют некоторые, теоретически допустимые, выводы, например:

  1. Из допущения, что не существует анатомически замкнутого непрерывного русла, следует, что органы должны иметь на выходе свою, только этому органу присущую венозную кровь вполне определенного состава (паспорт здорового или больного органа). Это может быть экспериментально проверено.
  2. Смысл и предназначение артериальных и венуальных анастомозов очевиден (повышает надежность системы), чего нельзя сказать об «артериовенозных анастомозах». Необходимость их существования для работы организма неочевидна. Фотографии нет [3].

Выводы

Для опровержения любой гипотезы достаточно всего лишь одного достоверного факта, который противоречит этой гипотезе. Если при обсуждении гипотезы «свободных концов» такого факта в физиологии не найдется, многовековая история изучения механизма кровообращения в своих основных положениях будет завершена.


Литература

  1. Популярная медицинская энциклопедия. Москва: «Советская энциклопедия», 1979, стр. 564-568.
  2. Фундаментальная и клиническая физиология. Под ред. А. Камкина и А. Каменского. М.: Academia, 2004, стр.625-650.
  3. Клоссовский Б.Н. Циркуляция крови в мозгу. 2004.