Основные принципы гемодинамики

Гемодинамика (греч. haima кровь + dynamikos сильный, относящийся к силе) — раздел физиологии кровообращения, использующий законы гидродинамики для исследования причин, условий и механизмов движения крови в сердечно-сосудистой системе. Гемодинамика, одновременно являясь частью биофизики кровообращения, к-рая рассматривает все физические явления и процессы, происходящие в системе кровообращения, ограничивается изучением лишь гидродинамических явлений, гл. обр. взаимоотношений между давлением, трением, вязкостью, сопротивлением и скоростью течения крови в сердечнососудистой системе. Указанные явления представляют собой важнейшие параметры функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Исследование их позволяет объективно оценивать состояние кровообращения у больного, судить об эффективности лечебных мероприятий.

Нередко термином «гемодинамика» обозначают и сами процессы движения крови; в этом смысле принято говорить о «расстройствах гемодинамики», «методах исследования гемодинамики» и т. д. Чтобы избежать разночтений, термин «гемодинамика», по-видимому, следует употреблять лишь как название соответствующего раздела науки — в данном случае физиологии, а упомянутые выше процессы целесообразнее обозначать как «гемодинамические явления».


Основным фактором, создающим определенную величину давления в сосудистой системе, являются сокращения сердца, к-рое при каждом ударе выбрасывает в сосудистую систему человека среднего возраста 60—70 мл крови, или 4,5—5 л в 1 мин. Это так наз. минутный объем сердца — важный показатель функции сердечно-сосудистой системы.

Определяя соотношение между давлением и характером течения жидкости в жестких трубках, франц. ученый Пуазейль (J. М. Poiseuille) нашел, что

Q = (πr4P)/(8ηl).

где Q — объем протекающей жидкости через трубку радиусом r под давлением P за единицу времени, l — длина трубки, η — вязкость жидкости. При замене выражения

(πr4)/(8ηl)

(пропускная способность трубки) на обратную величину — сопротивление (R) получается одно из основных уравнений гидродинамики (гемодинамики):

Q = P/R,

откуда R = P/Q

Известно, что кровь представляет собой взвесь форменных элементов в коллоидно-солевом р-ре и обладает определенной вязкостью (см.). Кроме того, при движении крови по сосудистой системе возникает внутреннее трение и трение о стенки сосудов. Однако сопротивление меняется при разных условиях течения крови в сосуде.


о связано с тем, что кровь не является «ньютоновской» жидкостью; как известно, еще И. Ньютон показал, что при движении жидкости в трубке скорость течения ее различных слоев разная и по направлению к оси скорость движения слоев возрастает, тонкий пристеночный слой жидкости практически остается неподвижным. Вследствие различия в скоростях возникает смещение слоев относительно друг друга, что сопровождается появлением внутреннего трения между ними. Это внутреннее трение и есть вязкость жидкости.

Вязкость крови не является величиной постоянной: напр., в случае протекания через трубочки диаметром менее 1 мм она значительно уменьшается; чем меньше при этом диаметр трубочки, тем меньшей становится вязкость протекающей через нее крови — так наз. феномен Фореуса—Линдквиста. Этот гемодинамический парадокс объясняют тем, что при движении крови эритроциты сосредоточиваются в центре потока, а его пристеночный слой представляет чистую плазму, вязкость к-рой намного меньше вязкости цельной крови. Чем тоньше трубка, тем большую относительную часть площади поперечного сечения трубки занимает слой с минимальным трением и тем меньшей является величина общего трения жидкости. Причиной такого парадокса может быть и то обстоятельство, что вследствие наличия в крови эритроцитов, диаметр которых равен 7—8 мкм, минимальная толщина слоя цельной крови, смещающегося относительно другого слоя, не может быть меньше этой величины (т. е. 7—8 мкм). Это приводит к созданию меньшего количества слоев в движущейся крови, а значит, и к уменьшению источников трения (напр., по сравнению с водой, в к-рой количество смещающихся слоев значительно больше).


Существуют и другие гемодинамические парадоксы. Выявлено, что относительная вязкость крови падает с увеличением скорости кровотока, что, возможно, связано с центральным расположением эритроцитов в потоке и их агрегацией при движении (см. Агрегация эритроцитов). Т. о., кровь не является «ньютоновской» жидкостью, и сопротивление в сосудах не может быть определено приведенным выше уравнением Пуазейля. При движении крови в сосудах сопротивление потоку оказывается меньше того, к-рое определяется при исследовании той же порции крови в стеклянном вискозиметре; будь оно таким же, сердцу, чтобы перекачать кровь через сосудистую систему, нужно было бы обладать значительно большей мощностью.

Все причины уменьшения реального сопротивления движению крови в сосудистой системе еще не выяснены. Существуют и другие обстоятельства, затрудняющие использование законов гидродинамики для толкования гемодинамических явлений.

Вся сосудистая система, как правило, состоит из сосудов (трубок) различного диаметра и длины, соединенных как последовательно, так и параллельно. При последовательном соединении сосудов их общее сопротивление (R) составляет сумму сопротивлений отдельных сосудов и выражается уравнением:

R = R1 + R2 +…+ Rn.

При параллельном соединении величину R вычисляют по формуле:


R = 1 / (1/R1 + 1/R2 +…+ 1/Rn),

где R1, R2, R3, … — соответственно значения сопротивлений отдельных сосудов. Поскольку геометрия соединений сосудов является чрезвычайно сложной и не всегда постоянной (открытие и закрытие шунтов, коллатералей и т. д.), величина просвета сосудов может изменяться в зависимости от степени сокращения мышц сосудов, эластичности их стенок, давления крови в сосуде и т. д., а вязкость крови меняется в широких пределах, то вычислить в реальных условиях величину сосудистого сопротивления (R) не представляется возможным; оно определяется как частное от деления кровяного давления (P) на минутный объем крови (Q):

R = P/Q.

Эта формула применима для всей сердечно-сосудистой системы в целом при условии, что давление в конце ее (в полых венах) равно нулю. Если же рассматривать какой-либо отдельный участок этой системы, то уравнение приобретает вид:

R = (P1-P2)/Q,

где Q — объемная скорость кровотока, Р1 и Р2 — давление в начале и в конце этого участка, a R — его сопротивление.

Сосуды кровеносной системы обладают эластичностью, что также придает определенную специфику процессу движения крови по сосудистой системе в сравнении с движением жидкости в системе жестких труб (см. Гидродинамика). Эластические свойства сосудистой стенки зависят от наличия в ней эластических и коллагеновых волокон, растяжимость которых примерно в 6 раз выше, чем, напр., резиновых нитей той же толщины. Внутрисосудистое давление приводит к постоянному натяжению этих волокон, к-рое противодействует давлению и поддерживает необходимую емкость сосудов.


ибольшее количество эластических волокон содержится в стенках аорты, крупных и средних артерий. Высокая эластичность стенок этих сосудов обеспечивает прирост объема артерий при выбросе сердцем систолической порции крови, облегчая, т. о., работу сердца. Систолическое увеличение емкости артериальной системы способствует улучшению притока крови к тканям.

Растянувшиеся при систоле стенки артерий аккумулируют энергию, а во время диастолы они стремятся к спадению и отдаче накопленной энергии — кровь проталкивается через артериолы и капилляры. Т. о., эластичность артерий обеспечивает непрерывность кровотока через капилляры, несмотря на прерывность изгнания крови сердцем в сосудистую систему, что важно для поддержания постоянства условий нормального обмена веществ между кровью и тканями (см. Гомеостаз).

Пульсовые колебания объема артерий периодически повышают внутритканевое давление в органах и тканях, где проходят эти артерии. Т. к. находящиеся в тех же тканях лимфатические сосуды (а нередко и вены) имеют клапаны, то указанное периодическое повышение давления создает подобие помпы, улучшая, т. о., отток лимфы (а в нек-рой мере и крови) из органов и тканей (см. Лимфоотток).

Помимо пассивных свойств (эластичность, растяжимость), сосуды обладают способностью активно реагировать на изменение кровяного давления (см.). Эта реакция определяется гладкомышечными элементами сосудистой стенки. Гладкие мышцы сокращаются, когда давление в сосуде повышается, и диаметр сосуда уменьшается (феномен Остроумова — Бейлисса). Поэтому зависимость между кровяным давлением и расходом крови (так наз. расходная характеристика) носит нелинейный характер и выражение


Q = P/R

отражает эту зависимость приближенно, что особенно заметно при снятии расходных характеристик для отдельных органов. Напр., зависимость между кровяным давлением и кровотоком для сосудов почек, сердца и головного мозга носит S-образный характер, так что в каком-то диапазоне давлений кровоток по сосудам органа остается неизменным. В этом проявляется регуляция кровообращения, к-рая (напр., в головном мозге) осуществляется преимущественно рефлекторно в ответ на повышение внутрисосудистого давления. Кроме того, в регуляцию включаются метаболические механизмы приспосабливающие пропускную способность сосудистого русла (следовательно, кровоток) к потребностям ткани в кровоснабжении.

В момент систолы за счет эластичности артерий происходит расширение просвета артерии и появляется пульсовая волна, скорость распространения к-рой (λ) определяется уравнением Резаля (1876):

λ= √(εh/2r),

где ε — модуль упругости артериальной стенки, h — толщина стенки, r — внутренний радиус артерии. Определение скорости пульсовой волны позволяет оценить состояние упругости сосудистой стенки, что важно для диагностики ряда поражений сосудов (напр., атеросклероза) и возрастных изменений эластичности артериальной стенки.


Помимо эластических волокон, стенки артерий содержат и коллагеновые волокна, упругость которых превышает соответствующий показатель эластических волокон в сотни раз. В нормальных условиях функционирования сосудов эти волокна не натянуты и не напряжены. Но при значительном повышении внутрисосудистого давления возникает натяжение и этих волокон. Т. о., коллагеновые волокна как бы страхуют артериальную стенку от перерастяжения.

С возрастом значительная часть эластических волокон в стенках артерий заменяется коллагеновыми. Это резко ухудшает возможности пульсовых колебаний объема артерий, что в силу описанных выше обстоятельств затрудняет работу сердца и ухудшает условия кровотока в тканях.

В обычных условиях скорость движения крови через тот или иной отдел сосудистой системы обратно пропорциональна величине суммарного просвета. В среднем скорость кровотока в артериях составляет 60 см/сек, в венах — 20 см/сек, а в капиллярах — ок. 0,5 мм/сек. При сужении какого-либо участка сосудистого русла скорость кровотока возрастает пропорционально уменьшению площади поперечного просвета данного участка. При этом возможно возрастание скорости до критической величины, при к-рой ламинарное течение жидкости переходит в турбулентное; в суженном участке возникает турбулентное течение, что приводит к появлению звуковых явлений в сосудах (шумов).

Течение крови в артериальной системе не является стационарным, и во время каждой систолы в момент прохождения пульсовой волны по артерии возникает ускорение кровотока. Скорость кровотока в артерии в момент прохождения пульсовой волны выражается уравнением (Г. И. Косицкий, 1959):


U = α (ΔΡ/τε)

где ΔΡ величина пульсового давления, ε — модуль упругости артериальной стенки, τ — время изгнания крови сердцем в артериальную систему; α —коэффициент пропорциональности. При резком возрастании АР и уменьшении τ прирост скорости кровотока при прохождении по артериям пульсовой волны возрастает настолько, что возникает гидравлический удар крови о стенки сосудов и появляются тоны — так наз. бесконечный тон (см. Кровяное давление). Это явление наблюдается у хорошо тренированных спортсменов в момент или непосредственно после больших физ. нагрузок, приводящих к резкому усилению сердечной деятельности. Из приведенного уравнения следует, что бесконечный тон может возникнуть и при резком уменьшении модуля упругости артериальной стенки (ε), чем объясняется появление этого феномена у ослабленных больных, находящихся в состоянии гиподинамии и истощения.

В случае, если просвет артерии оказывается сдавленным пневматической манжеткой, давление в к-рой ниже систолического давления крови в артерии, но превышает диастолическое, кровоток через сдавленный участок становится прерывистым. Каждая порция крови, проходящая в момент систолы через сдавленный участок, приобретает скорость значительно большую, чем в интактной артерии. Удары этой порции о массу крови стенки артерии ниже манжетки вызывают появление звуковых явлений (тонов Короткова). Причина этого феномена — резкое падение модуля упругости артериальной стенки в сдавленном манжеткой участке и ряд других процессов. Резкое ускорение кровотока и появление турбулентного течения, приводящего к возникновению шумов, наблюдаются и при пороках сердечных клапанов и являются диагностическим признаком.


Общие законы гидродинамики позволяют не только связывать материалы, накопленные в процессе экспериментального исследования различных вопросов гемодинамики, но и теоретически обосновывать методы расчета для вычисления некоторых не всегда поддающихся экспериментальному исследованию величин и обосновать как методические приемы гемодинамики, так и сделать определенные теоретические обобщения.

Однако гемодинамические явления в живом организме настолько сложны и изменчивы, что применение к ним законов гидродинамики требует обязательного количественного учета целого ряда факторов. Основными среди них являются: переменная объемная скорость поступления крови из сердца в артериальную систему в систолическую и диастолическую фазы сокращения; переменная величина АД; ветвление сосудистой системы под разными углами, что затрудняет расчет местных сопротивлений и нарушает ламинарный характер тока крови; сложная зависимость между переменным давлением крови и вызываемым им изменением просвета кровеносных сосудов; регуляторные влияния на сосудистую систему, разнонаправленные изменения просвета сосудов; переменная вязкость крови и др. Совокупность этих факторов не может быть полностью количественно учтена, из-за чего применение законов гидродинамики и соответствующие теоретические расчеты, основанные на допущениях и упрощениях, носят приблизительный характер.


Источник: xn--90aw5c.xn--c1avg

Лекция 11. Физиология гемодинамики

Кровообращением называется движение крови по сосудистой системе. Оно обеспечивает газообмен между организмом и внешней средой, обмен веществ между всеми органами и тканями, гуморальную регуляцию различных функций организма и перенос образующегося в организме тепла. Кровообращение является процессом, необходимым для нормальной деятельности всех систем организма, в первую очередь — центральной нервной системы. Раздел физиологии, посвященный закономерностям течения крови по сосудам, называется гемодинамикой, основные законы гемодинамики основаны на законах гидродинамики, т.е. учения о движении жидкости в трубках.

Законы гидродинамики приложимы к системе кровообращения только в известных пределах и только с приблизительной точностью. Гемодинамика – это раздел физиологии о физических принципах, лежащих в основе движения крови по сосудам. Движущей силой кровотока является разница давления между отдельными участками сосудистого русла. кровь течет от области с бόльшим давлением к области с меньшим давлением. Этот градиентдавления служит источником силы, преодолевающей гидродинамическое сопротивление. Гидродинамическое соп­ротивление зависит от размеров сосудов и вязкости крови.

Основные гемодинамические показатели .

1. Объемная скорость движения крови. Кровоток, т.е. объем крови, проходящей за единицу времени через кровеносные сосуды в каком-нибудь отделе кровеносного русла, равен отношению разности средних давлений в артериальной и венозной частях этого отдела (или в любых других частях) к гидродинамическому сопротивлению. Объемная скорость кровотока отражает кровоснабжение какого-либо органа или ткани.

В гемодинамике этому гидродинамическому показателю соответствует объемная скорость крови, т.е. количество крови, протекающее через кровеносную систему в единицу времени, другими словами — минутный объем кровотока. Поскольку кровеносная система замкнутая, то через любое поперечное сечение ее в единицу времени проходит одно и то же количество крови. Кровеносная система состоит из системы ветвящихся сосудов, поэтому суммарный просвет растет, хотя просвет каждого разветвления постепенно уменьшается. Через аорту, также как через все артерии, все капилляры, все вены в минуту проходит один и тот же объем крови.

2. Второй гемодинамический показатель — линейная скорость движения крови .

Вы знаете, что скорость истечения жидкости прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна сопротивлению. Следовательно, в трубках различного диаметра скорость течения крови тем больше, чем меньше сечение трубки. В кровеносной системе самым узким местом является аорта, наиболее широким капилляры (напомним, что мы имеем дело с суммарным просветом сосудов). Соответственно этому кровь в аорте движется гораздо быстрее — 500 мм/сек, чем в капиллярах — 0,5 мм/сек. В венах линейная скорость кровотока снова возрастает, так как при слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровяного русла суживается. В полых венах линейная скорость кровотока достигает половины скорости в аорте (рис. ).

Линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока (вдоль продольной оси сосуда) и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.

Результирующая всех линейных скоростей в различных частях сосудистой системы выражается временем кругооборота крови . Она у здорового человека в покое равна 20 секундам. Это значит, что одна и та же частица крови проходит через сердце каждую минуту 3 раза. При напряженной мышечной работе время кругооборота крови может уменьшаться до 9 секунд.

3. Сопротивление сосудистой системы — третий гемодинамический показатель. Протекая по трубке, жидкость преодолевает сопротивление, которое возникает вследствие внутреннего трения частиц жидкости между собой и о стенку трубки. Это трение будет тем больше, чем больше вязкость жидкости, чем уже ее диаметр и чем больше скорость течения.

Под вязкостью обычно понимают внутреннее трение, т. е. силы, влияющие на течение жидкости.

Однако следует учитывать, что существует механизм, препятствующий значительному повышению сопротивления в капиллярах. Он обусловлен тем, что в наиболее мелких сосудах (диаметром меньше 1 мм), эритроциты выстраиваются в так называемые монетные столбики и по­добно змее двигаются по капилляру в оболочке из плазмы, почти не контактируя со стенками капилляра. В результате этого условия кровотока улучшаются, и этот механизм частично препятст­вует значительному повышению сопротивления.

Гидродинамическое сопротивление зависит и от размеров сосудов от их длины и поперечного сечения. В суммарном виде уравнение, описывающее сосудистое сопротивление представляет следующее (формула Пуазейля):

R = 8ŋL/πr 4

где ŋ — вязкость, L — длина, π = 3,14 (число пи), r — радиус сосуда.

Кровеносные сосуды оказывают значительное сопротивление току крови, и сердцу приходится большую часть своей работы тратить на преодоление этого сопротивления. Основное сопротивление сосудистой системы сосредоточено в той ее части, где происходит разветвление артериальных стволов на мельчайшие сосуды. Однако максимальное сопротивление представляют самые мельчайшие артериолы. Причина заключается в том, что артериолы, имея почти такой же диаметр, как и капилляры, в общем длиннее и скорость течения крови в них выше. При этом величина внутреннего трения возрастает. Кроме того, артериолы способны к спазмированию. Общее сопротивление сосудистой системы все время увеличивается по мере удаления от основания аорты.

Давление крови в сосудах. Это — четвертый, и самый важный гемодинамический показатель, так как его легко измерить.

Если ввести в крупную артерию животного датчик манометра, то прибор обнаружит давление, колеблющееся в ритме сердечных сокращений около средней величины, равной примерно 100 мм рт ст. Существующее внутри сосудов давление создается работой сердца, нагнетающего кровь в артериальную систему в период систолы. Однако, и во время диастолы, когда сердце расслаблено и работы не производит, давление в артериях не падает до нуля, а лишь немного западает, сменяясь новым подъемом во время следующей систолы. Таким образом, давление обеспечивает непрерывный ток крови, несмотря на прерывистую работу сердца. Причина — в эластичности артерий.

Величина артериального давления определяется двумя факторами: количество крови, нагнетаемой сердцем, и сопротивлением, существующим в системе:

Ясно, что кривая распределения давления в сосудистой системе должна явиться зеркальным отражением кривой сопротивления. Так, в подключичной артерии собаки Р = 123 мм рт. ст. в плечевой — 118 мм, в капиллярах мышц 10 мм, лицевой вене 5 мм, яремной — 0,4 мм, в верхней полой вене -2,8 мм рт ст.

Среди этих данных обращает на себя внимание отрицательная величина давления в верхней полой вене. Она означает, что в непосредственно прилегающих к предсердию крупных венозных стволах давление меньше атмосферного. Создается оно присасывающим действием грудной клетки и самого сердца во время диастолы и способствует движению крови к сердцу.

Основные принципы гемодинамики

Другое с раздела: ▼

Основные принципы гемодинамики

Учение о движении крови в сосудах основывается на законах гидродинамики-учение о движении жидкостей. Движение жидкости по трубам зависит: а) от давления в начале и конце трубы б) от сопротивления в этой трубе. Первый из этих факторов способствует, а второй — препятствует движению жидкости. Количество жидкости, текущей трубой, прямо пропорциональна разности давления в начале и в конце ее и обратно пропорциональна сопротивлению.

В системе кровообращения объем крови, которая течет сосудами, тоже зависит от величины давления в начале системы сосудов (в аорте — Р1) и в конце (в венах, впадающих в сердце, — Р2), а также от сопротивления сосудов.

Объем крови, текущей через каждый отдел сосудистого русла в единицу времени, одинаковый. Это означает, что за 1 мин через аорту, или легочные артерии, или суммарный поперечное сечение, проведенное на любом уровне всех артерий, капилляров, вен, протекает одинаковое количество крови. Это и есть МОК. Объем крови, текущей через сосуды, выражают в миллилитрах за 1 мин.

Сопротивление сосуда зависит, согласно формуле Пуазейля, от длины сосуда (l), вязкости крови (n) и радиуса сосуда (r).

Согласно уравнению, максимальное сопротивление движению крови должен быть в тончайших кровеносных сосудах — артериолах и капиллярах, а именно: около 50% общего периферического сопротивления приходится на артериолы и 25% на капилляры. Меньшее сопротивление в капиллярах объясняется тем, что они намного короче артериол.

На сопротивление влияет также вязкость крови, которая определяется прежде форменными элементами и в меньшей степени белками. У человека она составляет «С-5. Форменные элементы локализуются у стенок сосудов, перемещаются вследствие трения между собой и стенкой с меньшей скоростью, чем те, которые концентрируются в центре. Они и играют определенную роль в развитии сопротивления и давления крови.

Гидродинамическое сопротивление всей сосудистой системы непосредственно измерить невозможно. Однако его легко можно вычислить по формуле, помня, что P1 в аорте составляет 100 мм рт. ст. (13,3 кПа), а Р2 в полых венах — около 0.

Основные принципы гемодинамики. Классификация сосудов

Гемодинамика — раздел науки, изучающий механизмы дви­жения крови в сердечно-сосудистой системе. Он является частью гидродинамики раздела физики, изучающего движение жидкостей.

Согласно законам гидродинамики, количество жидкости (Q), про­текающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Р1) и в конце (P2) трубы и обратно пропорци­онально сопротивлению (P2) току жидкости:

Q=(P1-P2)/R

Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь в виду, что давление в конце данной системы, т. е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:

Q=P/R

где Q — количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина среднего давления в аорте, R — величина сосудистого сопротивления.

Из этого уравнения следует, что Р = Q*R, т. е. давление (Р) в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту (Q) и величине периферического со­противления (R). Давление в аорте (P) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычис­ляют периферическое сопротивление — важнейший показатель со­стояния сосудистой системы.

Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой (R) определяется по формуле Пуазейля:

R=8lη/πr4

где l — длина трубки; η— вязкость протекающей в ней жидкости; π— отношение окружности к диаметру; r— радиус трубки.

Сосудистая система состоит из множества отдельных трубок, соединенных параллельно и последовательно. При последовательном соединении трубок их суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений каждой трубки:

R=R1+R2+R3+. +Rn

При параллельном соединении трубок их суммарное сопротив­ление вычисляют по формуле:

R=1/(1/R1+1/R2+1/R3+. +1/Rn)

Точно определить сопротивление сосудов по этим формулам невозможно, так как геометрия сосудов изменяется вследствие со­кращения сосудистых мышц. Вязкость крови также не является величиной постоянной. Например, если кровь протекает через сосуды диаметром меньше 1 мм, вязкость крови значительно уменьшается. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость протекающей в нем крови. Это связано с тем, что в крови наряду с плазмой имеются форменные элементы, которые располагаются в центре потока. При­стеночный слой представляет собой плазму, вязкость которой на­много меньше вязкости цельной крови. Чем тоньше сосуд, тем большую часть площади его поперечного сечения занимает слой с минимальной вязкостью, что уменьшает общую величину вязкости крови. Теоретический расчет сопротивления капилляров невозмо­жен, так как в норме открыта только часть капиллярного русла, остальные капилляры являются резервными и открываются по мере усиления обмена веществ в тканях.

Из приведенных уравнений видно, что наибольшей величиной сопротивления должен обладать капилляр, диаметр которого 5— 7 мкм. Однако вследствие того что огромное количество капилляров включено в сосудистую сеть, по которой осуществляется ток крови, параллельно, их суммарное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол.

Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему артерий и артериол называют сосудами сопротивления, или резистивными сосудами.

Артериолы представляют собой тонкие сосуды (диаметром 15— 70 мкм). Стенка этих сосудов содержит толстый слой циркулярно расположенных гладких мышечных клеток, при сокращении кото­рого просвет сосуда может значительно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол. Изменение сопротивле­ния артериол меняет уровень давления крови в артериях. В случае увеличения сопротивления артериол отток крови из артерий умень­шается и давление в них повышается. Падение тонуса артериол увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериального давления. Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосудистой системы обладают именно артериолы, поэтому изменение их просвета является главным регулятором уровня общего артериального давления. Артериолы — «краны сердечно-сосудистой системы» (И. М. Сеченов). Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответствующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие резко ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.

Итак, артериолы играют двоякую роль: участвуют в поддержании необходимого организму уровня общего артериального давления и в регуляции величины местного кровотока через тот или иной орган или ткань. Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем рабочей активности органа.

В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечи­вает повышение притока крови. Чтобы общее артериальное давление при этом не снизилось в других (неработающих) органах, тонус артериол повышается. Суммарная величина общего периферического со­противления и общий уровень артериального давления остаются при­мерно постоянными, несмотря на непрерывное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.

О сопротивлении в различных сосудах можно судить по разности давления крови в начале и в конце сосуда: чем выше сопротивление току крови, тем большая сила затрачивается на ее продвижение по сосуду и, следовательно, тем значительнее падение давления на протяжении данного сосуда. Как показывают прямые измерения давления крови в разных сосудах, давление на протяжении крупных и средних артерий падает всего на 10%, а в артериолах и капил­лярах — на 85%. Это означает, что 10% энергии, затрачиваемой желудочками на изгнание крови, расходуется на продвижение крови в крупных и средних артериях, а 85% — на продвижение крови в артериолах и капиллярах.

Зная объемную скорость кровотока (количество крови, протека­ющее через поперечное сечение сосуда), измеряемую в миллилитрах в секунду, можно рассчитать линейную скорость кровотока, которая выражается в сантиметрах в секунду. Линейная скорость (V) отра­жает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда:

V=Q/πr2

Линейная скорость, вычисленная по этой формуле, есть средняя скорость. В действительности линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока (вдоль продольной оси сосуда) и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.

Объем крови, протекающей в 1 мин через аорту или полые вены и через легочную артерию или легочные вены, одинаков. Отток крови от сердца соответствует ее притоку. Из этого следует, что объем крови, протекший в 1 мин через всю артериальную и всю венозную систему большого и малого круга кровообращения, оди­наков. При постоянном объеме крови, протекающей через любое общее сечение сосудистой системы, линейная скорость кровотока не может быть постоянной. Она зависит от общей ширины данного отдела сосудистого русла. Это следует из уравнения, выражающего соотношение линейной и объемной скорости: чем больше общая площадь сечения сосудов, тем меньше линейная скорость кровотока. В кровеносной системе самым узким местом является аорта. При разветвлении артерий, несмотря на то, что каждая ветвь сосуда уже той, от которой она произошла, наблюдается увеличение сум­марного русла, так как сумма просветов артериальных ветвей больше просвета разветвившейся артерии. Наибольшее расширение русла отмечается в капиллярной сети: сумма просветов всех капилляров примерно в 500—600 раз больше просвета аорты. Соответственно этому кровь в капиллярах движется в 500—600 раз медленнее, чем в аорте.

В венах линейная скорость кровотока снова возрастает, так как при слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровяного русла суживается. В полых венах линейная скорость кровотока достигает половины скорости в аорте.

В связи с тем что кровь выбрасывается сердцем отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер, поэтому линейная и объемная скорости непрерывно меняются: они максимальны в аорте и легочной артерии в момент систолы желу­дочков и уменьшаются во время диастолы. В капиллярах и венах кровоток постоянен, т. е. линейная скорость его постоянна. В пре­вращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение свойства артериальной стенки.

Непрерывный ток крови по всей сосудистой системе обусловли­вают выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий.

В сердечно-сосудистой системе часть кинетической энергии, раз­виваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее крупных артерий. Последние образуют эластическую, или компрессионную, камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий ее; при этом кинетиче­ская энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола заканчивается, растянутые стенки артерий стремятся спасаться и проталкивают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы.

С позиций функциональной значимости для системы кровообра­щения сосуды подразделяются на следующие группы:

1.     Упруго-растяжимые — аорта с крупными артериями в большом круге кровообращения, легочная артерия с ее ветвями — в малом круге, т. е. сосуды эластического типа.

2.     Сосуды сопротивления (резистивные сосуды) — артериолы, в том числе и прекапиллярные сфинктеры, т. е. сосуды с хорошо выраженным мышечным слоем.

3.     Обменные  (капилляры)   — сосуды, обеспечивающие обмен газами и другими веществами между кровью и тканевой жидкостью.

4.     Шунтирующие (артериовенозные анастомозы) — сосуды, обес­печивающие «сброс» крови из артериальной в венозную систему сосудов, минуя капилляры.

5.     Емкостные —  вены,  обладающие  высокой  растяжимостью. Благодаря этому в венах содержится 75—80% крови.

Процессы, протекающие в последовательно соединенных сосудах, обеспечивающие циркуляцию (кругооборот) крови, называют сис­темной гемодинамикой. Процессы, протекающие в параллельно подключенных к аорте и полым венам сосудистых руслах, обеспе­чивая кровоснабжение органов, называют регионарной, или орган­ной, гемодинамикой.

Эластичность — Увеличение скорости кровотока

Источник: heal-cardio.com

Гемодинамика — раздел науки, изучающий механизмы движения крови в сердечно-сосудистой системе. Он является частью гидродинамики раздела физики, изучающего движение жидкостей.
Согласно законам гидродинамики, количество жидкости (Q), протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Pi) и в конце (Pi) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости:
Основные принципы гемодинамики

Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь в виду, что давление в конце данной системы, т. е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:
Основные принципы гемодинамики

где Q — количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина среднего давления в аорте, R — величина сосудистого сопротивления.
Из этого уравнения следует, что Р = Q*R, т. е. давление (Р) в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту (Q) и величине периферического сопротивления (R). Давление в аорте (Р) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление — важнейший показатель состояния сосудистой системы.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой (R) определяется по формуле Пуазейля:
Основные принципы гемодинамики

где / — длина трубки; ч — вязкость протекающей в ней жидкости; л — отношение окружности к диаметру; г — радиус трубки.
Сосудистая система состоит из множества отдельных трубок, соединенных параллельно и последовательно. При последовательном соединении трубок их суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений каждой трубки:
Основные принципы гемодинамики

При параллельном соединении трубок их суммарное сопротивление вычисляют по формуле:
Основные принципы гемодинамики
Точно определить сопротивление сосудов по этим формулам невозможно, так как геометрия сосудов изменяется вследствие сокращения сосудистых мышц. Вязкость крови также не является величиной постоянной. Например, если кровь протекает через сосуды диаметром меньше 1 мм, вязкость крови значительно уменьшается. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость протекающей в нем крови. Это связано с тем, что в крови наряду с плазмой имеются форменные элементы, которые располагаются в центре потока. Пристеночный слой представляет собой плазму, вязкость которой намного меньше вязкости цельной крови. Чем тоньше сосуд, тем большую часть площади его поперечного сечения занимает слой с минимальной вязкостью, что уменьшает общую величину вязкости крови. Теоретический расчет сопротивления капилляров невозможен, так как в норме открыта только часть капиллярного русла, остальные капилляры являются резервными и открываются по мере усиления обмена веществ в тканях.
Из приведенных уравнений видно, что наибольшей величиной сопротивления должен обладать капилляр, диаметр которого 5— 7 мкм. Однако вследствие того что огромное количество капилляров включено в сосудистую сеть, по которой осуществляется ток крови, параллельно, их суммарное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол.
Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему артерий и артериол называют сосудами сопротивления, или резистивными сосудами.
Артериалы представляют собой тонкие сосуды (диаметром 15— 70 мкм). Стенка этих сосудов содержит толстый слой циркулярно расположенных гладких мышечных клеток, при сокращении которого просвет сосуда может значительно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол. Изменение сопротивления артериол меняет уровень давления крови в артериях. В случае увеличения сопротивления артериол отток крови из артерий уменьшается и давление в них повышается. Падение тонуса артериол увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериального давления. Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосудистой системы обладают именно артериалы, поэтому изменение их просвета является главным регулятором уровня общего артериального давления. Артериалы — «краны сердечно-сосудистой системы» (И. М. Сеченов). Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответствующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие резко ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.
Итак, артериалы играют двоякую роль: участвуют в поддержании

Рис. 7.17. Изменения давления в разных частях сосудистой системы.

  1. Основные принципы гемодинамики— в аорте; 2 — в крупных вртериях; 3 — в мелких артериях; 4 — в вртериолах; 5 — в капиллярах; 6 — в венулах; 7 — в венах; 8 — в полой вене. Штриховкой обозначено колебание давления в систолу и диастолу, пунктиром — среднее давление.

необходимого организму уровня общего артериального давления и в регуляции величины местного кровотока через тот или иной орган или ткань. Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем рабочей активности органа.
В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает повышение притока крови. Чтобы общее артериальное давление при этом не снизилось в других (неработающих) органах, тонус арте- рнол повышается. Суммарная величина общего периферического сопротивления н общий уровень артериального давления остаются примерно постоянными, несмотря на непрерывное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.
О сопротивлении в различных сосудах можно судить по разности давления крови в начале н в конце сосуда: чем выше сопротивление току крови, тем большая сила затрачивается на ее продвижение по сосуду и, следовательно, тем значительнее падение давления на протяжении данного сосуда. Как показывают прямые измерения давления крови в разных сосудах, давление на протяжении крупных и средних артерий падает всего иа 10%, а в артериолах и капиллярах — на 85%. Это означает, что 10% энергии, затрачиваемой желудочками на изгнание крови, расходуется на продвижение крови в крупных и средних артериях, а 85% — на продвижение крови в артериолах и капиллярах. Распределение давления в разных отделах сосудистого русла показано на рис. 7.17.
Основные принципы гемодинамики
Зная объемную скорость кровотока (количество крови, протекающее через поперечное сечение сосуда), измеряемую в миллилитрах в секунду, можно рассчитать линейную скорость кровотока, которая выражается в сантиметрах в секунду. Линейная скорость (V) отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда:
Линейная скорость, вычисленная по этой формуле, есть средняя скорость. В действительности линейная скорость различна для частиц

Рис. 7.18. Средняя линейная скорость тока крови в разных частях сосудистой системы.
Основные принципы гемодинамикикрови, продвигающихся в центре потока (вдоль продольной оси сосуда) и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.
Объем крови, протекающей в 1 мин через аорту или полые вены и через легочную артерию или легочные вены, одинаков. Отток крови от сердца соответствует ее притоку. Из этого следует, что объем крови, протекший в 1 мин через всю артериальную и всю венозную систему большого и малого круга кровообращения, одинаков. При постоянном объеме крови, протекающей через любое общее сечение сосудистой системы, линейная скорость кровотока не может быть постоянной. Она зависит от общей ширины данного отдела сосудистого русла. Это следует из уравнения, выражающего соотношение линейной и объемной скорости: чем больше общая площадь сечения сосудов, тем меньше линейная скорость кровотока. В кровеносной системе самым узким местом является аорта. При разветвлении артерий, несмотря на то, что каждая ветвь сосуда уже той, от которой она произошла, наблюдается увеличение суммарного русла, так как сумма просветов артериальных ветвей больше просвета разветвившейся артерии. Наибольшее расширение русла отмечается в капиллярной сети: сумма просветов всех капилляров примерно в 500—600 раз больше просвета аорты. Соответственно этому кровь в капиллярах движется в 500—600 раз медленнее, чем в аорте.
В венах линейная скорость кровотока снова возрастает, так как при слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровяного русла суживается. В полых венах линейная скорость кровотока достигает половины скорости в аорте. Распределение скорости кровотока в кровеносной системе показано на рис. 7.18.
В связи с тем что кровь выбрасывается сердцем отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер, поэтому линейная и объемная скорости непрерывно меняются: они максимальны в аорте и легочной артерии в момент систолы желудочков и уменьшаются во время диастолы. В капиллярах и венах кровоток постоянен, т. е. линейная скорость его постоянна. В превращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение свойства артериальной стенки.
Непрерывный ток крови по всей сосудистой системе обусловливают выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий.

В сердечно-сосудистой системе часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее крупных артерий. Последние образуют эластическую, или компрессионную, камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий ее; при этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола заканчивается, растянутые стенки артерий стремятся спасаться и проталкивают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы.
С позиций функциональной значимости для системы кровообращения сосуды подразделяются на следующие группы:

  1. Упруго-растяжимые — аорта с крупными артериями в большом круге кровообращения, легочная артерия с ее ветвями — в малом круге, т. е. сосуды эластического типа.
  2. Сосуды сопротивления (резистивные сосуды) — артериады, в том числе и прекапиллярные сфинктеры, т. е. сосуды с хорошо выраженным мышечным слоем.
  3. Обменные (капилляры) — сосуды, обеспечивающие обмен газами и другими веществами между кровью и тканевой жидкостью.
  4. Шунтирующие (артериовенозные анастомозы) — сосуды, обеспечивающие «сброс» крови из артериальной в венозную систему сосудов, минуя капилляры.
  5. Емкостные — вены, обладающие высокой растяжимостью. Благодаря этому в венах содержится 75—80% крови.

Процессы, протекающие в последовательно соединенных сосудах, обеспечивающие циркуляцию (кругооборот) крови, называют системной гемодинамикой. Процессы, протекающие в параллельно подключенных к аорте и полым венам сосудистых руслах, обеспечивая кровоснабжение органов, называют регионарной, или органной, гемодинамикой.

Источник: www.med24info.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector