Основні гемодинамічні показники.

Кровопостачання клітин органів і тканин забезпечується роботою серця і судинних ланцюгів, об'єднаних у систему кровообігу. Основними параметрами системної гемодинаміки є робота серця (ударний і хвилинний об'єм крові), загальний об'єм циркулюючої крові, артеріальний і центральний венозний тиск, частота серцевих скорочень (пульс), загальний периферичний опір.

Безкровним методом визначення хвилинного об'єму крові є реоплетизмографія. За реографічною кривою та її першою похідною обчислюють ударний об'єм крові (УОК): _вик

де  — питомий (електричний) опір крові (135 Ом•см); l — відстань між електродами; Z — повний електричний опір за показами шкали реоплетизмографа; А — амплітуда кривої реограми; Т_вик — період викиду.

Хвилинний об'єм крові (ХОК) визначають так:

де ЧСС — частота серцевих скорочень.

Об'єм циркулюючої крові визначають індикаторним методом, використовуючи мічені радіоактивними ізотопами альбумін і еритроцити.

Одним із основних показників, які характеризують діяльність серцево-судинної системи, є внутрішньосудинний тиск крові, що залежить від об'ємної швидкості кровоплину і судинного опору. На різних ділянках судинної системи тиск різний, тому розрізняють тиск артеріальний, капілярний і венозний. Артеріальний тиск залежить від кількості крові, яка надходить за одиницю часу в судинну систему, від інтенсивності відтоку крові на периферію, ємності артеріальної ділянки судинного русла, швидкості викиду крові під час систоли, в'язкості крові, тривалості систоли і діастоли, частоти серцевих скорочень. Артеріальний тиск вимірюють сфігмотонометром, а венозний і центральний венозний — прямим методом (катетеризація).

Біофізика кровообігу.

Кров переміщується судинами внаслідок скорочення серця і створення внутрішньо-судинного тиску. Незважаючи на еластичну амортизацію в аорті та широких судинах, тиск крові коливається через циклічність роботи серця.

Джерелом енергії, яке забезпечує рух крові в судинній системі, є серце, енергія функціонування якого забезпечується АТФ, що утворюється в результаті гліколізу та окисного фосфорилювання в серцевому м'язі. З енергетичної точки зору серце — система, яка виконує механічну роботу за рахунок хімічної енергії.

Рух крові в судинній системі можливий за наявності різниці тисків на початку і в кінці судини. Ця різниця тисків створюється роботою серця.

Другий фактор — скорочення скелетних м'язів та від'ємний тиск у плевральній порожнині. Під час скорочення скелетних м'язів стискаються вени і, завдяки їх вентильним властивостям, кров рухається в одному напрямі — у бік серця. Від'ємний тиск сприяє припливу крові до серця венами.

Проте так само, як прискорюється приплив крові до серця венами, так і сповільнюється відплив крові від серця артеріями. Тому результуючий гемодинамічний ефект, зумовлений від'ємним тиском у грудній порожнині, рівний нулеві.

Розглянемо рух крові у великому колі кровообігу, беручи до уваги те, що основну роботу виконує лівий шлуночок, з якого починається велике коло кровообігу. Під час скорочення лівого шлуночка в аорту, заповнену кров'ю, викидається систолічний (ударний) об'єм крові (60...70 мл у нормі).

Внаслідок фізичних навантажень або серцевої патології ударний об'єм змінюється.

У медичній практиці як діагностичний тест використовують хвилинний об'єм крові, що залежить від статі, зміни температури середовища та віку. Зростання фізичних навантажень теж зумовлює зростання хвилинного об'єму крові. У спортсменів він сягає 4 л, а за серцевої недостатності може становити 1,5 л.

Ударний об'єм крові надходить в аорту, клапан закривається, і там створюється підвищений тиск, який називається систолічним (приблизно дорівнює 16 кПа). Внаслідок інерції крові цей тиск зумовить не переміщення її судиною, а розширення судини та наповнення її кров'ю. Пружна сила стінки судини виштовхує надлишок крові в наступну ділянку, де весь процес повторюється. Таким чином, стінкою судини поширюється імпульс, який залежить від тиску, швидкості кровоплину та деформації стінки судини. Так утворюється пульсова хвиля. Швидкість поширення пульсової хвилі (6...8 м/с) набагато більша від швидкості плину крові й залежить від параметрів судин:

де V — швидкість поширення пульсової хвилі; Е — модуль пружності стінки; d — її товщина;  — густина стінки; г — радіус судини.

Еластичність стінок судин зумовлює збільшення об'єму потоку крові та згладжує коливання кров'яного тиску. З рівняння) випливає, що , тобто якщо з віком еластичність судин зменшується, то швидкість поширення пульсової хвилі зростає. Визначивши експериментально швидкість поширення пульсової хвилі, за рівнянням обчислюють модуль пружності судин, а це також може бути діагностичним тестом за наявності патології судинної системи. Значення еластичності судин виявляється через періодичність роботи серця. Результати досліджень свідчать, що за частоти 70 скорочень за хвилину на скорочення передсердь припадає 0,1 с, шлуночків — 0,2 с і 0,6 с на розслаблення шлуночків та загальну паузу серця (цикл роботи серця 0,9 с). Коли серце розслаблюється і перебуває в паузі, рух крові в системі не припиняється, тому що під дією пружних сил стінки судин повертаються до початкового стану, спрямовуючи в систему кров зі свого "резерву", завдяки чому плин крові безперервний і швидкість його у великих судинах становить 0,3...0,5 м/с.

Кількість крові, яка протікає через поперечний переріз судини за одиницю часу, називають об'ємною швидкістю кровоплину. Ця швидкість залежить від різниці тисків на початку і в кінці ділянки судинної системи та загального опору потоку крові. Об'ємну швидкість визначають за формулою Пуазейля, хоча опір потоку крові в судинній системі більший, ніж взятий до уваги у формулі, внаслідок втрат енергії під час деформації її еластичних стінок, а також турбулентного плину у розгалуженнях.

В артеріолах і капілярах кров'яний тиск істотно спадає, що зумовлено великим опором внаслідок тертя. Для пояснення цього змоделюємо капілярну систему з n однакових паралельно з'єднаних трубок радіусом r. Опір однієї трубки — ⁴— обернено пропорційний г⁴, а для п паралельно сполучених трубок — обернено пропорційний nr². Сумарний поперечний переріз S пропорційний nr², тому, вочевидь, можна стверджувати, що результуючий опір системи обернено пропорційний Sr². Таким чином, навіть при великому S, якщо r достатньо мале — Sr² теж мале. Отже, результуючий опір великий. Таке явище і спостерігається в артеріолах і капілярах. У венозних судинах з площею перерізу приблизно в 2 рази більшою від площі перерізу артерій швидкість течії крові невелика і спад тиску незначний. У широких венах тиск біля серця стає на декілька міліметрів нижчим від атмосферного, внаслідок чого кров рухається завдяки присмоктувальній дії грудної клітки під час вдиху.

Рух крові в судинній системі та розподіл її між різними ділянками цієї системи залежить від роботи серця, площі перерізу судин, їх еластичності, кількості циркулюючої крові, її реологічних властивостей, тонусу судин і регулюється центральною нервовою системою.

Судинна система не сполучена з атмосферою. Судини розміщені в різних напрямах. Вважають, що в артеріальних і венозних судинах, сполучених капілярами, гідростатичний тиск крові взаємно зрівноважується. Якщо стінки судин ушкоджуються, то уможливлюється сполучення судини з атмосферою, і тоді виявляється дія гідростатичного тиску крові.

Вимірювання тиску крові та швидкості кровоплину.

В основі вимірювання кров'яного тиску лежить аналіз звуків, які пов'язані з поширенням пульсової хвилі по частково перетисненій артерії.

На руку між плечем і ліктем накладають манжету і нагнітають за допомогою гумової груші повітря. Манжета стискає плечову артерію, і припиняється плин крові. Стінки манжети еластичні, і внаслідок розслабленої мускулатури тиск у ній рівний приблизно тиску в м'яких тканинах, які стискаються манжетою. У цьому фізична суть методу вимірювання крові. Випускаючи повільно повітря, зменшують тиск у манжеті та м'яких тканинах. Коли кров проб'ється через перетиснену артерію, фіксують систолічний тиск (перший удар, плин турбулентний, тому виникають тони і шуми, які прослуховуються фонендоскопом). Зменшення тиску зумовлює відновлення ламінарного плину крові та водночас послаблення тонів. Тиск у манжеті, який відповідає цілковитому відновленню ламінарного плину крові в артерії, фіксують як діастолічний (останній удар).

Для характеристики роботи серцево-судинної системи недостатньо знати частоту пульсу і артеріальний тиск. Больовий стан органа може бути зумовлений зменшенням кровоплину через артерію, яка постачає кров цьому органу.

Використовують ультразвуковий метод вимірювання швидкості кровоплину. Цей метод ґрунтується на ефекті Допплера. Пристрій, призначений для вимірювання швидкості кровоплину, складається з двох п'єзокристалів, один з яких призначений для генерації ультразвукових коливань (1), другий (2) — для реєстрації ультразвуку, розсіяного еритроцитами. Вимірюючи різницю частот випроміненого і розсіяного кров'ю ультразвуку, можна визначити швидкість руху крові, якщо відомі швидкість поширення ультразвуку в середовищі і розташування судини відносно датчика. Таким чином ми виміряємо лінійну швидкість кровоплину, а для визначення об'ємної швидкості потрібно лінійну швидкість помножити на площу перерізу судин, вважаючи її незмінною.