Гемодинамика. Функциональная классификация сосудов.

Гемодинамика – движение крови по системе кровообращения. Назначение гемодинамики – массоперенос, т.е. транспорт воды, тепла, газов, питательных веществ, метаболитов, веществ-регуляторов (первичных посредников). Этапы массопереноса:

1) Массоперенос по артериям в систему микроциркуляции (доставка веществ к клеткам). Транспорт осуществляется с потоком крови, т.е. конвективно, и зависит от:

• величины потока крови, т.е. объемного кровотока (Q), и

• концентрации в крови транспортируемого вещества.

2) Транскапиллярный массоперенос в системе микроциркуляции:

• массоперенос из капилляров в ткани

• и из тканей в капилляры. Осуществляется путем: диффузии, фильтрации, абсорбции, осмоса.

3) Массоперенос из системы микроциркуляции (отвоз веществ, конвективно):

- по венозной системе,

- по лимфатической системе. Зависит от Q и C.

Транспорт на всех этапах зависит от величины Q.

1. Объемный кровоток (Q) , т.е. количество крови, проходящее через поперечное сечение сосуда за единицу времени.

Объемный кровоток (Q) прямо пропорционален величине движущей силы кровотока и обратно пропорционален величине сопротивления: Q = ΔР/ R

2. Движущая сила кровотока (ΔР) – это разница кровяного давления в начале и конце системы большого или малого кругов кровообращения, создаваемая работающим сердцем.

3. Гидродинамическое сопротивление току крови (R) выражено в формуле Пуазейля:

4. Линейная скорость кровотока, т.е. скорость движения частицы крови вдоль сосуда зависит от объемного кровотока и площади поперечного сечения сосуда:

Характеристика сосудов разных

функциональных групп

Функциональная классификация кровеносных

сосудов:

1. Буферно-компрессионные сосуды.

2. Сосуды распределения.

3. Сосуды сопротивления.

4. Обменно-шунтовые сосуды.

5. Емкостные (аккумулирующие) сосуды.

6. Сосуды возврата крови в сердце.

Буферно-компрессионные сосуды

Анатомически – это аорта, ее крупные ветви (подключичные, общие сонные, подвздошные артерии).

Гистологически – это сосуды эластического типа (средняя оболочка представлена эластическими и коллагеновыми волокнами).

Функции этих сосудов:

1. Буферная функция – стабилизация движущей силы кровотока, т.е. смягчение перепадов давления в сосудах в систолу и диастолу сердца. В левом желудочке давление колеблется от 0 до 120 мм рт.ст. (ΔР=120 мм рт.ст.), в буферно-компрессионных сосудах – 120/80 мм рт.ст. (ΔРпульс. = 40 мм рт.ст.). Благодаря эластичности, эти сосуды хорошо растяжимы и во время систолы левого желудочка систолическое давление в них растет в меньшей степени, чем могло бы (эластичная стенка – буфер). При снижении эластичности аорты в пожилом возрасте АД пульс. достигает 80-100 мм рт.ст. вместо 40.

2. Компрессионная функция создает: непрерывность тока крови в диастолу, когда сердце отдыхает. В это время движущей силой становится потенциальная энергия эластических сил этих сосудов. Буферно-компрессионная камера аорты меньше по объему, чем систолический выброс. Камера растягивается и эластические волокна аккумулируют (запасают) энергию сердца в виде потенциальной энергии эластических сил. В диастолу эта энергия расходуется на движение крови.

Оценка функции буферно-компрессионных сосудов. ПОКАЗАТЕЛИ:

а) АД в плечевой артерии: - АД систолическое, - АД диастолическое, - АД пульсовое (АДс – АДд), - АД среднее (АДд + 1/3 АДп).

б) артериальный пульс (сонной артерии),

в) скорость распространения пульсовой волны по аорте (СРПВ),

г) УЗИ аорты (диаметр в систолу и диастолу, толщина слоев стенки),

д) функциональные характеристики аорты (эластичность, импеданс, тангенциальное напряжение).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ Метод Короткова (аускультативный). Выслушивают тоны Короткова – шумы, которые создает турбулентно движущаяся кровь, вырываясь из суженой манжетой плечевой артерии в расширенный участок ниже манжеты (место деления плечевой артерии на лучевую и локтевую). При измерении соблюдают требования ВОЗ.

Метод Рива-Роччи (пальпаторный). Пальпируют (прощупывают) лучевую артерию, прижимая её к подлежащей лучевой кости. Этим методом определяют только систолическое давление.

Осциллометрический метод. Осциллограф записывает пульсацию плечевой артерии. Манжету прибора накладывают на нижнюю треть плеча. По кривой определяют систолическое, диастолическое, среднее динамическое артериальное давление. (Среднее динамическое давление можно получить расчетным методом: АД ср = АД диаст. + 1/3 АД пульс.).

Автоматический метод измерения АД (на базе осциллометрии или метода Короткова). Суточное мониторирование артериального давления (СМАД). Прибор регистрирует систолическое, диастолическое, пульсовое, среднее давление в течение суток через равные заданные врачом интервалы времени (от 5 до 60 мин.).

СОСУДЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Анатомически – ветви крупных артерий, отходящих от аорты: плечевая, лучевая, локтевая, коронарные и др. Это артерии среднего и мелкого калибра, кровоснабжающие органы и регионы тела.

Гистологически – сосуды мышечного типа, средняя оболочка сосуда образована гладкомышечными волокнами.

Функции: распределение потока крови (Q) по регионам, приспособление диаметра сосуда к скорости объемного кровотока по нему. Распределение потока достигается: а) разным исходным диаметром сосудов, б) изменением диаметра сосуда.

В этих артериях существует механизм саморегуляции диаметра сосуда – эндотелийзависимая саморегуляция тонуса гладких мышц сосуда. Эндотелий вырабатывает сосудо-расширяющие и сосудосуживающие вещества, которые проникают через его базальную мембрану к гладким мышцам средней оболочки и изменяют их тонус.

Наиболее изучен механизм эндотелий-зависимой вазодилатации. Он подстраивает диаметр сосуда к скорости кровотока: при увеличении линейной скорости кровотока диаметр артерии увеличивается, она пропускает больше крови - реактивная гиперемия.

Механизм: увеличение скорости кровотока  увеличение напряжения сдвига на эндотелии  деформация мембраны эндотелиоцитов  выработка и секреция вазодилататорных веществ (оксида азота – NO, и фактора гиперполяризации) их диффузия к гладким мышцам средней оболочки сосуда  взаимодействие с белками-рецепторами гладких мышц  расслабление артерии  увеличение диаметра сосуда.

Увеличение радиуса сосуда увеличивает объемный кровоток в четвертой степени: Для исследования этого механизма используют реактивную гиперемию (определяют объемный кровоток через сосуд, пережимают артерию жгутом на 2 мин., снимают жгут и снова определяют кровоток). Это позволяет исследовать резерв кровотока в регионе.

Оценка функции сосудов распределения

Показатели: 1. Объемный кровоток (Q). В покое в сосудах скелетных мышц он может составлять 3-5 мл/мин*100 г ткани, при реактивной гиперемии - 20-30 мл/мин*100 г (возрастает в 6-10 раз). Исследование проводят методом окклюзионной плетизмографии.

2. Артериальный пульс.

1) Исследуют пальпаторно: ритм, ритмичность, наполнение, напряжение, скорость нарастания пульсации артерии (лучевая, подключичная, сонная, височная, бедренная, берцовая, тыльная стопы и др.). На следующем слайде показаны характеристики пульса, которые используют при пальпации.

2) Сфигмография (запись пульсовой волны).

3. Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ.) Волна давления (объема), т.е. пульсовая волна, распространяется по стенке сосуда со скоростью 4-12 м/с. Скорость зависит от упругости (жесткости) стенки: чем жестче стенка, тем больше СРПВ. В сосудах эластического типа СРПВ равна 4-5-6 м/с, в сосудах мышечного типа – 6-8-12 м/с. 4. Диаметр сосуда, толщина стенки, отношение интимы к медиа. Исследуют методом – Допплерэховазографии.

Сосуды сопротивления

Анатомически – мелкие артерии диаметром менее 100 мкм, артериолы, прекапиллярные сфинктеры.

Гистологически: в средней оболочке – гладкие мышцы.

Функции: 1. Создают сопротивление кровотоку, на их долю приходится около 80% общего периферического сопротивления, создаваемого всеми сосудами (ОПСС).

Это связано с относительно большой длиной сосудов при малом диаметре:

2. Поддерживают уровень кровяного давления в выше лежащих артериях, благодаря высокому сопротивлению, т.е. создают системное диастолическое давление (60-89 мм рт.ст.). В норме это давление – не более 80 мм рт.ст., при сниженном тонусе сосудов сопротивления АДд снижается (60-70-79 мм рт.ст.), при повышенном – увеличивается (81-89 мм рт.ст. – предгипертония, 90 и выше – гипертония).

3. Создают низкое давление в капиллярах для транскапиллярного обмена.

4. Сосуды сопротивления региона управляют величиной Q в регионе:

5. Распределяют региональный объемный кровоток по микрорегионам:

Оценка функции сосудов сопротивления

Показатели:

1. АДд Измеряют в плечевой артерии, норма – 60-80 мм рт.ст.

2. ОПСС Рассчитывают по данным АДср и объемного кровотока:

3. Прекапиллярное сопротивление региона (R).

4. Объемный кровоток (Q) региона.

5. Линейная скорость кровотока.

Обменно-шунтовые сосуды

Анатомически – капилляры, артериоло-венулярные шунты, артерио-венозные шунты.

Гистологически – истинные капилляры разных типов, магистральные капилляры, шунты.

Типы капилляров:

• сплошные – соматические (эндотелий лежит на базальной мембране, эндотелиоциты прилегают друг к другу плотно, щели между ними - 4-10 нм). Мозг, мышцы, кожа, легкие.

• окончатые – фенестрированные (эндотелий лежит на базальной мембране, щели между клетками – 4-5 нм, в мембране эндотелиоцитов есть фенестры – оконца, диаметром до 20 нм с отверстиями. Органы ЖКТ, почки, ЖВС.

• синусоидные (без базальной мембраны, эндотелиоциты накладываются друг на друга как черепица, между ними большие щели – 10-15 нм). Печень, селезенка, красный костный мозг.

• синусоидные (без базальной мембраны, эндотелиоциты накладываются друг на друга как черепица, между ними большие щели – 10-15 нм). Печень, селезенка, красный костный мозг.

Шунты:

• истинные (анатомические) - в коже, слизистой ЖКТ, скелетных мышцах,

• функциональные (магистральные капилляры при большой линейной скорости кровотока).

Оценка функции обменно-шунтовых сосудов.

Показатели:

1. Капилляризация ткани, т.е. общее количество капилляров.

2. Количество функционирующих капилляров в данных условиях.

3. Объемный капиллярный кровоток, гетерогенность микроциркуляции, линейная скорость кровотока.

4. Показатели транскапиллярного массопереноса (например, КУК).

5. Среднее капиллярное давление (Ркап.).

Функциональная единица микроциркуляторного русла Магистральный капилляр становится функциональным шунтом при большой линейной скорости кровотока.

Характеристика способов массопереноса в системе МЦР Условия массопереноса:

• наличие движущей силы массопереноса (ΔР, ΔС),

• величина площади капиллярно-тканевой мембраны,

• ее проницаемость для вещества,

• величина диффузионного пути.

Площадь мембраны зависит от площади функционирующих капилляров. В покое открыто 25-30% всех капилляров мышечной ткани и кожи, 60% капилляров сердца, 90% капилляров мозга.

Количество открытых зависит от тонуса артериол и прекапиллярных сфинктеров, которые определяют величину объемного кровотока через капилляры. 1 артериола управляет 100 капиллярами, 1 прекапиллярный сфинктер – 10 капиллярами. При повышении тонуса артериол и прекапиллярных сфинктеров – кровоток снижается, уменьшается количество открытых капилляров. Тонус регулируется местными и системными механизмами.

Площадь открытых капилляров рассчитывается по формуле: S = 2π*R*L*n Для транспорта жирорастворимых веществ площадь равна площади капилляров (общая площадь), а для водорастворимых веществ площадь зависит от площади водных щелей между эндотелиоцитами и площади фенестр, через которые идет фильтрация воды (эффективная площадь).

Для жирорастворимых веществ эффективная для обмена площадь равна общей площади (голубой цвет).

Для водорастворимых веществ эффективная площадь меньше, на рисунке это – часть общей, окрашенная в голубой цвет.

Площадь, эффективная для диффузии, зависит от размера диффундирующих молекул и от линейной скорости капиллярного кровотока. При большой линейной скорости происходит шунтирование в венозную систему медленно диффундирующих веществ. Проницаемость капилляров для водорастворимых веществ зависит от размеров их молекулы. Для низкомолекулярных веществ проницаемость больше, чем для крупномолекулярных.

Способы массопереноса:

1. Диффузия газов, водо- и жирорастворимых веществ. Диффузия зависит от движущей силы (ΔP, ΔС), площади диффузионной мембраны (S), её проницаемости (Pr), диффузионного пути (1/х). Диффузия газов = ΔP * Sобщ * Pr * 1/х Диффузия водорастворимых веществ = ΔС * Sэфф. * Pr * 1/х Sэфф. – часть общей площади, доступная для данных молекул (по размеру). Она может составлять 1/1000 от общей площади.

Величина доступной площади (эффективная площадь) исследуется методом разведения индикаторов соответствующего размера, а для воды – методом окклюзионной плетизмографии.

2. Трансцитоз – транспорт крупных молекул (белковых) путем погружения в мембрану эндотелиоцита и движения через него к базальной мембране в виде везикулы, т.е. пузырька, образованного двойной фосфо-липидной оболочкой.

3. Фильтрация - реабсорбция

Путем фильтрации транспортируются через стенку капилляров вода и водорастворимые вещества с потоком воды (конвективно). Модель Старлинга: Ф = ККФ * Рфильтр. ККФ – коэффициент капиллярной фильтрации включает в себя: S (площадь для фильтрации) и ее проницаемость (Pr). Исследуют методом окклюзионной плетизмографии. Рфильтр. = (∆Рг - ∆Ронк.) Рф = (Р гидр.кап. + Ронк.мкж ) – (Ронк.кр + Ргидр.мкж)

Пример: Рф = [ 30 + 4] – [ 25 + 1 ] = 34 – 26 = 8 мм рт.ст. За счет фильтрационного давления вода фильтруется через стенку капилляров и накапливается в межклеточном пространстве. Дальнейшая судьба воды: 1)Реабсорбция (обратное всасывание) в венозном конце капилляра в кровь и конвективное движение вместе с венозной кровью. 2) Отток через лимфатические капилляры в лимфу, а затем в кровь. 3) Поступление в клетки через поры (аквапорины). 4) Накопление в межклеточной среде (отек).

Реабсорбция: Р реаб. = (∆Рг - ∆Р онк.) Рреаб. = (Р гидр.кап. + Ронк.мкж ) – (Р онк.кр + Ргидр.мкж) Пример: Рреаб. = [15 + 4] – [25 +1] = 19 – 26 = - 7 мм рт.ст. Так. обр., фильтрация воды происходит под давлением 8, а реабсорбция – под давлением 7 мм рт.ст., т.е. фильтрация преобладает над реабсорбцией. Излишки воды поступают в лимфатическую систему.

Аккумулирующие сосуды

Анатомически – венулы, мелкие вены региона (венозные сети), синусоиды селезенки.

Гистологически – средняя оболочка этих сосудов образована коллагеновыми и эластическими волокнами с включениями слоев гладкомышечных клеток.

Функции: 1. Депонирование крови из-за большого объема венозных сетей и их растяжимости. Могут накапливать до 75% ОЦК. Различают депонирование:

• Истинное (селезенка депонирует 0,5 л эритроцитарной массы).

• Функциональное (временное), связанное с медленным током крови по венозным сетям. В печени временно депонируется до 1,0 л крови, в легких – 0,5 л, в коже – 0,5 л.

2. Демпфирование (изменение) объема возврата крови к сердцу.

3. Разведение метаболитов.

Сосуды возврата

Анатомически – средние и крупные вены органов, регионов, полые вены.

Гистологически – средняя оболочка имеет более выраженный мышечный слой, эластические, коллагеновые волокна. Вены поделены на сегменты венозными клапанами, которые пропускают кровь только в одном направлении – к сердцу.

Функция: возврат крови к сердцу. Достигается:

1. Разницей давления в начале и конце венозной системы. В венулах оно равно 15 мм рт.ст., в полых венах – 0 мм рт.ст., ΔР = 15 мм рт.ст. Оно может меняться.

2. Наличием клапанов, которые делят вены на отдельные шлюзы, что позволяет создать одностороннее движение крови.

3. Вспомогательными насосами: мышечный, диафрагмальный, сердечный.