2 курс / Физиология / Доп информация / Законы гемодинамики. Давление. Пульс

Лекция "Законы гемодинамики. Давление. Пульс"

Гемодинамика - это раздел физиологии кровообращения, изучающий закономерности движения крови по сосудам. С помощью сосудов обеспечивается возможность жизнедеятельности человека, так как по ним к каждой клетке организма доставляются и удаляются различные продукты обмена. Благодаря работе сердца кровь в сосудах находится в постоянном движении.

Движение крови по сосудам подчиняется многим физическим и физиологическим закономерностям.

     Физические закономерности определяются законами гидродинамики. Первый закон формулируется так: количество протекающей по сосудам крови и скорость ее движения зависит от разности давления в начале и конце сосуда. Чем эта разница больше, тем лучше кровоснабжение. Второй закон определяется следующим образом: движению крови препятствует периферическое сопротивление.

Поскольку кровь, несмотря на наличие в ней форменных элементов, является жидкостью, ее течение определяется рядом физических законов. Существует два типа течений жидкости, в том числе и крови (см. рис 1.).

     

    

 Рис. Профили скоростей при ламинарном (коаксиальном, цилиндрическом)  и турбулентном потоках. На верхнем фрагменте рисунка сверху ламинарное (a) и снизу - турбулентное течение (b).

Первый тип - это ламинарное течение. При таком типе течения жидкость движется как бы коаксиальными цилиндрическими слоями, причем все частицы ее перемещаются только параллельно оси сосуда. Остальные слои жидкости передвигаются относительно друг друга подобно трубкам телескопа, причем слой, непосредственно прилегающий к стенке сосуда, «прилипает» к ней и остается неподвижным. По этому слою скользит второй слой, по нему - третий и так далее. В результате образуется параболический профиль распределения скоростей с максимумом в центре сосуда. 

   Чем меньше диаметр сосуда, тем ближе центральные «слои» жидкости к его неподвижной стенке, и тем больше они тормозятся в связи с вязкостным взаимодействием со стенкой сосуда. Вследствие этого, в мелких сосудах средняя скорость кровотока ниже. В крупных же сосудах центральные слои расположены дальше от стенок, поэтому по мере приближения к длинной оси сосуда эти слои скользят относительно друг друга с все большей скоростью. В результате средняя скорость кровотока значительно возрастает.   

    Второй тип - это турбулентное течение. При определенных условиях ламинарное течение превращается в турбулентное. Для турбулентного течения характерными являются завихрения, в которых частички жидкости перемещаются не только параллельно оси сосуда, но и перпендикулярно ей. Эти завихрения существенно увеличивают внутреннее трение жидкости, и профиль течения уплощается. При таком течении объемная скорость тока жидкости уже не пропорциональна градиенту давления (как при ламинарном кровотоке), так как по причине завихрений возникают дополнительные потери давления. Величина этих потерь пропорциональна квадрату объемной скорости тока жидкости, поэтому повышение последней сопровождается непропорциональным возрастанием давления.

Вопрос:

Какой тип движения крови отмечается в местах бифуркации сосудов?

Ваш ответ : Турбулентное

Законы гемодинамики общие с гидродинамикой (учении о движении жидкостей).

Согласно закону гидродинамики ток жидкости по сосудам определяется двумя силами:

1. Давлением (Р), под которым она движется, т.е. разностью давлений в начале и конце трубы. Эта сила способствующая движению.

2. Сопротивлением (R), которое вследствие вязкости, трения о стенки сосуда и вихревых движений испытывает жидкость. Сопротивление препятствует движению.

Отношение разности давления к сопротивлению определяет объемную скорость тока жидкости. Объемная скорость тока жидкости выражается уравнением:

P₁— P₂

Q = -------------;

R

Q—объем жидкости,

Р₁—Р₂—разность давлений в начале и конце трубы,

R—сопротивление току.

Если его применить к сосудистой системе, то, учитывая, что в конце ее (полых венах) давление близко или равно нулю, уравнение можно записать так:

P

Q = ------;

R

Q—МОК;

Р—среднее давление в аорте;

R—сосудистое сопротивление.

Отсюда следует, что давление в аорте прямо пропорционально МОК выбрасываемому сердцем и величине периферического сопротивления (R)

Р= Q х R

Давление в аорте и МОК можно измерить. Зная эти величины, можно вычислить периферическое сопротивление (R)

8 х Lη

R=-----------;

π r⁴

где R — периферическое сопротивление, определяемое по формуле Пуазейля

L—длина трубки (сосуда),

η—вязкость протекающей жидкости,

π—отношение окружности к диаметру,

r—радиус трубки

Периферическое сопротивление является важнейшим показателем состояния сосудистой системы.

Для отдельного участка сосуда его можно определить по формуле:

P₁—P₂

R=--------;

Q

R—периферическое сопротивление;

P₁—P₂—давление в начале и в конце сосуда;

Q—количество крови, протекающей по сосудам в 1 секунду.

Периферическое сопротивление складывается из сопротивления каждого сосуда. В покое открыта лишь часть капилляров. Большое их количество включено в кровоток параллельно. Поэтому суммарное сопротивление капилляров будет значительно меньше, чем в артериях. Определяет сопротивление вязкость крови, но она непостоянна. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость. Форменные элементы располагаются в центре, ближе к стенкам располагается плазма, где вязкость уменьшается. Есть сосуды, в которых движется только плазма.

Основными сосудами сопротивления (резистивными) являются артерии и артериолы. Они имеют малый диаметр (15—70 мкм), выраженный слой кольцевой гладкой мускулатуры, который, сокращаясь, значительно уменьшает диаметр и повышает сопротивление кровотоку. При этом АД в них повышается. При повышении сопротивления артериол уменьшается отток крови из артерий и в них повышается АД. Снижение тонуса артериол способствует оттоку крови из артерий и понижению в них АД. Следовательно, изменение диаметра артериол есть главный регулятор уровня общего АД. В работающих органах тонус стенок артериол понижается, кровоснабжение возрастает. В неработающих — наоборот.

Сердце, проталкивая кровь в сосуды, создает в них давление, необходимое для кровотока. Давление определяет скорость кровотока и способствует преодолению сопротивления. Чем выше сопротивление, тем большая сила необходима для обеспечения кровотока и тем значительнее снижение давления по ходу сосудистого русла. В крупных и средних артериях давление снижается всего на 10%. В артериолах и капиллярах на 85%.

Важным условием для нормальной циркуляции крови является ее соотношение в артериях и венах:

в артериях—27%;

в венах—73%.

Вопрос:

Закончите определение: Сопротивление на участке сосудистого русла тем ниже, чем больше... 

Ваш ответ : Площадь поперечного сечения

Основными показателями гемодинамики являются:

1. Объемная скорость кровотока.

2. Линейная скорость (скорость кругооборота крови).

3. Давление в разных участках сосудистого русла.

Объемная скорость—это количество крови протекающее через поперечное сечение сосуда в ед. времени (1 мин). В норме отток крови от сердца равен ее притоку к нему, это означает, что объемная скорость является величиной постоянной.

Линейная скорость — это скорость движения крови вдоль сосуда. Она различна в отдельных участках сосудистого русла и зависит от общей суммы площади просветов конкретного отдела сосудов.

В аорте поперечное сечение равно 8 см²(Д = 3 см), скорость движения крови составляет 50—70 см/с. В капиллярах общее сечение 8000 см², скорость движения крови 0,05 см/с.

В артериях скорость кровотока 20—40 см/с, артериолах — 0,5-10 см/с, в полой вене — 20 см/с.

В связи с выбросом крови в сосуды отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер.

Непрерывность тока по всей системе сосудов связана с упругими свойствами аорты и артерий. Основная кинетическая энергия, обеспечивающая движение крови, сообщается ей сердцем во время систолы. Часть этой энергии идет на проталкивание крови, другая — превращается в потенциальную энергию растягиваемой стенки аорты и артерий во время систолы. Во время диастолы эта энергия переходит в кинетическую энергию движения крови.

Линейная скорость кровотока – это путь, проходимый в единицу времени частицей крови по сосуду. Линейная скорость в сосудах разного типа различна и зависит от объемной скорости кровотока и площади поперечного сечения сосудов (см. рисунок ниже). Самое узкое место в сосудистой системе (имеется в виду суммарный просвет сосудов) – аорта. Её диаметр составляет 2-см², здесь самое минимальное периферическое сопротивление и самая большая линейная скорость: в аорте – 50 см/с. По мере расширения русла скорость снижается. B артериолах самое "неблагополучное" отношение длины и диаметра, поэтому здесь самое наибольшие падение скорости, нo за счет этого при входе в капиллярное русло кровь имеет наименьшую скорость, необходимую для обменных процессов – 0,3–0,5 мм/с. Этому способствует максимальное расширение сосудистого русла на уровне капилляров (общая площадь их сечения – 2500- 3 200 см²).

(Здесь не было рисунка)

Рис.  Изменение средней линейной скорости по ходу сосудистого русла

Кровь, оттекающая от органов, поступает через венулы в вены. Происходит укрупнение сосудов, параллельно суммарный просвет сосудов уменьшается. Поэтому линейная скорость кровотока в венах опять увеличивается по сравнению с капиллярами – 10–15 см/с, в полых венах скорость кровотока – 20 см/с, а площадь поперечного сечения этой части сосудистого русла – 4–8 см.

Таким образом, в аорте создается наибольшая линейная скорость, движения артериальной крови к тканям, где при минимальной линейной скорости в микроциркуляторном русле происходят все обменные процессы, после чего по венам с увеличивающейся линейной скоростью уже венозная кровь поступает через "правое сердце" в малый круг кровообращения, где происходят процессы газообмена и оксигенация крови. Следует отметить, что объем крови, протекающей в 1 мин через аорту, полые вены, через легочную артерию или легочные вены, одинаков. Отток крови от сердца соответствует ее притоку. Из этого следует, что объем крови, про­текающий в 1 мин через всю артериальную систему или все артериолы, через все капилляры и всю венозную систему как большого, так 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 и наоборот.

Основными методами исследования линейной и объемной скорости являются ультрозвуковой метод исследования и окклюзионная плетизмография.

Kровяное  давление - это давление внутри кровеносных сосудов (внутри артерий - артериальное давление, внутри капилляров - капиллярное и внутри вен - венозное). Кровяное давление обеспечивает возможность продвижения крови по кровеносной системе и тем самым осуществление обменных процессов в тканях организма.    

Величина артериального давления определяется, главным образом, силой сердечных сокращений, количеством крови, которое выбрасывает сердце при каждом сокращении, сопротивлением, оказываемым току крови стенками кровеносных сосудов (в особенности периферических).

На величину артериального давления влияют также:

     - количество циркулирующей крови;

      - вязкость крови, поступающей в сосудистую систему в единицу времени; 

      - колебания давления в брюшной и грудной полостях, связанные с дыхательными движениями;

      - интенсивности оттока через прекапиллярное русло;

      - напряжения стенок артериальных сосудов;

      - физической нагрузки;

      - внешней среды и прочего.

Усредненное по времени сердечного цикла АД , представляющее собой движущую силу кровотока, называют средним давлением (САД).

Для периферических сосудов оно равно сумме диастолического давления + 1/3 пульсового давления. Для центральных артерий равно сумме диастолического + 1/2 пульсового давления. Среднее давление снижается по ходу сосудистого русла.По мере удаления от аорты систолическое давление постепенно нарастает. В бедренной артерии оно повышается на 20 мм Hg, в тыльной артерии стопы на 40 мм Hg больше, чем в восходящей аорте. Диастолическое давление, наоборот, снижается. Соответственно, увеличивается пульсовое давление, что обусловлено периферическим сопротивлением сосудов.

Методики измерения кровяного давления

В практике используются два способа измерения АД: прямой и непрямой.

Прямой (кровавый, внутрисосудистый)проводится путем введения в сосуд канюли или катетера, соединенного с регистрирующим прибором. Впервые его осуществил 1733 году Стефан Хелс.

Непрямой (косвенный или пальпаторный), предложенный Рива-Роччи (1896). Используется в клинике у человека.

Основным прибором для измерения АД является сфигмоманометр. На плечо накладывается резиновая надувная манжета, которая при нагнетании в нее воздуха сжимает плечевую артерию прекращая в ней кровоток. Пульс в лучевой артерии исчезает. Выпуская воздух из манжеты следят за появлением пульса, регистрируя в момент его появления величину давления с помощью манометра. Данный метод (пальпаторный)позволяет определить только систолическое давление.

В 1905 году И.С. Коротков предложил аускультативныйметод, путем прослушивания звуков (тонов Короткова) в плечевой артерии ниже манжеты с помощью стетоскопа или фонендоскопа. При открытии клапана давление в манжете понижается и, когда оно становится ниже систолического, в артерии появляются короткие, четкие тоны. На манометре отмечают систолическое давление. Затем тоны становятся громче и далее затухают, при этом определяют диастолическое давление. Тоны могут быть постоянными или снова повышаться после затухания. Появление тонов связано с турбулентным движением крови. При восстановлении ламинарного кровотока тоны исчезают. При повышеной активности сердечно—сосудистой системы тоны могут не исчезать.

Максимальное давление, достигаемое в момент выброса крови из сердца в аорту, называется систолическим давлением. Kогда, после выталкивания крови из сердца, аортальные клапаны захлопываются, давление падает до величины, соответствующей так называемому диастолическому давлению. Разница между систолическим и диастолическим давлением называется пульсовым давлением.

Пульс - это ритмические колебания артериальной стенки, обусловленные систолическим повышением давления в артериях, называют артериальным пульсом. В более широком смысле под пульсом понимают любые изменения в сосудистой системе, связанные с деятельностью сердца, поэтому в клинике различают не только артериальный, но ивенозный и капиллярный пульс.

Пульсовая волна, иначе говоря, волна повышения давления возникает в аорте в момент изгнания крови из желудочков, когда давление в аорте резко повышается и стенка ее вследствие этого растягивается. Волна повышенного давления и вызванного этим колебания артериальной стенки распространяется с определенной скоростью от аорты до артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет. Норма пульсовых колебаний у человека составляет 60-80 ударов/мин. 

Артериальный пульс - это ритмические толчкообразные колебания стенок артерий, связанные с изменением их кровенаполнения. Существует несколько методов исследования пульса. К ним относятся пальпация и сфигмография.

Путем простой пальпации пульса поверхностных артерий (например, лучевой артерии в области кисти) можно получить важные предварительные сведения о функциональном состоянии сердечнососудистой системы. Пульсацию артерий можно легко обнаружить прикосновением к любой, доступной ощупыванию артерии: лучевой, бедренной, пальцевой артерии стопы. Желательно, чтобы артерия лежала на твердом основании (кость), хотя при условии выраженного пульса это не обязательно.  

Эти пульсовые колебания кровотока, давления, объема крови распространяются в виде пульсовой волны (волны повышения давления) с определенной скоростью. Эта скорость выше скорости кровотока. Пульсовая волна достигает артериол стопы за 0,2 с за это время клетки крови достигают только нисходящей аорты. Скорость распространения пульсовой волны в аорте — 4—6 м/с, в лучевой артерии — 8—12 м/с. С возрастом скорость повышается. При повышении АД стенки сосудов напряжены, и их растяжимость снижена, скорость распространения пульсовой волны при этом увеличивается. Следовательно, скорость распространения пульсовой волны отражает эластичность стенок сосудов.

Характеристики пульса

Пульс характеризуется по следующим показателям:

• Частота: редкий, частый, нормальный. В норме в покое ЧСС составляет 60—80 ударов в минуту. Более редкий ритм — 40—50 сокращений в минуту называется брадикардией. Наблюдается при раздражении блуждающего нерва, введении ацетилхолина, у спортсменов в состоянии покоя. При частоте 90—100 и более сокращений в покое говорят о тахикардии, наблюдается при повышении температуры окружающей среды, возбуждении симпатического нерва, введении адреналина, при эмоциях, после употребления кофе. У детей в покое пульс более частый. У новорожденных в среднем пульс составляет 140 в минуту, сказывается влияние только симпатического нерва. У спортсменов в покое пульс меньше, так как сказывается преобладание влияния блуждающего нерва и увеличение систолического объема крови.

• Ритм: ритмичный, аритмичный. Определяется по длительности интервала R—R — электрокардиограммы. На ритме отражается дыхание (дыхательная аритмия), на вдохе пульс повышается, на выдохе понижается. На ЭКГ — экстрасистола.

• Наполнение(высота): хорошее, удовлетворительное, слабое, нитевидный пульс. Зависит от систолического объема и объемной скорости кровотока в диастолу, от эластичности стенок сосудов.

• Быстрота (скорость): нормальная, быстрый, медленный пульс. Определяют ее по скорости подъема и спадения артериальной стенки. Быстрый пульс может отражать недостаточность аортального клапана. Выбрасывается увеличенное количество крови, часть крови возвращается обратно в желудочек. Медленный пульс может наблюдаться при сужении аортального устья, когда кровь поступает в аорту медленнее.

• Напряжение:умеренный, твердый, мягкий пульс. Определяется усилием сдавливания артерии до исчезновения пульса. Зависит от среднего АД. По напряжению можно приближенно судить о систолическом давлении.

Сфигмография. Детальный анализ артериального пульсового колебания производится на основании сфигмограммы. В пульсовой кривой (сфигмограмме) аорты и крупных артерий различают две основные части: анакроту, или подъем кривой и катакроту, или спуск кривой.         

 Анакротический подъем отражает поступление крови в артерии, выброшенной из сердца в начале фазы изгнания, что приводит к повышению артериального давления и вызванного этим растяжения, которому подвергаются стенки артерий. Вершина этой волны в конце систолы желудочка, когда давление в нем начинает падать, переходит в спуск кривой - катакроту. Последняя соответствует по времени фазе медленного изгнания, когда отток крови из растянутых эластических артерий начинает преобладать над притоком. 

Окончание систолы желудочка и начало его расслабления приводит к тому, что давление в его полости становится ниже, чем в аорте. Кровь, выброшенная в артериальную систему, устремляется назад к желудочку, давление в артериях резко падает, и на пульсовой кривой крупных артерий появляется глубокая выемка - инцизура. Самая низкая точка инцизуры соответствует полному закрытию полулунных клапанов аорты, препятствующих обратному поступлению крови в желудочек. В норме инцизура бывает остроконечной и располагается приблизительно на высоте 2/3 общей амплитуды пульсовой волны. При патологических состояниях уровень расположения инцизуры может меняться. Так, при понижении артериального давления и снижении периферического сопротивления инцизура располагается ниже обычного уровня, а в крайних случаях, например при большой кровопотере, приближается к базовому уровню кривой пульса.    

            Когда волна крови отражается от клапанов, выходящих из сердца сосудов, она создает вторичную волну повышения давления. В результате на сфигмограмме появляется вторичный, или дикротический подъем, как результат растяжения стенок аорты за счет отражения волны крови от замкнутых полулунных клапанов. Последующий плавный спуск кривой соответствует равномерному оттоку крови из центральных сосудов в дистальные во время диастолы.      

Вопрос:

Инцизура сфигмографической волны соответствует по времени:

Ваш ответ: захлопыванию полулунных клапанов

11