Нормальная физиология / КР6 Сосудистая система, регуляция кровообращения

Линейная скорость движения крови (V) (см/сек) — это скорость течения частицы крови вдоль сосуда за единицу времени. Эта величина, измеренная в сантиметрах в 1 с, прямо пропорциональна объемной скорости кровотока и обратно пропорциональна площади сече-

ния кровеносного русла. Линейная скорость неодинакова: она больше в центре сосуда и меньше около его стенок, выше в аорте и крупных артериях и ниже в венах. Самая низкая скорость кровотока в капиллярах, общая площадь сечения которых в 600-800 раз больше площади сечения аорты. О средней линейной скорости кровотока можно судить по времени полного кругооборота крови. В состоянии покоя оно составляет 21 -23 с, при тяжелой работе сни-

жается до 8-10 с. Линейная скорость равна отношению объемной скорости (Q) к площади

суммарного поперечного сечения сосудов одного типа (S):

V QS

Площадь суммарного поперечного сечения сосудов может быть рассчитана, как S= πr2, где r- радиус сосуда.

Во время выброса крови из сердца линейная скорость кровотока в аорте может достигать 50-60 см/с; во время диастолы - скорость кровотока снижается до 0 (рис.3).

Рис.3. Изменение линейной скорости кровотока в восходящей аорте (красная кривая) при одновременной записи изменений давления в систолу и диастолу (синяя кривая); ЭКГ и фонокардиограммы внизу (зеленые кривые) (MedQueen.com).

Линейная скорость кровотока прямо пропорционально зависит от диаметра просвета сосуда (рис.4). Линейная скорость кровотока максимальна в центре сосуда и замедляется по мере приближения к стенкам за счет сил трения. Объемная скорость кровотока (см 3/сек.) не зависит от просвета сосудов (рис.4, позиция 4).

Минимальная линейная скорость кровотока, 0.3-0,5 мм/с, отмечена в капиллярах, что способствует диффузии и повышает эффективность транскапиллярного обмена. В венах линейная скорость кровотока возрастает в результате уменьшения площади сечения сосудов и может достигать в верхней и нижней полых венах до 10-15 см/с.

Рис.4. Зависимость линейной скорости кровотока (3) от диаметра просвета (2) сосудистого русла (1). Объемная скорость кровотока не зависит от диаметра просвета сосудов (4). (R.F.Schmidt and G.Thews.,2006):

1 – последовательно соединенные трубки различных диаметров (сосуды), 2 — площадь поперечного сечения просветов сосудов (см2); 3 – изменение линейной скорости кровотока в сосудах различного диаметра (см/сек); 4 — объемная скорость кровотока (см3/сек).

Объем крови, протекающей за 1 мин по сосудам в любом участке замкнутой системы, одинаков: приток крови к сердцу равен его оттоку. Следовательно, низкая линейная скорость кровотока должна компенсироваться увеличением суммарного просвета сосудов. Сохранение постоянной объемной скорости кровотока при малом суммарном просвете сосудов происходит за счет высокой линейной скорости.

Вопрос 10. Основные показатели системной гемодинамики: артериальное давление, сердечный выброс, общее периферическое сопротивление сосудов, венозный возврат крови к сердцу, объем циркулирующей крови. Определение понятий, взаимосвязь между ними.

ГЕМОДИНАМИКА

=

ДАВЛЕНИЕ СИСТЕМЫ, КОТОРОЕ ОКАЗЫВАЕТ ВЛИЯНИЕ НА ЖИДКОСТЬ

+

СОПРОТИВЛЕНИЕ, КОТОРОЕ ИСПЫТЫВАЕТ ЖИДКОСТЬ ПРИ ТРЕНИИ О СТЕНКИ СОСУДОВ И ВИХРЕВЫХ ДВИЖЕНИЯХ

ЗАДАЧИ ССС:

СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ ДОЛЖНА ОБЕСПЕЧИВАТЬ 3 ФУНКЦИИ:

1.КРУГООБОРОТ КРОВИ

2.КРОВОСНАБЖЕНИЕ ОРАГНОВ И ТКАНЕЙ

3.ТРАНСКАПИЛЛЯРНЫЙ ОБМЕН ЖИДКОСТЕЙ И ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ЭТИХ ФУНКЦИЙ В СИСТЕМЕ ДОЛЖНА СУЩЕСТВОВАТЬ НАДЕЖНАЯ И ЧЕТКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ:

1.ОБЪЕМНЫЙ КРОВОТОК В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ПОЧТИ ВСЕГДА РЕГУЛИРУЕТСЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПОТРЕБНОСТЕЙ ТКАНЕЙ

2.СЕРДЕЧНЫЙ ВЫБРОС КОНТРОЛИРУЕТСЯ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ СУММОЙ ВСЕХ МЕСТНЫХ ТКАНЕВЫХ КРОВОТОКОВ

3.В ЦЕЛОМ СИСТЕМНОЕ АД КОНТРОЛИРУЕТСЯ НЕЗАВИСИМО ОТ РЕГУЛЯЦИИ МЕСТНОГО ТКАНЕВОГО КРОВОТОКА И СЕРДЕЧНОГО ВЫБРОСА.

КРОВОТОК ОПРЕДЕЛЕЯЕТСЯ ДВУМЯ ФАКТОРАМИ:

ГРАДИЕНТ ДАВЛЕНИЯ=ДВИЖУЩАЯ СИЛА (В БКК 100 ММ.РТ.СТ., В МКК 14 ММ.РТ.СТ.)

СИЛЫ, ПРЕПЯТСТВУЮЩИЕ ДВИЖЕНИЮ КРОВИ – СОСУДИСТОЕ СОПРО-

ТИВЛЕНИЕ (ОПСС ОТ 0,2 ДО 4 В БКК, 0,14 В МКК)

Артериальное давление – интегральная величина, составляющими и определяющими которой являются объемная скрость кровотока (Q) и сопротивление (R) сосудов. Поэтому системное артериальное давление (САД) является результирующей величиной сердечного выброса (СВ) и общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС):

САД = СВ*ОПСС

Давление в крупных ветвях аорты: АД = Q*R

(Применительно к артериальному давлению различают систолическое, диастолическое, пкльсовое, среднее давления. Систолическое – возникает в артериях в период систолы левого желудочка сердца, диастолическое – в период его диастолы, разница между величиной систолического и диастоличекого давлений характеризует пульсовое давление. Выделяют также срежнее, которое представляет собой среднюю между сист и диаст давлениями величину, которая была бы способна дать такой же гемодинамический эффект, какой имеет место при естественном, колеблющемся движении крови.)

ОПСС

Общее сопротивление всех сосудов большого круга (БК) называется ОПСС.

От сопротивления сосудов отдельного органа зависит кровоток через этот орган, а от ОПСС– АД, поэтому радиус сосудов – важнейшая точка приложения регуляторных факторов.

Общее периферическое сопротивление сосудов – общее сопротивление всей сосудистой системы выбрасываемому сердцем потоку крови:

Общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС) = АД : СВ

Для расчета ОПСС необходимо определить величину системного АД и сердечного выброса. Эти три параметра системы действительно связаны приведенным соотношением, но у разных объектов, в разных гемодинамических ситуациях и в разное время их изменения могут быть в разной мере взаимозависимы. Так, в конкретных случаях уровень САД может определяться преимущественно величиной ОПСС или в основном СВ.

Сердечный выброс = минутный объем кровообращения (МОК=СВ) – общее количество крови, перекачиваемое правым и левым отделом сердца ы течение одной минуты в сердечнососудистой системе.

Факторами, определяющими величину МОК, являются систолический объем крови, частота сердечных сокращений и венозный возврат крови к сердцу.

Объем циркулирующей крови – гемодинамический показатель, представляющий собой суммарный объем крови, находящейся в функционирующих кровеносных сосудах. Можно поделить на: а) кровь, которая в данный момент свободно циркулирует по сосудам б) кровь, которая в данный момент находится в печени, почках, селезенки. Кровь из депо выходит в сосуды или наоборот депонируется в органах. Крови в депо примерно в два раза больше объема циркулирующей крови

Венозный возврат – объем венозной крови, протекающей по нижней и верхней полым венам. В норме величина венозного возврата равна величине минутного объема крови (МОК) – 4-6 л/мин. Но может быть нарушено при мышечных нагрузках, смене положения тела, при недостаточности правых отделов сердца. Кровоток в верхней полой вене – 42%, в нижней 58% от общего венозного возврата. Факторы, влияющие на венозный возврат:

1)действующие сзади (сообщаемое сердцем движение крови по сосудам, сокращение скелетной мускулатуры, функционирование венозных клапанов и величину гидростатического давлений

2)действующие спереди: присасывающая функций грудной клетки, присасывающая функция правого предсердия, взаимоотношение встречных поток по полым венам, реакция венозных сосудов.

Важно подчеркнуть, что стабилизация артериального давления означает и поддер-

жание оптимальной величины сердечного выброса, а, следовательно, и кровотока в ор-

ганах и тканях. При этом саморегуляция кровообращения, обеспечивая стабилизацию системных показателей, сохраняет возможность регионарных перераспределений кровотока.

Из уравнения Пуазейля следует, что среднюю величину артериального давления (АД) можно рассчитать как произведение двух параметров системной гемодинамики: сердечного выброса (СВ) и общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС): АД = СВ × ОПСС.

Сердечный выброс, в свою очередь, является произведением ударного объема сердца и частоты сердечных сокращений (СВ = УО × ЧСС). Ударный объем сердца (УО) зависит от величин конечного диастолического объема (КДО) и конечно-систолического объема сердца (КСО), т.е. УО = КДО – КСО.

Конечно-диастолический объем сердца определяется величиной венозного возврата, продолжительностью диастолы, которая зависит от частоты сердечных сокращений, а также скоростью расслабления миокарда. Венозный возврат зависит от объема циркулирующей крови и тонуса венозных сосудов. На приток крови к сердцу также оказывает влияние центральное венозное давление. Величина конечного систолического обмена (КСО), в свою очередь, зависит от сократимости миокарда (СМ). Следовательно, величина артериального давления будет зависеть от сложных взаимосвязей указанных показателей (рис.1).

Рис. 1. Взаимосвязи основных показателей системной гемодинамики.

В норме, в покое у человека диапазон артериального давления, измеренного в левой плечевой артерии, составляет:

Систолическое (АДс): 105 - 139 мм рт.ст. Диастолическое (АДд): 60 - 89 мм рт.ст.

Следует, однако, отметить, что величина артериального давления не является постоян-

ной. Она, как правило, повышается в условиях психо-эмоционального напряжения, при

стрессе, после употребления кофе или алкоголя, но, особенно, при физической нагрузке.

Так, у спортсменов при интенсивной физической нагрузке систолическое артериальное давление может возрастать до 200 мм рт. ст., а диастолическое - до 100 мм рт.ст. Вместе с тем, после физической нагрузки артериальное давление быстро возвращается к исходным значениям.

Регуляция артериального давления в организме человека является многофакторной и полимодальной, т.е. она обусловлена сложным взаимодействием нейрогенных, гуморальных и миогенных механизмов. По длительности механизмы регуляции артериального давления можно разделить на три вида: 1) срочные, которые реализуются в течение секунд и минут; 2) промежуточные, которые реализуются в течение минут и часов; 3) длительные, которые реализуются в течение часов и недель (рис.2).

Рис.2. Соотношение срочных и длительных механизмов регуляции артериального давления

(По [9]).

Вопрос 11. Сопротивление сосудов кровотоку: факторы, на него влияющие; значение для гемодинамики.

Объём однородной жидкости (воды, низкомолекулярных истинных растворов и пр.) (Q), протекающий через трубку, прямо пропорционален разности давлений в начале и конце трубки (P1 - P2), и обратно пропорционален гидравлическому сопротивлению (R):

Q P1 P2 R

Гидравлическое сопротивление может быть рассчитано, как

R 8 l ,

r4

где: l – длина трубки; η – вязкость жидкости; r – радиус трубки.

Важно подчеркнуть, что уравнение Хагена-Пуазейля условно применимо для расчета величин объемной скорости кровотока и сопротивления сосудов, поскольку сосуды эластичны, а кровоток – пульсирующий, но оно широко применяется в физиологических и клинических исследованиях для расчета сопротивления сосудов. Из уравнения Хагена-Пуазейля, например, следует, что уменьшение радиуса сосуда в 2 раза приводит к возрастанию сопротивления в 16 раз.

В сердечно-сосудистой системе насосная функция сердца является источником энергии кровотока, кровь течет из области высокого в область низкого давления, а кинетическая энергия кровотока расходуется на преодоление сосудистого сопротивления, особенно, в артериолах.

Согласно уравнению Хагена-Пуазейля, объемная скорость кровотока - количество крови, проходящее через поперечное сечение сосуда за единицу времени, может быть

рассчитана по формуле:

Q P R

где: ∆P – разность давления крови по ходу сосуда, R – сосудистое сопротивление.

Поскольку жидкости практически несжимаемы и сосудистая система замкнута, то через суммарную площадь всех сосудов проходит один и тот же объём крови, который называется минутным объемом кровообращения (МОК), или сердечным выбросом (СВ). Величину сердечного выброса можно рассчитать как произведение величин ударного (систолического) объема сердца и частоты сердечных сокращений. (СВ = УО × ЧСС). В покое у взрослого человека сердечный выброс составляет 5-6 л/мин. Важно отметить, что в норме сердечный выброс левого желудочка равен сердечному выбросу правого желудочка, т.е., через два круга кровообращения за единицу времени проходит одинаковый объём крови. В клинической практике часто используется показатель сердечного индекса - отношение минутного объема сердца к площади поверхности тела. Указанный показатель выражается в л/мин/м2 и в норме составляет от 2.8 до 4.2 л/мин/м2.

Сопротивление (R в Па∙мл-1), объемная скорость кровотока (Q в мл/мин и в мл/с) и кровоток (в % от сердечного выброса (СВ) в сосудах различных областях организма

((Шмидт Р., Тевс Г., 2006):

По мере удаления от сердца к периферии сосуды с плотными эластическими стенками сменяются таковыми, стенки которых включают значительное количество гладкомышечных элементов. Так устроены артериальные сосуды меньших диаметров, мышечные артерии, артериолы. По мере уменьшения радиуса сосудов, растет их сопротивление, что особенно выражено в артериолах. Так как сопротивление крови в сосудах зависит от их радиуса (r4), то изменение величины просвета сосудов будет влиять на давление крови. Поэтому указанные сосуды называют сосудами-стабилизаторами давления.

Хотя в клинической медицине широко распространено мнение о том, что сопротивление сосудов кровотоку непосредственно отражает величину сосудистого тонуса, это представление является ошибочным. Сосудистый тонус является результатом сокращения гладких мышц сосудов, тогда как диаметр сосуда зависит не только от сокращения гладких мышц, но и от состояния эндотелиальных клеток, строения сосудистой стенки, а также от внешнего давления на сосуд. Поэтому, например, сопротивление венозных сосудов резко возрастает в результате их сдавления при отёке тканей. Изменение же функции эндотелиальных клеток («эндотелиальная дисфункция»), обусловленные задержкой внутри них ионов натрия и приводящие к развитию внутриклеточного отёка, а также процессы ремоделирования стенки артериол, приводящие к развитию артериолосклероза, являются ключевыми в развитии артериальной гипертензии.

Общее периферическое сопротивление сосудов состоит из суммы сопротивлений сосудов различных регионов и органов, включенных в циркуляцию как параллельно, так и последовательно друг другу. Органные отличия изменений сопротивления по величине и характеру определяются в основном местными факторами: наличием и количеством соответствующих рецепторов, метаболитами, растяжимостью сосудов, ауторегуляторными особенностями и т. д. Так, например, при прессорном синокаротидном рефлексе сужение сосудов скелетных мышц и органов брюшной полости значительно больше, чем рефлекторные реакции сосудов сердца, легких и мозга. Следовательно, «централизация» кровообращения при экстремальных состояниях системы или организма обеспечивается значительно меньшей величиной повышения сопротивления в сосудах сердца, мозга и легких по сравнению с остальными сосудистыми регионами.

Всосудистой системе наибольшее снижение давления крови отмечено в артериолах, что позволяет заключить о максимальной величине сопротивления в этих сосудах. О том, что именно артериолы создают максимальное периферическое сопротивление сосудистой системы, свидетельствует и тот факт, что давление крови на коротком протяжении артериолы (1–2 мм) снижается на 30–40 мм рт. ст., то есть на такую же величину, как и при прохождении крови по аорте и артериям длиной до 1 м.

Гидродинамическое сопротивление сосудов зависит от тонуса гладкой мускулатуры и состояния клеток сосудистого эндотелия.

Вклинической практике расчет общего периферического сопротивления сосудов осуществляют, зная величины среднего артериального давления (САД), давления в правом предсердии (ДПП) и сердечного выброса (СВ):

ОПСС САД ДПП 1332, дин×с×см–5. СВ

Поскольку давление в устье полых вен практически равно нулю, то указанный показатель можно упрощенно рассчитать, как:

ОПСС САДСВ 1332

Откуда следует, что величина среднего артериального давления будет равна произведению сердечного выброса и общего периферического сопротивления сосудов, т.е. САД = СВ × ОПСС.

Поскольку общее периферическое сопротивление сосудов является расчетным, в этом случае сложно определить причинно-следственные связи между сдвигами этого показателя, сердечного выброса и артериального давления. Кроме того, правильный расчет возможен лишь при условии стационарного потока и давления крови в сосудистой системе. В случае же сдвигов артериального давления и сердечного выброса подобный расчет может привести к ошибочным выводам. Например, при введении ацетилхолина, приводящего к резкому замедлению ритма сердца, угнетению сократимости миокарда и, в результате, значительному снижению сердечного выброса, артериальное давление (вследствие большой емкости сосудистой системы) снижается в меньшей степени, чем сердечный выброс. Поэтому расчетный показатель общего периферического сопротивления сосудов возрастает. В действительности ацетилхолин вызывает вазодилатацию, что должно приводить к снижению общего периферического сопротивления сосудов. Таким образом, интерпретация сдвигов расчетного показателя общего периферического сопротивления сосудов и особенно установление причинно-следственных связей между этим показателем и величиной артериального давления, равно как и сердечного выброса, представляется сложной в методическом отношении задачей.

Вопрос 12. Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам, непрерывность и однонаправленность кровотока.

Движение крови по артериям обусловлено следующими факторами:

1.Работой сердца, как насоса, обеспечивающего воспаление энергозатрат системы кровообращения.

2.Упругость стенок эластических сосудов. В период систолы энергия систолической порции крови переходит в энергию деформации сосудистой стенки. Во время диастолы стенка сокращается, и ее потенциальная энергия переходит в кинетическую. Это способствует поддержанию снижающегося артериального давления и сглаживанию пульсации артериального кровотока.

3.Разность давлений в начале и конце сосудистого русла (разность давлений в аорте и полых венах). Она возникает в результате затраты энергии на преодоление сопротивления току крови. Сопротивление кровотоку в сосудах зависит от вязкости крови, длины, и в основном, от диаметра сосудов. Чем он меньше, тем больше сопротивление, а следовательно разность давления в начале и конце сосудов. В сосудистой системе сопротивление изменяется неравномерно. Поэтому неравномерно снижается и кровяное давление. В артериях оно уменьшается на 10%, артериолах и капиллярах на 85%, венах на 5%. Таким образом, наибольший вклад в общее периферическое сопротивление вносят сосуды резистивного (прекапилляры) и обменного (капилляры) типа. Стенки вен более тонкие и растяжимые, чем у артерий. Энергия сердечных сокращений в основном уже затрачена на преодоление сопротивления артериального русла. Поэтому давление в венах невысокое и требуются дополнительные механизмы, способствующие венозному возврату к сердцу.

4.замкнутость сердечно-сосудистой системы;

5.эластичность сосудистой стенки (превращение пульсирующего выброса крови из сердца в непрерывный кровоток);

6.клапанный аппарат сердца и сосудов, обеспечивающий однонаправленное движение крови;

7.наличие внутригрудного давления - "присасывающее" действие, обеспечивающее венозный возврат крови к сердцу.

Венозный кровоток обеспечивают следующие факторы:

1.Разность давлений в начале и конце венозного русла.

2.Сокращения скелетных мышц при движении, в результате которых кровь выталкивается из периферических вен к правому предсердию.

3.Присасывающее действие грудной клетки. На вдохе давление в ней становится отрицательным, что способствует венозному кровотоку.

4.Присасывающее действие правого предсердия в период его диастолы. Расширение его полости приводит к появлению отрицательного давления в нем.

5.Сокращения гладких мышц вен.

Работа мышц - проталкивание крови и рефлекторное увеличение активности сердца и сосудов в результате активации симпатической нервной системы.

Активность дыхательной системы: чем чаще и глубже дыхание, тем больше выражено присасывающее действие грудной клетки.

законы гидродинамики. Условие кровотока – градиент давления между различными отделами СС. При движении – сопротивление: трение частиц крови друг о друга, трение частиц о стенки сосуда.

+1-й закон: количество протекающей по сосудам крови и скорость её движения зависит от разности давления в начале и конце сосуда. Чем эта разница больше, тем лучше кровоснабжение. 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.

2-й закон: движению крови препятствует периферическое сопротивление. 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