ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра физики, математики и информатики

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛИНИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ

Волгоград, 2024

Оглавление

Введение..................................................................................................3

Глава 1. Гемодинамика............................................................................................4

Глава 2. Физические основы клинического метода измерения давления крови.........................................................................................................................9

2.1. Основные гемодинамические показатели, определяющие уровень артериального давления..........................................................................................9

2.2 Клинический метод измерения давления крови..................................11

2.3 Метод суточного мониторирования артериального давления...........12

Вывод......................................................................................................................14

Список литературы................................................................................................15

Введение

Измерение артериального давления, являющегося одним из ключевых показателей состояния здоровья человека, играет важную роль в клинической диагностике и мониторинге. Физические основы клинического метода измерения давления крови представляют собой комплексный процесс, основанный на принципах физиологии сосудов и гемодинамики. Надежность и точность получаемых данных напрямую зависят от правильного применения методики измерения и понимания физических принципов, лежащих в её основе.

В данном реферате мы рассмотрим основные физические аспекты, определяющие методы измерения артериального давления, а также роль, которую играют различные факторы, влияющие на точность и интерпретацию полученных результатов. Погружение в эту тему позволит лучше понять принципы работы современных медицинских приборов для измерения давления крови и способствует повышению качества клинической практики.

Глава 1. Гемодинамика

Гемодинамика - один из разделов биомеханики, изучающий законы движения крови по кровеносным сосудам. Задача гемодинамики – установить взаимосвязь между основными гемодинамическими показателями, а также их зависимость от физических параметров крови и кровеносных сосудов. К основным гемодинамическим показателям относятся давление и скорость кровотока. Давление – это сила, действующая со стороны крови на сосуды, приходящаяся на единицу площади. Различаю объемную и линейную скорость кровотока. Объемной скоростью кровотока Q называют величину, численно равную объему жидкости, протекающему в единицу времени через данное сечение трубы: Q=V/t

Линейная скорость представляет путь, проходимый частицами крови в единицу времени: v=l/t. Поскольку скорость крови неодинакова по сечению сосудов, то речь пойдет о средней скорости. Линейная и объемная скорости связаны простым соотношением Q=vS, где S - площадь поперечного сечения потока жидкости.

Для сплошного течения несжимаемой жидкости выполняется условие неразрывности струи: через любое сечение струи в единицу времени протекают одинаковые объемы жидкости: Q=vS=const. Для гемодинамики этот закон можно сформулировать так: в любом сечении сердечно-сосудистой системы объемная скорость кровотока одинакова.

Сердечно-сосудистая система в организме человека и животных представлена сердцем, кровеносными сосудами и лимфатическими сосудами. Физическую модель сердечно-сосудистой системы можно представить в виде замкнутой, многократно разветвленной и заполненной жидкостью системы трубок с эластичными стенками. Движение жидкости происходит под действием ритмически работающего нагнетательного насоса - сердца. В наиболее простой гидродинамической модели кровеносной системы, предложенной О.Франком, артериальная часть моделируется в виде упругого резервуара. Эта модель представлена на рис.1. Кровь из сердца поступает в упругий резервуар (артерии) через отверстие К1. При сжатии упругого резервуара содержащийся в нем объем крови проталкивается через отверстие К2 в периферическую систему сосудов, вызывая в них продвижение крови.

Рис. 1. Простейшая гидродинамическая модель кровеносной системы

Периферическая система (артериолы, капилляры) представляет постоянное и многократное разветвление большого числа трубок, особенно в ее средней части, общий просвет которых имеет настолько большое сечение, что скорость жидкости здесь снижается почти до нуля. Однако внутреннее трение в пристеночных слоях этих трубок настолько велико, что именно эта часть системы представляет наибольшее сопротивление течению жидкости и обусловливает максимальное падение давления.

Физическая модель сердечно-сосудистой системы позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови, выбрасываемой желудочком сердца за одну систолу), гидравлическим сопротивлением периферийной части системы кровообращения и изменения давления в артериях.

Так как кровь находится в упругом резервуаре, то ее объем V в любой момент времени зависит от давления (р) следующим образом:

. (1)

, где k - коэффициент пропорциональности, зависит от эластичности упругого резервуара; V₀ - объем резервуара при отсутствии давления (р = 0).

Продифференцировав по времени уравнение (1), получим:

Количество крови, протекающее через поперечное сечение сосуда за единицу времени, называется объемной скоростью кровотока. Пусть Q - объемная скорость кровотока, поступающего в упругий резервуар. Q₀ - объемная скорость кровотока, выходящего из упругого резервуара в периферическую систему. Если предположить, что гидравлическое сопротивление периферической системы постоянно, тогда можем записать:

Уравнение (3) указывает, что объемная скорость кровотока из сердца в артерии равна скорости оттока крови из упругого резервуара и скорости возрастания объема упругого резервуара.

Используя уравнение Пуазейля для периферической системы, можем записать:

, (4)

где - гидравлическое сопротивление периферической системы; ƞ -вязкость крови; l - длина сосудов; R - радиус сосуда; р - давление в упругом резервуаре; p_в - венозное давление, которое может быть принято равным нулю.

Давление р в упругом резервуаре за время сердечного сокращения изменяется от максимального до минимального. Максимальное давление называется систолическим р_с, а минимальное - диастолическим р_д.

Экспериментальная кривая зависимости давления от времени в сонной артерии приведена на рис. 2.

Рис. 1. Зависимости давления от времени в сонной артерии

При систоле желудочков кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от нее артерии. Особенностью системы кровообращения является эластичность стенок сосудов. Если бы стенки кровеносных сосудов были жесткими, то давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферийным сосудам. Эластичность стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь выталкивается сердцем, растягивая аорту, то есть крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем ее отток к периферии.

Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа (16 103 Па). Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды сокращаются, и потенциальная энергия этих сосудов переходит в кинетическую энергию крови, которая начинает двигаться в сосудах с некоторой скоростью. При этом поддерживается диастолическое давление, примерно равное 11 кПа.

Волна повышенного давления, распространяющаяся по аорте и артериям во время систолы, называется пульсовой волной.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 5 - 10 м/с, поэтому за время систолы (Т_с = 0,3 с) она должна пройти расстояние от сердца до конечностей. Это означает, что фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начнется диастола. Пульсовой волне соответствует пульсирование скорости кровотока в крупных артериях, однако скорость крови существенно меньше скорости распространения пульсовой волны и, примерно, равна 0,3 - 0,5 м/с. При этом ток крови принимает непрерывный характер.

При таком механизме продвижения крови только часть энергии, развиваемой мышцей при сокращении, передается непосредственно крови в аорте и переходит в ее кинетическую энергию. Остальная часть энергии переходит в потенциальную энергию растяжения эластичных стенок крупных сосудов и затем уже по мере возвращения их в исходное состояние эта энергия передается крови в период диастолы. Этим и объясняется непрерывный характер тока крови.

На рис. 3 приведён график изменения давления и скорости движения крови в основных частях сосудистой системы. Сопротивление току крови, следовательно, и падение давления на различных участках сосудистой системы весьма различны. Оно зависит от общего просвета и числа сосудов в разветвлении.

Число артериол в сотни раз больше числа крупных артерий при сравнительно небольшом увеличении общего просвета сосудов. Поэтому потери давления от пристеночного трения в них весьма велики. Общее число капилляров еще больше.

В сети венозных сосудов, площадь сечения которых в среднем в два раза больше площади сечения соответствующих артерий, скорость течения крови невысока и падения давления незначительны. В крупных венах около сердца давление становится на несколько миллиметров ртутного столба ниже атмосферного.

Кровь в этих условиях движется под влиянием присасывающего действия грудной клетки при вдохе. Движение крови по сосудам, особенно распределение ее между различными частями кровеносной системы, зависит не только от работы сердца, но и от общего просвета сосудов. В эластичных стенках сосуда имеются гладкие мышечные волокна, от степени сокращения которых зависит просвет сосуда.

Рис. 2. График изменения давления и скорости движения крови

Имеет значение также общее количество циркулирующей крови и ее вязкость. Все эти факторы находятся под регулирующим влиянием центральной нервной системы. Таким образом, физиологические факторы, накладываясь на физические закономерности, регулируют кровообращение в различных участках.

В норме сосудистая система замкнута и не имеет сообщения с атмосферой. Сосуды располагаются в различных направлениях, причем артериальные и венозные сосуды, по которым кровь движется в противоположных направлениях, большей частью параллельны. Эти сосуды сообщаются между собой через капилляры, поэтому в первом приближении можно считать, что гидростатическое давление крови в них, как в сообщающихся сосудах, взаимно уравновешивается, и в качестве модели можно рассматривать систему горизонтальных трубок.

Течение крови в сосудистой системе в нормальных условиях имеет ламинарный характер. Оно может переходить в турбулентное при нарушении этих условий, например, при резком сужении просвета сосуда. Подобные явления могут иметь место при неполном открытии или, наоборот, при неполном закрытии сердечных или аортальных клапанов. При этом появляются звуки, называемые сердечными шумами, которые являются одним из характерных признаков этого явления.