Вопрос26

Среди артерий эластического типа важнейшую роль играет грудной отдел аорты. С ним главным образом связана основная функция сосудов этого типа — обеспечение непрерывности кровотока. Источником энергии служит миокард. Его работа имеет два компонента: статический и динамический, причем на долю первого из них (Аст) приходится 98 % всей энергии сократившегося сердца. Аст затрачивается на растяжение стенок артерий (прежде всего, грудного отдела аорты). Накопив энергию во время систолы, аортальная стенка отдает ее крови, когда сердце пребывает в расслабленном состоянии и не поставляет кровь в сосудистое русло. Благодаря упругости артерий эластического типа кровь не останавливается и в диастолу сердца, когда потенциальная энергия растянутой стенки артерии эластического типа преобразуется в кинетическую энергию крови.

Механизм функционирования грудного отдела аорты был изучен в прошлом веке физиологом Э. Вебером, в трудах которого он назывался феноменом «Wind- kessel». В отечественной литературе этот немецкий термин переводится как «воздушный колпак». Встретив такой термин, не стоит думать, будто в аорте содержится воздух. Вебер воспользовался технической терминологией, заподозрив аналогию между артериями эластического типа и пожарной помпой, в которой непрерывность струи при ритмичном качании двух рукояток обеспечивается созданием воздушной подушки в стальном резервуаре насоса. Воздух там находится под давлением, создаваемым циклической работой двух людей, попеременно пригибающих рукоятки. Этим давлением в пожарной помпе определяется потенциальная энергия сжатого воздуха, которая преобразуется в кинетическую энергию водяной струи. В стенке аорты потенциальная энергия связана не со сжатием воздуха, а с упругими усилиями, возникающими в растянутых эластических волокнах. Поэтому эффект накопления потенциальной энергии аортальной стенкой во время систолы лучше называть феноменом не «воздушного колпака», а «компрессионной камеры» (этот термин также используется в научной литературе).

Биофизические особенности аорты. Под действием крови, выбрасываемой в систолу левым желудочком, происходит растяжение аортальной стенки, обладающей упругими свойствами. Согласно закону Гука, в ней развивается сила упругости: Fynp = -к • х. Оценим значения х и к для аортальной стенки. Существует связь между Fynpy давлением (р), под действием которого сосуд растягивается, и параметрами этого сосуда: Fynp=р»2rl, где г — радиус, I—длина сосуда. При колебаниях давления крови в сосуде изменяется главным образом его просвет, а длина остается практически неизменной. Следовательно, х в уравнении Гука для аорты — не что иное как изменение ее диаметра. При рентгенографии аорты обнаружили, что в систолу ее диаметр увеличивается примерно на 10% относительно своего диастолического значения. Коэффициент упругости (к) определяется преимущественно эластическими волокнами, хотя в аортальной стенке присутствуют наряду с ними коллагеновые волокна.

На гистологических препаратах аорты коллагеновые волокна имеют волнистую (гофрированную) форму, обусловленную их свободной (рыхлой) укладкой среди других структур, пребывающих в недеформированном состоянии. Под действием повышения КД в физиологических пределах коллагеновые волокна только распрямляются, но не растягиваются. Деформация сети коллагеновых волокон создает так называемые термокинетические упругие силы, но их величина незначительна вследствие малого значения коэффициента упругости в этом процессе. Высокая упругость коллагеновых волокон, выражением чего является значительный модуль Юнга (108—109 Па), свойственна им при растяжении, а не при распрямлении, при котором

возникают термокинетические упругие силы. Иными словами, значительная упругость коллагена проявляется только под действием больших усилий, выходящих за пределы физиологических значений КД. Благодаря коллагеновым волокнам стенки артерий здорового человека не разрушаются даже при 5—10-кратном повышении КД. Следовательно, коллагеновые волокна обеспечивают артериальной стенке не упругость, а жесткость и прочность.

Напротив, эластические волокна аортальной стенки растягиваются при обычных колебаниях КД во время систолы сердца. В эластических волокнах возникает сила упругости в соответствии с законом Гука. Коэффициентом пропорциональности между Fynp и величиной растяжения стенки аорты при повышении КД служит модуль Юнга эластических волокон, равный (0,4s* 1,0) 106 Па. Эластическим волокнам аорты в физиологических условиях свойственна экспоненциальная зависимость силы упругости от степени растяжения. При более сильном растяжении устанавливается линейная зависимость, а чрезмерно растянутые эластические волокна разрываются.

Сопоставление вклада эластических и коллагеновых волокон в упругие свойства артериальной стенки подтверждает важный принцип биомеханики: анализ механических свойств тканей организма необходимо проводить с учетом реальных сил, действующих на них.

Упругость аортальной стенки обусловливает еще одно важное явление — возникновение и распространение пульсовой волны по стенке артерий. Дело в том, что Fynp9 развивающаяся при растяжении аорты, направлена не строго перпендикулярно к оси сосуда (рис. 4.43) и может быть разложена на нормальную и тангенциальную составляющие. Непрерывность кровотока обеспечивается первой из них, тогда как вторая является источником артериального импульса, под которым

понимают упругие колебания артериальной стенки. Заметим, что Fn гораздо больше преобладает над JFt, чем показано на рис. 4.43. На создание пульса затрачивается незначительная часть силы упругости растянутой аорты.

Пульсовая волна распространяется от места своего возникновения до капилляров, где затухает. Скорость ее распространения (рП) можно рассчитать по формуле:

ГЕТ Un “)|2р У

где Е — модуль Юнга сосудистой стенки; Ъ — ее толщина; г — радиус сосуда;

о — плотность тканей сосудистой стенки.