Физические основы гемодинамики

Основными показателями гидродинамики являются:

1. объемная скорость движения жидкости – Q;

2. давление в сосудистой системе – P;

3. гидродинамическое сопротивление – R.

Соотношение между этими величинами описывается уравнением:

Q= =

т.е., количество жидкости Q, протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Р1) и в конце (Р2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости.

Основные законы гемодинамики

Наука, изучающая движение крови в сосудах, получила название гемодинамики. Она является частью гидродинамики, изучающей движение жидкостей.

Показатели гемодинамики

Кровяное давление Сопротивление Скорость кровотока

кровотоку

в сосудах

артериальное венозное капиллярное линейная объемная

(время кругооборота)

систолическое центральное

диастолическое периферическое методы исследования

пульсовое *красочный реография*

среднее динамическое *радиоизотопный термодилюция*

*фармакологический реоплетизмография*

методы исследования: *оксигемография метод Фика*

а) аускультативный; *ультразвуковой

б) пальпаторный.

Периферическое сопротивление (R) сосудистой системы передвижению крови в ней слагается из множества факторов каждого сосуда. Отсюда уместна формула Пуазейля:

R =

где – длина сосуда;

–вязкость протекающей в нем жидкости;

–радиус сосуда.

Однако сосудистая система состоит из множества сосудов, соединенных и последовательно, и параллельно, отсюда суммарное сопротивление можно вычислять с учетом этих факторов:

При параллельном ветвлении сосудов (капиллярное русло):

R=

При последовательном соединении сосудов (артериальное и венозное русло):

R= R₁+R₂+R₃

Поэтому R суммарное всегда меньше в капиллярном русле, чем в артериальном или венозном. С другой стороны, вязкость крови тоже величина не постоянная. Например, если кровь протекает через сосуды диаметром меньше 1 мм, вязкость крови уменьшается. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость протекающей крови. Это связано с тем, что в крови наряду с эритроцитами и другими форменными элементами крови есть плазма. Пристеночный слой представляет собой плазму, вязкость которой намного меньше вязкости цельной крови. Чем тоньше сосуд, тем большую часть его поперечного сечения занимает слой с минимальной вязкостью, что уменьшает общую величину вязкости крови. Кроме этого, в норме открыта только часть капиллярного русла, остальные капилляры являются резервными и открываются по мере усиления обмена веществ в тканях.

Распределение периферического сопротивления

Сопротивление в аорте, больших артериях и относительно длинных артериальных ответвлениях составляет лишь 19% от общего сосудистого сопротивления. На долю же конечных артерий и артериол приходится почти 50% этого сопротивления. Т.о., почти половина периферического сопротивления приходится на сосуды длиной порядка всего несколько мм. Это колоссальное сопротивление связано с тем, что диаметр концевых артерий и артериол относительно мал, и это уменьшение просвета полностью не компенсируется ростом числа параллельных сосудов. Сопротивление в капиллярном русле – 25%, в венозном русле в венулах – 4%, во всех остальных венозных сосудах – 2%.

Итак: артериолы играют двоякую роль: участвуют в поддержании периферического сопротивления и через него в формировании необходимого системного артериального давления. С другой – за счет изменения сопротивления обеспечивают перераспределение крови в организме: в работающем органе сопротивление артериол снижается, приток крови к органу увеличивается, но величина общего периферического сопротивления остается постоянной за счет сужения артериол других сосудистых областей. Это обеспечивает стабильный уровень артериального давления.

4% 2%

19%

25% 50%

2% - вены

4% - венулы

19% - аорта и большие артерии

25% - капилляры

50% - артериолы

Линейная скорость кровотока выражается в см/сек. Ее можно рассчитать, зная количество крови, изгнанное сердцем в минуту (объемная скорость кровотока) и площадь сечения кровеносного сосуда.

Линейная скорость V отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной скорости, деленной на суммарную площадь сечения сосудистого русла:

V =

Линейная скорость, вычисленная по этой формуле, есть средняя скорость. В действительности же линейная скорость величина непостоянная, так как отражает движение частиц крови в центре потока вдоль сосудистой оси и у сосудистой стенки (ламинарное движение – слоистое: в центре движутся частицы – форменные элементы, а у стенки – слой плазмы). В центре сосуда скорость максимальная, а у стенки сосуда она минимальная в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.

Изменение линейной скорости тока крови в разных частях сосудистой системы.

Самое узкое место в сосудистой системе (имеется в виду суммарный просвет сосудов) – аорта; её диаметр = 4 см², здесь самое минимальное периферическое сопротивление и самая большая линейная скорость: в аорте – 50 см/сек.

По мере расширения русла скорость снижается. В артериолах самое «неблагополучное» соотношение длины и диаметра, поэтому здесь самое большое сопротивление и наибольшее падение скорости. Но за счет этого при входе в капиллярное русло кровь имеет наименьшую скорость, необходимую для обменных процессов – 0,3-0,5 мм/сек. Этому способствует и фактор расширения (максимального) сосудистого русла на уровне капилляров (общая площадь их сечения – 3200 см²). Суммарный просвет сосудистого русла является определяющим фактором в формировании скорости системного кровообращения.

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). Линейная скорость – 10-15 см/сек, а площадь поперечного сечения этой части сосудистого русла – 6-8 см². В полых венах скорость кровотока – 20 см/сек.

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 оксигенации крови.