2.6. Исследование механических параметров кровотока

К основным механическим характеристикам кровотока относят объемную скорость (расход), внутрисосудистое давление, вязкость крови, скорость распространения пульсовой волны.

Гемодинамика – раздел физиологии кровообращения, применяющий законы гидродинамики для исследования характеристик и механизмов движения крови в сердечно-сосудистой системе. В качестве основного уравнения гемодинамики было использовано уравнение Пуазейля для течения жидкости в жестких трубах: Q = (πr⁴ΔP)/(8ηℓ), где Q - объем крови, протекающей в единицу времени через участок сосуда длиной ℓ и внутренним радиусом r, ΔP = P₁ – P₂ - перепад давлений на участке сосуда, η - вязкость крови. При замене (πr⁴)/(8ηℓ) = 1/R получим Q = ΔP/ R, где R - пропускная способность сосуда.

Приведенное уравнение лишь приближенно описывает взаимосвязь характеристик, так как в живом организме существуют сложные зависимости R = R(r,η), r = r (P), η = η (r).

Так, вязкость крови тем меньше, чем меньше диаметр сосуда. Этот феномен объясняют тем, что эритроциты сосредоточены в центре потока, а плазма – у стенок сосуда. Чем тоньше сосуд, тем большую относительную часть площади поперечного сечения занимает слой с минимальным трением и тем меньшей является величина общего трения потока крови о стенки сосуда.

Сосуды кровеносной системы обладают также эластичностью. Растянувшиеся при систоле стенки артерий аккумулируют энергию, а во время диастолы стремятся к спаду и отдаче накопленной энергии для проталкивания крови через артериолы и капилляры. Кроме пассивных свойств (эластичность, упругость) сосуды способны активно реагировать на изменение давления. Эта реакция определяется мышечными элементами сосудистой стенки. Когда давление в сосуде повышается, мышцы сокращаются и диаметр сосуда уменьшается (феномен Остроумова - Бейлисса).

Несмотря на приведенные замечания, уравнение Q = ΔP/R применимо для решения большинства практических задач медицинских исследований.

Е ще один диагностически значимый параметр кровотока – скорость распространения пульсовой волны (v_П). Пульсовая волна – волна повышенного давления, распространяющаяся по аорте и артериям в период систолы. Величину v_П определяют по формуле Моенса - Кортевега: v_П = √(Eh)/(2ρ_cr), где Е – модуль упругости артериальной стенки сосуда, h – толщина стенки, r – внутренний радиус артерии, ρ_c – плотность вещества сосуда. С возрастом у человека модуль упругости артериальной стенки возрастает из-за известковых отложений, что приводит к росту скорости пульсовой волны от 5 до 10 м/с.

Для некоторых исследований в практической медицине скорость кровотока в артерии в момент прохождения пульсовой волны определяют по формуле Г.И. Косицкого (1959 г.): v_А = (αР_А)/(Еt), где Р_А – величина пульсового давления (находят по сфигмограмме), t – время изгнания крови в артериальную систему, α – коэффициент пропорциональности, зависящий от участка исследования артериального русла. При резком возрастании пульсового давления и малом значении t возникает гидравлический удар крови о стенки сосудов, сопровождающийся характерными звуковыми эффектами, которые используют в аускультативных исследованиях. В среднем скорость кровотока в артериях имеет величину 60 см/с, в венах – 20 см/с, в капиллярах – 0,5 мм/с.

Особую важность в исследованиях кровотока занимают методы определения давления крови.