Гемодинамика
Гемодинамика –раздел физиологии кровообращения, исследующий законы движения крови в сосудистой системе с точки зрения физики. Кроме того под гемодинамикой понимают сам процесс перемещения крови по сосудам.
Движение крови по сосудам определяется давлением и сосудистым сопротивлением. Силу, создающую давление крови, определяет сердечный выброс. У человека в аорту при каждом сердечном толчке выталкивается 60-70 мл крови, это составляет 4-5 л/мин.
При каждой систоле-диастоле давление в аорте меняется от 120 до 80 мм рт.ст. у молодого здорового человека.
В плечевой артерии давление близко к аортальному, поэтому в ней АД измеряют по методу Короткова. В артериолах давление становится меньше, до 60 мм рт.ст., в капиллярах составляет единицы мм рт.ст. В полых венах оно чуть повышается, но все равно не превышает 10 мм рт.ст.
Почти во всех крупных сосудах кровь движется ламинарно, т.е. отдельными слоями параллельно оси сосуда. При этом у стенки, возле эндотелия, скорость крови минимальна. Форменные элементы концентрируются около оси, плазма- около стенок.
Наряду с ламинарным движением может в толстых сосудах встречаться турбулентное движение. Турбулентность наблюдается в местах сужения сосудов или их разветвления, а также при изгибах.
Формула Re=dvρ/η если Re < 200, течение будет ламинарным, если же Re>200 – турбулентным.
Вязкость крови η примерно в 5 раз превышает вязкость воды, но это при стандартных условиях определения. Вязкость крови сильно зависит от скорости и от агрегации эритроцитов. От вязкости крови зависит и сосудистое сопротивление:
R=8l η/ πr4
Одним из основных показателей гемодинамики является скорость кровотока. Различают объемную и линейную скорость движения крови.
Объемная скорость – это величина, показывающая количество крови, в мл, протекающее через поперечное сечение сосуда (или их совокупности в каком-то сосудистом бассейне органа) за единицу времени.
По закону Пуазейля объемная скорость кровотока равна:
Q=πr4 /8l ηΔP
Или упрощенно
Vоб=Q/ πr2
Объемный кровоток определяют в мл/100 г ткани. При этом учитывают, что объемный кровоток всех сосудов равен минутному объему кровообращения, поскольку система у человека замкнутая, и через аорту в 1 мин проходит столько же крови, сколько через все магистральные артерии, вместе взятые.
Применительно к отдельным органам, объемная скорость кровотока максимальная скорость кровотока зарегистрирована в почках 400 мл/100 г /мин, в миокарде 100 мл/100 г /мин (в последнем случае понятно, что речь идет о кровоснабжении миокарда, а не о транзите крови через насос).
Линейная скорость кровотока – это скорость перемещения плазмы и форменных элементов по сосудам в единицу времени:
V=S/t
Поскольку суммарная площадь сосудов по мере их ветвления в органах увеличивается, линейная скорость кровотока в капиллярах минимальна. В аорте она составляет 20-25 см/с, в капиллярах 0,03-0,05 см/с. В венулах может повышаться до 5 см/с, в полых венах до 15 см/с.
Еще один показатель кровообращения – время кругооборота крови. Это период, за который кровь проходит оба круга кровообращения. В покое это время равно 20-23 с, при работе снижается в 2-2,5 раза, до 8-10 с.
Микроциркуляция.
Кровеносные капилляры являются самыми мелкими и многочисленными кровеносными сосудами организма. Основная функция капилляров –доставка питательных веществ, кислорода, воды, катионов и анионов, сигнальных молекул к тканям и удаление из них продуктов обмена. Капилляры-центральное звено системы микроциркуляции. Под микроциркуляцией понимают ток крови через терминальные артериолы, прекапиллярные сфинктеры, капилляры и посткапиллярные венулы.
Диаметр капилляров не превышает 5-7 мкм, длина едва дотягивает до 0,1 мм. Скорость (линейная) кровотока меньше 3 мм/с. Зато количество капилляров в организме астрономически велико, до 40 млрд, площадь поперечного сечения 5-10 тыс см2. Эффективная обменная поверхность достигает 1000 м2. В мозге или почке 2-3 тыс капилляров сосредоточены в 1 мм3 .
Не все капилляры постоянно активны, часть их обычно выключено из кровотока прекапиллярными сфинктерами. Давление крови в капиллярах не велико, единицы мм рт.ст.
Стенки капилляров не содержат сократительных элементов, подобно артериолам, поэтому регуляция кровотока в них осуществляется воздействием на артериолы. В них имеется только слой эндотелия и соединительнотканная оболочка, жидкость через капилляр проходит свободно.
Проницаемость капилляров определяется числом и величиной пор (фенестр) в стенке. Обмен идет с использованием двух процессов - диффузии и фильтрации-реабсорбции. Диффузия – движение молекул и ионов из растворов по градиенту концентрации. Через стенку капилляров вещества движутся двумя путями: через всю поверхность или по системе пор. Через поверхность диффундируют жирорастворимые вещества, О2, СО2, NO. Вода, водорастворимые молекулы, ионы, Na+, Cl+, K+ Ca++, глюкозы – диффундируют через поры. Сейчас доказано существование аквапоринов, специальных переносчиков для подобных веществ.
Фильтрация и реабсорбция характерен для перемещения жтидкостей. Интенсивность фильтрации и реабсорбции определяется гидростатическим давлением в капилляре, онкотическим давлением плазмы в капилляре, онкотическим и гидростатическим давлением в тканевой жидкости. Расчеты показывают, что артериальном конце капилляра может создаваться давление наружу около 37 мм рт.ст. Давление внутрь капилляра только 28 мм рт.ст. Поэтому фильтрационное давление может составить около 9 мм рт.ст., идет фильтрация. Это относилось к артериальному концу капилляра. В венозном конце, наоборот, давление наружу 22 мм рт.ст., а внутрь, по прежнему, 28 мм рт.ст. Поэтому результирующее давление 6 мм рт.ст. направлено в просвет капилляра – идет реабсорбция. Разница между общим давлением в начале и конце капилляра в 3 мм рт.ст. направлено на образование лимфы.
Количество жидкости, фильтруемое через стенки капилляров в минуту, отнесенное к 100 г ткани, характеризует коэффициент капиллярной фильтрации. В сутки фильтруется до 20 л, в минуту 14 мл тканевой жидкости из капилляров. Реабсорбируется 12,5 мл/мин, или 18 л/сут. 2 литра оттекает по лиматическим сосудам.