Основные законы гемодинамики
Наука изучающая движение крови по сосудам получила название гемодинамики. Ее законы общие с гидродинамикой (учении о движении жидкостей). Согласно закону гидродинамики ток жидкости по сосудам определяется двумя силами:
1. Давлением (Р), под которым она движется, т.е. разностью давлений в начале и конце трубы. Эта сила способствующая движению.
2. Сопротивлением (R), которое вследствие вязкости, трения о стенки сосуда и вихревых движений испытывает жидкость. Сопротивление препятствует движению.
Отношение разности давления к сопротивлению определяет объемную скорость тока жидкости. Объемная скорость тока жидкости выражается уравнением:
P1–P2
Q = ;
R
Q — объем жидкости;
Р1–Р2 — разность давлений в начале и конце трубы;
R — сопротивление току.
Если его применить к сосудистой системе, то, учитывая, что в конце ее (полых венах) давление близко или равно нулю, уравнение можно записать так:
P
Q = ;
R
Q — МОК;
Р — среднее давление в аорте;
R — сосудистое сопротивление.
Отсюда следует, что давление в аорте прямо пропорционально МОК выбрасываемому сердцем и величине периферического сопротивления (R):
Р= Q×R
Давление в аорте и МОК можно измерить. Зная эти величины, можно вычислить периферическое сопротивление (R):
8 х L η
R= ;
π r 4
где: R — периферическое сопротивление, определяемое по формуле Пуазейля;
L — длина трубки (сосуда);
Η — вязкость протекающей жидкости;
π — отношение окружности к диаметру;
r — радиус трубки.
Периферическое сопротивление является важнейшим показателем состояния сосудистой системы.
Для отдельного участка сосуда его можно определить по формуле:
P1–P2
R= ;
Q
R — периферическое сопротивление;
P1–P2 — давление в начале и в конце сосуда;
Q — количество крови, протекающей по сосудам в 1 секунду.
Периферическое сопротивление складывается из сопротивления каждого сосуда. В покое открыта лишь часть капилляров. Большое их количество включено в кровоток параллельно. Поэтому суммарное сопротивление капилляров будет значительно меньше, чем в артериях. Определяет сопротивление вязкость крови, но она непостоянна. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость. Форменные элементы располагаются в центре, ближе к стенкам располагается плазма, где вязкость уменьшается. Есть сосуды, в которых движется только плазма.
Основными сосудами сопротивления (резистивными) являются артерии и артериолы. Они имеют малый диаметр (15–70 мкм), выраженный слой кольцевой гладкой мускулатуры, который, сокращаясь, значительно уменьшает диаметр и повышает сопротивление кровотоку. При этом АД в них повышается. При повышении сопротивления артериол уменьшается отток крови из артерий и в них повышается АД. Снижение тонуса артериол способствует оттоку крови из артерий и понижению в них АД. Следовательно, изменение диаметра артериол есть главный регулятор уровня общего АД. В работающих органах тонус стенок артериол понижается, кровоснабжение возрастает. В неработающих — наоборот.
Сердце, проталкивая кровь в сосуды, создает в них давление, необходимое для кровотока. Давление определяет скорость кровотока и способствует преодолению сопротивления. Чем выше сопротивление, тем большая сила необходима для обеспечения кровотока и тем значительнее снижение давления по ходу сосудистого русла. В крупных и средних артериях давление снижается всего на 10%. В артериолах и капиллярах на 85%.
Важным условием для нормальной циркуляции крови является ее соотношение в артериях и венах: в артериях — 27%; в венах — 73%.
В основном кровоток в сосудах имеет ламинарный характер —послойное движение: в центре движутся клетки крови, ближе к стенке движется плазма. У самой стенки она остается почти без движений. Чем уже сосуд, тем ближе к стенке центральные слои, тем больше торможение скорости кровотока. Поэтому, в мелких сосудах скорость кровотока меньше, чем в крупных.
В местах разветвления сосудов, сужения артерий, крутых изгибов движение имеет турбулентный характер (завихрения). Частицы крови перемещаются перпендикулярно оси сосуда, что значительно увеличивает внутреннее трение жидкости.
Основными показателями гемодинамики являются:
1. Объемная скорость кровотока.
2. Линейная скорость (скорость кругооборота крови).
3. Давление в разных участках сосудистого русла.
Объемная скорость — это количество крови протекающее через поперечное сечение сосуда в ед. времени (1 мин). В норме отток крови от сердца равен ее притоку к нему, это означает, что объемная скорость является величиной постоянной.
Линейная скорость — это скорость движения крови вдоль сосуда. Она различна в отдельных участках сосудистого русла и зависит от общей суммы площади просветов конкретного отдела сосудов.
В аорте поперечное сечение равно 8 см2 (Д = 3 см), скорость движения крови составляет 50–70 см/с. В капиллярах общее сечение 8000 см2, скорость движения крови 0,05 см/с.
В артериях скорость кровотока 20–40 см/с, артериолах — 0,5–10 см/с, в полой вене — 20 см/с.
В связи с выбросом крови в сосуды отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер.
Непрерывность тока по всей системе сосудов связана с упругими свойствами аорты и артерий. Основная кинетическая энергия, обеспечивающая движение крови, сообщается ей сердцем во время систолы. Часть этой энергии идет на проталкивание крови, другая — превращается в потенциальную энергию растягиваемой стенки аорты и артерий во время систолы. Во время диастолы эта энергия переходит в кинетическую энергию движения крови.