Методы исследования гемодинамики

Определение линейной скорости кровотока проводят с по­мощью ультразвукового и индикаторного методов исследования. При этом в прак­тической медицине обычно исследуют время полного кругооборота крови, ко­торое в норме равно 21—23 с. В локтевую вену вводят индикатор (эритроциты, ме­ченные радиоактивным изотопом, раст­вор метиленовой сини и др.) и отмечают время его первого появления в венозной крови соответствующего участка другой конечности. Ультразвуковое определе­ние скорости кровотока основано на эффекте Допплера — ультразвук посы­лают через сосуд в диагональном по от­ношению к потоку крови направлении и против тока. По временной разнице в распространении звуковой волны по току крови и против него (в последнем случае она меньше) прибор регистриру­ет линейную скорость кровотока.

Определение объемной скорости кровотока чаще проводят с помощью окклюзионной плетизмогра­фии и реографии.

Окклюзионная плетизмография — регистрация увеличения объема части конечности в ответ на прекращение венозного оттока при сохранении арте­риального притока крови в орган. Это достигается сдавливанием сосудов с по­мощью манжеты, например наложенной на плечо, и нагнетанием в нее воздуха под давлением выше венозного, но ниже артериального. Конечность помещают в камеру, заполненную жидкостью (пле­тизмограф), обеспечивающей регистра­цию прироста ее объема (используются также воздушные герметически закры­тые камеры).

Реография (реоплетизмография) — регистрация изменений сопротивления электрическому току, пропускаемому через ткань. Это сопротивление обрат­но пропорционально кровенаполнению ткани или органа.

Флоуметрия — основана на разных физических принципах. В частности, при электромагнитной флоуметрии датчик плотно накладывают на ис­следуемый артериальный сосуд и осу­ществляют непрерывную регистрацию кровотока, основанную на явлении электромагнитной индукции. При этом движущаяся по сосуду кровь выполняет функцию сердечника электромагнита, генерируя напряжение, которое снима­ется электродами датчика, подается на регистратор, проградуированный в объ­емных единицах крови.

Метод разведения индикаторов. В ар­терию региона или органа быстро вводят определенное количество индикатора, не способного диффундировать в ткани (красители или радиоизотопы, фикси­рованные на белках крови), а в венозной крови через равные промежутки време­ни в течение 1-й минуты после введения индикатора определяют его концентра­цию, по которой строят кривую разве­дения, позволяющую рассчитать объем­ную скорость кровотока.

11.8. Классификация сосудов

Ниже приводится классификация сосу­дов по Б. И. Ткаченко в модификации В. Г. Афанасьева.

1. Амортизирующие сосуды — аорта, легочная артерия и их крупные ветви, т.е. сосуды эластического типа. Специ­фическая функция этих сосудов — под­держание движущей силы кровотока в диастолу желудочков сердца и умень­шение колебания давления между си­столой и диастолой желудочков за счет эластических свойств стенки сосудов (подробнее— см. п. 11.9).

2. Сосуды распределения — средние и мелкие артерии мышечного типа, обе­спечивающие распределение потока крови по всем органам и тканям орга­низма. Вклад этих сосудов в общее со­судистое сопротивление небольшой — 10-20 %.

3. Сосуды сопротивления: артерии диаметром менее 100 мкм, артериолы, прекапиллярные сфинктеры, сфинкте­ры магистральных капилляров. На долю этих сосудов приходится около 50—60 % общего сопротивления кровотоку, с чем и связано их название. Сосуды сопро­тивления определяют кровоток систем­ного, регионарного и микроциркуля- торного уровней. Разнонаправленные изменения тонуса сосудов сопротивле­ния разных регионов обеспечивают пе­рераспределение объемного кровотока между регионами; подобный механизм срабатывает и внутри региона (микро­циркуляция).

4. Обменные сосуды — это в основ­ном капилляры, через стенки которых происходит обмен веществ между кро­вью и интерстициальной жидкостью. Частично транспорт веществ происхо­дит также в артериолах и венулах. Через стенку артериол легко диффундирует кислород, а через люки венул (меж­клеточные поры диаметром 10—20 нм) осуществляется диффузия из крови бел­ковых молекул, которые в дальнейшем попадают в лимфу.

5. Шунтирующие сосуды — артери­оловенулярные анастомозы. Их функ­ции — шунтирование кровотока. Истин­ные анатомические шунты (артериоло­венулярные анастомозы) есть не во всех

органах. Наиболее типичны эти шунты для кожи: при необходимости уменьшить теплоотдачу кровоток по системе капил­ляров прекращается, и кровь (тепло) сбрасывается по шунтам из артериаль­ной системы в венозную. В других тка­нях функцию шунтов, при определенных условиях, могут выполнять магистраль­ные капилляры и даже истинные капил­ляры (функциональное шунтирование). В этом случае также уменьшается транс­капиллярный поток тепла, воды, других веществ и увеличивается транзитный перенос в венозную систему. Это наблю­дается при ускоренном кровотоке.

6. Емкостные (аккумулирующие) со­суды'. венулы, мелкие вены, венозные сплетения и специализированные об­разования — синусоиды селезенки. Их общая емкость составляет около 50 % всего объема крови, содержащейся в сердечно-сосудистой системе. Функции этих сосудов связаны с их способностью изменять свою емкость, что обусловлено рядом присущих им морфологических и функциональных особенностей. Ве­нулы и вены широко анастомозируют друг с другом, образуя венозные сети большой емкости. Емкость их может увеличиваться в несколько раз пассив­но, под давлением крови в результате высокой растяжимости венозных сосу­дов, и активно, под влиянием сокраще­ния гладких мышц, которые имеются в венулах диаметром 40—50 мкм, а в бо­лее крупных сосудах образуют непре­рывный слой. В замкнутой сосудистой системе изменение емкости одного от­дела влияет на объем крови в другом, поэтому изменения емкости вен влияют на распределение крови во всей системе кровообращения, в отдельных регионах и микрорегионах. При сужении вен уве­личивается приток крови к сердцу и, со­ответственно, систолический выброс.

7. Сосуды возврата крови в сердце'. средние, крупные и полые вены, выпол­няющие роль коллекторов, через кото­рые обеспечивается регионарный отток крови и возврат ее к сердцу. Емкость этих сосудов около 18 %, в физиологи­ческих условиях она мало изменяется.

11.9. Движение крови по артериям

Непосредственной силой, обеспечива­ющей движение крови по сосудам, яв­ляется разность давлений (АР) в начале сосудистого русла (Р_} — аорта и легоч­ная артерия) и в конце его (Р₂ — вены в области предсердий):

ДР=Р₁-Р₂.

Создается же и поддерживается вы­сокое гидростатическое давление в сосу­дах организма сердцем. Весьма важным вспомогательным фактором движения крови по артериям является эластич­ность их стенок.

Роль эластичности артерий

1.Уменьшает нагрузку на сердце и, естественно, расход энер­гии на обеспечение движения крови. Это достигается, во-первых, за счет того, что сердце не преодолевает инер­ционность столба жидкости и силы тре­ния по всему сосудистому руслу. Оче­редная порция крови, выбрасываемая левым желудочком во время систолы, размещается в начальном отделе аор­ты за счет ее поперечного расширения в силу ее эластичности (рис. 11.15). Энергия сердца затрачивается на пре­одоление кровяного давления в аорте. Во-вторых, при этом энергия сокра­щения сердца переходит в потенциаль­ную энергию эластической тяги аорты. Эластическая тяга сжимает аорту и про­двигает выброшенную порцию крови

Рис. 11.15. Механизм продвижения крови по артериям во время диастолы желудочков. В период систолы сначала растягивается ближайший к сердцу участок аорты и в нем накапливается кровь (Л). Затем этот участок в силу эластичности возвращается к исхо­дному состоянию, при этом кровь выдавли­вается в соседний участок и растягивает его (Б). Далее этот процесс повторяется, распро­страняясь вдоль эластических артерий (по

Э. Вицлеб, 1996, с изменениями)

 

дальше от сердца во время его отдыха в период диастолы и наполнения ка­мер сердца следующей порцией крови, что происходит после каждой систолы желудочков (вазоэффект). Обратный ток крови в аорте предотвращают аор­тальные клапаны. Особенно важно, что давление крови, создаваемое сердцем в одной точке, передается на все сообща­ющиеся сосуды по жидкости — по всем разветвлениям, поэтому дополнитель­ного расхода энергии сердцем на про­движение крови, естественно, тоже не требуется.

2. Обеспечивает непрерыв­ный ток крови, что увеличивает объемную скорость крови в сосудистой системе и способствует непрерывному и более эффективному обмену веществ между кровью и тканями.

3. Увеличивает емкость со­судов.

4. Поддерживает кровяное давление в сосудах во время диасто­лы желудочков.

5. Пр ед отвр ащ ает гидрав­лический удар во время каждой систолы, который возникал бы в силу несжимаемости жидкости и быстро­го выброса сердцем очередной порции крови.

Таким образом, кровь движется не­прерывно за счет эластической тяги аор­ты и артерий. Аорта — преимуществен­но эластическая соединительнотканная структура. По ходу артерий доля глад­комышечной ткани возрастает, а в ар­териолах преобладает мышечный слой. От каждой артериолы отходит много ка­пилляров, их стенка по толщине состоит из одной клетки.

Характеристика гемодинамики по ар­териям

АД пульсирует. Пульсовая вол­на (область повышенного давления) возникает в начальном сегменте аорты, а затем распространяется дальше. Дав­ление крови в аорте и крупных артериях большого круга кровообращения назы­вают системным АД. В норме у взрос­лых людей систолическое давление в плечевой артерии находится в диапазо­не 115—140 мм рт. ст., диастолическое — 60-90 мм рт. ст., пульсовое — 30- 60 мм рт. ст., среднее — 80—100 мм рт. ст. Величина кровяного давления увеличи­вается с возрастом, но в норме не выхо­дит за указанные границы. Показатели кровяного давления по ходу кровеносно­го русла падают (см. табл. 11.1).

В начале систолы давление быстро повышается, а затем снижается, про­должая плавно уменьшаться и в диасто­ле желудков, но оставаясь достаточно высоким до следующей систолы. Пик давления, регистрируемый во время си­столы, называют систолическим арте­риальным давлением (Р_с), минимальное значение давления во время диастолы желудка — диастолическим (Р_д). Раз­ницу между систолическим и диастоли­ческим давлением называют пульсовым давлением (Р_п). Среднее артериальное давление (Р) — это давление, вы­численное путем интегрирования во времени кривой пульсового колебания давления. Для центральных артерий его ориентировочно вычисляют по форму­ле: Р_ср = Р_д + 7₃ Р_п. Среднее давление в аорте равно примерно 100 мм рт. ст. Дав­ление в полых венах колеблется около нуля. Таким образом, движущая сила в большом круге кровообращения равна разнице между этими величинами, т.е. 100 мм рт. ст. Среднее давление крови в легочном стволе — менее 20 мм рт. ст., в легочных венах оно близко к нулю, а следовательно, движущая сила в малом круге кровообращения — 20 мм рт. ст., т.е. в 5 раз меньше, чем в большом.

Скорость распростране­ния пульсовой волны значи­тельно больше скорости кровотока и зависит от растяжимости сосудистой стенки и отношения величин толщины стенки и радиуса сосуда. Поэтому дан­ный показатель используют для харак­теристики упругоэластических свойств и тонуса сосудистой стенки. При сниже­нии растяжимости стенки с возрастом (атеросклероз) и при повышении тону­са мышечной оболочки сосуда скорость распространения пульсовой волны возрастает. В норме у взрослых людей скорость распространения пульсовой волны в сосудах эластического типа со­ставляет 5—8 м/с, в сосудах мышечного типа — 6—10 м/с.

Артериальный пульс досту­пен для пальпаторного исследования в местах, где артерия располагается близ­ко к поверхности кожи, а под ней нахо­дится костная ткань. По артериальному пульсу можно получить предварительное представление о функциональном со­стоянии сердечно-сосудистой системы. В клинической практике оценивают высоту, скорость, напряжение пульса и его симметричность на обеих конеч­ностях. На кривой регистрации пульса (сфигмограмме, рис. 11.16) отражают­ся повышение давления в артериях во время систолы желудочка — анакрота, снижение давления при расслаблении желудочков — катакрота и небольшое увеличение давления под влиянием от­раженного гидравлического удара о замкнутый полулунный клапан — ди­кротическая волна (дикрота). Частота пульса характеризует ЧСС. Пульс менее 60 в 1 мин — брадикардия, более 90 в 1 мин — тахикардия. Ритмичный, арит­мичный пульс дает представление о во­дителях ритма сердца.

Рис. 11.16. Артериальный пульс (сфигмо­грамма) в сонной артерии:

 

1 — анакрота; 2 — катакрота (вся восходящая
часть); 3 — дикрота

Пульсирующая скорость кровотока в артериальной системе объясняется тем, что кровь поступает в аорту порциями в период изгнания из желудочка. В восходящем отделе аор­ты скорость кровотока наибольшая к концу первой трети периода изгнания, затем она уменьшается до нуля, а в про­тодиастолический период, до закры­тия аортальных клапанов наблюдается обратный ток крови. Пульсирующий характер кровотока в большом круге кровообращения сохраняется до арте­риол, в сосудах же малого круга крово­обращения — до венул.

Характер изменения основных пока­зателей гемодинамики представлен на рис. 11.17.

Методы измерения кровяного давления. В 1733 г. Хейлс впервые измерил кровя­ное давление прямым способом у ряда до­машних животных с помощью стеклян-

Рис. 11.17. Соотношения линейной скоро­сти кровотока, кровяного давления и сум­марной площади поперечного сечения сосу­дов по ходу кровеносного русла (по R. Berne, М. Levy, 2004)

ной трубки. При прямом измерении дав­ления катетер или иглу вводят в сосуд и соединяют с прибором для измерения кровяного давления (манометром). На кривой АД, записанного прямым мето­дом, регистрируются, кроме пульсовых, также дыхательные волны кровяного давления: на вдохе оно выше, чем на выдохе. Непрямые методы разработали Рива-Роччи и Коротков (изучаются на практических занятиях). В настоящее время используют автоматические или полуавтоматические методы измерения АД, основанные на методе Короткова; для диагностических целей применяют мониторирование АД с автоматической регистрацией его величины до 500 раз в сутки. При этом регистратор и датчик фиксируются на теле пациента.

11.10. Движение крови по капиллярам

Характеристика микроциркуляторного русла (рис. 11.18). Длина капилляров варьирует в пределах 0,5—1,0 мм, диа­метр составляет 5—10 мкм; кровяное давление в артериальном конце равно 30 мм рт. ст., в венозном — 15 мм рт. ст., средняя скорость кровотока — около 1 мм/с. В капиллярах, через их стенку, осуществляется транспорт веществ, в результате чего клетки органов и тканей обмениваются с кровью теплом, водой и газом, другими веществами, образуется лимфа. Время прохождения эритроцита через капилляр большого круга крово­обращения составляет 2,5 с, в малом круге — 0,3—1 с. Его определяют с помо­щью биомикроскопии, дополненной ки- нотелевизионным и другими методами.

Транскапиллярный обмен веществ происходит путем фильтрации, простой и облегченной диффузии, трансцитоза и осмоса.

Симпатические

Рис. 11.18. Схема микроциркуляторного русла (стрелки указывают направление дви­жения крови) (по R. Berne, М. Levy, 2004)

 

Объем транспорта веществ зависит от количества функционирую­щих капилляров и их проницаемости, от линейной скорости кровотока, от гидро­статического и онкотического давления в капиллярах.

В покое во многих тканях функцио­нирует лишь 25—30 % капилляров от их общего количества, а при деятельном состоянии их число возрастает — напри­мер, в скелетных мышцах до 50—60 %. Проницаемость сосудистой стенки уве­личивается под влиянием гистамина, се­ротонина, брадикинина, по-видимому, вследствие трансформации малых пор в большие. Проницаемость капилляров увеличивается под влиянием гиалурони­дазы, снижается — при действии ионов кальция, витаминов Р, С, катехолами­нов. Обменная поверхность капилляров состоит из чередующихся белковой, ли­пидной и водной фаз. Липидная фаза представлена почти всей поверхностью эндотелиальной клетки, белковая — переносчиками и ионными каналами, водой заполнены межэндотелиальные поры и каналы, эндотелиоциты имеют фенестры. Свободно диффундирующие вещества быстро переходят в ткани, и диффузионное равновесие между кро­вью и тканевой жидкостью достигается уже в начальной половине капилляра. Для ограниченно диффундирующих веществ диффузионное равновесие до­стигается в венозном конце капилляра, либо оно не устанавливается вообще при большой линейной скорости крово­тока.

Фильтрация — главный фактор, обеспечивающий переход жидкости из капилляров в интерстиций (рис. 11.19). Обеспечивает фильтрацию жидко­сти в артериальном конце капилляра фильтрационное давление (ФД). При этом фильтрации способствуют гидро­статическое давление крови (ГДК = 30 мм рт. ст.) и онкотическое давление жидкости в тканях (ОДТ = 5 мм рт. ст.). Препятствует фильтрации онкотиче­ское давление плазмы крови (ОДК = 25 мм рт. ст.). Гидростатическое давле­ние в интерстиции колеблется около нуля, поэтому

ФД = ГДК + ОДТ - ОДК = 30 + 5 -
— 25 = 10 (мм рт. ст.).

Реабсорбция межклеточной жидкости в капиллярах. По мере про­движения крови по капилляру ГДК снижается до 15 мм рт. ст., в результате силы, способствующие фильтрации, становятся меньше сил, противодей­ствующих фильтрации, — формируется реабсорбционное давление (РД), обеспе­чивающее переход жидкости из интер- стиция в венозные концы капилляра:

РД = ОДК - ГДК - ОДТ = 25 - 15 -
— 5 = 5 (мм рт. ст.).

Рис. 11.19. Обмен жидкости между кровью и интерстицием через стенку капилляра. Стрелками указаны направление движения жидкости и изменения движущей силы:

 

ФД — фильтрационное давление; РД — реабсорб-
ционное давление

Количество фильтрата (20 л/сут) не­сколько превышает количество реабсор­бируемой жидкости (около 18 л/сут), од­нако эта часть воды (2 л) из тканей уда­ляется через лимфатическую систему. Между объемом жидкости, фильтрую­щейся в артериальном конце капилляра, и объемом жидкости, реабсорбируемой в венозном конце и удаляемой лимфати­ческими сосудами, в норме существует динамическое равновесие. В случае на­копления воды в интерстиции возникает отек тканей. В транспорте воды и частиц из капилляра в интерстиций участвуют диффузия и пиноцитоз.

11.11. Движение крови по венам