Основные законы гемодинамики

Движение крови по сосудам определяется разницей давлений по ходу сосудистого русла (каскадным уровнем снижения давления).

Для оценки артериального давления используются следующие показатели:

Пик кривой давления, регистрируемый во время систолы – систолическое артериальное давление (САД);

Минимальное значение давления в диастоле – диастолическое артериальное давление (ДАД);

Пульсовое давление ПД=САД-ДАД.

Среднее артериальное давление (Среднее АД) – это результирующая (равнодействующая) всех переменных значений давления в течение сердечного цикла. Это та постоянная величина давления, при которой в отсутствии пульсовых колебаний наблюдался бы такой же гемодинамический эффект.

Для точного вычисления Ср.АД необходимо вычислить площадь под кривой изменения давления и разделить её на длину этой кривой. Для приближённого вычисления Ср.АД используют следующие формулы:

Для аорты Среднее АД = ДАД + 1/2ПД

Для периферических артерий Среднее АД = ДАД + 1/3ПД (формула Сеченова).

 

Рис. 22. Кривая изменения давления в аорте.

 

Один из основных законов гидродинамики (и, соответственно, гемодинамики):

Количество жидкости Q, протекающее через любую трубку, прямо пропорционально разности давлений вначале (P1) и в конце (P2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости: Q = (P1-P2)/R.

Т.к. давление в месте впадения полых вен в сердце близко к нулю Q = P/R, где Q – количество крови, изгнанное сердцем за 1 минуту; P – среднее давление в аорте; R – величина сосудистого сопротивления.

Сопротивление трубки определяется по формуле Пуазейля: R = 8lη/πr⁴, где l – длина трубки, η – вязкость жидкости, r – радиус.

Но геометрия сосудов изменяется вследствие сокращения сосудистых мышц. Вязкость крови также может уменьшаться с уменьшением диаметра сосуда < 1 мм. Форменные элементы располагаются в центре потока, а плазма в пристеночном слое (вязкость плазмы меньше вязкости крови).

При последовательном соединении трубок разного диаметра общее сопротивление вычисляется по формуле R=R1+R2+…+Rn; при параллельном соединении трубок R=1/(1/R1+1/R2+…+1/Rn).

Наибольшей величиной сопротивления по уравнению Пуазейля должен обладать капилляр, диаметр которого 5-7 мкм. Однако, огромное количество капилляров включено в сосудистую сеть параллельно, и их суммарное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол. В артериолах (ø 15-70 мкм) возникает основное сопротивление току крови. Изменение сопротивления артериол меняет уровень давления крови в артериях. В случае уменьшения сопротивления отток крови из артерий увеличивается, а давление в них уменьшается; наоборот, увеличение сопротивления артериол приводит к уменьшению оттока крови из артерий и повышению в них давления. Изменение просвета артериол – один из главных регуляторов общего артериального давления – «краны сердечно-сосудистой системы» (И.М.Сеченов). Другая важная роль артериол – перераспределение кровотока, регуляция местного кровотока через тот или иной орган: в работающем органе тонус артериол уменьшен, обеспечивая повышенный приток крови, а в неработающих органах тонус артериол повышен.

О сопротивлении в различных сосудах можно судить по разности давлений в начале и конце сосуда. Прямые измерения показывают, что давление на протяжении крупных и средних артерий падает на 10 %, а в артериолах и капиллярах на 85 %. Т.е. 10 % энергии, затрачиваемой желудочками сердца на изгнание крови, расходуется на продвижение её в крупных и средних артериях, а 85 % - на продвижение в артериях и капиллярах.

 

Рис. 23. Изменения давления в различных частях сосудистой системы. 1 – в аорте; 2 – в крупных артериях; 3 – в мелких артериях; 4 – в артериолах; 5 – в капиллярах; 6 – в венулах; 7 – в венах; 8 – в полой вене.	Рис. 24. Средняя линейная скорость тока крови в разных частях сосудистой системы.

 

Линейная скорость кровотока – это отношение объёмной скорости кровотока к площади поперечного сечения сосуда (параллельных сосудов): V = Q / πr².

Объём крови, протекающей за 1 минуту через аорту, равняется объёму, протекающему через полые вены; объём, протекающий через лёгочную артерию, равняется объёму, протекающему через лёгочные вены.

При постоянном объёме крови, протекающем через любое общее сечение сосудистой системы, линейная скорость кровотока не может быть постоянной. Она зависит от ширины данного отдела сосудистого русла. Чем больше общая площадь сечения, тем меньше линейная скорость кровотока. Аорта – самый крупный сосуд – самое узкое место кровеносной системы. При разветвлении артерий происходит увеличение суммарного сосудистого русла. Сумма просветов всех капилляров в 500-600 раз больше просвета аорты, соответственно кровь в капиллярах движется в 500-600 раз медленнее, чем в аорте. В венах линейная скорость снова возрастает – при слиянии вен происходит сужение суммарного просвета. В полых венах линейная скорость достигает половины скорости в аорте.

Т.к. кровь выбрасывается из сердца порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер; V и Q максимальны в период систолы и уменьшаются в диастолу.

Ток жидкости может быть ламинарным и турбулентным. При возрастании линейной скорости до некоторой величины в струе образуются завихрения, сопровождающиеся шумом – течение из ламинарного (скользящих слоёв) превращается в турбулентное. Эта величина определяется числом Рейнольдса: Re = VDρ/η, где V – линейная скорость, D – диаметр сосуда, ρ – плотность, η – вязкость. В местах разветвления сосудов завихрения образуются легче, поэтому вероятность сосудистых поражений (атеросклероза) в этих участках выше.