Характер течения крови в сосудах

Оглавление темы “Функции систем кровообращения и лимфообращения. Система кровообращения. Системная гемодинамика. Сердечный выброс.”:

1. Функции систем кровообращения и лимфообращения. Система кровообращения. Центральное венозное давление.

2. Классификация системы кровообращения. Функциональные классификации системы кровообращения ( Фолкова, Ткаченко).

3. Характеристика движения крови по сосудам. Гидродинамические характеристики сосудистого русла. Линейная скорость кровотока. Что такое сердечный выброс?

4. Давление кровотока. Скорость кровотока. Схема сердечно-сосудистой системы ( ССС ).

5. Системная гемодинамика. Параметры гемодинамики. Системное артериальное давление. Систолическое, диастолическое давление. Среднее давление. Пульсовое давление.

6. Общее периферическое сопротивление сосудов ( ОПСС ). Уравнение Франка.

7. Сердечный выброс. Минутный объем кровообращения. Сердечный индекс. Систолический объем крови. Резервный объем крови.

8. Частота сердечных сокращений ( пульс ). Работа сердца.

9. Сократимость. Сократимость сердца. Сократимость миокарда. Автоматизм миокарда. Проводимость миокарда.

10. Мембранная природа автоматии сердца. Водитель ритма. Пейсмекер. Проводимость миокарда. Истинный водитель ритма. Латентный водитель ритма.

Характеристика движения крови по сосудам. Гидродинамические характеристики сосудистого русла. Линейная скорость кровотока. Что такое сердечный выброс?

Отличительной особенностью характеристики сердечно-сосудистой системы на современном этапе является требование выражать все составляющие ее параметры количественно. Геометрические (табл. 9.1) и гидродинамические (табл. 9.2) характеристики системы кровообращения свидетельствуют о том, что аорта представляет собой трубку диаметром 1,6—3,2 см с площадью поперечного сечения 2,0—3,5 см2, постепенно разветвляющуюся на 109 капилляров, площадь поперечного сечения каждого из которых равна 5 • 10~7 см2.

Радиус усредненного капилляра может составлять 3 мкм, длина — около 750 мкм (хотя диапазон реальных значений довольно велик). Площадь поверхности стенки каждого усредненного капилляра равна 15 000 мкм2, а площадь поперечного сечения — 30 мкм2. Поскольку доказано, что обмен происходит и в посткапиллярных венулах, можно допускать, что общая обменная поверхность мельчайшего сосуда большого круга составляет 25 000 мкм2. Общее число функционирующих капилляров у человека массой 70 кг должно быть порядка 40 000 млн., тогда общая обменная площадь поверхности капилляров должна составлять около 1000 м2.

Таблица 9.1. Геометрические характеристики сосудистого русла большого круга крово обращения

В сосудах различают скорость кровотока объемную и линейную.

Объемная скорость кровотока — количество крови, протекающее через поперечное сечение сосуда в единицу времени. Объемная скорость кровотока через сосуд прямо пропорциональна давлению крови в нем и обратно пропорциональна сопротивлению току крови в этом сосуде.

Линейная скорость кровотока отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной скорости, деленной на площадь сечения кровеносного сосуда. Линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, а около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.

Таблица 9.2. Гидродинамические характеристики сосудистого русла большого круга кровообращения

Под сердечным выбросом понимают количество крови, выбрасываемой сердцем в сосуды в единицу времени.

Исходя из величины сердечного выброса в покое и средней скорости кровотока в капилляре (см. табл. 9.2) подсчитано, что площадь поперечного сечения капиллярного ложа должна в 700 раз превышать площадь поперечного сечения аорты. В покое функционирует только 25—35 % капилляров и общая площадь их обменной поверхности составляет 250—350 м2.

– Также рекомендуем “Давление кровотока. Скорость кровотока. Схема сердечно-сосудистой системы ( ССС ).”

Движение крови в организме в основном ламинарное. Однако при определенных условиях кровоток может приобретать и турбулентный характер. Анализ формулы (9.22) позволяет предсказать эти условия. Действительно, турбулентности могут проявляться в полостях сердца (велико значение d). По- видимому, их наличие здесь физиологически целесообразно, поскольку возникающие завихрения приводят к перемешиванию порций крови, поступавших из малого круга кровообращения в левый желудочек сердца, и, следовательно, способствуют более равномерному обогащению кислородом крови, выталкиваемой затем в большой круг кровообращения. Сравнительно небольшие завихрения могут возникать в аорте и вблизи клапанов сердца (здесь велико и значение скорости движения крови).

При интенсивной физической нагрузке скорость движения крови увеличивается и это может вызвать турбулентности в кровотоке.

Из формулы (9.22) следует также, что с уменьшением вязкости турбулентный характер течения жидкости может проявляться и при меньших скоростях ее движения. Поэтому при некоторых патологических процессах, приводящих к аномальному снижению вязкости крови, кровоток в крупных кровеносных сосудах может стать турбулентным.

Следует иметь в виду, что значение критического числа Рейнольдса 2300 получено для гладких труб и ньютоновской жидкости. Для крови ReKp имеет меньшее значение и по различным литературным данным составляет около 900-1600.

Кроме того, кровеносный сосуд в ряде случаев нельзя моделировать гладкой трубой. Например, при наличии атеросклеротических бляшек в просвете сосудов имеются локальные сужения, приводящие к возникновению турбулентности в течении крови. Наличие турбулентности в кровотоке может быть обнаружено по шумам, прослушиваемым с помощью фонендоскопа.

Турбулентное течение крови по сосудам создает повышенную нагрузку на сердце, что способствует развитию патологических процессов в сердечно-сосудистой системе.

Средняя вязкость крови, измеренная капиллярным вискозиметром, в норме составляет 4-5 мПа-с. При различных патологиях значения вязкости крови могут изменяться от 1,7 до 22,9 мПа-с. Отношение вязкости крови к вязкости воды называют относительной вязкостью крови.

Следует подчеркнуть, что приведенные численные значения характеризуют среднюю вязкость крови в крупных кровеносных сосудах, точнее, вязкость проб крови вне организма, измеренную капиллярными методами (см. 9.4.2). Неоднородность состава крови, специфика строения и разветвления кровеносных сосудов приводят к довольно сложным изменениям вязкости крови, движущейся по сосудистой системе. Проанализируем основные факторы, влияющие на вязкость крови в живом организме.

Температура. В нормальных условиях температура тела поддерживается постоянной благодаря системе терморегуляции организма, в которой кровь сама играет роль теплоносителя. При повышении температуры должна уменьшаться и вязкость крови. По-видимому, это могло бы несколько уменьшить нагрузку на сердце при развитии в организме патологических процессов, сопровождающихся повышением температуры тела как защитной реакции организма. В переохлажденных участках организма вязкость крови повышается, кровоток затрудняется, ухудшается питание тканей, что ведет к развитию в них патологических процессов. Следует учесть, что изменение температуры может приводить к изменению степени агрегации эритроцитов и вызывать другие изменения в структуре крови. Поэтому температурные изменения вязкости при патологических процессах достаточно сложны. Температурный фактор необходимо учитывать и при лечебных воздействиях, в частности при использовании гипертермии для лечения ряда заболеваний, т.е. повышения температуры всего тела или отдельных его частей за счет нагревания различными методами.

Гематокрит. Этот показатель представляет собой отношение объема эритроцитов (Иэр) к объему крови (FKp), в котором они содержатся. В норме Уэр/Укр «0,4. Оказалось, что с повышением гематокрита вязкость крови возрастает. Увеличение гематокрита может происходить как из-за увеличения концентрации эритроцитов, их агрегации, так и за счет увеличения их размеров.

Известно, что вязкость венозной крови выше, чем артериальной. Это обусловлено тем, что эритроциты венозной крови содержат углекислый газ и имеют форму, близкую к сферической, тогда как в артериальной крови эритроциты имеют форму тора и соответственно меньший объем. Благодаря этому гематокрит и соответственно вязкость венозной крови выше, чем артериальной.

Скорость сдвига (градиент скорости). Линейная скорость крови и диаметры кровеносных сосудов в различных участках сосудистой системы изменяются очень сильно. Следовательно, существенно отличаются и скорости сдвига в

Рис. 9.15. Зависимость вязкости крови от скорости сдвига

потоке движущейся крови. Поскольку кровь является неньютоновской жидкостью, то и ее вязкость, зависящая от скорости сдвига, будет различной в разных отделах системы кровообращения.

Из графика зависимости вязкости крови от скорости сдвига (рис. 9.15) [19], видно, что при скоростях сдвига выше 100 с’ проявление неньютоновского характера движения крови незначительно и ее вязкость соответствует приведенным выше значениям 4-5 мПас. Однако при малых скоростях сдвига, меньших 1 с-1, эффективная вязкость весьма резко возрастает.

Рис. 9.16. Реальный профиль скорости неньютоновской жидкости [12]

Организация эритроцитов в потоке крови. Существуют довольно сложные и не до конца выясненные механизмы, приводящие к снижению вязкости движущейся крови. Они связаны с перераспределением концентрации эритроцитов в потоке движущейся крови. Если бы по сосуду двигалась однородная ньютоновская жидкость, то скорость ее частиц по оси сосуда была бы максимальной, а у стенок — минимальной. Соединяя концы векторов скорости различных частиц жидкости, получим линию — профиль скорости. Для ньютоновской жидкости он имеет вид параболы, а для крови, движущейся по сосудам, профиль скоростей существенно «уплощается» (рис. 9.16). Это происходит по нескольким причинам. У стенки сосуда возникают большие градиенты скорости и, следовательно, большие деформации сдвига, которые «выталкивают» эритроциты в область меньших сдвиговых деформаций, т.е. к центру сосуда, где градиент скорости значительно меньше. Концентрация эритроцитов и соответственно вязкость крови возрастают к центру сосуда, что и приводит к «уплощению» профиля скоростей. Одновременно у стенок сосуда образуется тонкий пристеночный слой плазмы крови, не содержащий эритроцитов и поэтому обладающий низкой вязкостью. В итоге эритроциты продвигаются по сосуду как бы в оболочке из плазмы, что уменьшает трение крови о стенки и облегчает движение крови по сосудам.

В статье будет рассказано о том, что заставляет кровь двигаться по сосудам и не тормозить, какие бывают типы тока крови, чем они отличаются и когда и где возникают. Благодаря огромному количеству исследований, проводимых в кардиоваскулярной отрасли, в данную статью включены пояснения не только о физических факторах течения крови, но и биологических.

Движение крови по сосудам в организме – это целый комплекс биофизических основ давления, потока и сопротивления, оказываемого сосудистыми стенками. С его помощью выполняется самая главная функция кровеносной системы – доставка питательных веществ, кислорода к тканям организма, и, наоборот, транспорт продуктов распада из них, а также поддержание кислотно-основного и водно-электролитных равновесий в организме в целом.

Внимание! Все это позволяет полноценно функционировать как отдельным клеткам и тканям, так и целостному организму.

Общие сведения

Работа каждого органа и системы в целом определяет степень его кровоснабжения, а значит и транспортировки к ним кислорода и нутриентов. Таким образом, сами же ткани определяют, что им необходимо, и в каком количестве.

Поставляемые тканям питательные вещества определяются их потребностью в них, а также их функциональным спектром, что занимает особенно важное место в работе определенных органов и систем. Так, функция почечного аппарата требует высокой степени его кровоснабжения, но не только для покрытия потребностей ткани органа, но и для поддержания его основных функций – фильтрации, реабсорбции, экскреции, что в свою очередь влияет на работу других систем органов.

Важно! Выделяют системную циркуляцию крови и легочную, в связи, с чем существуют два круга кровообращения – большой и малый, соответственно.

Физические особенности кровотока

Прежде, чем разобрать, чем обеспечивается движение крови по сосудам, стоит рассмотреть анатомические единицы сосудистой системы.

Артериальное русло

Известно всем, что по артериям кровь течет к тканям, принося им множество питательных веществ. Ввиду высокого давления и большой скорости крови в них, требуется повышенная сопротивляемость их стенок. Поэтому при гистологическом исследовании сосудистую стенку артерии легко отличить от вены ее округлым сечением, в толще которого расположено больше количество гладкомышечных элементов.

Артериолы – также представители данного сосудистого русла, однако отличаются от артерий своим калибром. Давление крови по артериолам значительно ниже. Они играют роль «переходников», по которым кровь перетекает в капилляры.

За счет развитой мышечной оболочки в артериолах, последние могут контролировать кровоток в определенных тканях – спазмируясь, при необходимости уменьшить кровоснабжение определенной области, и, наоборот, расширяясь, если нужно усилить кровоток в тканях.

Сеть капилляров

Данные анатомические структуры сосудистого русла имеют полупроницаемую стенку с капиллярными порами, расположенными между клетками эндотелия, которые позволяют осуществлять двусторонний обмен электролитами, газами, питательными веществами, гормонамишт и продуктами распада.

Венозная система

Венулы, имея малый калибр, собирают кровь из капиллярного русла, и уносят ее из тканей. С удалением от органа их калибр растет, прогрессивно увеличиваясь до вен. Вены – коллекторы крови в кардиоваскулярной системе. По ним собранная со всех систем органов кровь оттекает в сердце.

Кроме транспортной функции они играют еще одну важную роль, являясь большим резервуаром крови в организме человека. За счет низкого давления в их системе, венозная стенка тонкая, преимущественно состоит из эластических соединительнотканных волокон. Однако, даже небольшое число гладкомышечных элементов в их стенках позволяет им расширяться, накапливая больше крови в своей системе.

Важно! Внутренняя оболочка венозной стенки имеет клапаны, число которых прогрессивно уменьшается от нижних конечностей и до впадения вен в нижнюю полую вену. Они играют важную роль в регулировании односторонности кровотока.

Принципы системы циркуляции крови

Как уже отмечено было выше, объем поступающей к ткани крови прямо пропорционален ее потребностям. Когда выполняется любого рода физическая (и не только), активность – кровоснабжения всех органов усиливается за счет повышения их потребностей в нутриентах. Изменения могут различаться в 20-30 раз в отличие от состояния покоя.

Сердце самостоятельно не может увеличить сердечный выброс более чем в 4-7 раз (способности миокарда зависят от его натренированности, потому высока цена регулярной физической активности). Поэтому когда невозможно изолированно повысить скорость движения крови по сосудам, срабатывает ее контроль посредством исключительно сосудистой системы.

Потребность в кислороде, или, наоборот, степень накопленного углекислого газа и других метаболитов передает сигнал на локальные кровеносные сосуды, что в свою очередь спазмирует их, или, наоборот, расширяет в зависимости от потребности определенной ткани и уровня активности перетекающих в ней процессов. Центральная нервная система и гуморальная, которые дополнительно осуществляют контроль за сосудистой стенкой, также помогают контролировать кровоток в различных тканях организма.

Когда произошел контроль на уровне локальных сосудов, происходит и «подгон» сердечного выброса под сформировавшуюся сумму кровотоков в тканях. Сердце автоматически отвечает на усиленное кровоснабжение путем увеличения своей сократительной способности.

Большое влияние на контроль над уровнем артериального давления оказывает нервная система, а именно рефлексы. Так, при снижении систолического давлении ниже цифры в 100 мм.рт.ст. срабатывает комплекс рефлексов, направленных на его поднятие за короткий промежуток времени.

Пути его повышения следующие:

• повышение силы сокращений сердца;
• сужение просвета больших венозных стволов с целью направления большего объема крови к сердцу;
• повсеместное сужение артериол, что приводит к перераспределению крови в большие по калибру артерии, что в свою очередь результирует повышением систолического давления.

Физические данные тока крови

Рассмотрим далее физические факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам:

1. Давление и градиент давления. Данный показатель является одним из самых важных, который определяет односторонний поток крови, ее устремление от сердца к тканям, и от органов к сердцу. Градиент давления подразумевает разницу давлений на протяжении сосуда, то есть на двух противоположных его концах.
   При одинаковых величинах давления (даже очень высоких) на разных концах одного сосуда не возникает тока крови, так как для него необходим именно градиент давления.
2. Сосудистое сопротивление. Сопротивление, которое оказывает сосудистая стенка – второй фактор, оказывающий влияние на поток крови по кардиоваскулярной системе. На данный показатель влияют гистологические особенности (процентное соотношение гладкомышечных волокон и соединительнотканных эластических волокон), калибр сосуда.
3. Ток крови. Под данным термином понимается то количество крови, которое перетекает за определенный отрезок времени в конкретной точке сосудистого русла. Ток прямо пропорционален описанному выше градиенту давления в сосудах, и обратно пропорционален сосудистому сопротивлению.

Важно! Вышеописанные факторы вместе поставляют комплекс, что обеспечивает непрерывность движения крови по сосудам.

Немаловажную роль в особенностях движения крови играет ее вязкость, то есть отношение ее форменных элементов к жидкостной структуре (плазме). Изменения нормальных величин имеет последствия.

Варианты тока крови по сосуду

Существует несколько вариантов течения крови по сосудам. Характеристика каждого из них приведена ниже.

Ламинарный ток

При данной модели потока крови по сосудистому руслу ток крови представлен слоями, каждый из которых расположен на одинаково удаленном расстоянии от стенки сосуда, и характеризуется определенной скоростью потока. Эти скорость и темп постоянны.

При этом, чем ближе кровь находится к центральной части сосуда (по отношению к его поперечному сечению) – тем выше ее скорость, и тем больше в ней находится форменных элементов. Таким образом, ток крови вблизи эндотелия замедлен и состоит в большей части из жидкостной основы крови – плазмы.

Ламинарный ток наблюдается в большей части кровеносной системы человека при состоянии физиологического покоя.

Турбулентный ток

Является полной противоположностью ламинарному току крови. При данной модели кровь не имеет однонаправленности в движении и упорядоченности по слоям, а движется в разных направлениях в просвете одного сосуда. Кровь настолько смешивается в одном сосуде, что даже формирует завитки наподобие волн.

Нормальная физиология предусматривает наличие турбулентного тока крови в областях, где расположены клапаны, в магистральных сосудах, особенно в проксимальном отделе аорты и легочной артерии (там, где они выходят из левого и правого желудочка соответственно), в местах анатомических бифуркаций и сужений, а также при состоянии физической активности (см. также Клапаны сердечно-сосудистой системы – анатомия ворот для крови.)

Остальные ситуации, когда встречается турбулентное течение крови, относятся к патологическим состояниям – неровность эндотелия за счет наличия его повреждения или атеросклеротической бляшки, обструкции сосуда, или его сужения извне.

Турбулентный ток приводит к повышенному сопротивлению сосудистой стенки, что результирует в усилении сердечных сокращений. Таким образом, такая модель тока крови оказывает большую нагрузку на сердце, и на сам сосуд, который поддается воздействию на него турбулентного потока.

Как оценить параметры кровотока

На сегодняшний день существует множество методик, позволяющих как инвазивно, так и вовсе без вмешательств оценить все факторы, которые оказывают влияние на адекватность кровотока, что в свою очередь напрямую влияет на кровоснабжение органов и тканей.

Оценка тока крови в сосудах

Наиболее используемым методом диагностики кровотока в различных отделах сердечно-сосудистой системы на сегодняшний день является ультразвуковое исследование с использованием Допплеровского метода. Его широкое распространение в медицине обусловлено точностью предоставляемых данных, транспортабельностью, низкой затратностью самой процедуры и универсальностью.

Принцип его работы заключается в эффекте Допплера. Трансдьюсер аппарата посылает множество ультразвуковых волн высокой частоты, которые проходят через ткани и сосудистые стенки, отражаются от поверхности эритроцитов, безостановочно двигающихся в просвете сосудов. (см. также Ультразвуковая допплерография сосудов шеи и головы.)

Отраженные волны имеют более низкую частоту за счет постоянного отдаления красных кровяных телец от датчика. Обработка получаемых сигналов позволяет показать ток крови в просвете сосуда (красным цветом картируется ток крови к трансдьюсеру, и от него, соответственно, синим цветом). Более подробно об это рассказано в видео в этой статье.

В комплексе с B-режимом ультразвуковой диагностики Допплеровский метод позволяет оценить не только адекватность тока крови в просвете сосудов, но и в полостях сердца. На основании результата данного обследования врач может сделать вывод о кровотоке в камерах сердца, по магистральным или периферическим сосудам.

Измерение давления

Давление крови определяется как такая сила, сформированная потоком крови, которая воздействует на любую единицу поверхности сосудистой стенки. Наиболее точным методом, позволяющим оценить кровяное давление, является ртутный манометр, потому что он не реагирует на изменение уровня давления, которое происходит быстрее, чем за 2-3 сек.

Водный манометр менее точный в своих показаниях, однако, и он применяется при измерении давления.

В медицинской практике используется как неинвазивная методика определения кровяного давления, например, при помощи известного каждому сфигмоманометр