Прибор из двух сосудов
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник
Заболевания сосудов ежегодно уносят миллионы жизней. По данным ВОЗ
[1]
, в мире на их долю приходится более 30% смертей. По этой причине понятно, что своевременное выявление сердечно-сосудистых заболеваний — прямой путь к долголетию, сохранению здоровья и жизни.
В этой статье мы расскажем об обследовании сосудов: в каких случаях оно необходимо, к каким врачам следует обращаться, какие методы диагностики наиболее достоверны на сегодняшний день.
В каких случаях стоит пройти обследование сосудов
Чтобы понять, когда необходимо обследовать кровеносные сосуды, нужно иметь общее представление о сосудистых болезнях и их проявлениях. От локализации патологического процесса и симптомов зависит, к какому врачу обратиться для диагностики.
Кровеносные сосуды — это своеобразные транспортные магистрали нашего тела. Артерии доставляют к органам и тканям питательные вещества и кислород, вены выводят углекислый газ и продукты метаболизма. Кровеносная система человека образует два круга кровообращения — большой и малый. По большому кругу кровь разносится от сердца по всему организму и возвращается обратно. Малый круг обеспечивает газообмен в легких.
Сосуды различны по диаметру просвета. Самая крупная артерия называется аортой. Она несет от левого желудочка сердца насыщенную кислородом и питательными веществами кровь. Крупные артерии разветвляются на артериолы, а те, в свою очередь, — на капилляры. Именно эти тончайшие сосуды, пронизывающие все тело, доставляют к тканям полезные вещества и забирают продукты обмена. Из капилляров бедная кислородом и насыщенная углекислым газом кровь поступает в венулы, а оттуда — в вены. Все они впадают в верхнюю и нижнюю полые вены. Первая доставляет к сердцу кровь от головы, шеи, рук, грудной полости, вторая — от брюшной полости, таза и ног.
По строению сосуд представляет собой мышечную трубку, выстланную изнутри эндотелием, а снаружи — защитной соединительнотканной оболочкой. Артерии гораздо эластичнее, чем вены, и имеют более толстую стенку.
В основе наиболее грозных сосудистых патологий лежит атеросклеротический процесс. Однако врачи в своей практике чаще имеют дело с его последствиями. Атеросклероз приводит к нарушению кровоснабжения (ишемии) органа, питаемого пораженными сосудами. В зависимости от преимущественной локализации процесса это может быть:
- ишемическая болезнь сердца и ее формы (стенокардия, инфаркт миокарда);
- нарушение кровоснабжения головного мозга, которое бывает острым (инсульт) или хроническим;
- атеросклеротическое поражение сосудов нижних конечностей, приводящее к тромбозу артерий и гангрене.
Кроме того, мишенями атеросклероза нередко становятся почечные артерии, сосуды брюшной полости.
Помимо атеросклероза и его проявлений, в перечень сосудистых патологий входят:
- гипертоническая болезнь;
- заболевания вен (варикозное расширение вен, флебиты, тромбофлебиты);
- аневризмы.
Поражение сосудов может быть также вторичным. В этом случае оно развивается на фоне других заболеваний — таких, как сахарный диабет, некоторые инфекции, аутоиммунные процессы.
Проявления заболеваний сосудов чрезвычайно разнообразны. Они зависят от характера и локализации патологического процесса.
При поражении сосудов головы и шеи пациентов беспокоят головные боли, головокружение, обмороки, шум в ушах, ослабление слуха, ухудшение памяти, нарушения сна. Могут наблюдаться расстройства координации движений, походки и другие неврологические симптомы.
Это важно
Внезапно возникшие головная боль, слабость, головокружение, тошнота — частые признаки инсульта. Если эти симптомы сопровождаются нарушениями речи, потерей чувствительности, асимметричной мимикой (односторонний паралич лица), необходимо незамедлительно вызвать скорую помощь — счет может идти на минуты.
Заболевания коронарных сосудов сопровождаются болями и чувством стеснения в груди, аритмией, одышкой. При стенокардии боль может отдавать в лопатку, шею, руку и т.п. Часто она усиливается при физической и эмоциональной нагрузке. Внезапная жгучая боль, не проходящая после приема лекарственных препаратов, может указывать на инфаркт миокарда.
Симптомы поражения сосудов конечностей — боли в ногах, судороги, периодически возникающая хромота. Часты признаки нарушения трофики тканей: незаживающие язвы, трещины, сухость и шелушение кожи. Возможны бледность или синюшность, либо, напротив, покраснение. Варикозное расширение вен на начальной стадии проявляется тяжестью в ногах и отеками, в дальнейшем приводит к характерным клиническим проявлениям.
Лечением заболеваний сосудов занимаются разные врачи. Выбор нужного профиля определяется локализацией поражения.
Так, для обследования сосудов головного мозга необходимо обратиться к неврологу. Наличие симптомов коронарной недостаточности — повод посетить кардиолога. Ангиолог (ангиохирург) занимается проблемами сосудов вообще, в том числе нижних конечностей. Заболевания вен входят в компетенцию флеболога, однако на практике их диагностику и лечение часто проводит сосудистый хирург.
Вообще же при любых сомнениях в выборе специалиста имеет смысл начать диагностику состояния сосудов с визита к терапевту. Специалист общего профиля назначит необходимые анализы и посоветует, к какому врачу обратиться для дальнейшего обследования.
При выборе клиники для обследования сосудов можно учитывать удобство ее расположения, рекомендации знакомых и отзывы в интернете, доброжелательность персонала и уровень цен. Но главных критериев все же два: это оснащенность медицинского учреждения и квалификация специалистов.
Методы обследования сосудов разнообразны, и для точного определения причины болезни, скорее всего, потребуется не одна диагностическая процедура. Поэтому важно, чтобы в клинике имелись хорошо оборудованные кабинеты для проведения ангиографии, УЗИ, допплерографии, дуплексного сканирования, КТ, МРТ и т.д. То же касается штата медперсонала: чем больше разнопрофильных специалистов работает в клинике, тем шире диагностические возможности учреждения. Это особенно актуально для тех случаев, когда локализация и характер патологического процесса не установлены. Для уточнения диагноза таким пациентам могут потребоваться консультации нескольких специалистов.
Из сказанного можно сделать вывод: комплексное обследование сосудов лучше всего проводить в хорошо оснащенном многопрофильном диагностическом центре.
Основные методы обследования кровеносных сосудов
В современной медицине используется широкий спектр методов диагностики состояния сосудов — как специфических (ангиография, дуплексное сканирование), так и общих (МРТ). Опишем кратко наиболее распространенные типы инструментальных исследований.
Ангиография
Это рентгенография артерий, вен и капилляров с применением контрастного вещества (соединения йода). С ее помощью можно оценить скорость кровотока, обнаружить участки сужения сосудов, тромбы, атеросклеротические бляшки, аномалии развития, аневризмы
[2]
.
Ангиография является довольно травматичным методом исследования и выполняется в условиях стационара под местной анестезией. Перед процедурой пациенту назначают противоаллергические препараты и транквилизаторы.
Контрастное вещество вводится в вену через предварительно установленный катетер. С током крови оно распространяется по сосудам. В это время выполняется серия снимков. По окончании процедуры на место прокола накладывается повязка.
К ангиографии имеется достаточное количество противопоказаний. Это воспалительные заболевания сосудов, тромбофлебит, расстройства функции щитовидной железы, аллергия на йод, нарушения свертываемости крови, почечная, печеночная и сердечная недостаточность, тяжелое общее состояние.
Ультразвуковая допплерография сосудов
Метод ультразвуковой допплерографии позволяет выявить нарушения тока крови, изменения структуры и тонуса стенок вен и артерий. Он применяется для обследования сосудов головы и шеи, нижних и верхних конечностей, позвоночника, сердца, почек и т.д.
В основе метода лежит исследование частоты ультразвуковых волн, которые отражаются от движущихся форменных элементов крови. Изображение, получаемое в процессе проведения УЗДГ, выводится на экран.
Ультразвуковая допплерография сосудов — неинвазивный метод исследования. Процедура, как правило, почти не вызывает у пациента дискомфорта и не требует специальной подготовки. УЗДГ практически не имеет противопоказаний.
Цветное дуплексное сканирование сосудов
Этот метод представляет собой одну из разновидностей допплерографии
[3]
, применяется преимущественно для диагностики состояния сосудов нижних конечностей, головного мозга и шеи.
Цветное дуплексное сканирование позволяет получить информативную картину динамики кровотока и анатомии артерий и вен. С помощью сочетания традиционной ультразвуковой диагностики сосудов с эффектом Допплера можно увидеть стеноз, закупорку (бляшки, тромбы), аномалии развития и другие изменения. Изображение артерий на мониторе имеет красный цвет, вен — синий
[4]
.
Внутрисосудистое ультразвуковое исследование
Метод применяется в кардиологии и кардиохирургии
[5]
. Он позволяет получить более точную, чем при ангиографии, информацию о структурных изменениях коронарных сосудов, и при этом имеет меньше противопоказаний
[6]
.
В процессе проведения диагностической процедуры в просвет артерии вводится катетер, на конце которого закреплен УЗ-датчик. По мере его продвижения по сосуду на экране появляется изображение.
Основная цель инвазивного ультразвукового обследования сосудов — оценка эффективности лечения (в том числе хирургического) больных с ИБС и атеросклерозом коронарных артерий
[7]
.
Спиральная компьютерная томография
По сравнению с обычной компьютерной томографией этот метод отличается большей информативностью. Его применение сделало доступными для сканирования участки тела, которые невозможно увидеть при традиционной КТ
[8]
, в частности, коронарные сосуды.
Специфика метода заключается в постоянном вращении рентгеновской трубки и стола, на котором располагается пациент. Благодаря этому увеличивается зона сканирования и сокращается время исследования.
Для получения максимально точного трехмерного изображения в просвет сосуда вводится контрастное вещество. В отличие от обычной ангиографии, эта процедура проходит просто и быстро (без применения катетера). При этом по точности спиральная КТ превосходит традиционные методы
[9]
.
Магнитно-резонансная томография
МРТ — современный высокоинформативный метод обследования сосудов головного мозга и шеи, реже артерий и вен другой локализации (коронарных, позвоночных и др.). С его помощью можно увидеть сужения просвета, тромбы, бляшки, аневризмы, сращения, опухоли и т.д., оценить строение сосудистой стенки, определить особенности кровотока.
МРТ сосудов назначается при головных болях неизвестного происхождения, инсультах и микроинсультах, атеросклерозе, расслоении аорты и т.д. Исследование не требует от пациента специальной подготовки и, в отличие от КТ, не оказывает лучевой нагрузки на организм.
Реография
Метод оценки артериального и венозного кровотока в различных органах. В его основе лежит изменение электрического сопротивления исследуемых структур в моменты систолы и диастолы.
В процессе обследования специальный прибор — реограф — пропускает через тело пациента слабые электрические импульсы. Результаты отображаются на экране в виде графика, который затем расшифровывается.
С помощью реографии можно оценить характер движения крови в аорте, легочной артерии, сосудах верхних и нижних конечностей.
Термография
Способ диагностики состояния органов и тканей путем оценки вырабатываемого ими инфракрасного излучения. Отклонение температурных показателей от нормы позволяет сделать вывод о наличии патологических изменений.
Это важно
Термография имеет особое значение при обследовании сосудов нижних конечностей. С ее помощью можно обнаружить варикозное расширение вен на ранней стадии, когда еще отсутствуют видимые изменения и назначение травматичного метода флебографии не всегда оправдано.
Термография не относится к точным методам диагностики сосудов и носит вспомогательный характер. Ее главные преимущества — отсутствие инвазивного вмешательства и абсолютная безопасность.
Флебография
Так называется рентгенографическое исследование вен с применением контрастного вещества. По сути, данный метод представляет собой частный случай ангиографии.
Флебография широко применяется в диагностике варикозного расширения и тромбоза глубоких вен, тромбофлебита, а также при оценке эффективности склеротерапии.
Обследование сосудов головы и шеи
При обследовании сосудов головы и шеи наиболее часто применяются:
- ультразвуковая допплерография, в том числе дуплексное сканирование;
- МРТ;
- спиральная компьютерная томография (СКТ);
- реоэнцефалография (реография сосудов головного мозга).
Чаще всего диагностика сосудов головы и шеи проводится одновременно, поскольку эти области взаимосвязаны.
Методы МРТ и СКТ являются наиболее информативными, но в то же время самыми дорогостоящими.
Методы диагностики сосудов сердца
Для диагностики заболеваний сосудов сердца используются:
- коронарография (ангиография венечных артерий и вен) — информативная, но травматичная диагностическая процедура, имеющая множество противопоказаний;
- ультразвуковая допплерография — наиболее часто применяемый метод диагностики, позволяющий с высокой точностью определить состояние стенок и кровоток в крупных сосудах (аорте, легочной артерии, верхней и нижней полых венах);
- внутрисосудистое УЗ-исследование;
- спиральная компьютерная томография.
Диагностика сосудов нижних конечностей
К наиболее предпочтительным методам обследования сосудов ног относятся ультразвуковая допплерография и дуплексное сканирование. Они не только дают полную анатомическую картину, но и позволяют визуализировать динамику кровотока в периферических венах и артериях. Допплеровское обследование сосудов нижних конечностей — эффективный способ диагностики атеросклеротического поражения, тромбоза, недостаточности венозных клапанов, варикозного расширения вен. Для диагностики заболеваний вен нижних конечностей часто применяется флебография и термография.
Медицина предоставляет широкие возможности для обследования сосудов. Ранняя диагностика позволяет выявлять опасные заболевания на ранних стадиях и тем самым сохранять пациентам жизнь. Применяемые методы различны по информативности, особенностям проведения, степени безопасности, противопоказаниям. Поэтому обследование должно назначаться врачом соответствующего профиля с учетом характера жалоб и сопутствующих заболеваний.
Источник