Раскройте содержание основного уравнения гемодинамики

Физика.

1. Основные принципы гемодинамики и условия течения крови.

2. Скорость течения крови. Понятие о кровенаполнении и кровоснабжении органов.

3. Функциональные группы сосудов.

4. Регуляция кровяного давления и скорости движения крови. Сосудодвигательный центр.

5. Пульс, его механизм и методы регистрации пульсовой волны. Венный пульс.

6. Кровяное давление и методы его определения.

1. Основные принципы гемодинамики и условия течения крови.

Движение крови по кровеносной системе подчиняется физическим законам гидродинамики.

Гемодинамика— это учение о причинах, условиях и механизме движения крови в сосудистой системе.

Согласно законам гемодинамики объем и скорость кровотока определяются двумя силами:

1) разность давления в начале и конце системы сосудов;

2) гидродинамическое сопротивление (возникает вследствие трения крови о стенки сосудов и вихревых движений), величина которого зависит от размера сосудов, вязкости крови и характера ее течения.

Разность давления (градиент давления, или, градиент энергии крови) является движущей силой кровотока, гидродинамическое сопротивление препятствует ему.

Все факторы, влияющие на кровоток, приближенно можно свести к одному уравнению:

Количество крови, проходящее через кровяное русло в единицу времени (Q), тем больше, чем больше разность давления в артериальном и венозном концах русла (P1–P2) и чем меньше сопротивление току крови (R).

Это основное уравнение гемодинамики определяет величину общего кровотока в организме и величину кровоснабжения отдельных органов.

Количество крови, протекающее через определенный участок кровеносных сосудов в единицу времени (Q) – объемная скорость кровотока(мл/с).

Гидродинамическое сопротивление (R) тем выше, чем больше длина сосудов и вязкость жидкости и чем меньше радиус сосудов. Описывается уравнением Пуазейля:

R = P1 – P2 = 8 ή х __l__ ,

где ή (этта) – вязкость крови (в пуазах); 8 — коэффициент пропорциональности;

l – длина сосуда; π r^4 – радиус сосуда.

Линейная скорость – движение частиц крови вдоль сосуда в единицу времени (см/с).

V = Q / S = Q / π r^2 ;

где Q – объемная скорость кровотока; S – площадь поперечного сечения сосуда.

Ламинарное – послойное движение жидкости, в середине сосуда скорость движения крови больше, чем у слоев, соприкасающихся со стенками.

Турбулентное– хоатичное движение с завихрениями, сопровождающееся шумом. Отмечается в начале аорты, при разветвлении крупных сосудов и при повреждении сосуда.

Изменение линейной скорости кровотока в разных отделах сосудистой системы

Течение жидкости в сосуде: А – ламинарный поток с разной скоростью в различных слоях; Б – турбулентный поток с завихрением

2. Скорость течения крови.

Понятие о кровенаполнении и кровоснабжении органов.

Кровь течет в кровеносных сосудах по замкнутой системе в одном направлении.

В разных кровеносных сосудах скорость движения крови неодинакова и зависит от разности давления и их сечения.

В аорте – 300-400, в венах – 200, в капиллярах – 5 мм/с.

Общее сечение всех капилляров в 2,5 тыс. раз больше, чем сечение крупных кровеносных сосудов.

Условия одностороннего движения крови в кровеносной системе:

1. Работа сердца.

2. Разность давления в различных участках.

3. Сокращение скелетной мускулатуры.

4. Присасывающая способность сердца и легких.

5. Наличие клапанов в венах.

В сердце движение крови происходит прерывисто, поэтому кровоток в артериях носит пульсирующий характер.

Объем крови, протекающей за 1 мин через любую точку сечения кровяного русла в большом и малом кругах, одинаков.

Время полного кругооборота крови – это время, за которое частица крови проходит большой и малый круги кровообращения. Зависит от линейной скорости (чем больше, тем быстрее).

Лошадь – 40, КРС – 8-10, свиньи и овцы – 13 с.

В среднем время полного кругооборота составляет 26-27 циклов работы сердца (при 60-80 сокращениях), т.е. 22-24 с. (1 цикл = 0,80-0,85 с.).

1/5 времени приходится на малый круг кровообращения, остальные 4/5 – на большой.

С циркуляцией крови связывают следующие понятия:

Кровенаполнение — (статическое понятие – не связано с движением крови) – это постоянное количество крови, которое находится в том или ином органе и зависит от емкости сосудистой системы.

В венозной системе 50% всей крови, в сердце — 9%, в сосудах легких – 13%, капиллярах – 5%.

Существуют органы, в которых постоянно находится кровь: селезенка, печень, подкожная клетчатка, легкие – органы кровяного депо.

В них кровь периодически обновляется, а задерживается за счет специальных кровеносных сосудов — в стенках вен есть мышечные сфинктеры, которые сокращаясь, задерживают кровь.

Кровоснабжение – (динамическое понятие) – это поступление крови к органу в единицу времени.

При этом происходит перераспределение крови по кровеносной системе. Причем кровоснабжение одних органов может увеличиваться за счет снижения кровоснабжения других органов.

При кормлении – больше в органах пищеварения, при физической работе – в скелетной мускулатуре, умственной работе – в головном мозге.

Выражается в % от общего объема: 20% — органы пищеварения, 5% — сердце, 10-15% — скелетная мускулатура.

3. Функциональные группы сосудов.

1. Амортизирующие сосуды — это наиболее крупные магистральные артерии, в которых ритмически пульсирующий, изменчивый кровоток превращается в более равномерный и плавный. Стенки этих сосудов содержат мало гладкомышечных элементов и много эластичных волокон. Оказывают наибольшее сопротивление кровотоку.

2. Сосуды сопротивления(резистивные сосуды) делятся на прекапиллярные (мелкие артерии) и посткапиллярные (венулы и мелкие вены). Соотношение между тонусом пре- и посткапиллярных сосудов определяет уровень гидростатического давления в капиллярах, величину фильтрационного давления и интенсивность обмена жидкости. Содержат небольшую часть крови, но на 2/3 создают общее периферическое сопротивление.

3. Сосуды-сфинктеры— это последние отделы прекапиллярных артериол. От их сужения или расширения зависит число функционирующих капилляров, т.е. площадь обменной поверхности.

4. Обменные сосуды (истинные капилляры) — важнейший отдел сердечно-сосудистой системы. Через тонкие стенки капилляров происходит обмен между кровью и тканями, их стенки не содержат гладкомышечных элементов и не способны к сокращению.

5. Емкостные сосуды – составляют венозный отдел сердечно-сосудистой системы. Они вмещают 3/4 всей крови, но создают лишь малую часть общего периферического сопротивления. Некоторые вены обладают особой емкостью как депо крови, что связано с их анатомическим строением (вены печени, чревной области, подсосочковых сплетений кожи).

6. Шунтирующие сосуды — это артериовенозные анастомозы, обеспечивающие прямую связь между мелкими артериями и венами в обход капиллярного ложа. Когда эти сосуды открыты, кровоток через капилляры либо уменьшается, либо прекращается.

Основная роль в выполнении обеих функций: участии каждого типа сосудов в распределении крови и создании общего периферического сопротивления принадлежит емкостным и резективным сосудам.

Соотношение (%) объемов и сопротивлений в разных отделах большого круга кровообращения

4. Регуляция кровяного давления и скорости движения крови. Сосудодвигательный центр.

Осуществляется нейрогуморальным путем.

Главный нервный центр регуляции расположен в продолговатом мозге, состоит из 2-х отделов: прессорный – повышает давление, депрессорный – снижает. Осуществляется через изменение сечения кровеносных сосудов: при сужении – давление повышается, при расширении – снижается.

Передается к кровеносным сосудам по симпатической и парасимпатической нервной системе.

Симпатическая (вазоконстрикторы) – вызывает сужение сосудов, парасимпатическая (вазодилятаторы) – расширение .

Кровеносная система находится в постоянном тонусе под действием симпатической нервной системы.

В регуляции принимают участие кора головного мозга, гипоталамус.

Гуморальная регуляция. Сосудосуживающим эффектом обладают адреналин, вазопрессин, ангиотензин II, окситоцин; сосудорасширяющим — глюкагон, холицистокинин, секретин, брадикинин.

Особая роль в регуляции тонуса сосудов (как и сердечной деятельности) принадлежит баро- и хеморецепторам сосудистой стенки, активность которых зависит от изменения давления и состава крови.

Эти рецепторы образуют так называемые сосудистые рефлексогенные зоны, расположенные:

1) в дуге аорты (депрессорные – расширяющие);

2) в области каротидного синуса (депрессорные);

3) в устье полых вен в правом предсердии (прессорные – суживающие).

Сосудистые рефлексогенные зоны

5. Пульс, его механизм и методы регистрации пульсовой волны.

Пульс— это толчкообразные колебания сосудистых стенок и прилегающих к ним тканей, вызываемые сокращениями сердца.

Характеристики пульса имеют большое диагностическое значение о работе сердца, состоянии кровеносных сосудов.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 8-12 м/сек (это удар одной частицы о другую, не путать со скоростью движения крови – движение частицы).

Пульсовая волна сопровождается:

1. Повышением давления;

2. Расширением кровеносных сосудов;

3. Ускорением течения крови.

Схема распространения пульсовой волны

Методы изучения пульса:

1. Пальпаторный. У крупных животных – определяют на челюстной или хвостовой артерии, у мелких животных – на бедренной, человека – лучевой.

Характеристики пульса:

1) Частота – количество ударов в минуту – частый, редкий.

2) Ритм – пульсация через одинаковые промежутки времени – ритмичный, аритмичный.

3) Наполнение – интенсивность пульсации – хорошее, среднее, плохое.

4) Напряжение – сопротивление стенки артерии при надавливании пальцем – твердый, мягкий.

5) Величина пульсовой волны – размах колебаний – большая, малая.

6) Форма пульсовой волны – быстрота подъема и спадения стенки кровеносного сосуда – скачкообразная, медленная.

2. Сфигмография – регистрация артериального пульса. Сфигмограмма – графическое изображение пульса. Зависит от эластичности сосудов.

1) Анакрота – подъем при систоле желудочков

2) Дикрота – обусловлена ударом обратного тока

крови о полулунные клапаны при диастоле желудочков.

3) Катакрота – включает анакроту и дикроту.

3. Флебография– регистрация венного пульса.

4. Реовазография — регистрация электрического сопротивления кровеносных сосудов. Определяют кровонаполнение, скорость движения крови, состояние кровеносных сосудов.

Венным пульсомназывают колебания давления и объема в околосердечных венах. Обусловлен затрудненным притоком крови к сердцу во время систолы предсердий и желудочков. При этом давление внутри вен повышается, и их стенки колеблются.

Скорость тока крови в периферических венах — 5-14 см/с, в полых венах – 16-20 см/с.

6. Кровяное давление и методы его определения.

Кровяное давление — это давление крови на стенки сосудов, которое создается благодаря работе сердца. Имеет большое диагностическое значение, т.к. характеризует работу сердца и состояние сосудов.

1. Систолическое (максимальное) – давление во время систолы желудочков и выбросе крови. Отражает состояние миокарда левого желудочка.

2. Диастолическое(минимальное) – давления во время диастолы желудочков. Характеризует степень тонуса артериальных стенок.

Разность между систолическим и диастолическим давлением – пульсовое давление.

Методы исследования:

1. Прямой(кровавый) метод измерения кровяного давления – в кровеносный сосуд вводится катетер, соединенный с манометром.

Кривая измерения кровяного давления имеет волны I порядка — отражают систолу и диастолу желудочков (1), II порядка – связаны с дыханием (2), III порядка – отражают эластичность сосудов (расширение и сужение сосудов).

2. Косвенный, клинический, метод Короткова – аускультационный или осциллометрический. Сущность: при сдавливании артерии прекращается ток крови и при прослушивании звуковые явления отсутствуют. Постепенно, при снижении сдавливания, появляется первый звук – показатель систолического давления, далее – звуки исчезают – диастолическое давление. Сфигмоманометр (стар.), тонометр.

У животных измеряют: Лошадь – хвостовая, запястная артерия, 172/123; КРС – хвостовая, запястная, 98-128/69-99; Собака – бедренная, 150/90; Свинья – запястная, 139/99; Овца – бедренная, 151/114.

Кровяное давление в различных сосудах: аорта – 150-180, крупные артерии – 120-140, капилляры – 20-25, вены – 8-10 мм рт. ст., в полой вене – до 0 (может быть отрицательным).

Повышение артериального давления выше нормы называется гипертензией, понижение — гипотензией.

Основное уравнение гемодинамики

1.6.1 Основное уравнение гемодинамики

Гемодинамика рассматривает давление и сопротивление во взаимосвязи с кровотоком (Q).[8] Кровоток равен объёму крови, проходящему через кровеносные сосуды за единицу времени. Для большого и малого круга кровообращения это и есть СВ или МОК. Согласно основному уравнению гемодинамики: Q=P/R. Между МОК и периферическим сопротивлением существует обратно пропорциональная и нелинейная взаимосвязь. Чем больше МОК, тем меньше должно быть периферическое сопротивление[2].

Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно представить в виде трубочки, сопротивление в которой определяется по формуле Пуазейля: R=8*ℓ*η/πr^4,

Где ℓ-длина трубки ;η- вязкость крови; r- радиус сосуда, π- отношение длины окружности к его диаметру (≈3,14)

Подставляя эту формулу в основное уравнение гемодинамики, получим формулу Пуазейля-Хагена:

Из этого уравнения следует, что объёмная скорость кровотока прямо пропорциональна радиусу сосуда в четвёртой степени и обратно пропорциональна его длине и вязкости крови.

1.6.2 Сосудистое сопротивление и скорость кровотока

Существует понятие объёмной (Vоб) и линейной (Vлин) скорости кровотока. Vоб измеряется в мл/сек. Зная её можно рассчитать Vлин , которая выражается в см/сек. Vлин отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна Vоб , делённой на площадь сечения кровеносного сосуда.

Vлин различна для частиц, продвигающихся в центре сосуда и у стенок. В центре сосуда она максимальна, около стенки — минимальна. Здесь особенно велико трение частиц крови о стенку. Vлин в последовательных участках сосудистой цепи не одинакова. В условиях покоя Vлин в аорте= 20 см/сек, в артериолах-1,5 см/сек, в капиллярах- 0,3 мм/сек. Площадь поперечного сечения верхней и нижней полой вены, взятая вместе в 2 раза больше площади сечения аорты. Vлин в полых венах- 5 см/сек.[8] Во время мышечной работы Vлин возрастает пропорционально мощности нагрузки.

Замедление скорости кровотока, считавшееся основным признаком развития сердечной недостаточности, встречается также у высокотренированных спортсменов и зависит от расширения кровеносного русла.[4]

1.6.3 Регуляция сосудистого сопротивления

Организм имеет мощную систему рецепторов и регуляторный аппарат, которые заботятся о точном соответствии между МОК и R. От этого зависит нормальный уровень АД.[2]

Уже в самом начале физической работы, в период разминки усиливается деятельность всех звеньев кислородтранспортной системы, в том числе расширяются капиллярные сети в лёгких, сердце, скелетных мышцах. Это приводит к усилению снабжения тканей кислородом. В результате разминки снижается вязкость крови. Во время мышечной работы кровоток в активных мышцах может в 20-30 раз превысить кровоток покоя. Регуляция мышечного кровообращения осуществляется благодаря двум способам регуляции просвета мышечных сосудов- внешнему (нейрогуморальному) и внутреннему (ауторегуляторного).[8] Сосуды находятся в тонусе, благодаря наличию в мышцах стенок автоматии. Кроме того сосудодвигательный центр, обеспечивающий сужение артерий находится в продолговатом мозге и состоит из двух отделов: прессорного и депрессорного. Раздражение прессорного отдела вызывает сужение артерий и подъём АД, а депрессорного- расширение артерий и падение АД. Сужение сосудов происходит также благодаря хеморецепторам, которые реагируют на снижение О2 и повышение СО2 в крови. Часть гармонов сужает артерии. К ним относятся: адреналин и норадреналин, вазопрессин, серотонин. К сосудорасширяющим веществам относятся простогландины, ацетилхолин и гистамин и др. Регуляция просвета сосудов обеспечивает не только необходимый уровень кровотока, но и регулирует сосудистое сопротивление, за счёт которого поддерживается перфузионное давление и объём сосудов приспосабливается к ОЦК.

И.М Сеченов назвал артериолы и преартериолы «кранами кровеносной системы».Их суммарная пропускная способность составляет периферическое сопротивление[2]. Избыточное их расширение приводит к гипотонии.

Самые маленькие разветвления лёгочной артерии имеют мышечный слой и способны выносить значительные изменения диаметра. Этот диаметр может быть сокращён втрое. А уменьшение диаметра втрое означает уменьшение поверхности поперечного сечения в 9 раз и повышение сопротивления приблизительно в 27 раз.[1] Изменение циркуляции в капиллярах является очень важным.

Общая поверхность капилляров мышечной системы взрослого человека огромна. Диаметр капилляров может меняться в 2-3 раза. Он колеблется в пределах от 5-6 мк, до20-30мк. При максимальном тонусе капилляры могут настолько сузиться, что не пропускают кровяных телец (может просачиваться только плазма). При резком расслаблении тонуса стенок в их расширенном просвете скопляется много крови.[1] Уменьшение капиллярного кровоснабжения мозга вызывает расстройства кровообращения и питания нервных центров.

ГЕМОДИНА́МИКА

ГЕМОДИНА́МИКА (от ге­мо. и ди­на­ми­ка ), дви­же­ние кро­ви в замк­ну­той сис­те­ме со­су­дов, обу­слов­лен­ное раз­но­стью гид­ро­ста­тич. дав­ле­ния в разл. от­де­лах кро­вя­но­го рус­ла. Те­че­ние кро­ви по со­су­дам мож­но пред­ста­вить как те­че­ние жид­ко­сти по сис­те­ме раз­ветв­лён­ных тру­бок раз­но­го диа­мет­ра; оно под­чи­ня­ет­ся об­щим за­ко­нам гид­ро­ди­на­ми­ки и в об­щем ви­де мо­жет быть опи­са­но урав­не­ни­ем $Q=\frac,$ где Q – ко­ли­че­ст­во кро­ви, про­те­каю­щее че­рез со­суд (или че­рез всю сис­те­му кро­во­об­ра­ще­ния), P 1– P 2 – дав­ле­ние в на­ча­ле и в кон­це со­су­да (или со­су­ди­стой сис­те­мы в це­лом), R – со­про­тив­ле­ние то­ку жид­ко­сти, ко­то­рое за­ви­сит от тре­ния её час­тиц друг о дру­га и о стен­ки со­су­дов (со­про­тив­ле­ние те­че­нию кро­ви по­вы­ша­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем вяз­ко­сти кро­ви и дли­ны со­су­да, а так­же при умень­ше­нии его диа­мет­ра). Т. о., ко­ли­че­ст­во кро­ви, про­хо­дя­щее в еди­ни­цу вре­ме­ни че­рез кро­ве­нос­ную сис­те­му, тем боль­ше, чем боль­ше раз­ность кро­вя­но­го дав­ле­ния в её ар­те­ри­аль­ном и ве­ноз­ном кон­цах и чем мень­ше со­про­тив­ле­ние то­ку кро­ви. Эта за­ви­си­мость но­сит назв. ос­нов­но­го гид­ро­ди­на­ми­че­ско­го за­ко­на кро­во­то­ка .