18.1 Основы гемодинамики

Движущей силой кровотока является разни­ца давления между различными отделами сосудистого русла: кровь течет от области высокого давления к области низкого давления. Этот градиент давления служит источ­ником силы, преодолевающей гидродина­мическое сопротивление; последнее зависит от размеров сосудов и вязкости крови [7].

Физические основы гемодинамики

Скорость кровотока, давление и сопротивление. Все факторы, влияющие на кровоток, в конечном счете могут быть приближенно сведены к уравнению, сходному с законом

Ома:

Из этого уравнения следует, что объемная скорость кровотока Q в каком-либо отделе кровеносного русла равна отношению раз­ности среднего давления в артериальной и венозной частях этого отдела (или в любых других частях) к гидродинамичес­кому сопротивлению.

Объемная скорость кровотока Q отра­жает кровоснабжение того или иного орга­на. Она равна объему крови, протекающему через поперечное сечение сосудов в единицу времени, и измеряется в мл/с. Ее можно вы­числить, исходя из линейной скорости кровотока ( v ) через поперечное сечение сосуда

и площади этого сечения

В соответствии с законом неразрывности

струи объемная скорость тока жидкости в системе из трубок разного диаметра (т. е. в системе, подобной кровеносной; см. рис. 18-2) постоянна независимо от поперечного сечения трубки. Таким образом, для двух последовательных сегментов (а и б) справедливо равенство

Гаким образом, если через последова­тельно соединенные трубки протекает жид­кость с постоянной объемной скоростью, линейная скорость движения жидкости в каждой трубке обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения.

Давление в кровеносной системе (артериальное и венозное) равно отношению силы, с которой кровь действует на стенки сосудов, к площади этих стенок. Поскольку в клинике кровяное давление издавна измеряется при помощи ртутных манометров, его обычно выражают в миллиметрах ртутного столба, хотя иногда приводятся цифры в сантиметрах водного столба (1 мм рт.ст. = 13,6 мм вод.ст. =133 Па;

10 мм вод. ст. = 98 Па. Перевод в другие единицы см. в приложении).

Гидродинамическое сопротивление R нельзя измерить непосредственно, однако его можно вычислить, зная разницу давле­ний между двумя отделами сосудистой системы и объемную скорость. Если ΔР выра­жена в миллиметрах ртутного столба, то сопротивление (в единицах СИ) рассчиты­вается по следующей формуле:

Гидродинамическое сопротивление обу­словлено внутренним трением между слоя­ми жидкости и между жидкостью и стенка­ми сосуда. Оно зависит от размеров сосуда и от вязкости и типа течения жидкости.

Гидродинамическое сопротивление в системе тру­ бок. Если трубки соединены последовательно, то их общее сопротивление в соответствии с первым законом Кирхгоффа равно сумме сопротивлений всех трубок:

Если же трубки соединены параллельно (как, например, сосудистые сети различных органов), то, согласно второму закону Кирхгоффа, склады­ваются их проводимости:

С о = С 1 , + С 2 + ... (5)

Поскольку проводимость - это величина, обрат­ная сопротивлению, то

Таким образом, уравнения (3) и (1) можно запи­сать в следующем виде:

т.е. при постоянном градиенте давления объем­ная скорость возрастает пропорционально проводимости.

Учитывая, что проводимость есть величина, обратная сопротивлению, общее сопротивление системы из параллельных трубок можно рассчитать, используя уравнение (5):

Из уравнения (7) видно, что общее сопротивление нескольких параллельных трубок одинаково­го диаметра равно сопротивлению одной трубки, деленному на число трубок; таким образом, это общее сопротивление значительно меньше, чем у каждой отдельной трубки.

Вязкость крови. Факторы, определяющие ве­ личину вязкости. Вязкость η-это свойство жидкости, благодаря которому в ней возникают внутренние силы, влияющие на ее течение. Если текущая жидкость соприкасает­ся с неподвижной поверхностью (например, при движении жидкости в трубке), то слои такой жидкости перемещаются с различными скоростями. В результате между этими слоями возникает напряжение сдвига: более быстрый слой стремится вытянуться в про­дольном направлении, а более медленный задерживает его.

Для многих жидкостей вязкость η-это постоянная величина, зависящая от темпе­ратуры. Согласно уравнению Ньютона, эта величина равна отношению напряжения сдвига (силы, приходящейся на единицу площади) к градиенту скорости между соседними слоями :

Из уравнения Хагена-Пуазейля (см. ниже) следует, что на силы, сдвигающие слои жидкости относительно друг друга, (т.е. приводящие жидкость в движение и поддер­живающие это движение), влияет не только давление, но и радиус и длина сосуда.

Вязкость часто выражают в относи­тельных единицах, принимая вязкость воды при 20°С (10 -3 Па-с) за 1,0. Вязкость гомо­генных жидкостей (например, воды, раство­ров электролитов, плазмы крови) постоянна. Вязкость же негомогенных (гетерогенных) жидкостей (например, цельной кро­ви и всех видов эмульсий) меняется в зависимости от скорости течения и других факторов.

Вязкость крови определяется прежде все­го форменными элементами и в меньшей степени белками плазмы. У человека вязкость крови равна 3-5, а вязкость плазмы- 1,9-2,3 относительным единицам. Чем больше содержание в крови форменных элементов и/или белков, тем выше ее вязкость (рис. 18-3).

Статьи