Основные законы и компоненты гемодинамики

Функция сосудов состоит в регуляции объема периферического русла, его соответствия с объемом циркулирующей крови, обеспечении постоянного и адекватного кровоснабжения органов и тканей. Достигается это за счет свойств сосудов: эластичности стенок, поддержания тонуса, проницаемости стенок.

Эти свойства характерны почти для всех сосудов, но в отдельных участках сосудистой системы выражены они по-разному, может преобладать одно из свойств.

 Основные законы гемодинамики 

Наука изучающая движение крови по сосудам получила название гемодинамики. Ее законы общие с гидродинамикой (учении о движении жидкостей). Согласно закону гидродинамики ток жидкости по сосудам определяется двумя силами:

1. Давлением (Р), под которым она движется, т.е. разностью давлений в начале и конце трубы. Эта сила способствующая движению.

2. Сопротивлением (R), которое вследствие вязкости, трения о стенки сосуда и вихревых движений испытывает жидкость. Сопротивление препятствует движению.

Отношение разности давления к сопротивлению определяет объемную скорость тока жидкости. Объемная скорость тока жидкости выражается уравнением:

 

P1 — P2

Q = ————-;

R

Q—объем жидкости,

Р1—Р2—разность давлений в начале и конце трубы,

R—сопротивление току.

Если его применить к сосудистой системе, то, учитывая, что в конце ее (полых венах) давление близко или равно нулю, уравнение можно записать так:

P

Q = ——;

R

Q—МОК;

Р—среднее давление в аорте;

R—сосудистое сопротивление.

Отсюда следует, что давление в аорте прямо пропорционально МОК выбрасываемому сердцем и величине периферического сопротивления (R)

 

Р= Q х R

 

Давление в аорте и МОК можно измерить. Зная эти величины, можно вычислить периферическое сопротивление (R)

8 х L η

R=———–;

π r 4

 

где R — периферическое сопротивление, определяемое по формуле Пуазейля

L—длина трубки (сосуда),

η—вязкость протекающей жидкости,

π—отношение окружности к диаметру,

r—радиус трубки

Периферическое сопротивление является важнейшим показателем состояния сосудистой системы.

Для отдельного участка сосуда его можно определить по формуле:

P1—P2

R=——–;

Q

R—периферическое сопротивление;

P1—P2—давление в начале и в конце сосуда;

Q—количество крови, протекающей по сосудам в 1 секунду.

Периферическое сопротивление складывается из сопротивления каждого сосуда. В покое открыта лишь часть капилляров. Большое их количество включено в кровоток параллельно. Поэтому суммарное сопротивление капилляров будет значительно меньше, чем в артериях. Определяет сопротивление вязкость крови, но она непостоянна. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость. Форменные элементы располагаются в центре, ближе к стенкам располагается плазма, где вязкость уменьшается. Есть сосуды, в которых движется только плазма.

Основными сосудами сопротивления (резистивными) являются артерии и артериолы. Они имеют малый диаметр (15—70 мкм), выраженный слой кольцевой гладкой мускулатуры, который, сокращаясь, значительно уменьшает диаметр и повышает сопротивление кровотоку. При этом АД в них повышается. При повышении сопротивления артериол уменьшается отток крови из артерий и в них повышается АД. Снижение тонуса артериол способствует оттоку крови из артерий и понижению в них АД. Следовательно, изменение диаметра артериол есть главный регулятор уровня общего АД. В работающих органах тонус стенок артериол понижается, кровоснабжение возрастает. В неработающих — наоборот.

Сердце, проталкивая кровь в сосуды, создает в них давление, необходимое для кровотока. Давление определяет скорость кровотока и способствует преодолению сопротивления. Чем выше сопротивление, тем большая сила необходима для обеспечения кровотока и тем значительнее снижение давления по ходу сосудистого русла. В крупных и средних артериях давление снижается всего на 10%. В артериолах и капиллярах на 85%.

Важным условием для нормальной циркуляции крови является ее соотношение в артериях и венах:

в артериях—27%;

в венах—73%.

В основном кровоток в сосудах имеет ламинарный характер —послойное движение: в центре движутся клетки крови, ближе к стенке движется плазма. У самой стенки она остается почти без движений. Чем уже сосуд, тем ближе к стенке центральные слои, тем больше торможение скорости кровотока. Поэтому, в мелких сосудах скорость кровотока меньше, чем в крупных.

В местах разветвления сосудов, сужения артерий, крутых изгибов движение имеет турбулентный характер (завихрения). Частицы крови перемещаются перпендикулярно оси сосуда, что значительно увеличивает внутреннее трение жидкости.

Основными показателями гемодинамики являются:

1. Объемная скорость кровотока.

2. Линейная скорость (скорость кругооборота крови).

3. Давление в разных участках сосудистого русла.

Объемная скорость—это количество крови протекающее через поперечное сечение сосуда в ед. времени (1 мин). В норме отток крови от сердца равен ее притоку к нему, это означает, что объемная скорость является величиной постоянной.

Линейная скорость — это скорость движения крови вдоль сосуда. Она различна в отдельных участках сосудистого русла и зависит от общей суммы площади просветов конкретного отдела сосудов.

В аорте поперечное сечение равно 8 см2 (Д = 3 см), скорость движения крови составляет 50—70 см/с. В капиллярах общее сечение 8000 см2, скорость движения крови 0,05 см/с.

В артериях скорость кровотока 20—40 см/с, артериолах — 0,5-10 см/с, в полой вене — 20 см/с.

В связи с выбросом крови в сосуды отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер.

Непрерывность тока по всей системе сосудов связана с упругими свойствами аорты и артерий. Основная кинетическая энергия, обеспечивающая движение крови, сообщается ей сердцем во время систолы. Часть этой энергии идет на проталкивание крови, другая — превращается в потенциальную энергию растягиваемой стенки аорты и артерий во время систолы. Во время диастолы эта энергия переходит в кинетическую энергию движения крови.

 Морфологическая и функциональная классификация сосудов 

Амортизирующие сосуды — аорта, легочная артерия, др. крупные сосуды. Содержат эластические элементы. Здесь сглаживаются подъемы АД при систоле.

Резистивные — артерии и артериолы. Гладкомышечные стенки способны значительно изменять диаметр сосуда, они регулируют кровоснабжение органов.

Сосуды сфинктеры — последние участки прекапиллярных артериол. Изменяя диаметр артериол определяют число функционирующих капилляров.

Обменные сосуды — капилляры. Строение стенок капилляров способствует обмену веществ.

Емкостные сосуды — венулы, вены. Стенки их тоньше артериальных, легко растяжимы, содержат клапаны. Вмещают много крови (особенно в венах печени, брюшной полости, подсосочкового сплетения кожи).

Шунтирующие (анастамозы) — связывают артерии с венами минуя капилляры. Участвуют в регуляции периферического кровотока, температуры частей тела. Это сосуды уха, носа, стопы и др.

 Движение крови по сосудам высокого давления (артерии) 

Все сосуды выстланы изнутри слоем эндотелия, образующего гладкую поверхность. Это препятствует свертыванию крови в норме. Кроме этого, исключая капилляры, сосуды содержат: эластические волокна, коллагеновые, гладкомышечные.

Эластические — легкорастяжимы, создают эластическое напряжение, противодействующее кровяному давлению.

Коллагеновые — оказывают большее сопротивление растяжению. Образуют складки и противодействуют давлению, когда сосуд сильно растянут.

Гладкомышечные — создают тонус сосудов и изменяют просвет сосуда соответственно необходимости. Некоторые гладкомышечные клетки способны ритмично спонтанно сокращаться (независимо от ЦНС), что поддерживает постоянный тонус стенок сосудов.

В поддержании тонуса имеют значение вазоконстрикторы — симпатические волокна и гуморальные факторы (адреналин и др.). Суммарное напряжение стенок сосудов называют тонусом покоя.

 

4. Кровяное давление в артериальном русле

Уровень кровяного давления измеряется в мм ртутного столба и определяется совокупностью разных факторов:

1. Нагнетающей силой сердца;

2. Периферическим сопротивлением;

3. Объемом циркулирующей крови.

Нагнетающая сила сердца. Основным фактором поддержания уровня АД является работа сердца. Кровяное давление в артериях постоянно колеблется. Его подъем при систоле определяет максимальное (систолическое) давление. У человека среднего возраста в плечевой артерии (и в аорте) оно равняется 110—120 мм Hg. Спад давления при диастоле соответствует минимальному (диастолическому) давлению, которое равняется в среднем 80 мм Hg. Зависит оно от периферического сопротивления и ЧСС. Амплитуда колебаний, т.е. разность между систолическим и диастолическим давлением составляет пульсовое давление, составляет 40—50 мм Hg. Оно пропорционально объему выбрасываемой крови. Эти величины являются важнейшими показателями функционального состояния всей сердечно—сосудистой системы.

Усредненное по времени сердечного цикла АД, представляющее собой движущую силу кровотока, называют средним давлением. Для периферических сосудов оно равно сумме диастолического давления + 1/3 пульсового давления. Для центральных артерий равно сумме диастолического + 1/2 пульсового давления. Среднее давление снижается по ходу сосудистого русла. По мере удаления от аорты систолическое давление постепенно нарастает. В бедренной артерии оно повышается на 20 мм Hg, в тыльной артерии стопы на 40 мм Hg больше, чем в восходящей аорте. Диастолическое давление, наоборот, снижается. Соответственно, увеличивается пульсовое давление, что обусловлено периферическим сопротивлением сосудов.

В концевых разветвлениях артерий и в артериолах давление резко снижается (до 30—35 мм Hg в конце артериол). Значительно снижаются и исчезают пульсовые колебания, что обусловлено высоким гидродинамическим сопротивлением этих сосудов.

Повышение АД относительно определенных для конкретного организма величин называется гипертензией (140—160 мм Hg), снижение — гипотензией (90—100 мм Hg). Под влиянием различных факторов АД может значительно изменяться. Так, при эмоциях наблюдается реактивное повышение АД (сдача экзаменов, спортивные соревнования). Возникает так называемая опережающая (предстартовая) гипертензия. Наблюдаются суточные колебания артериального давления, днем оно выше, при спокойном сне оно несколько ниже (на 20 мм Hg). При приеме пищи систолическое давление умеренно повышается, диастолическое умеренно понижается. Боль сопровождается повышением АД, но при длительном воздействии болевого раздражителя возможно снижение АД.

При физических нагрузках систолическое — повышается, диастолическое — может повышаться, понижаться, либо не изменяется.

Возрастные особенности показателей АД представлены в справочнике “Здоровый человек”, 1997, под ред. проф. А.И. Киени.

Гипертензия возникает:

— при повышении сердечного выброса;

— при повышении периферического сопротивления;

— увеличении массы циркулирующей крови;

— при сочетании обоих факторов.

В клинике принято различать гипертензию первичную (эссенциальную), встречается в 85% случаев, причины трудно определимы и вторичную (симптоматическую) — 15%  случаев, она сопутствует различным заболеваниям. Гипотензию так же различают первичную, вторичную.

При переходе человека в вертикальное положение из горизонтального происходит перераспределение крови в организме. Временно снижаются: венозный возврат, центральное венозное давление (ЦВД), ударный объем, систолическое давление. Это вызывает активные приспособительные гемодинамические реакции: суживание резистивных и емкостных сосудов, повышение ЧСС, повышение выделения катехоламинов, ренина, возопрессина, ангиотензина II, альдостерона. У некоторых людей с пониженным АД эти механизмы могут быть недостаточны для поддержания нормального уровня АД в вертикальном положении тела и оно снижается ниже допустимого уровня. Возникает ортостатическая гипотензия: головокружение, потемнение в глазах, возможна потеря сознания — ортостатический коллапс (обморок). Подобное может наблюдаться при повышении температуры окружающей среды.

Периферическое сопротивление. Второй фактор определяющий АД — периферическое сопротивление, которое обусловлено состоянием резистивных сосудов (артерий и артериол).

Количество циркулирующей крови и ее вязкость. При переливании больших количеств крови АД повышается, при кровопотере — снижается. Зависит АД от венозного возврата (например, при мышечной работе). АД постоянно колеблется от некоторого среднего уровня. При записи этих колебаний на кривой различают: волны I порядка (пульсовые), самые частые, отражают систолу, диастолу желудочков. Волны II порядка (дыхательные). На вдохе АД понижается, на выдохе повышается. Волны III порядка отражают влияние ЦНС, они более редкие, возможно это связано с колебаниями тонуса периферических сосудов.

Методики измерения кровяного давления

В практике используются два способа измерения АД: прямой и непрямой.

Прямой (кровавый, внутрисосудистый) проводится путем введения в сосуд канюли или катетера, соединенного с регистрирующим прибором. Впервые его осуществил 1733 году Стефан Хелс.

Непрямой (косвенный или пальпаторный), предложенный Рива-Роччи (1896). Используется в клинике у человека.

Основным прибором  для  измерения АД является сфигмоманометр. На плечо накладывается резиновая надувная манжета, которая при нагнетании в нее воздуха сжимает плечевую артерию прекращая в ней кровоток. Пульс в лучевой артерии исчезает. Выпуская воздух из манжеты следят за появлением пульса, регистрируя в момент его появления величину давления с помощью манометра. Данный метод (пальпаторный) позволяет определить только систолическое давление.

В 1905 году И.С. Коротков предложил аускультативный метод, путем прослушивания звуков (тонов Короткова) в плечевой артерии ниже манжеты с помощью стетоскопа или фонендоскопа. При открытии клапана давление в манжете понижается и, когда оно становится ниже систолического, в артерии появляются короткие, четкие тоны. На манометре отмечают систолическое давление. Затем тоны становятся громче и далее затухают, при этом определяют диастолическое давление. Тоны могут быть постоянными или снова повышаться после затухания. Появление тонов связано с турбулентным движением крови. При восстановлении ламинарного кровотока тоны исчезают. При повышеной активности сердечно—сосудистой системы тоны могут не исчезать.

 

5. Артериальный пульс, его происхождение и характеристика

 

Пульс — это ритмические колебания стенок сосудов,  связанные с динамикой их наполнения кровью и давления в них в течение одного сердечного цикла. Выбрасываемый в аорту объем крови при систоле создает в ней повышение давления и растягивает ее стенки. В силу упругости стенки аорты стремятся уменьшить свою емкость и продвигают объем крови вперед, где также происходит растягивание стенок, возникает “компенсаторная камера”. Подобные процессы повторяются на соседних участках сосудов, постепенно ослабевают и гаснут в артериолах и капиллярах. Соответственно, кровоток имеет пульсирующий характер.

Эти пульсовые колебания кровотока, давления, объема крови распространяются в виде пульсовой волны (волны повышения давления) с определенной скоростью. Эта скорость выше скорости кровотока. Пульсовая волна достигает артериол стопы за 0,2 с за это время клетки крови достигают только нисходящей аорты. Скорость распространения пульсовой волны в аорте — 4—6 м/с, в лучевой артерии — 8—12 м/с. С возрастом скорость повышается. При повышении АД стенки сосудов напряжены, и их растяжимость снижена, скорость распространения пульсовой волны при этом увеличивается. Следовательно, скорость распространения пульсовой волны отражает эластичность стенок сосудов.

Характеристики пульса

Пульс характеризуется по следующим показателям:

  • Частота: редкий, частый, нормальный. В норме в покое ЧСС составляет 60—80 ударов в минуту. Более редкий ритм — 40—50 сокращений в минуту называется брадикардией. Наблюдается при раздражении блуждающего нерва, введении ацетилхолина, у спортсменов в состоянии покоя. При частоте 90—100 и более сокращений в покое говорят о тахикардии, наблюдается при повышении температуры окружающей среды, возбуждении симпатического нерва, введении адреналина, при эмоциях, после употребления кофе. У детей в покое пульс более частый. У новорожденных в среднем пульс составляет 140 в минуту, сказывается влияние только симпатического нерва. У спортсменов в покое пульс меньше, так как сказывается преобладание влияния блуждающего нерва и увеличение систолического объема крови.
  • Ритм: ритмичный, аритмичный. Определяется по длительности интервала R—R — электрокардиограммы. На ритме отражается дыхание (дыхательная аритмия), на вдохе пульс повышается, на выдохе понижается. На ЭКГ — экстрасистола.
  • Наполнение (высота): хорошее, удовлетворительное, слабое, нитевидный пульс. Зависит от систолического объема и объемной скорости кровотока в диастолу, от эластичности стенок сосудов.
  • Быстрота (скорость): нормальная, быстрый, медленный пульс. Определяют ее по скорости подъема и спадения артериальной стенки. Быстрый пульс может отражать недостаточность аортального клапана. Выбрасывается увеличенное количество крови, часть крови возвращается обратно в желудочек. Медленный пульс может наблюдаться при сужении аортального устья, когда кровь поступает в аорту медленнее.
  • Напряжение: умеренный, твердый, мягкий пульс. Определяется усилием сдавливания артерии до исчезновения пульса. Зависит от среднего АД. По напряжению можно приближенно судить о систолическом давлении.

Количество крови, протекающее через определенный участок артерии в течение пульсового периода называют пульсовым объемом. Зависит он от сечения сосуда, степени раскрытия сосудов, систолического объема, скорости кровотока.

С помощью сфигмографа можно записать форму пульсовой волны — сфигмограмму. В ней различают следующие компоненты:

Анакрота. Этот начальный резкий подъем кривой связан с открытием полулунного клапана и выбросом крови в аорту. Давление повышается, стенки аорты растягиваются.

Катакрота. Это спад кривой. Желудочек расслабляется, давление в нем становится ниже, чем в аорте, кровь устремляется в желудочек, давление в аорте резко снижается, стенки аорты возвращаются в исходное состояние.

Дикрота. Обратный ток крови к желудочку формирует инцизуру. Вторичная волна (подъем) обусловлена отражением крови от закрытых клапанов.

Сглаженная дикрота свидетельствует о недостаточности аортального клапана.