Никиян. Конспект лекций Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет

• Название: Конспект лекций Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет
• Дата: 16.09.2022
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: Никиян.pdf
• Тип: Конспект; #680265
• страница: 9 из 9

9.2 Основные законы гемодинамики
Гемодинамика - один из разделов биомеханики, изучающий законы движения крови по кровеносным сосудам. Задача гемодинамики - устано-

98 вить взаимосвязь между основными гемодинамическими показателями, а также их зависимость от физических параметров крови и кровеносных сосу- дов.
К основным гемодинамическим показателям относятся давление и ско-
рость кровотока.
Давление - это сила, действующая со стороны крови на сосуды, прихо- дящаяся на единицу площади: Р = F/S. Различают объемную и линейную скорости кровотока.
Объемной скоростью Q (единица измерения - м
3
/с) называют величину, численно равную объему жидкости, перетекающему в единицу времени че- рез данное сечение трубы: Q = v/t. Линейная скорость (единица измерения - м/с) представляет путь, проходимый частицами крови в единицу времени:
V=l/t.. Поскольку линейная скорость неодинакова по сечению трубы, то в дальнейшем речь будет идти только о линейной скорости, средней по сече- нию.
Линейная и объемная скорости связаны простым соотношением
Q = VS,
(9.10) где S - площадь поперечного сечения потока жидкости.
При описании физических законов течения крови по сосудам вводится допущение, что количество циркулирующей крови в организме постоянно.
Отсюда следует, что объемная скорость кровотока в любом сечении сосуди- стой системы также постоянна: Q = const.
В реальных жидкостях (вязких) по мере движения их по трубе потен- циальная энергия расходуется на работу по преодолению внутреннего тре- ния, поэтому давление жидкости вдоль трубы падает.
Для стационарного ламинарного течения реальной жидкости в цилин- дрической трубе постоянного сечения справедлива формула (закон) Гагена-
Пуазейля:

99
l
P





8
R
Q
4
,
(9.11) где ∆P=Р
1
-Р
2
- падение давления, то есть разность давлений у входа в трубу Р
1
и на выходе из нее Р
2
на расстоянии l.
Величина
4
R
8
W


l

называется гидравлическим сопротивлением сосуда.
Формулу Гагена-Пуазейля можно представить как ∆Р =Qw.Очевидно, что падение давления крови в сосудах зависит от объемной скорости кровотока и в сильной степени от радиуса сосуда. Так, уменьшение радиуса на 20 % приводит к увеличению падения давления более чем в 2 раза. Даже небольшие изменения просветов кровеносных сосудов сильно сказываются на падении давления. Не случайно основные фармакологические средства нормализации давления направлены прежде всего на изменение просвета сосудов.
Границы применимости закона Пуазейля:
1) ламинарное течение;
2) гомогенная жидкость;
3) прямые жесткие трубки;
4) удаленное расстояние от источников возмущений (от входа, изгибов, сужений).
Рассмотрим гемодинамические показатели в разных частях сосудистой системы.
Гидравлическое сопротивление.
Гидравлическое сопротивление w в значительной степени зависит от радиуса сосуда. Отношения радиусов для различных участков сосудистого русла:
R
аорт
: R
ар
: R
кап
= 3000 : 500 : 1.

100
Поскольку гидравлическое сопротивление в сильной степени зависит от радиуса сосуда w1 /R
4
, то можно записать соотношение W
кап
>W
ар
>W
аорт.
Линейная скорость кровотока.
Рассмотрим закон неразрывности (9.1). Площадь суммарного просвета всех капилляров в 500 - 600 раз больше поперечного сечения аорты. Это означает, что V
кaп
= 1/500 V
aopт
. Именно в капиллярной сети при медленной скорости движения происходит обмен веществ между кровью и тканями.
Распределение среднего давления.
При сокращении сердца давление крови в аорте испытывает колебания. Среднее давление за период может быть оценено по формуле
3
д
с
д
cp
P
P
P
P



(9.12)
Падение среднего давления крови вдоль сосудов может быть описано законом Пуазейля. Сердце выбрасывает кровь под средним давлением Р
ср
По мере продвижения крови по сосудам среднее давление падает.
Поскольку Q = const, a w
кап
>w
арт
>w
аорт
, то для средних значений давлений:
∆P
кап
>∆P
артерий
>∆P
аорт
.
(9.13)
В крупных сосудах среднее давление падает всего на 15 %, а в мелких на 85 %. Это означает, что большая часть энергии, затрачиваемой левым желудочком сердца на изгнание крови, расходуется на ее течение по мелким сосудам.
9.3 Кинетика кровотока в эластичных сосудах. Пульсовая волна
Одним из важных гемодинамических процессов является распространение пульсовой волны.

101
Если регистрировать деформации стенки артерии в двух раз- ноудаленных от сердца точках, то окажется, что деформация сосуда дойдет до более удаленной точки позже, то есть по сосуду распространяется волна пульсовых колебаний объема сосуда, давления и скорости кровотока, однозначно связанных с друг другом. Это так называемая пульсовая волна.
Пульсовая волна - процесс распространения изменения объема вдоль эластичного сосуда в результате одновременного изменения в нем давления и массы жидкости.
Рассмотрим характеристики пульсовой волны.
Амплитудой пульсовой волны P
0
(x) (пульсовое давление) называется разность между максимальным и минимальным значением давлений в дан- ной точке сосуда. В начале аорты амплитуда волны (P
0
) – максимальна и равна разности систолического (P
c
) и диастолического (P
д
) давлений. Зату- хание амплитуды пульсовой волны при ее распространении вдоль сосуда представлена формулой:
 
x
e
P
x
P




0 0
(9.14) где

– коэффициент затухания, увеличивающийся с уменьшением ра- диуса.
Скорость распространения пульсовой волны зависит от свойств сосу- да и крови.
D
h
E





,
(9.15) где
E
– модуль Юнга материала стенки сосуда или модуль упругости;
h
– толщина стенки сосуда;

– плотность крови;
D
– диаметр просвета сосуда.
Скорость распространения пульсовой волны 8-10 м/с, что в 20-30 раз больше скорости движения крови (0,3-0,5 м/с). За время изгнания крови из

102 желудочков (время систолы 0,3 с) пульсовая волна успевает распространить- ся на расстояние два метра, т.е. охватить все крупные сосуды – аорту и арте- рии. С возрастом величина модуля упругости увеличивается в 2-3 раза, сле- довательно, возрастает и скорость пульсовой волны.
9.4 Фильтрация и реабсорбция жидкости в капилляре
При фильтрационно-реабсорбционных процессах вода и растворенные в ней соли проходят через стенку капилляра благодаря неоднородности ее струк- туры. Направление и скорость движения воды через различные поры в ка- пиллярной стенке определяются гидростатическим и онкотическим давле- ниями в плазме и в межклеточной жидкости:
В связи с тем, что стенки капилляров свободно пропускают небольшие молекулы, концентрация этих молекул и создаваемые ими осмотические давления в плазме и в межклеточной жидкости примерно одинаковы. Что же касается белков плазмы, то их крупные молекулы лишь с большим трудом проходят через стенки капилляров, в результате выравнивания концентра- ций белков за счет диффузионных процессов не происходит. Между плазмой и межклеточной жидкостью создается градиент концентрации белков, а, следовательно, и градиент коллоидно-осмотического (онкотического) дав- ления.
Между объемами жидкости, фильтрующейся в артериальном конце и ре- абсорбирующейся в венозном конце, в норме существует динамическое равно- весие - фильтрационно-реабсорбционное равновесие. Примерно 10 % объема жидкости, поступающего в интерстициальное пространство, остается там и за- тем возвращается назад в сосуды с помощью лимфатической системы.
Одним из патологических проявлений, связанных с нарушением фильт- рационно-реабсорбционного равновесия, является возникновение отеков.
Отек - скопление избыточного количества жидкости в тканях организма в ре- зультате нарушения соотношения между притоком и оттоком тканевой жидко-

103 сти. Он возникает, если слишком много жидкости фильтруется из капилляров в ткань по сравнению с ее реабсорбцией или если есть нарушения в лимфати- ческой системе, препятствующие нормальному возвращению жидкости в со- суды.
Можно выделить следующие главные факторы, приводящие к избыточ- ному выходу жидкости в межклеточное пространство: а) увеличенное капиллярное давление на артериальном конце капилляра.
Оно возникает из-за уменьшения сопротивления артериол за счет их рас- ширения, например, при сильном нагреве тела, при приеме сосудорасши- ряющих лекарств; б) уменьшенная концентрация белков в плазме. Уменьшение кон- центрации белков в плазме происходит, например, при нефрозе - забо- левании почек, характеризующемся преимущественным поражением почечных канальцев. При этом потеря белков в плазме крови связана с выделением большого их количества с мочой. Другой причиной уменьшения концентрации может быть недостаточное производство белков при заболеваниях печени или при плохом питании.
Поскольку альбумин составляет самую большую фракцию белков плазмы, то сдвиги в содержании альбумина особенно сильно влияют на онкотическое давление. Снижение концентрации альбумина в плазме часто приводит к задержке воды в межклеточном пространстве (интер- стициальный отек). В связи с этим искусственные кровезаменители, как правило, должны обладать тем же онкотическим давлением, что и плазма. В качестве коллоидов в таких растворах часто используют по- лисахариды и полипептиды (желатин), так как получение в чистом виде белков плазмы крови человека очень дорогостоящая процедура; в) повышенная проницаемость капилляров может быть обусловлена ря- дом веществ, например, выделяющихся при аллергических реакциях, воспа- лениях, инфекции, ожогах, действии радиации и др.

104
Часто отек является результатом совместного проявления различных эффектов. Когда повреждается структура стенки капилляра, например, при ожогах, белки плазмы диффундируют из капилляра в тканевую жидкость че- рез большие поры за счет градиента концентрации. Это приводит к уменьше- нию онкотического давления в плазме и к увеличению его в межклеточной жидкости, а тем самым к уменьшению скорости реабсорбции, и, следователь- но, к отеку. В этом случае результирующее онкотическое давление будет за- висеть и от радиуса пор.
Список использованных источников
1 Биофизика: учебник / В.Ф. Антонов [и др.]. – М.: Владос, 2000. –
288 c. – ISBN 5-691-01037-9.
2 Рубин А.Б. Биофизика: учебник/А.Б. Рубин. – М.: Изд-во МГУ, 2004.
– 944 с. – ISBN 5-211-06109-8.
3 Волькенштейн М.В. Биофизика: учебник / М.В. Волькенштейн.– М.:
Лань, 2008. – 608 с. – ISBN 978-5-8114-0851-1.
4 Ремизов А.Н. Учебник по медицинской и биологической физике: учебник / А.Н. Ремизов. – М: Дрофа, 2004. – 558 с. – ISBN 5-7107-8739-6.
5 Биофизика: учебник / Ю.А. Владимиров [и др.]. – М.: Медицина,
1983. – 279 с.
6 Присный, А.А. Биофизика: учебно-методический комплекс для бака- лавров по дисциплине / А.А. Присный. – М., 2010. – 200 с.