Основы гемодинамики; факторы, обуславливающие движение крови по сосудам

Система кровообращения с точки зрения меха­ники представляет гидравлическую сеть. В ней со­держатся камерные насосы с клапанами (правое и левое сердце) и растяжимые трубки, по которым течет вязкая жидкость - кровь. И сердце, и сосу­ды способны менять свои геометрические и меха­нические характеристики под влиянием физичес­ких, физиологических и биохимических факторов.

Один из основных показателей движения крови по сосудам - объемную скорость кровотока - (Q) можно рассчитать по формуле:

где Q - объемная скорость кровотока (мл/мин, л/мин), R- периферическое сопротивление кровотоку, Р₁ - давление в начале сосуда, Р₂ - давление в конце сосуда.

В свою очередь, периферическое сопротивление кровотоку можно рассчитать по формуле Пуазейля:

где η (ню) - вязкость жидкости; π (пи) 3,14; г - ра­диус сосуда; L - длина сосуда.

Исходя из объемной скорости кровотока можно рассчитать линейную:

где πr² - площадь поперечного сечения сосуда.

Объемная скорость кровотока одинакова в разных регионах сосудистого русла и составляет 4-6 л/мин. Линейная скорость кровотока в аорте максимальна - 50 см/сек, в капиллярах - 0,07 см/ сек, в полых венах - 33 см/сек.

Эти формулы взяты из гидродинамики, они не учитывают неравномерности тока крови внутри со­суда, наличия вихревых токов, неоднородности кро­ви и т.д. Тем не менее они применимы для упро­щенной оценки кровотока. В них формализованы основные Физиологические факторы, опреде­ляющие движение крови по сосудам.

1. Разность давлений (основной фактор, без которого движение крови невозможно). Она обес­печивается следующими составляющими:

• работой сердца, которая зависит от силы сокращений, частоты и венозного возврата к сердцу;

• эластичностью сосудов компрессионной камеры (обеспечивает поддержание разности дав­ления в диастолу сердца);

• работой скелетных мышц (так называемый мышечный насос, которому в последнее время придается все большее значение. Способствует венозному возврату к сердцу и, соответственно, его работе).

2. Периферическое сопротивление. Склады­вается из следующих составляющих:

• тонус резистивных сосудов (мелкие артерии и артериолы). В них гладкомышечная ткань составляет от 10 до 90% площади попереч­ного сечения. При увеличении сосудистого тонуса диаметр сосудов уменьшается, периферическое сопротивление резко нарастает;

• вязкость крови, линейно связана с периферическим сопротивлением. При ее увеличении со­противление растет.

Вязкость крови зависит от концентрации фор­менных элементов (при анемии уменьшается), аг­регации эритроцитов, активности системы гемос­таза. Вязкость крови in vivo существенно отлича­ется от вязкости in vitro. Существует термин эф­фективная вязкость крови, или вязкость движу­щейся крови в сосуде. Она определяется силой тре­ния крови о стенки сосуда и ее слоев относитель­но друг друга. Эффективная вязкость крови зави­сит:

• от вязкости плазмы,

• от количества эритроцитов,

• от обратимой агрегации эритроцитов (в ка­пиллярах вязкость уменьшается за счет ориента­ции агрегатов вдоль сосуда),

•от деформации эритроцитов,

•от скорости кровотока и зависящего от нее типа течения крови. При ламинарном типе течения жидкости вязкость будет прямо пропорциональна напряжению сдвига (линейно связано со скоростью кровотока) и обратно пропорциональна градиенту скорости между слоями крови (в центре сосуда - больше, в пристеночных слоях - меньше).

где напряжение сдвига - сила взаимодействия движущихся слоев жидкости, которая уменьшается при нарастании линейной скорости тока крови.

При низкой скорости кровотока эффективная вязкость растет за счет уменьшения градиента и может увеличиться в 8-10 раз в мелких сосудах с низкой скоростью кровотока. Последнее не рас­пространяется на капилляры, в которых эффектив­ная вязкость снижается в связи с изменением аг­регации эритроцитов.

При высокой скорости кровотока вязкость рез­ко увеличивается за счет перехода ламинарного типа течения жидкости в турбулентное. Наиболее выражен этот процесс в местах разветвлений и крутых изгибов сосудов (дуга аорты, разветвление сонных артерий и т.д.).

При этом сила трения слоев жидкости и, соот­ветственно, вязкость резко нарастают (возможно при мышечной работе и анемии).

• Гидростатическое давление крови при вер­тикальном положении тела является значимой си­лой, препятствующей кровотоку. Наличие этой силы демонстрируется увеличенным давлением в арте­риях стопы (190 мм ртутного столба против 130 мм
ртутного столба в аорте). Под действием этого дав­ления сосуды ниже сердца (вены) растягиваются и депонируют около 500 мл крови, которая при пе­реходе в горизонтальное положение возвращается к сердцу (клиностатическая проба).

• Влияние сил, действующих на сосуды сна­ружи. Механическое напряжение тканей передается на сосуды. В первую очередь это касается сосу­дов скелетных мышц.

• Длина сосудистого русла. Увеличивается у тучных людей.