Главная > Болезни > Законы гемодинамики и использование их для объяснения движения крови по сосудам

Законы гемодинамики и использование их для объяснения движения крови по сосудам

Физиологическое назначение сосудистой системы сводится к распределению крови в тканях и органах для обеспечения адекватного кровообращения, как основного условия для поддержания гомеостаза. Кровь это жидкая среда, движущаяся по законам реологии, которые основаны на законах гидродинамики.

Гемодинамика — это наука, изучающая движение крови по сосудам.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕМОДИНАМИКИ.

1. Непрерывность тока крови.

2. Количество крови поступающей в сосуды под высоким давлением равно количеству крови возвращающейся к сердцу из сосудов с низким давлением.

3. Во всех случаях за исключением обменных сосудов, движение крови одностороннее.

4. Движение крови осуществляется по градиенту давления.

5. Закон сохранения крови при ее перераспределение.

6. Закон сохранения энергии. Вся энергия, нагнетаемая в сосудистое русло, расходуется на продвижение крови и преодоление резистентности сосудов.

В 1959 году выдающимся шведским физиологом Бьерном Фолковым впервые была предложена функциональная классификация системы кровообращения:

1. Генератор давления- насос (сердце)

2. Сосуды “котла” (сосуды высокого давления) — аорта и ее ветви.

3. Резистивные сосуды- артериолы.

4. Прекапиллярные сфинктеры- сосуды распределители кровотока.

5. Капилляры (обменные сосуды).

6. Посткапиллярные резистивные сосуды (аккумулирующие).

7. Сосуды возврата крови- полые вены.

8. Шунтирующие сосуды (артерио- венозные анастомозы).

9. Резорбтивные сосуды (лимфатические сосуды).

Основной функцией сердечно-сосудистой системы является поддержание определенного оптимального уровня обменных процессов в органах и тканях организма.

Первый этап — доставка крови (макроциркуляция).

Второй этап — распределение кислорода и питательных веществ через стенку капилляра и вынос продуктов метаболизма (микроциркуляция).

К микроциркуляторному руслу относятся: терминальная артериола, метартериола, прекапиллярные сфинктеры (способны регулировать количество функционирующих капилляров),капилляры, посткапиллярная венула, вена и лимфатический сосуд.

Особенность строения и функции микроциркуляторного русла являются: очень большая обменная поверхность, медленная скорость кровотока (1мм. в секунду) и особое строение стенок капилляров.

Транскапиллярный обмен — процессы обмена жидкостью и растворенными в ней веществами между кровью и тканями. Обеспечивается диффузией, фильтрацией-реабсорбцией и микропиноцитозом. Фильтрационно-реабсорбическое равновесие, это динамическое равновесие между процессами фильтрации в артериальном конце капилляра и реабсорции в венозном конце капилляра.

По материалам biofile.ru

Основные законы гемодинамики и использование их для объяснения движения крови по сосудам. Функциональная структура различных отделов сосудистого русла

Гемодинамика — раздел физиологии кровообращения, использующий законы гидродинамики (физические явления движения жидкости в замкнутых сосудах) для исследования причин, условий и механизмов движения крови в ССС. Гемодинамика определяется двумя силами: давлением, которое оказывает влияние на жидкость, и сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов и вихревых движениях.

Силой, создающей давление в сосудистой системе, является сердце. У человека среднего возраста при каждом сокращении сердца в сосудистую систему выталкивается 60−70 мл крови (систолический объем) или 4−5 л/мин (минутный объем). Движущей силой крови служат разность давлений, возникающая в начале и конце трубки.

Почти во всех отделах сосудистой системы кровоток носит ламинарный характер — кровь движется отдельными слоями параллельно оси сосуда. При этом слой, прилежащий к стенке сосуда, остается практически неподвижным, по этому слою скользит второй, а по нему, в свою очередь, третий и т.д. Форменные элементы крови составляют центральный, осевой поток, плазма движется ближе к стенке сосуда. Следовательно, чем меньше диаметр сосуда, тем ближе располагаются центральные слои к стенке и больше тормозится скорость их движения из-за вязкого взаимодействия со стенкой. В целом это означает, что в мелких сосудах скорость кровотока ниже, чем в крупных. В правильности этого положения легко убедиться сопоставив скорости кровотока в разных участках сосудистого русла. В аорте она составляет 40 см/с, в артериях — от 40 до 10, артериолах — 10 — 0,1, капиллярах — меньше 0,1, венулах — меньше 0,3, венах — 0,3 — 5,0, полой вене — 5 — 20 см/с (К. Шмидт-Ниельсон, 1982).

Наряду с ламинарным в сосудистой системе существует турбулентное движение с характерным завихрением крови. Ее частицы перемещаются не только параллельно оси сосуда, как при ламинарном кровотоке, но и перпендикулярно ей. Результатом такого сложного перемещения является значительное увеличение внутреннего трения жидкости. В этом случае объемная скорость тока крови будет уже не пропорциональной градиенту давления, а примерно равной квадратному корню из него. Турбулентное движение обычно возникает в местах разветвлений и сужений артерий, в участках крутых изгибов сосудов.

Кровь представляет собой взвесь форменных элементов в коллоидно-солевом растворе, она обладает определенной вязкостью, не являющейся величиной постоянной. При протекании крови через капилляр, диаметр которого меньше 1 мм, вязкость уменьшается. Последующее уменьшение диаметра капилляра еще более уменьшает вязкость протекающей крови. Этот гемодинамический парадокс объясняется тем, что во время движения крови эритроциты сосредоточиваются в центре потока. Пристеночный же слой состоит из чистой плазмы с гораздо меньшей вязкостью, по которому легко скользят форменные элементы. В итоге улучшаются условия тока крови и происходит снижение перепадов давления, что, в общем, компенсирует увеличение вязкости крови и снижение скорости ее тока в мелких артериях. Переход от ламинарного движения крови к турбулентному сопровождается значительным ростом сопротивления течению крови.

Соотношение между характером течения жидкости в жестких трубках и давлением обычно определяют по формуле Пуазейля. Используя эту формулу, можно вычислить сопротивление R току крови в зависимости от ее вязкости η, длины l и радиуса r сосуда:

Сосудистую систему в целом можно представить в виде последовательно и параллельно соединённых трубок разной длины и диаметра. В случае последовательного соединения общее сопротивление составляет сумму сопротивлений отдельных сосудов: R = R1 + R2 + . + Rn. При параллельном соединении величину сопротивления вычисляют по другой формуле: 1/R = l/R1 + 1/R2 + l/Rn. Учитывая сложность геометрии сосудов целого организма, ее непостоянство, зависящее от открытия и закрытия шунтов, коллатералей, степени сокращения гладких мышц, эластичности стенок, изменения вязкости крови и других причин, в реальных условиях рассчитать величину сосудистого сопротивления трудно. Поэтому его принято определять как частное от деления кровяного давления Р на минутный объем крови Q:

Для всей сосудистой системы организма в целом эта формула применима лишь при том условии, если в конце системы, т.е. в полых венах вблизи места их впадения в сердце, давление будет близким к нулю. Соответственно при необходимости вычисления сопротивления отдельного участка сосудистой системы формула приобретает вид

Значения Р1 и P2 отражают давление в начале и конце определяемого участка.

Основная кинетическая энергия, необходимая для движения крови, сообщается ей сердцем во время систолы. Одна часть этой энергии расходуется на проталкивание крови, другая — превращается в потенциальную энергию растягиваемой во время систолы эластичной стенки аорты, крупных и средних артерий. Их свойства зависят от наличия эластических и коллагеновых волокон, растяжимость которых примерно в шесть раз выше, чем, например, резиновых нитей той же толщины. Во время диастолы энергия стенки аорты и сосудов переходит в кинетическую энергию движения крови.

Кроме эластичности и растяжимости, т.е. пассивных свойств, сосуды обладают еще способностью активно реагировать на изменение в них кровяного давления. При повышении давления гладкие мышцы стенок сокращаются и диаметр сосуда уменьшается. Таким образом, пульсирующий ток крови, создаваемый функцией сердца, благодаря особенностям аорты и крупных сосудов выравнивается и становится относительно непрерывным.

Основными показателями гемодинамики являются объемная скорость, скорость кругооборота крови, давление в разных областях сосудистой системы.

Объемная скорость движения крови характеризует ее количество (в миллиметрах), протекающее через поперечное сечение сосуда за единицу времени (1 мин). Объемная скорость кровотока прямо пропорциональна перепаду давления в начале и конце сосуда и обратно пропорциональна его сопротивлению току крови. В нормальном организме отток крови от сердца соответствует ее притоку к нему. Это означает, что объем крови, протекающей за единицу времени через всю артериальную и всю венозную систему большого и малого круга кровообращения, одинаков.

Читайте также:  Капли в нос масляные для детей: название, пихтовое и оливковое масло, эффективность

Линейная скорость движения крови характеризует скорость перемещения ее частиц вдоль сосуда при ламинарном потоке. Она выражается в сантиметрах в секунду и определяется как отношение объемной скорости кровотока Q к площади поперечного сечения сосуда πr2:

Полученная таким образом величина является сугубо средним показателем, так как, согласно законам ламинарного движения, скорость перемещения крови в центре сосуда является максимальной и падает в слоях, прилежащих к сосудистой стенке.

Линейная скорость кровотока различна и в отдельных участках сосудистого русла по ходу сосудистого дерева. Она зависит от общей суммы площади просветов сосудов этого калибра в рассматриваемом участке. Наименьшим поперечным сечением характеризуется аорта, в связи с чем и скорость движения крови в ней самая большая — 50−70 см/с. Наибольшей суммарной площадью поперечного сечения обладают капилляры, у млекопитающих она приблизительно в 800 раз больше площади поперечного сечения аорты. Соответственно и скорость крови здесь около 0,05 см/с. В артериях она составляет 20−40 см/с, в артериолах — 0,5 см/с. В силу того, что при слиянии вен их суммарный просвет уменьшается, линейная скорость кровотока снова возрастает, достигая в полой вене 20 см/с.

Кровь выталкивается отдельными порциями, поэтому кровоток в аорте и артериях пульсирует. При этом его линейная скорость возрастает в фазе систолы и снижается во время диастолы. В капиллярной сети в силу особенностей строения предшествующих ей артерий пульсовые толчки исчезают и линейная скорость кровотока приобретает постоянный характер.

Скорость кругооборота крови отражает время, за которое частица крови проходит большой и малый круг кровообращения. Для определения скорости кругооборота обычно используют введение «метки» с последующим контролем ее появления в соответствующей области. У различных насекомых время кругооборота равно 20−30 мин, у крабов — 37−65 с, у кролика — 7 с, у собаки — 16 с. У человека полное время кругооборота составляет 23 с. При этом на прохождение малого круга кровообращения приходится около1/5 времени, а на прохождение большого — нередко4/5.

Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. Кровяное давление. Факторы, обуславливающие величину артериального и венозного кровяного давления. Кровяное давление как одна из физиологических констант организма. Функциональная система, поддерживающая кровяное давление.

По материалам studopedia.ru

Вопрос 128. Основные законы гемодинамики и использование их ждя объяснения движения крови по сосудам. Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам.

Гемодинамика — раздел физиологии кровообращения, использующий законы гидродинамики (физические явления движения жидкости в замкнутых сосудах) для исследования причин, условий и механизмов движения крови в ССС. Гемодинамика определяется двумя силами: давлением, которое оказывает влияние на жидкость, и сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов и вихревых движениях.

Силой, создающей давление в сосудистой системе, является сердце. У человека среднего возраста при каждом сокращении сердца в сосудистую систему выталкивается 60−70 мл крови (систолический объем) или 4−5 л/мин (минутный объем). Движущей силой крови служат разность давлений, возникающая в начале и конце трубки.

Почти во всех отделах сосудистой системы кровоток носит ламинарный характер — кровь движется отдельными слоями параллельно оси сосуда. При этом слой, прилежащий к стенке сосуда, остается практически неподвижным, по этому слою скользит второй, а по нему, в свою очередь, третий и т.д. Форменные элементы крови составляют центральный, осевой поток, плазма движется ближе к стенке сосуда. Следовательно, чем меньше диаметр сосуда, тем ближе располагаются центральные слои к стенке и больше тормозится скорость их движения из-за вязкого взаимодействия со стенкой. В целом это означает, что в мелких сосудах скорость кровотока ниже, чем в крупных. В правильности этого положения легко убедиться сопоставив скорости кровотока в разных участках сосудистого русла. В аорте она составляет 40 см/с, в артериях — от 40 до 10, артериолах — 10 — 0,1, капиллярах — меньше 0,1, венулах — меньше 0,3, венах — 0,3 — 5,0, полой вене — 5 — 20 см/с (К. Шмидт-Ниельсон, 1982).

Наряду с ламинарным в сосудистой системе существует турбулентное движение с характерным завихрением крови. Ее частицы перемещаются не только параллельно оси сосуда, как при ламинарном кровотоке, но и перпендикулярно ей. Результатом такого сложного перемещения является значительное увеличение внутреннего трения жидкости. В этом случае объемная скорость тока крови будет уже не пропорциональной градиенту давления, а примерно равной квадратному корню из него. Турбулентное движение обычно возникает в местах разветвлений и сужений артерий, в участках крутых изгибов сосудов.

Кровь представляет собой взвесь форменных элементов в коллоидно-солевом растворе, она обладает определенной вязкостью, не являющейся величиной постоянной. При протекании крови через капилляр, диаметр которого меньше 1 мм, вязкость уменьшается. Последующее уменьшение диаметра капилляра еще более уменьшает вязкость протекающей крови. Этот гемодинамический парадокс объясняется тем, что во время движения крови эритроциты сосредоточиваются в центре потока. Пристеночный же слой состоит из чистой плазмы с гораздо меньшей вязкостью, по которому легко скользят форменные элементы. В итоге улучшаются условия тока крови и происходит снижение перепадов давления, что, в общем, компенсирует увеличение вязкости крови и снижение скорости ее тока в мелких артериях. Переход от ламинарного движения крови к турбулентному сопровождается значительным ростом сопротивления течению крови.

Соотношение между характером течения жидкости в жестких трубках и давлением обычно определяют по формуле Пуазейля. Используя эту формулу, можно вычислить сопротивление R току крови в зависимости от ее вязкости η, длины l и радиуса r сосуда:

Сосудистую систему в целом можно представить в виде последовательно и параллельно соединённых трубок разной длины и диаметра. В случае последовательного соединения общее сопротивление составляет сумму сопротивлений отдельных сосудов: R = R1 + R2 + . + Rn. При параллельном соединении величину сопротивления вычисляют по другой формуле: 1/R = l/R1 + 1/R2 + l/Rn. Учитывая сложность геометрии сосудов целого организма, ее непостоянство, зависящее от открытия и закрытия шунтов, коллатералей, степени сокращения гладких мышц, эластичности стенок, изменения вязкости крови и других причин, в реальных условиях рассчитать величину сосудистого сопротивления трудно. Поэтому его принято определять как частное от деления кровяного давления Р на минутный объем крови Q:

Для всей сосудистой системы организма в целом эта формула применима лишь при том условии, если в конце системы, т.е. в полых венах вблизи места их впадения в сердце, давление будет близким к нулю. Соответственно при необходимости вычисления сопротивления отдельного участка сосудистой системы формула приобретает вид

Значения Р1 и P2 отражают давление в начале и конце определяемого участка.

Основная кинетическая энергия, необходимая для движения крови, сообщается ей сердцем во время систолы. Одна часть этой энергии расходуется на проталкивание крови, другая — превращается в потенциальную энергию растягиваемой во время систолы эластичной стенки аорты, крупных и средних артерий. Их свойства зависят от наличия эластических и коллагеновых волокон, растяжимость которых примерно в шесть раз выше, чем, например, резиновых нитей той же толщины. Во время диастолы энергия стенки аорты и сосудов переходит в кинетическую энергию движения крови.

Кроме эластичности и растяжимости, т.е. пассивных свойств, сосуды обладают еще способностью активно реагировать на изменение в них кровяного давления. При повышении давления гладкие мышцы стенок сокращаются и диаметр сосуда уменьшается. Таким образом, пульсирующий ток крови, создаваемый функцией сердца, благодаря особенностям аорты и крупных сосудов выравнивается и становится относительно непрерывным.

Читайте также:  Частое мочеиспускание у мужчин болезненные и без боли - причины, диагностика и лечение

Основными показателями гемодинамики являются объемная скорость, скорость кругооборота крови, давление в разных областях сосудистой системы.

Объемная скорость движения крови характеризует ее количество (в миллиметрах), протекающее через поперечное сечение сосуда за единицу времени (1 мин). Объемная скорость кровотока прямо пропорциональна перепаду давления в начале и конце сосуда и обратно пропорциональна его сопротивлению току крови. В нормальном организме отток крови от сердца соответствует ее притоку к нему. Это означает, что объем крови, протекающей за единицу времени через всю артериальную и всю венозную систему большого и малого круга кровообращения, одинаков.

Линейная скорость движения крови характеризует скорость перемещения ее частиц вдоль сосуда при ламинарном потоке. Она выражается в сантиметрах в секунду и определяется как отношение объемной скорости кровотока Q к площади поперечного сечения сосуда πr2:

Полученная таким образом величина является сугубо средним показателем, так как, согласно законам ламинарного движения, скорость перемещения крови в центре сосуда является максимальной и падает в слоях, прилежащих к сосудистой стенке.

Линейная скорость кровотока различна и в отдельных участках сосудистого русла по ходу сосудистого дерева. Она зависит от общей суммы площади просветов сосудов этого калибра в рассматриваемом участке. Наименьшим поперечным сечением характеризуется аорта, в связи с чем и скорость движения крови в ней самая большая — 50−70 см/с. Наибольшей суммарной площадью поперечного сечения обладают капилляры, у млекопитающих она приблизительно в 800 раз больше площади поперечного сечения аорты. Соответственно и скорость крови здесь около 0,05 см/с. В артериях она составляет 20−40 см/с, в артериолах — 0,5 см/с. В силу того, что при слиянии вен их суммарный просвет уменьшается, линейная скорость кровотока снова возрастает, достигая в полой вене 20 см/с.

Кровь выталкивается отдельными порциями, поэтому кровоток в аорте и артериях пульсирует. При этом его линейная скорость возрастает в фазе систолы и снижается во время диастолы. В капиллярной сети в силу особенностей строения предшествующих ей артерий пульсовые толчки исчезают и линейная скорость кровотока приобретает постоянный характер.

Скорость кругооборота крови отражает время, за которое частица крови проходит большой и малый круг кровообращения. Для определения скорости кругооборота обычно используют введение «метки» с последующим контролем ее появления в соответствующей области. У различных насекомых время кругооборота равно 20−30 мин, у крабов — 37−65 с, у кролика — 7 с, у собаки — 16 с. У человека полное время кругооборота составляет 23 с. При этом на прохождение малого круга кровообращения приходится около1/5 времени, а на прохождение большого — нередко4/5.

Движение крови по артериям обусловлено следующими факторами:

1. Работой сердца, обеспечивающего восполнение энергозатрат системы кровообращения.

2. Упругостью стенок эластических сосудов. В период систолы энергия систолической порции крови переходит в энергию деформации сосудистой стенки. Во время диастолы стенка сокращается и ее потенциальная энергия переходит в кинетическую. Это способствует поддержанию снижающегося артериального давления и сглаживанию пульсаций артериального кровотока.

3. Разность давлений в начале и конце сосудистого русла. Она возникает в результате затраты энергии на преодоление сопротивления току крови. Сопротивление кровотоку в сосудах зависит от вязкости крови, длины и, в основном, от диаметра сосудов. Чем он меньше, тем больше сопротивление, а следовательно разность давления в начале и конце сосуда. В сосудистой системе сопротивление изменяется неравномерно. Поэтому неравномерно снижается и кровяное давление. В артериях оно уменьшается на 10%, артериолах и капиллярах на 85%, венах на 5 %. Таким образом, наибольший вклад в общее периферическое сопротивление (ОПС) вносят сосуды резистивного и обменного типа.

При физической работе артериолы и капилляры расширяются поэтому ОПС уменьшается.

Стенки вен более тонкие и растяжимые, чем у артерий. Энергия сердечных сокращений в основном уже затрачена на преодоление сопротивления артериального русла. Поэтому давление в венах невысокое и требуются дополнительные механизмы, способствующих венозному возврату к сердцу.Венозный кровоток обеспечивают следующие факторы:

1. Разность давлений в начале и конце венозного русла.

2. Сокращения скелетных мышц при движении, в результате которых кровь выталкивается из периферических вен к правому предсердию.

3. Присасывающее действие грудной клетки. На вдохе давление в ней становится отрицательным, что способствует венозному кровотоку.

4. Присасывающее действие правого предсердия в период его диастолы. Расширение его полости приводит к появлению отрицательного давления в нем.

5. Сокращения гладких мышц вен.

Движение крови по венам к сердцу связано и с тем, что в них имеются выпячивания стенок, которые выполняют роль клапанов.

По материалам studopedia.ru

Функциональная характеристика различных отделов сосудистого русла. Основные законы гидродинамики и использование их для объяснения движения крови по кровеносным сосудам 3284

Гемодинамика изучает закономерности движения крови по сосудам.

Функциональные группы сосудов:

1)амортизирующие,илимагистральные (аорта, легочная артерия, крупные артерии): растягиваются во время систолы;

2) резистивные(сосуды сопротивления, мелкие артерии и артериолы): обладают наибольшим сопротивлением кровотоку, т.к. в их стенке содержится толстый мышечный слой, при сокращении которого уменьшается кровоток в отдельные органы или их отдельные участки;

3) обменные(капилляры), в которых происходит обмен водой, газами, неорганическими и органическими веществами между кровью и тканями;

4) емкостные,илиаккумулирующие(вены): благодаря высокой растяжимости, они могут вмещать большие объемы крови;

5) шунтирующие – анастомозы, соединяющие между собой артерии и вены;

6) сосуды возврата крови в сердце (средние, крупные и полые вены).

Важнейшим показателем движения крови по сосудам является объемная скорость кровотока(Q), т.е. объем крови, протекающий через поперечное сечение сосуда в единицу времени (л/мин).Движущая сила кровотока определяется энергией, задаваемой сердцем потоку крови в сосудах, иградиентом давления, т.е. разницей давления между отделами сосудистого русла: кровь течет от области высокого давления (Р1) к области низкого давления (Р2).

Сопротивление сосудов (R) противодействует движению крови. Исходя из этого,

Это основной закон гемодинамики: количество крови, протекающей через поперечное сечение сосуда в единицу времени, прямо пропорционально разности давления в начале и в конце сосуда и обратно пропорционально его сопротивлению.

Важно помнить, что объемная скорость кровотокав разных отделах сосудистого русла в данный момент времени одинакова, т.к. кровеносная система замкнутая, следовательно, через любое поперечное сечение ее в единицу времени проходит одно и то же количество крови: Q1 = Q2 = Qn = 4 – 6 л/мин.

Другим важным показателем гемодинамики является линейная скорость кровотока (V), т.е. скорость перемещения крови вдоль сосуда при ламинарном кровотоке. Она выражается в сантиметрах в секунду (см/с) и определяется как отношение объемной скорости кровотока (Q) к площади поперечного сечения сосуда (π r 2 ):

Линейная скорость кровотока прямо пропорциональна объему крови и обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосудов. При подсчете площади поперечного сечения сосудов учитывается общая сумма площади просветов сосудов этого калибра (например, всех капилляров) в данном участке.

Систолический объем (СО) – это объем крови, выброшенный левым желудочком в аорту за 1 сокращение. В покое составляет примерно 50-60 мл. Минутный объем кровотока (МОК) – это количество крови, выброшенное сердцем в кровоток за 1 минуту. В покое примерно равен 4-6 л/мин.

Факторы, обеспечивающие венозный возврат крови к сердцу:

2. Градиент давления между артериальным и венозным руслом.

3. Сокращения скелетных мышц.

4. Отрицательное давление в грудной полости – присасывающее действие грудной клетки.

5. Наличие полулунных клапанов в венах, препятствующих обратному току крови по венам.

По материалам studepedia.org

Добавить комментарий