АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ КРОВИ В СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ

Выходя из аорты, кровь движется далее по разветвляющимся элементам кровеносной системы и, попадая в капилляры, выполняет свою основную функцию — снабжает кислородом клетки тканей и забирает от них продукты метаболизма.

Общее сечение капилляров примерно в 600—800 раз больше сечения аорты, а как следует из формулы неразрывности струи , скорость течения крови в капиллярах должна быть во столько же раз меньше скорости крови в аорте (в аорте средняя скорость примерно 0,5 м/с, в капиллярах — 0,3-0,5 мм/с). Замедление тока крови в капиллярах имеет важное физиологическое значение, так как при большой скорости кровь не успевала бы обмениваться кислородом и растворенными в ней веществами с клетками и тканям.

Для определения характера движения крови в артериях вычислим число Рейнольдса, приняв плотность крови r = 10³ кг/м³, коэффициент вязкости h = 5×10^-3 Па×с, скорость крови v = 0,5 м/с и диаметр сосуда D = 8 мм = 0,008 м. По формуле

Критическое значение числа Рейнольдса при движении крови по трубе Re_кр» 2000. Таким образом, Re < Re_кр, и движение крови должно быть ламинарным, что, действительно, имеет место при нормальных условиях. В некоторых случаях, например при резком снижении просвета сосудов течение становится турбулентным, что соответствует патологическому отклонению от нормы.

Падение давления на участках потока согласно закону Гагена-Пуазейля пропорционально расходу крови в данном месте потока и егогидравлическому сопротивлению

Если аорта разветвляется на п сосудов меньшего диаметра, общее сечение которых в k раз больше сечения аорты, то падение давления на разветвлениях должно быть в n/k² раз больше падения давления на участке аорты. Конечно, эта формула достаточно приближенная, поскольку при выводе ее мы не учитывали многих отличий кровеносной системы от разветвленных водопроводных труб, однако опыт показывает, что и в кровеносной системе падение кровяного давления в разветвленных сосудах больше, чем в крупных артериях. В артериях давление падает примерно на 20%, в артериолах — на 50%, в капиллярах — на 20% и в венах, в которых скорость кровотока невелика, — на 10%. Стенки кровеносных сосудов неодинаковы по своему строению. В отличие от других сосудов аорта и крупные артерии имеют эластичные стенки, состоящие, помимо мышечных волокон, из эластина и коллагена. Растяжение эластина очень велико, он допускает деформации до 200—300%. Коллаген растягивается меньше (предельная деформация до 10%).

Таким образом, эластичная и мышечная ткани осуществляют регулирование кровеносного русла. С уменьшением диаметра сосудов доля эластичной ткани в них уменьшается, и уже артериолы (диаметр менее 100 мкм) почти полностью состоят из мышечной ткани, растяжимость которой значительно меньше. Стенки капилляров построены всего лишь из нескольких слоев клеток, не покрытых ни эластичной, ни мышечной тканями. По венам кровь течет с малой скоростью (~10 мм/с) и при низком давлении (15—20 мм рт. ст.). Поэтому в их стенках мало эластичных элементов. Внутри вен имеются клапаны, препятствующие обратному течению крови. Клапанов больше в тех венах, в которых кровоток происходит в направлении, обратном направлению силы тяжести.

Течение жидкости по трубкам с эластичными стенками обладает определенной спецификой В результате давления жидкости растягиваются стенки такой трубки, и часть энергии потока превращается в потенциальную энергию упругой деформации стенки. Это явление, малосущественное при постоянном давлении, играет большую роль, когда давление периодически меняется, например, под действием пульсирующего насоса, установленного в начале трубы. Если такой насос проталкивает жидкость в трубу с твердой стенкой, уже заполненную жидкостью, то течение будет резко пульсирующим. Если стенка трубы эластичная, то она вблизи насоса растягивается, и объем жидкости, вмещаемой в этом месте трубой, увеличивается. Затем, когда давление со стороны насоса падает, стенка трубы сокращается и потенциальная энергия стенки переходит в кинетическую энергию жидкости, в результате чего избыток жидкости из начального участка трубы переходит в следующий ее участок, стенка которого сначала тоже растягивается, а затем, сжимаясь, перегоняет жидкость в остальные части трубы, и т. д.

Растяжение и постепенное сжатие стенок эластичной трубы обеспечивают более равномерное протекание в ней жидкости при пульсирующем насосе. Деформация стенки распространяется вдоль трубы и образует так называемую пульсовую волну (рис. 5). Скорость пульсовой волны можно приближенно определять по формуле

,

где Е — модуль Юнга для материала, из которого сделана труба; D и d — соответственно ее внешний и внутренний диаметры; r — плотность жидкости в трубе.

Рис. 5. Образование пульсовой волны в эластичной трубе 1 - клапан, 2 - насос, а — при движении слепа направо поршень насоса открывает клапан и вводит в заполненную трубу дополнительный объем жидкости, который растягиваег стенку трубы у ее основания, б - при остановке поршня давление жидкости закрывает клапан и деформация перемещается вдоль стенки грубы

Вычислим скорость пульсовой волны в артериях, для которых отношение d/D примерно одинаково и равно 0,9. Модуль Юнга для стенок артерий примем Е=10⁶ Н/м². Подставляя эти значения в формулу для скорости пульсовой волны, получаем v_п = 8 м/с, что достаточно хорошо совпадает с измеренными значениями пульсовой волны у человека. Поскольку скорость пульсовой волны зависит от модуля упругости, то она имеет меньшие значения в сосудах эластичного типа и большие в сосудах мышечного типа. При некоторых заболеваниях, а также с возрастом упругость стенок артерий и соответственно модуль упругости возрастают, и скорость пульсовой волны увеличивается. Скорость пульсовой волны легко измерить. Так, от момента сердечного сокращения до появления пульса в лучевой артерии человека проходит около 0,1 с, а расстояние от сердца до места измерения пульса примерно 70 см, что дает значение v_n = 7 м/с. За это время кровь проходит в артерии расстояние всего лишь 5 см.

Эластичность стенок артерий позволяет поддерживать постоянную скорость кровотока и непрерывность снабжения тканей кислородом. Пульсовая волна характеризуется частотой, соответствующей частоте сердечных сокращений, продолжительностью, напряжением, т.е. давлением, которым можно сдавить артерию до исчезновения пульса. Поэтому различают пульс учащенный и уреженный, быстрый и медленный, высокий и низкий. Пульс отражает работу сердца и кровеносных сосудов, и исследование пульса является одним из важных методов медицинской и ветеринарной диагностики. У сельскохозяйственных животных пульс исследуют на определенных артериях: у лошади - на наружной подчелюстной, у коров - на лицевой, у мелких животных - на бедренной.

В процессе старения организма, а также при определенных заболеваниях, чрезмерном питании, а у человека также при злоупотреблении алкоголем и курением возникает атеросклероз - утолщение и уплотнение стенок артерий за счет отложения на их внутренней поверхности холестериновых бляшек, что ведет к сужению просвета артерий и к потере их стенками эластичности. Поскольку, как следует из закона Гагена-Пуазейля, гидравлическое сопротивление трубы растет обратно пропорционально четвертой степени ее радиуса, давление в сосуде увеличивается в такой же степени, так как расход крови в системе остается постоянным. При этом затрудняется работа сердца Кроме того, уменьшение эластичности стенок артерий влечет за собой нарушение равномерности потока крови и ухудшение снабжения кровью клеток и тканей

При падении на границу раздела двух сред любая волна отражается, и отраженная волна складывается с падающей. Отражение пульсовых волн происходит в местах разветвлений кровеносных сосудов (рис. 10, а). Отраженная волна, складываясь с падающей, создает на кривой давления дополнительные импульсы (рис 10, 6). Зная скорость пульсовой волны и время, прошедшее между основным импульсом и импульсом, обусловленным отраженной волной, можно вычислить расстояние, на котором находится место разветвления артерий от точки, в которой измеряется пульс.

Отраженная волна препятствует нормальному потоку крови в артерии и затрудняет работу сердца и всей системы кровообращения Можно показать, что отраженная волна очень мала, если поперечное сечение артерии до разветвления равно сумме поперечных сечений сосудов после разветвления, а именно такое соотношение имеет место у здорового организма. С возрастом и при патологиях разность между сечениями основного сосуда и суммарным сечением разветвлений увеличивается, так как периферические артерии сужаются, а амплитуда отраженной волны пропорциональна этой разности сечений сосудов. Иногда стенка аорты под действием отраженной пульсовой волны расширяется выше нормы Это явление носит название аневризмы аорты и возникает, как правило, в брюшной части аорты немного выше ее разветвления. При сильном расширении стенка аорты может разорваться, что ведет к летальному исходу. Причина возникновения аневризмы не только в возрастании артериального давления в области отраженной волны, но и в изменении механических свойств артериальных стенок с возрастом.

Пульсации крови в сосудистой системе вызывают вибрации всех органов и тканей. Достаточно сильные вибрации приводили бы к нежелательным явлениям в организме, и природа позаботилась свести эти явления к минимуму. В значительной степени пульсации крови, как мы видели, сглаживаются эластичными стенками артерий. Кроме того, топология кровеносной системы такова, что пульсовые волны, отраженные на многочисленных изгибах сосудов, в значительной степени гасят друг друга, так как отраженные волны имеют самые различные фазы.

Движение крови в капиллярах представляет особый интерес. Такие сосуды ничтожно малы, их толщина в 50 раз меньше толщины человеческого волоса, но общая площадь поперечного сечения у человека составляет 50 м², что в 25 раз больше поверхности его тела В теле человека насчитывают до 150 млрд капилляров. Если бы их можно было вытянуть в одну линию, то длина этой линии составила бы 80 тыс. км, что всего лишь в 4,5 раза меньше расстояния от Земли до Луны.

Несмотря на то, что капилляры были обнаружены в 1661 г., нам до сегодняшнего дня далеко не все известно о физических свойствах этих микроскопических сосудов. Не известны точно упругие свойства и структура их стенок. Во многом неясен процесс проталкивания через них эритроцитов, диаметр которых бывает больше диаметра капилляров. Под действием ряда причин просвет капилляров может изменяться. Так, в покоящейся мышце часть капилляров закрыта. Когда же наступает необходимость интенсивного снабжения мышцы кислородом при активной её работе, бездействующие капилляры открываются. Некоторые другие кровеносные сосуды также могут изменять свой просвет под действием условно-рефлекторной деятельности коры головного мозга.

Движение крови в сосудистой системе - очень сложный процесс, на который влияют многие факторы, не поддающиеся пока что строгому учету.

Дата добавления: 2015-11-02 | Просмотры: 2224 | Нарушение авторских прав