Важнейшие законы гемодинамики т. е. учения о движении крови в сосудистой системе, являются общими с законами гидродинамики, т. е. учения о движении жидкости.
Согласно законам гидродинамики, ток жидкости по трубам определяется двумя силами: давлением, под которым движется жидкость, т. е. разностью давлений в начале и в конце трубы, и сопротивлением, которое испытывает текущая жидкость вследствие своей вязкости и трения о стенки трубы и вихревых движений. Первая из этих сил — разность давлений— способствует движению жидкости, вторая — гидравлическое сопротивление — препятствует ему. Отношение разности давлений к сопротивлению определяет объем жидкости, протекающей по трубам в единицу времени, т. е. объемную скорость тока жидкости. Эта зависимость выражается простым уравнением:
Q=P1-P2/R
где Q — объем жидкости; Р1— Р2 — разность давлений в начале и в конце трубы, по которой течет жидкость; R — сопротивление потоку.
Приведенное уравнение позволяет сделать ряд важных для понимания гемодинадшки расчетов. Так, можно вычислить общее периферическое сопротивление движению крови в сосудах большого или малого круга кровообращения.
Исходя из уравнения R = Р1-Р2/Q , для вычисления периферического сопротивления необходимо знать величины давления в начале и в конце каждого из кругов кровообращения и объем крови, которая поступила из желудочков сердца в сосудистую систему и возвратилась к предсердиям. Это количество крови равно минутному объему, так как в нормальных физиологических условиях сердце выбрасывает столько же крови в артерии, сколько к нему поступило. Величины давления в аорте и полой вене или же в легочной артерии и легочной вене могут быть непосредственно измерены в миллиметрах ртутного столба. При этих расчетах необходимо только иметь в виду, что сердце выбрасывает кровь в артериальную систему не непрерывной струей, а ритмически и величины давления крови в артериях на высоте систолы и в конце диастолы различны.
Поэтому при расчетах пользуются величинами среднего давления, которое выражает энергию движения крови в том случае, если бы она вытекала из сердца непрерывной струей. При расчетах периферическое сопротивление выражают в абсолютных физических величинах: в динах·сек/см5. Для того чтобы перевести величины давления, измеренные в миллиметрах ртутного столба, в дины, показатели давления умножают на удельный вес ртути — 13,6 и на ускорение силы тяжести — 980. Объем крови, протекающей через сосуды, выражают в мл/сек.
По данным Н. Н. Савицкого, величина общего периферического сопротивления в сосудах большого круга кровообращения в норме у человека составляет 2500—1400 дин·сек/см5. В сосудах малого круга периферическое сопротивление примерно в 10 раз меньше.
Сопротивление току жидкости тем больше, .чем больше вязкость жидкости (вязкость крови в 6 раз выше, чем воды, вязкость которой принимают за 1), чем больше длина трубки, по которой течет жидкость, и чем меньше ее радиус. Зависимость между этими величинами выражается уравнением Пуазейля:
R=8lη/πr
где η — вязкость жидкости; l — длина; r — радиус трубы.
Уравнение Пуазейля выведено на основании изучения движения жидкости в жестких трубах и не может быть положено в основу точных расчетов сопротивления движению крови в кровеносных сосудах. Оно не учитываст всех реальных условий гемодинамики, в частности эластических войств сосудистой стенки, изменения диаметра сосудов в зависимости от величины давления крови, вихревых движений и др. Вместе с тем это уравнение отражает зависимость сопротивления от ширины и длины сосудов и вязкости крови. В соответствии с уравнением максимально большое сопротивление движению крови имеется в наиболее тонких кровеносных сосудах — артериолах и капиллярах (сопротивление в капиллярах в связи с их малой длиной значительно меньше, чем в более протяженных артериолах).
 |
О сопротивлении в различных сосудах можно судить по разности давления крови в начале и в конце различных сосудов: чем больше сопротивление току крови, тем большая сила затрачивается на ее продвижение по сосуду и, следовательно, тем больше падение давления на протяжении данного сосуда. Как показывают прямые измерения давления крови в разных сосудах, давление на протяжении крупных и средних артерий падает всего на 10%, а в артериолах и капиллярах — на 85 %. Это означает, что 10% энергии, затрачиваемой желудочками на изгнание крови, расходуются на продвижение крови в крупных и средних артериях, а 85% расходуются на движение крови в артериолах и капиллярах. Распределение давления в разных отделах сосудистой системы показано на рис. 37. Рис. 37. Диаграмма изменений систолического, диастолического и среднего давления в разных частях сосудистой системы: 1 — аорта; 2 — крупные артерии; 3 — мелкие артерии; 4 — артериолы; 5 — капилляры; 6 — венулы; 7 — вены; 8 — полые вены. |
Зная объемную скорость тока крови, измеряемую в мл/сек, можно рассчитать линейную скорость кровотока, которая измеряется в мм/сек.
Линейная скорость выражает скорость продвижения вдоль сосуда частиц крови. Линейная скорость (V) равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда: V = Q/πr2. Линейная скорость, вычисленная по этой формуле,— это средняя скорость. В действительности линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока (вдоль продольной оси сосуда) и у сосудистой стенки. В центре потока линейная скорость максимальна, а около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трепне частиц крови о стенки сосуда.
Как уже указывалось, объем крови, протекающей в 1 минуту через аорту или полые—, вены и через легочную артерию или легочные вены, одинаков. Отток вены крови от сердца соответствует ее притоку. Из этого следует, что объем крови, протекшей в 1 минуту через всю артериальную систему— или все артериолы, через все капилляры или всю венозную систему как большого, так и малого круга кровообращения, одинаков. При постоянном же объеме крови, протекшей через любое общее сечение сосудистой системы, должна быть неодинаковой линейная скорость кровотока. Она зависит от общей ширины сосудистого русла. Это и следует из уравнения, выражающего соотношение линейной и объемной скорости: чем больше общая площадь сечения сосудов, тем меньше линейная скорость тока крови. В кровеносной системе самым узким местом является аорта. При разветвлении артерий, несмотря на то что каждая ветвь уже той, от которой она произошла, наблюдается расширение суммарного русла, так как сумма просветов артериальных ветвей больше просвета разветвившейся артерии. Наибольшее расширение русла имеется в капиллярной сети, так как сумма просветов всех капилляров примерно в 600—800 раз больше просвета аорты. Соответственно этому кровь в аорте движется гораздо быстрее, чем в капиллярах.
 |
В венах линейная скорость тока крови снова возрастает по сравнению с капиллярами, так как при слиянии вен друг с другом кровяное русло суживается. В полых венах линейная скорость тока крови достигает половины скорости в аорте. Это распределение скоростей тока крови в кровеносной системе видно из диаграммы на рис. 38. Рис. 38. Диаграмма изменений линейной скорости кровотока в равных отделах сосудистой системы. |
В связи с тем что кровь не вытекает из сердца непрерывной струей, а выбрасывается отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер. Поэтому понятно, что линейная и объемная скорости непрерывно изменяются: они максимальны в аорте и легочной артерии в момент систолы желудочков и уменьшаются во время диастолы. В капиллярах и венах кровоток постоянен во времени и, следовательно, постоянна и линейная его скорость. В этом превращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение свойства артериальной стенки.
Артерии делятся на две группы по строению их стенок. Крупные артерии относятся к сосудам эластического типа, а артерии среднего и малого калибра — к сосудам мышечного типа. Резко выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий обусловливают непрерывный ток крови по всей сосудной систоме.
Значение эластичности сосудистых стенок для выравнивания движения жидкости поясняется следующим опытом: из бака пускают воду прерывной струей одновременно по двум трубкам — резиновой и стеклянной, которые заканчиваются тонкими капиллярами. При этом из стеклянной трубки вода вытекает толчками, тогда как из резиновой она течет равномерно и в большем количестве, чем из стеклянной. Способность эластической трубки выравнивать и увеличивать ток жидкости зависит от того, что в тот момент, когда ее стенки растягиваются порцией жидкости, возникает энергия эластического напряжения трубки, т. е. происходит переход части кинетической энергии давления жидкости в потенциальную энергию эластического напряжения. В сердечно-сосудистой системе часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее крупных артерий. Последниe образуют эластическую, или компрессионную, камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий ее; при этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда же систола заканчивается, то это созданное сердцем эластическое напряжение сосудистых стенок поддерживает кровоток во время диастолы.
