ФУНКЦІЇ КРОВООБІГУ
Гемодинаміка -розділ фізіології кровообігу, який використовує закони гідродинаміки (фізичні явища руху рідини в замкнутих судинах) для дослідження причин, умов та механізмів руху крові в серцево-судинній системі. Гемодинаміка визначається двома силами: тиском, який впливає на рідину, і опором, який вона відчуває при терті об стінки судин і вихрових рухах.
Силою, що створює тиск у судинній системі, є серце. У людини середнього віку при кожному скороченні серця в судинну систему виштовхується 60-70 мл крові(систолічний об'єм)або 4-5 л/хв(хвилинний об'єм). тисків, що виникає на початку та наприкінці трубки.
Майже у всіх відділах судинної системи кровотік носить ламінарний характер - кров рухається окремими шарами паралельно осі судини. При цьому шар, що прилягає до стінки судини, залишається практично нерухомим, по цьому шару ковзає другий, а по ньому, своєю чергою, третій і т. д. Форменні елементи крові складають центральний, осьовий потік, плазма рухається ближче до стінки судини. Отже, чим менше діаметр судини, тим ближче розташовуються центральні шари до стінки і більше гальмується швидкість руху через в'язкого взаємодії зі стінкою. Загалом це означає, що у дрібних судинах швидкість кровотоку нижча, ніж у великих. У правильності цього становища легко переконатися, зіставивши швидкості кровотоку різних ділянках судинного русла. В аорті вона становить 50-70 см/с, в артеріях - від 40 до 10, артеріолах - 10-0,1, капілярах - менше 0.1, венула - менше 0,3, венах - 0,3-5,0, порожній вені - 5-20 см/с.
Поряд із ламінарним у судинній системі існуєтурбулентний рухз характерним завихренням крові. Частинки крові переміщуються не тільки паралельно осі судини, як при ламінарному кровотоку, але і перпендикулярно їй. Результатом такого складного переміщення є значне збільшення внутрішнього тертя рідини. В цьому випадку об'ємна швидкість струму крові буде вже не пропорційною градієнту тиску, а приблизно дорівнює квадратному кореню з нього. Турбулентний рухзвичайале виникає в місцях розгалужень і звужень артерій, в ділянках крутих вигинів судин.
Кров являє собою завись формених елементів в колоїдно-сольовому розчині, вона має певну в'язкість, не є величиною постійною. При протіканні крові через капіляр, діаметр якого менше 1 мм, в'язкість зменшується. Подальше зменшення діаметра капіляра ще більше зменшує в'язкість крові. Цей гемодинамічний феномен пояснюється тим, що під час руху крові еритроцити зосереджуються у центрі потоку. Пристінковий шар складається з чистої плазми з набагато меншою в'язкістю, по якому легко ковзають формені елементи. У результаті покращуються умови струму крові та відбувається зниження перепадів тиску, що, загалом, компенсує збільшення в'язкості крові та зниження швидкості її струму у дрібних артеріях. Перехід від ламінарного руху крові до турбулентного супроводжується значним зростанням опору крові.
Співвідношення між характером перебігу рідини в жорстких трубках і тиском зазвичай визначають за формулою Пуазейля. Використовуючи цю формулу, можна обчислити опір току крові в залежності від її в'язкості,> довжиниlі радіусуrсудини:
Судинну систему в цілому можна подати у вигляді послідовно і паралельно з'єднаних трубок різноюдовжини та діаметру. У разі послідовної сполуки загальний опір становить суму опорів окремих судин:R= R 1 +R2 +… + R n . При паралельному з'єднанні величину опору обчислюють за іншою формулою:1/R= 1/R1+1/ R 2 + . + +1/Rn.Враховуючи складність геометрії судин цілого організму, її мінливість, що залежить від відкриття та закриття шунтів, колатералей, ступеня скорочення гладких м'язів, еластичності стінок , Зміни в'язкості крові та інших причин, в реальних умовах розрахувати величину судинного опору важко. Тому його прийнято визначати як окреме від поділу кров'яного тискуРна хвилинний об'єм кровіQ:
Для всієї судинної системи організму в цілому ця формула застосовна лише за умови, якщо в кінці системи, тобто в порожнистих венах поблизу місця їх впадання в серце, тиск буде близьким до нуля. Відповідно при необхідності обчислення опору окремої ділянки судинної системи формула набуває вигляду
Значення P 1 і P 2 відбивають тиск на початку і кінці ділянки, що визначається.
Основна кінетична енергія,необхідна для руху крові, повідомляється їй серцем під час систоли. Одна частина цієї енергії витрачається на проштовхування крові, інша - перетворюється на потенційну енергію еластичної стінки аорти, великих і середніх артерій, що розтягується під час систоли. Їх властивості залежать від наявності еластичних та колагенових волокон, розтяжність яких приблизно у шість разів вища, ніж, наприклад, гумових ниток тієї ж товщини. Під час діастоли енергія стінки аорти та судин переходить у кінетичну енергію руху крові.
Крім еластичності та розтяжності, тобто.пасивних властивостей, судини мають ще здатність активно реагувати зміну них кров'яного тиску. При підвищенні тиску гладкі м'язи стін скорочуються і діаметр судини зменшується. Таким чином, пульсуючий струм крові, що створюється функцією серця, завдяки особливостям аорти та великих судин вирівнюється і стає відносно безперервним.
Основними показниками гемодинамікиє об'ємна швидкість, швидкість кругообігу крові, тиск у різних областях судинної системи.
Об'ємна швидкість руху кровіхарактеризує її кількість (у мілілітрах), що протікає через поперечний переріз судини за одиницю часу (1 хв). Об'ємна швидкість кровотоку прямо пропорційна перепаду тиску на початку і в кінці судини і обернено пропорційна його опору току крові. В організмі відтік крові від серця відповідає її припливу до нього. Це означає, що обсяг крові, що протікає за одиницю часу через всю артеріальну та всю венозну систему великого та малого кола кровообігу, однаковий.
Лінійна швидкість руху крові (v)характеризує швидкість переміщення її частинок вздовж судини при ламінарному потоці. Вона виражається в сантиметрах на секунду і визначається як відношення об'ємної швидкості кровотокуQдо площі поперечного перерізу судини π r 2 :
Отримана таким чином величина є суто середнім показником, оскільки, згідно із законами ламінарного руху, швидкість переміщення крові в центрі судини є максимальною і падає в шарах, що належать до судинної стінки.
Лінійна швидкість кровотоку різна й у окремих ділянках судинного русла у процесі судинного дерева. Вона залежить від загальної суми площі просвітів судин цього калібру в ділянці, що розглядається.Найменшим поперечним перерізом характеризується аорта, у зв'язку з чим швидкість руху крові у ній найбільша — 50—70 див/с. Найбільшою сумарною площею поперечного перерізу мають капіляри, у ссавців вона приблизно 600—800 разів більше площі поперечного перерізу аорти. Відповідно, і швидкість крові тут близько 0,05 см/с. В артеріях вона становить 20-40 см/с, в артеріолах – 0,5 см/с. У силу того, що при злитті вен їхній сумарний просвіт зменшується, лінійна швидкість кровотоку знову зростає, досягаючи в порожній вені 20 см/с (рис. 9.30).
Кров виштовхується окремими порціями, тому кровотік в аорті та артеріях пульсує. При цьому його лінійна швидкість зростає у фазі систоли та знижується під час діастоли. У капілярній мережі через особливості будови попередніх їй артерій пульсові поштовхи зникають і лінійна швидкість кровотоку набуває постійного характеру.
Мал. 9.30 Співвідношення об'ємної та лінійної швидкостей кровотоку в різних відділах судинного русла
А - лінійна швидкість кровотоку по ходу судинного русла; Б - різні за висотою, але рівні за обсягом циліндри, що зображують об'ємну сумарну швидкість кровотоку; В - сумарний просвіт судин: 1 - артерії, 2 - капіляри, 3 - вени (капілярний просвіт повинен перевищувати просвіт аорти в 600-800 разів); hi , h 2, h 3 - Висота циліндра (довжина відрізка судини); SI, S 2, S3 - сумарний просвіт судин у різних відділах русла.
Швидкість кругообігу кровівідбиває час, протягом якого частка крові проходить велике і мале коло кровообігу. Для визначення швидкості кругообігу зазвичай використовують запровадження радіоактивної мітки з наступним контролем її появи у відповідній області. У різних комах час кругообігу дорівнює 20-30 хв, украбів - 37-65 с, у кролика - 7 с, у собаки - 16 с. У людини мінімальний час повного кругообігу становить 20-23 с. У цьому проходження малого кола кровообігу припадає близько 1/5 часу, але в проходження великого — нерідко 4/5.