Кровообіг, закони гемодинаміки
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 та вихрових рухах.
Силою, що створює тиск у судинній системі, є серце. У людини середнього віку при кожному скороченні серця до судинної системи виштовхується 60-70 мл крові (систолічний об'єм) або 4-5 л/хв (хвилинний об'єм). Рушійною силою крові є різниця тисків, що виникає на початку і в кінці 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. Поряд з ламінарним в судинній системі існує турбулентний рух з характерним завихренням крові. Частинки крові переміщуються не тільки паралельно осі судини, як при ламінарному кровотоку, але і перпендикулярно їй тертя рідини.
Співвідношення між характером перебігу рідини у жорстких трубках і тиском зазвичай визначають за формулою Пуазейля. Використовуючи цю формулу, можна обчислити опір R струму крові залежно від її в'язкості ή, довжини l і радіусу судини:
Судинну систему в цілому можна подати у вигляді послідовно і паралельно з'єднаних трубок різної довжини та діаметра. У разі послідовної сполуки загальний опір становить суму опорів окремих судин: R = R1+ R2 + … + Rn.з'єднанні величину опору обчислюють за іншою формулою: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + . + + 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, у реальних умовах розрахувати величину судинного опору важко. Тому його прийнято визначати як окреме від поділу кров'яного тиску Р на хвилинний об'єм крові Q:
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 P1 і P2 відбивають тиск на початку і в кінці визначеної ділянки.
Основними показниками гемодинаміки є об'ємна швидкість, швидкість кругообігу крові, тиск у різних галузях судинної системи. Об'ємна швидкість руху крові характеризує 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 уздовж судини при ламінарному потоці. Вона виражається в сантиметрах на секунду і визначається як відношення об'ємної швидкості кровотоку Q доплощі поперечного перерізу судини πr2:
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.
Швидкість кругообігу крові відбиває 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.