Гемодинамика. Обьемная и линейная скорости движения крови. Кровяное давление.

Движение крови по сосудам обусловлено градиентом давления в артериях и венах. Оно подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами: давлением,влияющим на движение крови, и сопротивле-нием,которое она испытывает при трении о стенки сосудов.

Силой, создающей давление в сосудистой системе, является работа сердца, его сократительная способность. Сопротивление кровотоку зави-сит прежде всего от диаметра сосудов, их длины и тонуса, а также от объ-ема циркулирующей крови и ее вязкости. При уменьшении диаметра сосу-да в два раза сопротивление в нем возрастает в 16 раз. Сопротивление кро-вотоку в артериолах в 10⁶ раз превышает сопротивление ему в аорте.

Различают объемную и линейную скорости движения крови.

Объемной скоростью кровотока называют количество крови, кото-рое протекает за 1 минуту через всю кровеносную систему. Согласно зако-нам гидродинамики количество жидкости Q, протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (P₁) и в конце (P₂) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости

Q= (P₁ -P₂)/ R

Если применить это уравнение к сосудистой системе человека, то

следует учитывать, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так

Q= P/R

Величина объемной скорости кровотока соответствует МОК и изме-ряется в миллилитрах в 1 мин. Как общая, так и местная объемные скоро-сти кровотока непостоянны и существенно меняются при физических на-грузках.

Линейной скоростью кровотока называют скорость движения час-тиц крови вдоль сосудов. Эта величина (V), измеренная в сантиметрах в 1 с, прямо пропорциональна объемной скорости кровотока (Q) и обратно про-порциональна площади сечения кровеносного русла (pr²),

V= Q /πr²

Линейная скорость, вычисленная по этой формуле, есть средняя ско-рость. В действительности линейная скорость неодинакова: она больше в центре сосуда и меньше около его стенок, выше в аорте и крупных артери-ях и ниже в венах. Самая низкая скорость кровотока в капиллярах, общая площадь сечения которых в 600 – 800 раз больше площади сечения аорты. О средней линейной скорости кровотока можно судить по времени полно-го кругооборота крови. В состоянии покоя оно составляет 21 – 23 с, при тяжелой работе снижается до 8 – 10 с.

При каждом сокращении сердца кровь выбрасывается в артерии под большим давлением. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов ее передвижению в них создается давление, которое называют кровяным давлением.Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого рус-ла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается; в полых венах давление крови меньше атмосферного.

На протяжении сердечного цикла давление в артериях неодинаково: оно выше в момент систолы и ниже при диастоле. Наибольшее давление на-зывают систолическим (максимальным), наименьшее – диастолическим (минимальным). Колебания кровяного давления при систоле и диастоле сердца происходят лишь в аорте и артериях; в артериолах и венах давление крови постоянно на всем протяжении сердечного цикла. Среднее артериаль-ное давление представляет собой ту величину давления, которое могло бы обеспечить течение крови в артериях без колебаний давления при систоле и диастоле. Это давление выражает энергию непрерывного течения крови, по-казатели которого близки к уровню диастолического давления (рис. 42).

Величина артериального давления зависит от сократительной си-лы миокарда, величины МОК, длины, емкости и тонуса сосудов, вязкости крови. Уровень систолического давления зависит, в первую очередь, от силы сокращения миокарда. Отток крови из артерий связан с сопротив-лением в периферических сосудах, их тонусом, что в существенной мере определяет уровень диастолического давления. Таким образом, давление в артериях будет тем выше,чем сильнее сокращения сердца и чем больше периферическое сопротивление (тонус сосудов).

Артериальное давление у человека может быть измерено прямым и косвенным способами. В первом случае в артерию вводится полая игла, соединенная с манометром. Это наиболее точный способ, однако, он мало пригоден для практических целей. Второй, так называемый манжеточный способ, был предложен Рива-Роччи в 1896 г. и основан на определении ве-личины давления, необходимой для полного сжатия артерии манжетой и прекращения в ней тока крови. Этим методом можно определить лишь ве-личину систолического давления. Для определения систолического и диа-столического давления применяется звуковой способ, предложенный Н. С. Коротковым в 1905 г. При этом способе также используется манжета и манометр, но о величине давления судят не по пульсу, а по возникнове-нию и исчезновению звуков, выслушиваемых на артерии ниже места на-ложения манжеты (звуки возникают лишь тогда, когда кровь течет по сжа-той артерии). В последние годы для измерения артериального давления у человека на расстоянии используются радиотелеметрические приборы.

В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолическое дав-ление в плечевой артерии составляет 110 – 120 мм рт. ст., диастолическое – 60 – 80 мм рт. ст. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) артериальное давление до 140/90 мм рт. ст. является нормой, выше этих величин – гипертоническим, а ниже 100/60 мм рт. ст. – гипотониче-ским. Разница между систолическим и диастолическим давлениями назы-вается пульсовым давлением (или пульсовой амплитудой); Оно в среднем равно 40 – 50 мм рт. ст. У людей пожилого возраста кровяное давление выше, чем у молодых; у детей оно ниже, чем у взрослых.

В капиллярах происходит обмен веществ между кровью и тканями, по-этому количество капилляров в организме человека очень велико. Оно боль-ше там, где интенсивнее метаболизм. Например, на единицу площади сер-дечной мышцы капилляров приходится в два раза больше, чем скелетной. Кровяное давление в разных капиллярах колеблется от 8 до 40 мм рт. ст.; скорость кровотока в них небольшая – 0,3 – 0,5 мм/ с.

В начале венозной системы давление крови равно 20 – 30 мм рт. ст., венах конечностей - 5 – 10 мм рт. ст. и в полых венах оно колеблется око-ло 0. Стенки вен тоньше, и их растяжимость в 100 – 200 раз больше, чем у артерий. Поэтому емкость венозного сосудистого русла может возрастать в 5 – 6 раз даже при незначительном повышении давления в крупных венах. В этой связи вены называют емкостными сосудами в отличие от артерий, которые оказывают большое сопротивление току крови и называются ре-зистивными сосудами (сосудами сопротивления).

Линейная скорость кровотока даже в крупных венах меньше,чем в артериях.Например, в полых венах скорость движения крови почти в два раза ниже, чем в аорте. Участие дыхательных мышц в венозном кро-вообращении образно называется дыхательным насосом, скелетных мышц – мышечным насосом.При динамической работе мышц движению крови в венах способствуют оба этих фактора. При статических усилиях приток крови к сердцу снижается, что приводит к уменьшению сердечного выброса, падению артериального давления и ухудшению кровоснабжения головного мозга.

В легких имеется двойное кровоснабжение.Газообмен обеспечи-вается сосудами малого круга кровообращения, т.е. легочными артериями, капиллярами и венами. Питание легочной ткани осуществляется группой артерий большого круга – бронхиальными артериями, отходящими от аор-ты. Легочное русло, пропускающее за одну минуту то же количество кро-ви, что и большой круг, имеет меньшую протяженность. Крупные легоч-ные артерии более растяжимы, чем артерии большого круга. Поэтому они могут вмещать относительно больше крови без существенных изменений кровяного давления. Емкость легочных сосудов непостоянна: при вдохе она увеличивается, при выдохе – уменьшается. Легочные сосуды могут вмещать от 10 до 25 % всего объема крови.

Сопротивление току крови в сосудах малого круга кровообращения примерно в 10 раз меньше, чем в сосудах большого круга. Это в значитель-ной мере обусловлено широким диаметром легочных артериол. В связи с пониженным сопротивлением правый желудочек сердца работает с неболь-шой нагрузкой и развивает давление в несколько раз меньшее, чем левый. Систолическое давление в легочной артерии составляет 25 – 30 мм рт. ст., диастолическое – 5 – 10 мм рт. ст.

Капиллярная сеть малого круга кровообращения имеет поверхность около 140 м². Одномоментно в легочных капиллярах находится от 60 до 90 мл крови. За одну минуту через все капилляры легких проходит 3,5 – 5 л крови, а при физической работе – до 30 – 35 л. Эритроциты проходят через легкие за 3 – 5 с, находясь в легочных капиллярах (где происходит газооб-мен) в течение 0,7 с, при физической работе – 0,3 с. Большое количество сосудов в легких приводит к тому, что кровоток здесь в 100 раз выше, чем в других тканях организма.

Кровоснабжение сердца осуществляется коронарными (венечными) сосудами. В отличие от других органов в сосудах сердца кровоток проис-ходит преимущественно во время диастолы. В период систолы желудочков сокращение миокарда настолько сдавливает расположенные в нем артерии, что кровоток в них резко снижается.

В покое через коронарные сосуды протекает 200 – 250 мл/ мин. кро-ви, что составляет около 5 % МОК. Во время физической работы коронар-ный кровоток может возрасти до 3 – 4 л/ мин. Кровоснабжение миокарда в 10 – 15 раз интенсивнее, чем тканей других органов. Через левую венеч-ную артерию осуществляется 85 % коронарного кровотока, через правую – 15 %.

Регуляция системы крови.

Работа сердца усиливается при увеличении венозного притока кро-ви. Мышца сердца при этом сильнее растягивается во время диастолы, что способствует более мощному последующему ее сокращению. Однако эта зависимость проявляется не всегда. При очень большом притоке кро-ви сердце не успевает полностью освободить свои полости, сокращения его не только не усиливаются, но даже ослабевают.

Главную роль в регуляции деятельности сердца играют нервные и гуморальные влияния.Сердце сокращается благодаря импульсам, по-ступающим от главного водителя ритма, деятельность которого контроли-руется центральной нервной системой.

Нервная регуляция деятельности сердца осуществляется аффе-рентными ветвями блуждающего (парасимпатический отдел ВНС) и сим-патического нервов. Исследование нервной регуляции деятельности сердца началось с открытия в Петербурге в 1845 г. братьями Вебер тормозя-щего влияния блуждающего нерва, а в 1867 г. там же братья Цион обна-ружили ускоряющее влияние симпатического нерва.И. П. Павлов в 1887 г. обнаружил симпатические нервные волокна, усиливающие сердеч-ные сокращения без заметного учащения ритма. По его мнению усили-вающие нервные волокна являются трофическими,т.е. действуют на сердце путем повышения обмена веществ в миокарде.

На основе анализа всех влияний блуждающего и симпатического нервов на сердце создана современная классификация их эффектов. Хро-нотропный эффект характеризует изменение частоты сердечных сокра-щений, батмотропный – изменение возбудимости, дромотропный – из-менение проводимости и инотропный – изменение сократимости. Все эти процессы блуждающие нервы замедляют и ослабляют,а симпатиче-ские –ускоряют и усиливают.

Центры блуждающих нервов находятся в продолговатом мозге. Вторые их нейроны расположены непосредственно в нервных узлах серд-ца. Отростки этих нейронов иннервируют синусно-предсердный (синоат-риальный) и предсердно-желудочковый (атриовентрикулярный) узлы и мышцы предсердий; миокард желудочков блуждающими нервами не иннервируется.

Первые нейроны симпатических нервов расположены в пяти верхних сегментах грудного отдела спинного мозга, отсюда возбуждение передает-ся в шейные и верхние грудные симпатические узлы и далее к сердцу. Им-пульсы с нервных окончаний передаются на сердце посредством медиато-ров. Для блуждающих нервов медиатором служит ацетилхолин, для сим-патических – норадреналин.

Центры блуждающих нервов постоянно находятся в состоянии неко-торого возбуждения (тонуса), степень которого изменяется под влиянием центростремительных импульсов от разных рецепторов тела. При стойком повышении тонуса этих нервов сердцебиения становятся реже, возникает синусовая брадикардия.Т.е. при нормальных условиях кровообращения по блуждающим нервам к сердцу поступают тормозящие влияния. Тонус центров симпатических нервов выражен слабее. Возбуждение в этих цен-трах усиливается при эмоциях и мышечной деятельности, что ведет к уча-щению и усилению сердечных сокращений.

В рефлекторной регуляции работы сердца участвуют центры про-долговатого и спинного мозга, гипоталамуса, мозжечка и коры больших полушарий, а также рецепторы некоторых сенсорных систем (зрительной, слуховой, двигательной, вестибулярной). Большое значение в регуляции сердца и кровеносных сосудов имеют импульсы от сосудистых рецепто-ров, расположенных в рефлексогенных зонах (в дуге аорты, области раз-ветвления сонных артерий и др.). Такие же рецепторы имеются и в самом сердце. Часть этих рецепторов воспринимает изменения давления в сосу-дах (барорецепторы). Хеморецепторы возбуждаются в результате сдвигов химического состава плазмы крови – при увеличении в ней рСО₂ или сни-жения рО₂.

На деятельность сердечно-сосудистой системы влияют импульсы от рецепторов легких, кишечника, раздражение тепловых и болевых рецепто-ров, эмоциональные и условнорефлекторные воздействия. В частности, при повышении температуры тела на 1 °С частота сердцебиений возраста-ет на 10 ударов в мин.

Гуморальная регуляция деятельности сердца осуществляется пу-тем воздействия на него химических веществ, находящихся в крови.

Гуморальные влияния на сердце могут оказываться гормонами, про-дуктами распада углеводов и белков, изменениями рН, ионов калия и каль-ция. Адреналин, норадреналин и тироксин усиливают работу сердца, аце-тилхолин – ослабляет. Снижение рН, увеличение уровня мочевины и мо-лочной кислоты повышают сердечную деятельность. При избытке ионов калия урежается ритм и уменьшается сила сокращений сердца, его возбуди-мость и проводимость. Высокая концентрация калия приводит к расслабле-нию миокарда и остановке сердца в диастоле. Ионы кальция учащают ритм и усиливают сердечные сокращения, повышают возбудимость и проводи-мость миокарда; при избытке кальция сердце останавливается в систоле.

Функциональное состояние сосудистой системы, как и сердца, ре-гулируется нервными и гуморальными влияниями. Нервы, регулирующие тонус сосудов, называются сосудодвигательными и состоят из сосудосу-живающих и сосудорасширяющих. Симпатические нервные волокна, ока-зывают суживающее действие на сосуды кожи, органов брюшной полости, почек, легких и мозговых оболочек, но расширяют сосуды сердца. Сосудо-расширяющие влияния оказываются парасимпатическими волокнами.

Определенные взаимоотношения сосудосуживающих и сосудорас-ширяющих нервов поддерживаются сосудодвигательным центром, распо-ложенным в продолговатом мозге и открытым в 1871 г. В. Ф. Овсяннико-вым. Сосудодвигательный центр состоит из сосудосуживающего (прес-сорного) и сосудорасширяющего (депрессорного) отделов. Главная роль в регуляции тонуса сосудов принадлежит прессорному отделу. Кроме того, существуют высшие сосудодвигательные центры, расположенные в коре головного мозга и гипоталамусе, и низшие – в спинном мозге. Низшая ре-гуляция тонуса сосудов осуществляется и рефлекторным путем. На основе безусловных рефлексов (оборонительных, пищевых, половых) вырабаты-ваются сосудистые условные реакции на слова, вид объектов, эмоции и др.

Основными естественными рецептивными полями, где возникают рефлексы на сосуды, являются кожа, слизистые оболочки (экстероцеп-тивные зоны) и сердечно-сосудистая система (интероцептивные зоны).

Гуморальная регуляция тонуса сосудов осуществляется как сосу-досуживающими, так и сосудорасширяющими веществами. К первой груп-пе относят гормоны мозгового слоя надпочечников – адреналин и норадре-налин, а также задней доли гипофиза – вазопрессин. К числу гуморальных сосудосуживающих факторов относят серотонин, образующийся в слизи-стой оболочке кишечника, в некоторых участках головного мозга и при рас-паде тромбоцитов. Аналогичный эффект оказывает образующееся в почках вещество ренин, который активирует находящийся в плазме глобулин – ги-пертензиноген, превращая его в активный гипертензин (ангиотонин).

В настоящее время во многих тканях тела обнаружено значительное количество сосудорасширяющих веществ. Таким эффектом обладает ме-дуллин, вырабатываемый мозговым слоем почек, и простагландины, обна-руженные в секрете предстательной железы. В подчелюстной и поджелу-дочной железах, в легких и коже установлено наличие весьма активного полипептида – брадикинина, который вызывает расслабление гладкой мускулатуры артериол и понижает кровяное давление. К сосудорасши-ряющим веществам также относятся ацетилхолин, образующийся в окон-чаниях парасимпатических нервов, и гистамин, находящийся в стенках желудка, кишечника, а также в коже и скелетных мышцах (при их работе).

Все сосудорасширяющие вещества, как правило, действуют местно, вызывая дилятацию капилляров и артериол. Сосудосуживающие вещества преимущественно оказывают общее действие на крупные кровеносные сосуды.