Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Физические основы кровообращения

Сердечно-сосудистая система представляет собой сеть для передвижения веществ из одного участка организма человека в другой. Ее эффективное строение позволяет использовать очень ограниченный объем циркулирующей жидкости для того, чтобы регулировать химический состав всей внутренней среды организма человека Входе функционирования сердечно-сосудистой системы используются только процессы дви­жения жидкости и диффузии, пот почему понимание простых физических закономер­ностей, которые управляют данными процессами, является фундаментом для понима­ния функционирования сердечно-сосудистой системы в целом.

Основные уравнения гидродинамики

Одним из наиболее важных ключей к пониманию того, как функционирует сер­дечно-сосудистая система, является представление о взаимоотношениях между физи­ческими факторами, которые определяют скорость потока жидкости через трубу.

Труба, изображенная на рис 1-3, представляет собой участок любого сосуда в организме. Он имеет определенную длину ( L ) и внутренний радиус (г), через который протекает кровь Жидкость течет по трубе только в том случае, когда величины давле­ния жидкости на входе и выходе (Я и Р_о) не равны, т е. когда между концами сосуда есть градиент давления (АР). Градиент давления является движущей силой потока. Поскольку

между движущейся жидкостью и неподвижными стенками трубы возникает трение, то сосуды оказывают сопротивление движению жидкости через них

Это сосудистое сопротивление является мерой того, какое сопротивление испы­тывает поток жидкости при движении через трубу, т е какая часть разности давления тратится на создание потока жидкости Общая связь между потоком, градиентом давления и сопротивлением описывается следующим основным уравнением гидродинамики^-

где Q = скорость потока (объем/ время),

АР= градиент давления (мм рт. ст.¹),

R = сопротивление потоку (мм рт. ст. х время /объем).

Основное уравнение гидродинамики применимо не только в случае единичной трубы, но и к целой сети трубок, например, к сосудистой системе органа или ко всей системе в целом. Например, поток крови через головной мозг определяется разницей давления между мозговыми артериями и венами (в числителе дроби), деленной на общее сопротивление всего сосудистого ложа мозга. Из основного уравнения гидроди­намики видно, что существует только два пути изменения потока крови через орган: (1) изменение градиента давления вето сосудистом русле или (2) изменение его сосуди­стого сопротивления. Чаще всего изменения сосудистого сопротивления органа при­водят к изменениям тока крови через данный орган.

Из работ французского физика Жана Леонарда Мари Пуазейля (1799-1869), который выполнил эксперименты с потоком жидкости через маленькие стеклянные капиллярные трубочки, мы знаем, что сопротивление потоку через цилиндрическую трубку зависит от нескольких факторов, в том числе от радиуса и длины трубки и вязкости жидкости, протекающей по трубке Эти факторы определяют сопротивление току жидкости в соответствии со следующим уравнением:

где г= внутренний радиус трубки,

L = длина трубки,

ц = вязкость жидкости

Обратите внимание, что внутренний радиус трубки в данном уравнении возведен в четвертую степень. Таким образом, даже небольшие изменения величины внутреннего радиуса трубки будут оказывать существенное влияние на сопротивление потоку жид­кости. Например, уменьшение внутреннего радиуса трубки в 2 раза приведет к увели­чению сопротивления потоку жидкости в 16 раз.

Приведенные выше уравнения могут быть объединены в выражение, известное под названием уравнение Пуазейля, которое включает все факторы, влияющие на поток жидкости через цилиндрический сосуд².

¹ Хотя давление наиболее точно выражается в единицах силы на единицу площади, по традиционно давление в сердечно-сосудистой системе выражается в миллиметрах ртутного столба (мм рт ст ) Например, среднее артериальное давление, можно сказать, равняется 100 мы рт ст , поскольку это соответствует давлению, которое создается у основания столбика ртути высотой 100 мм Все величины давления в сердечно-сосудистой системе, соотносятся с атмосферным давлением, которое составляет величину примерно 760 мм рт ст - Уравнение Пуазейля строго применимо только к гомогенным жидкостям, протекающим через ригидные (жесткие) несуживающисся трубки, в том случае, если ток жидкости по ним можно охарактеризовать как ламинарный Хотя не все упомянутые условия строго соблюдаются з любом сосуде организма, допущение достаточное, чтобы сделать общее заключение на основании уравнения Пуазейля

Опять же обратите внимание, что ток жидкости возможен лишь при наличии раз­ности давления. Поэтому не удивительно, что артериальное давление крови является чрезвычайно важным и тщательно регулируемым параметром сердечнососудистой системы. Также обратите внимание еще раз, что приданном градиенте давления вели­чина радиуса трубки оказывает очень большое влияние на интенсивность потока жид­кости внутри трубки. Следовательно, величина кровотока в органах непосредственно регулируется за счет изменения величины радиусов сосудов в данных органах. Хотя длина сосуда и вязкость крови являются факторами, также влияющими на сосудистое сопротивление, они не являются переменными, которыми легко манипулировать с це­лью моментального воздействия на величину кровотока.