Особенности системы кровообращения

1)замкнутость сосудистого русла, в который включен насосный орган сердце;

2)эластичность сосудистой стенки (эластичность артерий больше эластичности вен, однако емкость вен превышает емкость артерий);

3)разветвленность кровеносных сосудов (отличие от других гидродинамических систем);

4)разнообразие диметра сосудов (диаметр аорты равен 1,5 см, а капилляров 8-10 мкм);

5)в сосудистой системе циркулирует жидкость-кровь, вязкость которой в 5 раз выше вязкости воды.

Типы кровеносных сосудов:

1)магистральные сосуды эластического типа: аорта, крупные артерии, отходящие от нее; в стенке много эластических и мало мышечных элементов, вследствие этого данные сосуды обладают эластичностью и растяжимостью; задача данных сосудов состоит в преобразовании пульсирующего кровотока в плавный и непрерывный;

2)сосуды сопротивления или резистивные сосуды- сосуды мышечного типа, в стенке высокое содержание гладкомышечных элементов, сопротивление которых меняет просвет сосудов, а следовательно и сопротивление кровотоку;

3)обменные сосуды или «обменные герои» представлены капиллярами, которые обеспечивают протекание процесса обмена веществ, выполнение дыхательной функции между кровью и клетками; количество функционирующих капилляров зависит от функциональной и метаболической активности в тканях;

4)сосуды шунта или артерио-венулярные анастомозы напрямую связывают артериолы и венулы; если данные шунты открыты, то кровь сбрасывается из артериол в венулы, минуя капилляры, если же закрыты, то кровь идет из артериол в венулы через капилляры;

5)емкостные сосуды представлены венами, для которых характерна большая растяжимость, но малая эластичность, данные сосуды вмещают до 70 % всей крови, существенно влияют на величину венозного возврата крови к сердцу.

Кровоток.

Движение крови подчиняется законам гидродинамики, а именно происходит из области большего давления в область меньшего.

Количество крови, протекающей через сосуд прямо пропорционально разнице давлений и обратно пропорционально сопротивлению:

Q=(p1—p2) /R= ∆p/R, где Q-кровоток, p-давление, R-сопротивление;

Аналог закона Ома для участка электрической цепи:

I=E/R, где I-сила тока, E-напряжение, R-сопротивление.

Сопротивление связано с трением частиц крови о стенки сосудов, что обозначается как внешнее трение, также существует и трение между частицами- внутреннее трение или вязкость.

Закон Гагена Пуазеля:

R=8ηl/πr⁴, где η- вязкость, l- длина сосуда, r- радиус сосуда.

Q=∆pπr⁴/8ηl.

Этими параметрами определяется количество протекающей крови через поперечное сечение сосудистого русла.

Для движения крови имеет значение не абсолютные величины давлений, а разница давлений:

р1=100 мм рт ст, р2=10 мм рт ст, Q =10 мл/с;

р1=500 мм рт ст, р2=410 мм РТ ст, Q=10 мл/с.

Физическая величина сопротивление кровотоку выражается в Дин*с/см⁵. Были введены относительные единицы сопротивления: R=p/Q. Если р= 90 мм рт ст, Q= 90 мл/с, то R= 1 – единица сопротивления.

Величина сопротивления в сосудистом русле зависит от расположения элементов сосудов.

Если рассматривается величины сопротивлений, возникающих в последовательно соединенных сосудах, то общее сопротивление будет равно сумме сосудов в отдельных сосудах: R=R1+R2+…+Rn.

В сосудистой системе кровоснабжение осуществляется за счет ветвей, отходящих от аорты и идущих параллельно:

R=1/R1 + 1/R2+…+ 1/Rn, то есть общее сопротивление равно сумме величин обратных сопротивлению в каждом элементе.

Физиологические процессы подчиняются общим физическим законам.

Сердечный выброс.

Сердечный выброс-количество крови, выталкиваемой сердцем в единицу времени:

-систолический (за время 1 систолы);

-минутный объем крови или МОК определяется двумя параметрами, а именно систолическим объемом и частотой сердечных сокращений.

Величина систолического объема в покое составляет 65-70 мл, является одинаковой для правого и левого желудочков. В покое желудочки выталкивают 70 % конечного диастолического объема, к концу систолы в желудочках остается 60-70 мл крови.

V сист ср=70мл, ν ср=70 ударов в мин, V мин=V сист * ν= 4900 мл в мин ~ 5 л/мин.

Непосредственно определить V мин трудно, для этого используется пулометр (инвазивный метод).

Был предложен косвенный метод на основе газообмена.

Метод Фика (метод определения МОК).

МОК= О2 мл/мин / А – VО2 мл/л крови.

1. Потребление О2 за минуту составляет 300 мл;

2. Содержание О2 в артериальной крови = 20 об %;

3. Содержание О2 в венозной крови = 14 об %;

4. A-V (артерио-венозная разница) по кислороду = 6 об % или 60 мл крови.

МОК= 300 мл/60мл/л = 5л.

Величина систолического объема может быть определена как V мин/ν. Систолический объем зависит от силы сокращений миокарда желудочков, от величины наполнения кровью желудочков в диастолу.

Закон Франка-Старлинга устанавливает , что систола – функция диастолы.

Величина минутного объема определяется изменением ν и систолическим объемом.

При физической нагрузке величина минутного объема может возрастать до 25-30 л, систолический объем возрастает до 150 мл, ν достигает 180-200 ударов в минуту.

Реакции физически тренированных людей касаются прежде всего изменения систолического объема, нетренированных – частоты, у детей лишь за счет частоты.

МОК= 5л.

Распределение МОК.

Механическая работа сердца.

1.потенциальный компонент направлен на преодоление сопротивления движению крови;

2.кинетический компонент направлен на придание скорости движению крови.

Величина А сопротивления определяется массой грузы, перемещенного на определенное расстояние, определена Генцом:

1.потенциальный компонент Wn=P*h, h-высота, P= 5 кг:

-среднее давление в аорте равно 100 мл рт ст= 0,1 м * 13,6(удельный вес)=1,36,

Wn лев жел = 5* 1,36 = 6,8 кг*м;

-среднее давление в легочной артерии составляет 20 мм рт ст = 0,02 м * 13,6(удельный вес) = 0,272 м, Wn пр жел = 5 * 0,272 = 1,36 ~ 1,4 кг*м.

2.кинетический компонент Wk == m * V² / 2 , m = P / g , Wk = P * V² / 2 *g, где V – линейная скорость кровотока, Р = 5 кг, g = 9,8 м /с², V = 0,5 м /с; Wk = 5*0,5² / 2*9,8 = 5*0,25 / 19,6 = 1,25 / 19,6 = 0,064 кг / м*с.

30 тонн на 8848 м поднимает сердце за всю жизнь, за сутки ~ 12000 кг / м.

Непрерывность движения крови определяется:

1.работой сердца, постоянством движения крови;

2.эластичностью магистральных сосудов: в систолу аорта растягивается за счет наличия в стенке большого количества эластических компонентов, в них происходит накопление энергии, которая аккумулируется сердцем во время систолы, по прекращении выталкивания крови сердцем эластические волокна стремятся вернуться в прежнее состояние, передавая энергию крови, в результате чего создается плавный непрерывный поток;

3.в результате сокращения скелетных мышц происходит сдавливание вен, давление в которых при этом повышается, что приводит к проталкиванию крови по направлению к сердцу, клапаны вен препятствуют при этом обратному току крови; если долго стоим, то кровь не оттекает, так как нет движения, в результате нарушается приток крови к сердцу , как следствие возникает обморок;

4.когда кровь приходит в нижнюю полую вену, то вступает в действие фактор наличия «-» межплеврального давления, что обозначается как присасывающий фактор, при этом чем более «-» давление, тем лучше осуществляется приток крови к сердцу;

5.сила напора сзади VIS a tergo, т.е. проталкивание новой порции впереди лежащей.

Движение крови оценивается определением объемной и линейной скорости кровотока.

Объемная скорость - количество крови, проходящей через поперечное сечение сосудистого русла в единицу времени: Q = ∆p / R , Q = Vπr⁴. В покое МОК = 5 л / мин, объемная скорость кровотока на каждом сечении сосудистого русла будет постоянна ( через все сосуды в мин проходи 5 л ), однако каждый орган получает разное количество крови, вследствие этого Q распределяется в % соотношении, для отдельного органа необходимо знать давление в артерии, вене, по которым осуществляется кровоснабжение, а также давление внутри самого органа.

Линейная скорость – скорость движения частиц вдоль стенки сосуда: V = Q / πr⁴

По направлению от аорты суммарная площадь сечения возрастает, достигает максимума на уровне капилляров, суммарный просвет которых в 800 раз больше просвета аорты; суммарный просвет вен в 2 раза больше суммарного просвета артерий, так как каждую артерию сопровождают две вены, поэтому линейная скорость больше.

Кровоток в сосудистой системе ламинарный, каждый слой движется параллельно другому слою, не смешиваясь. Пристеночные слои испытывают большое трение, в результате скорость стремится к 0, по направлению к центру сосуда скорость возрастает, достигая в осевой части максимального значения. Ламинарный кровоток бесшумный. Звуковые явления возникают в том случае, когда ламинарный кровоток переходит в турбулентный ( возникают завихрения) : Vc = R * η / ρ * r, где R – число Рейнольдса, R = V * ρ * r / η. Если R > 2000 , то поток переходит в турбулентный, что наблюдается при сужении сосудов, при возрастании скорость в местах разветвления сосудов или возникновении препятствий на пути. Турбулентный кровоток имеет шумы.

Время кругооборота крови - время, за которое кровь проходит полный круг (и малый, и большой).Составляет 25 с, что приходится на 27 систол ( 1/5 на малый – 5с, 4/5 на большой – 20с). В норме циркулирует 2,5 л крови, гругооборот25с, что достаточно для обеспечения МОК.

Кровяное давление.

Кровяное давление– давление крови на стенки сосудов и камер сердца, является важным энергетическим параметром, ибо это фактор, обеспечивающий движение крови.

Источник энергии – сокращение мускулатуры сердца, выполняющего насосную функцию.

Различают:

- артериальное давление;

- венозное давление;

- внутрисердечное давление;

- капиллярное давление.

Величина давления крови отражает ту величину энергии, которая отражает энергию движущегося потока. Эта энергия складывается из потенциальной, кинетической энергии и потенциальной энергии тяжести: E = P+ ρV²/2 + ρgh, где P – потенциальная энергия, ρV²/2 – кинетическая энергия, ρgh – энергия столба крови или потенциальная энергия тяжести.

Наиболее важным является показатель артериального давления, отражающий взаимодействие многих факторов, тем самым являющийся интегрированным показателем, отражающим взаимодействие следующих факторов:

- систолический объем крови;

- частота и ритм сокращений сердца;

- эластичность стенок артерий;

- сопротивление резистивных сосудов;

- скорость крови в емкостных сосудах;

- скорость циркулирующей крови;

- вязкость крови;

- гидростатическое давление столба крови: P = Q * R.

В артериальном давлении различают боковое и конечное давление. Боковое давление – давление крови на стенки сосудов, отражает потенциальную энергию движения крови. Конечное давление – давление, отражающее сумму потенциальной и кинетической энергии движения крови.

По мере движения крови происходит снижение обоих видов давлений , так как энергия потока тратится на преодоление сопротивления, при этом максимальное снижение происходит там, где суживается сосудистое русло, где необходимо преодолеть наибольшее сопротивление.

Конечное давление больше бокового на 10-20 мм рт ст. Разность называют ударным или пульсовым давлением.

Артериальное давление не является стабильным показателем, в естественных условиях меняется во время сердечного цикла, в артериальном давлении различают:

- систолическое или максимальное давление ( давление, устанавливающееся в период систолы желудочков);

- диастолическое или минимальное давление, которое возникает в конце диастолы;

- разность между величиной систолического и диастолического давлений – пульсовое давление;

- среднее артериальное давление, отражающее движение крови, если бы пульсовые колебания отсутствовали.

В разных отделах давление будет принимать различные значения. В левом предсердии систолическое давление равно 8-12 мм рт ст, диастолическое равно 0, в левом желудочке сист = 130 , диаст = 4, в аорте сист =110-125 мм рт ст, диас = 80-85, в плечевой артерии сист = 110-120, диаст = 70-80, на артериальном конце капилляров сист 30-50, но здесь отсутствуют колебания, на венозном конце капилляров сист = 15-25, мелких венах сист = 78-10 ( в среднем 7,1 ), в полых венах сист = 2-4, в правом предсердии сист = 3-6 ( в среднем 4,6 ), диаст = 0 или «-», в правом желудочке сист = 25-30, диаст = 0-2, в легочном стволе сист = 16-30, диаст = 5-14, в легочных венах сист = 4-8.

В большом и малом круге происходит постепенное снижение давления, которое отражает расход энергии, идущей на преодоление сопротивления. Среднее давление не является средним арифметическим, например, 120 на 80, среднее 100 – неверное данное, так как продолжительность систолы и диастолы желудочков различна по времени. Для расчета среднего давления были предложены две математические формулы:

Ср р = (р сист + 2*р дисат)/3, например, (120 + 2*80)/3 = 250/3 = 93 мм рт ст, смещено в сторону диастолического или минимального.

Ср р = р диаст + 1/3 * р пульсовое, например, 80 + 13 = 93 мм рт ст.