Сосудистое сопротивление и вязкость крови

В соответствии с основным уравнением гемодинамики объемная скорость кровотока в системе циркуляции зависит от сосудистого сопротивления. Последнее, в свою очередь, определяется прежде всего просветом (диаметром) сосудов, а также вязкостью крови.

Сопротивление кровотоку. Сосудистое сопротивление кровотоку есть препятствие (помеха) току крови по сосудам. Оно возникает в результате трения между кровью и стенками сосудов.

Движение крови в сосудах (за исключением ближайших к сердцу) носит ламинарный характер, т. е. представляет собой скольжение слоев (лат. ламина — слой) жидкости друг относительно друга без перемешивания и обмена жидкостью между слоями. Когда скорость движения крови превышает критическую, ламинарный ток крови нарушается и превращается в турбулентный (вихревой). В ближайших к сердцу сосудах (особенно аорте) и в желудочках сердца скорость движения крови столь велика, что ее ток носит турбулентный характер: слои жидкости движутся нерегулярно и смешиваются друг с другом.

Сопротивление ламинарному току крови (R), согласно основному уравнению гемодинамики, прямо пропорционально градиенту давления (P) и обратно пропорционально величине кровотока (Q): R = P/Q. Сопротивление нельзя измерить прямыми методами — оно рассчитывается по указанной формуле на основании данных измерения кровотока (Q) и градиента давления (Р).

Если градиент давления между двумя точками в сосуде равен 1 мм рт. ст., а кровоток — 1 мл/с, то сопротивление составляет одну единицу периферического сопротивления: ЕПС = ММ рт. ст./мл/с . В системе CGS (см—г—с) ЕПС выражается в дин х с/см⁵ и рассчитывается по формуле:

У молодого человека сердечный выброс в покое близок к 100 мл/с, градиент давления от системных артерий до вен — около 100 мм рт. ст., поэтому общее сопротивление всей системной циркуляции составляет примерно 1 ЕПС или в системе CGS— 1333 дин х с/см⁵. Градиент давления в легочной циркуляции—около 10 мм рт. ст. (среднее АД з легочной артерии — 14 мм рт. ст., среднее давление в левом предсердии — 4 мм рт. ст.), а кровоток (сердечный выброс) такой же, как и в системной циркуляции. Следовательно, общее сопротивление всей легочной циркуляции — порядка 0,1 ЕПС (10 мм рт. ст., деленное на 100 мл/с), т. е. в 10 раз меньше, чем в системной циркуляции.

Величина сопротивления кровотоку зависит от следующих факторов: длины сосуда (L), радиуса сосуда (r) и вязкости крови (ɳ). Влияние этих факторов на сосудистое сопротивление определяется следующей формулой:

Подставляя эту формулу в основное уравнение гемодинамики вместо R, получаем полное уравнение Пуазейля — Хагена, из которого следует, что объемная скорость кровотока прямо пропорциональна разнице давления между двумя концами сосудистой цепи и радиусу сосуда в четвертой степени и обратно пропорциональна длине сосуда и вязкости крови:

При турбулентности потеря энергии (сопротивление) возрастает, так что при одинаковом градиенте давления кровоток при турбулентном движении меньше, чем при ламинарном токе.

Влияние длины сосудов на сопротивление кровотоку. Чем длиннее сосуды, тем больше их поверхность, вдоль которой должна двигаться кровь, и тем соответственно больше трение между кровью и стенками сосудов. Поэтому сопротивление кровотоку прямо пропорционально длине сосудов. На рис. 65, В видно, что при прочих равных условиях между длиной сосудов и количеством протекающей через них крови существует обратная зависимость (см. уравнение Пуазейля — Хагена). Вместе с тем сосуды малорастяжимы в продольном направлении, поэтому в разных ситуациях их длина изменяется очень мало.

В некоторых полых органах (легкие, желудок, кишечник, мочевой пузырь) их извитые кровеносные сосуды лишь расправляются при растяжении этих органов, что также мало влияет на длину сосудов. Поэтому вариацией длины сосудов при различных гемодинамических изменениях можно пренебречь.

Влияние радиуса (просвета) сосудов на сопротивление кровотоку. Этот фактор является решающим, так как сопротивление кровотоку прямо пропорционально четвертой степени радиуса сосуда (r⁴). Это означает, например, что уменьшение радиуса сосуда вдвое увеличивает сопротивление кровотоку в 16 раз (2⁴) и при прочих равных условиях уменьшает объем кровотока через этот сосуд также в 16 раз (см. рис. 65, Б). Уменьшение просвета (радиуса) сосуда называется вазоконстрикцией (от лат. ваза — сосуд, констрикция — сужение, сжатие).

Противоположные по направлению, но количественно такие же изменения в сопротивлении и кровотоке происходят при расширении кровеносных сосудов — вазодилатации (лат. дилатация — расширение). Так, увеличение радиуса сосуда вдвое уменьшает сопротивление и повышает кровоток в 16 раз по отношению к исходным величинам. Расширение просвета сосуда только на 10% усиливает кровоток примерно на 50%.

Как следует из уравнения Пуазейля — Хагена, при неизменном АД даже очень небольшие изменения в радиусе кровеносных сосудов (особенно это относится к артериолам) могут вызывать значительные изменения кровотока в различных сосудистых областях, а при неизменной величине кровотока (постоянном сердечном выбросе) — значительные изменения в АД. По этой причине изменение просвета сосудов, главным образом артериол, в большой степени регулирует кровоток и кровяное давление в сосудистой системе. Диаметр большинства сосудов может максимально изменяться примерно в 4 раза, что должно вызывать изменения кровотока в 256 раз (4 ⁴).

Зависимость сопротивления кровотоку от радиуса сосуда можно объяснить следующим. Кровь, текущая по сосуду, тормозится в основном трением об его стенки. Поэтому скорость движения крови в разных частях поперечного сечения сосуда неодинакова — она наименьшая около его стенок и наибольшая в центре сосуда. Отсюда чем меньше просвет сосуда, тем относительно большая порция крови в сосуде находится в контакте с его стенками и тем больше трение. Благодаря этому эффекту кровоток через данный сосуд заметно увеличивается с увеличением его радиуса, так как возрастает объем «центральной» (аксиальной) части сосуда, в которой кровь встречает меньшее сопротивление продвижению, чем вблизи стенок.