Классификация сосудов. Основы гемодинамики

По своим функциональным характеристикам сосуды большого и малого кругов кровообращения делятся на следующие группы:

1. Амортизирующие сосуды эластического типа. К ним относятся аорта, легочная артерия, крупные артерии. Их функция выражается в сглаживании (амортизации) резкого подъема артериального давления во время систолы. За счет эластических свойств этих сосудов создается непрерывный кровоток, как во время систолы, так и диастолы. Во время систолы одна часть кинетической энергии, создаваемой сердцем, затрачивается на продвижение крови, другая преобразуется в потенциальную энергию растянутых сосудов аорты и крупных артерий, образующих эластичестическую «компрессионную камеру». Во время диастолы потенциальная энергия растянутого сосуда снова переходит в кинетическую энергию движения крови. Благодаря этому эффекту и обеспечивается непрерывное течение крови.

2. Резистивные сосуды (сосуды сопротивления). К ним относятся средние и мелкие артерии, артериолы, прекапилляры и прекапиллярные сфинктеры. Эти сосуды имеют хорошо развитую гладкомышечную стенку, за счет которой просвет сосуда может резко уменьшаться и создавать большое сопротивление кровотоку. Этими свойствами особенно обладают артериолы, которые называют «кранами сосудистой системы».

3. Обменные сосуды. К ним относятся капилляры, в которых происходят обменные процессы между кровью и тканевой жидкостью.

4. Емкостные сосуды - это вены, благодаря своей растяжимости они способны вмещать 70 - 80% всей крови.

5. Артериовенозные анастомозы (шунты) - это сосуды, соединяющие артериальную и венозную части сосудистой системы, минуя капиллярную сеть.

Движение крови по кровеносным сосудам подчиняется зако-нам гемодинамики, являющейся частью гидродинамики - науки о движении жидкостей по трубкам. Основным условием кровотока является градиент давления между различными отделами сосудистой системы.

Давление в сосудах создается работой сердца. Кровь течет из области высокого давления в область низкого. При движении ей приходится преодолевать сопротивление, создаваемое, во-первых, трением частиц крови друг о друга, во-вторых, трением частиц крови о стенки сосуда. Особенно велико это сопротивление в артериолах и прекапиллярах. Сопротивление (R) в кровеносном сосуде можно определить по формуле Пуазейля:

R = 8lή /πr⁴,

где l - длина трубки (сосуда); ή- вязкость жидкости (крови); π - отношение окружности к диаметру; r - радиус трубки (сосуда). Значит, сопротивление зависит от длины сосуда, вязкости крови, которая в 5 раз больше вязкости воды, и радиуса сосуда.

В соответствии с законами гидродинамики количество жидкости (крови), протекающей через поперечное сечение сосуда за единицу времени (мл/с), или объемная скорость кровотока (Q), прямо пропорциональна разности давления в начале (Р₁) сосудистой системы - в аорте и в ее конце (Р₂), т.е. в полых венах, и обратно пропорциональна сопротивлению (R) току жидкости:

Q = (Р₁ – P₂)/R.

В связи с замкнутостью кровеносной системы объемная скорость кровотока во всех ее отделах (во всех артериях, всех капиллярах, всех венах) одинакова. Зная объемную скорость кровотока, можно рассчитать линейную скорость или расстояние, проходимое частицей крови за единицу времени:

V = Q/ πr²

В отличие от объемной, линейная скорость изменяется по ходу сосудистого русла и обратно пропорциональна суммарному поперечному сечению всех сосудов данного калибра. Самое узкое место в сосудистой системе - это аорта, поэтому она имеет самую большую линейную скорость кровотока - 50 - 60 см/с В артериях она равна 20-40 см/с, в артериолах - 5 мм/с, в венах -7 - 20 см/с; самый широкий суммарный просвет, в 500 - 600 раз превышающий диаметр аорты, имеют капилляры, поэтому линейная скорость в них минимальная - 0,5 мм/с.

Помимо объемной и линейной скорости кровотока, существует еще один гемодинамический показатель - время кругооборота крови - это время, в течение которого частица крови пройдет и большой и малый круг кровообращения, оно составляет 20-25 с.

Основным гемодинамическим показателем является артериальное давление (АД), уровень которого по ходу сосудистого русла падает неравномерно (рис. 13) и зависит от ряда факторов, главный из которых - работа сердца. Во время систолы АД повышается - это систолическое, или максимальное, давление.

Рис. 13. Схема изменения кровяного давления вдоль сосудистого русла

(по Фолькову, 1967):

0 - I - сердце - «насос»; 1-2 - аорта и крупные артерии; 2 - 3 - артериолы и прекапилляры; 3 - 4 - прекапиллярные сфинктеры; 4-5 - капилляры; 5 - 6 - посткапиллярные сосуды; 6-7 - венулы и вены

У здорового человека в возрасте 20 - 40 лет в плечевой артерии оно равно 110- 120 мм рт.ст. Во время диастолы АД снижается - это диастолическое, или минимальное, давление, равное 70 - 80 мм рт.ст. Разницу между систолическим и диастолическим давлением составляет пульсовое давление - 40 мм рт.ст. Различают еще среднее давление, или равнодействующую изменений давления во время систолы и диастолы. Оно равно 100 мм рт.ст. АД прежде всего зависит от работы сердца. Остановка сердца приводит к быстрому падению АД до 0.

На уровень давления влияет количество циркулирующей крови. При кровопотере давление снижается. АД зависит также от эластичности сосудистой стенки. Поэтому у пожилых людей (после 50 лет) в связи с потерей эластичности сосуда АД повышается до 140/90 мм рт.ст.

Сопротивление сосуда, которое изменяется в зависимости от его просвета, влияет на уровень АД. Так, прием сосудосуживающих препаратов приводит к увеличению сопротивления в сосуде и повышению АД.

Увеличение вязкости крови повышает артериальное давление, уменьшение - снижает.

Возраст определяет величину АД. У новорожденных систолическое давление равно 70 - 80 мм рт.ст, у ребенка первых лет жизни – 80-120, подростка – 110-120, у взрослого человека 20-40 лет - 110/70-120/80, после 50 лет - 140-150/90 мм рт.ст. Физические упражнения повышают давление до 180 мм рт.ст. и более, особенно систолическое. Во время сна давление падает на 15 - 20 мм рт.ст.

Прием пищи, эмоции повышают систолическое давление. На уровень АД влияет положение тела в пространстве, так как сосудистая система находится в поле силы тяжести. В вертикальном положении давление, создаваемое работой сердца, складывается с гидростатическим давлением. Поэтому давление в сосудах, расположенных ниже сердца, больше чем давление в сосудах, расположенных выше сердца. При горизонтальном положении эти различия нивелируются. Так, в вертикальном положении в сосудах стопы, т.е. на 125 см ниже сердца, гидростатическое давление составляет 90 мм рт.ст. Сложив его со средним АД, получим: 100 + 90= 190 мм рт.ст. В артериях головного мозга (на 40 см выше сердца) АД снижается на 30 мм рт.ст., составляя 100-30 = 70 мм рт.ст.

В настоящее время существуют два способа измерения АД. Первый - кровавый, прямой, применяется в остром эксперименте на животных, второй - бескровный, непрямой, используется для измерения давления на плечевой артерии у человека.

На кривой давления (рис.14), записанной на сонной артерии животного, различают волны 3 порядков: волны первого порядка, или пульсовые, обусловленные деятельностью сердца, волны второго порядка, или дыхательные, вдох сопровождается понижением АД, а выдох - повышением. Иногда, при недостаточном кровоснабжении сосудодвигательного центра (после кровопотери, при отравлении некоторыми ядами) регистрируются волны третьего порядка (Траубе- Геринга), каждая из которых охватывает как пульсовые, так и не сколько дыхательных волн второго порядка.

Рис.14. Кривая кровяного давления (запись на кролике в остром опыте):

а- волны первого порядка - пульсовые; б-волны второго порядка - дыхательные;

в - волны третьего порядка (Траубе- Геринга);

г - отметка времени с ценой деления 0,3с

В клинике наибольшее распространение получил бескровный, непрямой метод измерения АД с помощью сфигмоманометра Д. Рива-Роччи и выслушивания сосудистых тонов Н.С.Короткова на плечевой артерии ниже места пережатия ее манжеткой, в которую нагнетается воздух выше максимального значения АД и до исчезновения пульса на лучевой артерии. Появление первого сосудистого тона после выпускания воздуха из манжетки обусловлено ударом о стенку артерии порции крови, проходящей через сдавленный участок сосуда. Этот момент соответствует систолическому, или максимальному, давлению.

По мере снижения давления в манжетке, звуковые явления, создаваемые завихрениями крови в еще пережатой артерии, прослушиваются достаточно хорошо. Затем они исчезают, так как сосуд открыт как во время систолы, так и во время диастолы, препятствий для прохождения крови нет. Момент исчезновения тонов Короткова соответствует диастолическому, или минимальному, давлению.