Движение крови по сосудам

Изучением причин, условий и механизмов движения крови по сердечно-сосудистой системе занимается наука гемодинамика. Передвижение и циркуляция крови по кровеносным сосудам осуществляется по гидродинамическим законам движения жидкостей в системе трубок. Движение крови определяется двумя силами: 1) давлением, которое оказывает влияние на жидкость; 2) сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов.

Силой, которая создает давление в сосудистой системе, является сердце. При каждом сокращении в сосудистую систему выталкивается 60—70 мл крови (систолический объем) или 4—5 л/мин (минутный объем). Движущей силой служит разность давлений, возникающая в начале и в конце трубки.

Почти во всех отделах сосудистой системы кровоток носит ламинарный характер — кровь движется отдельными слоями параллельно оси сосуда (рис. 17а). Скорость кровотока в разных участках сосудистого русла неодинакова: в аорте она составляет 40 см/с, в артериях — от 40 до 10; в артериолах — 10—0,1; в капиллярах — меньше 0,1; в венулах — меньше 0,3; в венах 0,3—5,0; в полой вене — 5—20 см/с (Шмидт-Ниельсон, 1982).

Кроме ламинарного в сосудистой системе существует турбулентное движение с характерным завихрением крови, ее частицы перемещаются не только параллельно оси сосуда, но и перпендикулярно ему. Турбулентное движение обычно возникает в местах разветвлений и сужений артерий, в участках крутых изгибов сосудов.

В состав крови входят форменные элементы, и она обладает определенной вязкостью, которая не является величиной постоянной. В капиллярах, диаметр которых меньше 1 мм, она уменьшается и во время движения крови по мелким сосудам становится еще меньше. В таких сосудах эритроциты сосредотачиваются в центре потока, а пристеночный слой состоит из чистой плазмы, по которому легко скользят форменные элементы. Улучшаются условия тока крови, и происходит снижение перепадов давления. Переход от ламинарного движения крови к турбулентному сопровождается значительным ростом сопротивления течению крови.

Вычислить периферическое сопротивление R току крови в зависимости от ее вязкости η, длины l и радиуса r сосуда можно по формуле Пуазейля:

R = .

Сосудистая система состоит из множества отдельных трубок разной длины и диаметра, которые соединены параллельно и последовательно. В случае последовательного соединения общее сопротивление составляет сумму сопротивлений отдельных сосудов: R = R₁ + R₂ +… R_n.

При параллельном соединении (сосудистая сеть различных органов) величину сопротивления вычисляют по другой формуле:

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … 1/R_n.

Точно определить сопротивление сосудов в организме по этим формулам довольно сложно в силу следующих причин: 1) изменение геометрии сосудов; 2) сокращение гладких мышц; 3) непостоянная вязкость крови в зависимости от диаметра сосуда; 4) эластичность сосудистых стенок и др. Поэтому его принято определять как частное от деления кровяного давления на минутный объем крови:

Q: R =

Для всей сосудистой системы организма в целом эта формула применима лишь при том условии, если в конце системы, то есть в полых венах вблизи места их впадения в сердце, давление будет равно нулю. Соответственно при необходимости вычисления сопротивления отдельного участка сосудистой системы формула приобретает вид:

R =

Значения Р₁ и P₂ отражают давление в начале и конце определенного участка.

Основными показателями гемодинамики является объемная и линейная скорость кровотока.

Объемная скорость движения крови — показатель, характеризующий количество крови, протекающей через поперечное сечение за единицу времени. Объемная скорость кровотока через сосуд прямо пропорциональна перепаду давления в сосуде и обратно пропорциональна его сопротивлению току крови. Это значит, что объем крови, протекающей за единицу времени через артериальную и венозную систему большого и малого круга кровообращения, одинаков.

Линейная скорость движения крови — показатель, характеризующий скорость движения частиц вдоль сосуда при ламинарном потоке. Она выражается в см/с и определяется как отношение объемной скорости кровотока Q к площади поперечного сечения сосуда

π²: V = .

Рассчитанная таким образом линейная скорость будет средней, так как скорость перемещения крови в центре сосуда является максимальной и падает до нуля в пристеночном слое. Линейная скорость различна в отдельных участках сосудистого русла и зависит от разных факторов:

1) от общей суммы площади просветов сосудов;

2) разветвления артерий.

Наименьшим поперечным сосудом характеризуется аорта, в связи с чем и скорость движения крови в ней самая большая — 50—70 см/с.

Наибольшей суммарной площадью поперечного сечения обладают капилляры, соответственно и скорость крови здесь около 0,05 см/с. В артериях она составляет 20—40 см/с, в артериолах — 0,5 см/с. При слиянии вен их суммарный просвет уменьшается, линейная скорость кровотока возрастает, достигая в полой вене 20 см/с (Атл., рис. 14, Б, с. 155).

Объем крови, протекающей через любое общее сечение сосудистой системы, является величиной постоянной и составляет у мужчин 77 мл/кг веса, у женщин 65 мл/кг.

У новорожденных отмечается самое большое относительное количество циркулирующей крови, и на 1 кг веса приходится от 93 до 147 мл. С возрастом до периода полового созревания объем циркулирующей крови уменьшается (табл. 30).

Уменьшение с возрастом объема циркулирующей крови связано со снижением основного обмена. Имеются половые различия в массе циркулирующей крови: у мужчин больше, чем у женщин. Такая же закономерность отмечается у детей: у мальчиков количество циркулирующей крови составляет 78,3 мл/кг, у девочек 74,8 мл/кг.

Объем циркулирующей крови зависит как от внешних, так и от внутренних факторов. При мышечной работе, повышении температуры окружающей среды, изменении положения тела (при переходе из горизонтального в вертикальное), гипоксии масса циркулирующей крови увеличивается. Сон, кровотечения вызывают уменьшение количества циркулирующей крови.

Кровяное давление.Кровь движется по кровеносной системе вследствие разности давлений в устье аорты и полых венах. Снижение разности давлений замедляет движение крови, а падение этой разности до нуля полностью прекращает движение крови. Таким образом, кровяное давление уменьшается в следующем направлении: аорта ® артериолы ® капилляры ® венулы ® крупные вены ® полые вены (Атл., рис. 15, А, с. 155). Именно благодаря этому градиенту кровь течет от сердца к артериолам, затем к капиллярам, венулам, венам и обратно к сердцу.

Уровень давления выражается в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) и находится в прямой зависимости от минутного объема крови, вязкости крови, сопротивления периферических сосудов. Однако главным из них является работа сердца. При каждой систоле и диастоле кровяное давление в артериях колеблется. Максимальное давление, достигаемое в момент выброса крови из сердца в аорту, называется систолическим (СД). В диастоле после изгнания крови из сердца двухстворчатые клапаны захлапываются, давление падает до величины, соответствующей так называемому диастолическому давлению (ДД). Разница между систолическим и диастолическим давлением называется пульсовым давлением (Атл., рис. 16, с. 155).

Колебания кровяного давления обусловлены пульсирующим характером кровотока, эластичностью и растяжимостью кровеносных сосудов. Форма и амплитуда пульсовой волны меняется от аорты к периферии: амплитуда волны в периферических сосудах выше. Амплитуда кривой объемной скорости кровотока уменьшается от аорты к периферии. Скорость распространения пульсовой волны зависит от размера и упругости сосуда. В аорте она составляет 3—5 м/с, в средних артериях (подключичной и бедренной) — 7—9 м/с, а в мелких артериях конечностей — 15—40 м/с.

Методы измерения кровяного давления.Кровяное давление можно исследовать: 1) прямым методом (при этом вводится игла или катетер, соединенный с концом V-образного манометра; в этом случае о давлении судят по перемещению столбика ртути); 2) непрямым методом — при помощи сфигмоманометра (ртутного, мембранного). При этом методе на плечо накладывается резиновая манжета соответствующего размера, надуваемая при помощи груши. Когда давление в манжете начинает превышать давление в плечевой артерии, последняя спадается, и кровоток в ней прекращается. Давление, оказываемое манжетой на руку, регистрируется манометром. Исследуемый накладывает стетоскоп ниже манжеты и выслушивает тоны, создаваемые текущей кровью. При спадании артерии тоны не прослушиваются. Затем давление в манжете медленно снижают и, когда давление снаружи сосуда становится меньше, чем внутри его, ток крови в отрезке артерии, расположенном ниже манжеты, возобновляется. При этом возникают так называемые тоны Короткова, выслушиваемые при помощи стетоскопа. Показания манометра в этот момент соответствуют систолическому давлению. По мере того как давление в манжете продолжает падать, кровоток в артерии растет и тоны меняются; непосредственно перед исчезновением тонов в артерии восстанавливается нормальный кровоток. Давление в манжете в этот момент равно диастолическому. Точность этого метода зависит как от исследователя, так и от соотношения размеров манжеты и плеча исследуемого. В табл. 25 даны приблизительные поправки на длину окружности руки при использовании стандартной манжеты.

Табл. 25. Поправки на окружность плеча при использовании манжеты стандартной ширины для определения артериального давления

У здорового человека в возрасте 20—40 лет в плечевой артерии систолическое давление составляет 110—120 мм рт. ст., диастолическое — 70—80 мм рт. ст, пульсовое — 40 мм рт. ст. Длительное падение систолического давления ниже 100 мм рт. ст. называется гипотонией, а повышение более 140 мм рт. ст. — гипертонией. У детей кровяное давление значительно ниже, чем у взрослых. Чем меньше ребенок, тем у него меньше капиллярная сеть и шире просвет кровеносных сосудов, а следовательно, и ниже давление крови (табл. 26).

Табл. 26. Частота пульса и кровяное давление (мм рт. ст.) (по: Хрипкова, 1978)

У новорожденного максимальное давление крови около 76 мм рт. ст., минимальное — 40—50 мм рт. ст. У ребенка 1 года систолическое давление равно 85 мм рт. ст., у детей 5 лет — 90 мм рт. ст. С возрастом уровень кровяного давления повышается вследствие относительного уменьшения просвета артерий.

До 6—7 лет у детей рост сердца отстает от роста кровеносных сосудов, а в последующие периоды, особенно в период полового созревания, рост сердца опережает рост кровеносных сосудов. В этом возрастном периоде отмечается повышение артериального давления, так называемая юношеская гипертония. Подобное явление — результат нормального развития сердечно-сосудистой системы и отражает специфику возраста. Однако эти особенности следует учитывать при дозировании физических, умственных и трудовых нагрузок для подростков в процессе учебной деятельности. После 50 лет максимальное давление обычно повышается до 130—145 мм рт. ст.

Уровень кровяного давления в нормальных условиях для определенных возрастных групп остается постоянным. Однако от ряда факторов кровяное давление может изменяться. Так, например, при мышечной нагрузке (физическая работа, спортивные соревнования) артериальное давление может доходить иногда до 200 мм рт. ст. Имеются возрастные различия в сдвигах компонентов кровяного давления в ответ на напряженную физическую нагрузку. Чем старше дети, тем больше сдвиг показателей кровяного давления. Так, в 8-летнем возрасте после приседаний до отказа прирост систолического кровяного давления составлял 14 мм рт. ст. у мальчиков и 15 мм у девочек. У 10-летних детей после максимальных нагрузок кровяное давление увеличивалось в среднем на 18 мм, у 12—14-летних почти на 30 мм рт. ст. (цит. по: Маркосян, 1969).

У детей и подростков при нагрузках большой интенсивности и продолжительности в большинстве случаев может появляться «бесконечный тон», что свидетельствует о значительной трудности выполняемой работы. После прекращения работы давление быстро снижается и возвращается к норме. Однако в ряде случаев после максимальной работы может отмечаться увеличение диастолического кровяного давления. В старших возрастах наблюдались случаи феномена «бесконечного тона».

Особенно резкие возрастные различия при интенсивной мышечной деятельности проявляются в восстановительном периоде. Восстановление артериального давления до исходных величин тем быстрее, чем старше возраст. Однако это относится только к молодым людям, у детей восстановительный период удлиняется. Иногда могут наблюдаться случаи уменьшения систолического давления ниже исходного уровня.

При эмоциональном возбуждении (страх, гнев, испуг, радость) максимальное артериальное давление повышается на 20—40 мм рт. ст., минимальное давление изменяется несколько меньше.

Прием пищи у грудных детей в большинстве случаев вызывает повышение кровяного давления. У детей школьного возраста такой закономерности не отмечается.

Изменяется уровень кровяного давления в зависимости от положения тела. Так, по данным В. Н. Засухиной, при переходе из положения сидя в горизонтальное максимальное артериальное давление повышается на 10—20 мм рт. ст. (цит. по: Маркосян, 1969).

Ряд авторов (Окель, 1965; Георгиев, Балевски, 1962) отметили определенное влияние на величину кровяного давления: с каждым учебным часом максимальное артериальное давление уменьшается, а минимальное повышается, вследствие чего уменьшается и амплитуда пульсового давления. В конце учебного года артериальное давление возрастает.

При курении систолическое давление может возрасти на 10—20 мм рт. ст. Артериальное давление повышается также при кашле.

На артериальное давление оказывает влияние дыхание: при вдохе давление снижается, при выдохе — повышается; это связано главным образом с изменениями сердечного выброса. В момент вдоха увеличивается выброс из правого желудочка в легочные сосуды, но количество крови, возвращающейся из них в левое предсердие уменьшается; это приводит к уменьшению выброса из левого желудочка. При выдохе же повышается артериальное давление и увеличивается сердечный выброс.

В течение дня уровень кровяного давления не остается постоянным, а имеет периодические колебания: в утренние часы оно, как правило, ниже, чем вечером. Определяющую роль играют также генетические факторы: наследственная предрасположенность к гипертонии или гипотонии.

По мере удаления от сердца давление падает. В артериях давление падает на 10—12 мм рт. ст. и становится равным 120—130 мм рт. ст. Особенно резко давление падает в мелких артериях и артериолах, где становится равным 60—70 мм рт. ст., в капиллярах оно падает до 30—40 мм рт. ст., в мелких венах составляет 10—20 мм рт. ст., а в крупных венах становится даже отрицательным, то есть ниже атмосферного давления на 2—5 мм рт. ст. (Атл., рис. 14, А, с. 155). Резкое падение давления в артериолах и частично в капиллярах обусловлено тем, что кровь в этих сосудах встречает очень большое сопротивление.

Артериальный пульс — периодические колебания стенки артерии, связанные с ритмическими сокращениями сердца.

Запись кривой пульсового колебания стенки артерии производится посредством прибора — сфигмографа и называется сфигмограммой.

На сфигмограмме различают крутой подъем — анократическое колено, спуск — катакротическое колено и на спуске дикротический подъем. Пульсацию артерий можно обнаружить прикосновением к любой артерии, расположенной близко под кожей (лучевая артерия, сонная, височная). Колебание сосудистой стенки возникает в момент систолы в аорте, когда систолический объем крови растягивает ее стенки и вызванное им колебание распространяется по стенкам артерий. Следовательно, пульсовые колебания отражают работу сердца. Скорость их распространения соответствует скорости распространения колебаний кровяного давления и колеблется от 7 до 10 м/с.

Дикротический подъем возникает после окончания систолы и совпадает с моментом закрытия полулунных клапанов и возникновением обратной волны тока крови. Таким образом, дикратическая волна возникает в аорте и распространяется с такой же скоростью, как и первичная пульсовая волна. Пульс имеет следующие характеристики: 1) частоту — число ударов пульса в минуту, которая равна частоте сердцебиений; 2) продолжительность пульсовой волны; 3) высоту колебаний стенки сосуда; 4) ритм — продолжительность интервалов времени между пульсовыми волнами.

Количество крови, протекающей через определенный участок артерии в течение каждого пульсового периода, называют пульсовым объемом. Его величина зависит от сечения и просвета артерии, систолического объема, скорости кровотока.

Особенности движения крови по венам.Кровообращение в венозной части сосудистой системы имеет свои особенности, которые обусловлены в первую очередь строением вен, а также рядом следующих факторов:

1) присасывающим действием грудной полости, в которой имеется отрицательное давление;

2) разностью давлений в брюшной и грудной полостях; в брюшной полости давление в кровеносных сосудах выше артериального, что способствует току крови к сердцу; в сосудах грудной полости давление ниже атмосферного и даже отрицательное; такое падение давления имеет большое значение для продвижения крови по венам;

3) присасывающим действием самого сердца во время диастолы;

4) сокращениями скелетной мускулатуры и мышечной стенки кишок, проталкивающими кровь по направлению к сердцу; сокращение мышц давит на стенки вен, которые спадаются, и находящаяся в них кровь выдавливается и течет но направлению к сердцу, а клапаны, находящиеся в стенках вен, мешают ее обратному току (Атл., рис. 17, с. 157). Утренняя зарядка, ходьба и т. д. способствуют улучшению венозного кровообращения.

Время круговорота крови — это время, которое необходимо, чтобы она прошла через большой и малый круги кровообращения. Время полного кругооборота крови у человека составляет приблизительно 20—23 с при 70—80 сокращениях сердца в минуту. Скорость круговорота крови с возрастом замедляется, что связано с увеличением длины сосудов, а в более позднем возрасте со значительным снижением эластичности кровеносных сосудов.

Иное время круговорота крови у детей: у новорожденных кругооборот совершается за 12 с, у ребенка 3 лет — за 15 с, у 14-летнего подростка — за 18с.