кровообращение-4

ГЕМОДИНАМИКА
кровь
ткани
Внешняя среда
Кровообращение
Внутренняя среда
Голова
(мозг, кожа и кости)
Руки и туловище
(кожа, мышцы и кости)
Эндокринные
железы
Коронарный кровоток
Легочная
артерия
ВПВ
Бронхи
Легкие
Аорта
Легочная вена
НПВ
Печень
Портальная
вена
Желудок,
селезенка
кишечник,
поджелудочная железа
Эндокринные
железы
почки
почки
(клубочек)
(канальцы)
ноги и туловище
(кожа, мышцы и кости)
Общий план
строения
системы
кровообращения
Закон непрерывности потока
Объемная скорость кровотока (Q) –
объем крови, протекающий через поперечное
сечение сосудов за единицу времени.
Закон непрерывности потока
Объемную скорость кровотока (Q)
можно вычислить, исходя из линейной
скорости кровотока (v) через поперечное
сечение сосуда и площади этого сечения
(S =pr2):
Q =v·S
Закон непрерывности потока при сохранении объема (массы)
несжимаемой жидкости
объемная скорость через
любые два сечения жесткой
трубки одинакова
Для двух последовательных сегментов справедливо
равенство
v2
v1
Q1 = 6 шаров/мин
Q2 = 6 шаров/мин
Q1 = Q2
v1·S1=v2·S2
S1 = 2 шара
S2 = 6 шаров
v1 = 3 шара/мин
v2 = 1 шара/мин
Таким образом, если
через
последовательно
соединенные трубки
протекает жидкость
с постоянной
объемной
скоростью,
линейная скорость
движения жидкости
в каждой трубке
обратно
пропорциональна
площади ее
поперечного
сечения.
Р1
Р2
Движение вязкой жидкости в
горизонтальной трубке может
поддерживаться, если к каждому
элементу жидкости длиной ΔX
приложен продольный перепад
давления ΔР.
Работа силы давления при этом
расходуется как на покрытие
вязких потерь, так и на
изменение кинетической
энергии жидкости.
Р1
Р2
Р1= 100 мм.Hq
Р2= 10 мм.Hq
∆Р= 90 мм.Hq
Q = 10 мл/мин.
Р1= 230 мм.Hq
Р2= 140 мм.Hq
∆Р= 90 мм.Hq
Разность давления обеспечивает
движение крови по сосудистому
руслу
Сердце - генератор давления
Трансмуральное давление
Pвнут
Pвнеш
Pвнут - Pвнеш = Pтрансмуральное
Давление крови
Гидродинамическое давление
Pатм
0 ммHg
= 85 ммHg
125 см. вод.ст
Pгид
h
90 ммHg
Pгид =gρh
Pобщ = Pгид+ Pатм
85 ммHg
175 ммHg
Гидродинамическое давление
Гидродинамическое давление
Гидродинамическое давление
• Факторы, влияющие на кровоток,
могут быть приближенно сведены к
уравнению, сходному с законом Ома:
Q = ΔР /R
ΔР – разница давления в артериальной и венозной
частях сосудистого русла;
R - гидродинамическое сопротивление этого
отдела.
Гидродинамическое
сопротивление обусловлено:
• внутренним трением между слоями
жидкости и
• между жидкостью и стенками
сосуда.
Гидродинамическое
сопротивление зависит от:
–типа течения жидкости
–размеров сосуда
–вязкости жидкости.
Ламинарное течение
жидкость движется
коаксиальными
цилиндрическими слоями,
все частицы ее перемещаются
только параллельно оси сосуда.
Слой, непосредственно прилегающий к стенке
сосуда, «прилипает» к ней и остается неподвижным;
по этому слою скользит второй слой,
по нему–третий и т.д.
В результате образуется параболический профиль
распределения скоростей
с максимумом в центре сосуда.
В физиологических
условиях почти во всех
отделах кровеносной
системы наблюдается
ламинарное, или
слоистое, течение крови.
Особенность ламинарного
кровотока заключается в
том, что чем крупнее
частицы крови, тем ближе
они располагаются к оси
сосуда.
В результате осевой поток крови почти
целиком состоит из эритроцитов,
образующих довольно компактный
цилиндр внутри оболочки из плазмы,
содержащей мало клеток.
Турбулентное течение
Для турбулентного течения
характерны завихрения, в
которых частички жидкости
перемещаются не только
параллельно оси сосуда, но и
перпендикулярно ей.
Турбулентное течение
Число Рейнольдса - безразмерная
величина, отражающая в совокупности
факторы, от которых зависит тип течения
(турбулентный либо ламинарный).
Re=2r vρ/η
r - диаметр сосуда (в метрах),
v - средняя линейная скорость кровотока (в м/с),
ρ - плотность жидкости (плотность крови составляет 1060
кг/м3),
η - вязкость жидкости (в Па/с).
Турбулентное течение
Если число Рейнольдса превышает
2000 - 2400, то поток становится
целиком турбулентным.
Во время периода изгнания в проксимальных отделах
аорты и легочного ствола число Рейнольдса превышает
это так называемое критическое значение, поэтому
поток в данных областях сосудистого русла временно
становится турбулентным.
Турбулентное течение
При турбулентном
течении по причине
завихрений возникают
дополнительные потери
давления.
Величина этих потерь
пропорциональна квадрату
объемной скорости тока
жидкости, поэтому
повышение последней
сопровождается
непропорциональным
возрастанием давления.
Закон Хагена–Пуазейля
Q
4
=(π•r /8ηl
)• ΔP
где:
• ΔР – разность давлений,
• r– радиус сосуда,
• η–вязкость жидкости,
• l– длина сосуда.
Коэффициент 8 появляется в результате
интегрирования скоростей слоев.
Закон Хагена–Пуазейля
Q
4
=(π•r /8ηl
)• ΔP
Согласно закону Ома
Q = ΔР /R,
гидродинамическое сопротивление потоку
равно:
R=8ηl/ π•r4
Вязкость –
отношение напряжения сдвига τ (силы,
приходящейся на единицу площади)
к градиенту скорости между соседними
слоями g (скорости сдвига): η= τ/g(Па·/с)
V2
Τ
V1
Τ
• Вязкость гомогенных (ньютоновских)
жидкостей (например, воды, раствора
электролитов, плазмы крови)
постоянна.
• Кровь состоит из плазмы и форменных
элементов и поэтому является
гетерогенной (неньютоновской)
жидкостью
Вязкость крови
варьирует в
зависимости от:
• количества клеток
• содержания
белков в плазме
• размеров (радиуса
и длины) трубок,
по которым они
текут
• скорости течения
.
Эффект Фареуса–Линдквиста
или феномен сигма –
существенное снижение эффективной
вязкости в сосудах диаметром менее
500 мкм.
• Этот феномен, обусловливает снижение
эффективной вязкости крови в капиллярах
вдвое по сравнению с крупными сосудами.
• таким образом, вязкость крови в капиллярах
почти достигает значения вязкости плазмы.
Эффект Фареуса–Линдквиста
Уменьшение вязкости, возможно, связано с
ориентацией эритроцитов вдоль оси сосуда.
При этом эритроциты выстраиваются в цепочку,
которая передвигается по капилляру, подобно
«змее», в оболочке из плазмы.
Бесклеточная краевая зона с низкой вязкостью
образует слой, относительно которого легко
скользят клетки крови.
Уравнение Лапласа
• Растягивающее давление, действующее на
стенки сосуда, создает в них противоположно
направленное тангенциальное напряжение
(Т).
Уравнение Лапласа
Это напряжение зависит не только от
трансмурального давления(Pt), но также от
внутреннего радиуса (rв) и толщины стенок (h).
Th=Pt rв/h (H/M2).
Значения трансмурального давления (Р)
и тангенциального напряжения (Т) в
различных сосудах
Сосуды
r(в), м
r/h
Р, кПа
Т, кПа
Аорта
12*10–3
8
13,3
106
Артерии
0,5–3*10–3
3–7
11,0
33–77
Артериолы
10–100*10–6
15
7,0
7–35
Капилляры
3*10–6
58
3,3
17–26
Функциональные группы сосудов
• Амортизирующие
сосуды
К этим сосудам относятся артерии
эластического типа с относительно большим
содержанием эластических волокон, такие,
как аорта, легочная артерия и прилегающие к
ним участки больших артерий.
Функциональные группы сосудов
• Резистивные сосуды
К резистивным сосудам относят
концевые артерии, артериолы и в
меньшей степени капилляры и венулы.
Имеют относительно малый просвет и
толстые стенки с развитой гладкой
мускулатурой.
Функциональные группы сосудов
Обменные сосуды
• К этим сосудам относятся капилляры.
Шунтирующие
сосуды
• Это артериовенозные анастомозы,
присутствующие в некоторых тканях.
Функциональные группы сосудов
Емкостные сосуды
• Емкостные сосуды–это главным
образом вены.
Амортизирующие сосуды
Выраженные эластические свойства таких
сосудов, в частности аорты, обусловливают
амортизирующий эффект,
или так называемый
Windkessel–эффект
(Windkessel по–немецки означает
«компрессионная камера» ).
Амортизирующие сосуды
Va
Q
Qc
Pa
• Qc -Q=ΔV
• ΔV=Pa *C
C –податливость камеры