Общие вопросы 1 Функции эритроцитов 2 Кровь как неньютоновская жидкость 4
|
|
Скачать 183.99 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 7 ТЕЧЕНИЕ КРОВИ В СОСУДАХ План Общие вопросы 1 Функции эритроцитов 2 Кровь как неньютоновская жидкость 4 Зависимость вязкости крови от гематокрита 4 Течение крови по крупным и мелким сосудам 5 Эффект Фареуса-Линдквиста 6 Режимы течения крови 7 Гемодинамические характеристики крови 8 Модели гемодинамики сердечно-сосудистой системы 11 Модель Франка 11 Моделирования процессов кровообращения 13 Пульсовая волна 14 Пример 15 Вопросы для самопроверки 17 ^ Общая масса крови в организме человека составляет 7,6% веса тела. Циркулирующая кровь составляет 40-50% всей массы крови. Депонированная кровь сосредоточена в селезенке (до 16%), печени (до 20%) и коже (до 10%). Кровь состоит из плазмы и форменных элементов (клетки). Плазма представляет собой водный раствор солей, белков и других органических и неорганических веществ. В плазме человека содержится 900…910 г/л воды, 65...80 г/л белка (альбумин, глобулины, тромбин, фибриноген) и 20 г/л низкомолекулярных соединений. Вязкость плазмы в норме составляет 1,9...2,3 мПа.с. Клетки крови
Часть объема крови, приходящаяся на долю эритроцитов, называется гематокритом, который у мужчин в норме составляет 0,44...0,46, а у женщин –0,41.. .0,43. ^ Доказано, что связывание и отдача кислорода гемоглобином в основном происходит на поверхности эритроцита. Помимо газообмена, эритроциты выполняют другие важные функции, а именно: перенос продуктов расщепления белковых веществ. Распавшись в кишечнике до пептидов и аминокислот, белки в таком виде всасываются из кишечника в кровь и адсорбируются на поверхности эритроцитов, которые и доставляют их к печени, где белки подвергаются дальнейшей обработке. На рисунке представлена форма нормального эритроцита (нормоцита).  Область гематологии, изучающая линейные размеры эритроцита нормальной и патологической крови, называется эритроцитометрией. Средний диаметр эритроцита составляет 7,673 мкм. Современная клиническая гематология придает геометрическим параметрам эритроцита очень большое значение, ибо, как показывают многочисленные исследования, геометрические параметры эритроцита изменяются с ходом патологического процесса и могут быть трактованы как определенный диагностический показатель. Между средним диаметром и средней высотой нормоцита существует зависимость:  (1)Площадь поверхности эритроцита определяется по формуле:  (2)Патологические состояния влекут за собой резкое изменение числа эритроцитов, т.е. изменяют суммарную поверхность эритроцитов. Величина суммарной поверхности эритроцитов в 5 л крови составляет 545∙5∙106=2725 м2 (поверхность эритроцитов в 1мм3 крови составляет 545 мм2). Объем эритроцита нормальной крови равен 88 мкм. Объем эритроцита любого диаметра определяется по формуле:  (3)Эмпирическая формула для расчета процентного объема эритроцитов (гематокрит):  (4) - вязкость крови, мПа.с. - вязкость плазмы, мПа.с.Поверхности морфологических и корпускулярных элементов в единице объема крови представлены в таблице.
Ввиду малой концентрации лейкоцитов и тромбоцитов (их суммарная объемная концентрация составляет не более 1 %) они не оказывают такого существенного влияния на механические свойства крови, как эритроциты. Поэтому кровь рассматривают как суспензию эритроцитов в плазме. Плазму крови чаще всего рассматривают как ньютоновскую жидкость, хотя некоторые отклонения от этого свойства наблюдаются за счет содержания крупных белковых молекул. ^ Кровь по составу гетерогенна и поэтому является неньютоновской жидкостью, вязкость которой зависит от:
с повышением температуры вязкость крови и плазмы уменьшается и наоборот.
Обратная величина вязкости называется текучестью. ^ Вязкость крови возрастает с увеличением концентрации эритроцитов. В крупных сосудах в норме вязкость составляет 4…6 мПа.с, при уменьшении содержания эритроцитов (анемии) снижается до 2…3 мПа.с, при увеличении содержания эритроцитов (полицитемии) возрастает до 15...20 мПа.с. Зависимость вязкости крови от гематокрита можно приблизительно описать экспоненциальной функцией:  , (5)где - вязкость плазмы; - гематокрит, отн.ед.Вязкость крови при физиологических параметрах гематокрита может быть рассчитана по формуле, полученной Эйнштейном для суспензии сферических частиц:  (6) (7)где  – абсолютная температура крови в градусах Кельвина.Типичная зависимость вязкости крови от гематокрита при температуре 37оС представлена на рис.1. Зависимость вязкости крови от градиента скорости в логарифмическом масштабе представлена на рис.2.
^ Клиницисты давно заметили, что монетные столбики легко обнаружить в крови здорового человека (зазор между отдельными эритроцитами в монетном столбике не превышает в норме 1,85 мкм), но они отсутствуют в крови больных анемиями и в крови агонирующих. То есть, кровь без монетных столбиков указывает на аномалию и часто является грозным симптомом. По мере понижения концентрации эритроцитов в единице объема, частота монетных столбиков уменьшается. Монетные столбики –обязательное явление для всякой нормальной крови человека. ^ По мере увеличения градиента скорости и уменьшения диаметра кровеносных сосудов агрегаты эритроцитов распадаются на отдельные клетки, что вызывает уменьшение вязкости крови. ^ Он наблюдается в сосудах диаметром менее 0,3 мм и особенно сильно в капиллярах, где вязкость крови снижается почти вдвое по сравнению с крупными сосудами, приближаясь, таким образом, к значению вязкости плазмы (рис.2).  Рис.2 Концентрация эритроцитов непосредственно у стенки сосуда равна нулю и возрастает по мере продвижения к центру, при этом соответственно возрастает и вязкость крови. С уменьшением радиуса сосуда возрастает отношение толщины пристеночного слоя, занимаемого плазмой, к радиусу сосуда. Поскольку вязкость плазмы приблизительно в два раза ниже вязкости цельной крови, то вязкость крови при этом снижается. При уменьшении радиуса сосуда до величины, равной 1,76∙r (r – радиус эритроцита), эритроциты выстраиваются в цепочку и передвигаются по капилляру в оболочке из плазмы (рис.3, слева). С увеличением скорости кровотока эритроциты деформируются (рис 3, справа), что вызывает увеличение доли пристеночного слоя.
Эритроциты обладают высокой эластичностью. Благодаря своей форме двояковогнутого диска, они способны сильно деформироваться, принимать самые разнообразные формы. При прохождении узких капилляров эритроцит приобретает вытянутую форму. В таком положении эритроцит плотно соприкасается с поверхностью капилляра, что улучшает обменные процессы, так как при этом увеличивается площадь соприкосновения мембраны эритроцитов со стенками капилляров. Благодаря относительно невысокой вязкости крови, в системе микроциркуляции снижаются нагрузки на сердце. При некоторых патологических состояниях эластичность стенок эритроцитов уменьшается и как следствие — ухудшается кровообращение. ^ Течение крови по сосудам, как правило, является ламинарным и переходит в турбулентное лишь в следующих случаях:
В вышеперечисленных случаях число Рейнольдса превышает критическое значение 2300. Шумы, сопровождающие турбулентное течение, иногда бывают настолько сильны, что их можно выслушать даже без стетоскопа. Тоны Короткова, возникающие при непрямом методе измерения артериального давления, также вызваны турбулентным течением крови. В местах разветвлений и локальных сужений сосудов (например при образовании тромбов), а также в области крутых изгибов образуются локальные завихрения. Турбулентное течение требует больших затрат энергии по сравнению с ламинарным и усиливает нагрузку на сердце. ^ Гемодинамика — движение крови по сосудам, возникающее вследствие разности гидростатического давления в различных участках кровеносной системы (кровь движется из области высокого давления в область низкого). Зависит от сопротивления току крови стенок сосудов и вязкости самой крови. О гемодинамике судят по минутному объему крови. Рассмотрим гемодинамические характеристики крови: давление и скорость кровотока.  Рис.4 Согласно теореме о неразрывности струи, линейная скорость течения жидкости ν обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосуда S.  Аорта разветвляется на артерии, артерии — на артериолы и затем на капилляры. Каждое разветвление сопровождается уменьшением диаметра отдельных сосудов и увеличением суммарной площади поперечного сечения всех сосудов данного класса. Самым узким отделом сосудистого русла оказывается аорта, поэтому скорость кровотока в ней максимальна и снижается в направлении от аорты к капиллярам. Суммарная площадь просвета капилляров в 500.. .600 раз превышает площадь поперечного сечения аорты, соответственно скорость кровотока в них в 500.. .600 раз меньше скорости в аорте. Значительное снижение скорости кровотока в капиллярах способствует улучшению обмена веществ между кровью и тканями. Капилляры объединяются в вены, суммарный просвет данного отдела кровеносного русла суживается по сравнению с капиллярной сетью, а линейная скорость кровотока возрастает. Распределение скорости кровотока в разных отделах сосудистого русла и суммарной площади просвета сосудов данного класса представлено на рис. 4. Основной движущей силой кровотока является кровяное давление, обусловленное превышением давления, вызванного работой сердца, над атмосферным давлением. Среднее давление в аорте равно примерно 100 мм рт.ст. Давление в полых венах колеблется около нуля. Таким образом, движущая сила в большом круге кровообращения равна разнице между этими величинами, то есть 100 мм рт.ст. Среднее давление крови в лёгочном стволе менее 20 мм рт.ст., в лёгочных венах близко к нулю — следовательно, движущая сила в малом круге — 20 мм рт.ст., то есть в 5 раз меньше, чем в большом. Равенство объёмов кровотока в большом и малом круге кровообращения при существенно различающейся движущей силе связано с различиями в сопротивлении току крови — в малом круге оно значительно меньше. Для отдельно взятого сосуда можно считать, что ток жидкости обеспечивается разностью давлений на входе и на выходе сосуда. Распределение давления крови в сосудистой системе с некоторым приближением определяется по формуле Пуазейля. На рис.5 приведено распределение давления в разных отделах сосудистого русла.  Рис.5 Согласно формуле Пуазейля  падение давления обратно пропорционально четвертой степени радиуса сосуда, то есть даже небольшое изменение радиуса сосуда может значительно отразиться на величине кровяного давления. Именно поэтому природные механизмы нервной и гуморальной регуляции кровяного давления, а также действие лекарственных препаратов, нормализующих давление, связаны с изменением просвета сосудов.Длина сосуда L как фактор, влияющий на сопротивление, имеет значение для понимания того, что наибольшее сопротивление току крови оказывают артериолы, имеющие относительно большую длину при малом радиусе, а не капилляры: их радиус сопоставим с радиусом артериол, но капилляры короче. Если общее сопротивление току крови в сосудистой системе большого круга принять за 100 %, то в разных её отделах сопротивление распределяется следующим образом. В аорте, крупных артериях и их ветвях сопротивление току крови составляет около 19 %; на долю мелких артерий (диаметром менее 100 мкм) и артериол приходится 50 % сопротивления; в капиллярах сопротивление составляет примерно 25 %, в венулах — 4 %, в венах — 3 %. Общее периферическое сопротивление (ОПС) — это суммарное сопротивление параллельных сосудистых сетей большого круга кровообращения. Оно зависит от градиента давления  P в начальном и конечном отделах большого круга кровообращения и объёмной скорости кровотока Q.Следует отметить, что уравнение Пуазейля справедливо для прямолинейного осесимметричного установившегося ламинарного потока ньютоновской жидкости. В кровеносной системе не одно из этих требований строго не выполняется. Во-первых, сосуды эластичны и ветвятся; во-вторых, в некоторых участках сосудистой системы наблюдается турбулентное течение крови; в-третьих, кровь не является гомогенной жидкостью; в-четвертых, иногда происходит кратковременный обратный (антероградный) кровоток, например, в аорте и периферических артериях во время диастолы. Каждый из этих факторов увеличивает гидравлическое сопротивление по сравнению с теоретическим, вычисленным по формуле Пуазейля. Таким образом, описание кровотока требует учета всех вышеперечисленных факторов, что, очень сложно и не всегда возможно. ^ Течение крови по сердечно-сосудистой системе достаточно сложный процесс. Сложное строение имеет кровеносное русло, которое являет собой разветвленную систему эластичных сосудов разного типа. Кровь, в свою очередь, является сложной суспензией, реологические характеристики которой зависят от условий ее течения. Кроме того, система кровообращения имеет активные источники энергии: желудочки и предсердия сердца. Производительность сердца и механизмы рефлекторного изменения тонуса сосудов изменяют физиологичные свойства системы кровообращения, а следовательно и условия движения крови. ^ В модели Франка предполагается, что все крупне сосуды артериальной части большого круга кровообращения (БКК) объединены в одну упругую камеру с эластичными стенками и незначительным гидравлическим сопротивлением, а все мелкие сосуды – в жесткую трубку с постоянным гидравлическим сопротивлением.  Часть крови, притекающая из сердца в упругую камеру, остается в ней и растягивает ее, а другая часть вытекает в жесткую трубку:  , (8)где  - объемная скорость притока крови из сердца; - объемная скорость оттока крови в жесткую трубку; - скорость изменения объема упругой камеры.Изменения объема упругой камеры пропорционально изменению давления в ней:  , (9)где С - эластичность камеры. Объемная скорость кровотока через периферические сосуды, согласно уравнению Пуазейля, равна:  ,где Х – общее гидравлическое сопротивление периферической части системы кровообращения;  - венозное давление, ≈ 0.Тогда  (10)Подставим выражения (9) и (10) в уравнение (8):  или  (11)Во время диастолы приток крови из сердца прекращается, то есть =0, стенки упругой камеры (крупных артерий) сжимаются и выталкивают кровь в периферические сосуды. Для этой фазы уравнение (11) принимает вид:  или  (12)Проинтегрируем выражение (12) в пределах от максимального систолического давления, соответствующего времени t=0, до произвольного значения давления р, соответствующего времени t:   ^  , (13)Соответственно зависимость объемной скорости крови в периферических сосудах в период диастолы имеет вид:  (14)^ Для моделирования процессов кровообращения используются аналоговые электрические схемы, где каждой гидродинамической величине соответствует определенная электрическая величина:
Используя представленную электрическую схему, моделирующую работу левого желудочка сердца, выведем зависимость, устанавливающую связь между давлением в левом желудочке и объемной скоростью кровотока.
  (15) (16)Выражение (16) подставляем в уравнение (15):  Члены, содержащие давление  , перенесем влево, а содержащие объемную скорость кровотока Q, перенесем вправо. В результате получим зависимость, устанавливающую связь между давлением в левом желудочке и объемной скоростью кровотока (17)^ В модели Франка предполагается, что в момент выталкивания крови из ЛЖ все крупне сосуды артериального русла БКК растягиваются одновременно, а затем во время диастолы так же одновременно сжимаются и выталкивают кровь в периферические сосуды. На самом деле выталкивание крови из желудочка в первый момент сопровождается растяжением только ближайшего к нему отдела аорты и возрастанием напряжения в ее стенках. По мере снижения скорости изгнания крови из сердца давление в растянутом участке начинает снижаться, а растянутые стенки стягиваются и возвращаются в исходное состояние, проталкивая при этом кровь дальше по руслу и вызывая растяжение следующих участков аорты. Этот процесс продолжается, постепенно затухая, до области концевых разветвлений артерий и артериол, где пульсирующий поток постепенно сменяется непрерывным. Таким образом, по сосудам распространяются колебания давления, которые называются пульсовой волной. Скорость распространения пульсовой волны определяется по следующей формуле:  , (18)где  - модуль упругости стенки сосуда; - толщина стенки сосуда; - внутренний диаметр сосуда; - плотность вещества сосуда.Скорость распространения пульсовой волны в 20-40 раз больше скорости кровотока. ПримерВ результате отложения холестерина толщина стенки аорты увеличилась в 1,5 раза, внутренний диаметр уменьшился на 25%, а скорость распространения пульсовой волны розросла в 1,9 раза. Как изменилась упругость стенки аорты?
Таким образом, отложение холестерина приводит к повышению модуля упругости в 1,8 раз, а эластичность сосуда уменьшается в 1,8 раз. ^
 Выберите правильный ответ: 1. Модель Франка позволяет установить связь между. . . а) пульсовой волной и скоростью ее распространения; б) скоростью кровотока и гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения; в) ударным объемом крови, гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения и изменением давления в артериях; г) объемом крови, выбрасываемым желудочком сердца за одну систолу и давлением в периферической части системы кровообращения. . 2. 1) В модели Франка артериальная часть системы кровообращения моделируется упругим (эластичным) резервуаром, а гидравлическое сопротивление периферической системы - "жесткой" трубкой. 2) Скорость распространения пульсовой волны значительно больше скорости крови. 3) Пульсовая волна распространяется со скоростью 5-10 м/с, следовательно, за время систолы она должна распространяться на расстояние 1,5-3 м. 4) Модель Франка точно отражает весь процесс движения крови по артериальному руслу от систолы до диастолы. 4. 2) Модель Франка позволяет определить скорость пульсовой волны. 3) Давление в артериях после систолы экспоненциально убывает со временем. 5) Кровь движется по сосудам с разной скоростью, так как пульсовая волна убывает.  |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отлично
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям