ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 584
Скачиваний: 1
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
100
Для оцінки ефективності роботи серця використовується показник
серцевого викиду (СВ)
, який
являє собою кількість крові, що
викидається лівим шлуночком в аорту за 1 хвилину чи 1 секунду
(мл/сек – систолічний об’єм крові (СО), л/хв – хвилинний об’єм крові
(ХОК)) і залежить від таких фізіологічних факторів: кількості крові, яка
тече до правого передсердя («венозне повернення»), нагнітальної функції
серця, яка визначається скорочувальною здатністю міокарда, та
загальним периферійним опором (ЗПО).
Ефективність серця, як насосу, визначається тим, наскільки воно
спроможне перекачувати об’єм крові, котрий надходить за системою
порожніх вен. У нормальних умовах серце за 1 хв перекачує 5-6 л
крові. Підвищення ЗПО при інших однакових умовах (постійній величині
венозного возврату і постійній скорочувальній функції міокарда)
призводить до зниження серцевого викиду. Фактори, які підвищують
частоту скорочень серця (фізичне навантаження, емоційне збудження
тощо), як правило, підвищують і показник серцевого викиду. На
серцевий викид впливають захворювання і порушення, при яких
зменшується приплив крові до серця через вени (венозний возврат).
Також СВ знижується при ослабленні серця (наприклад, при стійкій
серцевій недостатності).
Тиск руху кровотоку.
Кров, після викиду її з серця, здійснює на
стінки судин тиск. Існує градієнт тиску, який спрямовано від артерії до
артеріол і капіляр і від периферійних вен – до центральних, через що
кров’яний тиск зменшується у наступному напрямку: аорта –
артеріоли – капіляри – венули – крупні вени – порожні вени. Саме
завдяки цьому градієнту кров тече від серця до артеріол, потім до капіляр,
венул, вен, і назад – до серця. У судинах через тиск крові з’являється опір.
Тобто кров’яний тиск, який зумовлений перевищенням тиску,
викликаного роботою серця, над атмосферним тиском, є основною
руховою силою течії крові. Для окремо взятої судини можна вважати,
що рух крові забезпечується різницею тисків на вході і виході судини.
Під
артеріальним тиском (АТ)
розуміють тиск, який здійснює
кров на внутрішню поверхню артерій і на поперед лежачий стовб
крові. АТ залежить від притоку крові в артеріальну систему, від
еластичності судинних стінок, від в’язкості крові і ще від багатьох
інших факторів. Артеріальний тиск є величиною, яка утворюється і
регулюється, в основному, лише внаслідок зміни серцевого викиду
крові і периферійного опору.
Розрізняють систолічний (максимальний) і діастолічний (мінімальний)
тиск.
Систолічний
артеріальний тиск (
СТ
) – це тиск, який виникає в
Основи біофізики і біомеханіки
101
артеріальній системі після систоли лівого шлуночка серця, тобто в
момент максимального підйому пульсової хвилі.
Діастолічний
артеріальний тиск (
ДТ
) – виникає в період діастоли серця, коли має
місце спад пульсової хвилі. Різниця між величинами максимального і
мінімального тиску називається
пульсовим
тиском (
ПТ
). Підвищені
величини АТ (
гіпертонія
) спостерігаються при багатьох захворюваннях:
гіпертонічної хвороби, пухлинах кори і наднирників тощо. В цих
випадках систоличний АТ може підніматися до 200-250 і вище мм. рт. ст.,
діастолічний – до 120-160 мм. рт. ст. Стійкий високий діастоличний
тиск свідчить про підвищення тонусу артеріол, що відбувається при
гіпертонічній хворобі. Зниження АТ має назву
гіпотомії
. Спостерігається
при шоку, при різних інтоксикаціях тощо. Короткочасний підйом АТ
(
гіпертензія
) до максимального може спостерігатися у здорових
людей після надмірного переїдання, при великих фізичних і розумових
навантаженнях, при психічному збудженні (стресі) після прийому
алкоголю, кави, міцного чаю. Раптова артеріальна
гіпотензія
спосте-
рігається при інфаркті міокарда, колапсі, сильних кровотечах тощо.
Падіння АТ пов’язано зі зниженням тонусу артеріол і ще більше він
знижується при слабкості серцевого м’язу. АТ вимірюють з метою
оцінки стану судинної системи як у хворих, так і у здорових людей.
Таким чином, спостереження про величину АТ відіграє важливу роль у
своєчасному виявленні того чи іншого захворювання.
Розподіл тиску крові в судинній системі з деяким наближенням
описується
формулою Пуазейля:
Q =
R
p
p
l
r
8
4
,
(5.3.3.)
де
Q –
об’ємна швидкість течії крові,
r
– радіус зазору судини,
η
–
динамічна в’язкість крові (в Пуазах),
l
– довжина ділянки судини,
∆
p
–
перепад тисків на цій ділянці,
R
– гідравлічний тиск.
Звідси:
R = ∆p/Q = 8ηl/(π
.
r
4
)
(5.3.4.)
Тобто:
1.
Об’ємна швидкість є прямо пропорційною зміні тисків і
четвертій ступені радіусу судини (
r
4
) ): так, при збільшенні радіусу на
16 %, об’ємна швидкість течії рідини зростає на 100 %. Тому незначні
зміни ширини зазору кровоносних судини сильно позначаються на
течії крові. Саме цьому природні механізми нервової і гуморальної
регуляції кров’яного тиску, а також дія лікарських препаратів, які
нормалізують тиск, спрямовані на зміну зазору судин.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
102
2.
Об’ємна швидкість є зворотно пропорційною довжині судини
(
l)
і в’язкості рідини (
η)
,
3.
Гідродинамічний опір є прямо пропорційним довжині судини і
в’язкості рідини, яка, у свою чергу, залежить від кількості еритроцитів,
вмісту білка в плазмі та інших факторів. Гідродинамічний опір
кровоносної судини є більшим, ніж у води. Периферійний опір
судинної мережі людини дорівнює 1 700 дин на с/см
2
.
Опір периферійної системи. З а г а л ь н и й п е р и ф е р і й н и й
о п і р
є функцією кровоносних судин, яка спрямована на регуляцію і
розповсюдження кровотоку в організмі і окремим органам шляхом
збереження оптимального рівня артеріального тиску. Потік крові на
своєму шляху відчуває силу тертя, яка становиться максимальною на
ділянці артеріол і створює у цьому місці опір.
Артеріоли є основними регуляторами загального периферійого
опору. Так, при великому фізичному навантаженні, коли серцевий
викид підвищується у декілька разів, тиск крові підвищується у
меншій пропорції через підвищену пропускну спроможність артеріоли.
У нормі ЗПО коливається в межах 1 200-1 600 дін·с/cм
5
. При гіпертонії
ця величина може збільшитися до 2 000-3 000 дін·с/cм
5
. Показник ЗПО
має істотне значення, бо визначає навантаження на міокард лівого
шлуночка, і у цілому – на умови і рівень метаболізму.
Враховуючи, що радіуси зазорів аорти
r
аор
,
артерій
r
арт
,
артеріол
r
арл
і капілярів
r
кап
відносяться одне до одного як:
r
аор
: r
арт
: r
арл
: r
кап
=3000:500:7:1,
то, згідно з попередньою формулою, мінімальним гідравлічним
опором володіє аорта, а максимальним – капіляри. Однак це
твердження є справедливим лише для окремо взятих судин. Усі судини
включені в рух крові паралельно. Тому їх сумарний опір
R
дорівнює:
R=
...
1
1
1
1
3
2
1
R
R
R
,
де
R
1
, R
2
, R
3
– гідравлічні опори кожної судини даного відділу системи
кругообертання крові.
Чим більша кількість судин певного типу зустрічається в організмі,
тим у більшій мірі сумарний опір певної ділянки судинної системи
зменшується, порівняно з опором окремої судини. Завдяки великій
кількості капілярів, сумарний опір капілярної мережі є меншим за
сумарний опір артеріол і, тим більш, аорти. Таким чином, найбільший
гідравлічний опір серед всіх ділянок судинної системи має сукупність
артеріол (
рис. 5.3.3
). Зміна їх зазору відіграє головну роль у регуляції
тиску крові.
Основи біофізики і біомеханіки
103
Рис. 5.3.3.
Співвідношення гідравлічного опору в різних відділах
судинного русла
За формулою Пуазейля, гідравлічний опір ділянки судинного русла
є прямо пропорційним падінню тиску на цій ділянці (
Q
P
R
), тобто
чим більшим є опір, тим більшу силу необхідно прикласти для
проштовхування крові крізь судину. Згідно експериментальних даних,
падіння тиску в великих і середніх артеріях складає 10 %, а в
артеріолах і капілярах – 85 %. Тобто 85 % енергії, яку було передано
крові при скороченні шлуночка, витрачається на проштовхування крові
за артеріолами і капілярами (
рис. 5.3.4.
). Причому найбільше падіння
тиску крові (не менше 50 %) від початкового тиску відбувається в
артеріолах. Кількість артеріол у сотні тисяч разів є більшою за кількість
великих артерій при порівняно невеликому збільшенні загального
діаметру судин. Тому втрати тиску від пристінного тертя в них великі.
Загальна кількість капілярів є ще більшою, однак їхня довжина є
настільки малою, що падіння тиску крові в них є хоча і істотно, але
меншим, ніж в артеріолах. У мережі венозних судин, площа перетину
яких в середньому у два рази є більшою за площу перетину
відповідних артерій, швидкість течії крові є невисокою і падіння тиску
є незначним. У великих венах біля серця тиск стає на декілька
міліметрів ртутного стовпа нижче за атмосферний. Кров в цих умовах
рухається під впливом присмоктуючої дії грудної клітини при вдиху.
Тиск крові за судинами, особливо розподіл її між різними
частинами судинної системи, залежить не лише від роботи серця, але і
від загального просвіту судин, який зумовлений тонусом судинних
стінок. В еластичних стінках судини є гладкі м’язові волокна, від рівня
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
104
скорочення яких залежить просвіт судини. Має значення також загальна
кількість пульсуючої крові, її в’язкість тощо. Всі ці фактори знаходяться
під регулюючим впливом центральної нервової системи. Таким чином,
фізіологічні фактори, разом із фізичними закономірностями, регулюють
кровообіг в різних частинах організму.
Рис. 5.3.4.
Розподіл тиску (перевищення над атмосферним) в різних
ділянках судинної системи:
штриховою
позначено коливання тиску
під час систоли і діастоли,
пунктиром –
середній тиск:
1
– в аорті,
2
– у
великих артеріях,
3
– у малих артеріях,
4
– у артеріолах,
5
– у
капілярах,
6
– у венулах,
7
– у венах,
8
– у порожній вені
У нормі судинна система є замкненою і не має сполучання з
атмосферою. Судини розташовуються у різних напрямках, причому
артеріальні і венозні судини, за якими кров рухається у протилежних
напрямках, більшою частиною є паралельними. Ці судини сполучаються
між собою через капіляри, тому у першому наближенні можна
вважати, що гідростатичний тиск крові у них, як у сполучних судинах,
взаємно урівноважується, і в якості моделі можна розглядати систему
горизонтальних трубок.
При ушкодженні судинної стінки може утворитися сполучання
судини з атмосферою, і тоді відбувається дія гідростатичного тиску
крові. Загальновідомо, наприклад, що для зменшення кровотечі з
ушкодженої судини кінцівки останнім потрібно надати підвищене
положення.
Наприкінці відзначимо, що, як відомо з гідродинаміки, рівняння
Пуазейля є вірним 1) для жорстких нерозгалужених трубок з круглим