2. Движение крови по сосудам

Сосудистая система представлена артериями, артериолами, капиллярами, венулами и венами, которые соединяются друг с другом последовательно. Все вышеперечисленные составляющие сосудистой системы обладают ветвлением (представляют собой систему параллельно соединенных сосудов).

Начальные звенья сосудистой системы – аорта (в большом круге кровообращения) и левая легочная артерия (в малом круге кровообращения). Конечные звенья сосудистой системы – крупные вены.

Изменение давления на разных участках сосудистой системы описано уравнениями Бернулли и Гагена-Пуазейля.

Кровь течет по сосудам непрерывной струей. Через любое сечение последовательно соединенных сосудов за единицу времени протекает одинаковый объем крови.

Из этого следует:

V=S*υ=const, гдеV- объем жидкости, протекающей в единицу времени через сосуд; S– сечение сосуда; υ–скорость течения жидкости.

Если взять сечение и скорость течения крови на различных участках сосуда, то получается следующее соотношение:

S₁υ₁=S₂υ₂, где S₁ и S₂ – сечение на разных участках сосуда; υ₁ и υ₂ – скорость течения крови на разных участках сосуда.

Из чего можно сделать вывод о том, что скорость течения крови в сосуде с переменным сечением обратно пропорциональна площади сечений (υ₁/υ₂=S₂/S₁).

Минимально сечение сосудистая система имеет в аорте. При переходе к артериям, артериолам и капиллярам суммарная площадь сечения сосудов увеличивается и своего максимального значения достигает в области капилляров (там она превышает площадь сечения аорты в 600-800 раз).

В соответствии с этим, происходит уменьшение скорости течения крови (в аорте – 0,5 м/с; в капиллярах – 0,0003-0,0005 м/с).

При переходе к венозной части сосудистой системы площадь сечения сосудов уменьшается, а скорость, соответственно, увеличивается.

Если считать, что жидкость идеальная (то есть не обладает внутренним трением), то можно считать, что ее полная энергия при течении остается постоянной и вычисляется по следующему уравнению:

PV=mgh+mυ²/2=const, гдеP– давление; gускорение свободного падения, h–высота над поверхностью Земли.

Разделив правую и левую части уравнения на V , получаем:

Р+рgh+pυ²/2=const

Данное уравнение называется уравнением Бернулли.

При течении жидкости в горизонтальных сосудах силу тяжести можно не учитывать, и тогда уравнение принимает следующий вид:

Р+pυ²/2=const

Р называют статическим давлением, а pυ²/2 – динамическим давлением.

Статическое давление – давление оказываемое на поверхность, параллельную направлению движения жидкости. Динамическое давление – давление, обусловленное напором текущей жидкости. В сумме статическое и динамическое давление представляют собой полное давление.

Из уравнения Бернулли можно сделать следующий вывод: величина давления жидкости находится в обратной зависимости от скорости течения жидкости. В тех местах, где сосуды сужаются, скорость течения жидкости увеличивается. На ускорение жидкости в этих местах затрачивается часть потенциальной энергии жидкости, в связи с чем статическое давление в местах сужения сосуда уменьшается.

Кровь является реальной, вязкой жидкостью. При ее течении по сосуду возникает сопротивление течению, обусловленное внутренним трением жидкости. Чтобы преодолеть это сопротивление, необходимо расходовать силу, которая вычитается из силы, создающей статическое давление жидкости. При этом правило Бернулли продолжает выполняться, но уравнения, описанные выше, количественно не выполняются.

Система кровообращения обладает значительным сопротивлением, поэтому изменение давления в ней обусловлено в основном потерями энергии на преодоление этого сопротивления, а не изменением скорости течения крови в различных участках.

Пристеночные слои крови испытывают трение о стенки сосудов, в связи с чем их скорость уменьшается по сравнению со слоями, расположенными ближе к центру потока крови.

Согласно с принципом Бернулли, имеется градиент давления, направленный от стенок сосуда к его оси. Форменные элементы крови (эритроциты, тромбоциты и лейкоциты) испытывают большее давление со стороны пристеночных слоев и перемещаются к оси потока.

Уравнение Гагена описывает падение давления в сосуде:

Р₀-Р=I*R, где Р₀-давление в начале сосуда; Р – давление в конце сосуда; R–сопротивление сосуда; I– количество крови, протекающей через данное сечение за единицу времени (объемный ток крови).

Если известен объемный ток крови и величина сопротивления сосудов, то можно найти величину давления крови Р в любой точки сосудистой системы:

Р=Р₀-I*R, где Р₀- давление крови в желудочке; R– сопротивление сосудов, лежащих между желудочком и данной точкой.

Сопротивление сосудов прямо пропорционально вязкости крови η, длине сосуда l и обратно пропорционально радиусу rсосудов, взятому в четвертой степени. Общее сопротивление сосудистой системы представляет собой сумму сопротивлений всех ее звеньев.

Падения давления на протяжении сосудистого русла распределяется в соответствии с сопротивлением отделов сосудистой системы. Наименьшим сопротивлением обладают аорта и полые вены. При переходе к артериям и артериолам сопротивление возрастает.

Тот факт, что наибольшее сопротивление имеют артериолы, объясняется тем, что в организме насчитывается большое количество артериол (сотни тысяч), и суммарная величина их внутренней поверхности в десятки раз превышает величину общей поверхности крупных сосудов.

Сравнительно большая скорость кровотока в артериолах при большой поверхности, о которую в артериолах происходит трение крови, ведет к тому, что сопротивление артериол превышает сопротивление крупных сосудов.

Сумма просветов капилляров во много раз превышает суммарное сечение артериол, в связи с чем скорость крови в капиллярах очень мала, вследствие чего падение давления в них сравнительно мало.

Аорта и крупные артерии обладают эластичностью, что приводит к увеличению объемного тока крови и сглаживанию пульсации кровяного давления.

В среднем давление в различных участках сосудистой системы равно: в аорте (во время систолы) – 115-130 мм рт.ст, у начала артериол – 70-80 мм рт. Ст, в конце капилляров – 8-15 мм рт.ст. В венах, впадающих в сердце, давление ниже атмосферного. [1]