Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Наука, изучающая движение крови в сосудистой системе, получила название гемодинамики. Она является частью гидродинамики — раздела физики, изучающего движение жидкостей.

Движущей силой кровотока служит разность давлений между различными отделами сосудистого русла: кровь течет от области высокого давления к области низкого давления. Этот градиент давления служит источником силы, преодолевающей гидродинамическое сопротивление; последнее широко варьирует во времени и в разных отделах сосудистого русла, а также зависит от архитектуры этого русла (числа, длины, диаметра и степени ветвления сосудов той или иной области), вязкости крови.

Объемный кровоток (Q) — это объем крови, протекающий через данный участок сосудистой системы за данный период времени.

Согласно законам гидродинамики количество жидкости Q, протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений Dр в начале и в конце трубы и обратно пропорционально сопротивлению R току жидкости:

Q = Dp/R. (22.2)

Применительно к сосудистой системе человека следует учесть, что давление в конце данной системы, то есть в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:

Q = p/R, (22.3)

где Q — количество крови, изгнанное сердцем в минуту; р — величина среднего давления в аорте; R — величина сосудистого сопротивления.

Из этого уравнения следует, что p = QR, то есть давление р в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту Q, и величине периферического сопротивления R. Давление в аорте р и минутный объем сердца Q можно измерить непосредственно. Зная эти две величины, вычисляют периферическое сопротивление — важнейший показатель состояния сосудистой системы.

Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой R определяется по формуле Пуазейля:

(22.4)

где R — сопротивление трубки; h — вязкость протекающей жидкости; l — длина трубки; r — радиус трубки.

Поскольку сопротивление обратно пропорционально четвертой степени радиуса, в организме кровоток и сопротивление существенно меняются в зависимости от небольших изменений калибра сосудов. Именно поэтому органный кровоток столь эффективно регулируется минимальными изменениями просвета артериол, а вариации диаметра артериол оказывают такое сильное воздействие на системное АД.

Сосудистая система состоит из множества отдельных трубок, соединенных параллельно и последовательно.

В системе, представленной на рис. 22.34, три гидравлических сопротивления R1, R2 и R3 расположены последовательно. Общее падение давления в системе, то есть разница между давлением притекающей жидкости рвх и давлением вытекающей жидкости рвых представляет собой сумму значений разницы давлений в каждом отдельном сопротивлении (уравнение I на рис. 22.34). При статичном состоянии системы объемная скорость жидкости Q в любом заданном поперечном сечении должна быть равна объемной скорости в любом другом поперечном сечении. При делении каждого компонента уравнения I на Q (см. рис. 22.34, уравнение II) из определения сопротивления становится очевидным, что при последовательно расположенных сопротивлениях общее сопротивление всей системы R равно сумме сопротивлений всех отдельных элементов, то есть R = R1 + R2 + ... + Rn. (22.5)

Рис. 22.34. Соединение сосудов: а — последовательное; б — параллельное. R₁, R₂, R₃ — гидравлические сопротивления; R — общее сопротивление; рвх — давление притекающей жидкости; рвых — давление вытекающей жидкости; Q₁, Q₂, Q₃ — объемные скорости компонентов системы; Q — общая объемная скорость

Если же трубки соединены параллельно (как, например, сосудистые сети различных органов), то давление притекающей и давление вытекающей жидкостей одинаковы у всех трубок. При статичном состоянии системы общая объемная скорость Q равна сумме объемных скоростей в отдельных параллельно расположенных элементах системы (уравнение IV). Поскольку градиент давления (рвх – рвых) один и тот же во всех параллельно расположенных элементах, каждую составляющую уравнения IV можно разделить на этот градиент для получения уравнения V. Из определения сопротивления можно вывести уравнение VI, которое устанавливает, что при параллельном расположении сосудов обратная величина общего сопротивления R равна сумме обратных величин отдельных сопротивлений, то есть (22.6)

Более простой способ вывести это отношение — использовать термин «гидравлическая проводимость», которую можно определить как величину, обратную сопротивлению. Тогда становится очевидным, что при параллельном расположении элементов общая проводимость системы C представляет собой сумму проводимостей отдельных элементов:

С = С₁+ С₂ + ... + C_n. (22.7)

Таким образом, общее сопротивление нескольких параллельных трубок одинакового диаметра равно сопротивлению одной трубки, деленному на число трубок. Это общее сопротивление значительно меньше, чем у каждой отдельной трубки.