Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.2 (947489), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Взяимоспязь в<ежду обымиой скоростью тока жидкости и ьждродинамкческим сопротивлением Как уже говорилось. ламинарный поток в трубках с круглым поперечным сечением представлен отдельными слоями жидкости. скользящими относительно друг друга подобно трубкам телескопа. Эту аналогию можно продолжить, применив закон Ньютона о внутреннем трении жидкостей для вывода уравнения, связывающего линейную либо объемную скорость кровотока. вязкость жидкости, градиент давления и размеры трубки (длину и внутренний радиус). В условиях стационарного состояния и ламинарного патока силы, сознаваемые градиентом давления между двумя концами каждого концентрического слоя жидкости, должны быть уравновешены силами трения, создаваемыми между трущимися поверхностями этих слоев.
При решении подобного уравнения можно получить параболический профиль скоростей, характерный для ламинарнага потока; при этом средняя скорость тока жидкости будет зависеть ат квадрата радиуса трубки. Объемная скорость кровотока будет рассчитываться исходя из закона Хагена- Пуазейля: л г Ч= ЬР, 8.т! 1 где ЛР разность давлений, г — радиуг сосуда, ц — вязкость жидкости, 1 — длина сосуда.
Коэффициент 8 появляется в результате интегрирования скоростей слоев. Согласно закону Ома, гидродииамическое сопротивление потоку равно 8 т!.1 й= л.г Поскольку Ч = у.л.го (уравнение (2)), средняя линейная скорость кровотока составляет гз Ч = — ЛР. 8.<1 1 Видно, что ойьвмн<ьч <корость пряма пропорциональна, а гидродинамичегков <опроашв <вние обратно пропорционально радиусу трубки в четвертой степени. Поэтому обе эти величины гораздо больше зависят от изменений диаметра сосудов, чем от изменений их длины, градиента давления или вязкости жидкости.
Так, если в исходном состоянии объемная скорость кровотока через сосуд равна ГЛАВА 20. ФУНКЦИИ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ 1 мл/с. то при увеличении его диаметра вдвое она составит 16 мл/с, а при увеличении вчетверо- 256 мл/с; гидродинамическое же сопротивление при этом уменьшается соответственно в !6 и 256 раз. С учетом этих соотношений ясно, что при местных или системных приспособнтельных реакциях сосудистого русла главную роль в регуяяиигг давления и абьемиай скорости кровотока играют изменения радиуса сосудов. Однако закон Хагена-Пуазейля имеет ограничения: так, он справедлив лишь для 1) жестких неветвяшихся трубок с круглым поперечным сечением; 2) стационарного состояния и чисто ламинарного течения; 3) гомогенных жидкостей. В идеальном случае, когда все эти условия соблюдаются, сопротивление потоку минимально.
Напротив, ситуация в сердечно-сосудистой системе совсем иная: сосуды эластичны и обладают сложной архитектурой с ветвлениями, кроваток не полностью непрерывен или турбулентен и кровь-это не гомогенная жидкость. Каждый из этих факторов в известной степени обусловливает увеличение гидродинамнческого сопротивления. Следовательно, кроваток в отдельных органах или сосудистой системе в целом не может быть точно описан уравнением Хагена †Пуазей. Закон Ома также выполняется только при условии постоянного однонаправленного потока.
Вследствие этого для более точного изучения гемодинамики необходимо разработать более тонкие методы, позволяющие учитывать дополнительные факторы, часть из которых оценить довольно сложно 15, 15, 333. 20.2. Свойства стенок и изменения диаметра сосудов Строение стенок сосудов Все кровеиасиые сосуды выстланы иэвулри слоем эядотглия, непосредственно прилегающим к просвету сосуда. Эвдотеляй обычно пасграеи из одного слоя плоских клеток (окала прекпппллярвых сфинкгеров и и области пртериавепаэвых апастамаэоп имеется миогаслойпый эпителий). Эидотепяй образует гпцпкую внутреннюю цаперхность сосуда; если эта поверхность пе повреждена, аиа пргпятлпиа ет слергпывапию хрипи.
Помимо эпдотепия во всех сосудах, кроме истиявых капилляров, имеются следующие обрпзоппиия: 1) эластические вплакиа; 2) япллагеиаяые волокна; 3) гладкамышечиые полакал. Количество этих волокон в разных сосудах различно. Эластические волокна, особенно валахия внутренней оболочки (мапимы), образуют относительно густую сеть. Оии легко могут быть растянуты в несколько рпэ. Эти волокна создают эластическое яаврюпяяяе. противодействующее кровяному лпвяеяию, рвстягивающему сосуд. На создание гакага напряжения не расходуется энергия биохимических процессов. Коллаггпалые волокна средней и паружпай оболочек образуют сеть, оказывающую растяжеиию сосуда гораздо большее гюпрпгпиялгииг, чем эластические волокна.
Коллагеаовые волокна опюсительио свободно располагаются в стенке сосуда и яяоглп образуют складки. В связи с этим оии противодействуют давлению только тогда, когда сосуд растянут до определенной степени. Верегеиааорпэи не гладком ышечиые клетки (диаметрам акала 4,7 мхм. длиной около 20 ъваа) соединены друг с другам и с эластическими и каплагевапыми волокнами.
Главная фуикция гпплхамыгпечяых клеток состоит в создании ахтявиага ипцрвлеияя сосудистой стенки (еаеулистага таиуеа) и в изменении величины просвета сосудов в ссютвегетвия с физиологическими патребиасгямв. Глалкие мышцы кравеиасимх сосудов иивервируются волокнами вегетативной нервной системы. Трансмуряльное давление, диаметр сосудов и напряжение в стенке Траисмуральное давление и диаметр сосудов. Трансмуральным давлением называют разность давлений между внутренней н иаруэюнай поверхностями стенки сосуда (Р, = Р,— Р„).
Поскольку сосудистая стенка эластична, изменения трансмурального давления сопровождаются соответствующими изменениями диаметра и степени растяжения сосуда. В большинстве органов внешнее давление (т.е. давление ип сосуды со стораиы окружающих тканей) невелико, поэтому траисмураяьиае давление фактически равно впутрисасудпсгаму. Однако в пекаторых особых случаях виутрисасудястае давление можел оставаться пасгаяввым.
а травсмуральиое-претерпевать эпачительиые изменения иэ-эа местных колебаний эксгрпмурппьвага давления (эта касается в асабепяасли пеп с их легко дефармируемыми стенками). В таких ситуациях просвет сосудов меняется, и это влияет яа ях емкость я скорость кровотока. Траисмуральиое давление и напряжение в стенке сосуда. Растягиваюшее давление, действующее на стенки сосуда. создает в них противоположно направленное тангенциальное напряжение (Т). Это напряжение зависит не только от трансмурального давления, но также от внутреннего радиуса (г,) и толщины стенок ()г). Напряжение, проинтегрированное лля всей толщины стенки (Т„).
можно рассчитать исходя из видоизмененного уравнении Лапласа: Т„= Ррд (Н/мг) (14) На рис. 20.5 приведены все факторы, учитываемые в данном уравнении. Трансмуральное давление направлено таким образом, что, если бы сосуд был разделен на две половины продольным разрезом, этн половины расходились бы под действием силы, равной Р„= 2.г -1 Р,.
В норме эта сила уравновешена противодействующей силой, создающейся в стенках: Ри = 2Ь.1.. Т„. Как тангенциальное напряжение в стенке, так и траисмуральное давление имеют размерность силы, отнесенной к единице ЧАСТЬ Ч. КРОВЬ И СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ ЬЧ Растижимость = ЛР (16) АР К = — Ч =Е'.Ч (Пз). АЧ (17) КРР с, нян с= г 1К Р 12„10-з 0,5-3 1О 3 10-100.10 з 3.10 з 10 †2.10 з О 75 7 5.10-з 17.10гз 8 13,3 106 3 7 11,0 33.-77 1-5 7,0 7-35 5- 8 3,3 17-26 7-.10 1,6 11-16 7 — 1О 1,3 9-13 10- 15 1,0 10- 15 Аорта Артерия Артернаяы Капилляры Венулы Вены Полые зевы (18) Рис.
20.$. Схема соотношения трансмурвльного давпения н тангенциапьного напряжения в кровеносном сосуде цилиндрической формы. Р,. янутрисосудистое давление; Р, -давление снаружи сосуда; г.— внутренний радиус: )з-толщина стенки; Т-тангенциальнае напряжение в стенке сосуда. Если бы в стенке сосуда бып произведен продольный раарез. то края этого раареза разошлись бы лад дейсззием сипы Т поверхности, и служат мерой напряжения, испытываемого структурами сосудистой стенки. При данном давлении зто шшряжеиие будет тем больше, чем больше радиус сосуда и меньше толщина его стенки, В табл.
20.1 приведены значения напряжения в стенках различных сосудов. Эти значения рассчитаны для более простых, чем реальные, условий: 1) не учтены градиенты давлений (приняты средние давления для сосудов каждого типа с различным )хщиусом), 2) в некоторых случаях соотношение между внутренним радиусом н толщиной стенки широко варьирует. Из таблицы видно, что па мере удаления от аорты и крупных артерий к артериолам и более дистальным сосудам напряжение в стенке значительно снижается. Благодари этой закономерности-низкому напряжению в стенке сосудов с малым радиусом — капилляры, состоящие всего из одного слоя клеток, не разрываются под действием растятивающей силы, обусловленной давлением крови. Мелкие сосуды обладают еще одной особенностью: когда в результате сокращения гладких мышц их радиус снижается, наззряжение в их стенке, будучи неболыиим уже в состоянии покоя, еще сильнее уменьшается.
Это связано не только с уменьшением радиуса сосуда, но и с одновременным утолщением его стенки. В связи с этим неудиви- Таблица 20.1. Значения трансмурзльнага давления (Р) и тангенцизльного напряжения (Т) в различных сосудах [Я, 6] з(в), и г/Ь Р, хПз Т, хПз тельно, что при любых физиологических значениях давления сокращение гладкой мускулатуры арте- риол.легко приводит к уменьшению их диаметра. Взаимосвязь между диидением в сосудах и их объемом Упругие сваиства сосудов.
Пределы раствжззмости сосудов зависвт как от ясла эластических и коллагенавых волокон, так и от соотношения между ними. Так, арзнерии какого-либо отдела большого круга кровообращения в 6 — Ю раз менее распзязкимы, чем вены этого же отдела. В малом же круге кровообращения артерии всего в два раза менее растяжимы, чем вены, которые обладают почти такими же свойствами, как в болъшом круге. Каэффшзяеит объемной упругости Е'.
Коэффициент объемной упругости Е' отрагкает упругие свойства полого образования (или изолированного отрезка сосуда). Этот коэффициент ранен отношению прироста давления ()3Р) к приросту объема (ЛЧ): Е'= — (Па.мл '). )5Р (15) )3Ч Если упругий материал легко растяжим, то его Е' мал, и наоборот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
