Движущая сила кровотока: градиент давления
Для того чтобы кровь двигалась по сосудистой трубке, необходимо наличие разности давлений (обозначается как ΔP). Этот показатель отражает разницу между давлением в начале сосудистого участка и в его конце.
Именно градиент давления является абсолютным и главным фактором, заставляющим кровь течь вперед. С физической точки зрения этот градиент может формироваться тремя путями:
- Значительным повышением давления в самом начале сосуда.
- Выраженным снижением давления в конце сосудистого русла.
- Сочетанным действием обоих этих факторов, что обеспечивает наиболее эффективную разность потенциалов для движения жидкости.
Препятствия на пути крови: гидродинамическое сопротивление
Если разность давлений толкает кровь вперед, то гидродинамическое сопротивление (обозначается как R) постоянно препятствует этому движению. Природа этого сопротивления кроется в силах трения, которые неизбежно возникают при течении любой реальной жидкости.
Сопротивление в кровеносном русле складывается из двух основных видов трения:
- Внутреннее трение жидкости: возникает между отдельными слоями самой протекающей крови. В физиологии и физике это явление называется вязкостью.
- Внешнее трение: возникает при контакте движущейся жидкости непосредственно со стенками кровеносного сосуда. Чем активнее кровь трется о стенку, тем больше энергии давления расходуется на преодоление этого препятствия.
Влияние диаметра сосудов
Третьим важнейшим фактором, определяющим характер движения крови, является диаметр сосуда. Несмотря на то, что он тесно связан с гидродинамическим сопротивлением, его выделяют как самостоятельный параметр гемодинамики.
Именно от диаметра (просвета) сосудистой трубки напрямую зависит, насколько сильно будет проявляться трение жидкости о стенки. Изменение диаметра сосуда — это главный механизм, с помощью которого организм может быстро регулировать как сопротивление, так и скорость потока на конкретном участке русла.
Общий принцип непрерывности струи
Одним из фундаментальных законов гидродинамики, применимых к сосудистому руслу, является принцип непрерывности струи.
Суть этого принципа заключается в следующем: если взять любые последовательные участки кровеносного русла (например, суммарное сечение всех артерий и суммарное сечение всех вен), то через них в одну единицу времени будет протекать абсолютно одинаковое количество крови.
Важно понимать, что этот принцип говорит именно о равенстве объемов протекающей крови (количества), а не о равенстве линейной скорости кровотока, давления или периферического сопротивления на этих участках.
Коротко: ответы на вопросы по теме
По какой формуле рассчитывается гидродинамическое сопротивление кровеносных сосудов?
Гидродинамическое сопротивление кровеносных сосудов рассчитывается по специальной физической формуле, которая учитывает геометрию сосуда и свойства самой крови. Формула расчета гидродинамического сопротивления имеет следующий вид: $R = \frac{8l\eta}{\pi r^4}$.
Расшифровка показателей:
- $R$ — гидродинамическое сопротивление;
- $l$ — длина кровеносного сосуда;
- $r$ — радиус сосуда;
- $\eta$ — вязкость крови;
- $\pi$ — отношение окружности сосуда к диаметру.
Как зависит линейная скорость кровотока от суммарного сечения сосудистого русла?
Линейная скорость кровотока обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосудов одного калибра. Согласно уравнению неразрывности струи, чем больше суммарная площадь просвета сосудистого русла, тем меньше скорость движения жидкости.
- В аорте суммарная площадь сечения минимальна, поэтому линейная скорость там максимальная.
- В капиллярах наблюдается резкий пик и максимальная суммарная площадь сечения всех сосудов данного калибра, следовательно, линейная скорость крови в них снижается до минимальных значений.
Чем отличается объемная скорость кровотока от линейной скорости кровотока?
Объемная скорость кровотока характеризует протекающий объем жидкости, тогда как линейная скорость отражает преодолеваемое частицей расстояние.
| Признак | Объемная скорость ($Q$) | Линейная скорость ($V$) |
|---|---|---|
| Определение | Количество жидкости (объем), протекающее через поперечное сечение сосуда за единицу времени | Расстояние, которое частица крови проходит за единицу времени |
| Изменение по руслу | Не меняется по ходу сосудистого русла | Зависит от общей поперечной площади сосудов одного калибра |
| Формула расчета | Отношение разности давлений к сопротивлению | Отношение объемной скорости к площади поперечного сечения |
Какие факторы крови определяют ее внутреннее трение (вязкость)?
Внутреннее трение (вязкость) крови определяется гематокритом, составом плазмы, а также физико-химическими свойствами среды. Основные факторы:
- Гематокрит — часть объема крови, приходящаяся на клетки (в основном эритроциты). Чем он выше, тем больше вязкость.
- Белки плазмы — концентрация и наличие белков.
- Кислотно-щелочное состояние (КЩС) — имеет обратную связь с вязкостью.
- Гиперкапния — повышает вязкость (венозная кровь более вязкая, чем артериальная).
- Скорость движения в микрососудах — в микроциркуляторном русле вязкость существенно зависит от скорости (осевой поток снижает вязкость).
Чему равно давление крови в начале большого круга (аорте) и в его конце (полых венах)?
В начале большого круга кровообращения давление крови имеет максимальные значения, а в конце — минимальные.
В аорте давление высокое и выражены пульсовые колебания; его падение на этом участке незначительное — в среднем со 100 до 99 мм рт. ст. По мере продвижения крови давление постепенно падает из-за трения. В конце большого круга — в полых венах и правом предсердии — давление очень низкое, постепенно падает почти до 0 и даже может быть отрицательным (до –2 мм рт. ст.).
Чтобы запомнить факторы гемодинамики, представьте садовый шланг: напор воды от крана до выхода (Градиент давлений), ширина шланга (Диаметр) и шероховатость его стенок (Сопротивление и трение).
Вопросы с занятий и экзамена
Что является главной движущей силой кровотока?
Главной движущей силой является градиент давления — разность между давлением в начале и в конце сосудистого русла.
Из-за чего возникает гидродинамическое сопротивление в сосудах?
Оно возникает вследствие трения: как между самими слоями движущейся жидкости (что определяет ее вязкость), так и в результате трения жидкости о внутреннюю стенку сосуда.
Что гласит принцип непрерывности струи в гемодинамике?
Согласно этому принципу, через любые последовательные участки сосудистого русла за единицу времени протекает строго одинаковое количество (объем) крови.
Что ещё разобрать по теме
- Формула Пуазейля и математический расчет гидродинамического сопротивления
- Вязкость крови: факторы влияния и клиническое значение
- Типы кровотока: ламинарное и турбулентное течение жидкости
- Механизмы создания градиента давления в артериальном и венозном русле
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Основы гемодинамики» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 112 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Гемодинамика сосудистого русла»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.