Материал: file000089

Eb

V = (9)

2 r

Здесь V – скорость распространения пульсовой волны; Е – модуль упругости материала стенки артерии;

b – толщина стенки артерии; ρ – плотность крови;

r – внутренний радиус артерии.

С возрастом, по мере уменьшения эластичности сосудов, растет модуль упругости Е, что отслеживается ростом скорости распространения пульсовой волны.

Измерить скорость пульсовой волны можно следующим образом. Можно установить два датчика пульсовых колебаний на некотором расстоянии l друг от друга, и записать две кривые артериального пульса. По двум таким записям определяется временной сдвиг t одной из них по отношению к другой. Скорость пульсовой волны:

Измерив скорость пульсовой волны V, можно с помощью формулы (9) вычислить модуль упругости Е как показатель состояния сосудистой стенки. А можно ограничиться сравнением измеренных значений V со значениями, характерными для нормы.

В таблице 1 приведены данные о скорости течения крови и скорости пульсовой волны в различных кровеносных сосудах.

Обратите внимание: скорость распространения пульсовой волны многократно больше, чем скорость кровотока. Это создает определенные трудности при измерениях скорости волны.

Для более детального изучения вопроса об измерениях скорости пульсовой волны определимся с длиной этой волны.

Длина волны, по определению, это расстояние λ, на которое распространяется волна за время Т, равное периоду колебаний в этой волне:

λ = VT. При Т = 0,7 с, как на рис. 7, и при V = 10 м/с получаем λ = 7 метров. Это означает, что в данной пульсовой волне пульсовые колебания в одинаковой фазе будут происходить в участках артерии, отстоящих друг от друга на расстояние λ = 7 м. Но мы не настолько велики.

50

Реальна установка двух датчиков, по-разному удаленных от сердца; например, датчик № 1 можно установить на лучевой артерии левой руки, а датчик № 2 – на сонной артерии. Разность расстояний «сердце – датчик № 1» и «сердце – датчик № 2» составит величину порядка l = 0,7 м; знатоки анатомии могут определить это расстояние с большей точностью.

Теперь, зная, что измеряемая скорость пульсовой волны – это величина порядка V = 10 м/с и зная эффективное расстояние между датчиками l = 0,7 м, мы можем оценить с помощью формулы(10) порядок величины временного сдвига t двух сфигмограмм: t = l / V = 0,07с.

Чтобы относительная погрешность измерений скорости пульсовой волны была на уровне 5% , надо обеспечить измерение временного сдвига t с точностью до 0,07·0,05 = 0,0035 с. А лучше бы обеспечивать измерения величины t с точностью до 1мс = 0,001с, поскольку с возрастом и при патологиях ско-

рость пульсовой волны может превосходить показатели нормы в 2–4 раза.

6.7. Артерии мышечного типа – большинство средних и мелких кровеносных сосудов организма. Самые мелкие из них – артериолы – непосредственно предшествуют капиллярам.

Встенках таких артерий содержится большое количество гладких мышечных клеток. Меняя мышечный тонус, эти артерии меняют свое гидравлическое сопротивление, и тем самым регулируют распределение давления крови по органам и тканям.

Всистеме кровообращения нет кранов и задвижек, но есть артериолы. Их численность – несколько сот тысяч; суммарная площадь сосудистого русла получается весьма внушительной, а потому перепад давлений на системе артериол достаточно велик, несмотря на параллельную работу их ветвей. Так, если давление в аорте во время систолы достигает 115–130 мм рт. ст., то у начала артериол оно составляет 70–80 мм, а у начала капилляров – 20–40 мм рт. столба.

Природная логика столь широкого диапазона давлений примерно такова: артериола должна иметь заметное гидравлическое сопротивление, и тогда она может, меняя мышечный тонус, менять это сопротивление в обе стороны: как в сторону понижения, так и повышения гидравлического сопротивления. Будь у нее очень малое сопротивление, она могла бы работать только на его повышение, что было бы менее эффективно.

Изменения тонуса в отдельных звеньях системы артериол обеспечивают повышенный кровоток в тех органах, которые в данный момент в этом нуждаются; например, в связи с физическими нагрузками, или при регулировании теплообмена организма с окружающей средой.

Скорость пульсовой волны в артериях мышечного типа заметно выше, чем в эластических артериях (см. табл. 1). что вполне соответствует формуле МоенсаКортевега (8).

Вопрос на засыпку: какие гипотезы о причинах повышенной скорости пульсовой волны в артериях мышечного типа соответствуют формуле (9)?

51

6.8. Системные нарушения в работе артерий.

Основные системные нарушения в работе артерий – гипертония и гипотония.

Гипертония (артериальная гипертензия) – стойкое повышение артериаль-

ного давления выше уровня 140/90 мм рт. столба. По тем или иным причинам сердце вынуждено работать в форсированном режиме, на износ. Причины могут быть различные:

•Гипертония может быть следствием плохого состояния сосудов отложение холестерина → уменьшение просвета сосудов → рост их гидравлического сопротивления → рост АД;

•Избыточный вес → рост потребности в кислороде → рост АД;

Или, параллельно: избыточный вес → нарушение холестеринового обмена → рост АД;

•Стресс → избыток адреналина → рост общей активности → рост ЧСС

→рост АД.

Гипотония (артериальная гипотензия) – стойкое понижение артериально-

го давления ниже уровня нормальных индивидуальных показателей более чем на 20 %. Первопричины могут быть разнообразные, но во всех случаях возникает некоторый дефицит кислорода, и как следствие – быстрая утомляемость, ощущение подавленности.

Гипотонии боятся меньше, чем гипертонии, и ее симптомы обычно недооценивают. А зря.

6.9. Капилляры – это та часть системы кровообращения, ради которой данная система существует.

Капилляры (от лат. capillaris – волосяной) – самые тонкие сосуды в организме. Их диаметр составляет 5–10 мкм, то есть они примерно в 50 раз тоньше волоса. Стенки капилляров чрезвычайно тонки: представляют собой однослойный пласт плоских клеток плюс тонкую бесклеточную мембрану. Через поры в стенках происходит газообмен, обмен воды и питательных веществ. Общая площадь поверхности стенок капилляров превосходит 1000 м2.

Капилляры пронизывают все ткани и органы. В среднем, в 1 мм3 тканей человека содержится 600 капилляров; в миокарде, головном мозге, печени и почках этот показатель достигает 3000, в скелетных мышцах – 300–400.

Венулы – мелкие кровеносные сосуды, обеспечивающие отток обедненной кислородом крови из капилляров в вены.

На рис. 8 представлена схема участка капиллярной системы большого круга кровообращения. Капилляры, находясь в межклеточном пространстве, тесно прилегают к клеткам тканей (на схеме не показаны). Общее направление кровотока на схеме – слева направо; при этом артериальная кровь постепенно становится венозной.

Скорость кровотока в капиллярах – от 0,05 до 2 мм/с, то есть в среднем около 1 мм/с. Если скорость падает до 0,1–0,2 мм/с, эритроциты начинают образовывать «монетные столбики» – агрегаты численностью до 50 штук. В таком ви-

52

Рис. 8. Фрагмент системы капилляров (схема).

де, столбиком, они протискиваются сквозь капилляры. Но слипшись в столбик, они частично теряют способность к пластической деформации, вследствие чего могут закупорить микрососуды. Иногда это – во благо.

Гидравлическое сопротивление всей системы капилляров невелико: на входе в капилляры давление крови 20–40 мм рт. ст., а на выходе – 8–15 мм рт. ст., и это – несмотря на впечатляющую суммарную их протяженность. Объяснение тому – очень малая скорость движения крови в этих сосудах.

В капиллярах легких венозная кровь превращается в артериальную. Система из 600–700 млн. альвеол опутана густой сетью капилляров.

За промежуток времени 0,8–1 с каждая порция крови, пройдя свой капилляр, успевает насытить гемоглобин своих эритроцитов кислородом.

Общая площадь поверхности всех альвеол – порядка 120 м2 при вдохе и 40м2 при выдохе.

6.10. Декомпрессионная болезнь.

Система капилляров – та часть кровеносной системы, которая подвергается серьезным негативным воздействиям при декомпрессии – быстром понижении давления воздуха или дыхательной смеси. Возникающее при подобных обстоятельствах заболевание – декомпрессионная болезнь (ДКБ) – может быть различной степени тяжести, вплоть до очень тяжелого.

Если водолаз, в нарушение инструкций, будет быстро всплывать с больших глубин на поверхность, то давление воздуха в его скафандре будет автоматически уменьшаться вслед за уменьшением внешнего гидростатического давления, и при этом воздух, растворившийся в его крови при больших давлениях в скафандре, начинает выделяться в виде пузырьков как в самих капиллярах, так и в потоке крови, поступающей к ним.

Если всплытие происходит достаточно медленно, то образующиеся микропузырьки успевают доходить с током крови до альвеол, пройти сквозь их стенки и выйти на выдохе из легких, не создав никаких проблем.

Скорость всплытия не должна превышать 18 м/мин. Кроме того, подводник при всплытии должен делать остановки с задержкой на несколько минут. Со-

53

временным подводникам временной график всплытия, глубину и длительность промежуточных остановок задает подводный компьютер. Он же ведет контроль выполнения и корректировку этого графика.

Но если всплытие – слишком быстрое, то микропузырьки, объединяясь, становятся пузырьками, а там, глядишь, и пузырями. Пузырьки способны закупоривать капилляры. Пузыри и их скопления могут вызвать газовую эмболию.

Негативное действие газовых пузырьков обусловлено явлением поверхностного натяжения: под изогнутой поверхностью жидкости возникает избыточное давление (давление Лапласа), величина которого:

Здесь σ – коэффициент поверхностного натяжения;

r – радиус пузырька или капилляра, в котором он находится.

При радиусе капилляра r = 5 мкм = 5·10-6м и при σ = 0,05 Н/м давление в пузырьке: p = 20 кПа = 150 мм рт. ст., т.е. превосходит давление крови в капиллярах и вполне годится в качестве пробки для них. Ситуация с пузырьком иллюстрируется на рис. 9:

Рис. 9. Пузырек воздуха в капилляре.

При отсутствии кровотока левая и правая поверхности пузырька были бы одинаковыми полусферами. Но кровоток есть, и он деформирует левую поверхность, делая ее более плоской; ее радиус кривизны увеличивается.

Из-за этого правая поверхность принимает несколько вытянутую форму; ее радиус кривизны уменьшается. Различие радиусов кривизны приводит к различию значений давления Лапласа (11): р1 > р2 . Следствием этого является указанное на рис. 9 неравенство сил, вызванных давлением Лапласа: F2˂F1. У пузырька обнаруживается нечто вроде активного противодействия выталкиванию: чем сильнее его деформирует теснящий его поток крови, тем сильнее он упирается. Движение крови в этом капилляре либо сильно замедлилось, либо вообще оказалось заблокированным.

Газовые пузырьки возникают при декомпрессии не только в кровеносных сосудах, но и вообще всюду, где есть жидкая фаза, содержащая избыток растворенных газов. Это большая отдельная тема, и мы ограничимся здесь упоминанием, что существует и внесосудистая форма декомпрессионной болезни.

Лучшее, что можно предпринять в подобной ситуации, это поместить пострадавшего в барокамеру с повышенным давлением воздуха на несколько долгих часов: газовые пузырьки должны снова раствориться в крови, затем последует медленное поэтапное снижение давления в барокамере до нормального атмосферного давления. Чем раньше начинается такая восстановительная процедура, тем меньше остаточные явления.

54