Общие физико-математические закономерности движения крови по сосудам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра медицинской биофизики и информатики

Общие физико-математические закономерности движения крови по сосудам

Введение

Кровь, лимфа, тканевая, спинномозговая, плевральная, суставная и другие жидкости образуют внутреннюю среду организма. Внутренняя среда отличается относительным постоянством своего состава и физико-химических свойств, что создает оптимальные условия для нормальной жизнедеятельности клеток организма.

Впервые положение о постоянстве внутренней среды организма сформулировал более 100 лет тому назад физиолог Клод Бернар. Он пришел к заключению, что «постоянство внутренней среды организма есть условие независимого существования», т.е. жизни, свободной от резких колебаний внешней среды.

В 1929 г. Уолтер Кэннон ввел термин гомеостаз. В настоящее время под гомеостазом понимают как динамическое постоянство внутренней среды организма, так и регулирующие механизмы, которые обеспечивают это состояние. Главная роль в поддержании гомеостаза принадлежит крови. В 1939 г. Г.Ф. Ланг создал представление о системе крови, в которую он включил периферическую кровь, циркулирующую по сосудам, органы кроветворения и кроверазрушения, а также регулирующий нейрогуморальный аппарат.

1. Движение крови

Гемодинамика - область биомеханики, изучающей причины, условия и механизмы движения крови в сердечно - сосудистой системе.

Движение крови характеризуется следующими показателями: давление крови в сосудах;

скорость ее движения; время полного кругооборота.

Модели гемодинамики отражают процессы в отдельных участках (например, в крупных сосудах) системы кровообращения. Они строятся, как правило, на основе прямой аналогии с электрическими цепями, либо косвенной аналогии при решении уравнений модели с использованием ЭВМ.

К моделям первой группы можно отнести, например, модели Шумакова. Модели регуляции сердечного выброса рассматривают основные свойства и характеристики сердца как насоса, сосудистой системы и контуров управления. Эти модели описываются, как правило, системами уравнений с сосредоточенными параметрами. Модели второй группы можно разделить на разомкнутые и замкнутые модели. К разомкнутым моделям можно отнести модели Амосова. Наибольший интерес среди замкнутых представляют модели Топам и Уорнера, Пикеринга, Бенекена, Меллера, Гайтона. С помощью моделирования велись многочисленные исследования реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку. Модели системы кровообращения при изучении различных патологических состояний, таких, как сердечная недостаточность, гипоксия, гипертоническая болезнь, блокада барорецепторов, изменение объема циркулирующей крови в системе кровообращения.

Известны модели малого круга кровообращения (Палец и Бушная, Хьюмен). Математическая модель шестикамерного сердца предназначена для исследования динамики взаимодействия камер сердца, включая ушки предсердия. Модели системы кровообращения успешно применяются для определения параметров системы по измерениям входа и выхода.

2. Классификация кровеносных сосудов

По строению, биофизическим особенностям и функции кровеносные сосуды подразделяются на:

Магистральные сосуды - аорта, крупные артерии, по которым осуществляется поступательный кровоток за счет потенциальной энергии растянутых в систолу стенок. Стенка этих сосудов содержит много эластических элементов и много гладкомышечных волокон.

Артерии (крупные)-

Сосуды сопротивления- мелкие артерии и артериолы, определяющие величину общего периферического сосудистого сопротивления.

Мелкие артерии - артериолы-

Обменные сосуды - капилляры с одним слоем эндотелиальных клеток в стенке - высокая проницаемость. В них осуществляется транскапиллярный обмен.

Ёмкостные сосуды - все венозные. В них 2/3 всей крови. Обладают наименьшим сопротивлением кровотоку, их стенка легко растягивается.

Вены-

Шунтирующие сосуды - артериовенозные анастомозы, связывают артерии с венами минуя капилляры.

3. Закономерности движения крови по сосудам

Движение крови подчиняется физическим и физиологическим закономерностям. Физические:

- законы гидродинамики.

1-й закон: количество протекающей по сосудам крови и скорость её движения зависит от разности давления в начале и конце сосуда. Чем эта разница больше, тем лучше кровоснабжение.

2-й закон: движению крови препятствует периферическое сопротивление.

Физиологические закономерности движения крови по сосудам:

v работа сердца;

v замкнутость сердечнососудистой системы;

v присасывающее действие грудной клетки;

v эластичность сосудов.

4. Давление

Основной причиной движения крови по сосудам является разность давлений в разных участках кровеносного русла. Силой, создающей давление в сосудистой системе, является работа сердца (сокращение миокарда желудочков). У человека среднего возраста систолическое давление в аорте составляет 110 - 125 мм рт. ст. Падение давления связано прежде всего с преодолением силы трения при движении крови по сосудам. Движению порций крови в артериях способствует эластичность стенок артерий: поступающая в артерию под большим давлением порция крови растягивает стенку, но в силу эластичности стенка приходит в исходное состояние, проталкивая кровь. Уровень давления крови в артериях зависит от ряда факторов: от притока венозной крови к сердцу (например, при мышечной работе), от вязкости крови, от степени кровопотери, от состояния стенки сосуда и его просвета и др.

Влияние сокращения скелетных мышц на движение крови в венах:

слева - скелетные мышцы расслаблены: справа - скелетные мышцы сокращены.

вена частично вскрыта венозные клапаны давление сократившейся скелетной мышцы на стенку вены.

Белые стрелки указывают направление движения крови

Поскольку перепад давлений в венах незначителен, существует ряд дополнительных механизмов, способствующих движению крови в венах:

v работа скелетной мускулатуры;

v при-сасывающее действие сердца и грудной полости;

наличие венозных клапанов на внутренней стенке вен, которые препятствуют обратному движению крови при сокращении мускулатуры

5. Скорость движения крови

Это гемодинамический показатель, зависящий от суммарного просвета сосудов.

Время кругооборота крови - время, в течение которого коровь проходит оба круга кровообращения. При частоте сердечных сокращений 70 в минуту, время равно 20 - 23 с, из них 1/5 времени - на малый круг; 4/5 времени - на большой круг. Определяется время с помощью контрольных веществ и изотопов. - они вводятся внутривенно в v.venaris правой руки и определяется через сколько секунд, это вещество появится в v.venaris левой руки. На время влияют - объёмная и линейная скорости.

Объемная скорость - тот объём крови, что протекает через сосуды в единицу времени.

Линейная скорость кровотока различна в разных участках сосудистого русла. Наименьшим просветом обладает аорта, в связи с чем скорость движения крови здесь наибольшая - 50 - 70 см/сек. В средних артериях она равна 20 - 40 см/сек, в артериолах - 0,5 см/сек. Наибольшей суммарной площадью просвета обладают капилляры (у человека она примерно в 800 раз больше, чем просвет аорты). Скорость движения крови в капиллярах - 0,05 см/сек. Очень низкая скорость движения крови по капиллярам - один из важнейших механизмов, позволяющих протекать обменным процессам между кровью и тканями.

По мере приближения вен к сердцу их суммарный просвет уменьшается, следовательно, постепенно растет скорость движения крови. В полой вене скорость равна 20 см/сек.

Закономерности движения крови в различных участках сосудистого русла.

А - распределение крови(в процентах) по участкам кровеносной системы; Б - уровенькровяного давления, суммарный просвет сосудов и линейная скорость кровотока.

6. Механические свойства биологических тканей

Рассмотрим важнейшие механические свойства биологических тканей, благодаря которым осуществляются разнообразные механические явления такие, как функционирование опорно-двигательного аппарата, процессы деформаций тканей и клеток, распространение волн упругой деформации, сокращения и расслабление мышц, движение жидких и газообразных биологических сред. Среди этих свойств выделяют:

v упругость - способность тел возобновлять размеры (форму или объем) после снятие нагрузок;

v жесткость - способность материала противодействовать внешней нагрузкой; эластичность - способность материала изменять размеры под действием внешних нагрузок;

v прочность - способность тел противодействовать разрушению под действием внешних сил;

v пластичность - способность тел хранить (полностью или частично) изменение размеров после снятия нагрузок;

v хрупкость - способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций;

v вязкость - динамическое свойство, которое характеризует способность тела противодействовать изменению его формы при действии тангенциальных напряжений;

v текучесть - динамическое свойство среды, которое характеризует способность отдельных его слоев перемещаться с некоторой скоростью в пространстве относительно других слоев этой среды.

7. Эластические свойства сосудов

Как указывалось ранее, артерии и вены вносят лишь незначительный вклад в общее сопротивление кровотоку, который осуществляется через сосудистое русло. Поэтому мы обычно не придаем большого значения тому влиянию, которое оказывает изменение их диаметра на кровоток через системные органы.

В то же время эластические свойства артерий и вен являются весьма важным фактором, влияющим на деятельность сердечно-сосудистой системы, так как эти сосуды могут функционировать как резервуары, и в них могут быть накоплены существенные количества крови.

Эластические свойства сосудов или отделов сосудистой системы часто характеризуются такой величиной, как растяжимость (С), которая отражает, насколько изменяется их объем (Д V) в ответ на определенное изменение трансмурального давления (АР).

Пассивные электрические свойства биологических тканей характеризуются импедансом (полным сопротивлением), величина которого определяется емкостной и активной проводимостью с соответствующей индуктивностью тканей. гемодинамика сосуд кровь

Активная составляющая электропроводности на низких частотах обусловлена в основном количеством и электролитным составом межклеточной жидкости, а на высоких частотах дополнительный вклад вносит электропроводность клеток. Так как резистивное сопротивление клеток включено последовательно с емкостью клеточной мембраны, то наблюдается явление частотной дисперсии электропроводности биологических тканей. Обладая высокими диэлектрическими свойствами и чрезвычайно малой толщиной, бислойные липидные мембраны характеризуются высокой удельной электроемкостью.

Большая величина зарядной емкости мембран, а, следовательно, и емкостные свойства биологических тканей обусловлены значительной поляризационной способностью диэлектрика мембран, зависящей от ее относительной диэлектрической проницаемости. На высоких частотах выключаются механизмы поляризации с замедлением времени релаксации, поэтому с повышением частоты емкость тканей должна уменьшаться, так же как и при повышении диэлектрической проницаемости.

Вывод

Движение крови характеризуется следующими показателями:

Ё давление крови в сосудах

Ё скорость ее движения

Ё время полного кругооборота

Время полного кругооборота крови отражает время, за которое частица крови проходит большой и малый круг кровообращения. Для определения этого времени обычно используют метод "метки".У взрослого человека в спокойном состоянии это время в среднем составляет 27 секунд. При этом прохождение малого круга кровообращения составляет около 4 -5 секунд, а время движения по большому кругу - 22 - 23 секунды.

Физиологические закономерности движения крови по сосудам:

Ё работа сердца;

Ё замкнутость сердечнососудистой системы;

Ё присасывающее действие грудной клетки; эластичность сосудов.

Литература

1. Малая Медицинская Энциклопедия (Электронный вариант).

2. Н.А. Аладжалова. Наука, 1979.

3. А.М. Зуфрин. О возможных рецепторах живых организмов, обеспечивающих их реакцию. Тольятти, 1986.

4. Р. Фолль. Двадцатилетие электропунктурной диагностики.-г. Харьков, 1993.

5. А.В. Самохин, Ю.В. Готовский. М.: ”ИМЕДИС” 1995.

6. Зинченко С.И., Данилов В.И. 0 чувствительности биологических объектов к воздействию геомагниюного поля.

7. Биофизика, 1992, т 37, # 4.

8. Карлсон Б. Основы эмбриологии по Пэттену. - М., Мир, 1983, т. 1.

9. С.П. Коноплёв Методические рекомендации. - М., 1998г.

Размещено на Allbest.ru

...