Как уже отмечалось, по величине давления кровеносную систему принято подразделять на два отдела - систему высокого и систему низкого давления. К первому из них относят прекапиллярный отдел сердечно-сосудистой системы, а ко второму - посткапиллярный. Такое деление определяется не только различиями давления, но и неодинаковыми механизмами, которые его определяют. Так, если уровень артериального давления зависит от тонуса резистивных сосудов, с одной стороны, и сердечного выброса, с другой, то венозное давление в конечном счете может определяться четырьмя группами факторов: 1) силами подпора - оттоком из капилляров; 2) фронтальным сопротивлением, зависящим от работы правого сердца; 3) тонусом вен и 4) экстравазальными факторами (сдавлением вен). Снижение давления по направлению тока крови в различных областях далеко не одинаково и зависит от особенностей строения русла. Так, если в большинстве сосудистых областей давление в артериолах диаметром 30-40 мкм составляет 70-80% от системного артериального давления (Richardson, Zweifach, 1970), то эти соотношения для сосудов мозга несколько отличны. По данным Shapiro с соавт. (1971), уже в ветвях средней мозговой артерии кошек диаметром более 455 мкм давление составляет 61% от аортального, а в пиальных артериолах диаметром 40-25 мкм оно уменьшается еще на 10%.
Величина среднединамического давления в сосудистой системе колеблется в широком диапазоне (таблица 4), что необходимо учитывать при выборе соответствующих манометров.
В настоящее время в практике физиологических исследований для регистрации давления в различных участках сосудистого русла используют жидкостные, пружинные и электрические манометры.
По данным Wiggers (1957), манометры для регистрации давления крови должны обладать следующими свойствами:
1. Высокой чувствительностью и способностью регистрировать давление в достаточно широком диапазоне (1 мм вод. ст.- 300 мм рт. ст.).
2. Малой инерционностью, т. е. достаточно высокой частотой собственных колебаний, которая должна превышать в 5-10 раз частоту колебаний исследуемого процесса.
3. Линейностью характеристики.
4. Малым смещением (объемом его) в системе соединительных трубок между манометром и кровеносным сосудом (0,1-0,5 мм 3).
5. Возможностью синхронно с записью артериального давления регистрировать на одной и той же ленте другие физиологические процессы.
Следует отметить, что не все применяемые в исследованиях манометры отвечают указанным выше требованиям.
В жидкостных манометрах, как известно, исследуемое давление уравновешивается столбом манометрической жидкости (обычно ртути или воды). Они)могут быть приспособлены для регистрации стационарных и переменных давлений в диапазоне от 200-300 мм рт. ст. до 1·10 -4 мм рт. ст., что соответствует величине давления в различных участках сосудистого русла. Конструктивно эти приборы могут быть выполнены в виде одноколенного чашечного манометра (аппарат Рива - Роччи), манометра с наклонной трубкой либо двухколенного U-образного манометра, предложенного Пуазейлем еще в 1828 г.
При работе с жидкостными, в частности ртутными, манометрами следует иметь в виду, что для детальной регистрации быстрых колебаний они совершенно непригодны (А. Б. Коган, С. И. Щитов, 1967). Это определяется собственной периодичностью жидкостного манометра, которая зависит от длины столба жидкости и подчиняется закону колебаний маятника:
(3.1)
где Т - период колебаний; l - длина столба жидкости; g - ускорение силы тяжести.
Из формулы следует, что практически период колебаний столба жидкости в обычном ртутном манометре и соединительной трубке составляет около 2 с. Отсюда частота собственных колебаний f = 1/T составит около 0,5 Гц. Очевидно, что эта частота может быть резонансной для регистрируемых колебаний, вследствие чего амплитуда их будет преувеличена, а при увеличении или снижении частоты вынужденных колебаний она будет уменьшенной. При этом правильный характер записи будет при частоте, превышающей резонансную (А. Б. Коган, С. И. Щитов, 1967).
Необходимо отметить, что жидкостные манометры могут быть использованы не только для регистрации абсолютной величины давления, но и какой-либо относительной переменной величины (разности двух давлений, амплитуды и быстроты давления). Такие манометры, как известно, носят название дифференциальных.
В качестве наиболее простых дифференциальных манометров могут быть использованы U-образные ртутные манометры. Для получения разности давления в 2 сосудах (например, в сонной артерии и яремной вене, в центральном и периферическом концах сонной артерии) сосуды подсоединяют к обоим коленам манометра. Явное удобство этого способа дифференцирования состоит в том, что он не требует раздельного измерения давлений и специальных приспособлений для синхронности наблюдений.
В практике физиологических экспериментов весьма часто возникает необходимость в определении так называемого среднединамического давления, величина которого используется, в частности, для расчета общего периферического сопротивления сосудов. Для его регистрации может быть использован апериодизированный манометр, предложенный еще И. М. Сеченовым в 1861 году. Его отличительной чертой является «переуспокоенный» режим работы, который достигается введением в соединительную часть (между коленами) крана или резиновой трубки с винтовыми зажимами. За счет сужения соединительной части достигается увеличение внешнего трения ртути и демпфируются все быстрые колебания, обусловленные деятельностью сердца. Результирующим в этом случае будет уровень эффективного (среднединамического) давления.
В дополнение к характеристике жидкостных манометров укажем, что они применимы для регистрации абсолютных величин давления как в артериальных и венозных сосудах, так и в капиллярах. При измерении венозного давления следует иметь в виду, что гидростатическое давление крови в венах может оказывать существенное влияние на измеряемые величины гемодинамического давления. С этой целью манометр нужно устанавливать в таком положении, чтобы уровень его нулевого деления, место пункции вены и положение правого предсердия совпадали.
В пружинных манометрах в отличие от жидкостных измеряемое давление уравновешивается силами так называемого упругого элемента, которые возникают при его деформации. В зависимости от элемента (его геометрической формы) пружинные манометры могут быть трубчатыми, мембранными, сильфонными и т. д.
Достоинством этого класса манометров является высокая чувствительность и возможность создания оптимальной частотной характеристики. Пружинные манометры обладают собственной частотной характеристикой от 17 (модель Фика) до 450 Гц (модель Уиггерса), что позволяет регистрировать как максимальное, так и минимальное артериальное давление.
В электрических манометрах, большинство которых предназначено для регистрации переменных величин (за исключением манометров сопротивления), давление передается на устройства, изменяющие свои электрические параметры (ЭДС, индуктивность, сопротивление). Эти изменения регистрируются с помощью соответствующих электроизмерительных и осциллографических приборов. Достоинством электроманометров является их большая чувствительность и малая инерционность, что позволяет регистрировать малые и быстроизменяющиеся величины давления.
В качестве датчиков в электроманометрах используются пьезокристаллы, тензодатчики, угольнопорошковые и проволочные датчики сопротивления и др. Последний тип использован в отечественном манометре ЭМ2-01.
Кровяное давление - это давление крови на стенки сосудов.
Артериальное давление - это давление крови в артериях.
На величину кровяного давления влияют несколько факторов.
1. Количество крови, поступающее в единицу времени в сосудистую систему.
2. Интенсивность оттока крови на периферию.
3. Ёмкость артериального отрезка сосудистого русла.
4. Упругое сопротивление стенок сосудистого русла.
5. Скорость поступления крови в период сердечной систолы.
6. Вязкость крови
7. Соотношение времени систолы и диастолы.
8. Частота сердечных сокращений.
Таким образом, величина кровяного давления, в основном, определяется работой сердца и тонусом сосудов (главным образом, артериальных).
В аорте , куда кровь с силой выбрасывается из сердца, создается самое высокое давление (от 115 до 140 мм рт. ст.).
По мере удаления от сердца давление падает , так как энергия, создающая давление, расходуется на преодоление сопротивления току крови.
Чем выше сосудистое сопротивление, тем большая сила затрачивается на продвижение крови и тем больше степень падения давления на протяжении данного сосуда.
Так, в крупных и средних артериях давление падает всего на 10%, достигая 90 мм рт.ст.; в артериолах оно составляет 55 мм, а в капиллярах – падает уже на 85%, достигая 25 мм.
В венозном отделе сосудистой системы давление самое низкое.
В венулах оно равно 12, в венах – 5 и в полой вене – 3 мм рт.ст.
В малом круге кровообращения общее сопротивление току крови в 5-6 раз меньше , чем в большом круге . Поэтому давление в легочном стволе в 5-6 раз ниже , чем в аорте и составляет 20-30 мм рт.ст. Однако и в малом круге кровообращения наибольшее сопротивление току крови оказывают мельчайшие артерии перед своим разветвлением на капилляры.
Давление в артериях не является постоянным: оно непрерывно колеблется от некоторого среднего уровня.
Период этих колебаний различный и зависит от нескольких факторов.
1. Сокращения сердца , которые определяют самые частые волны, или волны первого порядка. Во время систолы желудочков приток крови в аорту и легочную артерию больше оттока , и давлением в них повышается.
В аорте оно составляет 110-125, а в крупных артериях конечностей 105-120 мм рт.ст.
Подъем давления в артериях в результате систолы характеризует систолическое или максимальное давление и отражает сердечный компонент артериального давления.
Во время диастолы поступление крови из желудочков в артерии прекращается и происходит только отток крови на периферию, растяжение стенок уменьшается и давление снижается до 60-80 мм рт.ст.
Спад давления во время диастолы характеризует диастолическое или минимальное давление и отражает сосудистый компонент артериального давления.
Для комплексной оценки, как сердечного, так и сосудистого компонентов артериального давления используют показатель пульсового давления.
Пульсовое давление – это разность между систолическим и диастолическим давлением, которое в среднем составляет 35-50 мм рт.ст.
Более постоянную величину в одной и той же артерии представляет среднее давление , которое выражает энергию непрерывного движения крови.
Так как продолжительность диастолического понижения давления больше, чем его систолического повышения, то среднее давление ближе к величине диастолического давления и вычисляется по формуле: СГД = ДД + ПД/3.
У здоровых людей оно составляет 80-95 мм рт.ст. и его изменение является одним из ранних признаков нарушения кровообращения.
2. Фаз дыхательного цикла , которые определяют волны второго порядка. Эти колебания менее частые, они охватывают несколько сердечных циклов и совпадают с дыхательными движениями (дыхательные волны): вдох сопровождается понижением кровяного давления , выдох – повышением.
3. Тонуса сосудодвигательных центров , определяющие волны третьего порядка.
Это еще более медленные повышения и понижения давления, каждое из которых охватывает несколько дыхательных волн.
Колебания вызываются периодическим изменением тонуса сосудодвигательных центров, что чаще наблюдается при недостаточном снабжении мозга кислородом (при пониженном атмосферном давлении, после кровопотери, при отравлениях некоторыми ядами).
Общие закономерности движения крови по кровеносному руслу.
Сопротивление току крови, а следовательно и падение давления на различных участках сосудистой системы весьма различны. Оно зависит от общего просвета и числа сосудов в разветвлении. Наибольшее падение давления крови - не менее 50% от начального давления – происходит в артериолах. Число артериол в сотни раз больше числа крупных артерий при сравнительно небольшом увеличении общего просвета сосудов. Поэтому потери давления от пристеночного трения в них весьма велики. Общее число капилляров еще больше, однако длина их настолько мала, что падение давления крови в них хотя и существенно, но меньше, чем в артериолах.
В сети венозных сосудов, площадь сечения которых в среднем в два раза больше площади сечения соответствующих артерий, скорость течения крови невысока и падения давления незначительны. В крупных венах около сердца давление становится на несколько миллиметров ртутного столба ниже атмосферного. Кровь в этих условиях движется под влиянием присасывающего действия грудной клетки при вдохе.
Течение крови в сосудистой системе в нормальных условиях имеет ламинарный характер. Оно может переходить в турбулентное при нарушении этих условий, например, при резком сужении просвета сосудов. Подобные явления могут иметь место при неполном открытии или, наоборот, при неполном закрытии сердечных или аортальных клапанов.
43. Гидравлическое сопротивление сосудов. Гидравлическое сопротивление разветвлённых участков.
Гидравлическое сопротивление сосудов X = 8 l h /(pR 4), где l - длина сосуда, R - его радиус, h - коэффициент вязкости, вводится на основании аналогий законов Ома и Пуазейля (движение электричества и жидкости описываются общими соотношениями).
Аналогия между электрическим и гидравлическим сопротивлениями позволяет использовать правило нахождения электрического сопротивления последовательного и параллельного соединений проводника, для определения гидравлического сопротивления системы последовательно или параллельно соединенных сосудов. Так, например, общее гидравлическое сопротивление последовательно и параллельно соединенных сосудов находится по формулам:
Х = Х 1 + Х 2 + Х 3 + … + Х N
X = (1/X 1 + 1/X 2 + 1/X 3 + …+ 1/X N) -1
Жидкости относительно несжимаемы. Однако, при действии внешних сил жидкость находится в особом напряженном состоянии. Говорят, что в этом случае жидкость находится под давлением, которое передается во все стороны (закон Паскаля). Оно действует также и на стенки сосуда или тела погруженного в жидкость.
Идеальной называется, несжимаемая и неимеющая внутреннего трения или вязкости, жидкость. Стационарным или установившимся называется течение, при котором скорости частиц жидкости в каждой точке потока со временем не изменяются.
Установившееся течение характеризуется соотношением: DV = vS = const. Это соотношение называется условием неразрывности струи.
При стационарном течении идеальной жидкости полное давление, равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений, остается величиной постоянной в любом поперечном сечении потока: p + rgh + rv 2 /2 = const – уравнение Бернулли.
Все члены этого уравнения имеют размерность давления и называются: p = p ст – статическим, rgh = p г – гидростатическим, rv 2 /2 = p дин – динамическим.
Для горизонтальной трубки тока гидростаическое давление остается постоянным и может быть отнесено в правую часть уравнения, которое при этом принимает вид:
p ст + p дин = const , статическое давление обусловливает потенциальную энергию жидкости (энергию давления), динамическое давление – кинетическую. Из этого уравнения следует вывод, называемый правилом Бернулли: статическое давление невязкой жидкости при течении по горизонтальной трубе возрастает там, где скорость ее уменьшается, и наоборот. Чтобы оценить как изменяются скорость и давление крови в зависимости от участка сосудистого русла надо учесть, что площадь суммарного просвета всех капилляров в 500 - 600 раз больше поперечного сечения аорты. Это означает, что Vкап » Vаор/500. Именно в капиллярах при медленной скорости движения происходит обмен веществ между кровью и тканями. При сокращении сердца давление крови в аорте испытывает колебания. Среднее давление может быть найдено из формулы: Рср = Рд + (Рс - Рд) / 3. Падение давления крови вдоль сосудов может быть найдено из уравнения Пуазейля. Поскольку объемный расход крови должен сохраняться постоянным, а Хкап > Х арт > Хаорт, то DРкап > DР арт > DРаорт.
Нормальный уровень систолического давления в плечевой артерии для взрослого человека обычно находится в пределах 110–139 мм. рт. ст. Границы нормы для диастолического давления в плечевой артерии составляет 60–89 мм. рт. ст.
В кардиологии выделяют следующие уровни артериального давления:
оптимальный уровень АД крови: систолическое давление несколько меньше 120 мм. рт. ст., диастолическое - менее 80 мм. рт. ст.
нормальный уровень: систолическое давление менее 130 мм. рт. ст., диастолическое менее 85 мм. рт. ст.
высокий нормальный уровень: систолическое давление 130–139 мм. рт. ст., диастолическое 85–89 мм. рт. ст.
Несмотря на то, что с возрастом, особенно у людей старше 50 лет, АД крови обычно постепенно повышается, в настоящее время не принято говорить о возрастной норме повышения давления крови. При увеличении систолического давления 140 мм. рт. ст. и выше, а диастолического 90 мм. рт. ст. и выше рекомендуется принимать меры по его снижению.
Повышение АД относительно определенных для конкретного организма величин называется гипертензией (140–160 мм рт.ст.), снижение - гипотензией (90–100 мм рт.ст.). Под влиянием различных факторов АД может значительно изменяться. Так, при эмоциях наблюдается реактивное повышение АД (сдача экзаменов, спортивные соревнования). В данных ситуациях возникает так называемая опережающая (предстартовая) гипертензия. Наблюдаются суточные колебания АД, днем оно выше, при спокойном сне оно несколько ниже (на 20 мм рт.ст.). При приеме пищи систолическое давление умеренно повышается, диастолическое умеренно понижается. Боль сопровождается повышением АД, но при длительном воздействии болевого раздражителя возможно снижение АД.
При физических нагрузках систолическое давление - повышается, диастолическое - может повышаться, понижаться, либо не изменяется.
Артериальная гипертензия возникает:
при повышении сердечного выброса;
при повышении периферического сопротивления;
при увеличении объема циркулирующей крови;
при сочетании всех вышеуказанных факторов.
В клинике принято различать гипертензию первичную (эссенциальную) , встречается в 90-95% случаев, причины ее трудно определимы и вторичную (симптоматическую) - в 5-10% случаев. Она сопутствует различным заболеваниям. Гипотензию так же различают первичную, вторичную.
При переходе человека в вертикальное положение из горизонтального происходит перераспределение крови в организме. Временно снижаются: венозный возврат, центральное венозное давление (ЦВД), ударный объем, систолическое давление. Это вызывает активные приспособительные гемодинамические реакции: суживание резистивных и емкостных сосудов, повышение ЧСС, повышение выделения катехоламинов, ренина, возопрессина, ангиотензина II, альдостерона. У некоторых людей с пониженным АД эти механизмы могут быть недостаточны для поддержания нормального уровня АД в вертикальном положении тела и оно снижается ниже допустимого уровня. Возникает ортостатическая гипотензия: головокружение, потемнение в глазах, возможна потеря сознания - ортостатический коллапс (обморок). Подобное может наблюдаться при повышении температуры окружающей среды.
Периферическое сопротивление.
Второй фактор, определяющий АД - периферическое сопротивление сосудов, которое обусловлено состоянием резистивных сосудов (артерий и артериол).
Третий фактор, определяющий величину АД - количество циркулирующей крови и ее вязкость. При переливании больших количеств крови АД повышается, при кровопотере - снижается. Зависит АД от венозного возврата (например, при мышечной работе). АД постоянно колеблется от некоторого среднего уровня. При записи этих колебаний на кривой различают: волны I порядка - пульсовые - самые частые, их частота соответствует частоте сокращений сердца (в норме – 60–80/мин). Волны II порядка - дыхательные - (частота этих волн равна частоте дыхания, в норме 12–16/мин). На вдохе АД понижается, на выдохе повышается. Волны III порядка - медленные колебания давления (1–3/мин), каждое из которых охватывает несколько дыхательных волн. Обусловлены периодическими изменениями тонуса сосудодвигательного центра (обычно на фоне гипоксемии, например, в результате кровопотери).
Это давление крови в артериях.
На величину кровяного давления влияют несколько факторов:
1 . Количество крови, поступающее в единицу времени в сосудистую систему.
2 . Интенсивность оттока крови на периферию .
3 . Ёмкость артериального отрезка сосудистого русла.
4 . Упругое сопротивление стенок сосудистого русла.
5 . Скорость поступления крови в период сердечной систолы.
6 . Вязкость крови
7 . Соотношение времени систолы и диастолы.
8 . Частота сердечных сокращений.
Таким образом , величина кровяного давления, в основном, определяется работой сердца и тонусом сосудов (главным образом, артериальных).
В аорте , куда кровь с силой выбрасывается из сердца, создается самое высокое давление (от 115 до 140 мм рт. ст.).
По мере удаления от сердца давление падает , так как энергия, создающая давление, расходуется на преодоление сопротивления току крови.
Чем выше сосудистое сопротивление , тем большая сила затрачивается на продвижение крови и тем больше степень падения давления на протяжении данного сосуда.
Так, в крупных и средних артериях давление падает всего на 10%, достигая 90 мм рт.ст.; в артериолах оно составляет 55 мм, а в капиллярах - падает уже на 85%, достигая 25 мм.
В венозном отделе сосудистой системы давление самое низкое.
В венулах оно равно 12, в венах - 5 и в полой вене - 3 мм рт.ст.
В малом круге кровообращения общее сопротивление току крови в 5-6 раз меньше , чем в большом круге . Поэтому давление в легочном стволе в 5-6 раз ниже , чем в аорте и составляет 20-30 мм рт.ст. Однако и в малом круге кровообращения наибольшее сопротивление току крови оказывают мельчайшие артерии перед своим разветвлением на капилляры.
Давление в артериях не является постоянным: оно непрерывно колеблется от некоторого среднего уровня.
Период этих колебаний различный и зависит от нескольких факторов.
1. Сокращения сердца , которые определяют самые частые волны, или волны первого порядка. Во время систолы желудочков приток крови в аорту и легочную артерию больше оттока , и давлением в них повышается.
В аорте оно составляет 110-125, а в крупных артериях конечностей 105-120 мм рт.ст.
Подъем давления в артериях в результате систолы характеризует систолическое или максимальное давление и отражает сердечный компонент артериального давления.
Во время диастолы поступление крови из желудочков в артерии прекращается и происходит только отток крови на периферию, растяжение стенок уменьшается и давление снижается до 60-80 мм рт.ст.
Спад давления во время диастолы характеризует диастолическое или минимальное давление и отражает сосудистый компонент артериального давления.
Для комплексной оценки , как сердечного, так и сосудистого компонентов артериального давления используют показатель пульсового давления.
Пульсовое давление - это разность между систолическим и диастолическим давлением, которое в среднем составляет 35-50 мм рт.ст.
Более постоянную величину в одной и той же артерии представляет среднее давление , которое выражает энергию непрерывного движения крови.
Так как продолжительность диастолического понижения давления больше, чем его систолического повышения, то среднее давление ближе к величине диастолического давления и вычисляется по формуле: СГД = ДД + ПД/3.
У здоровых людей оно составляет 80-95 мм рт.ст. и его изменение является одним из ранних признаков нарушения кровообращения.
Фаз дыхательного цикла , которые определяют волны второго порядка. Эти колебания менее частые, они охватывают несколько сердечных циклов и совпадают с дыхательными движениями (дыхательные волны): вдох сопровождается понижением кровяного давления , выдох - повышением.
Тонуса сосудодвигательных центров , определяющие волны третьего порядка.
Это еще более медленные повышения и понижения давления, каждое из которых охватывает несколько дыхательных волн.
Колебания вызываются периодическим изменением тонуса сосудодвигательных центров, что чаще наблюдается при недостаточном снабжении мозга кислородом (при пониженном атмосферном давлении, после кровопотери, при отравлениях некоторыми ядами).