Основы гемодинамики: факторы, обуславливающие движение крови по сосудам

Скорость кровотока — это скорость передвижения элементов крови по кровеносному руслу за определенную единицу времени. В практике специалисты выделяют линейную скорость и объемную скорость кровотока.

Один из главных параметров, характеризующий функциональность кровеносной системы организма. Этот показатель зависит от частоты сокращений сердечной мышцы, количества и качественного состава крови, величины сосудов, артериального давления, возраста и генетических особенностей организма.

Типы скорости кровотока

Линейная скорость- расстояние, проходимое частицей крови по сосуду за определенный период времени. Оно напрямую зависит от суммы площадей поперечного сечения сосудов, составляющих данный участок сосудистого русла.

Следовательно, аорта- самый узкий участок кровеносной системы и в ней самая высокая скорость кровотока, достигающая 0,6 м/с. Самым «широким» местом являются капилляры, т. к. их общая площадь в 500 раз больше площади аорты, скорость кровотока в них 0,5 мм/с. , что обеспечивает прекрасный обмен веществ между капиллярной стенкой и тканями.

Объемная скорость кровотока — общее количество крови поступающей через поперечное сечение сосуда за определенный промежуток времени.

Данный вид скорости определяется:

• разностью давления на противоположных концах сосуда ,которая формируется артериальным и венозным давлением;
• сопротивлением сосудов току крови, зависящим от диаметра сосуда, его длины, вязкости крови.

Основы гемодинамики: факторы, обуславливающие движение крови по сосудам

Система кровообращения с точки зрения механики представляет гидровлическую сеть. В ней содержатся камерные насосы с клапанами ( правое и левое сердце ) и растяжимые трубки, по которым течет вязкая жидкость – кровь.

И сердце, и сосуды способны менять свои геометрические и механические характеристики под влиянием физических, физиологических и биохимических факторов. Один из основных показателей движения крови по сосудам – объемную скорость кровотока – Q можно рассчитать по формуле:

Объемная скорость кровотока одинакова в разных регионах сосудистого русла и составляет 4-6 л/мин. Линейная скорость кровотока в аорте максимальна – 50 см/сек, в капиллярах – 0,07 см/сек, в полых венах – 33 см/сек.

Эти формулы взяты из гидродинамики, они не учитывают неравномерности тока крови внутри сосуда, наличия вихревых токов, неоднородности крови и т.д. Тем не менее они применимы для упрощенной оценки кровотока. В них формализованы основные физиологические факторы, определяющие движение крови по сосудам.

1. Разность давлений (основной фактор, без которого движение крови невозможно ).
2. Периферическое сопротивление. Складывается из следующих составляющих: тонус резистивных сосудов, вязкость крови, гидростатическое давление.

Существует термин эффективная вязкость крови, или вязкость движущейся крови в сосуде. Она определяется силой трения крови о стенки сосуда и ее слоев относительно друг друга. Напряжение сдвига – сила взаимодействия движущихся слоев жидкости, которая уменьшается при нарастании линейной скорости то- ка крови (рис. 1).

При низкой скорости кровотока эффективная вязкость растет за счет уменьшения градиента и может увеличиться в 8-10 раз в мелких сосудах с низкой скоростью кровотока. Последнее не распространяется на капилляры, в которых эффективная вязкость снижается в связи с изменением агрегации эритроцитов.

При высокой скорости кровотока вязкость резко увеличивается за счет перехода ламинарного типа течения жидкости в турбулентное (рис. 2). Наиболее выражен этот процесс в местах разветвлений и крутых изгибов сосудов ( дуга аорты, раз- ветвление сонных артерий и т.д.).

При этом сила трения слоев жидкости и, соответственно, вязкость, рез- ко нарастают (возможно при мышечной работе и анемии). Величина артериального давления является важным показателем гидродинамики. Основной фактор движения крови по сосудам – разница давлений. Она активно создается в артериальной системе работой сердца. По ходу кровеносной системы давление снижается, являясь максимальным в аорте и минимальным в полых венах.

Факторы, определяющие величину артериального давления.

1. Работа сердца.
2. Объем циркулирующей крови.
3. Тонус сосудов.
4. Эластичность сосудов.
5. Вязкость крови.

При оценке артериального давления используют следующие показатели:

• Р макс. или систолическое;
• Р мин. или диастолическое.

Артериальное давление определяют двумя группами методов: прямыми и косвенными. К косвенным методам относятся аускультативный метод Короткова и пальпаторный метод Рива-Роччи. Прямое измерение артериального давления производят с помощью датчика давления, который можно вводить в полость артерии или соединять с ней при помощи специальных катетеров.

Особенности венозного кровотока. Вены относятся к сосудам низкого давления, по отношению к со- противлению кровотока резистивная функция выражена слабо, но сильно – емкостная.

Морфологически отличаются от артерий:

• меньшей массой гладкомышечной ткани сосудистой стенки (циркуляторный слой выражен слабее, чем продольный);
• отсутствием округлой формы сечения и способностью к спадению (коллапс) при низкой величине венозного давления;
• сильной зависимостью упругости от растяжения;
• большей зависимостью диаметра от давления;
• наличием клапанов, препятствующих обратному току крови (рис. 3).

Функционально отличаются от артерий:

• способностью изменять просвет без изменения венозного давления;
• меньшей величиной внутрисосудистого давления и большим общим объемом;
• большим влиянием экстравазального давления на кровоток.

Функции вен:

1. Отводят кровь от органов и тканей.
2. Депонируют до 70% крови для дальнейшего ее использования.
3. Регулируют венозный возврат к сердцу и артериальное давление.
4. Регулируют транскапиллярный обмен путем изменения соотношения пре- и посткапиллярного давления.
5. Участвуют в обмене с окружающими тканями.
6. Выполняют функцию обширной рефлексогенной зоны.
7. Участвуют в реализации иммунного контроля.

Вспомогательные факторы движения крови по венам:

• наличие клапанов препятствует обратному току крови,
• динамические сокращения скелетных мышц способствуют проталкиванию крови по венам,
• присасывающее действие грудной клетки,
• присасывающее действие сердца ( эффект смещения атривентрикулярной перегородки в систолу желудочков ),
• ритмические сокращения самих вен.

Нарушения венозного кровотока могут приводить к патологическому венозному заcтою крови, снижению венозного возврата к сердцу и падению артериального давления. Венозный застой может возникнуть при сердечной недостаточности.

Микроциркуляция и транскапиллярный обмен.

Важнейшими компонентами микроциркуляции, обеспечивающей тканевой гомеостаз, являются:

• движение крови в капиллярах и прилегающих к ним микрососудах;
• движение лимфы в начальных частях лимфотической системы;
• движение межклеточной жидкости.

К зоне микроциркуляции относят: артериолы, прекапиллярные артериолы, капилляры, посткапиллярные венулы, венулы и артериоло- венулярные анастамозы.

Основой зоны микроциркуляции является капилляр. По строению различают:

• капилляры с непрерывной стенкой (образована сплошным эндотелиальным слоем, поры диаметром 4-5 нм, больших пор мало);
• капилляры с окончатой стенкой (в эндотелиальном слое имеются окошки диаметром 0,1 мкм, распространены в почке, слизистой кишечника );
• капилляры с прерывистой стенкой ( представлены в печени, селезенке, красном костном мозге , через разрывы в эндотелиальном слое могут проходить клетки крови ).

Общая площадь поперечного сечения всех капилляров 11000 см2, количество капилляров – 40 миллиардов. Общая площадь обмена капиллярной сети составляет 1000 м2, или 1,5 м2 на 100 г ткани. Плотность капиллярной сети в тканях различна ( в мозге – 3000 кап / мм3, в тонических мышцах – 1000 кап / мм3, в фазных скелетных мышцах – 300-400 кап/ мм3 ). В активно работающих мышцах плотность сети капилляров увеличивается.

Движение крови в микрососудах имеет ряд отличий, связанных с малым диаметром капилляра ( от 4 до 20 мкм, но обычно 7-8 мкм ). Скорость движения крови ( оценивают по скорости движения эритроцитов ) разная, поток крови не стационарный. Клетки крови при движении выстраиваются строго друг за другом, эритроциты при движении через капилляры с малым диаметром могут изменять свою форму.

При активности ткани в условях физиологического покоя открыта часть капилляров. Их количество возрастает в 2-3 раза при рабочей гиперемии.

Открытие капилляров регулируется оксигенацией тканей: при высоких значениях РО2 ( 50-60 мм. рт.ст.) количество функционирующих капилляров снижается в 2 раза, а при максимальном напряжении кислорода в тканях ( 100 мм.рт.ст. ) все обменные капилляры закрываются и кровь течет через артериоловенулярные шунты.

Транскапиллярный обмен обеспечивается следующими процессами: диффузией, фильтрацией и реабсорбцией.

Диффузия. Состоит в движении водорастворимых веществ низкой молекулярной массы через заполненные водой поры.

Фильтрация и реабсорбция. В процессе фильтрации кровь интенсивно обменивается с тканевой жидкостью водой и водорастворимыми компонентами. Между объемом жидкости, который переходит в меж- клеточную среду из плазмы в артериальном конце капилляра, и объемом жидкости, поступающим обратно в кровь в процессе реабсорбции существует динамическое равновесие. Оба процесса связаны с градиентами гидростатического и онкотического давлений.

Важность и острота проблемы

Определение такого важного параметра , как скорость кровотока крайне важно для исследования гемодинамики конкретного участка сосудистого русла либо определенного органа. При изменении его можно говорить о наличие патологических сужении на протяжении сосуда, препятствий току крови (пристеночные тромбы, атеросклеротические бляшки),повышенной вязкости крови.

В настоящее время неинвазивная, объективная оценка кровотока по сосудам разного калибра является самой актуальной задачей современной ангиологии. От успеха в ее решении зависит успех ранней диагностики таких сосудистых заболеваний, как диабетическая микроангиопатия, синдром Рейно, различных окклюзий и стенозов сосудов.

Для чего проводят измерение скорости движения крови?

Измерение скорости кровотока имеет важно для диагностической медицины. Благодаря анализу данных, полученных в результате измерений можно определить:

• состояние сосудов, показатель вязкости крови;
• уровень снабжения кровью мозга и других органов;
• сопротивление движению в обоих кругах кровообращения;
• уровень микроциркуляции;
• состояние коронарных сосудов;
• степень сердечной недостаточности.

Скорость кровотока в сосудах, артериях и капиллярах не является постоянной и одинаковой величиной: самая большая скорость — в аорте, самая маленькая — внутри микрокапилляров.

Увлекательная «прогулка» по венам и артериям

Предлагаю вашему вниманию статью о медицинской диагностической процедуре — дуплексном сканировании сосудов.

Дуплексное сканирование сосудов, иначе — ультразвуковая допплерография сосудов (УЗДГ) — это по своей сути обычное, привычное, всем хорошо знакомое УЗИ.

Многим пациентам, проходящим диспансеризацию, назначается ультразвуковое исследование брахиоцефальных сосудов. Я постараюсь рассказать о сути этого исследования, о том, какую информацию даёт оно вашему лечащему врачу, и почему это исследование было включено в перечень диагностических мероприятий диспансеризации взрослого населения.

Итак, на правах «экскурсовода», приглашаю вас к небольшому и, надеюсь, познавательному путешествию по венам и артериям. Называется исследование дуплексным, поскольку сочетает в себе два режима — двухмерное изображение и режим допплера – исследование, основанное на измерении скорости кровотока. Двухмерное изображение выглядит так.

Это привычное чёрно-белое изображение, точнее серое, у которого производители современных УЗИ-сканеров обещают не каких-то там 50, а целых 256 оттенков! Допплер — это режим изучения потоков крови, их скорости и направления. Именно включение допплера сопровождается появлением несколько необычных звуков во время исследования, иногда слегка пугающих пациентов. Эти звуки — своеобразная интерпретация характеристик потока крови. У каждой артерии своя «мелодия». У наружной сонной — резкая и грубоватая, у внутренней сонной — более мягкая и приятная. А вены вообще «звучат» как лёгкое дуновение ветерка.

Так выглядит на мониторе дуплексное сканирование.

Существует цветовой допплер, который добавляет в скучную чёрно-белую картинку ярких красок. Пациенты, увидев изображение, обычно интересуются, что там такое «красненькое» и «синенькое»?

И «красненькое», и «синенькое» — это кровь. Цвет зависит только от направления потока крови относительно датчика. То, что движется к датчику, окрашивается красным, то, что от датчика — синим.

Это уже не дуплексное, а триплексное исследование. Собственно, любое современное УЗИ-исследование является триплексным, но название «дуплексное» сохранилось как более привычное.

Исследование сосудов безвредно для пациента, неинвазивно (нет проникновения внутрь тела) и не требует предварительной подготовки. А теперь немного об исследовании брахиоцефальных артерий (БЦА), того самого исследования, что входит в перечень исследований по программе диспансеризации.

Брахиоцефальные артерии — это определение, включающее артерии сонные и позвоночные. Никакого отношения к качеству сна сонные артерии не имеют. Своим необычным названием они обязаны небольшому анатомическому образованию на внутренней сонной артерии. Это образование, точнее расширение артерии, называется каротидным или сонным синусом. Если сдавить шею в области этого синуса, происходит урежение числа сердечных сокращений, человек как бы впадает в сон и может даже потерять сознание. Отсюда и произошло название сонных артерий.

Выполняется исследование в положении пациента лёжа на спине, иногда с валиком под шеей для лучшего видения артерий датчиком.

Так выглядит на мониторе УЗИ – сканера общая сонная артерия.

Сонные артерии могут рассказать о человеке много интересного. Прежде всего, нас интересует диаметр и форма артерий, а также наличие таких опасных для здоровья человека атеросклеротических бляшек. О наличии атеросклеротических бляшек или о предрасположенности сосудов к их появлению свидетельствует такой показатель, как толщина комплекса «интима-медиа» или другими словами толщина внутреннего слоя сосудистой стенки.

Толщина КИМ — индикатор выраженности атеросклеротического процесса в организме. В норме она должна быть не более 1,0 мм. Интима — это тоненькая белая полосочка, медиа — чёрная тоненькая полосочка следом за интимой, а тёмное внутри – это просвет артерии.

На следующем снимке показан сосуд, не поражённый атеросклерозом. Толщина комплекса интима-медиа 0,6 мм. Голубая линия проведена по внутреннему слою сосудистой стенки – интиме.

А вот на следующем изображении комплекс интима-медиа, проще говоря, стенка сосуда, уже утолщена (1,4 мм) — это уже проявления атеросклероза.

Когда атеросклероз прогрессирует, комплекс интима-медиа не просто утолщается, а формируются атеросклеротические бляшки, которые вызывают сужение (стеноз) сосуда. Степень стеноза выражается в процентах. Атеросклеротические бляшки выглядят примерно так. Это место бифуркации (разветвления) общей сонной артерии (ОСА) на две свои ветви — внутреннюю сонную (ВСА) и наружную сонную (НСА) артерии. Места разветвления артерий — излюбленные места появления атеросклеротических бляшек. Контуры самого сосуда я обвела голубым цветом, а атеросклеротическую бляшку — красным. Степень сужения сосудов у данного пациента – около 30%.

А на двух следующих снимках уже более запущенный процесс, степень сужения сосуда составляет 68%. Голубым контуром показан сам сосуд, а красным – то, каким стал просвет сосуда, изменённого вследствие атеросклероза.

Атеросклеротические бляшки могут быть крайне опасными. Увеличиваясь в размерах, бляшка ухудшает кровоток в сосуде, вплоть до полной его закупорки. Кроме того, иногда может оторваться фрагмент атеросклеротической бляшки и закупорить собой более мелкий кровеносный сосуд, вызвав, таким образом инсульт или инфаркт.

При выявлении осложнённых бляшек и при выраженной степени сужения сосуда показана консультация сосудистого хирурга для решения вопроса об оперативном лечении. При умеренной выраженности процесса врач назначает лечение статинами — препаратами, укрепляющими поверхность бляшки, и позволяющими предотвратить её разрушение. Также необходим контроль уровня своего холестерина в крови, коррекция пищевого рациона и избавление от вредных привычек.

Принято считать, что, если в сонных артериях выявлены атеросклеротические бляшки, то в коронарных артериях — тех, что питают сердце, почти со стопроцентной вероятностью они также имеются. Заглянуть легко и просто в артерии сердца мы не можем. Коронароангиография, исследование сосудов сердца, – сложное исследование, проводимое в условиях стационара. Поэтому ультразвуковое исследование брахиоцефальных сосудов (сосудов шеи) является простым и информативным методом диагностики атеросклероза. Считается, что атеросклероз развивается, если у человека повышен уровень «плохого» холестерина — липопротеидов низкой плотности.

Перефразируя народную мудрость, можно сказать, что каждый мужчина к 50-годам должен посадить дерево, вырастить сына, построить дом и … проверить уровень своего холестерина. Курящему мужчине желательно обратить внимание на свой холестерин уже годам к сорока. Такие же рекомендации касаются и представительниц прекрасного пола. Кроме сонных артерий, доступны изучению и артерии позвоночные. На уровне шестого шейного позвонка позвоночные артерии входят в костный канал, образованный поперечными отростками шейных позвонков. Иногда артерия входит в костный канал выше, на уровне четвёртого или даже третьего шейного позвонка.

Позвоночная артерия диаметром 3 мм показана на следующем снимке. Стенки её выделены линиями голубого цвета. Тёмные вертикальные образования, прерывающие ход артерии – это поперечные отростки шейных позвонков. Ультразвук не проникает через костную ткань, поэтому на этих участках стенка артерии не видна.

Позвоночные артерии (ПА) меньше сонных по диаметру. Нормальным размером считается диаметр от 3 мм, если меньше 3-х но больше 2-х- это называется «малый» диаметр, а меньше 2 мм — это уже гипоплазия (недоразвитие) артерии. Это врождённое состояние, и повлиять на диаметр артерий невозможно. При выявлении гипоплазии позвоночной артерии с одной стороны, позвоночная артерия на другой стороне, как правило, увеличена в диаметре. Так достигается равновесие, обеспечивается полноценное кровоснабжение головного мозга. Кроме диаметра мы оцениваем форму артерий, наличие извитостей. На фото ниже показана артерия с деформацией хода. Видно, что артерия изогнута, к тому же дуга эта окрашивается разными цветами.

Иногда встречаются просто свёрнутые колечком артерии! Как с такими не будет болеть или кружиться голова? Параллельно позвоночной артерии и выше её в костном канале проходит позвоночная вена. Кровь в венах и артериях движется в разные стороны, поэтому прокрашиваются сосуды разным цветом.

Обычно позвоночная вена не выглядит на УЗИ такой яркой и насыщенно синей. Она, как правило, слабо прокрашивается. Такая яркость и выразительность — это уже немного патология, которая в заключении отражается во фразе «затруднение венозного оттока». Это ещё не болезнь, а скорее особенность венозного тонуса пациента. Но это состояние уже требует лечения, поскольку зачастую проявляется нудными головными болями и тяжестью в голове. Помните, как говорил доктор из фильма «Формула любви»? «Голова — предмет тёмный и исследованию не подлежит». Сто лет назад, может, так и было. Ну а сейчас — очень даже подлежит, и ультразвуковое исследование брахиоцефальных сосудов (сосудов шеи) является информативным и безопасным методом диагностики, позволяющим получить важную информацию о кровоснабжении головного мозга.

Достаточно просто сделать исследование при прохождении диспансеризации. Исследование УЗДГ сонных и позвоночных артерий на втором этапе диспансеризации назначают всем, у кого выявлен повышенный уровень холестерина или при наличии жалоб по назначению врача-невролога.

Давиденко Юлия Геннадьевна, заведующая кабинетом функциональной диагностики поликлиники ОКБ №3.

Для чего проводят измерение скорости кровотока в сосудах ногтевого ложа?

Скорость кровотока в сосудах ногтевого ложа — один из наглядных показателей качества микроциркуляции крови в организме человека. Сосуды ногтевого ложа имеют малое поперечное сечение и состоят не только из капилляров, а также из микроскопических артериол.

При проблемах, связанных с кровеносной системой, эти капилляры и артериолы страдают первыми. Конечно, судить о состоянии всей системы только лишь на основании исследования кровообращения в области ногтевого ложа нельзя, но стоит обратить внимание, если движение крови в этой области является слишком низким или высоким.

В медицине для получения наиболее достоверных сведений проводят измерения параметров кровообращения на больших участках кровообращения.