Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна

Для поддержания электрического тока в замкнутой цепи требуется источник тока, который создает разность потенциалов, необходимую для преодоления сопротивления в цепи. Аналогично для поддержания движения жидкости в замкнутой гидродинамической системе требуется «насос», который создает разность давлений, необходимую для преодоления гидравлического сопротивления. В системе кровообращения роль такого насоса играет сердце.

В качестве наглядной модели сердечно-сосудистой системы рассматривают замкнутую, заполненную жидкостью систему из множества разветвленных трубок с эластичными стенками. Движение жидкости происходит под действием ритмично работающего насоса в виде груши с двумя клапанами (рис. 5.4).

Рис. 5.4.Модель сосудистой системы

При сжатии груши (сокращение левого желудочка) открывается выпускной клапан К₁ и содержащаяся в ней жидкость выталкивается в трубку А (аорта). Благодаря растяжению стенок объем трубки увеличивается, и она вмещает избыток жидкости. После этого клапан К₁ закрывается. Стенки аорты начинают постепенно сокращаться, прогоняя избыток жидкости в следующее звено системы (артерии). Их стенки сначала также растягиваются, принимая избыток жидкости, а затем сокращаются, проталкивая жидкость в последующие звенья системы. На завершающей стадии цикла кровообращения жидкость собирается в трубку Б (полая вена) и через впускной клапан К₂ возвращается в насос. Таким образом, данная модель качественно верно описывает схему кровообращения.

Рассмотрим теперь явления, происходящие в большом круге кровообращения, более подробно. Сердце представляет собой ритмически работающий насос, у которого рабочие фазы - систолы (сокращение сердечной мышцы) - чередуются с холостыми фазами - диастолами (расслабление мышцы). В течение систолы кровь, содержащаяся в левом желудочке, выталкивается в аорту, после чего клапан аорты закрывается. Объем крови, который выталкивается в аорту при одном сокращении сердца, называется ударным объемом(60-70 мл). Поступившая в аорту кровь растягивает ее стенки, и давление в аорте повышается. Это давление называется систолическим(САД, Р_с). Повышенное давление распространяется вдоль артериальной части сосудистой системы. Такое распространение обусловлено упругостью стенок артерий и называется пульсовой волной.

Пульсовая волна–распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного давления (Р >Р_атм ), вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы.

Пульсовая волна распространяется со скоростью υ_п = 5-10 м/с. Величина скорости в крупных сосудах зависит от их размеров и механических свойств ткани стенок: υ =

где Е - модуль упругости, h - толщина стенки сосуда, d - диаметр со

ρ - плотность вещества сосуда.

Пульсовой волнесоответствуют и пульсовыескорости, для крупных артериях она составляет0,3 – 0,5 м/с. Профиль артерии в различные фазы волны схематически показан на рис. 5.5.

Рис. 5.5.Профиль артерии при прохождении пульсовой волны

После прохождения пульсовой волны давление в соответствующей артерии падает до величины, которую называют диастолическим давлением(ДАД или Р_д). Таким образом, изменение давления в крупных сосудах носит пульсирующий характер. На рисунке 5.3 показаны два цикла изменения давления крови в плечевой артерии.

Рис. 5.6.Изменение артериального давления в плечевой артерии: Т - длительность сердечного цикла; Т_с ≈ 0,3Т - длительность систолы; Т_д ≈ 0,7Т - длительность диастолы; Р_с - максимальное систолическое давление; Р_д- минимальное диастолическое давление.

По мере разветвления сосудистой системы сосуды становятся тоньше и их гидравлическое сопротивлениебыстро(пропорционально R⁴) растет. Это приводит к уменьшению размаха колебаний давления, падает его среднее значение. Длительность цикла кровообращения у человека составляет приблизительно 20 с, и в течении суток кровь совершает 4200 оборотов. При этом сосуды испытывает периодические изменения, связанные их протяженностью (100000 км) и объемом крови (7 – 8 литров), что недостаточно их максимального заполнения. Поэтому наиболее интенсивно снабжаются те органы, которые в данный момент работают максимально.