12. Физичен модел на движението на кръвта по сърдечно-съдовата система. Кръвно налягане. Методи за измерване на кръвното налягане.

12.1. Физичен модел на движението на кръвта по сърдечно-съдовата система

Кръвоносната система на човека и животните представлява затворена система, нямаща връзка с атмосферата. Състои се от силно разклонени тръби с разтегливи стени – артерии, артериоли, капиляри, венули и вени. Сърцето може да се разглежда като периодично действаща помпа, която създава разликите в налягането, необходими за движението на кръвта по кръвоносната система.

При разглеждане на движението на кръвта по сърдечно-съдовата система трябва да се има впредвид следното:

• В артериалната част от кръвоносната система течението на кръвта има пулсиращ характер, т.е. налягането е променливо. С отдалечаване от аортата пулсациите намаляват.
• Кръвоносните съдове са еластични и могат да се разтягат както радиално, така и по дължина.
• В капилярите кръвта не може да се разглежда като еднородна течност, тъй като радиуса на капилярите може да бъде равен на радиуса на еритроцитите, даже и по-малък.
• Кръвта е ненютонова течност, като вискозитета и зависи от градиента на скоростта.

При всяко съкращение на сърцето (систола) в аортата се изтласква определен обем кръв, наречен ударен обем. За човека той е около 60-75 см³, за говеда – от 580 до 850 см³, за овца – около 54 см³, за куче около 14 см³. При физическо натоварване ударният обем се увеличава.

Кръвта попада в аортата с налягане 14.7 – 18.6 кРа (110-140 mmHg) и това предизвиква деформация на стените на аортата. При отпускане на сърдечният мускул (диастола) стените на аортата се свиват и порцията кръв се изтласква в следващите кръвоносни съдове. Еластичната деформация на аортата се разпространява по артериите като пулсова вълна. Скоростта на разпространение на пулсовата вълна в артериите е около 6-8 m.s^-1, а честотата и зависи от вида на животното, пол, възраст, нервна възбуда, бременност, повишена температура и т.н. Например нормалната честота на пулса при говеда е 28-30 удари за минута, при свинята – 60-80, при кучето – 60-120, при човека 70-80.

Тъй като кръвта е вискозна течност (относителен вискозитет между 4 и 5), при движението и по кръвоносната система статичното налягане намалява. В началото на артериолите налягането е около 9.3-10.7 кРа (70-80 mmHg), в началото на капилярите – 2.7-5.4 кРа (20-40 mmHg), а в края на капилярите 1.1-2.0 кРа (8-15 mmHg). В големите вени непосредствено преди сърцето то има стойност, по-малка от атмосферното с около 0.5 кРа (3-4 mmHg). Най-голямо намаление на налягането има в артериолите и отчасти в капилярите.

Скоростта на кръвта намалява постепенно от 0.5 m.s^-1 в аортата до 0.001 m.s^-1 в капилярите, тъй като сумарната повърхност на сечението на кръвоносните съдове нараства 600-800 пъти в капилярите. Скоростта на кръвта нараства при прехода към венозната част от кръвоносната система. Обемът кръв, който преминава през кръвоносната система на човек за 1 секунда е около 100 см³. При физически упражнения общият поток се увеличава . Това става с увеличаване на кръвното налягане и разширение на кръвоносните съдове.

С изключение на аортата, движението на кръвта по кръвоносните съдове е ламинарно (Фиг. 12.1). При някои патологични изменения, като намаление на просвета на кръвоносните съдове поради склеротични плаки, непълно отваряне или непълно затваряне на сърдечните клапи, движението на кръвта в сърдечносъдовата система променя характера си, при което възникват характерни звукове, наречени сърдечни шумове. Те имат значение за диагностиката на нарушения в сърдечносъдовата система на животните и човека.

Мощността на сърцето можем да представим като произведение от средната сила F, която действа върху кръвта и скоростта на кръвния поток v P=F.v. Силата F от друга страна можем да представим като произведение от разликата в налягането и площта F=Δp.S.

Замествайки във формулата за мощността, получаваме P=F.v = Δp.S.v = Δp.V, където V=S.v – потока на кръвта (обемът кръв, който преминава през кръвоносната система на човек за единица време). Приемайки, че потока на кръвта е приблизително 100 см³, а разликата в налягането между артериите и вените е 100 mmHg (13 кРа), за мощността получаваме P = 13.10³.100.10^-6 = 13.10^-1 = 1.3 W

12.2. Кръвно налягане

Налягането на кръвта е по-високо от атмосферното. В медицината кръвно налягане се нарича разликата между налягането на кръвта в кръвоносния съд и външното (атмосферно) налягане.Стойността на налягането зависи от отдалечеността на кръвоносния съд от сърцето. За да бъдат резултатите от изследванията сравними, прието е те да се измерват на точно определено място – например при човека на а.branchialis на лявата ръка.

Кръвното налягане може да се измери чрез преки и чрез косвени методи. Преките методи се използват в хирургичната практика и при опити с животни. В този случай кръвоносния съд се срязва и в него се вкарва канюла, свързана с манометър. Друг метод за измерване е косвения метод, предложен през 1896 г. от италианския лекар Рива-Рочи и усъвършенстван в 1905 г. от руския лекар Коротков. При него кръвното налягане се компенсира с външно налягане, упражнявано върху повърхността на тялото чрез маншет, в който се напомпва въздух. Тогава кръвното налягане е равно на допълнителното външно налягане, което спира кръвта в артерията.

Апаратът за компенсационно измерване на кръвното налягане се нарича сфигмоманометър (фиг. 12.2). Състои се от маншета с меки неразтегливи и въздухонепропускливи стени, манометър и гумена круша с вентил. Когато в маншетата се напомпва въздух, налягането върху меките тъкани се увеличава и те притискат артерията. В нея се генерират шумове от турбулентното движение на кръвта, наречени тонове на Коротков. Те се използват като индикатор при измерване на кръвното налягане. Появата им и изчезването им се установява с фонендоскоп. Първо в маншета се създава налягане така че да се прекрати кръвния поток. След това постепенно се намалява налягането в маншета и се слушат шумовете. Когато налягането в маншета става малко по-малко от максималното (систолично) налягане, създавано от сърцето, артерията се отваря. Понеже не е отворена напълно, скоростта но кръвта е голяма и движението е турбулентно.Следователно първият шум съответства на максималното (систолично) налягане. При по-нататъшното намаляване на налягането в даден момент характерните шумове изчезват. Този момент съответства на пълното отваряне на лумена на артерията, т.е. на минималното (диастолично) налягане.

Друг косвен метод за измерване на кръвното налягане се основава на ефекта на Доплер. Под маншета на повърхността на тялото се поставя ултразвуков излъчвател и приемник. Към артерията се насочва ултразвукова вълна, която регистрира моментите на движение на стените на артерията.

12.3. Влияние на собственото тегло на кръвта и ускорението върху кръвното налягане.

Освен налягането, създавано от работата на сърцето, върху кръвообръщението оказва влияние и хидростатичното налягане, създавано от собственото тегло на кръвта. Големината на това налягане ще бъде равна на p=ρgh, където ρ е плътността на течността, g е земното ускорение и h -височината. В резултат на това ако налягането на нивото на сърцето е 120 mmHg = 16kPa, то при краката, ако са на разтояние 1.5 m по-ниско от сърцето ще действа допълнително налягане от 15 kPa, т.е. общото налягане ще бъде 31 kPa. На нивото на главата кръвното налягане ще бъде по-малко с 4 kPa.

Ако човек се движи с ускорение с посока от главата към краката, то кръвното налягане в кръвоносните съдове на главата ще се намали още повече и това може да доведе до отток на кръв от главата към краката, свиване на кръвоносните съдове и дори прекратяване на кръвния ток в кръвоносните съдове на главата. При обратна посока на ускорението налягането в кръвоносните съдове на главата ще се увеличи и това може да доведе до разкъсването им.