Некоторые методы определения давления и скорости движения крови

 

Прямое измерение давления крови осуществляется введением ка­тетера непосредственно в кровеносный сосуд или полость сердца. Ка­тетер заполняется изотоническим раствором и передает давление кро­ви с вводимого конца на внешний измерительный прибор или устройство автоматизированной обработки данных. Прямая манометрия - прак­тически единственный метод измерения давления в полостях сердца и центральных сосудах. Венозное давление надежно измеряется так же прямым методом. Основной недостаток прямых измерений очевиден - это необходимость введения измерительных устройств в полость сосуда.

Непрямое измерение давления крови производится без нарушения целостности сосудов и тканей. В подавляющем большинстве непрямые методы являются компрессионными - они основаны на уравновешивании давления внутри сосуда измеряемым внешним давлением на его стенку.

Простейшим из таких методов является пальпаторный способ оп­ределения систолического артериального давления, предложенный Ри­ва-Роччи. При его осуществлении на среднюю часть плеча накладывают компрессионную манжету. Давление воздуха в манжете измеряется с помощью манометра. Накачиванием воздуха в манжету давление в ней быстро поднимается до значения, превышающего систолическое. Затем воздух из манжеты медленно выпускают, одновременно наблюдая за по­явлением пульса в лучевой артерии. Зафиксировав пальпаторно появ­ление пульса, отмечают в этот момент значение давления в манжете, которое и соответствует систолическому давлению.

Рис.22

Аускультативный метод имеет наибольшее распространение и ос­нован на установлении систолического и диастолического давления по возникновению и исчезновению в артерии особых звуковых явлений - тонов Короткова. Так же как и в методе Рива-Роччи, на область пле­ча накладывается компрессионная манжета М (см. рис.22), в которую накачивается воздух, создавая давление, большее систолического. В это время (а) тоны Короткова не обнаруживаются. При выходе воздуха из манжеты просвет сосуда увеличивается и при равенстве наружного давления систолическому возникают характерные звуки, прослушивае­мые с помощью фонендоскопа Ф. В этот момент (б) по манометру опре­деляю систолическое давление. Момент исчезновения шумов (в) соот­ветствует равенству измеряемого наружного давления диастолическому.

Аускультативный метод реализуется в различных вариантах. В частности, в измерителях давления тоны Короткова могут восприни­маться микрофоном, преобразующим звуковые воздействия в электри­ческие сигналы, поступающие на регистрирующее устройство. На циф­ровом табло регистратора указываются значения систoлического и ди­астолического давления. В некоторых приборах изменения в движении стенок артерии при систолическом и диастолическом давлении (сопровождающиеся возникновением и исчезновением тонов Короткова) опре­деляются с помощью ультразвуковой локации и эффекта Доплера.

Рассмотрим теперь основы некоторых физических методов опреде­ления скорости кровотока.

Метод, основанный на эффекте Доплера. Физическая основа этого метода была рассмотрена в разделе 9 части 1 этого пособия. Ещё раз подчеркнем, что его широкое клиническое применение обусловлено неинвазивностью, высокой точностью и возможностью использования для исследования различных гемодинамических процессов. В частности, поскольку ультразвуковая волна обладает малой длиной и, сле­довательно, может быть сфокусирована на малую площадь, становится возможным определять скорость крови локально в отдельных узких участках сосудистой системы и даже скорость движения различных слоёв крови в отдельном сосуде.

Электромагнитный метод осно­ван на физическом явлении, на­зываемом эффектом Холла. Его сущность поясняет рис.23. Пусть в некоторой проводящей электрический ток среде со скоростью v движутся электри­ческие заряды (на рис.23 в направлении слева направо). Если эту среду поместить в магнитное поле с индукцией В, направленной перпендикулярно направлению скорости движения зарядов, то на заряды будет действовать сила Лоренца F_л , равная по величине
F_л = q v B, где q - величина заряда. Под действием этой силы происходит отклонение положительных зарядов в одну сторону, а отрицательных - в противоположную, как показано на рис.24. Таким об­разом, из-за происходящего под действием магнитного поля разделе­ния зарядов, на поверхности среды возникает разность потенциалов U (холловское напряжение). Ее величина пропорциональна значению силы Лоренца F_л, а, следовательно, скорости движения заряженных частиц v.

Поскольку в крови имеются положительные и отрицательные ионы, этот эффект проявляется и в движущейся по сосуду крови. Из измеря­емой разности потенциалов можно определить линейную скорость кро­вотока.

Методы определения скорости движения крови, основанные на описанном принципе, удобно применять в тех случаях, когда возможен непос­редственный контакт электродов соответствующего измерительного устройства со стенками сосуда (при использовании аппаратов искусс­твенного кровообращения, гемосорбции, гемодиализа, в ходе хирурги­ческих операций).

Термоэлектрические методы основаны на измерениях степени наг­рева тканей в зависимости от их кровенаполнения. Для измерения ис­пользуются термоэлектрические датчики, в которых разница темпера­тур на концах термопары (два различных проводника спаянные своими концами) порождает электрический сигнал (термоэлектрический эф­фект). Температура одного из спаев поддерживается постоянной, а второй контактирует с поверхностью ткани. Изменения кровенаполне­ния вызывают изменения температуры контактирующего с тканью конца термопары и, следовательно, отражаются на величине возникающего электрического сигнала.

При использовании радионуклидных методов в кровь вводят опре­деленное количество радиоактивного препарата. Концентрация этого препарата в крови зависти от степени его разбавления в объеме цир­кулирующей крови, доставляющей препарат к определенному участку организма. Чем больше объемная скорость крови, тем быстрее происхо­дит разбавление. Содержание препарата устанавливается по измерению интенсивности гамма-излучения с помощью счетчика гамма-квантов. По изменению концентрации со временем после соответствующей обработки данных определяется скорость кровотока. Вместо радиоактивного вещества могут быть введены другие индикаторы (краситель, холодная жидкость и др.). Тогда степень раз­бавления индикатора, определяемая скоростью кровотока, находится путем быстрых заборов проб крови и их последующего анализа, либо фотоэлектрическими или термометрическими методами без заборов проб.

Работа и мощность сердца

 

В соответствии с законом Пуазейля течение жидкости по сосудам определяется разностью давлений в начале и конце сосудов. В систе­ме кровообращения этот перепад давлений обусловлен, в основном, работой сердца. Таким образом, по отношению к сосудистой системе сердце можно считать некоторым насосом. В отличии от обычного поршневого насоса, где площадь поршня постоянна, при работе сердца его рабочая поверхность - внутренняя поверхность желудочков - из­меняется в различные фазы их сокращения. Сила F, действующая на кровь в желудочках, зависит от давления Р в их полости и площади внутренней поверхности S: F = P S. В начале систолы давление мень­ше, а объем и площадь поверхности полости желудочков - больше. В конце систолы давление возрастает, а внутренняя поверхность умень­шается. Количественное рассмотрение этих процессов и непосредс­твенные физиологические эксперименты показывают, что при уменьше­нии объема внутренних полостей сердце развивает меньшую силу. Сог­ласно закону Старлинга, сила, развиваемая при сокращении сердца, пропорциональна начальной длине волокон миокарда.

Не занимаясь рассмотрением сложных явлений, происходящих при сокращении сердца, рассчитаем его работу за одно сокращение, исхо­дя из общих физических соображений. Эта работа А складывается из работы левого А_л и правого А_п желудочков:

А = А_л + А_п.

Работа левого желудочка, выбрасывающего кровь в большой круг кровообращения, естественно, больше чем работа правого желудочка. Считается, что А_п = 0,2 А_л. Таким образом А = 1,2 А_л.

Работа левого желудочка при выбросе систолического (ударного) объема крови в аорту затрачивается на преодоление сил давления крови в сосудистой системе и на сообщение крови кинетической энер­гии. Первая составляющая этой работы называется статическим компо­нентом, а вторая - кинетическим компонентом.

Статический компонент рассчитаем по формуле:

А_ст= Р_ср V_с,

где Р_ср - давление крови в аорте, V_с - систолический объем. Считая для человека в покое Р_ср = 100 мм.рт.ст. = 13,3 кПа и V_с = 60 мл = 6×10^-5 м³, найдем: А_ст» 0,8 Дж.

Кинетический компонент может быть рассчитан из формулы для кинетической энергии:

А_к = ,

 

где m - масса крови в ее систолическом объеме, r - плотность кро­ви, v - линейная скорость крови при выбросе в аорту. Приняв r = 1,05×10³ кг/м³, v = 0,5 м/с, получим, что А_к = 0,008 Дж.

Таким образом, работа сердца за одно сокращение, определяемая по формуле:

А = 1,2 (PV_c + ) (32)

составляет в покое примерно 1 Дж. Считая, что, в среднем, сердце сокращается один раз в секунду, определим работу сердца за сутки. Она составляет внушительную величину: 86400 Дж. Для сравнения, та­кую работу надо совершить, чтобы поднять груз массой в 1т на высоту около 9м.

Учитывая, что продолжительность систолы составляет около 0,3 с, и разделив работу сердца за одно сокращение на это время, полу­чим для средней мощности сердца в покое значение 3,3 Вт.

При физической нагрузке возрастает систолический и минутный объем крови, увеличивается и скорость течения крови в аорте. Рабо­та сердца резко увеличивается. При этом изменяется и соотношение между статическим и кинетическим компонентами. Как видно из приве­денных численных значений, в покое доля кинетического компонента составляет около 1% от общей работы сердца. С повышением нагрузки растут оба слагаемых формулы (32), но второе слагаемое растет быстрее, так как величина кинетического компонента работы сердца пропорциональна квадрату увеличивающейся линейной скорости крово­тока. Доля кинетического компонента в общей работе сердца возрас­тает и может достигать 30%.

Контрольное задание

 

1. Определите, что такое объемная и линейная скорости крово­тока. Какова связь между ними?

2. Исходя из значений линейной скорости кровотока в аорте и в капиллярах, оцените соотношение между площадью поперечного сечения аорты и суммарной площадью поперечных сечений капилляров.

3. Укажите значение вязкости крови в норме и пределы измене­ния ее значений при патологических процессах. Укажите причины, приводящие к изменению вязкости крови в организме. Сопоставьте вязкость венозной и артериальной крови.

4. Назовите известные Вам методы определения вязкости крови, сопоставьте их достоинства и недостатки.

5. Как связаны объемная скорость кровотока, разница давлений и гидравлическое сопротивление (закон Пуазейля)?

6. Что принято называть систолическим, диастолическим и сред­ним давлением крови? Что такое пульсовое давление? Трансмуральное? Гидростатическое?

7. На каком участке большого круга кровообращения наблюдается наибольшее падение давления крови? Почему?

8. Покажите графически, как зависит давление крови от времени в крупных артериях. Отметьте на графике значения систолического,диастолического ипульсового давления. Какопределяется среднее давление?

9. Как зависит скорость распространения пульсовой волны от механических свойств и величины просвета сосуда? Укажите приблизи­тельные значения скорости распространения пульсовой волны в аорте, артериях мышечного типа и в венах. Как и почему изменяется эта ско­рость с возрастом и с повышением артериального давления?

10. Что такое число Рейнольдса? Запишите его выражение через гидродинамические параметры.

11. Почему и в каких участках сосудистой системы течение кро­ви может иметь турбулентный характер? Как обнаруживается турбу­лентное течение крови? Каковы физиологические последствия турбу­лентного течения крови?

12. Назовите известные Вам методы определения скорости крово­тока, укажите их принципиальную основу.

13. Рассчитайте работу сердца за 1 сокращение в покое. Найди­те работу сердца за 1 сутки.

14. Каково соотношение составляющих работы сердца по преодо­лению статического давления крови (статический компонент) и по со­общению крови движения (кинетический компонент) в покое? Как и по­чему изменяется это соотношение при физической нагрузке?

О Г Л А В Л Е Н И Е

ЧАСТЬ I............................................................................................................... 3

 

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.................................................. 3

1. Гармонические колебания............................................................................. 3

1.1. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.......................................................................................................................... 3

1.2. Энергия гармонического колебания.............................................. 5

2. Затухающие колебания................................................................................... 5

2.1. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение 5

2.2. Декремент затухания и логарифмический декремент затухания. 7

3. Вынужденные колебания................................................................................ 8

3.1. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение 8

4. Сложение гармонических колебаний......................................................... 10

4.1. Колебания, происходящие вдоль одной прямой с одинаковыми частотами........................................................................................................................ 11

4.2. Колебания происходят вдоль одной прямой с разными частотами 11

5. Разложение колебаний в ряд Фурье. Гармонический спектр сложных колебаний...................................................................................................... 12

6. Принципы использования гармонического анализа для обработки диагностических данных............................................................................................................... 14

7. Механические волны..................................................................................... 16

7.1. Уравнение волны.......................................................................... 16

7.2.Энергия волны, поток энергии волны, интенсивность. Вектор Умова 18

8. Эффект Доплера........................................................................................... 19

9. Принципы использования эффекта Доплера для определения скорости движения крови.................................................................................................................. 21

Контрольное задание........................................................................... 23

 

Часть I I............................................................................................................ 24

 

АКУСТИКА...................................................................................................... 24

1. Природа и классификация акустических волн......................................... 24

2. Физические характеристики звуковых волн и характеристики слухового ощущения........................................................................................................................... 26

2.1. Интенсивность звука..................................................................... 26

2.2. Частота звуковых колебаний....................................................... 27

2.3. Спектральный состав звуковых колебаний................................ 27

3. Порог слышимости и порог болевого ощущения. Область слышимости 27

4. Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука 29

5. Упрощенная биофизическая схема формирования слухового ощущения. 32

6. Отражение и поглощение акустических волн........................................... 34

7. Ультразвук и его медицинское применение................................................. 36

7.1. Получение ультразвука................................................................ 36

7.2. Физические принципы ультразвуковой диагностики................. 38

8. Взаимодействие ультразвука с биологическим тканями. Терапевтическое и хирургическое применение ультразвука.................................................. 44

9. Инфразвук..................................................................................................... 47

Контрольное задание........................................................................... 48

⇐ Предыдущая6789101112131415

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: