Гемодинаміка

Гемодина́міка — галузь фізіології, яка вивчає закономірності руху крові кровоносними судинами. Частина гідродинаміки — розділу фізики, що вивчає рух рідин.

Основні положення

Відповідно до законів гідродинаміки, кількість рідини (Q), яка протікає через будь-яку трубу прямо пропорційна різниці тиску на початку (Р₁) і на кінці (Р₂) труби і навпаки, обернено пропорційна до опору (R) руху рідини.

${\displaystyle Q={P_{1}-P_{2} \over R}}$

Якщо застосувати це рівняння до кровоносної системи, то слід взяти до уваги, що тиск на кінці цієї системи, тобто у місці впадання порожнистих вен у серце, близький до нуля. В цьому випадку рівняння можна записати так:

${\displaystyle Q={P \over R}}$

Де

• Q — кількість крові, що проганяється серцем за хвилину,
• P — величина кров'яного тиску в аорті,
• R — величина судинного опору.

Периферійний опір судинної системи складається з множини окремих опорів кожної окремої судини. Будь-яку з таких судин можна вважати подібною до трубки, опір якої визначається за формулою Пуазейля:

${\displaystyle R={8l\eta \over \pi r^{4}}}$

Де

• ${\displaystyle l}$ — довжина трубки,
• η — в'язкість рідини яка по ній протікає,
• ${\displaystyle \pi }$ — число пі, відношення довжини кола до діаметра.
• r — радіус трубки.

Судинна система складається з множини трубок які з'єднуються паралельно і послідовно. При послідовному з'єднанні трубок їх сумарний опір дорівнює сумі опорів кожної з них.

${\displaystyle R=R_{1}+R_{2}+R_{3}+...+R_{n}}$

При паралельному з'єднанні трубок їх сумарний опір розраховують за формулою:

${\displaystyle R={1 \over \ {1 \over R_{1}}+{1 \over R_{2}}+{1 \over R_{3}}+...+{1 \over R_{n}}}}$

Із приведених формул випливає, що найбільший опір має мати капіляр, діаметр якого близько 5–7 мкм. Але оскільки велика кількість капілярів з'єднуються в судинній мережі паралельно, їх сумарний опір менший ніж сумарний опір артеріол^[1].

Точно визначити опір за цими формулами неможливо, оскільки всі формули дійсні тільки для ламінарної течії ньютонівських рідин. Однак геометрія судин змінюється внаслідок скорочення їх стінок завдяки пульсу та біля стенозів, а також потік крові є турбулентним щонайменше в кількох місцях (аорта, серце). В'язкість крові також не є постійною величиною (зростає зі зменшенням швидкості і для дуже малих швидкостей є аномально високою), тобто кров — це неньютонівська рідина і тому всі ці рівняння дійсні для неї досить наближено.

Лінійна швидкість кровотоку

Зміна лінійної швидкості кровотоку в різних судинах

Ліні́йна шви́дкість кровото́ку — відстань, яку долає будь-яка часточка крові за одиницю часу (см/с). Лінійна швидкість в судинах різного типу різна (дивись малюнок праворуч) і залежить від об'ємної швидкості кровотоку і площі поперечного перерізу судин.

При однаковій об'ємній швидкості кровотоку в різних відділах судинного русла: в аорті, сумарно — в порожнистих венах, в капілярах — лінійна швидкість кровотоку найменша в капілярах, де найбільша сумарна площа поперечного перерізу.

Способи вимірювання

У практичній медицині лінійну швидкість кровотоку вимірюють за допомогою ультразвукового та індикаторного методів, найчастіше визначають час повного кругообігу крові, що становить 21–23 секунду.

Індикаторний метод

При використанні індикаторного методу в ліктьову вену вводять індикатор (еритроцити, мічені радіоактивним ізотопом, розчин метиленового синього тощо) і відзначають час його першої появи в венозній крові цієї ж судини в іншій кінцівці. Для визначення часу кровотоку на ділянці «капіляри легенів — капіляри вуха» використовують як мітку кисень, що надходить до легень після затримки дихання, і відзначають час його появи в капілярах вуха за допомогою чутливого оксиметра.

Ультразвуковий метод

Ультразвукове визначення швидкості кровотоку засновано на ефекті Доплера. Ультразвук подається через судину в діагональному напрямку, далі вловлюються відбиті хвилі. За різницею частот вихідних і відбитих хвиль, що пропорційна до швидкості руху часток крові, визначають лінійну швидкість кровотоку.

Об'ємна швидкість кровотоку

Об'ємна швидкість кровотоку — кількість (об'єм) крові, що проходить через певну судину за одиницю часу (мл/с, л/хв).

Див. також

• Гематологія
• Кровообіг
• Еритроцит
• В'язкість крові
• Нестаціонарний потік
• Електромагнітний витратомір