Энергетика кровообращения

Введение. Классификация сосудистого русла

XI. БИОФИЗИКА КРОВООБРАЩЕНИЯ

Кровеносные сосуды обеспечивают важнейшую функцию доставки питательных веществ и кислорода к тканям и выведения углекислого газа и продуктов метаболизма из организма. Кроме того, они обеспечивают гуморальную регуляцию различного рода процессов тканей и органов, доставляя к клеткам-мишеням физиологически активные вещества (ФАВ). Кровь не даром получила образное название «зеркало здоровья», отражающее функциональное состояние всех органов и тканей и немедленно сигнализирующее о возникающих нарушениях в самом начале их развития.

Морфологическая классификация предусматривает разделение сосудистого русла на артериальный и венозный отдел, выраженность гладкомышечного слоя (сосуды мышечного, эластичного и смешанного типа).

Функционально подразделение сосудистого можно представить следующей полследовательностью: сосуды котла (аорта), сосуды сопротивления (артерии, артериолы), сосуды капиллярного кровоснабжения, венулы и сосуды депо (крупные вены).

Сосуды котла обеспечивают поступление из сердца потока крови с наименьшими потерями. По этой причине их стенки имеют преимущественно эластичные структуры и мало способны к регулируемому ФАВ изменению просвета.

Сосуды сопротивления, к которым относятся артериолы или прекапиллярные сосуды сопротивления, играют значительную роль в поддержании гидростатического давления крови любого участка сосудистого русла. Это происходит за счет высокой способности к смене напряжения гладкомышечного слоя стенки сосудов. Смена напряжения происходит в результате воздействия гормонов или других биологически активных веществ на тонус кровеносных сосудов с последующими изменениями их просвета и скорости кровотока.

Сосуды капиллярного кровоснабжения микроциркуляторного русла непосредственные участники функции доставки питательных веществ и кислорода к тканям и выведения углекислого газа и продуктов метаболизма из организма. Особенности их организации и регуляции позволяет артериальной крови постоянно осуществлять этот необходимый обмен с тканевой жидкостью.

Венулы и сосуды депо (крупные вены) обеспечивают возврат крови к сердцу. Более медленное течение в этот отделе кровеносного русла также обеспечивается морфологическими и функциональными особенностями. Например, наличие клапанного аппарата и спонтанной периодической активности мышечного слоя венозного отдела способствует возврату крови в предсердие правого отдела миокарда, прохождению через малый круг кровообращения и поступлению артериальной крови в аорту большого круга.

Работа сердца как насоса

Основной двигатель переноса крови по сосудам – сердце. Его желудочки в момент систолы создают градиенты давления в малом и большом круге кровообращения, причем, левый желудочек выполняет работу в 6 раз больше, чем правый.

Работа (А) по выбросу крови в аорту при выборе сердца аналогом насоса равна:

, где:

Р– давление в аорте, dV-ударный (систолический) объем крови – количество крови, выброшенное в аорту за одно сокращение (систолу) желудочка.

Согласно закону Бернулли на движущуюся по сосудам кровь может оказывать свое влияние ряд факторов:

1.Гидростатичекая составляющая- pV,

2.Гидродинамическая составляющая - mv²/2, (m- масса и v- скороть движения крови),

3.Потенциальная составляющая – mgh (h-высота, g- ускорение сводного падения).

Тогда общая энергия будет равна (c учетом: m= ρV):

.

В любой точке кровеносного русла удельная энергия Е¹ имеет размерность давления и, разделив Е на V получим:

и дополнительно разделив на ρg, получим:

.

По закону неприрывности струи Бернулли:

Е₁=Е₂, тогда =;

Лишь при переходе через сердце кровь получает дополнительно энергию:

Анализируя круги кровообращения на уровне входа и выхода из сердца: h₁ = h₂, Р₁ и v₁=0, в итоге:

Возвращая в уравнение Vρg,, получим, что общая энергия (Е) равна:

То есть, гидростатическая компонента движения крови действительно является ее самой энергозатратной составляющей.