Қанның қан тамырларымен қозғалысының гемодинамикалық заңдылықтары. Қан айналуды зерттеу әдістері. Әртүрлі ағзалар мен ұлпалардың реографиясы. Интегралдық және аймақтық реография туралы түсінік САБАҚТЫҢ ЖОСПАРЫ:
Қан тамырлар жүйесіндегі қан қозғалысын қарастыратын биомеханика саласын гемодинамика деп атайды.
Қан айналымның гемодинамикалық көрсеткіштері барлық жүрек қан тамырлар жүйесінің биофизикалық параметрлерімен, яғни жүректің негізгі сипаттамаларымен ( мысалы, қанның соққылық көлемі ), тамырлардың құрылымдық ерекшеліктерімен ( олардың радиусы және созылғыштығы ), қанның физикалық қасиеттерімен ( тұтқырлығы ) анықталады.
Сұйық сығылмайды ( ρ бірдей ), онда қандай да бір уақыт бірлігінде түтіктің кез келген қимасы арқылы сұйықтың бірдей көлемі ағып өтеді: Q= S = со nst. 1 S 1 = 2 S 2 Бұл ағынның үздіксіздік шарты деп аталады. Қан тамырлар жүйесінің кез келген қимасында қан айналымның көлемдік жылдамдығы тұрақты: Q = со nst.
Цилиндрлік түтіктіктің тұрақты қималарындағы нақты сұйықтардың қалыпты ламинар ағыстары үшін Гаген-Пуазейль формуласы: Түтіктің гидравликалық кедергісі:
Радиустың 20% - ке кішіреюуі қысымның екі есеге төмендейтінін көрсетеді. Қан тамырлар саңылауының аз ғана өзгерісінің өзінде қысымның төмендеуі байқалады.
Г идравликалық кедергі түтік радиусына тәуелді. Тамыр түтігінің әр түрлі бөлігі үшін радиустар қатынасы: R aop т : R ap : R кап = 3000:500:1
Капиллярлардың әрқайсысы өте жіңішке болғанымен бүкіл денедегі капиллярлардың жалпы жинақ саңылауы қолқа диаметрінен 500-600 есеге артық. Сондықтан капиллярларда қан ағысының сызықтық жылдамдығы қолқадағыдан сонша есе баяу. υ кап = 1/500 υ қолқа
Капилляр қан тамырын да қанның қозғалыс жылдамдықтары арқылы қан және ұлпа арасында зат алмасу жүреді. Бұлардың қабырғалары өте жұқа, капилляр бір – ақ қ абат эндотелийден тұрады, сондықтан да сұйықтар мен ерітінділер, қоректік заттар қаннан ұлпаға, ұлпадан қанға диффузия, сүзгі арқылы өтеді.
Артериолдар
Қан тамырлары бойымен қанның қозғалысында орташа қысым төмендейді. Q = со nst, ал w кап > w а p т > w ао p т, онда қысымның орташа мәні үшін: Ірі қан тамырларында орташа қысым 15% - ке, ұсақ тамырларда 85% - ке т өмендейді. Б ұл қан ағысын қамтамасыз ететін жүрек энергиясының басым бөлігі осы ұсақ тамырлардың кедергісін жеңуге жұмсалатынын көрсетеді.
1 - қолқадағы, 2 – ірі артерияда, 3 - ұсақ артерияда, 4 - артериолада, 5 - капиллярдағы қысымның шамалары 1 2 3 4 5
Жүректі импульстік режимде жұмыс атқаратын насос ретінде қарастыруға болады. Қанды айдайтын насос – біздің жүрегіміз. аорта артериола капилляр венула веналар
Қан тамырлар жүйесінің негізгі қызметі – капиллярдағы қанмен ұлпалар арасында зат алмасу процесін қамтамасыз ететін қанның үздіксіз қозғалысы. Артериолалар – капиллярдағы қанның ағысының гемодинамикалық көрсеткіштерін реттеп отырады. Артериолалар қан тамырлар жүйесінің «жапқышы». Сондықтан аорта және артерия дененің әр бөлігіне қанды жеткізе отырып, өткізгіш ролін атқарады. Вена тамыры бойынша қан жүрекке құйылады.
Жүйеде бір бірімен байланысты бір мезгілде әр түрлі үрдістер өтеді: жүректің сол қарыншасынан аортаға қанның түсуі және тамыр бойымен қанның ағысы ; қан қысымының және тамыр қабырғасындағы механикалық кернеудің өзгерісі ; қан тамырлар жүйесінің элементтерінің формасы мен көлемінің өзгерісі ;
Систола кезінде ( жүректің жиырылуы ) қан сол қарыншадан аортаға және одан әрі ірі артерияларға шығарылады. Қарынша диастоласы кезінде ( ж ү ректің босаңсуы ) аортаның қақпашалары жабылып, жүректен ірі қан тамырларына қарай қанның ағысы тоқталады.
Франк моделі бойынша қан айналымның үлкен шеңберінде ірі қ ан тамырлары гидравликалық кедергілері аз және қабырғалары созылмалы бір ж үйеге біріктірілген. Қалған барлық ұсақ қан тамырлары – тұрақты гидравликалы қ кедергілері бар жай ( жесткую ) түтікке бірігеді.
Пуазейль теңдеуі бойынша қан ағысының перифериялық тамырлар арқылы ағатын көлемдік жылдамдығы мынаған тең: (1) (2)
Теңдеудің сол жағындағы интеграл қан айналымның үлкен шеңберіндегі жүректің бір жиырылуындағы сол қарыншадан аортаға шыққан қанның соққылық көлемі
Жүрек циклының ( диастола кезіндегі ) перифериялық тамырлардағы қан ағысының көлемдік жылдамдығының уақыттан тәуелділігі мұндағы — систоланың соңындағы ( диастоланы ң басы ) қан ағысының көлемдік жылдамдығы
Қан айналуды моделдеу үшін аналогтық электр схемасы қолданылады. Айнымалы кернеу көзі тізбекте ток тербелісін құрады, ал түзеткіш тек бір ғана бағыттағы токты өткізеді. Осыған ұқсас жүрек қақпашалары қарыншадан шығатын қанды аортаға өткізеді, ал қанды кері бағытта өткізбейді. Конденсатор резистор арқылы өтетін электр тогының тербелісін бір қалыпқа келтіреді, осыған ұқсас созылмалы артериялар қысым тербелісін ұсақ тамырларда қалпына келтіреді.
Қарыншадан қанның шығарылуы аорта қабырғаларының созылуымен және оның қабырғаларындағы кернеудің артуымен жүргізіледі. Артерия мен артериол тармақтарының соңғы аумақтарына, яғни пульстік ағын біртіндеп үздіксіз ағынға айналғанға дейін үрдіс төмендей отырып жалғасады.
Осылайша тамырлар бойымен пульстік толқын деп аталатын тербеліс қысымы таралады. Қабырғаларының созылғыштық дәрежесі үлкен және қанның тұтқырлығы көп болған сайын пульстік толқын таралуы бәсеңдейді. .
Пульстік толқын – жүректің бір соғу фазасында аорта мен артерия тамырлар бойымен жоғары қысымда таралған қан толқындары. Пульстік толқынның таралу жылдамдығы қанның және тамырдың қасиетіне тәуелді. мұндағы тамыр қабырғасы материалының Е – Юнг модулі, h – қалыңдығы, r - радиусы, – қанның тығыздығы
Сондықтан түтіктің серпімділік модулі көп болған сайын, пульстік толқынның таралу жылдамдығы жоғары болады. Олай болса, аортада пульстік толқынның таралу жылдамдығы - 4 - 6 м/с, серпімділігі аз артерияда – 8 - 12 м/с. Серпімділігі жоғары веналарда пульстік толқынның ұзындығы аз, таралу жылдамдығы шамамен 1 м/с.
Пульстік толқынның таралу жылдамдығы (6... 12 м/с) қан ағысы жылдамдығынан (0,3…0,5 м/с) 20—40 есеге үлкен. Пульстік толқынға ұқсас ( қысым тербелісі ), қан тамырлармен дыбыс толқындары 1500 м/с жылдамдықпен таралады.
1- ші фаза – аорта қақпашаларының ашылып, жабылғанға дейінгі кезеңінде жүректен қанның аортаға ағу фазасы. Жүректен шыққан қанның ірі қан тамырларына түсуі олардың қабырғасын созылғыштық қасиетіне қарай кеңейтеді және қанның бір бөлігі ірі тамырларда жинақталады, қалған бөлігі ұсақ тамырларға өтеді.
2- ш і фаза – қолқаның қақпашаларының жабылып, қанның ірі тамырлардан ұсақ тамырларға өтуі. Осы фаза уақытында ірі қан тамырлар қабырғасы серпімділігінің нәтижесінде бастапқы күйіне қайта оралып, қанды микротүтіктерге ығыстырып шығарады. Осы уақытта сол жүрекшеден сол қарыншаға қан құйылады.
Қолқа қақпашаларының жабылу кезеңіндегі ірі қан тамырларындағы қысымның өзгеру заңы:
( t 2 ) уақыттан кейін қысым диастолалық қысымға дейін төмендейді. 2 – ш і фаза аяқталып, 1 – ші фаза қайта басталар кезінде қақпашалар қайта ашылады.
Аортаның қақпашалары жабылғаннан кейінгі ірі қан тамырларындағы қысымның уақыттан тәуелділігі
Ірі қан тамырларының тарылуынан жүректің сол қарыншасында қысымының көтерілуін байқауға болады. Егер ірі тамырларда тромба түзілгенде жүректің сол қарыншасынан үлкен қысыммен қан лақытырылмаса, онда осы түтіктің соңында қысым ( d нүктесінде ) нормадан төмен болады. Нәтижесінде, жасушааралық сұйық пен плазма көлемдерінің арасындағы фильтрационды реабсорбциялық тепе - теңдіктің бұзылуына ықпал ететін гидростатикалық капиллярлы қысым Р a төмендейді.
2. Тармақталған жүйенің ұсақ тамырларының біреуінің тарылуы Тармақталған жүйенің ұсақ тамырларының біреуінің тарылуы ( тромбаның түзілуі )
Тромбаның түзілуі капилляр бойымен қысымның түсуінің сызықтық тәуелділігінің бұзылуына ықпал етеді. Стандарттық мәнімен салыстырғанда капилляр бойымен гидростатикалық қысымның градиенті өзгереді: а b және cd бөлігінде азаяды және b с бөлігінде бірден көтеріледі.
Тамырды ң жарық саңылауының азаяуы қан тамырларындағы қан ағысының бірден түсуіне ықпал етеді. q ' – дің сызықты емес d – дан тәуелділігі. ( d =0) тарылу болма ғ ан кезде, онда түтікте қан ағысы өзгермейді: q ' / q 0 = 1. Егер жарық саңылауы нолге азаятын болса, (тромб түтікті толығымен жабады, d = D ), онда бұл түтікте қан жүрмейді q ' = 0.
Капиллярдағы тромбаның түзілуі ағзаға иондалған сәуленің әсер ету нәтижесінде өтеді. Зақымдалған тамырлардағы қан ағысы жылдамдығының кемуі қан мен ұлпа арасындағы зат алмасудың қарқындылығының төмендеуіне ықпал етеді.
Тамырлардың бір қалыпты емес тарылу салдарынан ( немесе локальды кеңейтілуден ) қан ағысының турбулентті қозғалысы пайда болуы мүмкін. Турбулентті қозғалыс тромбоциттердің тұнбаға түсуіне және агрегаттық ( тромбаның түзілуі ) түзілу үшін жағдай жасайды.
егер қан тұтқырлығы өзгерсе, онда тамыр түтігінде қысымның төмен түсуі өзгереді. тұтқырлықтың артуынан ол сызықты өседі. қалыпты және кейбір аурулар кезіндегі тамыр түтігі бойымен қысымның таралуы келтірілген
Р 1 <Р 2, Р 3 >Р 2,
Реография Ағзалардың қанға толуын ұлпаның электр кедергісін тіркеу арқылы анықталады. Тамыр түтіктерінің қанға толуы ұлғайғанда, олардың электр тогына кедергісі төмендейді. Толық электр кедергісін – импедансты т і ркеу ( сыйымдылық және омдық кедергінің қосындысы ) систола кезінде жеке мүшелердің қанға толуын анықтауға мүмкіндік береді.
Жүрек қызметінің үрдісі кезіндегі импеданс өзгерісін тіркеуге негізделген диагностикалық әдісті реография деп атайды (импеданс-плетизмография).
Бұл әдістің көмегімен мидың ( реоэнцефалограмма ), жүректің ( реокардиограмма ), негізгі қан тамырларының, өкпенің, бауырдың және буындардың реограммасын алады.
Биологиялық жасушаның, яғни тірі ағзаның сиымдылық қасиеті болуы себепті ағза ұлпасының импедансы тек активті және сыйымдылық кедергілері арқылы анықталады.
Бір мезгілде денеге токты тіркейтін потенциалды электродтар жапсырылады. Дененің электрод жапсырылған бөлігінде кедергі көп болған сайын, толқын аз болады. Ұлпаның берілген бөлігі қанмен толтырылғанда кедергісі азаяды, өткізгіштігі артады, яғни бұл тіркелетін токтың артуын көрсетеді.
1. Арызханов Б.”Биологиялық физика”, 1990 ж. 2. Самойлов В.О. “Медицинская биофизика”, С-П,2007г. 3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. “Биофизика”, Киев, 2004г.с. 231-255 4. Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика», М.,2004г. Пайдаланылған Әдебиеттер:
Бақылау сұрақтары : Қанның қан тамырларымен қозғалысының негізгі гидродинамикалық заңдылықтары қандай? Қан тасымалдаушы жүлгелер бойымен қан қозғалысының физика-математикалық заңдылықтары қандай? Пульстік толқынның таралуы қалай жүреді?
