Хирургия » Давление крови волны артериального давления

 

Движение крови по сосудам. Артериальное давление крови

Автор: hezyyy 04.02.2015, 03:42

Кровяное давление в организме человека. Гипертония

Лабораторная работа № 20
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛИНИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ

Цель работы. Ознакомиться с моделями системы кровообращения. Изучить методику измерения артериального давления крови, конструкцию и принцип работы электронного измерителя давления.

Краткая теория

Гемодинамика - область биомеханики, изучающая движение крови по сосудистой системе.

Физическая модель системы кровообращения

Сердечно-сосудистая система в организме человека и животных представлена сердцем, кровеносными сосудами и лимфатическими сосудами.

Физическую модель сердечно-сосудистой системы можно представить в виде замкнутой, многократно разветвленной и заполненной жидкостью системы трубок с эластичными стенками. Движение жидкости происходит под действием ритмически работающего нагнетательного насоса - сердца. В наиболее простой гидродинамической модели кровеносной системы, предложенной О.Франком, артериальная часть моделируется в виде упругого резервуара (УР). Эта модель представлена на рис.1. Кровь из сердца поступает в УР (артерии) через отверстие К1. При сжатии упругого резервуара содержащийся в нем объем крови проталкивается через отверстие К2 в периферическую систему сосудов, вызывая в них продвижение крови.

Периферическая система (артериолы, капилляры) представляет постоянное и многократное разветвление большого числа трубок, особенно в ее средней части, общий просвет которых имеет настолько большое сечение, что скорость жидкости здесь снижается почти до нуля. Однако внутреннее трение в пристеночных слоях этих трубок настолько велико, что именно эта часть системы представляет наибольшее сопротивление течению жидкости и обусловливает максимальное падение давления.

Физическая модель сердечно-сосудистой системы позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови, выбрасываемой желудочком сердца за одну систолу), гидравлическим сопротивлением периферийной части системы кровообращения и изменения давления в артериях.

Так как кровь находится в УР, то ее объем V в любой момент времени зависит от давления (р) следующим образом:

, (1)

где k - коэффициент пропорциональности, зависит от эластичности упругого резервуара; - объем резервуара при отсутствии давления (р = 0).

Продифференцировав по времени уравнение (1), получим

. (2)

Количество крови, протекающее через поперечное сечение сосуда за единицу времени, называется объемной скоростью кровотока. Пусть Q - объемная скорость кровотока, поступающего в УР. - объемная скорость кровотока, выходящего из УР в периферическую систему. Если предположить, что гидравлическое сопротивление периферической системы постоянно, тогда можем записать:

. (3)

Уравнение (3) указывает, что объемная скорость кровотока из сердца в артерии равна скорости оттока крови из УР и скорости возрастания объема УР.

Используя уравнение Пуазейля для периферической системы, можем записать

, (4)
где = - гидравлическое сопротивление периферической системы;

h - вязкость крови; - длина сосудов; R - радиус сосуда; р - давление в упругом резервуаре; - венозное давление, которое может быть принято равным нулю.

Давление р в упругом резервуаре УР за время сердечного сокращения изменяется от максимального до минимального. Максимальное давление называется систолическим рс, а минимальное - диастолическим рд.

Экспериментальная кривая зависимости давления от времени в сонной артерии приведена на рис. 2. На рисунке показана длительность систолы Тс и диастолы Тд, период пульса Тп, диастолическое (минимальное) давление рд, систолическое (максимальное) давление рс.

2. Пульсовая волна

При сокращении сердца (систолы) кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от нее артерии. Особенностью системы кровообращения является эластичность стенок сосудов. Если бы стенки кровеносных сосудов были жесткими, о давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферийным сосудам. Эластичность стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь выталкивается сердцем, растягивая аорту, то есть крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем ее отток к периферии. Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа (16× 103 Па). Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды сокращаются, и потенциальная энергия этих сосудов переходит в кинетическую энергию крови, которая начинает двигаться в сосудах с некоторой скоростью. При этом поддерживается диастолическое давление, примерно равное 11 кПа.

Волна повышенного давления, распространяющаяся по аорте и артериям во время систолы, называется пульсовой волной. Скорость пульсовой волны можно оценить по формуле Моенса- Кортевега:

,

где Е - модуль упругости сосудов; r - плотность вещества сосуда; а - толщина сосуда; R - радиус сосуда.

Интересно отметить, что у человека с возрастом модуль упругости возрастает, поэтому становится больше и скорость пульсовой волны.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 5- 10 м/с, поэтому за время систолы (Тс 0,3 с) она должна пройти расстояние от сердца до конечностей. Это означает, что фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начнется диастола. Пульсовой волне соответствует пульсирование скорости кровотока в крупных артериях, однако скорость крови существенно меньше скорости распространения пульсовой волны и, примерно, равна 0,3- 0,5 м/с. При этом ток крови принимает непрерывный характер.

При таком механизме продвижения крови только часть энергии, развиваемой мышцей при сокращении, передается непосредственно крови в аорте и переходит в ее кинетическую энергию. Остальная часть энергии переходит в потенциальную энергию растяжения эластичных стенок крупных сосудов и затем уже по мере возвращения их в исходное состояние эта энергия передается крови в период диастолы. Этим и объясняется непрерывный характер тока крови.

На рис. 3 приведены графики изменения давления и скорости движения крови в основных частях сосудистой системы. Давление (р) - это избыточное давление над атмосферным.

Движение крови по сосудам, особенно распределение ее между различными частями кровеносной системы, зависит не только от работы сердца, но и от общего просвета сосудов. В эластичных стенках сосуда имеются гладкие мышечные волокна, от степени сокращения которых зависит просвет сосуда. Имеет значение также общее количество циркулирующей крови и ее вязкость. Все эти факторы находятся под регулирующим влиянием центральной нервной системы. Таким образом, физиологические факторы, накладываясь на физические закономерности, регулируют кровообращение в различных участках.

3. Физические основы клинического метода измерения давления крови

Знание давления крови играет важную роль при диагностике многих заболеваний и контроле за эффективностью проводимого лечения. Систолическое и диастолическое давление в артерии можно измерить непосредственно с помощью иглы, соединенной с манометром. Однако в медицине широко используется бескоровный метод, предложенный Н.С.Коротковым. Он заключается в том, что измеряют давление, которое необходимо приложить снаружи, чтобы сжать артерию до прекращения в ней тока крови. Это давление весьма близко к давлению крови в артерии. Измерение обычно производится на плечевой артерии выше локтевого сгиба (рис. 4).

Сжатие артерии осуществляется с помощью манжеты, которая представляет собой резиновую камеру в чехле из тонкого материала. Манжету обертывают вокруг руки между плечом и локтем. При накачивании воздуха через шланг с помощью резиновой груши давление в манжете растет. Величина давления определяется по манометру, соединенному с манжетой. В процессе накачивания воздуха в манжету следят за пульсом на лучевой артерии с помощью датчика (фонендоскоп или пьезоэлектрический преобразователь). Воздух накачивают в манжету до давления на 10- 20 мм рт.ст. выше того, при котором перестает прослушиваться пульс на лучевой артерии. Затем, медленно открывая выпускной клапан резиновой груши, постепенно снижают давление в манжете, прислушиваясь к звукам в фонендоскопе (или динамике). Соотношение между изменением давления (р) в манжете и "тонами Короткова" показано схематически на рис. 5. Пока артерия сжата полностью, никакие звуки не прослушиваются. При снижении в манжете давления начинают прослушиваться отчетливые тоны (участок а на рис. 5). Эти тоны обусловлены вибрацией стенок артерии непосредственно за манжетой под действием мощных толчков крови, которые проходят сквозь сжатый манжетой участок сосуда только в моменты систолы сердца. Показание манометра, соответствующее моменту появлении тонов, определяет систолическое давление.

При дальнейшем снижении давления в манжете тоны дополняются шумами (участок б на рис. 5). Эти шумы обуслов- лены турбулентным течением крови через частично сжатый манжетой участок артерии. Затем шумы уменьшаются и в фонендоскопе вновь прослушиваются чистые тоны (участок в на рис. 5). Эти тоны быстро затухают, в артерии устанавливается ламинарное течение крови. Показание манометра в момент резкого ослабления тонов соответствует диастолическому давлению.

Для здорового нормального человека рс = 10- 120 мм рт.ст., рд = 70- 80 мм рт.ст.

 

 

4. Конструкция и принцип работы измерителя артериального давления (ИАД-1)

При использовании ИАД-1 нет необходимости применять фонендоскоп. Высокочувствительный пьезодатчик, встроенный в манжету, позволяет производить измерение давления крови через рубашку или другую легкую одежду.

Внешний вид измерителя изображен на рис. 6. В него входят следующие элементы:

1 - измерительный блок; 2 - манометр, 3 - световой индикатор разряда батарей, объединенный с индикатором регистрации тонов Короткова; 4 - динамик; 5 - манжета; 6 - метка расположения датчика; 7 - резиновая трубка; 8 - клапан нагнетателя; 9 - нагнетатель (резиновая груша).

Обратите внимание, что на месте расположения пьезодатчика на манжету нанесена специальная метка. Чувствительный элемент датчика (пилот) должен быть обращен к поверхности манжеты, которая прикладывается к руке.

Принцип работы измерителя заключается в выделении и преобразовании тонов Короткова в звуковую и световую индикацию с одновременным визуальным наблюдением за величиной давления по стрелочному манометру. Начало срабатывания индикации соответствует систолическому давлению, окончание срабатывания индикации - диастолическому давлению.

Измеритель ИАД-1 включается автоматически при создании в системе избыточного давления воздуха. Выключается измеритель также автоматически после выхода воздуха из системы.

5. Порядок измерения давления крови

1. Разверните манжету, проверьте правильность установки датчика.

2. Плотно соедините конусный штуцер резиновой трубки с гнездом "воздух", а штекер датчика - с гнездом "ДТК" измерительного блока.

3. Предпочтительнее давление измерять на левой руке. Прежде чем надеть манжету, определите место наибольшей пульсации плечевой артерии. Чаще всего это место расположено на 3 – 5 см выше локтевого сгиба, на поверхности предплечья, обращенной к туловищу. Место, где пульс прослушивается наиболее сильно, является оптимальным для расположения датчика.

4. Надевая манжету, старайтесь расположить датчик в том месте, которое вы считаете наиболее оптимальным. При этом ориентируйтесь по метке, которой отмечено место расположения датчика в манжете.

5. Положите руку пациента на стол, заверните вентиль на клапане, создайте давление в манжете на 10 – 20 мм рт.ст выше располагаемого систолического давления.

6. Плавно откройте вентиль клапана, установите скорость снижения давления в пределах 3 – 8 мм рт.ст. в секунду и следите за показаниями манометра и светового индикатора.

7. Запишите показания манометра при первом (рс) и последнем (рд) звуковом и световом сигналах, которые должны быть периодическими и соответствовать ритму сердечной деятельности.

Порядок выполнения работы.

Упражнение 1. Проверьте работоспособность измерителя. Для этого сверните манжету в рулон и зафиксируйте ее затяжкой. Заверните вентиль клапана и создайте давление в манжете 90 – 100 мм рт.ст., контролируя его по манометру. Давление, показываемое манометром, не должно меняться более чем на 2 мм рт.ст. за секунду. Проверьте функционирование прибора легкими ударами пальца по свернутой манжете, при этом световой индикатор и звуковая сигнализация срабатывает в момент удара по манжете.

Упражнение 2. Измерьте артериальное давление на левой руке пациента по методике, описанной в п. 5. Запишите результаты измерения систолического и диастолического давлений и сравните их с нормальными значениями.

Упражнение 3. Измерьте артериальное давление на правой руке пациента, запишите результаты измерений. Сравните эти значения с результатами упражнения 2, объясните возможные расхождения в результатах измерений.

Вопросы для самоконтроля

  1. Объясните, почему в методе Короткова давление воздуха в манжете можно считать равным давлению крови в артерии.
  2. Объясните, почему метод Короткова неприменим для измерения давления воды в водопроводе?
  3. Объясните с физической точки зрения непрерывность кровотока в кровеносной системе.
  4. Объясните (по рис. 3) зависимость давления в кровеносных сосудах от их диаметров и удалённости от сердца.
  5. Объясните (по рис.4) ход выполнения измерения давления крови в артерии методом Короткова.
  6. Объясните, почему давление крови в артерии левой руки больше, чем в правой.
  7. Существуют ли другие методы (кроме метода Короткова) измерения давления крови?
  8. В каких единицах измеряется давление в системе СИ? В каких единицах принято измерять давление крови? Какова взаимосвязь между этими единицами давления?
  9. Как объяснить, что атмосферное давление в несколько раз превосходит давление крови в кровеносных сосудах? Если это действительно так, то атмосферное давление должно раздавить человека, но этого почему-то не происходит. Попытайтесь объяснить этот парадокс.

Источник: http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/h20.h...


Теги к новости - Давление крови волны артериального давления

Раздел: Медицина - Давление крови волны артериального давления