Қанны ң тамырлар бойымен қозғалысыны ң гемодинамикалы қ заңдылықтары. Қанны ң реологиялы қ қасиеттері.
Жоспары 1. Қанны ң қан тамырларымен қозғалысыны ң гемодинамикалы қ заңдылықтары. 2. Қан айналуды зерттеу әдістері. 3. Әртүрлі ағзалар мен ұлпаларды ң реографиясы. 4. Үлкен қан тамырларындағы және капиллярлардағы қанны ң пішіндік элементтеріні ң қозғалысы. 6. Реологиялы қ қ асиеттерін анықтайтын факторлар.
Қан тамырлар жүйесіндегі қан қозғалысын қарастыратын биомеханика саласын гемодинамика деп атайды.
Қан айналымны ң гемодинамикалы қ кө рсеткіштері жүрек қан тамырлар жүйесіні ң негізгі сипаттамаларымен ( қанны ң соққылы қ кө лемі), тамырларды ң құрылымды қ ерекшеліктерімен (оларды ң радиусы және созылғыштығ ы), қанны ң физикалы қ қасиеттерімен (тұтқырлығ ы) анық талады.
Сұйықтар Идеаль 1- қысымды өзгерткенде сұйықты ң көлемі өгеріссіз қалады 2- мүлдем тұтқыр (ішкі үйкеліс) емес 3-қозғалыс энергия шығынынсыз жүзеге асады Мысалы: Сұйықтарда өте төменгі температурада өте аққышты қ (сверхтекучесть) құбылыс байқалады Реаль 1- қысымды өзгерткенде сұйықты ң көлемі өгереді 2-тұтқырлығы әр түрлі нүктеде өзгеріп отырады (ішкі үйкеліс ) 3-қозғалыс кезіндегі кедергіні жеңу үшін энергия шығыны болады Мысалы: Ағзаны ң өмір сүру барысында биологиялы қ сұйықтар аз мөлшерде болса да сығылады, ал олардың тұтқырлығы біраз өзгеріске ұшырайды 5
Тұтқырлық Тұтқырлы қ (ішкі ү йкеліс) қозғалыс кезінде сұйы қ қабаттарыны ң бір-біріне жанама бойымен әсер ету құбылысы F d ( ) dx S Сұйы қ қозғалысы үшін Ньютон заңы: Қозғалыстағы сұйықты ң қабаттарыны ң арасындағы кедергі күші жылдамды қ градиентіне және көлдене ң қима ауданына тура пропорционал. - тұтқырлы қ [пуаз]; [Па с]. 6
Сұйықтың (ішкі ү йкеліс) тұтқырлығы Сұйықты ң бір қабаты екінші қабатына қатысты орын ауыстырса, оларда ішкі үйкеліс күші пайда болады. Сұйықтар ағысында оны ң жеке қабаттары бір-бірімен әсерлеседі. Бұл құбылысты сұйықты ң ішкі ү йкелісі немесе тұтқырлығ ы деп атайды
Эритроциттердің тұнбаға түсу жылдамдығы (ЭТТЖ) еркектер 1-10 мм/сағ әйелдер 2-15 мм/сағ Қабыну процестері кезінде ЭТТЖ артады.
Сұйықтар тұтқырлы қ қасиетіне қарай 2-ге бө лінеді: ньютондық және ньютонды қ емес Тұтқырлы қ коэффициенті сұйықты ң табиғаты және температурасына тәуелді сұйықтарды ньютонды қ сұйық тар деп атаймыз. Тұтқырлы қ коэффициенті сонымен қатар сұйықтың ағыс жағдайын сипаттайтын шамаларға да тәуелді, мысалы, жылдамды қ градиентіне тәуелді сұйық тарды ньютонды қ емес деп атаймыз.
И. Ньютон заң ы (1687 ж.) F dv dz S Ішкі үйкеліс күші тез ағатын тежейді және жай ағатын үдетеді. қ абатты қабатты
Ньютонды қ және ньютонды қ емес сұйықтар Ньютонды қ сұйықтар - Тұтқырлығы ағыс жағдайына тәуелсіз Ньютонды қ емес - Тұтқырлығы ағыс жағдайына байланысты өзгереді 12
Қан - ньютонды қ емес сұйықты қ. Ол плазма ерітіндісінен және онда жүзіп жүретін пішіндік элементтерден тұрады. Плазма ньютонды қ сұйықты қ. Алайда пішіндік элементтерді ң 93% -ін эритроциттер құрайды.
H V V жас кан NэV э N лv V л Кан N Т V T H э H л H Т
Қанны ң тұтқырлығы Гематокрит деп эритроциттерді ң жиынты қ көлеміні ң қан көлеміне қатынасын айтады : Ht кл V V кр V эритроцитов V кр кан плазма H e α- коэффициент H- гематокрит 15
Үздіксіздік шарты а S а к S к
Ағысты сипаттайтын барлы қ шамалар, яғни ағыс жылдамдығы, сұйы қ тығыздығы және ағынны ң берілген нүктелеріндегі температуралары өзгермейтін болса, ондай ағысты стационарлы қ ағыс деп атайды.
Стационарлы қ ағ ыс кезінде қандай да бір уақыт бірлігінде түтікті ң кез келген қимасы арқылы сұйықты ң бірдей көлемі ағып өтеді: Q= S = соnst. 1 S 1 = 2 S 2 Бұл ағынны ң ү здіксіздік шарты деп аталады.
Қан тамырлар жүйесіні ң кез-келген қимасында қан айналымны ң көлемдік жылдамдығы тұрақты: Q= соnst.
Қан ағысыны ң сызықты жылдамдығы Бүкіл денедегі капиллярларды ң жалпы жина қ саңылауы қолқ а диаметрінен 500-600 есеге артық. Сондықтан капиллярларда қан ағысыны ң сызықты қ жылдамдығы қолқадағ ыдан сонша есе баяу кап = /500 қолқ а
Ламинарлы және турбулентті ағыстар
Re Рейнольдс саны d Re 2300 кр Ламинарлы ағыс турбулентті ағысқа айналады. Егер Rе > Rе кp болса, онда ағыс турбулентті. Қанны ң тамырлар бойымен қозғалысы ламинарлы болып табылады. 23
Гаген-Пуазейль формуласы: Q W Көлдене ң қима арқылы ағып өтетін сұйықты ң көлемі ( Q) қысымдар айырымына тура пропорционал да, гидравликалы қ кедергіге кері пропорционал. U I R
Түтікті ң гидравликалы қ кедергісі: W 8 l 4 R Q R 4 8 P l
Тамырлардағы қан қысымы қан ағысыны ң көлемдік жылдамдығ ына және тәуелді. тамыр радиусыны ң дә режесіне
Гидравликалы қ кедергі W - гидравликалы қ кедергі түтік радиусына тәуелді. Тамыр түтігіні ң әр түрлі бөлігі үшін радиустар қатынасы: R қoлқ а :R apт :R apт-л :R кап = 3000:500:7:1. Гидравликалы қ радиусына тәуелді: кедергі түтік W кап > W apл-л > W apт > W қолқа
Қан тамырлар жүйесіні ң моделі Жүректі импульстік режимде жұмыс атқ аратын насос ретінде қарастыруға болады. Қанды айдайтын насос бізді ң жү регіміз. аорта артериола капилляр венула веналар
Пульстік толқ ын Систола кезінде (жүректі ң жиырылуы) қан сол қарыншадан аортаға және одан әрі ірі артерияларға шығарылады. Қарынша диастоласы кезінде (жүректі ң босаң суы) аортаны ң қақпашалары жабылып, жүректен ірі қан тамырларына қарай қанны ң ағысы тоқталады.
Пульстік толқ ын жүректі ң бір соғу фазасында аорта мен артерия тамырлар бойымен жоғары қысымда таралатын қан толқындары пульстік толқын д.а. Пульстік толқынны ң таралу жылдамдығы қанны ң және тамырды ң қасиетіне тәуелді. П Eh 2r
Аортада пульстік толқынны ң таралу жылдамдығы - 4...6 м/с, артерияда - 8...12 м/с, веналарда - 1 м/с.
Франк моделі Қан ағысыны ң жүйедегі екі фазасы: «жүректі ң сол қарыншасы - ірі тамырлар ұса қ тамырлар»
1-ші фаза қолқа қақпашаларыны ң ашылып, жабылғанға дейінгі кезеңінде жү ректен қанның қолқа қан тамырына ағу фазасы. Жүректен шыққан қанны ң ірі қан тамырларына тү суі оларды ң қабырғасын созылғышты қ қасиетіне қарай кең ейтеді және қанны ң бір бөлігі ірі тамырларда резервтіленеді, қалған бөлігі ұса қ тамырларғ а өтеді.
2-ші фаза қолқаны ң қақпашаларыны ң жабылып, қанны ң ірі тамырлардан ұса қ тамырларға өтуі. Осы фаза уақытында ірі қан тамырлар қабырғасы серпімділігінің нәтижесінде бастапқы кү йіне қайта оралып, қанды микротүтіктерге ығ ыстырып шығарады. Осы уақытта сол жүрекшеден сол қарыншағ а қан құйылады.
Сұйықтың (ішкі ү йкеліс) тұтқырлығы Сұйықты ң бір қабаты екінші қабатына қатысты орын ауыстырса, оларда ішкі үйкеліс күші пайда болады. Сұйықтар ағысында оны ң жеке қабаттары бір-бірімен әсерлеседі. Бұл құбылысты сұйықты ң ішкі ү йкелісі немесе тұтқырлығ ы деп атайды
Реография Тамыр түтіктеріні ң қанға толуы ұлғайғанда, әр түрлі мүшелер мен ұлпаларды ң электр тогына кедергісі тө мендейді. Толы қ электр кедергісін импедансты тіркеу (сыйымдылы қ және омды қ кедергінің қ осындысы) систола кезінде жеке мүшелерді ң қанға толуын анықтауға мүмкіндік береді.
Жүрек қызметіні ң процессі кезіндегі импеданс өзгерісін тіркеуге негізделген диагностикалы қ әдісті реография деп атайды (импедансплетизмография).
Атеросклероз
Бұл әдісті ң көмегімен миды ң (реоэнцефалограмма), жүректі ң (реокардиограмма), негізгі қан тамырларыны ң, өкпені ң, бауырды ң реограммасын алады.
Биологиялы қ жасушаны ң, яғни тірі ағзаны ң сиымдылы қ қасиеті болуы себепті ағза ұлпасыны ң импедансы тек активті және сиымдылы қ кедергілері арқылы анықталады. Z R 2 ( X L X C ) 2 R 2 ( L 1 C ) 2 1 X c wc X L L
Бір мезгілде денеге токты тіркейтін потенциалды электродтар жапсырылады. Денені ң электрод жапсырылған бөлігінде кедергі көп болған сайын, толқын аз болады. Ұлпаны ң берілген бөлігі қанмен толтырылғанда кедергісі азаяды, ө ткізгіштігі артады, яғни бұл тіркелетін токты ң артуын кө рсетеді.
Электродты ң орналасуына қарай: 1.орталық реография (аорта, өкпе артериясыны ң реографиясы), яғни қан айналымны ң кіші шеңберіндегі сол және о ң жүрекшені ң қанға толуы. 2. Мүшелік реография (реоэнцефалография, реогепатография, реовазография, реоренография).
Реовазограмманы ң систолды қ толқынны ң амплитудасы иықта 0,07-0,10; қол саусақтарында 0,11-0,15; бө кседе 0,05-0,06; тізеде 0,08-0,12; ая қ табанында 0,10-0,13 Ом.
Реоплетизмография жоғ ары жиілікті (40-500кГц) және аз мә ндегі (10мА ден аз) айнымалы токқ а ағза ұлпасыны ң кедергісін тіркеу арқ ылы мүшелерді ң қан айналымын зерттеу.
Систолалы қ (сонымен қатар жүректі ң минуттік кө лемін) анықтау үшін интегралды қ реография деп аталатын әдіс қолданылады.
Интегралды қ реография Бұл әдіс базалы қ импедансты ң ө згерісіне негізделінген. Барлы қ дененің немесе қандай да бір региондағ ы базалық импедансын өлшеу. (аймақтық)
а) ірі қан тамырларындағы эритроциттер агрегаты («монетті столбиктер»)
Ірі қан тамырларда қанны ң ағысы үшін тұтқырлы қ: 4,2 с 6 Қ алыпты жағдайда - ірік анемия кезінде = ан 2 3 с полицитемияда = пол 15 20 с Плазманың тұтқырлығ ы пл 1, 2 с Суды ң тұтқырлығы = 0,01 Пуаз (1 Пуаз = 0,1 Па с).
Кез келген сұйықтар тәрізді қан тұтқырлығы температура төмендегенде артады. Мысалы, температура 37 С- тен 17 С -қ а дейін төмендегенде қан тұтқырлығы 10%- ке артады.
Ұса қ тамырдағы ағыс Рейнольдс саны Re<0,5, диаметрі 15 20 мкм түтікті ң қабырғаға жақын шетінде эритроциттер траекториямен қозғала отырып, айналады. Эритроциттер 2 10 мс ішінде, яғни 15 40 мкм жолда остен айнала толы қ айналыс жасайды. Түтік диаметрі артқан сайын эритроциттер траекториясы күрделірек болады.
Диаметрі 15 мкм артериол бойымен эритроциттерді ң формасын өзгертуі және айналуы.
Әдебиеттер: 1.Арызханов Б.,Биологиялы қ 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.
Бақылау сұрақ тары: Қанны ң қан тамырларымен қозғалысыны ң негізгі гидродинамикалы қ заңдылықтары қандай? Қан тасымалдаушы жүлгелер бойымен қан қозғалысыны ң физика-математикалы қ заңдылықтары қандай? Пульстік толқынны ң таралуы қалай жүреді?