Судинна система – це замкнена система з еластичних трубок (судин) різного діаметру.
Від серця кров рухається спочатку до аорти – еластичній трубці діаметром 2 – 3 см. Чим далі від серця, тим більш розгалужуються судини, направляючи кров в усі розгалуження судин – артерії. Діаметр артерій зменшується з віддаленням від серця. При вході у тканини органів артерії розгалужуються і переходять у дуже дрібні судини – артеріоли, які дають початок багато численним волосяним судинам – капілярам. Стінки капілярів мають специфічну властивість – нагадують «ситечко». В отвір між клітинами, які утворюють один шар, в клітини та тканини вільно проникають кисень й поживні речовини. Капіляри не закінчуються, а поступово їх діаметр збільшується і вони перетворюються у венули, які з’єднуються у вени, що несуть кров до серця. Коло закінчується й до місця «старту» кров повертається приблизно через 20 с.
Кров у артеріях за 1 с проходять приблизно 0,5 м, у венах – 10…20 см, у капілярах – 0,05…0,1 см.
Порівнюючи діаметри судин та швидкості току крові у різних судинах (табл. 2.1), можна судити, що умова неперервності струмини для кровоносної системи не виконується – чим менший діаметр судин, тим менша швидкість. Але пояснити це можна тим, що в таблиці вказано діаметр однієї судини. При розгалуженні судин сумарна площа розгалужень зростає. Для капілярів сумарна площа у 800 разів більша, ніж площа аорти, чим і пояснюється мала швидкість крові у капілярах.
У табл.2.1 подані значення тиску та швидкості руху крові у різних судинах. Швидкість крові зменшується від аорти до капілярів, а потім у венах зростає. Отже, тиск повинен бути більшим у капілярах, а меншим – в аорті і венах (за рівнянням Бернуллі). Але таке твердження безпідставне, тому що кров може рухатись лише у напрямі зменшення тиску. Таке протиріччя і пояснюється роботою серця, яке накачує кров в аорту і створює тиск до 150 мм рт.ст., потім тиск падає, а у венах навіть набуває від’ємних значень.
З точки зору біофізики аналіз кровообігу полягає у встановленні зв’язку між тиском та швидкістю руху крові, їх залежністю від фізичних параметрів крові, діаметра, еластичності судин і роботи серця. Повна система кровообігу дуже складна і моделювати її в цілому неможливо, а тому моделюють окремі судини або невелику їх сукупність, досліджуючи рух крові. Рух крові та тиск мають коливний характер внаслідок періодичної роботи серця.
Таблиця 2.1
| Судини | Діаметр, мм | Швидкість, см/с | Тиск, мм рт.ст. |
| аорта | 50 – 150 | ||
| артерії | 10 – 5 | 50 – 20 | 80 – 20 |
| артеріоли | 0,1 – 0,5 | 20 – 1,0 | 50 – 20 |
| капіляри | 0,5 – 0,01 | 0,05 – 0,1 | 20 – 10 |
| венули | 0,1 – 0,2 | 0,1 – 1,0 | 10 – 5 |
| вени | 10 – 30 | 10 – 20 | 5 – 0 |
Біофізичні основи процесу кровообігу. Джерелом енергії, яке забезпечує рух крові у судинній системі, є серце, енергія функціонування якого забезпечується АТФ, що утворюється в процесі гліколізу та окисного фосфорилювання у серцевому м’язі. З енергетичної точки зору серце – система, яка виконує механічну роботу за рахунок хімічної енергії.
Рух крові у судинній системі можливий за наявності різниці тисків на початку і в кінці судини. Ця різниця створюється роботою серця.
Другий фактор – скорочення скелетних м’язів та від’ємний тиск у плевральній порожнині. Під час скорочення скелетних м’язів стискаються вени і, завдяки їх вентильним властивостям, кров рухається в одному напрямі – в бік серця. Від’ємний тиск сприяє притоку крові до серця венами.
Але так само як прискорюється приток крові до серця венами, так і сповільнюється відплив крові від серця артеріями. Тому результуючий гемодинамічний ефект, зумовлений від’ємним тиском у грудній порожнині, рівний нулю.
Розглянемо рух крові у великому колі кровообігу, враховуючи те, що основну роботу виконує лівий шлуночок, з якого починається велике коло кровообігу. Під час скорочення лівого шлуночка в аорту, заповнену кров’ю, викидається систолічний (ударний) об’єм крові (60 – 70 мл у нормі).
У медичні практиці як діагностичний тест використовують хвилинний об’єм крові, величина якого залежить від статі, зміни температур середовища та віку. При зростанні фізичного навантаження зростає хвилинний об’єм крові: у спортсменів сягає 40 л, а при серцевій недостатності може бути 1,5 л.
Ударний об’єм крові поступає в аорту, клапан закривається і там створюється підвищений тиск, який називається систолічним (≈ 16 кПа). Внаслідок інерції крові цей тиск зумовить не переміщення її судиною, а розширення судини та наповнення її кров’ю. Пружна сила стінки судини виштовхує надлишок крові у наступну ділянку, де весь процес повторюється. Таким чином, по судині поширюється імпульс, який залежить від тиску, швидкості кровоточу та деформації стінки судини. Так утворюється пульсова хвиля. Швидкість поширення пульсової хвилі (6 – 8 м/с) набагато більша від швидкості течії крові і залежить від параметрів судин:
,
де v – швидкість пульсової хвилі, Е – модуль пружності, d – товщина, ρ – густина стінки, r – радіус судини.
Об’ємна швидкість кровотоку – кількість крові, яка протікає через поперечний переріз за одиницю часу. Залежить від різниці тисків на початку і в кінці ділянки судинної системи та загального опору потоку крові. Визначають за формулою Пуазейля, хоча опір потоку крові в судинній системі більший, ніж врахований у формулі, внаслідок втрат енергії під час деформації її еластичних стінок, а також турбулентної течії в розгалуженнях.
В артеріолах і капілярах кров’яний тиск сильно падає, що зумовлено великим опором внаслідок тертя. У венозних судинах з площею перерізу в 2 рази більшою від площі перерізу артерій швидкість течії крові невелика і спад тиску незначний. У широких венах тиск біля серця стає на декілька міліметрів нижчим від атмосферного, при цьому кров рухається за рахунок присмоктуючої дії грудної клітки під час вдоху.
Рух крові у судинній системі та розподіл її між різними ділянками цієї системи залежить від роботи серця, перерізу судин, їх еластичності, кількості циркулюючої крові, її реологічних властивостей, тонусу судин, і регулюється центральною нервовою системою.
