Анның қан тамырының бойымен қозғалысы негізінде ламинарлық ағын болады. Бірақ кейде турбуленттік ағын да болуы мүмкін.

Математикалық заңдылықтары

Ан айналым биофизикасы - қанның қысымы мен қозғалыс жылдамдығының арасындағы байланысты және олардың қанның, қан тамырларының, жүрек функцияларының физикалық параметріне тәуелдігін зерттейді. Қан айналым жүйесін күрделі гидродинамикалық жүйе деп қарастыру керек. Жүректің жұмысы периодты болғандықтан қанның қысымы және қозғалысы да периодты болады. Қан тамырлары аса көп тармақталады және әр тармақтың диаметрі әр түрлі болады. Сондықтан тамырдың серпімділігі тармақтардың диаметрлерінің қосындысына байланысты болады. Қан таралу жүйесінің осындай ерекшеліктері оны физика, математика тұрғысынан талдау жасауға қиындық туғызады.

Ан айналым биофизикалық көрсеткіштері жүрек - тамырлар жүйесінің биофизикалық параметрлерінің өзгерісіне тәуелді болады. Атап айтқанда жүрек жұмысының ерекшелігі (қанның систолалық көлемі) қан тамырының құрылысының ерекшеліктеріне (олардың радиусы және эластикалық қасиеттері) және қанның қасиетіне тұтқырлығы байланысты болады.

Сонымен қатар қан тамырлары гуморальды әсер тарайтын арнаның қызиетін атқарады. Қан айналым жүйесі ағзаның температурасына да ықпал етеді. Сондықтан осы тарауда қан айналым жүйесін биофизика тұрғысынан қарастырамыз.

Анның реологиялық қасиеттері

Реология (rheos - ағын, logos - ілім грек сөздері) дегеніміз, заттардың деформациялануын және ағуын зерттейтін ғылым. Гемореология (гемо – қан) - қанды тұтқыр сұйық деп қарастырып, оның қан тамырларының бойымен қозғалысын зерттейтін биофизика ғылымының бір саласы.

Сұйықтың тұтқырлығы деп оның бір қабатының екінші қабатымен салыстырғанда қозғалыс әсерінен пайда болатын кедергіні атайды.

Сұйықтың тұтқырлығының басты заңын Ньютон ашқан

Мұндағы η - қанның тұтқырлығы.

Тұтқырлық тұрғысынан қарағанда қан - ньютондық емес сұйық. Себебі қан - формалық элементтер суспензиясының плазмадағы ерітіндісі. Ол элементтердің өзіне тән ішкі құрылысы және қасиеттері бар. Плазма - мөлдір, ньютондық сұйық. Бірақ формалық элементтердің 93% - ы эритроциттер болғандықтан, қанды эритроцит суспензиясының физиологиялық ерітіндісі деп, жеңілдетіп қарастыруға болады. Эритроциттердің басты қасиетінің бірі - эритроцит бағанын құруға бейімділігі. Егер қанның жұғындысын микроскоппен қараса, онда бір біріне жабысқан агрегатты көруге болады. Ол агрегатты эритроцит бағаны дейді. Бағандар жинақталған тиындарға ұқсас болатындықтан оларды <<тиын бағаны>> (монетный столбик) дейді. Диаметрі әртүрлі қан тамырларында тиын бағанының пайда болуы шартты да әртүрлі. Оған қан тамырларының диаметрі, эритроциттің диаметрі және агрегаттың размері тікелей әсер етеді. Мысалы: эритроциттің диаметрі dэр ≈ 8 мкм, ал агрегаттың диаметрі одан бірнеше есе үлкен болуы мүмкін, яғни

Жуан қан тамырларының диаметрлері агрегаттың диаметрінен үлкен, сонымен қатар қан тамырының диаметрі эритроциттердің диаметрінен аса үлкен. Мұнда жылдамдық өзгерісі аз, эритроциттер тиын бағанасына жинақталып, агрегат құрайды. Осындай қалыпты жағдайда қанның тұтқырлығы η = 0, 005 Па/с болады.Егер тамырлар ұсақ болса ұсақ артериялар, артериолдар, яғни тамырдың диаметрі мен агрегаттың диаметрлері эритроциттің диаметрінен 15 – 20 есе үлкен

Болса, мұндай тамырларда жылдамдық өзгерісі артып, агрегаттар ыдырайды да, қанның тұтқырлығы кемиді.

Микротамырларда капилярларда тамырдың диаметрі эритроциттің диаметрінен кіші болады. Бірақ тірі тамырда эритроциттер жеңіл деформацияланып, диаметрі 3 мкм капилярдан диаметрі 8 мкм эритроцит ешқандай өзгеріссіз бұзылмай өтеді.

Уақыт бірлігінде қантамырының көлденң қимасынан өтетін қанның көлемі Q мынаған тең болсын

Q = Sυ6

Мұндағы S = r 6 қан тамырының көлденең қимасының ауданы, қан тамырының көлденең қимасының ауданы, R – тамырдың радиусы, сонда

Мұндағы қанның қан тамырлар бойымен қозғалысының отраша сызықтық жылдамдығы; Р және Р тамырдың ұштарындағы қысым; l – тамырдың ұзындығы; η – қанның тұтқырлығы. Бұл теңдеуді алғаш ашқан ғалымның құрметіне Пуазейль теңдеуі дейді.

Капилляр тамырларда эритроциттер жіпке тізгендей бірінің соңынан бірі орналасып, тамырдың пішініне сәйкес келетін, тиын бағанасын құрайды. Тамырдың диаметрі қанша кіші болғанымен, эритроцит пен тамыр қабырғасының арасында плазмаға орын қалдырады. Капиллярдағы қанның тұтқырлығы өте аз болады.

Жоғарыда қарастырылған мысалдардан мынадай қорытынды жасауға болады. Жуан тамырлар үшін қанның тұтқырлығы сызықты өтеді, яғни

Мұндағы η – қанның бастапқы тұтқырлығы; С – эритроциттердің таралымы, к – эритроциттердің пішініне, размеріне және агрегаттың ерекшелігіне тәуелді геометриялық параметр.

Егер қанның құрамындағы ұсақ бөлшектердің құрылымы өзгерсе, онда к – коэффициенті де, қанның тұтқырлығы да өзгереді. Олай болса капилляр тамырлар үшін жоғарыдағы формуланы қолдануға болмайды. Себебі қан ньютондық сұйық емес, оның қан тамырының диаметріне, жылдамдық өзгерісіне және температураға да байланысты.

анның қан тамырының бойымен қозғалысы негізінде ламинарлық ағын болады. Бірақ кейде турбуленттік ағын да болуы мүмкін.

Аортаға келіп құйылған қанның қозғалысы турбуленттік болғандықтан, аортадағы қанның қозғалысы да турбуленттік болады. Қанның қозғалыс жылдамдығы артқанда мысалы, бұлшықетке күш түскенде қан тамырларының тармақталу нүктелерінде де турбуленттік ағын болуы мүмкін. Турбуленттік ағын қан тамырының диаметрінің кенет кішірейген жерлерінде де тромба болуы мүмкін. Сұйық турбуленттік ағынмен қозғалу үшін оған қосымша энергия қажет. Сондықтан қан тамырының бойымен қозғалған қан жүрекке күш түсіреді. Турбуленттік ағын кезінде пайда болатын шу жүрек және қан айнплым жүйесіне диагноз қою үшін қолданылады.