Гемодинамика

Динамика кровотока

Гемодинамика или гемодинамика – это динамика кровотока . Система кровообращения управляется гомеостатическими механизмами ауторегуляции , так же как гидравлические контуры управляются системами управления . Гемодинамическая реакция постоянно отслеживает и приспосабливается к условиям в организме и окружающей среде. Гемодинамика объясняет физические законы , управляющие потоком крови в кровеносных сосудах .

Кровообращение обеспечивает транспортировку питательных веществ , гормонов , продуктов метаболизма, кислорода и углекислого газа по всему организму для поддержания метаболизма на клеточном уровне , регуляции pH , осмотического давления и температуры всего тела, а также защиты от микробов и бактерий. механический вред. ^[1]

Кровь — неньютоновская жидкость , и ее наиболее эффективно изучать с помощью реологии , а не гидродинамики. Поскольку кровеносные сосуды не являются жесткими трубками, классическая гидродинамика и механика жидкостей, основанная на использовании классических вискозиметров, не способны объяснить гемодинамику. ^[2]

Наука о кровотоке называется гемодинамикой, а изучение свойств кровотока — гемореологией .

Кровь

Кровь – сложная жидкость. Кровь состоит из плазмы и форменных элементов . Плазма содержит 91,5% воды, 7% белков и 1,5% других растворенных веществ. Форменные элементы — тромбоциты , лейкоциты и эритроциты . Наличие этих форменных элементов и их взаимодействие с молекулами плазмы являются основными причинами того, почему кровь так сильно отличается от идеальных ньютоновских жидкостей. ^[1]

Вязкость плазмы

Нормальная плазма крови ведет себя как ньютоновская жидкость при физиологических скоростях сдвига. Типичные значения вязкости нормальной человеческой плазмы при 37°C составляют 1,4 мН·с/м ² . ^[3] Вязкость нормальной плазмы изменяется с температурой так же, как и вязкость воды-растворителя ^[4] ; изменение температуры на 3°C в физиологическом диапазоне (от 36,5°C до 39,5°C) снижает вязкость плазмы на около 10%. ^[5]

Осмотическое давление плазмы

Осмотическое давление раствора определяется количеством присутствующих частиц и температурой . Например, 1-молярный раствор вещества содержит6,022 × 10 ²³ молекул на литр этого вещества, а при 0 ° C оно имеет осмотическое давление 2,27 МПа (22,4 атм). Осмотическое давление плазмы влияет на механику кровообращения несколькими способами. Изменение разницы осмотического давления на мембране клетки крови вызывает сдвиг воды и изменение объема клетки. Изменения формы и гибкости влияют на механические свойства цельной крови. Изменение осмотического давления плазмы изменяет гематокрит, то есть объемную концентрацию эритроцитов в цельной крови за счет перераспределения воды между внутрисосудистым и внесосудистым пространством. Это, в свою очередь, влияет на механику цельной крови. ^[6]

красные кровяные клетки

Эритроциты очень гибкие и имеют двояковогнутую форму . Его мембрана имеет модуль Юнга около 106  Па . Деформация эритроцитов вызывается напряжением сдвига. Когда суспензия сдвигается, эритроциты деформируются и вращаются из-за градиента скорости, причем скорость деформации и вращения зависит от скорости сдвига и концентрации. Это может повлиять на механику кровообращения и затруднить измерение вязкости крови . Это правда, что при установившемся течении вязкой жидкости через твердое сферическое тело, погруженное в жидкость, где мы предполагаем, что инерция в таком потоке пренебрежимо мала, считается, что нисходящая сила гравитации частицы уравновешивается вязкая сила сопротивления. ^{Из этого баланса сил можно показать ,} что скорость падения определяется ^{законом} Стокса ^.

${\displaystyle U_{s}={\frac {2}{9}}{\frac {\left(\rho _{p}-\rho _{f}\right)}{\mu }}g\,a^{2}}$^[6]

Где a — радиус частицы, ρ _p , ρ _f — соответственно плотность частицы и жидкости, μ — вязкость жидкости, g — гравитационное ускорение. Из приведенного выше уравнения мы видим, что скорость седиментации частицы зависит от квадрата радиуса. Если частица выходит из состояния покоя в жидкости , ее скорость седиментации U _s увеличивается до тех пор, пока она не достигнет устойчивого значения, называемого конечной скоростью (U), как показано выше. ^{[ нужна цитата ]}

Гемодилюция

Гемодилюция — разжижение концентрации эритроцитов и компонентов плазмы путем частичного замещения крови коллоидами или кристаллоидами . Это стратегия, позволяющая избежать воздействия на пациентов потенциальных опасностей переливания гомологичной крови. ^{[7] [8]}

Гемодилюция может быть нормоволемической, что подразумевает разбавление нормальных компонентов крови с помощью расширителей. Во время острой нормоволемической гемодилюции (АНГ) кровь, потерянная впоследствии во время операции, содержит пропорционально меньше эритроцитов на миллилитр, что сводит к минимуму интраоперационную потерю цельной крови. Таким образом, кровь, потерянная пациентом во время операции, на самом деле не теряется пациентом, поскольку этот объем очищается и перенаправляется в организм пациента. ^{[ нужна цитата ]}

С другой стороны, гиперволемическая гемодилюция (ГВГ) предполагает резкое предоперационное увеличение объема без удаления крови. Однако при выборе жидкости необходимо быть уверенным, что оставшаяся кровь при смешивании ведет себя в микроциркуляции так же, как и исходная кровяная жидкость, сохраняя все свои вязкостные свойства . ^[9]

Для представления того, какой объем ANH следует применять, одно исследование предлагает математическую модель ANH, которая рассчитывает максимально возможную экономию RCM с использованием ANH, учитывая вес пациентов H _i и H _m . ^{[ нужна цитата ]}

Для поддержания нормоволемии забор аутологичной крови должен быть одновременно заменен подходящим гемодилютом. В идеале это достигается обменным изоволемическим переливанием плазмозаменителя с коллоидно- осмотическим давлением (ОП). Коллоид — это жидкость , содержащая частицы, достаточно большие, чтобы оказывать онкотическое давление на микрососудистую мембрану. Обсуждая использование коллоида или кристаллоида, необходимо обязательно учитывать все составляющие уравнения скворца:

${\displaystyle \ Q=K([P_{c}-P_{i}]S-[P_{c}-P_{i}])}$

Чтобы определить минимальный безопасный гематокрит, желательный для данного пациента, полезно ^{следующее уравнение :}

${\displaystyle \ BL_{s}=EBV\ln {\frac {H_{i}}{H_{m}}}}$

где EBV – предполагаемый объем крови ; В этой модели использовали 70 мл/кг, а H _i (начальный гематокрит) представляет собой начальный гематокрит пациента. Из приведенного выше уравнения ясно, что объем крови, удаленной во время ANH до H _m , такой же, как и BL _s . Сколько крови необходимо удалить, обычно зависит от веса, а не от объема. Количество единиц, которое необходимо удалить для гемодилюции до максимально безопасного гематокрита (ANH), можно найти по формуле.

${\displaystyle ANH={\frac {BL_{s}}{450}}}$

Это основано на предположении, что каждая единица, удаленная путем гемодилюции, имеет объем 450 мл (фактический объем единицы будет несколько отличаться, поскольку завершение сбора зависит от веса, а не объема). Модель предполагает, что значение гемодилюции равно значению H _m до операции, поэтому ретрансфузию крови, полученной методом гемодилюции, необходимо начинать с началом СБЛ. RCM, доступный для ретрансфузии после ANH (RCMm), можно рассчитать по H _i пациента и конечному гематокриту после гемодилюции ( H _m ).

${\displaystyle RCM=EVB\times (H_{i}-H_{m})}$

Максимальный SBL, который возможен при использовании ANH без падения ниже Hm(BLH), находится в предположении, что вся кровь, удаленная во время ANH, возвращается пациенту со скоростью, достаточной для поддержания гематокрита на минимально безопасном уровне.

${\displaystyle BL_{H}={\frac {RCM_{H}}{H_{m}}}}$

Если используется ANH, пока SBL не превышает BL _H , необходимости в переливании крови не будет. Из вышесказанного можно заключить, что H, следовательно, не должно превышать s . Таким образом , разница между BL _H и BL _s заключается в дополнительной хирургической кровопотере ( BL _i ), возможной при использовании ANH.

${\displaystyle \ {BL_{i}}={BL_{H}}-{BL_{s}}}$

Если выразить это через RCM

${\displaystyle {RCM_{i}}={BL_{i}}\times {H_{m}}}$

Где RCM _i представляет собой массу эритроцитов, которую необходимо будет вводить с использованием гомологичной крови для поддержания H _m , если ANH не используется и кровопотеря равна BLH. ^{[ нужна цитата ]}

Используемая модель предполагает использование ANH для пациента массой 70 кг с расчетным объемом крови 70 мл/кг (4900 мл). Был оценен диапазон H _i и H _m , чтобы понять условия, при которых гемодилюция необходима для пользы пациента. ^{[10] [11]}

Результат

Результаты модельных расчетов представлены в таблице, приведенной в приложении, для диапазона H _i от 0,30 до 0,50 при АНГ, выполненном до минимальных гематокритов от 0,30 до 0,15. При H _i равном 0,40, если H _m принимается равным 0,25, тогда из приведенного выше уравнения значение RCM все еще велико, и ANH не является необходимым, если BL _s не превышает 2303 мл, поскольку гемотокрит не упадет ниже H _m , хотя при гемодилюции необходимо удалить пять единиц крови. В этих условиях для достижения максимальной пользы от методики при использовании ANH не потребуется гомологичная кровь для поддержания H m _, если кровопотеря не превышает 2940 мл. В таком случае ANH может сэкономить максимум 1,1 эквивалента упакованной единицы эритроцитов, и для поддержания H _m необходимо переливание гомологичной крови , даже если используется ANH. ^{[ нужна цитация ]} Эту модель можно использовать для определения того, когда ANH можно использовать для данного пациента, а также степень ANH, необходимую для максимизации этой пользы. ^{[ нужна цитата ]}

Например, если H _i составляет 0,30 или менее, невозможно сохранить массу эритроцитов, эквивалентную двум единицам гомологичного PRBC, даже если пациенту проводят гемодилюцию до H m _0,15 . Это связано с тем, что по уравнению ОКМ ОКМ пациента не соответствует уравнению, приведенному выше. Если H _i равно 0,40, необходимо удалить по меньшей мере 7,5 единиц крови во время ANH, в результате чего H _m будет равен 0,20, чтобы сохранить эквивалентность двух единиц. Очевидно, что чем больше Hi и _чем больше единиц крови удаляется во время гемодилюции, тем эффективнее ANH предотвращает переливание гомологичной крови. _{Модель здесь разработана ,} чтобы позволить врачам определить, где ANH может быть полезен для пациента, основываясь на их знаниях о Hi , потенциале SBL и оценке H _m . Хотя в модели использовался пациент весом 70 кг, результат можно применить к любому пациенту. Чтобы применить этот результат к любой массе тела, любое из значений BLs, BLH и ANHH или PRBC, приведенных в таблице, необходимо умножить на коэффициент, который мы назовем T.

${\displaystyle T={\frac {\text{patient's weight in kg}}{70}}}$

По сути, рассмотренная выше модель предназначена для прогнозирования максимального RCM, который может спасти ANH. ^{[ нужна цитата ]}

Таким образом, эффективность ANH была описана математически посредством измерения хирургической кровопотери и измерения объемного кровотока. Эта форма анализа позволяет точно оценить потенциальную эффективность методов и показывает применение измерений в области медицины. ^[10]

Кровоток

Сердечный выброс

Схема кровеносной системы. SVC/IVC – верхняя / нижняя полая вена,

Сердце является водителем системы кровообращения, перекачивая кровь посредством ритмических сокращений и расслаблений. Скорость кровотока из сердца (часто выражается в л/мин) известна как сердечный выброс (СВ).

Кровь, выкачиваемая сердцем, сначала попадает в аорту , самую крупную артерию тела. Затем он начинает делиться на все более мелкие артерии, затем на артериолы и, наконец , на капилляры , где происходит перенос кислорода. Капилляры соединяются с венулами , а затем кровь возвращается через сеть вен к полым венам в правые отделы сердца . Микроциркуляция — артериолы, капилляры и венулы — составляет большую часть площади сосудистой системы и является местом переноса О ₂ , глюкозы и субстратов ферментов в клетки. Венозная система возвращает лишенную кислорода кровь в правые отделы сердца, где она перекачивается в легкие для насыщения кислородом, а CO ₂ и другие газообразные отходы обмениваются и выводятся во время дыхания. Затем кровь возвращается в левую часть сердца, где процесс начинается снова.

В нормальной системе кровообращения объем крови, возвращающийся к сердцу каждую минуту, примерно равен объему, который каждую минуту выкачивается (сердечный выброс). ^[12] Из-за этого скорость кровотока на каждом уровне системы кровообращения в первую очередь определяется общей площадью поперечного сечения этого уровня.

Сердечный выброс определяют двумя методами. Один из них — использовать уравнение Фика:

${\displaystyle CO=VO2/C_{a}O_{2}-C_{v}O_{2}}$

Другой метод термодилюции заключается в определении изменения температуры жидкости, вводимой в проксимальный порт Свана-Ганца, в дистальный порт.

Сердечный выброс математически выражается следующим уравнением:

${\displaystyle CO=SV\times HR}$

где

• CO = сердечный выброс (л/сек)
• SV = ударный объем (мл)
• ЧСС = частота сердечных сокращений (уд/мин)

Нормальный сердечный выброс человека составляет 5-6 л/мин в состоянии покоя. Не вся кровь, поступающая в левый желудочек, покидает сердце. То, что остается в конце диастолы (EDV) минус ударный объем, составляет конечный систолический объем (ESV). ^[13]

Анатомические особенности

Система кровообращения видов, подвергающихся ортостатическому артериальному давлению (например, древесных змей), приобрела физиологические и морфологические особенности, позволяющие преодолевать нарушения кровообращения. Например, у древесных змей сердце расположено ближе к голове, чем у водных змей. Это облегчает приток крови к мозгу. ^{[14] [15]}

Турбулентность

На кровоток также влияет гладкость сосудов, что приводит к турбулентному (хаотическому) или ламинарному (плавному) потоку. Гладкость снижается из-за накопления жировых отложений на стенках артерий.

Число Рейнольдса (обозначается NR или Re) — это соотношение, которое помогает определить поведение жидкости в трубке, в данном случае крови в сосуде.

Уравнение этой безразмерной зависимости записывается как: ^[16]

${\displaystyle NR={\frac {\rho vL}{\mu }}}$

• ρ : плотность крови
• v : средняя скорость крови
• L : характерный размер сосуда, в данном случае диаметр.
• μ : вязкость крови

Число Рейнольдса прямо пропорционально скорости и диаметру трубки. Обратите внимание, что NR прямо пропорционален средней скорости, а также диаметру. Число Рейнольдса менее 2300 представляет собой ламинарное течение жидкости, характеризующееся постоянным движением потока, тогда как значение более 4000 представляет собой турбулентное течение. ^[16] Из-за меньшего радиуса и самой низкой скорости по сравнению с другими сосудами число Рейнольдса в капиллярах очень низкое, что приводит к ламинарному, а не турбулентному потоку. ^[17]

Скорость

Часто выражается в см/с. Эта величина обратно пропорциональна общей площади поперечного сечения кровеносного сосуда, а также различается в зависимости от сечения, поскольку в норме кровоток имеет ламинарные характеристики . По этой причине скорость кровотока самая высокая в середине сосуда и самая низкая у стенки сосуда. В большинстве случаев используется средняя скорость. ^[18] Существует множество способов измерения скорости кровотока, например, видеокапиллярная микроскопия с покадровым анализом или лазерная допплеровская анемометрия . ^[19] Скорость крови в артериях во время систолы выше , чем во время диастолы . Одним из параметров для количественной оценки этой разницы является индекс пульсации ( PI ), который равен разнице между пиковой систолической скоростью и минимальной диастолической скоростью, деленной на среднюю скорость во время сердечного цикла . Эта величина уменьшается по мере удаления от сердца. ^[20]

${\displaystyle PI={\frac {v_{systole}-v_{diastole}}{v_{mean}}}}$

Кровеносный сосуд

Сосудистое сопротивление

Сопротивление также связано с радиусом сосуда, длиной сосуда и вязкостью крови.

В первом подходе, основанном на жидкостях, на что указывает уравнение Хагена – Пуазейля . ^[16] Уравнение выглядит следующим образом:

${\displaystyle \Delta P={\frac {8\mu lQ}{\pi r^{4}}}}$

• ∆ P : падение давления/градиент
• µ : вязкость
• l : длина трубки. В случае сосудов бесконечно большой длины l заменяется диаметром сосуда.
• Q : скорость потока крови в сосуде
• r : радиус судна

Согласно второму подходу, более реалистичному в отношении сосудистого сопротивления и основанному на экспериментальных наблюдениях за потоками крови, согласно Терстону ^[22] , на стенках, окружающих закупоренный поток, имеются слои плазменных высвобождающих клеток. Это слой жидкости, в котором на расстоянии δ вязкость η является функцией δ, записанной как η(δ), и эти окружающие слои не встречаются в центре сосуда в реальном кровотоке. Вместо этого имеется закупоренный поток, который является сверхвязким, поскольку содержит высокую концентрацию эритроцитов. Терстон объединил этот слой с сопротивлением потоку, чтобы описать поток крови посредством вязкости η(δ) и толщины δ от пристеночного слоя.

Закон сопротивления крови выглядит как R, адаптированный к профилю кровотока:

${\displaystyle R={\frac {cL\eta (\delta )}{(\pi \delta r^{3})}}}$^[22]

где

• R = сопротивление кровотоку
• c = постоянный коэффициент расхода
• L = длина судна
• η(δ) = вязкость крови в слое высвобождающих клеток плазмы стенки.
• r = радиус кровеносного сосуда
• δ = расстояние в слое плазменных клеток

Сопротивление крови варьируется в зависимости от вязкости крови и размера ее закупоренного потока (или оболочного потока, поскольку они дополняют друг друга по сечению сосуда), а также от размера сосудов. При условии устойчивого ламинарного течения в сосуде поведение кровеносных сосудов аналогично поведению трубы. Например, если p1 и p2 — давления на концах трубки, падение/градиент давления составит: ^[23]

${\displaystyle {\frac {p_{1}-p_{2}}{l}}=\Delta P}$

Более крупные артерии, включая все достаточно крупные, чтобы их можно было увидеть без увеличения, представляют собой каналы с низким сосудистым сопротивлением (при отсутствии выраженных атеросклеротических изменений) с высокими скоростями кровотока, которые вызывают лишь небольшое падение давления. Меньшие артерии и артериолы обладают более высоким сопротивлением и обеспечивают основное падение артериального давления на основных артериях капиллярам кровеносной системы.

Иллюстрация, демонстрирующая, как сужение сосудов или вазоконстрикция повышает артериальное давление.

В артериолах давление крови ниже, чем в магистральных артериях. Это происходит из-за бифуркаций, которые вызывают падение давления. Чем больше раздвоений, тем больше общая площадь поперечного сечения, поэтому давление на поверхности падает. Вот почему ^{[ нужна цитация ]} артериолы имеют самый высокий перепад давления. Падение давления в артериолах является произведением скорости потока и сопротивления: ∆P=Q x сопротивление. Высокое сопротивление, наблюдаемое в артериолах, которое в значительной степени влияет на ∆ P , является результатом меньшего радиуса, составляющего около 30 мкм. ^[24] Чем меньше радиус трубки, тем больше сопротивление потоку жидкости.

Сразу за артериолами идут капилляры. Следуя логике, наблюдаемой в артериолах, мы ожидаем, что кровяное давление в капиллярах будет ниже, чем в артериолах. Поскольку давление является функцией силы на единицу площади, ( P  =  F / A ), чем больше площадь поверхности, тем меньше давление, когда на нее действует внешняя сила. Хотя радиусы капилляров очень малы, сеть капилляров имеет наибольшую площадь поверхности в сосудистой сети. Известно, что они имеют самую большую площадь поверхности (485 мм^2) в сосудистой сети человека. Чем больше общая площадь поперечного сечения, тем ниже средняя скорость и давление. ^[25]

Вещества, называемые сосудосуживающими средствами , могут уменьшать размер кровеносных сосудов, тем самым повышая кровяное давление. Сосудорасширяющие средства (такие как нитроглицерин ) увеличивают размер кровеносных сосудов, тем самым снижая артериальное давление.

Если вязкость крови увеличивается (становится гуще), результатом является повышение артериального давления. Определенные медицинские условия могут изменить вязкость крови. Например, анемия (низкая концентрация эритроцитов ) снижает вязкость, тогда как повышенная концентрация эритроцитов увеличивает вязкость. Считалось, что аспирин и родственные ему лекарства , разжижающие кровь , уменьшают вязкость крови, но вместо этого исследования показали, что они действуют, уменьшая склонность крови к свертыванию. ^[26]

Для определения системного сосудистого сопротивления (ССС) используется формула расчета всего сопротивления.

${\displaystyle R=(\Delta pressure)/flow.}$

Для СВР это переводится как:

${\displaystyle SVR=(MAP-CVP)/CO}$

Где

• УВО = системное сосудистое сопротивление (мм рт. ст./л/мин).
• MAP = среднее артериальное давление (мм рт. ст.)
• ЦВД = центральное венозное давление (мм рт.ст.)
• CO = сердечный выброс (л/мин) ^[27]

Чтобы получить это значение в единицах Вуда, ответ умножается на 80.

Нормальное системное сосудистое сопротивление составляет от 900 до 1440 дин/сек/см-5. ^[28]

Натяжение стены

Компоненты напряжения цилиндра .

Независимо от локализации артериальное давление связано с натяжением стенки сосуда согласно уравнению Юнга-Лапласа (при условии, что толщина стенки сосуда очень мала по сравнению с диаметром просвета ) :

${\displaystyle \sigma _{\theta }={\dfrac {Pr}{t}}\ }$

где

• P - артериальное давление
• t - толщина стенки
• r — внутренний радиус цилиндра.
• ${\displaystyle \sigma _{\theta }\!}$- это напряжение в цилиндре или «кольцевое напряжение».

Чтобы предположение о тонкостенности было справедливым, толщина стенки сосуда должна составлять не более одной десятой (часто называемой одной двадцатой) его радиуса.

Напряжение цилиндра , в свою очередь, представляет собой среднюю силу , действующую по окружности (перпендикулярно как оси, так и радиусу объекта) в стенке цилиндра, и может быть описана как:

${\displaystyle \sigma _{\theta }={\dfrac {F}{tl}}\ }$

где:

• F — сила , действующая по окружности на участок стенки цилиндра, сторона которого имеет следующие две длины:
• t - радиальная толщина цилиндра
• l - осевая длина цилиндра

Стресс

Когда к материалу прилагается сила, он начинает деформироваться или перемещаться. Поскольку сила, необходимая для деформации материала (например, для создания потока жидкости), увеличивается с размером поверхности материала A. ^[6] , величина этой силы F пропорциональна площади A части поверхности. . Поэтому величина (F/A), которая представляет собой силу на единицу площади, называется напряжением. Напряжение сдвига на стенке, связанное с потоком крови через артерию, зависит от размера и геометрии артерии и может находиться в диапазоне от 0,5 до 4 Па . ^[29]

${\displaystyle \sigma ={\frac {F}{A}}}$.

В нормальных условиях, чтобы избежать атерогенеза, тромбоза, пролиферации гладких мышц и апоптоза эндотелия, напряжение сдвига сохраняет свою величину и направление в пределах приемлемого диапазона. В ряде случаев, возникающих вследствие кровяного удара, напряжение сдвига достигает больших значений. При этом направление напряжения может меняться и при обратном токе в зависимости от гемодинамических условий. Следовательно, такая ситуация может привести к заболеванию атеросклерозом. ^[30]

Ламинарный сдвиг жидкости между двумя пластинами. . Трение между жидкостью и движущимися границами вызывает сдвиг жидкости (течение). Сила, необходимая для этого действия на единицу площади, и есть напряжение. Соотношение между напряжением (силой) и скоростью сдвига (скоростью потока) определяет вязкость. ${\displaystyle v=u,\tau =\sigma }$

Емкость

Вены называют «емкостными сосудами» организма, поскольку более 70% объема крови находится в венозной системе. Вены более податливы, чем артерии, и расширяются, приспосабливаясь к изменяющемуся объему. ^[31]

Артериальное давление

Давление крови в системе кровообращения в основном обусловлено насосной деятельностью сердца. ^[32] Насосное действие сердца генерирует пульсирующий кровоток, который направляется в артерии, через микроциркуляцию и, в конечном итоге, обратно через венозную систему к сердцу. Во время каждого сердечного сокращения системное артериальное давление колеблется между максимальным ( систолическим ) и минимальным ( диастолическим ) давлением. ^[33] В физиологии их часто упрощают до одного значения — среднего артериального давления (САД) , которое рассчитывается следующим образом:

${\displaystyle MAP=DP+1/3(PP)}$

где:

• MAP = среднее артериальное давление
• DP = диастолическое артериальное давление
• PP = Пульсовое давление, которое равно систолическому давлению минус диастолическое давление. ^[34]

Различия в среднем артериальном давлении ответственны за поток крови из одного места кровообращения в другое. Средняя скорость кровотока зависит как от артериального давления, так и от сопротивления потоку крови, оказываемого кровеносными сосудами. Среднее артериальное давление снижается по мере удаления циркулирующей крови от сердца по артериям и капиллярам из-за вязких потерь энергии. Среднее артериальное давление падает по всему кровообращению, хотя большая часть падения происходит на мелких артериях и артериолах . ^[35] Гравитация влияет на кровяное давление посредством гидростатических сил (например, во время стояния), а клапаны в венах, дыхание и перекачивание крови в результате сокращения скелетных мышц также влияют на кровяное давление в венах. ^[32]

Связь между давлением, расходом и сопротивлением выражается следующим уравнением: ^[12]

${\displaystyle Flow=Pressure/Resistance}$

Применительно к системе кровообращения мы получаем:

${\displaystyle CO=(MAP-RAP)/TPR}$

где

• CO = сердечный выброс (в л/мин)
• MAP = среднее артериальное давление (в мм рт.ст.), среднее давление крови на выходе из сердца.
• RAP = давление в правом предсердии (в мм рт. ст.), среднее давление крови при ее возврате к сердцу.
• TPR = общее периферическое сопротивление (мм рт. ст. * мин/л)

Упрощенная форма этого уравнения предполагает, что давление в правом предсердии равно примерно 0:

${\displaystyle CO\approx MAP/TPR}$

Идеальное артериальное давление в плечевой артерии , где давление измеряют стандартные манжеты для измерения артериального давления, составляет <120/80 мм рт. ст. Другие крупные артерии имеют аналогичные уровни показателей артериального давления, что указывает на очень низкие различия между основными артериями. В безымянной артерии среднее значение составляет 110/70 мм рт. ст., в правой подключичной артерии - 120/80, в брюшной аорте - 110/70 мм рт. ст. ^[25] Относительно равномерное давление в артериях указывает на то, что эти кровеносные сосуды действуют как резервуар под давлением для жидкостей, которые транспортируются внутри них.

Давление постепенно падает по мере того, как кровь течет из главных артерий, артериол и капилляров, пока кровь не выталкивается обратно в сердце через венулы и вены через полую вену с помощью мышц. При любом данном перепаде давления скорость потока определяется сопротивлением потоку крови. В артериях при отсутствии заболеваний сопротивление крови очень незначительное или отсутствует. Диаметр сосуда является наиболее важным фактором, определяющим контроль сопротивления. По сравнению с другими более мелкими сосудами в организме артерия имеет гораздо больший диаметр (4 мм), поэтому сопротивление низкое. ^[25]

Градиент рука -нога (кровяное давление) представляет собой разницу между артериальным давлением, измеренным на руках и ногах. Обычно оно составляет менее 10 мм рт. ст. ^[36] , но может увеличиваться, например, при коарктации аорты . ^[36]

Клиническое значение

Мониторинг давления

Наркозный аппарат со встроенными системами мониторинга нескольких гемодинамических параметров, включая артериальное давление и частоту сердечных сокращений.

Гемодинамический мониторинг — это наблюдение параметров гемодинамики с течением времени, таких как артериальное давление и частота сердечных сокращений . Артериальное давление можно контролировать либо инвазивно с помощью вставленного датчика артериального давления (обеспечивающего непрерывный мониторинг), либо неинвазивно путем многократного измерения артериального давления с помощью надувной манжеты для измерения артериального давления .

Гипертонию диагностируют при наличии артериального давления 140/90 и выше за два клинических визита. ^[27]

Давление заклинивания легочной артерии может показать наличие застойной сердечной недостаточности, нарушений митрального и аортального клапана, гиперволемии , шунтов или тампонады сердца. ^[37]

Дистанционный непрямой мониторинг кровотока с помощью лазерной допплерографии

Лазерная допплерография показывает кровоток в сетчатке

Неинвазивный гемодинамический мониторинг сосудов глазного дна можно проводить с помощью лазерной допплеровской голографии в ближнем инфракрасном диапазоне. Глаз предлагает уникальную возможность неинвазивного исследования сердечно-сосудистых заболеваний . Лазерная допплерография с помощью цифровой голографии позволяет измерить кровоток в сетчатке и сосудистой оболочке , чьи допплеровские ответы со временем демонстрируют пульсообразный профиль ^{[38] [39].} Этот метод позволяет проводить неинвазивную функциональную микроангиографию путем высококонтрастного измерения допплеровских ответов внутрипросветного Профили кровотока в сосудах заднего отрезка глаза. Различия в кровяном давлении управляют потоком крови по всему кровообращению. Средняя скорость кровотока зависит как от артериального давления, так и от гемодинамического сопротивления кровотоку, создаваемого кровеносными сосудами.

Глоссарий

АНХ

Острая нормоволемическая гемодилюция

АНХ _ты

Количество единиц во время ANH

БЛ _Х

Максимальная кровопотеря, возможная при использовании ANH перед необходимостью переливания гомологичной крови

БЛ _Я

Возможна возрастающая кровопотеря при ANH.(BL _H – BL _s )

БЛ _с

Максимальная кровопотеря без ANH до того, как потребуется переливание гомологичной крови

ЭБВ

Расчетный объем крови (70 мл/кг)

Hct

Гематокрит всегда выражается здесь в виде фракции

Привет _{_}

Начальный гематокрит

Ч _м

Минимальный безопасный гематокрит

ПРБК

Эквивалент упакованных эритроцитов, сохраненный ANH

РКМ

Красноклеточная масса.

РКМ _Х

Клеточная масса доступна для переливания после ANH

РКМ _I

Масса эритроцитов, сохраненная ANH

СБЛ

Хирургическая кровопотеря

Этимология и произношение

В слове гемодинамика ( / ˌ h iː m ə d aɪ ˈ n æ m ɪ k s , -m oʊ -/ [ ^40] ) используются комбинированные формы гемо- ( происходящего от древнегреческого haima , означающего кровь) и динамики , таким образом , « динамика крови ». Гласная гемослога пишется по-разному в зависимости от вариации ае/е .

• Кровавый молот
• Артериальное давление
• Сердечный выброс
• Общество динамики сердечно-сосудистой системы
• Электрическая кардиометрия
• Пищеводный допплер
• Гемодинамика аорты
• Импедансная кардиография
• Фотоплетизмограмма
• Лазерная допплерография
• Эффект Виндкесселя
• Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия

Примечания и ссылки

1. Тортора, Джерард Дж.; Дерриксон, Брайан (2012). «Сердечно-сосудистая система: Кровь». Принципы анатомии и физиологии (13-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 729–732. ISBN 978-0-470-56510-0.
2. Филдман, Джоэл С.; Фонг, Дуонг Х.; Сен-Обен, Иван; Вине, Люк (2007). «Реология». Биология и механика кровотока. Часть II: Механика и медицинские аспекты . Спрингер. стр. 119–123. ISBN 978-0-387-74848-1.
3. Рэнд, Питер (31 мая 1963 г.). «Кровь человека в нормотермических и гипотермических условиях» (PDF) . Журнал прикладной физиологии . 19 : 117–122. дои : 10.1152/яп.1964.19.1.117. ПМИД  14104265 . Проверено 16 сентября 2014 г.
4. Эррилл, Эдвард В. (октябрь 1969 г.). «Реология крови». Физиологические обзоры . 49 (4). doi :10.1152/physrev.1969.49.4.863. В нормальной крови при таких уровнях скорости сдвига, при которых применимо уравнение 15, т. е. при ньютоновском потоке, температурный коэффициент вязкости идентичен коэффициенту вязкости воды в диапазоне 10–37°C.
5. Чинар, Йылдирим; Сеньол, А. Мете; Думан, Камбер (май 2001 г.). «Вязкость крови и артериальное давление: роль температуры и гипергликемии». Американский журнал гипертонии . 14 (5). дои : 10.1016/S0895-7061(00)01260-7 .
6. Каро, CG; Педли, Ти Джей; Шретер, Р.К.; Сид, Вашингтон (1978). Механика кровообращения . Издательство Оксфордского университета. стр. 3–60, 151–176. ISBN 978-0-19-263323-1.
7. Накаш, Имтиаз А.; Драбоо, Массачусетс; Лоун, Абдул Кайюм; Ненгру, Шоукат Х.; Кирмани, Альтаф; Бхат, Абдул Рашид (2011). «Оценка острой нормоволемической гемодилюции и аутотрансфузии у нейрохирургических пациентов, перенесших удаление внутричерепной менингиомы». Журнал анестезиологии, клинической фармакологии . 27 (1): 54–58. дои : 10.4103/0970-9185.76645 . ISSN  0970-9185. ПМК 3146160 . ПМИД  21804707. 
8. Сайто, Тихиро; Камей, Тецуя; Кубота, Сёдзи; Ёсида, Киёси; Хибия, Макото; Хашимото, Сюдзи (декабрь 2018 г.). «Ассоциация первичной гемодилюции и ретроградного аутологичного прайминга с трансфузией в кардиохирургии: анализ базы данных случаев перфузии Японского общества экстракорпоральных технологий в медицине». Журнал экстракорпоральных технологий . 50 (4): 231–236. doi : 10.1051/ject/201850231. ISSN  0022-1058. ПМК 6296452 ​​. ПМИД  30581230. 
9. «Эффективность острой нормоволемической гемодилюции, доступная как функция потери крови» . журнал Американского общества анестезиологов Inc. Архивировано из оригинала 29 июня 2012 года . Проверено 5 апреля 2011 г.
10. Кая, М.; Ли, Дж.К.-Дж. (2001). «Гемодилюция: моделирование и клинические аспекты». Гемодилюция: моделирование и клинические аспекты . Том. 1. ИИЭР. стр. 177–179. doi :10.1109/IEMBS.2001.1018881. ISBN 978-0-7803-7211-5. S2CID  73295413.
11. Фельдман, Джеффри М.; Рот, Джонатан В.; Бьоракер, Дэвид Г. (январь 1995 г.). «максимальная экономия крови при острой нормоволемической гемодилюции». Анестезия и анальгезия . 80 (1): 108–113. дои : 10.1097/00000539-199501000-00019 . PMID  7802266. S2CID  24131754. Архивировано из оригинала 23 февраля 2022 года . Проверено 5 апреля 2011 г.
12. Костанцо, Линда С. (2003). Физиология . Серия обзоров совета директоров (3-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. стр. 73–113. ISBN 978-0781739191.
13. Король, Иордания; Лоури, Дэвид Р. (2022), «Физиология, сердечный выброс», StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID  29262215 , получено 16 мая 2022 г.
14. Насури, Алиреза; Тагипур, Али; Шахбаззаде, Делавар; Аминириссехей, Абдольхосейн; Могаддам, Шариф (2014). «Оценка места сердца и длины хвоста у Naja oxiana, Macrovipera lebetina и Montivipera latifii». Азиатско-Тихоокеанский журнал тропической медицины . 7 : S137–S142. дои : 10.1016/S1995-7645(14)60220-0 . ПМИД  25312108.
15. Лиллиуайт, Харви Б.; Альберт, Джеймс С.; Шихи, Коулман М.; Сеймур, Роджер С. (2012). «Гравитация и эволюция сердечно-легочной морфологии у змей». Сравнительная биохимия и физиология . 161 (2): 230–242. дои : 10.1016/j.cbpa.2011.10.029. ПМЦ 3242868 . ПМИД  22079804. 
16. Мансон БР, Янг Д.Ф., Окииси Т.Х., Хюбш WW (2009). Основы механики жидкости (Шестое изд.). Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., с. 725. ИСБН 978-0-470-26284-9.
17. Фунг, Юань-чэн; Цвайфач, BW (1971). «Микроциркуляция: механика кровотока в капиллярах». Ежегодный обзор механики жидкости . 3 : 189–210. Бибкод : 1971AnRFM...3..189F. doi : 10.1146/annurev.fl.03.010171.001201.
18. Тортора, Джерард Дж.; Дерриксон, Брайан (2012). «Сердечно-сосудистая система: кровеносные сосуды и гемодинамика». Принципы анатомии и физиологии (13-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 816. ИСБН 978-0470-56510-0.
19. Штюкер, М.; Бейлер, В.; Ройтер, Т.; Хоффман, К.; Келлам, К.; Альтмейер, П. (1996). «Скорость клеток капиллярной крови в капиллярах кожи человека, расположенных перпендикулярно поверхности кожи: измеренная с помощью нового лазерного доплеровского анемометра». Микрососудистые исследования . 52 (2): 188–192. дои : 10.1006/mvre.1996.0054. ПМИД  8901447.
20. Тортора, Джерард Дж.; Дерриксон, Брайан (2012). «Сердечно-сосудистая система: кровеносные сосуды и гемодинамика». Принципы анатомии и физиологии (13-е изд.). Джон Уайли и сыновья. Анализ ламинарного потока. п. 817. ИСБН 978-0470-56510-0.
21. Мариб, Элейн Н.; Хен, Катя (2013). «Сердечно-сосудистая система: Кровеносные сосуды». Анатомия и физиология человека (9-е изд.). Пирсон Образование. п. 712. ИСБН 978-0-321-74326-8.
22. GB Терстон, Вязкость и вязкоупругость крови в пробирках малого диаметра, Microvasular Research 11, 133–146, 1976.
23. Уомерсли-младший (1955). «Метод расчета скорости, скорости потока и вязкого сопротивления в артериях при известном градиенте давления». Журнал физиологии . 127 (3): 553–563. doi : 10.1113/jphysicalol.1955.sp005276. ПМЦ 1365740 . ПМИД  14368548. 
24. Сиркар, Сабьясач (2008). Основы медицинской физиологии . Индия: издательство Vistasta. ISBN 978-1-58890-572-7.
25. Фунг, Юань-чэн (1997). Биомеханика: Кровообращение . Нью-Йорк: Спрингер. п. 571. ИСБН 978-0-387-94384-8.
26. Розенсон Р.С., Вольф Д., Грин Д., Босс А.Х., Кенси К.Р. (февраль 2004 г.). «Аспирин. Аспирин не изменяет нативную вязкость крови». Дж. Тромб. Гемост . 2 (2): 340–341. дои : 10.1111/j.1538-79333.2004.0615f.x . ПМИД  14996003.
27. Делонг, Клэр; Шарма, Сандип (2022 г.), «Физиология, резистентность периферических сосудов», StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID  30855892 , получено 16 мая 2022 г.
28. Надери, Насим (01 января 2022 г.), Малеки, Маджид; Ализадехасл, Азин; Хаджу, Маджид (ред.), «Глава 11 - Гемодинамическое исследование», Практическая кардиология (второе издание) , Elsevier, стр. 201–216, ISBN 978-0-323-80915-3, получено 22 мая 2022 г.
29. Поттерс (13 февраля 2014 г.). «Измерение напряжения сдвига стенки с помощью МРТ с кодированием скорости». Текущие отчеты о сердечно-сосудистой визуализации . 7 (4). дои : 10.1007/s12410-014-9257-1. S2CID  55721300.
30. Тазраи, П.; Риаси, А.; Такаби, Б. (2015). «Влияние неньютоновских свойств крови на кровоток через заднюю мозговую артерию». Математические биологические науки . 264 : 119–127. дои : 10.1016/j.mbs.2015.03.013. ПМИД  25865933.
31. Лох, Мэри (15 апреля 2015 г.). Гемодинамический мониторинг: развивающиеся технологии и клиническая практика (1-е изд.). Сент-Луис, Миссури: Эльзевир Мосби. п. 25. ISBN 978-0-323-08512-0.
32. Каро, Колин Г. (1978). Механика кровообращения . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-263323-1.
33. «Нормальный диапазон артериального давления для взрослых» . Здоровье и жизнь. 07.06.2010. Архивировано из оригинала 18 марта 2016 г. Проверено 6 февраля 2016 г.
34. ДеМерс, Дэниел; Вакс, Далия (2022 г.), «Физиология, среднее артериальное давление», StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID  30855814 , получено 22 мая 2022 г.
35. Клабунде, Ричард (2005). Концепции сердечно-сосудистой физиологии . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. стр. 93–94. ISBN 978-0-7817-5030-1.
36. Маркхэм Л.В., Кнехт С.К., Дэниелс С.Р., Мэйс В.А., Хури П.Р., Книланс Т.К. (ноябрь 2004 г.). «Развитие вызванного физической нагрузкой градиента артериального давления на руках и ногах и аномальной податливости артерий у пациентов с восстановленной коарктацией аорты». Являюсь. Дж. Кардиол . 94 (9): 1200–1202. doi : 10.1016/j.amjcard.2004.07.097. ПМИД  15518624.
37. "RHC | Медицинский центр Университета Вандербильта" . medsites.vumc.org . Проверено 16 мая 2022 г.
38. Пуйо, Л., М. Пакес, М. Финк, Дж.А. Сахель и М. Атлан. «Лазерная допплеровская голография сетчатки человека in vivo». Биомедицинская оптика экспресс 9, вып. 9 (2018): 4113-4129.
39. Пуйо, Лео, Мишель Пакес, Матиас Финк, Хосе-Ален Сахель и Майкл Атлан. «Анализ формы волны кровотока в сетчатке и хориоидее человека с помощью лазерной допплеровской голографии». Биомедицинская оптика Экспресс 10, вып. 10 (2019): 4942-4963.
40. «Гемодинамический». Британский словарь английского языка Lexico . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 22 марта 2020 г.

Библиография

• Берн Р.М., Леви М.Н. Сердечно-сосудистая физиология. 7-й Эд Мосби, 1997 г.
• Роуэлл Л.Б. Сердечно-сосудистый контроль человека. Издательство Оксфордского университета, 1993 г.
• Браунвальд Э. (редактор). Болезни сердца: Учебник сердечно-сосудистой медицины. 5-е изд. У.Б.Саундерс, 1997 г.
• Сидерман С., Беяр Р., Клебер А.Г. Сердечная электрофизиология, кровообращение и транспорт. Академическое издательство Клювер, 1991 г.
• Американская Ассоциация Сердца
• Отто СМ, Стоддард М, Ваггонер А, Зогби В.А. Рекомендации по количественной оценке допплеровской эхокардиографии: отчет Целевой группы по допплеровской количественной оценке Комитета по номенклатуре и стандартам Американского общества эхокардиографии. J Am Soc Echocardiogr 2002;15:167-184
• Петерсон Л.Х., Динамика пульсирующего кровотока, Circ. Рез. 1954;2;127-139
• Гемодинамический мониторинг, Бигателло Л.М., Джордж Э., Минерва Анестезиол, апрель 2002 г.;68(4):219-25.
• Клод Франчески; Паоло Замбони Принципы венозной гемодинамики Nova Science Publishers 2009-01 ISBN Nr 1606924850/9781606924853
• WR Милнор: гемодинамика, Williams & Wilkins, 1982.
• Б. Бо Срамек: Системная гемодинамика и управление гемодинамикой, 4-е издание, ESBN 1-59196-046-0

Внешние ссылки

• Изучите гемодинамику