Аорта

Под действием крови, выбрасываемой в систолу левым желудочком, происходит растяжение аортальной стенки, обладающей упругими свойствами. Согласно закону Гука, в ней развиваетсясила упругости: Fynp = к ? х. Оценим значения х и к для аортальной стенки. Существует связь между F , давлением (р), под действием которого сосуд растягивается, и параметрами этого сосуда: Fynp = р • 2г/, где г - радиус, / - длина сосуда. При колебаниях давления крови в сосуде изменяется главным образом его просвет, а длина остается практически неизменной. Следовательно, х в уравнении Гука для аорты - ни что иное как изменение её диаметра. При рентгенографии аорты обнаружили, что в систолу её диаметр увеличиваетсяпримерно на 10% относительно своего диастолического значения. Коэффициент упругости (к) определяется преимущественно эластическими волокнами, хотя в аортальной стенке присутствуют наряду с ними коллагеновые волокна.

На гистологических препаратах аорты коллагеновые волокна имеют волнистую (гофрированную) форму, обусловленную их свободной (рыхлой) укладкой среди других структур, пребывающих в недеформированном состоянии. Под действием повышения КД в физиологических пределах коллагеновые волокна только распрямляются, но не растягиваются. Деформация сети коллагеновых волокон создаёт так называемые термокинетические упругие силы, но их величина незначительна вследствие малого значения коэффициента упругости в этом процессе. Высокая упругость коллагеновых волокон, выражением чего является значительный модуль Юнга (108- 109 Па), свойственна им при растяжении, а не при распрямлении, при котором возникают термокинетические упругие силы. Иными словами, значительная упругость коллагена проявляется только под действием больших усилий, выходящих за пределы физиологических значений КД. Благодаря коллагеновым волокнам стенки артерий здорового человека не разрушаются даже при 5-10-кратном повышении

КД. Следовательно, коллагеновые волокна обеспечивают артериальной стенке не упругость, а жёсткость и прочность.

Напротив, эластические волокна аортальной стенки растягиваются при обычных колебаниях КД во время систолы сердца. В эластических волокнах возникает сила упругости в соответствии с законом Гука. Коэффициентом пропорциональности между Fynp и величиной растяжения стенки аорты при повышении КД служит модуль Юнга эластических волокон, равный (0,4—1,0) • 106Па. Эластическим волокнам аорты в физиологических условиях свойственна экспоненциальная зависимость силы упругости от степени растяжения. При более сильном растяжении устанавливается линейная зависимость, а чрезмерно растянутые эластические волокна разрываются.

Сопоставление вклада эластическихи коллагеновых волокон в упругие свойства артериальной стенки подтверждает важный принцип биомеханики: анализ механических свойств тканей организма необходимо проводить с учётом реальных сил, действующих на них. Так, если судить по модулю Юнга, коллагеновые волокна обладают более выраженными упругими свойствами по сравнению с эластическими. Однако упругость коллагеновых волокон не может проявиться при естественных колебания КД в артериях, поскольку в таких условиях, как говорилось выше, эти волокна не растягиваются, и сила упругости за их счёт не развивается (в уравнении Гука х = 0). Внутреннее напряжение (а/я/) аортальной стенки определяется главным образом упругостью эластических волокон, хотя их основной белок (эластин) является менее упругим материалом, чем коллаген. Не случайно в аорте содержится много эластина, причём он сосредоточен преимущественно в грудном отделе. Тамэластин составляет 30% сухого остатка (в 1,5 раза больше, чем коллаген). В брюшном отделе аорты содержание эластина ниже - 10%, а в бедренной артерии - только 4-5%, хотя она наряду с аортой относится к артериям эластического типа. Отношение эластина к коллагену в стенках периферических артерий равно не 1,5 (как в грудном отделе аорты), а 0,5. Поэтому модуль Юнга в артериях большого круга кровообращения увеличивается к периферии. Периферические артерии обладают большей жёсткостью.

Среди артерий эластического типа важнейшую роль играет грудной отдел аорты. С ним главным образом связана основная функция сосудов этого типа - обеспечение непрерывности кровотока. Источником энергии служит миокард. Его работа имеет два компонента: статический и динамический, причём на долю первого из них (АСТ) приходится 98% всей энергии сократившегося сердца. Ап затрачивается на растяжение стенок артерий (прежде всего, грудного отдела аорты). Накопив энергию во время систолы, аортальная стенка отдает её крови, когда сердце пребывает в расслабленном состоянии и не поставляет кровь в сосудистое русло. Благодаря упругости артерий эластического типа кровь не останавливается и в диастолу сердца, когда потенциальная энергия растянутой стенки артерии эластического типа преобразуется в кинетическую энергию крови.

Механизм функционирования грудного отдела аорты был изучен в прошлом веке физиологом Э. Вебером, в трудах которого он назывался феноменом «Windkessel». В отечественной литературе этот немецкий термин переводится как «воздушный колпак». Встретив такой термин, не стоит думать, будто в аорте содержится воздух. Вебер воспользовался технической терминологией, заподозрив аналогию между артериями эластического типа и пожарной помпой, в которой непрерывность струи при ритмичном качании двух рукояток обеспечивается созданием воздушной подушки в стальном резервуаре насоса. Воздух там находится под давлением, создаваемым циклической работой двух людей, попеременно пригибающих рукоятки. Этим давлением в пожарной помпе определяется потенциальная энергия сжатого воздуха, которая преобразуется в кинетическую энергию водяной струи. В стенке аорты потенциальная энергия связана не со сжатием воздуха, а с упругими усилиями, возникающими в растянутых эластических волокнах. Поэтому эффект накопления потенциальной энергии аортальной стенкой во время систолы лучше называть феноменом не «воздушного колпака», а «компрессионной камеры» (этот термин также используется в научной литературе).

Упругость аортальной стенки обуславливает ещё одно важное явление - возникновение и распространение пульсовой волны по стенке артерий. Дело в том, что Fynp, развивающаяся при растяже-

Разложение силы упругости

Рис. 5.62. Разложение силы упругости (Fynp), возникающей в стенке аорты при её растяжении выбрасываемой сердцем кровью, на нормальную (Fц) и тангенциальную (Ft) составляющие. Цифрами обозначены положения аортальной стенки в диастолу (1) и систолу (2)

нии аорты, направлена не строго перпендикулярно к оси сосуда (рис. 5.62) и может быть разложена на нормальную и тангенциальную составляющие. Непрерывность кровотока обеспечивается первой из них, тогда как вторая является источником артериального импульса, под которым понимают упругие колебания артериальной стенки. Заметим, что FH гораздо больше преобладает над FT, чем показано на рис. 5.62. На создание пульса затрачивается незначительная часть силы упругости растянутой аорты.

Пульсовая волна распространяется от места своего возникновения до капилляров, где затухает. Скорость её распространения п) можно рассчитать по формуле

где Е - модуль Юнга сосудистой стенки, b - её толщина, г - радиус сосуда, р - плотность тканей сосудистой стенки.

Общую характеристику пульсовой волны врач получает при пальпации артерии, но более полные сведения даёт регистрация кривой артериального пульса, которая называется сфигмограммой (рис. 5.63). Записав сфигмограммы в двух точках артериальной магистрали и измерив сдвиг фазы между ними, можно определить скорость пульсовой волны в стенках исследуемых артерий и по ней судить об их модуле Юнга. Из формулы, приведённой выше, следует, что при поддержании р, Ъ, г неизменными an однозначно определяется модулем Юнга. Следовательно, an можно принять в качестве количественного показателя упругих свойств артерий эластического типа - тех свойств, благодаря которым они выполняют свою основную функцию. Скорость пульсовой волны в аорте составляет 4-6, а в лучевой артерии - 8-12 м • с-1. При склеротических изменениях артерий повышается их жёсткость, что проявляется в нарастании аи. С возрастом скорость пульсовой волны увеличивается. Чем выше упругость артериальной стенки, тем больше амплитуда колебаний кровяного давления в аорте и крупных артериях. Высокоамплитудные колебания КД создают дополнительную нагрузку на сердце и усиливают деформацию сосудистых стенок.

Волна артериального пульса - сложное периодическое колебание, которое по теореме Фурье раскладывается на сумму гармоник, чьи частоты кратны основной, равной частоте сердечных сокраще

ние. 5.63. Сфигмограммы, записанные двумя датчиками пульсовых колебаний, расположенными в разных точках артериального русла. Под сфигмограммами - отметки времени, t-j- время запаздывания сфигмограммы,зарегистрированной дистальнее

ний. Достаточно 4-5 гармоник для хорошего аппроксимирования сфигмограммы.

Более сложным является венный пульс - колебания стенок венозных сосудов. Он возникает в венах, впадающих в предсердия, и распространяется по направлению к капиллярам. Амплитуда венного пульса ниже, чем артериального, что обусловлено прежде всего меньшей упругостью оболочек венозных сосудов. Кривая венного пульса называется флебограммой. Следовательно, от сердца к капиллярному руслу движутся навстречу друг другу две пульсовые волны (артериальная и венная), и обе угасают в капиллярах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >