Войти
Гемодинамика or гемодинамика - это динамика из кровоток . Система кровообращения управляется гомеостатическими механизмами, так же как гидравлические контуры управляются системами управления. Гемодинамический ответ постоянно отслеживает и адаптируется к условиям в организме и окружающей его среде. Таким образом, гемодинамика объясняет физические законы, которые управляют потоком крови в кровеносных сосудах.
Кровоток обеспечивает транспортировку питательных веществ, гормонов, метаболизма, O2 и CO2 по всему телу для поддержания клеточного метаболизма, регулирование pH, осмотического давления и температуры всего тела, а также защита от микробного и механического вреда.
Кровь - это неньютоновская жидкость, которую лучше всего изучать с помощью реологии, а не гидродинамики. Кровеносные сосуды - это не жесткие трубки, поэтому классическая гидродинамика и механика жидкостей, основанные на использовании классических вискозиметров, не могут объяснить гемодинамику.
Изучение кровотока называется гемодинамикой . Исследование свойств кровотока называется гемореология.
Кровь - это сложная жидкость. Кровь состоит из плазмы и формованных элементов. Плазма содержит 91,5% воды, 7% белков и 1,5% других растворенных веществ. Формованные элементы - это тромбоциты, белые кровяные тельца и красные кровяные тельца, присутствие этих форменных элементов и их взаимодействие с молекулами плазмы являются причинами, по крови так сильно отличается от идеальных ньютоновских жидкостей.
Нормальная плазма крови ведет себя как ньютоновская жидкость при физиологических скоростях сдвига. Типичные значения Вернуться вязкости Нормальные плазмы при 37 ° C составляют 1,4 мН · с / м. Вязкость нормальной плазмы изменяется с температурой так же, как вязкость воды, растворитель; повышение температуры на 5 ° C в физиологическом диапазоне снижает вязкость плазмы примерно на 10%.
Осмотическое давление, состоящее из присутствующих частиц и температурой. Например, 1 молярный раствор вещества содержит 6,022 × 10 молекул на литр этого вещества, а при 0 ° C он имеет осмотическое давление 2,27 МПа (22,4 атм). Осмотическое давление плазмы влияет на механику кровообращения методов защиты. Изменение разницы осмотического давления на мембране клетки перемещение перемещение воды и изменение камеры. Изменения формы и гибкости 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.
эритроциты очень гибкие и двояковогнутые по форме. Его мембрана имеет модуль Юнга в районе 106 Па. Деформация красных кровяных телец вызывается напряжением сдвига. Когда суспензия разрезается, красные кровяные тельца деформируются и вращаются из-за градиента скорости, причем скорость деформации и вращения зависит от скорости сдвига и концентрации. Это может повлиять на механизм кровообращения и усложнить измерение вязкости крови. Верно, что в установившемся потоке вязкой жидкости через твердое сферическое тело, погруженное в жидкость, где мы предполагаем, что инерция пренебрежимо мала в таком потоке, считается, что нисходящий >гравитационная сила частиц уравновешивается силой вязкого сопротивления. Исходя из этого баланса сил, можно показать, что скорость падения определяет закон Стокса
Где - ядерные частицы, ρ p, ρ f - плотность частиц и жидкости, μ - вязкость жидкости, g - ускорение свободного падения. Из приведенного выше уравнения мы можем видеть, что скорость осаждения частицы зависит от квадрата радиуса. Если частица выходит из состояния покоя в жидкости, ее скорость осаждения U s увеличивается до тех пор, пока она не достигнет твердого значения, называемого конечной скоростью (U), как показано выше.
Гемодилюция - это уменьшение концентрации эритроцитов и компонентов плазмы путем частичного замещения крови коллоидами или кристаллоидами. Это позволяет избежать воздействия на стратегию опасностей гомологичных переливаний крови.
Гемодилюция может быть нормоволемической, что подразумевает разбавление нормальных компонентов с помощью расширителей. Во время острой нормоволемической гемодилюции (ANH) кровь, увеличенная во время операции, пропорционально меньше эритроцитов на миллиметр, что сводит к минимуму интраоперационную потерю цельной крови. Следовательно, кровь потерянным пациентом во время операции фактически не теряется пациентом, поскольку этот объем очищается и перенаправляется пациенту.
С другой стороны, гиперволемическая гемодилюция (HVH) использует резкое предоперационное увеличение объема без какого-либо удаления крови. Однако при выборе необходимо убедиться, что при смешивании оставшаяся кровь ведет себя в микроциркуляции, сохраняя все свои свойства вязкость.
. в одном предложении предлагается модель ANH, которая предлагает максимально возможную экономию RCM с ANH, учитывая массу H i и H m. (См. Ниже глоссарий используемый терминов.)
Для поддержания нормоволемии необходимо одновременно заменить забор аутологичной крови подходящим гемодилютом. В идеале это достигается путем изоволемического обменного переливания заменителя плазмы с коллоидным осмотическим (OP). коллоид представляет собой жидкость, содержащую частицы, достаточно большие, чтобы создать онкотическое давление на микрососудистую мембрану. Обсуждая коллоида или кристаллоида, необходимо обязательно подумать обо всех компонентах уравнения Скворца:
![\ Q = K ( [P_ {c} -P_ {i}] S- [P_ {c} -P_ {i}])](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e42f7529864cb1070a1a07048e10d7e06fb125f1)
Для определения минимального безопасного гематокрита, желательного для данного пациента, полезного уравнения:
где EBV - предполагаемый объем крови ; В этой модели использовали 70 мл / кг, и 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 BL s. Сколько крови нужно удалить, обычно зависит от веса, а не от объема. Количество единиц, которые необходимо удалить для гемодилюции до безопасного гематокрита (ANH), можно найти по
Это основано на предположении, что каждая единица, удаляемая гемодилюция, имеет объем 450 мл (фактический объем единицы будет несколько отличаться, так как завершение сбора зависит от веса, а не от объема). Модель предполагает, что значение гемодилюта равно H m до операции, поэтому повторное переливание крови, полученным путем гемодилюции, должно начинаться, когда начинается SBL. ОКМ, доступный для повторной трансфузии после ANH (RCMm), может быть на основе H я пациента и окончательного гематокрита после гемодилюции (H m)
Максимальный SBL, который возможен при использовании ANH без падения ниже Hm (BLH), находится при условии, что вся кровь, удаленная во время ANH, возвращается в пациент со скоростью, достаточной для поддержания гематокрита на минимальном безопасном уровне
Если ANH используется до тех пор, пока SBL не следует использовать BL H, поэтому не следует делать вывод, что H, следовательно, не должно быть заменено. Разница между BL H и BL s, следовательно, возможна дополнительная хирургическая кровопотеря (BL i) при использовании ANH.
При выражении через RCM
где RCM i - масса эритроцитов, которую необходимо ввести с использованием гомологичной крови для поддержания H m, если ANH не используется и кровопотеря равна BLH.
Используемая модель предполагает использование ANH для пациента весом 70 кг с расчетным объемом крови 70 мл / кг (4900 мл). Диапазон H i и H m был оценен, чтобы понять условия, при которых гемодилюция необходима для оказания помощи пациенту.
Результат модельные расчеты представлены в таблице, приведенной в приложении для диапазона H i от 0,30 до 0 с ANH, выполненным до минимального гематокрита от 0, 30 до 0,15. При H i, равном 0,40, если обязано, что H m равно 0,25, тогда из приведенного выше уравнения счетчик RCM все еще высокий и ANH не требуется, если BL s не больше 2303 мл, поскольку гемотокрит не упадет ниже H m, хотя во время гемодилюции необходимо удалить пять единиц крови. В этих условиях для достижения максимального использования метода при использовании ANH не требуется гомологичная кровь для поддержания H m, если кровопотеря не превышает 2940 мл. В таком случае ANH может сэкономить максимум 1,1 эквивалента упакованных эритроцитов, и необходимо переливание гомологичной крови для поддержания H m, даже если используется ANH. Эта модель может быть положительной для пациента, и степени ANH, необходим для максимизации этого преимущества.
Например, если H i составляет 0,30 или меньше, невозможно сохранить массу эритроцитов, эквивалентную двум единицам гомологичного PRBC, даже если пациенту проведена гемодилюция до H <267.>m из 0,15. Это потому, что из уравнения ОКМ пациента ОКМ не соответствует приведенному выше уравнению. Если H i равно 0,40, необходимо удалить не менее 7,5 группы крови во время ANH, что приведет к H m, равному 0,20, чтобы сохранить эквивалентность двух единиц. Ясно, что чем больше H i и чем больше количество удаляется во время гемодилюции, тем более эффективен ANH для предотвращения переливания гомологичной крови. Модель, представленная здесь, предназначена для того, чтобы врачам определить, где ANH может быть полезен для пациента, на основе их знаний о H i, потенциале SBL и оценки H m. Хотя в модели использовался пациент весом 70 кг, результат можно применить к любому пациенту. Чтобы применить этот результат к любому массе тела, любому из значений BL, BLH и ANHH или PRBC, приведенных в таблице, необходимо умножить коэффициент, который мы назовем T
По сути, рассмотренная выше модель для прогнозирования максимального RCM, которая может сэкономить ANH.
Таким образом, эффективность ANH была описана математически посредством измерений кровопотери и хирургического измерения объемного кровотока. Эта форма анализа позволяет точно оценить потенциальную эффективность методов и показывает применение в области медицины.
Схема системы кровообращения Сердце является движущей силой системы кровообращения, перекачивая кровь посредством ритмических сокращений и расслабления. Скорость кровотока из сердца (часто выражаемая в л / мин) известна как сердечный выброс (СО).
Кровь, откачиваемая из сердца, сначала поступает в аорту, самую большую артерию тела. Затем он разделяется на все более мелкие и более мелкие артерии, затем на артериолы и, в конечном итоге, на капилляры, по которому происходит перенос кислорода. Капилляры соединяются с венулами, и кровь возвращается через сеть вен к правому отделу сердца. Микроциркуляция - артериолы, капилляры и венулы - большая часть площади сосудистой системы и является местом переноса O 2, глюкозы и субстратов фермента в клетки. Венозная система возвращает деоксигенированную в правое сердце, 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 снова начинает процесс.
В нормальной системе кровообращения объема крови, возвращающейся к сердцу каждую минуту, равен объему, откачиваемому каждую минуту (ечный выброс). Из-за этой скорости кровотока на каждом уровне кровеносной системы в первую очередь определяется общей площади поперечного сечения этого уровня. Математически это выражается следующим уравнением:
, где
На кровоток также влияет гладкость сосудов, что приводит к турбулентному (хаотическому) или ламинарному (плавному) потоку. Гладкость уменьшения из-за накопления жировых отложений на стенках артерий.
Число Рейнольдса (обозначаемое NR или Re) - это соотношение, которое помогает определить поведение жидкости в пробирке, в данном случае крови в сосуде.
Уравнение для этой безразмерной зависимости записывается как:
Рейнольдс число прямо пропорционально скорости и диаметру трубки. Обратите внимание, что NR прямо пропорционален средней скорости, а также диаметру. Число Рейнольдса менее 2300 представляет собой ламинарный поток жидкости, который имеет постоянным движением потока, тогда как значение более 4000 представлено как турбулентный поток. Из-за меньшего радиуса и самой низкой скорости по сравнению с другими сосудами, число Рейнольдса в капиллярах очень низкое, что приводит к ламинарному потоку вместо турбулентного.
Часто выражается в см / с. Это значение обратно пропорционально общей площади поперечного сечения кровеносного сосуда, а также отличается в зависимости от поперечного сечения, поскольку в нормальных условиях кровотока ламинарные характеристики. По этой скорости кровотока самая высокая в середине сосуда и самая низкая у стенки сосуда. В большинстве случаев используется средняя скорость. Существует способ измерения скорости кровотока, например видеокапиллярная микроскопия с покадровым анализом лазерная доплеровская анемометрия. Скорости крови в артериях выше во время систолы, чем во время диастолы. Одним из параметров для количественной оценки разницы является индекс пульсации (PI), который равен разнице между максимальной систолической скоростью и минимальной диастолической скоростью, деленной на среднюю скорость в сердечного цикла. Это значение с отрицательного влияния от сердца.
| Тип кровеносных сосудов | Общая площадь поперечного сечения | Скорость кровотока в см / с |
|---|---|---|
| Аорта | 3–5 см | 40 см / с |
| Капилляры | 4500–6000 см | 0,03 см / с |
| Нижняя и верхняя полая вена | 14 см | 15 см / с |
Сопротивление также связано с радиусом сосуда, длиной сосуда и вязкостью крови.
В первом подходе, основанном на жидкостях, на что указывает уравнение Хагена - Пуазейля. Уравнение выглядит следующим образом:
Во втором подходе, более реалистичном для сосудистого сопротивления и основанном на экспериментальных наблюдениях за потоками крови, согласно Терстону, существует наслоение клеток высвобождения плазмы на стенках, окружающих закупоренный поток. Это слой жидкости, в котором на расстоянии δ вязкость η является функцией δ, записанной как η (δ), и эти окружающие слои не пересекаются в центре сосуда в реальном потоке крови. Вместо этого возникает закупоренный поток, который является сверхвязким из-за высокой концентрации эритроцитов. Терстон соединил этот слой с сопротивлением потоку, чтобы описать кровоток с помощью вязкости η (δ) и толщины δ от слоя стенки.
Закон сопротивления крови выглядит как R, адаптированный к профилю кровотока:
где
Сопротивление крови варьируется в зависимости от вязкости крови и размера ее закупоренного потока (или потока в оболочке, поскольку они дополняют сечение сосуда), а также от размера сосудов. Если предположить, что поток в сосуде постоянный, ламинарный, поведение кровеносных сосудов аналогично поведению трубы. Например, если p1 и p2 - давления на концах трубки, перепад / градиент давления будет:
Более крупные артерии, в том числе все достаточно большие, чтобы видеть без увеличения, представляют собой каналы с низким сосудистым сопротивлением (при условии отсутствия развитого атеросклероза изменения) с высокими расходами, которые вызывают лишь небольшие перепады давления. Более мелкие артерии и артериолы обладают более высоким сопротивлением и передают основное падение артериального давления в основных артериях капиллярам в кровеносной системе.
Иллюстрация, демонстрирующая, как сужение сосудов или сужение сосудов увеличивает кровяное давление. В артериолах артериальное давление ниже, чем в основных артериях. Это связано с бифуркациями, которые вызывают падение давления. Чем больше бифуркаций, тем больше общая площадь поперечного сечения, поэтому давление на поверхности падает. Вот почемуартериолы имеют самый высокий перепад давления. Падение давления в артериолах является произведением скорости потока и сопротивления: ∆P = Q xresistance. Высокое сопротивление, наблюдаемое в артериолах, которое в степени влияет на ∆P, является результатом меньшего радиуса примерно 30 мкм. Чем меньше радиус трубы, тем больше сопротивление потоку жидкости.
Сразу за аролами находятся капилляры. Следуя логике, наблюдаемой в артериолах, мы ожидаем, что артериальное давление в капиллярах будет ниже по сравнению с артериолами. Давление является функцией силы на единицу площади (P = F / A), чем больше площадь поверхности, тем меньше давление. Хотя радиусы капилляров очень малы, сеть капилляров имеет самую большую площадь поверхности в сосудистой сети. Известно, что они имеют самую большую площадь поверхности (485 мм2) в сосудистой сети человека. Чем больше общая площадь поперечного сечения, тем ниже средняя скорость, а также давление.
Вещества, называемые вазоконстрикторами, 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 проверить вязкость крови. Например, анемия низкая (увеличивает вязкость эритроцитов ) снижает вязкость, тогда как повышенная уровень эритроцитов увеличивает вязкость. Считалось, что аспирин и родственные ему «разжижители крови » снижают вязкость крови, но вместо этого исследования показали, что они уменьшая склонность крови к свертыванию.
Составляющие напряжение цилиндра.Независимо от места, артериальное давление связано с натяжением стенки сосуда в соответствии с уравнением Юнга - Лапласа (при условии, что толщина стенки сосуда очень мала по сравнению с просвета ):
где
- это напряжение цилиндра или «кольцевое напряжение».Для предположения о тонкостенных стенках быть действительным, сосуд должен иметь толщину стенки 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 описан как:
где:
.В нормальных условиях, чтобы избежать атерогенеза, тромбоза, пролиферации гладких мышц и эндотелиального апоптоза, напряжение сдвига свое изменение и направление в приемлемых пределах. В некоторых случаях, испытывающих из-за кровавого удара, напряжение сдвига достигает больших значений. В то время как направление напряжения может также изменяться за счет обратного потока, в зависимости от гемодинамических условий. Следовательно, такая ситуация может привести к атеросклерозу.
Ламинарный сдвиг жидкости между двумя пластинами. 
. Трение между жидкостью и движущимися границами заставляет жидкость сдвигаться (течь). Сила, необходимая для этого действия на единицу площади, и есть напряжение. Связь между напряжением (силой) и скоростью сдвига (скоростью потока) определяет вязкость. Вены описываются как «емкостные сосуды» тела, потому что более 70% объема крови находится в венозной системе. Вены более эластичны, чем артерии, расширяются, чтобы приспособиться к изменяющемуся объему.
Артериальное давление в системе кровообращения в основном обусловлено насосным действием сердца. Насосное действие сердца вызывает пульсирующий кровоток, направляемый в артерии через микроциркуляцию и, в конечном итоге, обратно через венозную систему к сердцу. Во время каждого сердечного сокращения системное артериальное давление колеблется от максимального (систолическое ) до минимального (диастолическое ) давления. В физиологии их часто упрощают до одного значения, среднего артериального давления (MAP), рассчитывается следующим образом:
, где:
Различия в среднем кровяном давлении ответственны за кровоток из одного места в другое в кровоток.Скорость среднего кровотока зависит как от кровяного давления, так и от сопротивления кровотоку, создаваемого кровеносными сосудами.Среднее артериальное давление снижается по мере удаления циркулирующей циркуляции. крови от сердца через артерии и капилляры из-за вязкой потери энергии. Средняя кровь падает по всему кровообращению, хотя большая часть падения происходит вдоль мелких мелких артерий и артериол. Гравитация влияет на артериальное давление через гидростатические силы (например, при стоянии) и клапаны в венах, Brea item, а накачка за счет сокращения скелетных мышц также влияет на кровяное давление в венах.
Взаимосвязь между давлением и сопротивлением выражается в следующем уравнении:
Применительно к системе кровообращения мы получаем:
, где
Упрощенная форма этого уравнения предполагает, что давление в правом предсердии приблизительно равно 0:
Идеальная кровь давление в плечевой артерии, где стандартные манжеты для измерения артериального давление измеряют давление, составляет <120/80 mmHg. Other major arteries have similar levels of blood pressure recordings indicating very low disparities among major arteries. In the innominate artery, the average reading is 110/70 mmHg, the right subclavian artery averages 120/80 and the abdominal aorta is 110/70 mmHg. The relatively uniform pressure in the arteries indicate that these blood vessels act as a pressure reservoir for fluids that are transported within them.
Давление постепенно по мере того, как кровь из основных артерий, через артериолы, капилляры, пока кровь не вытеснит ся обратно в сердце через венулы, вены через полую вену с помощью мышц. При любом падении давления посредством сопротивления потоку. В артериях при нарушении сопротивления сопротивления очень мало или отсутствует. Диаметр сосуда является важным элементом контроля сопротивления. По сравнению с другими сосудами тела, артерия имеет гораздо больший диаметр (4 мм), поэтому сопротивление низкое.
Градиент рука-нога (артериальное давление) - это разница между измеренным артериальным давлением в руках и в ногах. Обычно он составляет менее 10 мм рт. Ст., Но может увеличиваться, например, при коарктация аорты.
наркозный аппарат со встроенными системами для мониторинга нескольких гемодинамических параметров, включая артериальное давление и частота сердечных сокращений.гемодинамический мониторинг - это наблюдение за гемодинамическими во времени, такими как артериальное давление и частота сердечных сокращений. Артериальное давление можно контролировать либо инвазивно через вставленный датчик артериального давления (обеспечивающий непрерывный мониторинг), либо неинвазивно, многократно измеряя артериальное давление с помощью надувной манжеты для измерения артериального давления.
Лазерная допплеровская визуализация выявляет кровоток в сетчатке Неинвазивный гемодинамический мониторинг сосудов глазного дна может быть выполнен с помощью лазерной допплеровской голографии с использованием ближнего инфракрасного света. Глаз предлагает уникальную возможность неинвазивного исследования сердечно-сосудистых заболеваний. Лазерная доплеровская визуализация с помощью цифровой голографии может измерять кровоток в сетчатке и сосудистой оболочке, чьи доплеровские ответы показывают импульс -образный профиль со временем Этот метод позволяет выполнять неинвазивную функциональную микроангиографию путем высококонтрастного измерения доплеровских ответов по профилю внутрипросветного кровотока в сосудах заднего сегмента глаза. Различия в артериального давления управляют потоком крови по кровотоку. Скорость среднего кровотока зависит как от артериального давления, так и от гемодинамического сопротивления кровотока, происходящего кровеносными сосудами.
Слово гемодинамика () использует , объединяя формы из гемо- (что происходит от древнегреческого хайма, что означает кровь) и dyna. микрофоны, таким образом, «динамика крови Гласный слог пишется по-разному в соответствии с вариацией ae / e.
