15.Физические основы клинического метода измерения давления крови

Физический параметр — давление крови — играет большуюроль в диагностике многих заболеваний. Систолическое и диастолическое давления в какой-либо артерии могут быть измерены не­посредственно с помощью иглы, соединенной с манометром. Одна­ко в медицине широко используется бескровный метод, предло­женный Н. С. Коротковым. Рассмотрим физические основы этого метода на примере измерения давления крови в плечевой артерии. Вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжету. Се­чения манжеты М, части руки Р, плечевой кости П и плечевой арте­рии А показаны на рис. 9.11, а — 9.13, о. При накачивании воздуха через шланг В в манжету рука сжимается. Затем через этот же шланг воздух выпускают и с помощью манометра Б измеряют дав­ление воздуха в манжете. На позиции б тех же рисунков изображе­ны продольные сечения плечевой артерии, соответствующие каждо­му случаю. Сначала избыточное над атмосферным давление воздуха в манжете равно нулю (рис. 9.11), манжета не сжимает руку и арте­рию. По мере накачивания воздуха в манжету последняя сдавливает плечевую артерию и прекращает ток крови (рис. 9.12). Если муску­латура расслаблена, то давление воздуха внутри манжеты, состоя­щей из эластичных стенок, приблизительно равно давлению в мяг­ких тканях, соприкасающихся с манжетой. В этом заключается ос­новная физическая идея бескровного метода измерения давления.

 

Выпуская воздух, уменьшают давление в манжете и в мягких тканях, с которыми она соприкасается. Когда давление станет рав­ным систолическому, кровь будет способна пробиться через сдав­ленную артерию — возникает турбулентное течение (рис. 9.13).

Характерные тоны и шумы, сопровождающие этот процесс, прослушивает врач при измерении давления, располагая фонендоскоп на артерии дистальнее манжеты (т. е. на большем расстоянии от сердца). Продолжая уменьшать давление в манжете, можно восстановить ламинарное течение крови, что заметно по резкому ослаблению прослушиваемых тонов. Давление в манжете, соответствующее восстановлению ламинарного течения в артерии, регистрируют как диастолическое.

Для измерения артериального давления применяют приборы, показанные на рис. 9.14: а — сфигмоманометр с ртутным мано-

метром, б — сфигмотонометр с металлическим мембранным ма­нометром; здесь М — манжета, Г — груша для накачивания воз­духа, Р — манометр. Такой же принцип работы имеют автомати­ческие и полуавтоматические приборы, которые сейчас получают широкое распространение.

16.Определение скорости кровотока

Существует несколько методов определения скорости кровото­ка. Рассмотрим физические основы двух из них.

Ультразвуковой метод (ультразвуковая расходеметрия) основан на эффекте Доплера (см. § 5.10). От генератора I электри­ческих колебаний УЗ-частоты (рис. 9.15) сигнал поступает на из­лучатель 2 и на устройство сравнения частот 3. УЗ-волна 4 прони­кает в кровеносный сосуд 5 и отражается от движущихся эритро­цитов 6. Отраженная УЗ-волна 7 попадает в приемник 8, где преобразуется в электрическое колебание и усиливается. Усилен­ное электрическое колебание попадает в устройство 3. Здесь срав­ниваются колебания, соответствующие падающей и отраженной волнам, и выделяется доплеровский сдвиг частоты в виде электрического колебания:

Из формулы (5.65) можно определить скорость эритроцитов:

Вкрупных сосудах скорость эритроцитов различна в зависи­мости от их расположения относительно оси: «приосевые» эрит­роциты движутся с большей скоростью, а «пристеночные» — с меньшей. УЗ-волна может отражаться от разных эритроцитов, поэтому доплеровский сдвиг получается не в виде одной частоты, а как интервал частот. Таким образом, эффект Доплера позволяет определять не только среднюю скорость кровотока, но и скорость движения различных слоев крови.

Электромагнитный метод (электромагнитная расходометрия) измерения скорости кровотока основан на отклонении движущихся зарядов в магнитном поле. Дело в том, что кровь, бу­дучи электрически нейтральной системой, состоит из положи­тельных и отрицательных ионов. Следовательно, движущаяся кровь является потоком заряженных частиц, которые перемещаются со скоростью У_кр. На движущийся электрический заряд q в магнитном поле с индукцией В действует сила (см. § 13.3)

Если заряд отрицательный, то сила направлена противоположно векторному произведению v_крх В.

Как показано на рис. 9.16, силы, действующие со стороны маг­нитного поля на разноименные заряды, направлены в противоположные стороны. Около одной стенки кровеносного сосуда преоб­ладает положительный заряд, около другой — отрицательный. Перераспределение зарядов по сечению сосуда вызовет появление электрического поля.

Возникающее электрическое напряжениеU (см. рис. 9.16) зависит от ско­рости движения ионов, т. е. от скорости крови [см. (9.19)]. Таким образом, из­меряя это напряжение, можно опреде­лить и скорость кровотока. Зная сече­ние S сосуда, нетрудно вычислить объ­емную скорость кровотока (м³/с):

Практически удобнее в этом методе использовать переменное магнитное поле (рис. 9.17). Это приводит к возникновению переменного напряжения U, котopoe затем усиливается и измеряется.

17 ?

При филътрационно-реабсорбционных процессах вода и растворенные в ней соли проходят через стенку капилляра благодаря неоднородности ее структуры. Направление и скорость движения воды через различные поры в капиллярной стенке определяются гидростатическим и онкотическим давлениями в плазме и в межклеточной жидкости:

q = f((Р_гк-Р_гт)-(Р_ок-Р_от)),

где q - объемная скорость движения воды через капиллярную стенку (приходящаяся на единицу длины капилляра), Р_гк - гидростатическое давление в капилляре, Р_гт - гидростатическое давление в тканевой жидкости, Р_от - онкотическое давление тканевой жидкости, Р_ок - онкотическое давление плазмы в капилляре. Коэффициент фильтрации (коэффициент проницаемости) f определяется вязкостью фильтрующейся жидкости, размерами пор и их количеством. Процессы фильтрации и осмоса кратко представлены в главе 2.

Под действием Р_гк, Р_от жидкость стремится выйти из капилляра в ткани (фильтрация), а под действием Р_гт, Р_ок - возвратиться обратно в капилляр (реабсорбция). Если знак q положительный, то происходит фильтрация, если отрицательный, то имеет место реабсорбция. При нормальных условиях давление в началеле капилляра (в артериальном конце) P_а = 30 - 35 мм рт. ст, а в конце его (в венозном конце) Р_в = 13 - 17 мм рт. ст. Гидростатическое давление в межклеточной жидкости обычно не более Р = 3 мм рт. ст.

В связи с тем что стенки капилляров свободно пропускают небольшие молекулы, концентрация этих молекул и создаваемые ими осмотические давления в плазме и в межклеточной жидкости примерно одинаковы. Что же касается белков плазмы, то их крупные молекулы лишь с большим трудом пpoxодят через стенки капилляров, в результате выравнивания концентраций белков за счет диффузионных процессов не происходит. Между плазмой и межклеточной жидкостью создается градиент концентрации белков, а следовательно, и градиент коллоидно-осмотического (онкотического) давления. Онкотическое давление плазмы Р_ок ≈ 25 мм рт. ст., а онкотическое давление в ткани Р_от ≈ 5 мм рт. ст. Градиент гидростатического давления вдоль капилляра при нормальных физиологических условиях приводит к тому, что обычно фильтрация происходит в артериальном конце, а реабсорбция - в венозном конце капилляра 

Между объемами жидкости, фильтрующейся в артериальном конце и реабсорбирующейся в венозном конце, в норме существует динамическое равновесие - фильтрационно-реабсорбционное равновесие. Примерно 10 % объема жидкости, поступающего в интерстициальное пространство, остается там и затем возвращается назад в сосуды с помощью лимфатической системы. Из рис. видно, что существует определенная точка "А" на графике, в которой отсутствуют и фильтрация, и реабсорбция, - это точка равновесия. При изменении любого из факторов, определяющих филътрационно-реабсорбционное равновесие, оно нарушается.