Скорость тока крови в сосудах
Работа в невесомости обратила вспять ток крови у космонавтов
Marshall-Goebel et al. / JAMA Network Open, 2019
Врачи выяснили, что у космонавтов за время пребывания в космосе снижается скорость тока крови в венах, а иногда кровь и вовсе начинается двигаться вспять. Более того, у двух космонавтов медики обнаружили тромбы, и если один из них — женщина, и тромбоз можно списать на побочный эффект контрацептивов, то у второго — мужчины — не было никаких факторов риска, кроме пребывания в невесомости. Работа опубликована в журнале JAMA Network Open.
В преддверии возможного полета людей на Марс ученые продолжают искать потенциальные риски от долгого существования в космосе. В частности, одна из проблем, которая может возникнуть — нарушение движения крови в сосудах. На Земле люди большую часть времени проводят стоя или сидя, и меньшую — лежа. Днем кровь чаще скапливается в нижней части тела, оттекая от головы, но за ночь это распределение выравнивается.
В невесомости же кровь чаще проводит время в сосудах головы. Из-за этого у космонавтов уже замечали, например, отек лица, снижение объема ног и общего количества плазмы крови.
Карина Маршалл-Гебель (Karina Marshall-Goebel) из американской компании KBR и ее коллеги из университетов России, США и Франции решили проверить, как невесомость влияет на головной кровоток. Для этого они измерили объем внутренней яремной вены, которая отводит кровь от головы к сердцу, а также скорость кровотока у 11 космонавтов до и после полета на МКС, а также во время работы на станции.
На Земле яремная вена расширяется, когда человек ложится или опускает голову вниз. У космонавтов диапазон этих изменений составил от нескольких квадратных миллиметров в положении сидя до сотни миллиметров — с опущенной головой. Исследователи обнаружили, что в условиях невесомости эти различия сглаживаются, а по возвращении на Землю возвращаются к прежним значениям.
Но при этом ученые обнаружили существенные изменения в скорости тока крови по яремной вене. На Земле у всех космонавтов кровь текла сплошным потоком («водопад») в положении сидя, а при наклонах начинала пульсировать. В невесомости же свободный поток исследователи обнаружили далеко не у всех испытуемых. У большинства кровь передвигалась, пульсируя, а в разные периоды времени у 7 из 11 космонавтов врачи отметили застой крови, когда она практически не перемещалась. У двух из них даже диагностировали ретроградный ток крови — она двигалась по вене не к сердцу, как положено, а в обратную сторону, к голове.
Приглядевшись пристально к этим семи космонавтам, у одного из них врачи заметили на УЗИ тромб. Это была женщина и исследователи предположили, что тромб мог возникнуть как побочный эффект от эстроген-содержащих контрацептивов, которые она принимала на борту МКС. Ей назначили антикоагулянты, и судя по тому, что никаких подозрительных симптомов у нее не возникло, тромб из ее кровотока исчез.
После возвращения космонавтов на Землю исследователи еще раз пересмотрели данные УЗИ, и нашли тромб еще у одного человека. Правда, поскольку этот анализ они провели уже постфактум, то никаких действий предпринимать не стали. Тем не менее, оба тромба могли представлять опасность для жизни космонавтов. И если в первом случае можно обвинить во всем эстроген, то второй космонавт был мужчиной, и никаких дополнительных факторов риска у него не обнаружили. Это может означать, что у сотрудников МКС и раньше возникали тромбы, которые остались незамеченными.
Тем не менее, у врачей есть план борьбы с неожиданным тромбозом и застоем крови. Они использовали русский аппарат «Чибис» — это что-то вроде камеры, куда помещают ноги и откачивают воздух. Давление в сосудах ног падает, кровь из головы устремляется туда, восстанавливая нормальную скорость течения. Авторы работы попросили космонавтов использовать этот прибор во время полета и у трех человек обнаружили существенные улучшения — от застоя или ретроградного тока кровь перешла к нормальной скорости тока. Правда, еще в нескольких случаях скорость тока крови не изменилась, а у двух человек даже снизилась, поэтому исследователи предупреждают о том, что им еще предстоит найти оптимальный режим работы аппарата.
Ранее ученые уже пытались оценить риск развития рака и сердечно-сосудистых болезней в космосе и нашли, что он не отличается от такового на Земле. О других экспериментах, которые ставят на космонавтах, читайте в нашем материале «Эксперимент близнецов», а о том, как заботятся об их психическом здоровье — в тексте «Не сойти с ума на Марсе».
Скорость тока крови в сосудах
Давление крови создается за счет сокращения сердца, под действием давления кровь течет по сосудам. Энергия давления расходуется на трение крови о саму себя и стенки сосудов, так что по ходу кровяного русла давление постоянно уменьшается: в дуге аорты систолическое давление составляет 140 мм рт. ст., в плечевой артерии – 120, в капиллярах 30, в полых венах -10 (ниже атмосферного).
Скорость крови зависит от общего просвета сосуда: чем больше общий просвет, тем ниже скорость. Самое узкое место кровеносной системы – аорта, ее просвет составляет 8 кв. см, поэтому здесь самая высокая скорость крови – 0,5 м/с. Общий просвет всех капилляров в 1000 раз больше, поэтому скорость крови в них в 1000 раз меньше – 0,5 мм/с. Общий просвет полых вен – 15 кв. см, скорость – 0,25 м/с.
Тесты
1. Максимально высокое давление крови можно зафиксировать в
А) верхней полой вене
Б) левом предсердии
В) сонной артерии
Г) капиллярах тонкого кишечника
2. В каком из перечисленных сосудов кровь течёт с наименьшей скоростью?
А) плечевая артерия
Б) лёгочная вена
В) капилляр печени
Г) нижняя полая вена
3. Максимально высокое давление крови можно зафиксировать в
А) нижней полой вене
Б) правом предсердии
В) брюшной артерии
Г) капиллярах печени
4. Минимальное кровяное давление можно зафиксировать в
А) верхней полой вене
Б) левом желудочке
В) лёгочной артерии
Г) капиллярах тонкого кишечника
5. В медицинской карте пациента часто можно увидеть следующую запись: АД 120/70 мм рт. ст. Что она обозначает?
А) давление крови в артерии
Б) частоту пульса до и после приседаний
В) рост человека стоя и сидя
Г) содержание кислорода в крови
6. Где кровь движется с наибольшей скоростью?
А) в аорте
Б) в капиллярах
В) в нижней полой вене
Г) в верхней полой вене
7. Функцию «насоса» в кровеносной системе человека выполняют(-ет)
А) вены
Б) сердце
В) артерии
Г) капилляры лёгких
8. В каком(-их) сосуде(-ах) давление крови наименьшее?
А) в аорте
Б) в плечевой артерии
В) в капиллярах
Г) в нижней полой вене
9. Почему в капиллярах наблюдается наименьшая скорость тока крови?
А) стенки капилляров образованы одним слоем клеток
Б) капилляры максимально далеко расположены от сердца
В) стенки капилляров не имеют мышечных волокон
Г) капилляры имеют наибольшую суммарную площадь поперечного сечения
10. Движение крови по сосудам обеспечивается
А) работой створчатых клапанов сердца
Б) большой разветвлённостью сосудов
В) давлением, создаваемым желудочками сердца
Г) разной скоростью движения крови по сосудам
11. Выберите вариант, правильно описывающий давление и скорость крови в сосудах
А) самое низкое давление в венах, самая низкая скорость в капиллярах
Б) самое низкое давление в капиллярах, самая низкая скорость в венах
В) самое низкое давление и скорость – в венах
Г) самое низкое давление и скорость – в капиллярах
Объем и линейная скорость тока крови в сосудах
Общий объем крови в сосудистой системе является важным гомеостатическим показателем. Средняя величина его составляет для женщин 6-7%, для мужчин 7-8% от массы тела и находится в пределах 4—6 л; 80-85% крови из этого объема — в сосудах большого круга кровообращения, около 10% — в сосудах малого круга кровообращения и около 7% — в полостях сердца.
Больше всего крови содержится в венах (около 75%) — это указывает на их роль в депонировании крови как в большом, так и в малом кругу кровообращения.
Движение крови в сосудах характеризуется не только объемной, но и линейной скоростью кровотока. Под ней понимают расстояние, на которое перемещается частичка крови за единицу времени.
Между объемной и линейной скоростью кровотока существует взаимосвязь, описываемая следующим выражением:
где V — линейная скорость кровотока, мм/с, см/с; Q — объемная скорость кровотока; л — число, равное 3,14; г — радиус сосуда. Величина пг 2 отражает площадь поперечного сечения сосуда.
Из выражения зависимости величины линейной скорости от объемной в сосудах кровеносной системы видно, что линейная скорость кровотока (рис. 1.11) пропорциональна объемному кровотоку через сосуд(ы) и обратно пропорциональна площади поперечного сечения этого сосуда(ов). Например, в аорте, имеющей наименьшую площадь поперечного сечения
Рис. 1.11. Изменения давления крови, линейной скорости кровотока и площади поперечного сечения в различных участках сосудистой системы в большом круге кровообращения (3^4 см 2 ), линейная скорость движения крови наибольшая и составляет в покое около 20- 30 см/с. При физической нагрузке она может возрасти в 4-5 раз.
По направлению к капиллярам суммарный поперечный просвет сосудов увеличивается и, следовательно, линейная скорость кровотока в артериях и артериолах уменьшается. В капиллярных сосудах, суммарная площадь поперечного сечения которых больше, чем в любом другом отделе сосудов большого круга (в 500-600 раз больше поперечного сечения аорты), линейная скорость кровотока становится минимальной (менее 1 мм/с). Медленный ток крови в капиллярах создает наилучшие условия для протекания обменных процессов между кровью и тканями. В венах линейная скорость кровотока увеличивается в связи с уменьшением площади их суммарного поперечного сечения по мере приближения к сердцу. В устье полых вен она составляет 10—20 см/с, а при нагрузках возрастает до 50 см/с.
Линейная скорость движения плазмы и форменных элементов крови зависит не только от типа сосуда, но и от их расположения в потоке крови. Различают ламинарный тип течения крови, при котором поток крови можно условно разделить на слои. При этом линейная скорость движения слоев крови (преимущественно плазмы), близких или прилежащих к стенке сосуда, — наименьшая, а слоев в центре потока — наибольшая. Между эндотелием сосудов и пристеночными слоями крови возникают силы трения, создающие на эндотелии сосудов сдвиговые напряжения. Эти напряжения играют роль в выработке эндотелием сосудоактивных факторов, регулирующих просвет сосудов и скорость кровотока.
Эритроциты в сосудах (за исключением капилляров) располагаются преимущественно в центральной части потока крови и движутся в нем с относительно высокой скоростью. Лейкоциты, наоборот, располагаются преимущественно в пристеночных слоях потока крови и совершают катящиеся движения с небольшой скоростью. Это позволяет им связываться с рецепторами адгезии в местах механического или воспалительного повреждения эндотелия, прилипать к стенке сосуда и мигрировать в ткани для выполнения защитных функций.
При существенном увеличении линейной скорости движения крови в суженной части сосудов, в местах отхождения от сосуда его ветвей ламинарный характер движения крови может сменяться на турбулентный. При этом в потоке крови может нарушиться послойность перемещения ее частиц, между стенкой сосуда и кровью могут возникать большие силы трения и сдвиговых напряжений, чем при ламинарном движении. Развиваются вихревые потоки крови, возрастает вероятность повреждения эндотелия и отложения холестерина и других веществ в интиму стенки сосуда. Это способно привести к механическому нарушению структуры сосудистой стенки и инициированию развития пристеночных тромбов.
Время полного кругооборота крови, т.е. возврата частицы крови в левый желудочек после ее выброса и прохождения через большой и малый круги кровообращения, составляет в покое 20-25 с, или примерно через 27 систол желудочков сердца. Приблизительно четверть этого времени затрачивается на перемещение крови по сосудам малого круга и три четверти — по сосудам большого круга кровообращения.
