Механика кровообращения - Каро К.
Скачать (прямая ссылка):
Нелинейность проявляется в виде двух эффектов. Один из них — упругий нелинейный эффект — есть следствие нелинейной зависимости напряжения в стенке артерии от ее диаметра. Соответствующая кривая (рис. 7.5) показывает, что с ростом давления, растягивающего артерию в радиальном направлении, она становится более жесткой, т. е. растяжимость ее уменьшается. Значит, скорость волны с, как следует из уравнения (12.9), должна возрастать. Результаты опытов как in vitro на вырезанных сегментах артерий, так и in vivo подтверждают это предположение. В последнем случае у собак пережимали аорту и во время диастолического спада давления при различных значениях этого давления в ней создавали короткие пакеты высокочастотных волн давления. Поскольку длина волны таких колебаний была мала, удавалось зарегистрировать несколько их циклов до того, как в место измерения давления (ниже по течению от места генерации колебаний) возвращалась волна, отраженная от трифуркации аорты, и искажала записи. Результаты одного из таких опытов представлены на рис. 12.34. Из них следует, что скорость волны при обычных значениях максимального давления, достигаемых во время систолы, существенно отличается от скорости волны при обычном диастолическом давлении. Таким образом, систолическая часть пульсовой волны давления перемещается быстрее, чем диастолическая.
Второй нелинейный эффект имеет гидродинамическое присхож-дение. Он становится существенным в случаях, когда отношение й/с не мало. Можно доказать, что пульсовая волна давления распространяется с локальной скоростью с относительно движущейся крови, а не относительно стенки сосуда. Поэтому если локальная скорость движения крови равна й, то скорость прямой волны, перемещающейся по течению, есть с + й, тогда как скорость обратной волны, которая, возвращаясь от какого-либо дистально расположенного места отражения, перемещается против течения, равна с — й. Этот вывод также был подтвержден в ходе наблюдений за
Давление в аорте, мм рт. ст
Рис. 12 34 Зависимость скорости волны в аорте собаки от давления в аорте Высокочастотные колебания накладывали на пульсовую волну во время диастолы. Необходимое диастолическое давление устанавливали, пережимая аорту в разных участках Темные точки соответствуют волиам, распространяющимся вниз по течению, светлые — волнам, распространяющимся вверх [Histand, Anliker (1973) Circulation Res, 32, 524.]
наложенными на пульсовую волну давления небольшими по амплитуде высокочастотными колебаниями. Последние возбуждались в различные моменты пульсовых циклов, а скорость их распространения измерялась как по течению крови, так и против него. Влияние нелинейного гидродинамического эффекта на пульсовую волну заключается в том, что во время систолы, когда скорость движения крови наибольшая, скорость перемещения пульсовой волны давления в направлении потока крови больше, чем во время диастолы Таким образом, это явление также приводит к ускорению перемещения начальной части пульсовой волны относительно ее последующих частей.
Учитывая нелинейные эффекты обоих видов, можно, следовательно, заключить, что в начале систолы направленная вниз по течению скорость волны больше, чем во время диастолы. Поэтому по мере перемещения пульсовой волны к периферии вершина волн и давления, и скорости кровотока стремится догнать подножие этих волн, в результате чего фронт волны становится более крутым. Такой эффект можно наблюдать, производя одновременно записи давления в различных участках аорты и в других крупных артериях (рис. 12.14 и 12.19). Полагают, что у здоровых людей это явление не играет сколько-нибудь заметной роли, однако при таких заболеваниях, при которых растяжимость артерий существенно повышается (так что с становится мала) или когда амплитуда
пульсовых волн сильно возрастает (и потому возрастают б и Ар/рИЗб), это явление может оказаться весьма существенным. У соответствующих больных увеличение крутизны фронта пульсовой волны происходит быстрее, ее вершина может нагнать подножие, и фронт волны станет весьма крутым.
Подобные явления, не охватываемые линейными теориями, хо-рошо известны для волн различной физической природы. Например, когда фронт волны на воде становится вертикальным, волна разрушается, обыкновенно пенясь и бурля, и это сопровождается значительной диссипацией энергии. Если звуковая волна достигает большой интенсивности, то ее вершина может нагнать подножие, возникает ударная волна, при образовании которой большая часть энергии рассеивается в виде тепла. И в том и в другом случае достигается равновесие между нелинейным эффектом увеличения крутизны фронта волны и рассеянием энергии, так что устанавли* вается стационарное состояние. (Когда амплитуда волн на воде или звуковых волн весьма мала, крутизна фронта не слишком воз-* растает, и небольшого рассеяния энергии, связанного с самим волновым движением, достаточно, чтобы противодействовать этому эффекту.) Соответственно можно предвидеть, что и в артериальной системе при достаточно большой амплитуде пульсовых волн давления способна развиваться своего рода «ударная волна». Из выполненных на ЭВМ расчетов нелинейных эффектов при распростра* нении волн по артериям следует, что у больных с недостаточностью аортального клапана, у которых ударный объем левого желудочка очень велик, а потому велика и скорость й, должны наблюдаться явления типа ударной волны. Тем не менее еще ни один исследователь не изучал в подробностях динамику таких «ударных волн» ни теоретически, ни экспериментально и никто не выяснил механизма сильной диссипации энергии, аналогичной диссипации, наблюдаемой при разрушении волн на воде. Следует отметить, однако, что в артериях больных с недостаточностью аортального клапана иногда улавливают звуки типа «пистолетного выстрела», ко-торые, вполне возможно, порождаются эцизодически возникающими «ударными волнами».
