Механика кровообращения - Каро К.
Скачать (прямая ссылка):
Можно ожидать, что при низких значениях а поток будет вести себя так, как будто он непульсирующий, причем критическое значение числа Рейнольдса будет порядка 2000. По мере увеличения а тот промежуток времени — в пределах каждого пульсового цикла,— в течение которого возможно усиление возмущений потока, становится меньше требующегося для этого времени. Поэтому есть основания полагать, что с повышением частоты сердцебиений критическое значение числа Рейнольдса будет возрастать1).
В последнее время появилась возможность исследовать вопрос о существовании турбулентности в артериях с помощью прямого метода — пленочной термоанемометрии. Соответствующие измерения убеждают в том, что течение крови в грудном отделе аорты может быть турбулентным. Из записи скорости, приведенной на рис. 12.49, видно, что в конце систолы, когда скорость крови умень-
¦) В добавление к сказанному отметим, что пульсирующее течение в длинной трубе с гладкими стенками характеризуется следующими размерными величинами: средней по сечеиию и во времени скоростью V, плотностью жидкости р и ее вязкостью |х, диаметром трубы R, а также частотой пульсаций ш и средней по сечению амплитудой пульсаций скорости 6 V. Йз этих величин можио составить три независимые безразмерные комбинации- обычное или пиковое число Рейнольдса, параметр Уомерсли а и относительную амплитуду S V/V. Критическое число Рейнольдса зависит, таким образом, не только от а, но и от &V/V. Влияние последнего параметра, по-вндимому, велико.—Прим. ред.
шается, на заднем фронте пульсовой волны кровотока появляются высокочастотные колебания. Анализ показывает, что частоты этих колебаний лежат в широком диапазоне — от 500 Гц до менее чем 25 Гц. Таким образом, они сливаются с высокочастотными составляющими пульсовой волны скорости. Но в отличие от последних амплитуды наблюдаемых высокочастотных составляющих (по всему их спектру) случайным образом меняются от удара к удару сердца, и, следовательно, имеет место истинная турбулентность. Опыты, в которых при помощи соответствующих препаратов или
Рис. 12.49. Волна скорости крови в нисходящей аорте собаки. Видно, что в фазу замедленного изгнания крови существует турбулентность. [Seed,
Wood (1971). Velocity patterns in the aorta. Cardiovasc. Res.,
5, 319—333.] Время с
путем раздражения нервов меняли скорость и частоту сокращений сердца — и тем самым характеристики пульсовых волн кровотока, — показали, что переход от ламинарного течения к турбулентному зависит и от числа Рейнольдса, и от значения параметра а (т. е. фактически от частоты сокращений сердца), как и утверждалось выше. Результаты этих опытов представлены на рис. 12.50.
Однако, как следует из рис. 12.50, в большинстве опытов поток крови в аорте не был турбулентным, и прямые данные о том, является ли у здоровых бодрствующих собак поток крови в аорте турбулентным, отсутствуют.
Тем не менее есть достаточно веские доводы в пользу того, что турбулентность имеет место. Все опыты, результаты которых представлены на рис. 12.50, произведены на наркотизированных животных, а наркоз сильно изменяет как частоту сокращений сердца, так и пиковые значения скорости крови, и притом таким образом, что точки на рис. 12.50 должны смещаться вниз и вправо, т. е. в область устойчивых течений. Анализ приводимых в литературе характеристик потока крови в аорте здоровых бодрствующих животных (рис. 12.51, Л) дает серьезные основания полагать, что турбулентность существует. К такому же выводу приводит и анализ данных для человека; кроме того, в этом случае есть и прямые данные, полученные с помощью метода пленочной термоаиемо-
«---------------------—I------------------------- *
0 0 0.5 1.0 1.5
5 10 15 20
а
Рис. 12.50. Влияние параметра а и пикового значения числа Рейнольдса иа устойчивость течения в нисходящей аорте наркотизированных собак. Прямыми соединены точки, полученные на одном животном при различных условиях. Светлые кружки — ламинарное течение; наполовину зачерненные кружки — переходный режим (кратковременные возмущения существуют лишь при максимальных значениях скорости); темные кружкн — турбулентное течение. Оттенена область устойчивого ламинарного течения. [Nerem, Seed (1972). An in vivo study of aortic flow disturbances, Cardiovasc. Res., 6, 1—14.]
метрик (рис. 12.51,Б). Таким образом, можно считать, что при физиологических условиях в состоянии покоя поток крови в проксимальных отделах аорты человека, а возможно, и собаки является турбулентным. Что именно порождает турбулентность — наличие вихрей выше по течению или местные возмущения, связанные с геометрией стенки сосуда, — пока не ясно. Данные же о том, как далеко вниз по потоку от грудного отдела аорты может простираться область турбулентности, практически отсутствуют.
С точки зрения гидромеханики нет оснований считать турбулентность нежелательным явлением. Хотя обусловленное ею увеличение диссипации энергии должно приводить к увеличению падения давления на крупных артериях, последнее, как мы уже знаем, очень мало по сравнению с общим падением давления в сосудах большого круга. Вместе с тем турбулентность причастна к ряду важных физиологических явлений. Одно из них — генерация звуковых колебаний. Причиной шумов в сердце нередко считают именно турбулентность потока крови и потому полагают, что у здоровых людей турбулентность обычно отсутствует, тем более что представление о бесшумности ламинарного потока почти общепринято. Однако ни то ни другое положение не является бесспорным. Ламинарное течение сопровождается явлениями (например, сходом вихрей за обтекаемым телом, разд. 5.9), которые могут поро-
