Механика кровообращения - Каро К.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 12.51. А. Значения параметра а и пикового значения числа Рейнольдса, обычно реализующиеся при течении крови в восходящей аорте здоровых бодрствующих собак. Оттенены области, отвечающие такой же области на рис. 12.50. Обратите внимание на то, что у ненаркотизированных животных числа Рейнольдса выше, чем у наркотизированных, и все точки попадают в ту область, для которой можно ожидать турбулентности. [Noble, Trenchard, Guz (1966). Circulation Res., 19, 139—147.] Б. Собранные из многих источников сопоставимые данные для здоровых, бодрствующих людей. Здесь также можно предсказать наличие турбулентного течения почти во всех случаях. Кружками (см. подпись к рис. 12.50) отмечены результаты, полученные с помощью пленочной термоанемометрии. Они указывают на существование турбулентности.
ждать звуковые волны. Наряду с этим нет никаких оснований полагать a priori, что флуктуации давления при турбулентном потоке всегда будут выявляться при прослушивании со стороны грудной клетки. Вполне вероятно, что для таких клебаний существует «порог» слышимости.
Турбулентность может существенно влиять на силы, с которыми кровь действует на стенку артерии, а эти силы способны изменять как механические свойства стенки, так и условия обмена веществами между стенкой и кровью (разд. 12.9). Влияние турбулентности на такие силы осуществляется как через высокочастотные флуктуации давления и напряжения сдвига, которые сопровождают хаотические изменения скорости течения крови, так и через изменение среднего профиля скорости, а следовательно, и среднего напряжения сдвига на стенке. Обратимся сначала к средним характеристикам турбулентного течения. Если средний расход жидкости, текущей в прямой трубке, не пульсирует, то профиль скорости полностью развитого турбулентного течения отличается от профиля скорости пуазейлевского течения тем, что в ядре потока он более плоский, а скорость сдвига на стенке больше (гл. 5). Однако толщина пограничного слоя, формирующегося на начальном участке трубки, при турбулентном потоке больше, чем
при ламинарном, что связано с наличием в первом случае хаоти ческого вихревого движения. Заставляя элементы жидкости пере мещаться в поперечном направлении, оно приводит к значительно более эффективному перемешиванию жидкости в этом направлении, чем при ламинарном течении, с участием одних только вяз ких сил. Толщину пограничного слоя б при турбулентном течении можно приближенно представить в виде
Здесь в сравнении с уравнением (5.3) кинематическая вязкость v заменена эффективной «вихревой вязкостью» v*, которая учиты вает турбулентное перемешивание. Одним из следствий такой за мены является уменьшение при турбулентном режиме длины начального участка (разд. 5.5).
Если сам по себе исследуемый средний1) поток пульсирует с угловой частотой со, то толщина колеблющегося пограничного слоя оказывается пропорциональной -\/v7©> так что и в этом случаг его толщина много больше, чем при ламинарном потоке. Такил' образом, при переходе от ламинарного потока, колеблющийся пограничный слой в котором сравнительно тонок (а ^,4), к турбулентному наблюдается увеличение толщины этого слоя. Этот вы вод относится ко всей аорте.
Турбулентность связана с еще одним важным в физиологическом отношении явлением — действием вибрации на стенку арте рий. Клиницистам давно известно, что участок артерии сразу же за препятствием, ограничивающим поток крови, например за су жением (стенозом) аортального клапана или за атероматозной бляшкой, нередко оказывается расширенным. Такое постстеноти ческое расширение участка артерии развивается вне зависимости от природы препятствия — важно только, чтобы последнее вызывало турбулентность.
Исследований, в которых действие вибрации на стенку артерий изучали бы на протяжении достаточно длительного времени, не предпринималось. Но относительно непродолжительные — до нескольких месяцев — опыты показали, что расширение артерии сра-
') Следует четко определить, что означает слово «средний» в отношении турбулентного потока Для того чтобы дать определение средней скорости, предположим, что мы многократно измеряем скорость, которую приобретает жидкость в одном и том же месте данного потока через одинаковые промежутки времени от начала течения Всякий раз из-за случайных турбулентных флуктуаций значения скорости окажутся различными. Усреднив результаты таких измерений, мы получим вполне определенную величину, называемую «средней по ансамблю». Имеиио эту величину называют средней скоростью жидкости в данной точке в данный момент времени Такая процедура усреднения устраняет все случайные флуктуации и позволяет получить среднее значение, которое в каждой точке может, конечно, меняться во времени, как это происходит, например, при прохождении волны.
зу за ее местным сужением (где артерию частично перетягивали) воспроизводится неизменно, если в участке за сужением возникают прослушиваемые шумы и воспринимаемые пальцем исследователя вибрации. Участки артерии за сужением оказались более растяжимыми, чем нормальные, хотя микроскопически никаких структурных нарушений стенки артерии не выявилось. Кроме того, было установлено, что если удаленные из организма участки артерий на протяжении нескольких часов подвергать действию низкоамплитудных вибраций с частотой 30—400 Гц, то они становятся более растяжимыми. Этот диапазон частот почти полностью соответствует частотному диапазону спектра флуктуаций скорости при турбулентном течении крови. Таким образом, есть веские основания считать, что турбулентность причастна к возникновению пост-стенотического расширения артерий. В этой связи интересно подумать над тем, почему с возрастом увеличивается диаметр аорты: не может ли это быть результатом длительного воздействия низкоамплитудных вибраций на аорту, а не присущих ей дегенеративных изменений? Заметим, наконец, что искусственно созданная в эксперименте турбулентность способна изменять проницаемость стенки артерий для крупных молекул и приводить к повреждению эндотелия (разд. 12.9).
