Механика кровообращения - Каро К.
Скачать (прямая ссылка):
Как показано в гл. 9, время, за которое происходит диффузия на расстояние Дх, пропорционально to, где
. (А*)2
D ~~ 2D ’
a D — коэффициент диффузии вещества, диффундирующего в данном растворителе [уравнение (9.3)]. Коэффициент диффузии, скажем, кислорода в крови равен примерно 2-10-9 м2-с-1, и, следовательно, время, необходимое для диффузии молекул кислорода на расстояние 1 см (а такое расстояние намного меньше того, на котором должна была бы осуществляться диффузия кислорода в желудочке в отсутствие конвекции), составляет 2-104 с. Это время слишком велико для того, чтобы за один удар сердца успело произойти полное смешивание. Коэффициент диффузии тепла в крови больше (порядка 10-7 м2-с-1), однако и в этом случае время диффузии (выравнивания температуры) очень велико (500 с). Время, необходимое для диффузионного смешивания кислорода, могло бы сократиться до 1 с только при условии, что за счет конвекции расстояние, на которое должен диффундировать кислород, уменьшено до 0,06 см.
В желудочках происходят перемешивающие движения двух типов. Первое и, вероятно, наиболее важное — это вихревое движение, возникающее в то время, когда кровь проходит через предсердно-желудочковые клапаны. Такие вихри наблюдали как у я&-вотных, так и на моделях левого желудочка (гл. 11) Они приводят к интенсивному перемешиванию крови, хотя за время одиогр
сокращения сердца не обеспечивают полного смешивания индикатора, введенного непосредственно в полость желудочка. Основной вихрь — кольцевой, формирующийся вокруг створок клапана. На него накладываются более слабые возмущения потока крови, обусловленные наличием сухожильных струн клапана и нерегулярностями внутренней поверхности стенки желудочка. Подобные вихри существуют вне зависимости от того, является ли течение крови ламинарным или турбулентным. Второй возможный фактор смешивания— турбулентность сама по себе. Прямых экспериментальных данных о наличии турбулентности течения крови в сердце нет. Тем не менее, поскольку число Рейнольдса при прохождении крови через митральный клапан может достигать 8000, а кровь втекает в желудочек в виде струи с высокой скоростью сдвига на границах, в сердце почти несомненно возникает турбулентное течение, по крайней мере на протяжении какой-то части периода сокращения (разд. 5.8).
Течение крови в восходящей аорте, судя по рентгенографическим данным и по результатам опытов с введением охлажденных индикаторных жидкостей в этот отдел аорты, тоже обеспечивает весьма эффективное смешивание крови. И в этом случае причиной перемешивания могут быть вихри (вовсе не обязательно турбулентные), которые образуются при открытии аортального клапана или конвективно переносятся в аорту из желудочка. Кроме того, к перемешиванию приводит турбулентность как таковая, которая, по всей видимости, существует в аорте (см. выше).
Что касается грудной и брюшной аорты, а также более мелких артерий и вен, то в них, согласно некоторым данным, происходит лишь частичное смешивание. Так, в пробах крови, взятых из разных мест одного из таких сосудов, могут оказаться неодинаковые концентрации индикатора, который был введен в этот сосуд немного выше по течению. Далее, струйки непрерывно вводимого в сосуд рентгеноконтрастного вещества так и остаются разделенными, не смешиваясь с кровью. Характер течения в рассматриваемых сосудах несколько иной, чем в восходящей аорте, так как числа Рейнольдса в них ниже и турбулентность не возникает. Поэтому смешивание в этих сосудах может осуществляться только благодаря вторичным течениям, возникающим из-за изменений геометрии системы (изгиб или ветвление), а возможно, и вследствие колебаний крови (как в поперечном, так и в продольном направлениях), сопряженных с распространением пульсовых волн.
Насколько известно, смешивание в мелких сосудах собаки не изучали. В мелких артериях кролика (d~0,l см) наблюдали не-смешивающееся течение струек красителя, однако проследить за течением таких струек в аорте кролика (d ^ 0,3 см) не удавалось, так как они быстро разрушались. Данные о смешивании в артериях человека противоречивы. Существует одно очень давнее наблюдение — краситель, введенный в дугу аорты, появляется в каж-
дой из двух подвздошных артерий в неодинаковых концентрациях. С другой стороны, краситель, введенный непосредственно в плечевую артерию, почти полностью смешивается, если судить об этом по анализу концентрации красителя в пробах крови, взятых ниже по течению одновременно из лучевой и локтевой артерий. В мелких венах кролика, где течение крови практически не пульсирует, удается наблюдать картины движения отдельных струек красителя, указывающие на наличие ламинарного режима. Правда, чтобы наблюдать такие картины, необходимо выполнение ряда правил, в частности раствор красителя следует вводить вдали от места наблюдения, чтобы не вызвать возмущений течения (присутствие в просвете мелкого сосуда иглы или зонда может оказаться мощным источником местных завихрений и перемешивания). Хотя течение крови в более крупных венах (в каудальной полой вене кролика, d ~ 0,34 см) нестационарно, здесь все же можно различить движение отдельных струек красителя. Эти струйки хорошо видны на рентгенограммах вен голени у человека (диаметр этих вен ~0,5 см). Однако анализ таких данных требует известной осторожности, так как заметное различие плотностей крови и раствора рентгеноконтрастного вещества может затруднять смешивание.
