Реакция сердечно-сосудистой системы при вставании - динамика сердечно-сосудистой системы
Видео: Анализ состава тела и динамика кардиологических показателей атлетов-кроссфитеров
РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛА
Часть I
РЕАКЦИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ НА ВСТАВАНИЕ
Обычно сердечно-сосудистую систему людей и животных исследуют при горизонтальном положении тела. В этом положении гемодинамика наиболее стабильна, так как многие артерии и вены располагаются в этом случае примерно на уровне сердца. Когда человек встает, эти кровеносные сосуды ориентируются вертикально и длинные непрерывные столбы крови в них создают большое гидростатическое давление. При этом артериальное, капиллярное и венозное давление в нижних конечностях значительно увеличивается и системное кровообращение должно быстро приспособиться к изменившимся условиям. Если необходимые компенсаторные механизмы недостаточны или они включаются слишком медленно, вставание приводит к ортостатической гипотонии. В положении стоя у людей часто возникают обморочные состояния под влиянием стимулов, которые обычно фактически не влияют на лежащего человека. Учитывая, что большую часть своей жизни человек проводит в вертикальном положении, уместно рассмотреть механизмы регуляции сердечно-сосудистой системы именно в этом положении.
ИЗМЕРЕНИЕ ВЕНОЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
Для измерения устойчивых давлений необходимы лишь вертикальный столб жидкости в манометре и точная линейка. Нужно помнить, что даже наиболее сложные приборы для измерения давления требуют калибровки при помощи таких простых способов определения давления. Таким образом, жидкостный манометр является основным инструментом для регистрации давления.
Периферическое венозное давление
Венозное давление можно измерить при помощи иглы, присоединенной через трехходовый кран к вертикальному манометру. Из шприца в манометр быстро вводится стерильный физиологический раствор до уровня выше величины венозного давления (рис. 6.1,А). Затем кран поворачивается так, чтобы полость вертикальной трубки соединилась с полостью иглы. Физиологический раствор поступает в вену до тех пор, пока высота вертикального столба физиологического раствора не уравновешивается с венозным давлением в точке, где находится игла.
Другой прибор — флебоманометр Burch и Winsor [3] хорошо приспособлен к измерениям давления в больших и малых венах (рис. 6.1, Б). В этом аппарате маленькая игла прикрепляется к капилляру, соединенному через резиновую трубку с небольшой воздушной камерой, емкость которой можно изменять, повышая давление в системе.
РИС. 6.1. ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО ВЕНОЗНОГО ДАВЛЕНИЯ.
А. Венозное давление можно измерить вертикальным манометром, заполненным физиологическим раствором и присоединенным к игле, введенной в вену. Столб жидкости в вертикальной трубке спускается до тех пор, пока его давление не уравновешивается с венозным давлением в точке измерения.
Б. Флебоманометр Burch и Winsor [3] состоит из маленькой иглы, прикрепленной к стеклянному капилляру, частично заполненному стерильной
жидкостью. Остальная часть системы, кроме водяного манометра, заполняется воздухом. Манометр регистрирует давление в системе, регулируемое путем поворачивания винта на компрессорной камере до тех пор, пока жидкость в стеклянном капилляре не становится неподвижной. Тогда давление в водяном манометре показывает венозное давление (при учете поправки на величину капиллярного и гидростатического давления в игле и манометрической трубке).
Водяной манометр показывает давление воздуха внутри трубок. В капиллярную трубку натягивается стерильный физиологический раствор до тех пор, пока мениск не дойдет до стандартного уровня. Если венозное давление превышает давление внутри флебоманометра, то при введении в вену иглы мениск сместится дальше вдоль капилляра. Поднимая давление в системе, можно вернуть мениск к стандартному уровню, в этом случае давление в манометре станет равным венозному давлению. На «капиллярность» иглы и трубки должна быть сделана поправка ( = 20 мм вод. ст.). Более компактный вариант этого прибора описал Sodeman [4]. Введение чувствительных электронных систем слежения за давлением значительно облегчило измерение венозного давления и дало возможность регистрировать его непрерывно. В настоящее время промышленностью выпускается целый ряд датчиков, позволяющих проводить длительную регистрацию давлений в венах, больших и малых, фактически во всех частях тела. Сущность и эксплуатационные характеристики таких измерительных приборов описаны довольно подробно Fry [5] и Frank [6]. Способы катетеризации вен подробно описаны Thompson и McIntosh [7].
Значение венозного давления. Кровь в вены поступает из капилляров, а из вен притекает к сердцу. Таким образом, венозное давление оказывает значительное влияние на функцию и капилляров и сердца. На основании давления в мельчайших периферических венах можно судить
о минимальном давлении в капиллярах данной области, поскольку капиллярное давление должно превышать венозное. Эффективное давление в больших внутригрудных венах отражает диастолическое давление наполнения желудочков.
Давление в правом предсердии колеблется между величинами чуть-чуть выше или ниже атмосферного, а давление в экстраторакальных венах на 2—5 см вод. ст. выше.
РИС. 6.2. УРОВЕНЬ ОТСЧЕТА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВЕНОЗНОГО ДАВЛЕНИЯ.
А. Флебостатическая ось определяется как линия соединения между двумя плоскостями: средней фронтальной плоскостью и плоскостью, проходящей под прямым углом к ней, через место соединения IV ребра с грудиной. Флебостатическая ось проходит приблизительно на уровне середины камеры, правого предсердия.
Б. Флебостатический уровень используется как уровень отсчета нуля для венозных давлений, измеряемых в других местах тела, при различных положениях. Флебостатический уровень — горизонтальная плоскость, проходящая через флебостатическую ось.
Часто происходит довольно резкое снижение давления при прохождении вен через стенки грудной полости, где экстраваскулярное давление падает ниже атмосферного. У здорового человека в положении стоя ветви верхней полой вены спадаются от точки входа в грудную полость до уровня на несколько сантиметров выше уровня правого предсердия. Резкое падение давления указывает на наличие локального сужения в месте, где вены проходят через грудную мускулатуру или вблизи него. Во всяком случае, давление в венах рук в норме не отражает уровня диастолического давления в правом желудочке. Однако, если центральное венозное давление поднимается, например, при застойной недостаточности, различие между внутригрудным и внегрудным венозным давлением исчезает, и давление в плечевой вене становится надежным индикатором центрального венозного давления.
Флебостатический уровень. Чтобы получить сравнимые значения у различных людей или в какой-либо серии измерений, венозное давление часто измеряется на уровне правого предсердия. Для этой цели Burch и Winsor [3] описали стандартную линию (флебостатическая ось), которая проходит поперек грудной клетки между передней и задней поверхностями туловища на уровне четвертого межреберья на грудине (рис. 6.2, А). Флебостатический уровень— это горизонтальная плоскость на уровне флебостатической оси. Венозное давление в любом участке тела может быть измерено по высоте вертикального столба жидкости выше этой плоскости (рис. 6.2, Б).
Экстраваскулярное давление
Для измерения тканевого давления в различных участках обычно используются водяные манометры. Например, давление в коже, подкожной ткани и мышцах обычно регистрируется приборами, подобными флебоманометру (см. рис. 6.1,Б). Давление спинномозговой жидкости, как правило, измеряется простыми вертикальными манометрами такого типа, какой представлен на рис. 6.1, А.
РИС.
6.3. СРЕДНЕЕ АРТЕРИАЛЬНОЕ И ВЕНОЗНОЕ ДАВЛЕНИЕ У ЧЕЛОВЕКА В ПОЛОЖЕНИИ ЛЕЖА.
А. Среднее артериальное давление лишь слегка снижается от дуги аорты к артериальным ветвям, например в a. radialis. Этот градиент давления обусловливает кровоток через сосудистую систему.
Б. Венозное давление также очень постепенно снижается в направлении от периферии к сердцу. В маленьких венозных ветвях градиент давления значительно круче (по Ochsner et al. [18]).
ДАВЛЕНИЕ КРОВИ В СОСУДАХ ЧЕЛОВЕКА В ПОЛОЖЕНИИ ЛЕЖА
Когда продольная ось тела расположена горизонтально, длинные столбы крови располагаются примерно на уровне сердца. Среднее давление на всем протяжении системного артериального дерева довольно постоянно, за исключением небольшого градиента давления, связанного с потерей энергии за счет трения при прохождении крови через сосуды (рис. 6.3). Среднее артериальное давление снижается только на несколько мм рт. ст. Во время тока крови из аорты в артериальные ветви имеют размер, равный размеру лучевой артерии на запястье. Венозное давление также лишь слегка уменьшается между мельчайшими венозными веточками в конечностях и большими центральными венозными каналами. Ochsner и др. [8] измеряли давление в периферических венах различного диаметра в разных точках по всей поверхности тела- эти данные в виде схемы представлены на рис. 6.3, Б. Отметим, что давление в мельчайших периферических венах нижней конечности в среднем равно около 17 мм рт. ст. и что капиллярное давление превышает давление в соответствующих венах.
ДАВЛЕНИЕ, КОТОРОЕ ОКАЗЫВАЮТ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
РИС. 6.4. СУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ.
А. Давление столба жидкости зависит от ее специфической тяжести и вертикального расстояния от точки измерения до мениска.
Б. Эластическая трубка растягивается только, пока внутреннее давление превышает наружное. Эти два давления точно равны в спавшейся части трубки.
В. В вертикальном положении и артериальное и венозное давление на уровне голеностопного сустава увеличиваются примерно на 85 мм рт. ст. Если рука поднята выше головы, артериальное давление на уровне запястья равно примерно 40 мм рт. ст., а эффективное венозное давление немного выше сердца меньше нуля.
Давление неподвижного непрерывного столба жидкости в ригидной трубке определяется вертикальным расстоянием от точки измерения до его вершины (рис. 6.4). По мере удаления от вершины столба жидкости давление внутри трубки возрастает благодаря тяжести столба жидкости, расположенной выше каждой точки измерения. Строго говоря, мениск жидкости представляет поверхность раздела между жидкостью и атмосферой, так что общее давление равняется сумме гидростатического и атмосферного давлений. В данном обсуждении гидростатическое давление будет рассматриваться как производное удельного веса жидкости и вертикального расстояния от точки измерения до уровня мениска, на котором давление жидкости уравновешивается с давлением снаружи трубки.
Венозная система состоит из непрерывного ряда растяжимых трубок, при этом между венозной кровью и внешним окружением вен нет никакой непосредственной связи. Если в какой-нибудь точке вдоль вены давление внутри нее уравновешивается давлением окружающей ткани, сосуд на этом уровне спадается. Если тонкостенная трубка, не содержащая воздуха, располагается, как показано на рис. 6.4, Б, то жидкость из резервуара будет течь через трубку благодаря градиенту давления. Трубка спадается на уровне чуть выше уровня вытекания жидкости. Ниже этого уровня внутреннее давление превышает давление снаружи, и трубка растягивается гидростатическим давлением, которое постепенно увеличивается по направлению к расположенным ниже частям системы. Выше нулевого уровня давление внутри спавшейся трубки равно наружному. Свободно падающее тело, как известно, не имеет веса, потому что вся потенциальная энергия превращается в кинетическую (движение) или теряется на преодоление трения (в виде тепла). Поэтому, даже если имеется жидкость, текущая через спавшуюся часть трубки, боковое давление точно уравновешивается наружным давлением. Если здоровый человек принимает полулежачее положение, так что голова и туловище отклоняются примерно на 30—45° от горизонтальной плоскости, нижняя часть яремной вены растягивается, но в определенной точке вдоль ее хода вена спадается в связи с уравниванием венозного давления с тканевым. Эта точка представляет собой нулевой уровень эффективного венозного давления.
В положении стоя нулевой уровень эффективного венозного давления у человека располагается внутри грудной клетки (рис. 6.4, В). При наличии непрерывного столба крови, простирающегося от стопы до уровня сердца, давление в венах у голеностопного сустава должно быть около 85 мм рт. ст. (125 см вод. ст.). Что это примерно так для человека в состоянии покоя, показано экспериментально. Подобно этому и артериальное давление на уровне голеностопного сустава должно увеличиваться на такую же величину, т. е. оно будет равно приблизительно 175 мм рт. ст., если среднее артериальное давление на уровне сердца равно 90 мм рт. ст. (без учета небольшой потери энергии на трение при течении крови, отмеченной на рис. 6.3). Поскольку артериальное и венозное давление в нижних конечностях за счет гидростатического давления увеличивается на одну и ту же величину, траты энергии при циркуляции крови через сосуды в положении стоя ничуть не больше тех, которые имеются, когда то же сосудистое русло располагается горизонтально. Разность давлений между артериями и венами на уровне голеностопного сустава по существу такая же, как и на уровне сердца. Потеря энергии на трение вдоль трубки не увеличивается, если трубке придается U-образная форма. Например, на рис. 6.5 напорное давление для трубок А и Б одинаково и отток из каждой трубки по существу одинаков. Изгиб трубки в виде вертикальной петли не увеличивает сумму энергии, требуемой, чтобы продвинуть жидкость через трубку. Таким образом, вертикальное положение тела не требует увеличенной энергетической производительности сердца, но значительно увеличивает капиллярное давление в нижних частях тела.
