Нормальный кровоток в артериях и венах

    Понять принципы, которые управляют кровотоком в артериальной и венозной системах.

    Распознавать схемы кровотока с высоким и низким сопротивлением.

    Чтобы понять значение измененных моделей сопротивления в артериях.

    Понять факторы, влияющие на венозный кровоток, и характеристики нормальных венозных сигналов.

    Распознавать формы венозных сигналов, которые не демонстрируют нормальный характер кровотока.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Профиль притупленной скорости

Кондуитный сосуд

Ламинарный кровоток

Параболический профиль скорости

Сосуды сопротивления

Трансмуральное давление

Статическое давление наполнения

ХАРАКТЕРИСТИКИ КРОВОТОКА В НОРМАЛЬНЫХ АРТЕРИЯХ

Текущая кровь подчиняется тем же принципам течения, что и все жидкости. Кровь движется по артериям в несколько слоев, что называется ламинарным потоком. Самый внешний слой крови, прилегающий к стенке сосуда, перемещается очень медленно из-за трения о саму стенку. Скорость последующих слоев увеличивается до тех пор, пока кровоток в центре сосуда не достигнет максимальной скорости (при условии, что сосуд относительно прямой и однородный по диаметру). Ламинарный поток — это наиболее энергоэффективный способ, с помощью которого кровь может течь по сосуду. Картина постепенного увеличения скорости от стенки сосуда к центру просвета описывается как параболический профиль скорости (рисунки 6-1 А и Б). Большинство артерий в организме несколько отклоняются от параболического профиля скорости из-за пульсирующего характера кровотока и относительно короткой длины сосудов. Это несоответствие приводит к более “сглаженному профилю скорости” или притупленному профилю скорости, при котором большая сердцевина центральных слоев протекает почти с одинаковой скоростью. Таким образом, такая схема кровотока известна как “пробковый поток” (рисунок 6-2).

РИСУНОК 6-1. (A) Профиль параболической скорости. (B) Трехмерный рисунок профиля параболической скорости.

РИСУНОК 6-2. (A) Сглаженный профиль скорости или пробковый поток. (B) 3D-рисунок пробкового потока. (C) Цветное изображение кровотока, демонстрирующее сглаженный профиль скорости. Обратите внимание на более темные оттенки красного у стенок сосуда, обозначающие более низкие скорости, и более яркие оттенки ближе к центру сосуда.

Поток через трубку (в данном случае сосуд) определяется количественно с помощью уравнения Пуазейля (рисунок 6-3), которое выражает объем жидкости (крови), поступающей пропорционально перепаду давления в трубке “p ₁-p₂” и радиусу “r” трубки в четвертой степени, а также обратно пропорционально вязкости “n” жидкости и длине трубки “L.” Для практических целей в организме человека кровеносные сосуды можно считать “короткими”. » трубы (в отличие, например, от 50-футовой трубы). Таким образом, различия в длине сосудов оказывают минимальное влияние на объем кровотока. То же самое можно сказать и о вязкости, поскольку температура тела и гематокрит у каждого человека относительно постоянны и не сильно различаются от человека к человеку.

РИСУНОК 6-3. Уравнение Пуазейля.

С точки зрения гемодинамики сосуды в организме делятся на одну из двух категорий. Кондуитные сосуды — это более крупные сосуды, которые несут кровь к месту назначения, а сосуды сопротивления обеспечивают микроциркуляцию в тканях. Сосуды сопротивления обладают способностью благодаря гормональной регуляции диаметра сосудов увеличивать или уменьшать сопротивление кровотоку в органе или ткани. Таким образом, характер кровотока в нормальных кондуитных сосудах имеет мало общего с самими сосудами, а вместо этого зависит от состояния расположенных ниже сосудов сопротивления. Таким образом, кровоток в нормальном сосудистом канале определяется давлением, создаваемым сердцем проксимальнее сосуда, и давлением / сопротивлением кровотоку в расположенных ниже по течению сосудах с сопротивлением. (Сила тяжести и гидростатическое давление также играют роль).

Эта зависимость давления представлена в уравнении Пуазейля как “р ₁-р₂”. Изменения либо в работе сердца (р₁), либо в сосудах сопротивления ниже по течению (р₂) влияют на характер кровотока в проводящем сосуде. Все сосуды, которые исследуются ультразвуковым методом, такие как сонные, бедренные, печеночные, почечные и брыжеечные артерии, являются функционирующими проводящими сосудами. При оценке кровотока в одном из этих сосудов с помощью доплеровского прибора важно знать закономерности кровотока, связанные как с нормальными, так и с ненормальными состояниями.

СИГНАЛЫ С НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Допплерографический образец, полученный внутри сосуда, такого как внутренняя сонная артерия или почечная артерия, имеет форму волны, указывающую на низкое сопротивление ниже по течению. Форма волны с низким сопротивлением демонстрирует прямой кровоток как в систолу, так и в диастолу (рисунок 6-4).

РИСУНОК 6-4. Форма волны с низким сопротивлением с прямым кровотоком как в систолу, так и в диастолу.

В нормальном состоянии микроциркуляция в большинстве органов с мягкими тканями должна поддерживать постоянное низкое сопротивление кровотоку, и, следовательно, артерии, питающие эти органы, всегда должны демонстрировать форму волны с низким сопротивлением. Снижение или отсутствие диастолического кровотока во внутренних сонных, почечных или печеночных артериях указывает либо на аномальное состояние органа, такое как инфаркт головного мозга, почечная недостаточность или цирроз печени, либо на механическую закупорку внутри самого сосуда. Дальнейшая допплерография сосуда и органа, по возможности, должна показать, какая из двух возможных этиологий является правильной.

ФОРМЫ СИГНАЛОВ С ВЫСОКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Допплерография, полученная в общей бедренной или подключичной артерии, дает форму волны, указывающую на высокое сопротивление ниже по течению в состоянии покоя. При форме волны с высоким сопротивлением диастолический кровоток невелик или отсутствует вовсе, потому что давление /сопротивление ниже по потоку (p₂) фактически выше диастолического давления проксимально (p₁). Кровь “проталкивается” вниз по артерии под действием градиента давления во время систолы, в результате чего образуется основной компонент прямого потока в форме волны. Поскольку систолическое давление снижается с началом диастолической фазы, прямой кровоток возвращается к нулю и фактически ненадолго меняется на противоположный, прежде чем достичь равновесия посредством серии небольших событий прямого и обратного кровотока, пока кровоток полностью не прекратится. Эти небольшие прямые и обратные явления происходят в результате эластичности или податливости стенки артерии. Прямой кровоток возобновляется со следующей систолической фазой, и последовательность повторяется. Этот тип сигнала с высоким сопротивлением называется трехфазным сигналом, поскольку обычно он содержит последовательность «вперед-назад-вперед» (рисунок 6-5).

РИСУНОК 6-5А. Трехфазная форма волны. Обратите внимание на большую составляющую прямого кровотока в систолу (стрелка на пике формы волны), фазу обратного кровотока (большая стрелка) и кратковременное возвращение к прямому кровотоку, за которым следует несколько небольших колебаний, а затем нулевой кровоток в этой бедренной артерии (маленькие стрелки). Фаза прямого кровотока была зафиксирована во время получения этого цветного изображения кровотока, в результате чего внутри сосуда появился красный цвет.

РИСУНОК 6-5B. Фаза обратного кровотока (стрелка на спектральной форме волны) была зафиксирована во время получения этого цветного изображения кровотока, в результате чего внутри сосуда появился синий цвет. При цветной визуализации кровотока в реальном времени последовательность красный-синий-красно-синий происходит очень быстро, а обратная фаза проявляется только как “вспышка” синего цвета.

ГОРМОНООПОСРЕДОВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЗИСТЕНТНОСТИ

Некоторые кондуитные артерии могут демонстрировать форму волны с высоким сопротивлением в состоянии покоя, но изменяться на форму волны с низким сопротивлением в результате некоторых физиологических изменений, затрагивающих ткани ниже по течению. Наиболее заметными являются артерии, которые снабжают скелетные мышцы или пищеварительный тракт.

Выполнение упражнений на конечности снижает давление / сопротивление ниже по течению (p₂), чтобы вызвать увеличение притока насыщенной кислородом крови к мышцам. Таким образом, допплерографическое исследование кровотока в магистральных артериях, проксимальных к скелетным мышцам (таких как подключичная артерия в руке или бедренная артерия в ноге), выявляет признаки снижения сопротивления ниже по течению в форме увеличения диастолического кровотока. После периода покоя давление/сопротивление (p₂) снова повышается до уровня состояния покоя, и доплеровская форма сигнала в проксимальных кондуитных артериях возвращается к характерному паттерну с высоким сопротивлением (Рисунки 6-6). Если допплерометрия сосудов показывает отсутствие этой физиологической реакции на физическую нагрузку, это опять же показатель наличия патологического процесса.

РИСУНОК 6-6A. Плечевая артерия в состоянии покоя демонстрирует характерную трехфазную форму волны с высоким сопротивлением.

РИСУНОК 6-6B. Плечевая артерия после 5 минут окклюзии манжетой. Увеличение диастолического кровотока происходит сразу после снятия манжеты.

Брыжеечные сосуды демонстрируют форму волны с высоким сопротивлением в состоянии перед приемом пищи (натощак). После приема пищи резистентность (p₂) снижается, тем самым обеспечивая усиленный приток крови к кишечнику для переваривания пищи. Форма волны высокого сопротивления с минимальным диастолическим кровотоком в верхней брыжеечной артерии во время голодания (покоя) показана на рисунке 6-7A. В состоянии после приема пищи диастолический кровоток в артерии резко увеличивается из-за физиологической реакции на принятую пищу (рисунок 6-7 Б).

РИСУНОК 6-7 А. Форма волны в верхней брыжеечной артерии, полученная натощак. Обратите внимание на форму волны с высоким сопротивлением при минимальном диастолическом кровотоке.

РИСУНОК 6-7 Б. После приема пищи диастолический кровоток в верхней брыжеечной артерии резко увеличивается из-за физиологического снижения давления p₂.

ДИАСТОЛИЧЕСКИЙ КРОВОТОК КАК ПРЕДИКТОР БОЛЕЗНЕННЫХ СОСТОЯНИЙ

Наличие или отсутствие заболевания в сосуде или в органе / тканях, снабжаемых сосудом, может быть с уверенностью предсказано УЗИ-исследователем при доскональном понимании артериальной гемодинамики. В артерии, в которой в состоянии покоя ожидается сигнал высокого сопротивления, увеличение диастолического кровотока наряду с другими связанными изменениями формы сигнала убедительно указывает на наличие атеросклеротического заболевания. Для почечной артерии, в которой обычно наблюдается состояние низкого сопротивления, наличие сигнала высокого сопротивления убедительно указывает на наличие стеноза почечной артерии или почечной недостаточности. Более подробно эти темы будут рассмотрены в главе 8.

КРОВОТОК В НОРМАЛЬНЫХ ВЕНАХ

Основная функция вен — возвращение деоксигенированной крови к сердцу (или, в случае легочных вен, насыщенной кислородом крови). Венозная система также играет важную роль в регуляции температуры тела и объема жидкости, а также действует как резервуар для хранения крови. Вены представляют собой складывающиеся трубки с эластичными стенками, которые часто существуют в организме в частично свернутом состоянии из-за относительно низкого давления внутри вен. Кровоток, как правило, в большей степени зависит от факторов, внешних по отношению к самим венам, из-за низкого внутрисосудистого давления. Нормальный венозный кровоток в беспрепятственной вене должен быть фазным (изменяющимся в зависимости от внутригрудного давления во время дыхания) (Рисунок 6-8).

РИСУНОК 6-8. Колебания внутригрудного давления во время дыхания вызывают фазность венозного кровотока.

Прямое или антеградное направление кровотока в венах поддерживается функцией венозных клапанов, которые при правильном функционировании не допускают обратного кровотока. Створки клапанов расположены внутри клапанных синусов в стенках вен (Рисунок 6-9).

РИСУНОК 6-9. Створки венозного клапана (B стрелки) и синус венозного клапана (A стрелка).

Венозное давление

Венозное давление складывается из остаточного внутрисосудистого давления, создаваемого перекачкой левого желудочка, гидростатического давления, создаваемого весом столба крови, и статического давления наполнения. Внутрисосудистое венозное давление, обусловленное насосной работой сердца, очень низкое, порядка 15 мм рт. ст.; и, кроме того, не наблюдается признаков пульсирующего кровотока, который присутствует в артериальной системе. (Действительно, пульсирующий венозный кровоток характерен для нескольких патологических состояний, таких как застойная сердечная недостаточность или артериовенозная фистула). Из-за низкого давления внутри сосуда вены не растягиваются полностью до цилиндрической формы, а часто находятся в частично спущенном состоянии, которое несколько меняется в зависимости от дыхания.

Незначительные изменения внутрисосудистого венозного давления могут вызвать значительные колебания венозного объема. На рисунке 6-10 показано поперечное изображение общей бедренной вены в частично спущенном состоянии. Повышенное внутригрудное давление, создаваемое маневром Вальсальвы, приводит к полному растяжению вены (рисунок 6-10 Б).

РИСУНОК 6-10. (А) Поперечное изображение общей бедренной вены в частично свернутом состоянии. (B) Полностью расширенная вена с повышенным внутригрудным давлением, созданным маневром Вальсальвы.

Как и в артериях, гидростатическое давление повышено в венах ниже сердца и снижено в венах выше расположения сердца, и это состояние возникает, когда тело находится в вертикальном положении. У человека ростом 6 футов, стоящего прямо, гидростатическое давление составляет примерно + 110 мм рт. ст., добавляемое к обоим артериальному и венозному давлениям на уровне лодыжек. Таким образом, баланс между артериальным и венозным давлением остается постоянным при различных положениях пациента.

Статическое давление наполнения вносит значительный вклад в венозное давление только тогда, когда увеличенный объем расширяет просвет до его полной круглой формы. Когда стенки вен полностью растянуты, любое дальнейшее увеличение объема крови приводит к быстрому повышению венозного давления в уже растянутой вене. Примером повышенного венозного давления из-за статического давления наполнения может служить человек с недостаточностью венозных клапанов, стоящий в вертикальном положении. Вены на ногах уже растянуты из-за гидростатического давления, достигаемого в положении стоя ; неисправные (негерметичные) клапаны проксимально вызывают обратный отток венозной крови в вены ног, значительно повышая давление.

Трансмуральное давление — это разница между внутрипросветным давлением и давлением тканей снаружи вены. Внутрипросветное давление способствует расширению вены, в то время как внешнее тканевое давление приводит к сжатию вены. Внешнее тканевое давление может проявляться в виде мягких тканей, мышечных сокращений или массы, оказывающей внешнее давление на вену (фактически, раздутый мочевой пузырь может оказывать достаточное давление, чтобы уменьшить кровоток в подвздошных венах), или при ручном сжатии конечности, выполняемом исследователем рукой или датчиком.

Внутрипросветное давление может повышаться или понижаться при дыхании, сокращении брюшной полости (Вальсальва), положении пациента / конечности, недостаточности венозного клапана или внутренней обструкции, такой как тромб. Более высокое внутригрудное давление можно наблюдать при выполнении маневра Вальсальвы, приводящего к кратковременному снижению или прекращению венозного оттока. Маневр Вальсальвы, выполняемый таким образом, может обратить вспять кровоток в венах, в которых клапан или клапаны функционируют неадекватно. Таким образом, маневр Вальсальвы используется в диагностике для оценки наличия венозной клапанной недостаточности (Рисунок 6-11).

РИСУНОК 6-11. Реверсирование кровотока в общей бедренной вене в ответ на маневр Вальсальвы. Начало операции Вальсальвы (стрелка А). Реверсирование кровотока через нефункционирующий клапан (клапаны) (стрелка B).