Биология | Қан тамырларымен қан қозғалысының физика математикалық заңдылықтар

Қанның форменді элементтері

Қанның қызыл түйіршіктері немесе эротроциттер – бұл ядросыз екі жақты ойыс пішінде қан жасушалары, оның диаметрі 7,5 мкм.
Қанның 1 мм3 көлемінде 5 млн эротроцит болады. Бір адамның эротроциттер мөлшері 3800 м2. Олардың негізгі қызметі - өкпеден ұлпаға оттегін өткізу болып табылады. Эротроциттер қызыл сүйек майында пайда болады. Олар 3-4 ай бойы тіршілік етеді. Көне эротроциттер көк бауырда ыдырайды. а) сау адамның эритроциттері; ә) ауру адамның гемоглобинінің эритроциттері. Америкалық ғалым Л.Полинг 1951 жылы үлкен жаңалық ашты. Медицинада “орақ пішінді клеткалық анемия” дейтін ауру белгілі. Бұл аурумен ауырған адамдардың қанындағы эритроциттер “орақ” пішінді болады. Аурудың аты осыған
А Ә байланысты аталған. Орақ пішінді эритроциттер оттекті тасымалдау қасиетінен айырылады немесе өте нашар тасиды. Л.Полинг осы аурумен ауыратын адамның клеткасы мен дені сау адамның клеткасының гемоглобиндерінің бірінші деңгейіндегі молекулалық құрылымын зерттеген. Ауру адамның гемоглобинінің құрамындағы амин¬қышқылдарының тізбегіндегі алтыншы орында тұрған “глутамин қышқылының” орнын “валин” басатынын анықтаған.
а) сау адамның гемоглобинінің тізбегі; ә) ауру адамның гемоглобинінің тізбегі.
Бұл аурудың себебі гемоглобин құрамындағы бір ғана аминқышқылының орын ауыстыруына байланысты екендігі осы тізбектен көрініп тұр. Сонымен қатар, Л.Полинг пептид молекула¬сының берік¬тігі оның құра¬мын¬дағы оттек пен азот атомдарының сутектік бай¬ланыспен байланысуына негізделген деген қорытынды жасады. Бұл еңбектері үшін Л.Полинг 1954 жылы Нобель сыйлығына ие болды.

Карл Лайнус Полинг
(1901 ж.т.)
Америкалық биофизик және биохимик. Белоктың екінші реттік құрылымы¬ның теориясын тұжырым¬дады. Нобель сыйлығының лауреаты.
Қанның ақ түйіршіктері немесе лейкоциттер – ядросы бар және белменді амеба тәрізді қозғалатын түссіз қан жасушалар. Қанның 1 мм3 көлемінде 6-8 мың лейкоциттердің алуан түрлі (лимфоциттер, моноциттер, базофилдер, эозикофилдер және нейтрофилдер) болады. Олар қызыл сүйек майында, лимфа түйіндерінде және көк бауырда пайда болады.Олардың тіршілік ету мерзімі – бірнеше күн. Лейкоциттердің қорғаныш және қалпына келтіру қызметі олардың қанда антиденелерді құрып, бактериялардың өзіне сіңіріп, жою қабілетіне байланысты. Қан тамырладың қабырғалары арқылы өтіп лейкоциттер қан ағымы арқылы организмнің ұлпа, жасушалар аралығына өте алады да дененің зақымданған жерлерінде жинала алады. Бұл жерде олар жиналған аяқтарымен организмдегі әр түрлі микроорганизмдерді, көне жасушаларды өзіне сіңіріп, жойып тұрады. Оларды жою барысында лейкоциттер өздеріде өліп кетеді.
Қанның пластинкалары немесе тромбоцит – ұсақ (2-5 мкм диаметрінде) ядросыз денешіктер 1 мм3 көлемінде 250-400 мың тромбоцит болады, олар қан ұю процесіне қатысады.
Қанның қызметі
1. асқорту – қан ұлпалар мен мүшелерге қоректік заттарды, суды, минералды тұздарды және витаминдерді тасымалдайды;
2. бөліп шығару – қан бөліп шығару мүшелері арқылы ыдырау өнімдері шығарады;
3. тыныс алу - өкпе мен ұлпалардыңарасында газ алмасу процесін қамтамасыз етеді;
4. регуляторлық - әр түрлі мүшелердің гуморальдық реттелуін аңықтайды, организмде гормондар мен басқа заттарды жеткізеді, олар мүшелердің қызметіне әсер етеді (күшейтеді немесе бесеңдетеді)
5. қорғаныш – қанның құрамында фагоцит қабілеті бар жасушалар болады және арнайы белоктар - антиденелер болады, олар ұлы организмдердің көбеюіне кедергі жасайды да олардың бөліп шығарады.
6. терморегуляторлық – қан организмнің тұрақты дене қызуын сақтайды.



Қан - қан айналым жүйесінің негізін құраушы болып табылады. Сондық-тан қан айналуға қатысады.

Қан айналу жүйесі – жүрек – тамыр жүйесінен тұрады, және ұлпаларға тұрақты түрде қан жеткізіп тұратындықтан метаболизм үрдісін сақтап отырады. Систола кезінде (жүректің жиырылуы) қан сол жақ қарыншадан аортаға түсіп, ары қарай үлкен артерияларға таралады. Бұл кездегі қанның біраз бөлігі тамырларды созуға кетеді, яғни потенциялық энергияға айналады Диастола кезінде ( жүректің босаңсуы) аорта қалқаншалары жабылады да қан ағзаны аралай отырып ( кинетикалық энергия есебінен) көк тамыр арқылы оң жақ қарыншаға құйылады Қан айналуының мұндай моделін бірінші рет 1733 жылы ауыл діндары Хейлс, ал 1899 жылы О. Франк ұсынған.
Үлкен қан айналым шеңбері – қанның сол жақ қарыншадан шығып, бүкіл мүшелерге таралып, оң жақ құлақшаға қайтып келу жолы.
Кіші қан айналым шеңбері – қанның оң жақ қарыншадан шығып, өкпе салатамыры мен қылтамырлары арқылы өтіп, сол жақ құлақшаға келу жолы.
О.Франктің ұсынған қан тамырлары жүйесінің моделі ірі қан тамырларындағы қысым мен қан ағысының көлемдік жылдамдығының арасындағы байланысты олардың созылмалылығын ескере отырып қарастыруға мүмкіндік береді. Модель жүрек циклдері кезіндегі үлкен қан тамырларындағы гемодинамикалық көрсеткіштердің уақыт бойынша өзгерістерін есептеуге мүмкіндік береді.Моделдеу ыңғайлы болу үшін жүйеде қан айналудың екі фазасын бөліп қарастырады «жүректің сол жақ қарыншасы –үлкен қан тамырлары – ұсақ қан тамырлары»
1Фаза – артериалық қалқаншаның ашылуынан жабылуына дейінгі кезеңдегі қанның жүректен аортаға ағуы.
2Фаза –аорталық қалқаншаның жабылуы кезіндегі қанның үлкен қан тамырларынан ұсақ қан тамырларына айдап шығарылуы. Бұл фаза кезінде үлкен қан тамырларының қабырғалары олардың серпімділігінің әсерінен қалпына келеді де қанды ұсақ қан тамырларына айдайды. Бұл уақытта сол жақ қарыншаға сол жақ жүрекшеден қан келеді.
Қан айналу жүйесінде қан қысымы мен жылдамдықтың таралуы. Аорта мен ірі артерияларда қысымның түсуі (түтіктің басы мен аяғындағы қысым айырымының орта мәні) айталықтай үлкен емес. Ал артериолдарда максималь қысым айырымы байқалады, себебі артериолдар жиынтығы үшін гидравликалық кедергінің мәні артады.
Қан тасымалдаушы жүйенің әртүрлі бөлігіндегі көлденең қима ауданына байланысты қан жылдамдығының мәндері де әр түрлі болады. Қай жерде көлденең қимасының жиынтық мәні үлкен болса, сол жерде қан ағысының жылдамдығы аз. Қан түтіктерінің ішінде аортаның көлденең қимасының ауданы ең кіші болғандықтан, онда қан ағысының жылдамдығы ең үлкен шамаға ие (50 см/сек шамасында). Ұсақ тамырларға көшкенде, олардың жиынтық көлденең қимасының ауданының мәні артады және үздіксіздік шартына байланысты, олардағы қан жылдамдығы кемиді. Мысалы, капиллярларда жылдамдық 0,05 см/сек шамасында. Ал венада оның көлденең қимасының жиынтық ауданы азаятындықтан жылдамдығы артады.
Адам денесіндегі қан айналым процессі диаметрі әртүрлі болып келген цилиндр формалы тамыр жолдары арқылы іске асырылуы, ішкі үйкеліс құбылыстарының медицинада да маңызды орын алатындығын көрсетеді. Сау адам қанының тұтқырлығы 4-5 аралығында, ағзадағы патологиялық өзгерістер кезінде 1,5-3 және 6-22,9 мәндер аралығында өзгеріп отырады. Мұндай жағдайда эритроциттердің тұнбаға түсу жылдамдығы өзгереді. Зертханада қанның тұтқырлығын зерттеу кезінде медициналық вискозиметр қолданылады.


Қан қозғалысы.
Қаның ламинарлы ағысы кезінде үздіксіздік теңдеуі орындалады: қан ағып өтетін бөліктің көлденең қимасының ауданының қанның жылдамдығына көбейтіндісі тұрақты шама.
S * v = const.
Қан тамыралары арқылы қан ағысының физикалық заңдылықтарын қарастырғанда, қан тамырлар жүйесінің кез-келген жеріндегі қанның көлемдік жылдамдығы тұрақты шама:
Q = const.
Көптеген дәрілік Адамның денсаулығының деңгейі ағзада болып жатқан физико-химиялық, физиологиялық үрдістермен анықталады,ол үрдістерге температура, қысым, қанның құрамы және т.б. жатады. Препа-раттардың әсері реологиялық (тұтқырлық) өзгерісі мен гемодинамикалық (қан қысымы) қанның параметрлерін өзгеруіне бағытталған. Ағзада дәрілік заттардың таралуында қан негізгі роль атқарады. Қан ньютондық емес сұйықтыққа жатады, себебі ол құрылымдық полимерлі түзілістерден тұратын қан жасушасы мен ақуыздардан тұрады. Сау адам қанының тұтқырлығы 4-5 аралығында, ағзадағы патологиялық өзгерістер кезінде 1,5-3 және 6-22,9 мәндер аралығында өзгеріп отырады. Мұндай жағдайда эритроциттердің тұнбаға түсу жылдамдығы өзгереді. Ерлер үшін қанның тұтқырлығы 4,3-5,3; ал әйелдер үшін 3,9-4,9. Қанның тұтқырлығы температураға да байланысты.
Капиллярлы түтік бойымен ағатын ағыстың екі түрі бар: ламинарлы және турбулентті. Ламинарлы ағыс үшін Бернулли және Пуазейль теңдеулері орындалады. Бернулли теңдеуі:
p+((ρv²)∕2)+ ρgh =const
Пуазейль формуласы: түтік бойымен бірлік уақыт ішінде ағып өтетін қанның мөлшері неғұрлым тұтқырлығы аз және түтіктің радиусы үлкен болған сайын, соғұрлым көбейеді.
Q=π ((p1-ρ2 )/(2ℓŋ))∫(R²-r²)rdr = (πR /8ŋ)* ((p1-ρ2 )/(ℓ)
Тұтқыр сұйықтардың ағыс жылдамдығы қысымның біртекті емес болуынан артады, сол себептен қозғалыс құйынды немесе турбулентті деп аталады. Турбулентті ағыста әрбір бөлшектің жылдамдығы немесе сұйықтың ағысы үздіксіз және бей-берекет өзгереді де қозғалыс стационарлы емес. Түтікте сұйықтың ағысы сұйықтықтың қасиеттерін, оның ағысының жылдамдығын, тітіктің өлшемдері және Рейнольдс санымен анықталады:
Re =pvD/ŋ
p- сұйықтықтың тығыздығы; v- түтік қимасындағы сұйықтықтың жылдамдығы; D – түтіктің диаметрі. Егер Рейнольдс саны критикалық мәнінен ( Re >Re ) көп болса, онда қозғалыс турбулентті болады. Мысалы, цилиндрлі түтік үшін: Re ≈ 2300.
Тамырлар бойында қанның ағысы ламинарлы болады, бірақ кейбір жағдайларда турбулентті күйге өтеді. Мысалы, ірі қан тамырларында қанның жылдамдығының артуынан (бұлшықетпен қарқынды жұмыс жасағанда) немесе қанның тұтқырлығы төмендегенде құйынды ағыс пайда болады.
Температура төмендегенде тұтқырлық артады. Қанның 370- дан 100-қа суынуы асимптоталық тұтқырлықтан екі есе өсуіне алып келеді. Бұл тәуелділік сызықты емес және мына формуламен анықталады:

η = αlE/RT,
α -пропорционалдық коэффицент, R-газ тұрақтысы, T-абсолюттік температура, E -активация энергиясы.
Қанның тұтқырлығы гематокритке тәуелділігі экспоненциалды байланыста, мына формуламен анықталады:
η = 粑
η0 - плазманың тұтқырлығы; c — гематокрит (салыстырмалы бірлікте сыйымдылық).

Қанның минуттық көлемі - жүректен аортаға 1 минут ішінде айдалатын қан көлемін айтады. Сол қарыншаның жиырылуы кезіндегі аортаға лақтыратын қан көлемін “соққылық көлем” немесе “систолдық көлем” деп атайды.
Сол қарыншадан аортаға қандай мөлшерде қан айдалса, оң жақ қарыншадан артерияға да сондай мөлшерде қан айдалады. Аздаған ауытқудың өзі қан айналу жүйесінің жұмысының өзгеріске ұшырауына әкеліп соғады.

Реографияның физикалық негізі

Реография – жалпы және аймақтық қан айналуды зерттеу әдісі. Бұл әдіс адам денесі арқылы пульстық толқын өткенде, жасушалардың электр кедергілерінің өзгерісін график түрінде тіркеуге негізделген.
Реография әдісі мүшелер мен ұлпалардың толық қан айналым жүйесінің жұмыс жасауын бағалайды.
Соңғы кезде компьютерлік реографтар кең түрде қолданылуда. Компьютердің мониторында сандармен берілген реограмма мен электродтардағы базалық кедергілерін тіркеуі көрсетіледі.
Интегралдық реография - жүректің систолдық, минуттық көлемі анықталады. Бүкіл дене үшін немес белгілі бір аймақтардағы базалық импеданс өлшенеді. Аймақтық импедансты анықтауда зертелінетін жерлерге электродтар қойылады. Хоффер әдісі (1970) қолданылады.


Оның тұжырымы бойынша интегралдық импеданс пен ағзадағы судың арасында сызықты байланыс бар, ол келесі формуламен өрнектеледі:
B=0.4(H²)/(Z²)+14
В—ағзадағы сұйық көлемі, (л); Н—адам бойының биіктігі, (см); Z—дене импедансы, (Ом). Интегралдық реография қанның соққылық көлемін анықтау үшін де пайдаланылады. Базалық импеданс пен пульстық өзгеруі және қан көлемі арасында байланыс бар. Осы байланысқа негізделіп Кедров дененің интегралдық реограммасы арқылы қанның соққылық көлемі есептеу формуласын ұсынды:
V= (∆R/R)*P
∆V—қанның соққылық шашыруы, (мл); ∆R—систола кезіндегі электр кедергісінің өзгерісі, (Ом); R—реограф генераторы тудыратын жоғарғы жиілікті тоққа дененің базалық кедергісі, (Ом); Р — дене массасы, (г).

Реографиялардың медицинада қолданылатын түрлері.
Реоэнцефалография - бас миы тамырларының жағдайын сипаттайды. Реоэнцелография (РЭГ) мидың ішкі қан айналым жүйесінде қолданылады (бас тамырларының жағдайын сипаттайды). РЭГ атреосклероздан пайда болған өзгерістерді, гипертониялық ауруларды, бас сүйегінің көк тамыр-лардағы қан айналым өзгерістерін анықтайды.


Реофазаграфия - (РВГ) көк тамыр жүйесін, тамырлардың тонус жағдайын бағалауға, шеткі қан айналымының интенсивтілігін зерттеу үшін қолданылады. Аяқ бөліктері (балтыр, табан, бақайлар, т.б.), иық, алақан, қол саусақтары дене бөліктеріндегі қан айналудағы ауытқуларды көрсетеді.
РЭГ зерттеуін жүргізгенде токтың оптималды жиілігі 80-150 кГц-болып табылады. Жиіліктің осы мәндерінде биологиялық объектіні терең түрде сканерлеуге (түсіруге) мүмкіндік береді.

Реопульмонографиялық- өкпедегі қан алмасуды бағалайды: өкпе артерия-сының реографиясы, қосымша әдістер арқылы өкпенің артериялды қысымын анықтау.

Реогепатография - бауырдың оң және сол бөліктерінің қанға толуын бағалау.

Жалпы реография медицинаның көптеген салаларында үлкен қолданыс табуда. Мысалы, хирургияда қан тамырларының қан өткізу қабылетін; терапияда систолдық көлемді, қанның минуттық көлемін және басқа да көрсеткіштерді анықтауда пайдаланылады.

Сұйықтықтардың тұтқырлығы тәжірибе жүзінде анықтауға арналған әдістер жиынтығын вискозиметрия деп, ал оған қажетті құралды вискозиметр деп атайды. Ұсынып отырған Оствальдтың капиллярлық вискозиметрі қолданылады. Вискозиметрдің бір ұшы капиллярлық түтік болып табылады. ....