Координатор: акад. Багаев С. Н.

Исполнители: ИЛФ, ИТПМ, ИЦиГ СО РАН

Началом нового фундаментального направления в биомеханике кровообращения послужило открытие явления образования винтового потока крови в сердечно-сосудистой системе человека и животных. Экспериментально установлено существование вращательно-поступательного движения крови в предсердиях и желудочках сердца, в магистральных артериях и венах с разнонаправленным вращением крови в большом и малом кругах кровообращения.

Обнаружено, что такой вид движения биологических сред существует и в других транспортных системах организма, поскольку сердечно-сосудистая, пищеварительная, мочевыделительная и другие системы имеют общие морфофункциональные свойства. Универсальность установленного явления позволила на основе анализа структурно-функциональных связей транспортных систем живого организма расшифровать общий физический механизм винтового движения биологических сред. Основу этого механизма представляет активное взаимодействие стенок транспортных каналов со средой за счет волны скручивания, генерируемой спирально упакованными в них мышечными элементами. Это способствовало новому пониманию биомеханики кровообращения и, в частности, привело к идее “распределенного сердца” по ходу артерий. Поведение каждого участка магистрального сосуда аналогично деятельности желудочка сердца, поскольку имеются фазы спирального сокращения и расслабления мышечного слоя кровеносных сосудов. В такой системе деятельность артериальных магистралей автоматически синхронизована с работой сердца.

Рентгеноконтрастные клинико-экспериментальные исследования позволили оригинальным способом зарегистрировать структуру закрученного потока крови в сердце и магистральных сосудах. Оказалось, что в начальных отделах артериального кровеносного русла энергия вращательного движения приблизительно в два раза превышает поступательную. Показано, что такое превышение является целесообразным в живой транспортной системе и реализуется через свойство закрученного потока живой среды в каналах с конусоидальным сужением. Оно проявляется в существовании дополнительной силы тяги, обусловленной исключительно вращательной составляющей движения в винтовом потоке. Обнаруженный эффект универсальным образом проявляет себя в многочисленных воронкообразных камерах кровеносного русла. Показано, что это свойство определяет природу внутрисосудистого диастолического давления. Функциональная роль вращательной составляющей движения крови состоит в преодолении распределенного сопротивления, определяемого вязким трением, в протяженном сосудистом русле.

Выработанный подход в описании механизмов функционирования сердечно-сосудистой системы хорошо согласуется с результатами, полученными при изучении закономерностей ветвления кровеносных сосудов, которые были установлены как для магистральных артерий и вен, так и для звена микрогемоциркуляции.

Протяженное ветвящееся кровеносное русло устроено таким образом, что при его функционировании максимально исключается неравномерность силовой нагрузки на все его сосуды. В живой транспортной системе это достигается уравновешиванием сил и моментов сил при взаимодействии потоков крови со стенками каналов, а также стремлением минимизировать в них скачки как давления, так и его градиента. Была найдена закономерность ветвления магистральных кровеносных сосудов и получена однозначная математическая связь между диаметрами магистральных кровеносных сосудов, углами их ветвления и тремя парами вращательной и поступательной скоростей соответствующих закрученных потоков крови в окрестности узлов бифуркаций.

Иные законы движения крови действуют в звене микрогемоциркуляции, поскольку кровь в микрососудах движется равномерно и с малой скоростью, а вращательный компонент в них отсутствует. Для площадей поперечных сечений трех микрососудов, связанных одним узлом бифуркации, найдено не зависящее от углов ветвления простое соотношение. Из него следует, что квадрат площади поперечного сечения большего микрососуда равен сумме квадратов площадей поперечных сечений меньших.

С целью бесконтактного, неинвазивного изучения микроциркуляции и транскапиллярного обмена на живом объекте создана специальная прецизионная лазерная установка, позволяющая измерять малые скорости и перемещения с высоким разрешением, не имеющая аналогов в мире.

Исследованиями, проведенными на созданной установке, обнаружено неизвестное ранее явление образования акустического поля в просвете микрососудов — артериолах, капиллярах и венулах. Оно заключается в том, что при микроциркуляции в системе кровообращения возникают акустические колебания стенок микрососудов с амплитудой менее или порядка 1 мкм в диапазоне частот от нескольких десятков герц в капиллярах и до 3—4 кГц в артериолах и венулах. Обнаруженное явление обусловлено сократительной деятельностью мышечных элементов артериол и венул, от которых колебания передаются в капилляры. Эти факты демонстрируются на рисунке, где представлены спектральные плотности сигналов рассеяния от движущихся микрососудов.

Мгновенные спектры рассеяния, время записи 43 мс: 1 - венула, 2 - артериола, 3 - капилляр. Figure. Instant spectra of dispersion, time of record 43 mс: 1 - venula, 2 - artherioly, 3 - capillary.

Список основных публикаций

1. Bagayev S. N., Zakharov V. N., Orlov V. A. On a Universal Mechanism of Motion of Biological Media in Transport System of an Organism. Laser Physics, 2001. Vol. 11, № 11, p. 1228—1231.
2. Bagayev S. N., Zakharov V. N., Orlov V. A., Obraztsov Yu. D., Panov S. V., Fomin Yu. N. the phenomenon of formation of an acoustic field in the lumens of microvessels of the blood circulation system// 6^th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, APEIE — 2002, vol. 1, Novosibirsk 2002, p. 195—199.
3. Багаев С. Н., Захаров В. Н., Орлов В. А. Транспортная функция сердечно-сосудистой системы с позиций новых научных представлений// Материалы научной конференции “Проблемы экспериментальной, клинической и профилактической лимфологии”, Новосибирск, 12—13 ноября 2002, с. 41—46.

Оглавление

Далее