×
11.02.2020
220.018.016a

Результат интеллектуальной деятельности: Представление капилляра с движущимся по нему эритроцитами в виде насоса, аналогом которого является поршневой насос.

Вид РИД

Произведениe науки

Код транзакции депонирования в блокчейн Ethereum: 0xf6682a8c4aa29a67efa5fb624f671cc0e3e3941568996c95cd94c277131d56cc
Описание произведения: В статье рассмотрен вопрос представления капилляра с движу-щимся по нему эритроцитами в виде насоса, аналогом которого явля-ется поршневой насос. Для нормальной физиологии капилляр (цилиндр насоса) имеет переменный диаметр по длине, расширяясь от входного диаметра равного 4 мкм до выходного, равного 8 мкм, что соответствует сред-нему диаметру эритроцита равного 8 мкм. Закономерность изменения конусности капилляра предположительно соответствует экспоненте, поэтому основное увеличение диаметра капилляра происходит на вы-ходе. За счет малого входного диаметра капилляра эритроцит на входе деформируется, при последующем движении эритроциты профили-руют диаметр капилляра, увеличивая диаметр до нормальных сред-них размеров (8 мкм) на выходе. Не смотря на понижение движущего артериального давления, увеличение диаметра эритроцита к выходу из капилляра создает увеличение движущей силы, действующей на эритроциты. Этот процесс приводит к микро-ускорению каждого сле-дующего эритроцита по отношению к предыдущему и, соответственно, к микроразрежению в межэритроцитном пространстве, увеличиваю-щему перепад давления между внутрикапиллярным и интерстициаль-ным давлением. Увеличение перепада давления способствует перехо-ду части межклеточной жидкости внутрь капилляра, что усиливает процесс реабсорбции на венозном конце капилляра, дополняя транскапиллярный обмен по Старлингу.
Ключевые слова: капилляр, эритроцит, эритроцитный насос, движущая сила, ускорение движения эритроцитов, увеличение перепада давления, дополнитель-ная гидромеханическая составляющая, транскапиллярный обмен, ре-абсорбция
Основные результаты научного произведения:
На основании изложенного, каждый капилляр системного круга с дви-жущимися внутри эритроцитами, для условий нормальной физиологии, представляет эритроцитный насос, его аналогом является поршневой насос. Эритроцитный насос перемещает кровь по капилляру с одновре-менным отводом части плазмы на АКК в интерстицияльное простран-ство и возвратом части межклеточной жидкости внутрь капилляра на ВКК, содействуя транскапиллярному обмену.						
Эритроцитный насос представляет бесконечный однонаправленный  поток эритроцитов (поршней) под действием артериального давления по капилляру (цилиндру), представляющему гибкую, конусообразную, перфорированную, произвольно ориентированную в пространстве трубку. Эластичные эритроциты-поршни деформируются на входе в капилляр и по мере продвижения по капилляру возвращается к первоначальным размерам и форме. За счет раскрытия конусности капилляра на ВКК сила действующая на активную площадь движущихся эритроцитов растет, не смотря на понижение движущего артериального внутрикапиллярного давления. Увеличение действующей на эритроциты силы, согласно второму закону Ньютона, приводит к местному микро-ускорению движения каждого следующего эритроцита по отношению к предыдущему. Соответственно создается микропонижение давления в межэритроцитном пространстве, что увеличивает перепад давления между внутрикапиллярным и интерстициальным пространством, направленный на создание дополнительных условий для перемещения межклеточной жидкости внутрь капилляра.			Рассмотренный выше эффект дополнительной реабсорбции на ВКК ранее не был известен и не учитывался при транскапиллярном обмене по Старлингу. Его учет усиливает сумму составляющих реабсорбции на ВКК.		
На АКК за счет перепада давления между внутрикапиллярным и ин-тестициальным пространством совершается прямая фильтрация, пред-ставляющая собой гидромеханическую составляющую. Такого гидро-механического процесса для уравнивания числа активно действующих рабсорбционных составляющих на ВКК в системе сил, обеспечивающих транскапиллярный обмен по Старлингу,  ранее не было. Работа эритро-цитного  насоса за  счет создания микроразрежения на ВКК является процессом генерирующем симметричную с АКК гидромеханическую составляющую, которая представляет собой обратную фильтрацию.							Следующим шагом развития идеи эрит-роцитного насоса является доведение эффекта реабсорбции за счет увеличения диаметра капилляра к выходу до расчетных формул на основе эксперимента и последующего учёта эффекта реабсорбции при анализе транскапиллярного обмена по Старлингу
Перспективные направления применения для дальнейших исследований и разработок: Следующим шагом развития идеи эритроцитного насоса является доведение эффекта реабсорбции за счет увеличения диаметра капилляра к выходу до расчетных формул на основе эксперимента и последующего учёта эффекта реабсорбции при анализе транскапиллярного обмена по Старлингу.
Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в РФ: Живые системы, Энергетика и энергосбережение
Перемещению крови по капиллярам в литературе уделяется большое внимание. Однако, продолжает оставаться актуальным недостаточно изученный вопрос выполнения капиллярами насосной функции, ко-торому посвящена предлагаемая статья. Для решения вопроса приняты усредненные характеристики капилляров системного круга и нормальная физиология. Перемещение крови по капиллярам осуществляется с помощью эритроцитного насоса. Понятие эритроцитного насоса включает ти-повой капилляр системного круга кровообращения, по которому под действием артериального внутрикапиллярного давления в условиях нормальной физиологии нерегулярно движутся эритроциты, пере-мещающие по капилляру кровь заключённую в межэритроцитных пространствах. Одновременно, часть плазмы из капилляра путем прямой фильтрации в объеме 0,05% [1] выходит в межклеточное пространство на артериальном конце капилляра (АКК) и путём ре-абсорбции на венозном конце капилляра (ВКК) межклеточная жид-кость возвращается внутрь капилляра из интерстициального про-странства. Капилляр представляет перфорированную трубку конус-ной формы с раскрытием к выходу. Эритроциты движутся по капил-лярам с уплотнением пары капилляр-эритроцит, исключающей пере-текание крови из каждого текущего межэритроцитного пространства в предыдущее. Типовой капилляр системного круга имеет следующие средние параметры [1] длину 750 мкм, диаметр входа 4 мкм, диаметр выхода 8мкм. Эритроцит имеет средний диаметр 8 мкм. При входе в капил-ляр эритроцит деформируется и после входа в капилляр имеет фор-му пули направленной тупым концом вперед. При движении по ка-пилляру эритроцит постепенно возвращается к первоначальным размерам и форме в виде двояковогнутого диска. Около середины длины капилляра форма эритроцита принимает вид близкий к полу-сфере (рисунок). Рисунок Принципиальная схема эритроцитного насоса. В предположении, что конусность капилляра имеет вид экспоненты, изменением диаметра на АКК, в связи с его малым значением, пренебре-гаем. Основное изменение диаметра происходит на ВКК. При движении по капилляру активная площадь эритроцита (площадь по которой определя-ется движущая сила) увеличивается от входа в капилляр к выходу, соглас-но расчета в четыре раза, при диаметре входа в капилляр равном 4 мкм и выхода 8 мкм. Изложенные выше исходные данные позволяют уточнить понятие эритроцитного насоса. Эритроцитный насос-это типовой капилляр системного круга кровообращения, по которому под действием артериального внутрикапиллярного давления нерегулярно, бесконечным потоком движутся эритроциты, перемещающие по капилляру кровь. за-ключенную в межэритроцитных пространствах. Одновременно часть плазмы крови из капилляра путём прямой фильтрации выходит в межкле-точное пространство на АКК и путем реабсорбции на ВКК часть межкле-точной жидкости возвращается внутрь капилляра из интерстициального пространства. Таким образом, бесконечный поток эритроцитов по капилляру подобен поршневому насосу, у которого ци-линдром, формирующим рабочий объем, является гибкий, перфорирован-ный, произвольно ориентированный в пространстве капилляр. Поршнем, или вытеснителем насоса, являются эластичные эритроциты, движущиеся по капилляру бесконечным потоком и изменяющие свою форму от мини-мального входного в капилляр диаметра до величины нормальных сред-них размеров и формы эритроцита на выходе из капилляра. Рабочими объемами, перемещаемыми эритроцитами, являются объемы крови заклю-чённые в межэритроцитных пространствах. Работа эритроцитного насоса совместно с диффузией, осмотическим и гидроста-тическим давлениями реализует транскапиллярный обмен по Старлингу [1,2,3]. Практическое применение закона Старлинга встречает трудности, среди которых отсутствие точных данных по давлению в межклеточном пространстве. Этот вопрос является дискуссионным из-за сложности по-становки эксперимента по замеру межклеточного давления. Однако, в настоящее время существует тенденция, склоняющая общее мнение к тому, что межклеточное давление является отрицательной величиной для сохра-нения формы и компактности внутренних органов. Следует также отме-тить, что межклеточное давление является переменной величеной. Практическое использование транскапиллярного обмена по Стар-лингу показывает преобладание процесса фильтрации на АКК над процес-сом реабсорбции на ВКК. Считается, что это преобладание компенсирует-ся работой лимфатической системы [1].Существуют и другие варианты объяснений [2]. Однако, в списке сил участвующих в процессе транскапил-лярного обмена на АКК есть гидромеханическая составляющая, работаю-щая на разности давлений между внутрикапиллярным и интерстициаль-ным пространством. А на ВКК гидромеханическая составляющая анало-гичной природы отсутствует, что нарушает симметрию сил действующих на АКК и ВКК и, соответственно, их баланс. Необходимо так же иметь в виду, что выход плазмы из капилляра на АКК проще возврата межкле-точной жидкости внутрь капилляра на ВКК, т.к. межклеточное давление имеет отрицательное значение. Таким образом, транскапил-лярный обмен по Старлингу нуждается в дополнении в части уточнения действующих сил. Это заключение можно подкрепить мнением Р. Рашме-ра, который относительно транскапиллярного обмена по Старлингу, ска-зал, что это скорее исключение, чем правило[4]. Возвращаясь к анатомии эритроцитного насоса констатируем сле-дующее. При понижении движущего артериального внутрикапиллярного давления по мере продвижения эритроцитов по капилляру должно проис-ходить снижение движущей силы, представляющей произведение текущего артериального внутрикапиллярного давления на активную площадь эрит-роцита. Следовательно скорость движения эритроцитов по капилляру должна уменьшаться. Однако, выполненные расчеты показывают, что си-ла, действующая на эритроциты на ВКК к выходу из капилляра, увеличи-вается за счет роста активной площади эритроцита. Как было сказано выше, активная площадь эритроцита на выходе из капилляра, по сравне-нию с площадью входа в капилляр, увеличивается в четыре раза. В этих условиях эритроциты на ВКК движутся с микро ускорением. Для его определения задаем конусность капилляра. По этим данным выполнен расчет значений сил действующих на эритроциты на ВКК, как произведе-ние понижающегося артериального внутри капиллярного давления на ак-тивную площадь эритроцита. В расчете принято, что эритроциты движут-ся по капилляру с регулярными интервалами, так что массы крови заклю-чённой в межэритроцитных пространствах равны. Суммарные массы эритроцита и крови, находящейся в капилляре между смежными эритро-цитами, на ВКК, также равны. На основании вышеизложенных исходных данных, расчетом по второму закону Ньютона определено ускорение дви-жения каждого эритроцита на ВКК, при известном увеличении движущей силы и известной постоянной суммарной массе эритроцита и объема крови находящегося в межэритроцитном пространстве. Выполненные расчеты показывают, что на ВКК каждый следующий эритроцит вместе с объёмом крови в межэритроцитном пространстве движется с микроускорением, возрастающим к выходу из капилляра. Ускорение каждого следующего эритроцита, по отношению к предыдущему, создает местное микроразряжение между двумя соседними эритроцитами, способствующее перемещению межклеточной жидкости внутрь капилляра на ВКК. Этот процесс дополняет реабсорбцию (обрат-ное всасывание) по Старлингу. Полученный результат дополняет транскапиллярный обмен по Старлингу в явном виде, способствуя процессу реабсорбции. За счет до-полнительной разности давлений между смежными эритроцитами и меж-клеточным пространством происходит перемещение микрообъема межкле-точной жидкости внутрь капилляра или обратная фильтрация. Этот про-цесс представляет гидромеханическую составляющую транскапиллярного обмена на ВКК. Выводы На основании изложенного, каждый капилляр системного круга с движущимися внутри эритроцитами, для условий нормальной физиоло-гии, представляет эритроцитный насос, его аналогом является поршне-вой насос. Эритроцитный насос перемещает кровь по капилляру с одно-временным отводом части плазмы на АКК в интерстицияльное про-странство и возвратом части межклеточной жидкости внутрь капилляра на ВКК, содействуя транскапиллярному обмену. Эритроцитный насос представляет бесконечный однонаправленный поток эритроцитов (поршней) под действием артериального давления по капилляру (цилиндру), представляющему гибкую, конусообразную, перфорированную, произвольно ориентированную в пространстве трубку. Эластичные эритроциты-поршни деформируются на входе в ка-пилляр и по мере продвижения по капилляру возвращается к первона-чальным размерам и форме. За счет раскрытия конусности капилляра на ВКК сила действующая на активную площадь движущихся эритро-цитов растет, не смотря на понижение движущего артериального внут-рикапиллярного давления. Увеличение действующей на эритроциты си-лы, согласно второму закону Ньютона, приводит к местному микро-ускорению движения каждого следующего эритроцита по отношению к предыдущему. Соответственно создается микропонижение давления в межэритроцитном пространстве, что увеличивает перепад давления между внутрикапиллярным и интерстициальным пространством, направленный на создание дополнительных условий для перемещения межклеточной жидкости внутрь капилляра. Рассмотрен-ный выше эффект дополнительной реабсорбции на ВКК ранее не был известен и не учитывался при транскапиллярном обмене по Старлингу. Его учет усиливает сумму составляющих реабсорбции на ВКК. На АКК за счет перепада давления между внутрикапиллярным и ин-тестициальным пространством совершается прямая фильтрация, пред-ставляющая собой гидромеханическую составляющую. Такого гидро-механического процесса для уравнивания числа активно действующих рабсорбционных составляющих на ВКК в системе сил, обеспечивающих транскапиллярный обмен по Старлингу, ранее не было. Работа эритро-цитного насоса за счет создания микроразрежения на ВКК является процессом генерирующем симметричную с АКК гидромеханическую составляющую, которая представляет собой обратную фильтрацию. Следующим шагом развития идеи эрит-роцитного насоса является доведение эффекта реабсорбции за счет уве-личения диаметра капилляра к выходу до расчетных формул на основе эксперимента и последующего учёта эффекта реабсорбции при анализе транскапиллярного обмена по Старлингу.
Содержательная часть РИД:
Хеш-код депонирования: 90ab8d05d97e5db9aca29392fabf8a3512f91d2364a2c3c536fe8e36551ddb63
Источник поступления информации: Портал edrid.ru

Показаны записи 1-2 из 2.
20.03.2020
№220.018.0e07

Гидромеханическая модель движения крови в одном капилляре системного круга.

Предложено рассматривать движение эритроцитов по капилляру подобно работе поршневого насоса. Предлагаемый эритроцитный насос перемеща-ет кровь по капилляру за счёт артериального давления, нагнетая часть плазмы из капилляра в межклеточное пространство на артериальном кон-це и откачивая метаболиты...
Тип: Произведениe науки
02.05.2023
№223.018.52b7

Энергетика кровообращения

Книга представляет собой научное издание, посвященное проблемам энергетического баланса кровообращения как совокупности энергетических затрат на перемещение крови по сердечно-сосудистой системе.
Тип: Произведениe науки
Показаны записи 1-1 из 1.
20.03.2020
№220.018.0e07

Гидромеханическая модель движения крови в одном капилляре системного круга.

Предложено рассматривать движение эритроцитов по капилляру подобно работе поршневого насоса. Предлагаемый эритроцитный насос перемеща-ет кровь по капилляру за счёт артериального давления, нагнетая часть плазмы из капилляра в межклеточное пространство на артериальном кон-це и откачивая метаболиты...
Тип: Произведениe науки
+ добавить свой РИД