Basic phenomena and laws in structural-functional organisation of heart-vessels

   Investigations are aimed at studying the blood circulation biomechanics, the physical mechanisms of the cardiovascular system transport function, and regularities of branching and dichotomic division and merging of blood flows at the level of bifurcations of large arterial blood vessels and microvessels.
   An analysis of created protacrylic casts of the heart and blood vessel cavities has revealed new anatomical peculiarities: funnel-shapedness of the configuration of heart and vessel chambers, tangentiality of atrial orifices and ventricular apertures, and tangentiality of branching of arterial blood vessels at the level of bifurcations.
   An original method of X-ray contrast cineangiocardiography has been developed. It has allowed, for the first time at the system level, to visualize the helical character of blood motion in the heart atriums and ventricles, arteries, and veins. In hydrodynamic investigations of the blood circulation system, the physical laws of conservation with a local dynamic approach for funnel-shaped canals were used.
   The performed fundamental investigations of the structural-functional organization of the cardiovascular system have allowed the authors to make a number of scientific discoveries. Briefly, their essence is in the following: The phenomenon of formation of a helical blood flow in the cardiovascular system shows new anatomical-functional principles in the greater and lesser circulations; The universal phenomenon of formation of a twisted flow of biological media in the canals of transport systems reveals the general physical mechanism in the organization and sustaining of a helical blood
flow in the transport function of the cardiovascular system. This helical flow is created by a twisting wave excited in the channel walls by contraction of spirally oriented muscle and elastic elements; The property of a twisted liquid flow is to create a tractive force in funnel-shaped canals of variable circular section, and discloses the nature of arterial diastolic pressure due to the energy of rotational motion of a helical blood flow. Diastolic pressure is used to overcome the vascular resistance; The law of hemodynamics in arteries reveals a mathematical relation between the dynamic and kinematic characteristics of the helical blood flow; The law of branching of large arterial blood vessels establishes an unambiguous mathematical relation between the morphometric parameters of blood vessels, and the kinematic and dynamic parameters of the helical flow at the level of bifurcations of arteries and veins; The law of branching of blood microvessels reveals an unambiguous mathematical relation between the morphometric parameters of blood microvessels, the kinematic and dynamic parameters of the Poiseuille flow of blood in arterioles, capillaries, and venules. On the basis of the scientific discoveries, a new direction has been created. It makes it possible to develop new technologies of diagnostics, treatment, and prophylaxis in medical practice.

1. Фолков Б. Ю. Кровообращение / Б. Ю. Фолков, Э. Нил; Пер. с англ. – М.: Медицина, 1976.

2. Педли Т. Гидродинамика крупных кровеносных сосудов / Т. Педли; Пер. с англ. – М.: Мир, 1983.

3. Roux W. Uber die Verzweigungen der Blutgefase. Eine morphologische Studie // Z. Naturwissenschaft. 1878. Bd.12. P. 205–266.

4. Murray C. D. The Physiological principle of minimum work applied to the angle of branching of arteries // J. Gen. Physiol. 1926. Vol. 9, N 6. P. 835–841.

5. Zarharov V. N. New principles of circulation mechanics // Eur. J. Cardiac Interventions. 1995. Vol. 4, N 1. P. 3–13.

6. Zakharov V. N., Chermachentsev V. M., Paryguin A. A. et al. Universal phenomenon of helical motion of the media in the transport canals of the living organism // Cardiovascular Engin. 1998. Vol. 3, N 3/4. P. 185–188.

7. Bagayev S. N., Zakharov V. N., Orlov V. A. On the Rationality of Helical Blood Flow // Russ. J. Biomech. 2002. Vol. 6, N 4. P. 29–48.

8. Bagayev S. N., Zakharov V. N., Orlov V. A. Laws of Branching of Blood Vessels // Ibid. P. 13–28.

9. Захаров В. Н. Явление образования винтового потока крови в сердечно-сосудистой системе человека и животных, приоритет 05 мая 1989 г.: Диплом на открытие № 87 / В. Н. Захаров, В. И. Шумаков. – Междунар. Ассоциация Авторов Научных Открытий. – М., 1998.

10. Багаев С. Н. Явление образования закрученного потока сред в транспортных каналах организма человека и животных, приоритет январь 1998 г.: Диплом на открытие № 130 /С. Н. Багаев [и др.] – Междунар. Ассоциация Авторов Научных Открытий. – М., 1999.

11. Багаев С. Н. Закономерная связь между морфологическими параметрами кровеносных сосудов и динамическими характеристиками закрученного потока крови в узлах бифуркаций магистральных кровеносных сосудов человека и животных, приоритет 20 декабря 2000 г.: Диплом на открытие № 259 / С. Н. Багаев, В. Н. Захаров, В. А. Орлов. – Междунар. Ассоциация Авторов Научных Открытий. – М., 2004.

12. Рашмер Р. Динамика сердечно-сосудистой системы / Р. Рашмер; пер. с англ. – М.: Медицина, 1998. – C. 194–195.

13. Куприянов В. В. Спиральное расположение мышечных элементов в стенке кровеносных сосудов и его значение для гемодинамики / В. В. Куприянов // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. – 1983. – № 9. – C. 46–54.

14. Захаров В. Н. Визуализация винтового противоточного движения газовых сред при вентиляции легких / В. Н. Захаров [и др.] // Рос. журн. биомеханики. – 2008. – Т. 12, № 2. – C. 7–12.

15. Bean J. A Pictorial Handbook of Anatomy and Physiology. London: Mitchell Bearley Publishers Ltd., 1978. 96 p.

16. Яновский М. В. Клинические данные по вопросу о периферическом артериальном сердце / М. В. Яновский // Научная медицина. – 1922. – № 10. – C. 121–160.

17. Яновский М. В. О функциональной способности артериального периферического сердца / М. В. Яновский // Научная медицина. – 1923. – № 11. – C. 126–133.

18. Аринчин Н. И. Внутримышечное периферическое сердце / Н. И. Аринчин, Г. Д. Недвецкая. – Минск: Наука и техника, 1974.

19. Фундаментальная и клиническая физиология / Под ред. А. Г. Камкина, А. А. Каменского. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – 618 c.

20. Робинсон Т. Ф. Активная диастола сердечного сокращения / Т. Ф. Робинсон, С. М. Фэктор, Э. Г. Зонненблик // В мире науки. – 1986. – № 8. – C. 48–56.

21. Krogh A. The anatomy and physiology of capillaries. New Haven, 1922.

22. Козлов В. И. Гистофизиология капилляров / В. И. Козлов [и др.] – СПб.: Наука, 1994.

23. Чернух А. М. Микроциркуляция / А. М. Чернух, П. П. Александров, О. В. Алексеев. – М.: Медицина, 1975.