3874645_Lekciya__5_Serdce_kak_nasos
реклама
Лекция № 5 Сердце как биологический насос План лекции: 1. Физический анализ нагнетательной функции сердца. 2. Сила сердечной мышцы. 3. Работа сердца, его потенциальный и кинетический компонент. 4. PV – диаграмма. 5. Мощность и эффективность сокращения сердечной мышцы. 6. Правило Бернулли. 7. Электрическая эквивалентная схема сердечнососудистой системы. Основным источником энергии, обеспечивающей движение крови по сосудам, является работа сердца. Непосредственным источником энергии для работы сердца является энергия АТФ, образующейся в процессе гликолиза и окислительного фосфорилирования в сердечн6ой мышце. Движение крови по кровеносной системе обусловлено разностью давлений в начале и конце сосуда. Основной причиной, создающей эту разность в кровеносных сосудах, является работа сердца. Поэтому, сердце по отношению к сосудистой системе можно считать насосом. Процессы, происходящие в обычном поршневом насосе за весь цикл его работы, описываются сравнительно просто, так как площадь поршня в верхней и нижней мертвых точках одинаковы. Сердце нельзя сравнивать с таким поршневым насосом, т.к. размеры его рабочей поверхности , которой служит внутренняя стенка желудочка, изменяется в процессе рабочего цикла. Бёрч, Рэй Кронвич произвели биофизический анализ работы сердца как насоса. Сила сердца F = P·S , где P – давление в полости желудочка S – площадь внутренней поверхности желудочка S = 4Пr 2 , V = 4/3 Пr 3 Параметры рабочей поверхности сердца В начале систолы В конце систолы V 85 см 3 25 см 3 S 93,7 см 2 41,2 см 2 P 70 мм. рт. ст. 120 мм. рт. ст. F 89 H 67 H Таким образом, при уменьшении объёма сердце развивает меньшую силу. Закон Старлинга Сила сокращений сердца пропорциональна начальной длине волокон миокарда. Зависимость Лапласа При одном и том P = 2dT / r, же напряжении, где но при d – толщина различных стенки желудочка объёмах полости, сердечная r – радиус сферы мышца способна желудочка создавать T – напряжение различное P – давление давление. Зависимость Лапласа ограничивает закон Старлинга При увеличении диастолического объёма и напряжения миокарда прирост силы, действующей на кровь, оказывается меньшим, чем в случае отсутствия зависимости. Работа, выполняемая сердцем, в основном обусловлена левым желудочком. Работа правого желудочка составляет 0,15 – 0,20 от работы левого желудочка. Работа сердца: 1) Статическая работа А1 – работа по нагнетанию крови против давления в аорте. А1 = Vу·P 2) Кинетическая работа А2 – работа, направленная на сообщение крови ускорения. 2 2 А2 = mv /2 = ρv /2·Vу Аж = А1+А2 Аж = РVу +ρv ≈ ≈ 0,81 Дж Ас = Апр.ж.+Ал.ж.= 1,2 Аж= 2/2·Vу = 1,2·0,81 ≈ 1 Дж График изменения давления на протяжении сердечного цикла Давление, мм рт. ст. 120 80 40 0 Время, сек График изменения объема на протяжении сердечного цикла 90 Объем, см3 70 50 30 0 0,2 0,4 0,6 сек0,8 Время, 1,0 PV – диаграмма 160 140 0,4 сек. 0,3 сек. 120 Давление, мм рт. ст. Заключенная внутри PV– диаграммы площадь служит мерой произведённой сердцем работы. 100 80 0,5 сек. 60 40 20 0 0,6 сек. 0,7 сек 0,2 сек. 40 803 0,8 сек.120 Объем, см Мощность сердца Aс N t 1 N 3,3Вт 0,3 Движение крови по сосудам , энергию движущийся крови и изменение давления на протяжении сосудистого русла описывают уравнения Бернулли и Гагена-Пуазеля. Кровь течет по сосудам непрерывной струей. Через любое сечение последовательно соединенных сосудов в единицу времени протекает одинаковый объём крови. V=S*v=const v1 S 2 S 1 v1 S 2 v 2 v 2 S1 Скорость течения крови в сосуде с переменным сечением обратно пропорциональна площади этих сечений. График зависимости S, V и P 0,5 м/с 2500-3000 см2 100 мм. рт. ст. 0,25 м/с Среднее давление 15-20 мм. рт. ст. 0 мм. рт. ст. 4 см2 Аорта -- артерии 6-8 см2 0,0005 м/с - артериолы - капилляры -- венулы -- вены -- полые вены Полная энергия суммируется из потенциальной энергии давления PV, потенциальной энергии тяжести mgh и кинетической энергии mv2/2: 2 mv PV mgh const 2 Правило Бернулли Величина давления жидкости находится в обратной зависимости от скорости течения жидкости ρv P ρgh const 2 2 Сосудистая система кровообращения обладает значительным сопротивлением, поэтому изменение давления в ней обусловлено в основном потерями энергии на преодоление этого сопротивления, а не изменением скорости течения крови в разных отделах системы в соответствии с принципом Бернулли. Особенность пристеночного течения крови объясняется правилом Бернулли. Пристеночные слои крови испытывают трение о стенки сосуда, вследствие чего их скорость уменьшается по сравнению со слоями, расположенными ближе к оси потока. В соответствии с принципом Бернулли, имеется градиент давления, направленный от стенок к его оси. Форменные элементы крови испытывают большее давление со стороны пристеночных слоев и перемещаются по направлению к оси потока. Уравнение Гагена P0 P IR Где P0- давление в начале сосуда P- давление в конце сосуда I – объёмный ток крови R – гидравлическое сопротивление сосуда Падение давления на участке сосуда пропорционально сопротивлению этого участка. Электрическая эквивалентная схема сердечно - сосудистой системы U ~ С R Описание электрической эквивалентной схемы сердечнососудистой системы. U – источник электрического тока, дающий несинусоидальное переменное напряжение; является аналогом сердца. – пропускает ток только в одном направлении; соответствует сердечному клапану. С – конденсатор, сглаживает пульсирующий выпрямленный ток; соответствует аорте. R – сопротивление; аналог периферической сосудистой системы.
