Физическая модель сосудистой системы. Работа сердца.

Физическую модель сердечно-сосудистой системы можно представить в виде замкнутой (не имеющей сообщения сатмосферой), мно­гократно разветвленной и заполненной жидкостью системы трубок с эластичными стенками, движение жидкости в которой происходит под действием ритмически работающего нагнетательного насо­са (на рис. в виде резиновой груши). При сжатии груши содержа­щийся в ней объем жидкости проталкивается через отверстие клапана К1 в систему трубок состороны Л,вызывая в них продвижение жидко­сти в сторону Б, затем клапан К1 запирается, груша расширяется и через клапан К2 в нее поступает соответствующий объем жидкости со стороны Б системы.

Особенностьюданной системы является, прежде всего, постепенное и множественное разветвление трубок, особенно в ее средней части. Последняя состоит из весьма большого числа коротких параллельных трубок малого сечения, общий просвет которых имеет настолько боль­шое сечение, что скорость жидкости здесь снижается почти до нуля. Од­нако внутреннее трение в пристеночных слоях этих трубок настолько велико, что именноэта средняя часть системы представляет наибольшее сопротивление течению жидкости и обусловливает максимальное падение давления.

Другой особенностью системы является эластичность стенок трубок, благодаря которой при ритмической работе насоса ток жидкости в ней принимает равномерный характер. Допустим, что при сжатии груши некоторое количество жидкости поступает в трубку А, уже заполненную жидкостью под некоторым давлением. Давление в трубке А повышается,эластичные стенки ее растягиваются и вмещают избыток жидкости. Затем стенки трубки А постепенно сокращаются и прогоняют избыток жидкости в следующее звено системы, стенки ко­торого также сначала растягиваются затем сокращаются и таким образом проталкивают жидкость в последующие звенья систе­мы трубок. В результате течение жидкости постепенно принимает рав­номерный характер. Иллюстрацией подобного явления может служить следующий опыт. Две трубки — жесткая и А — с эластичными стенками) с помощью тройника Т присоединены к насосу-груше Г {В — резервуар с водой). На конце трубок имеются пробки Я с небольшими отверстиями, препятствующие свободному вы­теканию воды. При работе грушей можно наблюдать, как из трубы Б вытекает прерывистая струя, а из трубы А, стенки которой при этом периодически растя­гиваются и сокращаются — непрерывная.

Переходим к сосудистой системе. Начальное давление, необходимое для продвижения крови по всей сосудистой системе, создается работой сердца.

Рассмотрим схематически явления, происходящие в большом круге кровообращения. При каждом сокращении левого желудочка сердца в аорту, уже заполненную кровью под соответствующим давлением, выталкивается так называемый ударный объем крови, в среднем раз­ный 65—70 мл. Затем клапаны аорты закрываются.

Поступивший в аорту дополнительный объем крови повышает дав­ление в ней и соответственно растягивает ее стенки. Волна повышенно­го давления, которое называется систолическим, вызывает колебания сосудистых стенок, распространяющиеся вдоль более крупных арте­рий в виде упругой волны. Эта волна давления называется пульсовой волной,скорость ее распространения зависит от упругости сосудистых стенок и имеет порядок 6—8 м/с.

Затем в, период расслабления сердечной мышцы (диастола, давление крови в этот момент называется диастолическим) стенки аорты постепенно, сокращаются до исходного положения и проталки­вают поступивший объем крови в более отдаленные крупные артерии. Стенки последних в свою очередь растягиваются и затем, сокращаясь, проталкивают кровьв последующие звенья сосудистой системы. В ре­зультате ток крови принимает непрерывный характер со скоростью в крупных сосудах порядка.0,3—0,5 м/с.

При таком механизме продвижения крови только часть энергии, развеваемой сердечной мышцей при сокращении, передается непосредственно массе крови в аорте и переходит в ее кинетическую энергию. Остальная часть энергии переходит в потенциальную энергию деформации растяжения эластичных стенок крупных сосудов (преиму­щественно аорты) и затем уже постепенно по мере возвращения их в исходное положение передается массе крови в период расслабления сердечной мышцы. Существует также такое понятие как пульсовое давление крови, равное разности систолического и диастолического давления, составляющее в большом круге кровообращения примерно 40 мм рт. ст.

Количество Q крови, протекающее через поперечное сечение участка сосудистой системы в единицу времени и называемое объемной скоростью кровотока, зависит от разности давлений в начале и конце участка и его сопротивления току крови. При расчетах объемной скорости на отдельных участках сосудистой системы в первом приближе­нии пользуются формулой Гагена — Пуазейля, хотя сопротивление току крови в сосудистой системе выше, чем следует по формуле, вслед­ствие потерь энергии при деформации ее эластичных стенок, а также неизбежных завихрений в местах разветвления. Точный расчет с уче­том этих условий весьма сложен.

Сопротивление току крови, следовательно, и падение давления на различных участках сосудистой системы весьма различны. Оно зави­сит от общего просвета и числа сосудов в разветвлении. Наибольшее падение давления крови — не менее 50% от начального давления — происходит в артериолах. Число артериол в сотни раз больше числа крупных артерий при сравнительно небольшом увеличении общего просвета сосудов. Поэтому потери давления от пристеночного трения в них весьма велики. Общее число капилляров еще больше, однако дли­на их настолько мала, что падение давления крови в них хотя и сущест­венно, но меньше, чем в артериолах.

В сети венозных сосудов, площадь сечения которых в среднем в два раза больше площади сечения соответствующих артерий, скорость тече­ния крови невысока и падения давления незначительны. В крупных венах около сердца давление становится на несколько миллиметров ртутного столба ниже атмосферного. Кровь в этих условиях движется под влиянием присасывающего действия грудной клетки при вдохе.

На рис. схематически показано распределение давления крови в отдельных частях системы сосудов большого круга кровообращения. На рис. приведены графики изменения давления и скорости движе­ния крови в основных частях сосудистой системы. Движение крови по сосудам, особенно распределение ее между раз­личными частями самой сосудистой системы, зависит не только от ра­боты сердца, но и от общего просвета сосудов, обусловленного тону­сом сосудистых стенок. В эластичных стенках сосуда имеются гладкие мышечные волокна, от степени сокращения которых зависит просвет сосуда. Имеют значение также общее количество циркулирующей крови, ее вязкость и т. п. Все эти факторы находятся под регулирующим влиянием центральной нервной системы. Таким образом, физио­логические факторы, накладываясь на физические закономерности, ре­гулируют кровообращение в различных частях организма.

В норме сосудистая система замкнута и не имеет сообщения с атмосферой. Сосуды располагаются в различных направлениях, причем артериальные и венозные сосуды, по которым кровь движется в про­тивоположных направлениях, большей частью параллельны.

Эти сосуды сообщаются между собой через капилляры, поэтому в первом приближении можно считать, что гидростатическое давление крови в них, как в сообщающихся сосудах, взаимно уравновешивается, и в ка­честве модели можно рассматривать систему горизонтальных трубок.

В случае повреждения сосудистой стенки может образоваться сообщение сосуда с атмосферой, и тогда проявляется действие гидроста­тического давления крови. Общеизвестно, например, что для ослаб­ления кровотечения из пораненного сосуда конечности ей следует придать возвышенное положение.

Течение крови в сосудистой системе в нормальных условиях имеет ламинарный характер. Оно может переходить в турбулентное при нарушении этих условий, например при резком сужении просвета сосу­да. Подобные явления могут иметь место при неполном открытии или, наоборот, при неполном закрытии сердечных или аортальных клапанов. При этом появляются звуки, называемые сердечными шумами, кото­рые являются одним из характерных признаков этого явления.

Работа, совершаемая сердцем, в основном складывается из работы при сокращении желудочков, главным образом левого. (Работа право­го желудочка принимается равной 0,2—0,15 от работы левого.)

Работа сердечной мышцы при каждом сокращении левого желудоч­ка затрачивается на сообщение объему выталкиваемой крови энергии, необходимой для его продвижения по всему кругу кровообращения. Эта энергия состоит из потенциальной энергии давления, которое долж­но быть создано вначале для преодоления сопротивления движению крови по всему ее пути, и кинетической энергии для сообщения массе крови необходимой скорости движения. На основании данных эта энергия может быть представлена формулой

где р — среднее давление, под которым кровь выбрасывается в аорту, р = 100 мм рт. ст=105 100/760 =1,3·104 Па; ρ = 1,05· 103 кг/м3 — плотность крови; — скорость крови в аорте, в состоянии покоя ; ударный объем крови в покое в среднем , Аж= 0,95 Дж

Учитывая работу правого желудочка, для сердца в целом найдем Ас=1,2∙Аж=1,14 Дж

Время сокращения желудочков Тогда мощность, развиваемая сердцем при сокращении, будет NC= Ас/tж=3,4 Вт

Считая в среднем 60 сокращений сердца в 1 мин, получим, что за 1 мин оно совершает работу .

При расчете работы сердца можно вместо ударного учитывать минутный Vмин объем крови, равный произведению ударного объема на число N сокращений сердца в 1 мин:

. В нашем при­мере мл/мин, или 4,2 л/мин.

При мышечной работе средней интенсивности минутный объем кро­ви увеличивается примерно в пять раз, т. е. 20 л/мин. При этом соответственно возрастает скорость течения крови в аорте: . Тогда работа, совершаемая сердцем в 1 мин, будет Ас≈360 Дж.









Дата добавления: 2015-02-05; просмотров: 1304; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.