физика опрос. Физика устный опрос. Биофизические основы гемодинамики. Вопросы для устного контроля по теме. Механический сердечный цикл
 Скачать 136.96 Kb.
|
|
Биофизические основы гемодинамики. Вопросы для устного контроля по теме. Механический сердечный цикл. Механическая работа сердца связана с сокращением его миокарда. Работа правого желудочка в три раза меньше работы левого желудочка. Сердце с механической точки зрения представляет собой насос ритмического действия, чему способствует клапанный аппарат. Ритмические сокращения и расслабления сердца обеспечивают непрерывный ток крови. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, его расслабление - диастолой. При каждой систоле желудочков происходит выталкивание крови из сердца в аорту и легочный ствол. В обычных условиях систола и диастола четко согласованы во времени. Период, включающий одно сокращение и последующее расслабление сердца, составляет сердечный цикл. Его продолжительность у взрослого человека равна 0,8 секунды при частоте сокращений 70 - 75 раз в минуту. Началом каждого цикла является систола предсердий. Она длится 0,1 сек. По окончании систолы предсердий наступает их диастола, а также систола желудочков. Систола желудочков длится 0,3 сек. В момент систолы в желудочках повышается давление крови, оно достигает в правом желудочке 25 мм рт. ст., а в левом - 130 мм рт. ст. По окончании систолы желудочков начинается фаза общего расслабления, длящаяся 0,4 сек. В целом период расслабления предсердий равен 0,7 сек., а желудочков - 0,5 сек. Физиологическое значение периода расслабления состоит в том, что за это время в миокарде происходят обменные процессы между клетками и кровью, т. е. происходит восстановление работоспособности сердечной мышцы. Работа, мощность сердца. Ударный, минутный объем крови. Систолический (ударный) объем - объем крови, выталкивающийся из сердца за одну систолу. Он в среднем в покое у взрослого человека равен 150 мл (по 75 мл для каждого желудочка). Умножив систолический объем на число сокращений в минуту, можно узнать минутный объем. Он составляет в среднем 4,5 - 5,0 литров. Систолический и минутный объемы непостоянны, они резко меняются в зависимости от физической и эмоциональной нагрузки. Работа сердца Ас=Алж+Апж Апж=0,2Алж Ас=1,2Алж Алж=Р*Vуд+ (mv2 /2) m=плотность на объем ударный Ас=1,2Vуд(Р+ Плотность* v2 /2) Работа сердца при 1 сокращении примерно равна 1дж Мощность сердца N=Ac
В связи с тем, что кровь выбрасывается сердцем отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер, поэтому линейная и объемная скорости непрерывно меняются: они максимальны в аорте и легочной артерии в момент систолы желудочков и уменьшаются во время диастолы. В капиллярах и венах кровоток постоянен, т. е. линейная скорость его постоянна. В превращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение свойства артериальной стенки. Непрерывный ток крови по всей сосудистой системе обусловливают выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий. В сердечно-сосудистой системе часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее крупных артерий. Последние образуют эластическую, или компрессионную, камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий ее; при этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола заканчивается, растянутые стенки артерий стремятся спасаться и проталкивают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы. Артериальным пульсом называют ритмические колебания стенки артерии, обусловленные повышением давления в период систолы. Пульсовая волна, или колебательные изменения диаметра или объема артериальных сосудов, обусловлена волной повышения давления, возникающей в аорте в момент изгнания крови из желудочков. В это время давление в аорте резко повышается и стенка ее растягивается. Волна повышенного давления и вызванные этим растяжением колебания сосудистой стенки с определенной скоростью распространяются от аорты до артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет. Периферическое сердце При различных сокращениях мышечные волокна воздействуют на расположенные параллельно с ними кровеносные сосуды, и в виде многочисленных своеобразных внутримышечных микронасосов присасывают артериальную, кровь на входе в мышцу, облегчая тем самым нагнетательную работу сердца, проталкивают эту кровь по внутримышечным сосудам и нагнетают на выходе из скелетной мышцы венозную кровь к сердцу с энергией, превышающей максимальное артериальное давление в 2--3 раза. Если сердце, как мы хорошо знаем, нагнетает артериальную кровь с давлением 120 мм рт. ст., то скелетная мышца способна нагнетать венозную кровь с силой в 200, 250 и даже 300 мм рт. ст., возвращая ее к сердцу для его наполнения. Полностью изолированная из организма мышца, будучи заключенной на искусственный круг кровообращения, способна при сокращении самостоятельно передвигать кровь по этому кругу по образу и подобию сердца. Поэтому ее можно назвать «периферическим сердцем» (ПС). Чрезвычайно важно, что эти многочисленные «периферические сердца» -- а их по количеству скелетных мышц у человека более 1000 -- работают самостоятельно как присасывающе-нагнетательные микронасосы не только при различных видах сокращений: ритмических, аритмических, тонических, тетанических, ауксотонических и др., но и при растяжении. Иначе можно сказать, что они не имеют «холостого хода». Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Коэффициент вязкости, смысл, единица измерения. Ньютоновская и неньютоновская жидкость. Жидкость -- одно из агрегатных состояний вещества. Характерным свойством жидкости является относительно легкая смещаемость молекул под действием внешних сил. Это свойство называется текучестью; однако взаимное смещение частиц сопровождается некоторым сопротивлением, которое называют внутренним трением или вязкостью жидкости. В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и теплового движения молекул имеет место внутреннее трение, или вязкость. Рассмотрим это явление на следующем опыте  Поместим слой жидкости между двумя параллельными твердыми пластинами. «Нижняя» пластина закреплена. Если двигать «верхнюю» пластину с постоянной скоростью v1, то c такой же скоростью будет двигаться самый «верхний» 1-й слой. Этот слой влияет на нижележащий непосредственно под ним 2-й слой, заставляя его двигаться со скоростью v2, причем v2 < v1. Каждый слой (выделим n слоев) передает движение нижележащему слою с меньшей скоростью. Слои взаимодействуют друг с другом: n-й слой ускоряет вышележащий слой, но замедляет нижележащий слой. Таким образом, наблюдается изменение скорости течения жидкости в направлении, перпендикулярном поверхности слоя (ось х). Такое изменение характеризуют производной dv/dx, которую называют градиентом скорости. Силы, действующие между слоями и направленные по касательной к поверхности слоев, называютсясилами внутреннего трения или вязкости. Эти силы пропорциональны площади взаимодействующих слоев S и градиенту скорости. Для многих жидкостей силы внутреннего трения подчиняются уравнению Ньютона:  где з - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом вязкости или просто вязкостью жидкости и зависящий от ее природы. Жидкость, которая подчиняется уравнению Ньютона, называют ньютоновской. Коэффициент внутреннего трения ньютоновской жидкости зависит от ее строения, температуры и давления, но не зависит от градиента скорости. Ньютоновская жидкость - жидкость, вязкость которой не зависит от градиента скорости. Свойствами ньютоновской жидкости обладают большинство жидкостей (вода, растворы, низкомолекулярные органические жидкости) и все газы. Неньютоновская жидкость - жидкость, вязкость которой зависит от градиента скорости. Свойствами неньютоновской жидкости обладают структурированные дисперсные системы (суспензии, эмульсии), растворы и расплавы некоторых полимеров, многие органические жидкости и др. При прочих равных условиях вязкость таких жидкостей значительно больше, чем у ньютоновских жидкостей. Это связано с тем, что благодаря сцеплению молекул или частиц в неньютоновской жидкости образуются пространственные структуры, на разрушение которых затрачивается дополнительная энергия. Кровь Кровь представляет собой суспензию форменных элементов в белковом растворе - плазме. Поэтому, строго говоря, она должна быть отнесена к неньютоновским жидкостям. Кроме того, при течении крови по сосудам наблюдается концентрация форменных элементов в центральной части потока, где вязкость соответственно увеличивается. Но поскольку вязкость крови не так велика, этими явлениями пренебрегают и считают ее коэффициент постоянной величиной. Относительная вязкость крови в норме составляет 4,2 - 6. При патологических условиях она может снижаться до 2 - 3 (при анемии) или повышаться до 15 - 20 (при полицитемии). Относительная вязкость сыворотки крови в норме 1,64 - 1,69 и при патологии 1,5 - 2,0. Ламинарное, турбулентное течение крови по артериальным сосудам. Число Рейнольдса. Связь между турбулентным течением крови и атеросклеротическими изменениями артериальной стенки. Ламинарное течение – упорядоченный режим течения вязкой жидкости, характеризующийся отсутствием перемешивания между слоями жидкости. Течение жидкости с завихрениями называется турбулентным. При малых скоростях течения случайно возникающие в потоке завихрения гаснут, не вызывая заметного перемешивания слоев. При высоких скоростях течения жидкости создаются условия, при которых течение перестает быть устойчивым и под влиянием случайных возмущений переходит в турбулентное. Наличие условий, при которых ламинарное течение перестает быть устойчивым, зависит от числа Рейнольдса:  (25)где v – скорость течения жидкости,S– сечение трубы,- плотность жидкости,- вязкость жидкости. Как правило,значение критического числа Рейнольдса определяют экспериментально. Для гладких трубReкр= 2300. Если Reкризвестно, то становится возможным для любой жидкости и разных условий ее течения предсказать, будет ли ее поток ламинарным или турбулентным. Если для определенного течения число Рейнольдса не превышает некоторого критического значенияReкр, ламинарное течение устойчиво. Если жеRe > Reкр, то в потоке жидкости возникают завихрения - ее течение становится турбулентным. Reкр для крови равно 9001600. Движение крови в организме, в основном, ламинарное. Однако, при определенных условиях, кровоток может приобретать и турбулентный характер. Турбулентность проявляется в полостях сердца (велико значение d), в аорте и вблизи клапанов сердца (высокая скорость движения крови). При интенсивной физической нагрузке скорость движения крови увеличивается, и это может вызвать турбулентность в кровотоке. С уменьшением вязкости турбулентный характер течения жидкости может проявляться и при сравнительно небольшой скорости ее движения (см. формулу 25). Поэтому, при некоторых патологических процессах, приводящих к аномальному снижению вязкости крови, кровоток в крупных кровеносных сосудах может стать турбулентным. Кровеносный сосуд не всегда можно моделировать гладкой трубой. В частности, при наличии атеросклеротических бляшек в просвете сосудов имеются локальные сужения, приводящие к возникновению турбулентности в течении крови. Турбулентность в кровотоке сопровождается шумами, прослушиваемыми с помощью фонендоскопа. Физические основы клинического метода измерения давления крови. Величина и физическая природа ошибки измерения артериального давления методом Короткого. Физический параметр - давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний. Для измерения систолического и диастолического давления крови в медицине широко используется метод, предложенный Н.С. Коротковым. В основе метода лежит определение систолического давления по возникновению характерных тонов и шумов, в момент начала прохождения крови по сосудам при достижении давления в сдавливающей манжете равного максимальному значению давления в сосуде. Тоны и шумы возникают в связи с турбулентным течением крови. Диастолическое давление определяют по моменту исчезновения характерных тонов и шумов, в связи с переходом течения крови в сосуде из турбулентного в ламинарное.  Принцип этого метода показан на рисунке. Вначале производится накачивание манжетки сфнгмоманометра, что приводит к остановке артериального кровотока. Затем воздух из манжетки медленно выпускается, и, когда давление в манжетке становится ниже систолического, кровь начинает проходить через частично открытые просветы артерий. При этом течение крови будет турбулентным, поэтому движение крови сопровождается звуками Короткова, слышимыми в стетоскоп. Когда давление в манжетке падает ниже диастолического, тоны перестают прослушиваться, поскольку ток крови становится ламинарным. Аускультатииный способ измерения АД основан на выслушивании тонов Короткова. I изучаемые значения САД несколько ниже, а ДЛД несколько выше таковых при прямом внутриартериальном измерении. Результаты измерения АД зависят от положения тела, окружности руки, времени измерения, места, аппарата, техники и исследователя. Например, показатели АД, полученные при измерении терапевтом, выше на 6,3 мм рт. cv. для САД и 7,9 мм рт. ст. для ДАД, чем при измерении медицинскими сестрами. Зафиксированное сестрами АД обычно ближе к среднему дневному АД пациента. АД необходимо измерять в положении пациента сидя, плечо — на уровне сердца. Следует использовать манжету соответствующего размера. Перед измерением пациент должен отдохнуть 5-10 мин. В положении пациента лежа на спине плечо необходимо приподнять на уровень ПП (положить на подушку). Длина и ширина манжеты должны составлять 80 и 40% окружности плеча соответственно (размеры стандартной манжеты 12-16 см х 22-36 см). Типичной ошибкой на практике является использование чрезмерно маленькой манжеты, что приводит к завышенным цифрам АД; особенно это актуально у пациентов с ожирением. В случае использования слишком большой манжеты у худого пациента АД будет занижено. Манжету необходимо наложить на 1-2 см выше локтевой ямки, чтобы оставить место для размещения стетоскопа. Нагнетать воздух следует до уровня, превосходящего САД на 30 мм рт. ст., и спускать со скоростью 2-3 мм рт. ст. в 1 сек. Первый и последний тоны Короткова отражают уровни САД и ДАД соответственно. Звуки обусловлены турбулентными потоками крови и осцилляциями сосудистой стенки в частично окклюзироваппом сосуде. Иногда тоны Короткова могут исчезнуть сразу после возникновения первого звука и возобновиться только перед полным исчезновением в 5-ю фазу. Этот феномен известен как аускультативный провал, который связан с венозным полнокровием в руке при низком антеградном артериальном кровотоке. С большей вероятностью этот феномен можно встретить у пожилых пациентов, гипертоников с тяжелым поражением органов-мишеней (ПОМ), а также он может быть связан с внутриартериальными перепадами давления. САД должно фиксироваться с первым тоном Корогкова, а не в момент их появления вновь. Провала можно избежать, если поднять руку во время измерения па 30 сек и славить ее несколь ко раз перед проведением измерения. Данный феномен нужно отличать от парадоксального пульса. У больных с тяжелой АР, детей, беременных и при наличии большой артериовенозной фистулы тоны Корогкова могут выслушиваться в течение всего времени спуска манжеты вплоть до 0 мм рт. ст. В таких случаях необходимо фиксировать показатели давления 4-й и 5-й фаз. Наиболее точным прибором является ртутный сфигмоманометр, но его перестали использовать в практике из-за токсичности ртути. Широкое распространение получили анероидные сфигмоманометры, состоящие из металлических мехов и системы уровней, на которых фиксируется АД. Однако для их применения необходима частая калибровка. Осциллометрические устройства завоевывают все большую популярность в виде автоматических и гибридных моделей. В них использован разработанный опытным путем алгоритм определения САД, ДАД исходя из среднего АД (АДср). В свою очередь, АДср определяется в точке максимальных осцилляции во время спуска манжеты. |