Главная страница
Навигация по странице:

  • Ответы на задачи

  • Основные объемы и емкости легкого

  • Основной уравнение биомеханики дыхания. Уравнение Родера

  • Зависимость поверхностного давления Р от объема альвеолы V

  • Работа дыхания Работа дыхания направлена на преодоление эластического и неэластического сопротивления дыханию.

  • Зависимость изменения объема легких от изменения давлении по преодолению сопротивления дыханию

  • Тест–задания по разделам XI – XII

  • XIII. БИОФИЗИКА ВСАСЫВАНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ Введение

  • Лекции по биофизике. Лекции по биофизике учебнометодическое пособие


    Скачать 1.98 Mb.
    НазваниеЛекции по биофизике учебнометодическое пособие
    АнкорЛекции по биофизике.pdf
    Дата29.01.2017
    Размер1.98 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаЛекции по биофизике.pdf
    ТипЛекции
    #1098
    страница17 из 18
    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18
    Задачи
    1.
    Объемная скорость кровотока в сонной артерии диаметром 3 мм составляет
    180 мл/мин. Определить линейную скорость движения крови.
    2.
    Система кровообращения человека обладает минимальным сечением в области аорты, равным примерно 8 см
    2
    , и максимальным сечением в области капилляров. Определить примерную суммарную площадь сечения капилляров в теле человека и общее их количество, если скорость течения крови уменьшается от 0,4 м/с в аорте до 0,005 м/с в капиллярах. Диаметр капилляра считать равным 10
    -5
    м. Эластичностью сосудов пренебречь.
    3.
    Определить скорость движения частичек масла диаметром 2 мкм во время отстаивания молока, если плотность молока 1034 кг/м
    3
    , а масла 940 кг/ м
    3
    Вязкость молока считать равной 0,001 Па с.
    4.
    У человека в покое величина кровотока на 100 г мышц руки равна в среднем 2,5 мл в минуту. Определить количество капилляров в тканях мышц, считая, что длина каждого из них составляет 0,3 мм, а диаметр 10 мкм. Разность давлений на концах капилляров принять равной 33,3 гПа.
    5.
    Определить кинетическую энергию минутного объема крови, протекающей со скоростью 0,4 м/с через артерию диаметром 3 мм.

    155 6.
    При водолечении струя воды диаметром 1,5 см со скоростью 15 м/с направляется на поверхность тела больного, расположенную перпендикулярно струе. Определить действующую на человека силу, считая скорость частиц после удара о тело равной нулю.
    7.
    По межреберной артерии, образующей дугу радиуса R в горизонтальной плоскости, движется кровь со скоростью v. Диаметр артерии d
    R. Найти дополнительное боковое давление, обусловленное движением крови в артерии.
    8.
    При нормальной работе сердца человека объем желудочка изменяется от 85 см
    3
    в начале систолы до 25 см
    3
    в конце ее. Определить силу, развиваемую желудочком в начале систолы (р = 9,33 кПа) и в конце ее (р = 15,9 кПа), если его внутренняя поверхность уменьшается от 93,7 до 41,2 см
    2
    . Форму желудочка считать сферической.
    9.
    Определить, сколько процентов от суточного расхода энергии человека
    (11500 кДж) затрачивается сердцем на перемещение крови при частоте пульса 70 уд/мин, учитывая, что среднее давление в левом желудочке равно
    12 кПа, а в правом в шесть раз меньше. Количество крови, выбрасываемое каждым желудочком, считать равным 60 мл, а скорость кровотока в обоих случаях 0,4 м/с.
    10.
    Определить работу сердца человека в покое при одном сокращении и его мощность, если среднее давление, при котором кровь выбрасывается в аорту левым желудочком, равно 133,3 гПа, ударный объем 60 мл, скорость крови в аорте 0,5 м/с. Работа правого желудочка составляет примерно 0,2 работы левого желудочка, а время их сокращения 0,3 с.
    Ответы на задачи
    1.
    0,4 м/с.
    2.
    6,4
    .
    10
    3
    см
    2
    ; 8
    .
    10
    8
    /
    3.
    2
    .
    10
    -7
    м/с.
    4.
    7,6
    .
    10
    4
    .
    5.
    0,014 Дж.
    6.
    39,8 Н.
    7.
    Р =
    R
    dv
    4 2
    .
    8.
    . 87 Н, 67 Н.
    9.
    0,76 %.
    10.
    1 Дж; 3,3 Вт.

    156
    XII.БИОФИЗИКА ДЫХАНИЯ
    Введение
    Весь процесс дыхания можно подразделить на внешнее дыхание и газообмен крови в легких. Предметом биомеханики дыхания является рассмотрение параметров внешнего дыхания и зависимость изменения внутрилегочного давления от объема.
    Легочная ткань, выполняющая функцию газообмена крови, находится в грудной клетке и отделена от нее межплевральной щелью, заполненной жидкостью. Наличие в этой щели отрицательного давления заставляет легкие следовать за грудной клеткой, а с другой стороны, предохраняет от повреждения ребрами легочную ткань.
    Акт вдоха начинается с сокращение межреберных наружных мышц, отводящих грудную клетку вниз и наружу. В результате увеличения объема грудной клетки, и естественно легких, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух поступает внутрь. При выдохе, который при спокойном дыхании является пассивным, расслабление межреберных мышц приводит к спаданию грудной клетки, уменьшению ее объема и превышению внутрилегочного давления над атмосферным – происходит выдох.
    При физической нагрузке, гипоксии и т.п., требующие ускорения и учащения дыхания, в акте вдоха и выдоха начинают принимать участие большее количество мышечных структур – внутренние косые межреберные мышцы, диафрагма, мышцы спины и др.
    Основные объемы и емкости легкого
    Объемы и емкости легкого анализируются с помощью спирометрии.
    Испытуемый через расходомер вдыхает или выдыхает воздух, величина которого и регистрируется (Рис. 36).
    Рис. 36. Основные объемы и емкости легкого
    1 – ОЕЛ
    2 – ЖЕЛ
    3 – ОО
    4 – резервный объем вдоха
    5 – ДО
    6 – резервный объем выдоха
    7 – объем вдоха
    8 – объем выдоха обозначения в тексте

    157
    Дыхательный объем- регистрируется в состоянии спокойного дыхания
    (12-17 раз в минуту) и равен у человека 500-600 мл воздуха;
    Резервный объем вдоха – дополнительный вдох на уровне спокойного вдоха. Равен у человека 1000-1500 мл воздуха
    Резервный объем выдоха – дополнительный выдох на уровне спокойного выдоха. Равен у человека 1000-1500 мл воздуха
    Эти три объема составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ).
    Регистрируется размахом амплитуды максимального вдоха и выдоха (у человека равна 3000-4500 мл воздуха). Ее оценка имеет важное диагностическое значение и сравнивается с помощью таблиц с нормальными показателями, меняющимися в зависимости от роста веса, пола, возраста.
    В легких после самого глубокого выдоха остаются остаточный объем
    (ОО) величиной 500-800 мл. Вместе с ЖЭЛ ОО составляет общую емкость
    легких (ОЕЛ).
    В свою очередь: объем выдоха складывается из суммы резервного
    объема выдоха и дыхательного объема; объем вдоха складывается из суммы
    резервного объема вдоха и дыхательного объема;
    Кроме выше перечисленных статических характеристик объема легких очень важное диагностическое значение имеет такой показатель как
    форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) – величина объема воздуха проходящего через дыхательные пути за 1 сек
    В норме показатель ФЖЕЛ должен составлять 80-90% от ЖЕЛ.
    Обструктивные изменения дыхательных путей, например при бронхите, приводят к его снижению, тогда как остальные показатели могут быть без изменений.
    Деструктивные изменения легких, касающиеся всей легочной ткани, сопровождаются одномоментным снижением всех объемов и емкостей легких, тогда как ФЖЭЛ может не изменяться.
    Основной уравнение биомеханики дыхания. Уравнение Родера
    Согласно уравнению Родера, изменение давление в зависимости от объема P(V) в процессе дыхания складывается из нескольких компонент:
    1. Эластическое сопротивление дыханию – f
    1
    (V)
    .
    2. Неэластическое сопротивление дыханию – f
    2
    (V
    I
    ).
    3. Инерционная компонента – f
    3
    (V
    II
    ).
    Итого:
    )
    (
    )
    (
    )
    (
    )
    (
    3 2
    1
    V
    f
    V
    f
    V
    f
    V
    P
    1. Эластическая компонента сопротивления дыханию отображает закон
    Гука:
    V
    C
    V
    f
    V
    P
    1
    )
    (
    )
    (
    1

    158
    Причем необходимо учитывать вклад в эластичность (упругость) как грудной клетки (С
    Т
    ), так и ткани легкого (С
    L
    ):
    T
    L
    C
    C
    V
    C
    V
    f
    V
    P
    1 1
    1
    )
    (
    )
    (
    1
    Растяжимость, как грудной клетки, так и ткани легкого сравнима:
    С
    Т
    = С
    L
    = 0,2 л/см вод. ст.
    Роль сурфоктанта в эластическом сопротивлении дыханию. Тем не менее, зависимость Р от V не линейная, как должно быть по закону Гука.
    Причина в том, что в альвеолярной жидкости присутствует сурфоктант
    вещество, способное уменьшить поверхностную энергию. Он стремятся на поверхность, образуя поверхностную пленку и, поэтому относится к поверхностно-активным веществам. Альвеолу можно представить в виде полусферы, образованной упругой пленкой. При этом давление Р, требуемое для раздувания ее стенки до определенного объема, будет зависеть от радиуса кривизны поверхности (r) и величины поверхностного натяжения
    ( ).
    Данные значения связаны уравнением Лапласа:
    2 /
    P
    r
    Отсюда следует: чем меньше радиус альвеолы, тем более высокое давление требуется для предотвращения ее полного коллапса.
    При сжатии или растяжении альвеол величина поверхностного монослоя изменяется. В зависимости от этого варьирует и поверхностное натяжение.
    Чем больше сжимается пленка (повышается концентрация молекул в расчете на единицу площади поверхности), тем больше падает поверхностное натяжение м, тем выше становится поверхностное давление.
    Находящейся на поверхности альвеол монослой сурфоктанта, при вдохе сокращает свою поверхность. Поверхностное давление в монослое нарастает и препятствует спаданию альвеол даже при глубоком выдохе.
    Иногда у новорожденных в легких имеет место недостаточность продукции сурфоктанта и тогда развивается картина легочной недостаточности. По- видимому, именно вклад поверхностно активных свойств сурфоктанта превращает зависимость Р от V в петлю гистерезиса (Рис. 37).

    159
    Рис.
    37.
    Зависимость
    поверхностного давления Р
    от объема альвеолы V
    Во всяком случае, заполнение легких жидкостью (удаление поверхностно-активных свойств сурфоктанта) эту петлю резко изменяет
    (Рис. 37).
    2. Неэластическое сопротивление дыханию отражает динамическую
    (скоростную) характеристику прохождения воздуха через воздухоносные пути. Производная по объему отражает эти изменения:
    2 2
    1 1
    )
    (
    )
    (
    V
    K
    V
    K
    V
    f
    K
    1
    - сопротивление воздуха при его ламинарном движении по воздухоносным путям и оно равно:
    4 1
    8
    R
    l
    K
    K
    2
    - сопротивление воздуха при его турбулентном движении по воздухоносным путям, и оно равно:
    5 2
    2 4
    R
    fl
    K
    ,
    где: f – коэффициент трения, определяющейся числом Рейнольдса:
    кр
    e
    v
    R
    R
    2 3. Инерционная
    компонента
    дыхания характеризует влияние инерционных свойств ткани легких (I) на процесс дыхания. Отражает зависимость от ускорения (вторая производная скорости) изменения объема дыхания.
    V
    I
    V
    f
    )
    (
    3
    Вклад инерционной компоненты дыхания в общее уравнение Родера меньше всего и часто им пренебрегают при различных расчетах.

    160
    В процессе дыхания давление в легких складывается из трех составляющих:
    клетки
    гр
    легких
    газов
    P
    P
    P
    P
    В свою очередь, атмосферное (Р
    атм
    ), плевральное (Р
    плев
    ) и альвеолярное

    альв
    ) давления рассчитываются:
    клетки
    гр
    эл
    плев
    атм
    P
    P
    P
    альв
    плев
    эл.легких
    P
    P
    Р
    легких
    эл
    альв
    плев
    P
    P
    P
    Как видно, общая суммаатмосферного, плеврального и альвеолярного давлений равно нулю, так как в акте вдоха и выдоха они участвуют поочередно, замещая друг друга.
    Работа дыхания
    Работа дыхания направлена на преодоление эластического и неэластического сопротивления дыханию. Петля гистерезиса ограничивает площадь фигуры, которая и является работой дыхания:
    PdV
    A
    ,
    где: P-изменение давления по преодолению сопротивления дыханию, V- изменение объема при этом процессе.
    В состоянии покоя работа описывается площадью фигуры под петлей гистерезиса (
    Рис. 38), где:
    SАСD –работа по преодолению эластического сопротивления дыханию,
    SАВС -работа по преодолению неэластического сопротивления дыханию,
    SАЕС работа выдоха, размер которой всегда меньше работы вдоха, и в состоянии покоя является его составляющей.

    161
    Рис. 38. Зависимость изменения
    объема легких от изменения
    давлении
    по
    преодолению
    сопротивления дыханию
    При форсированном дыхании работа выдоха, как и вдоха, резко возрастает и превышает работу вдоха. В этих условиях составляющая выдоха требует дополнительных энергозатрат по преодолению неэластического сопротивления дыханию.
    Тест–задания по разделам XI – XII
    1.
    Систола включает следующие фазы (периоды):
    A.
    Изометрическое сокращение
    B.
    Изометрическое расслабление
    C.
    Быстрое наполнение
    D.
    Протосфигмический интервал
    E.
    Протодиастолический интервал
    F.
    Максимальное изгнание
    G.
    Редуцированное изгнание
    2.
    Диастола включает следующие фазы (периоды):
    A.
    Изометрическое сокращение
    B.
    Изометрическое расслабление
    C.
    Быстрое наполнение
    D.
    Протосфигмический интервал
    E.
    Протодиастолический интервал
    F.
    Максимальное изгнание
    G.
    Редуцированное изгнание
    3.
    Основной выброс крови происходит в фазу:
    A.
    Изометрическое сокращение
    B.
    Изометрическое расслабление
    C.
    Быстрое наполнение
    D.
    Протосфигмический интервал
    E.
    Протодиастолический интервал
    F.
    Максимальное изгнание
    G.
    Редуцированное изгнание
    4.
    Основной спад давления крови происходит на уровне:
    A.
    Аорты и крупных артерий
    B.
    Мелких артерий и артериол
    C.
    Капилляров

    162
    D.
    Венул и вен
    5.
    Напряжение сдвига крови – это:
    A.
    Скорость тока крови
    B.
    Сила давления на стенку сосуда
    C.
    Сила, направленная параллельно стенке сосуда
    6.
    Следствием закона Бернулли для кровеносных сосудов является следующее:
    A.
    С увеличением скорости кровотока давление снижается
    B.
    С увеличением скорости кровотока давление увеличивается
    C.
    С увеличением скорости кровотока давление не изменяется
    D.
    С увеличением давления крови скорость кровотока снижается
    E.
    С увеличением давления крови скорость кровотока увеличивается
    7.
    Кровь можно рассматривать как однородную жидкость:
    A.
    В сосудах диаметром свыше 300 мкм
    B.
    В сосудах диаметром от 15 до 300 мкм
    C.
    В сосудах диаметром менее 15 мкм
    8.
    Число Рейнольдса характеризует:
    A.
    Давление, при котором течение крови становится турбулентным
    B.
    Скорость кровотока, при которой течение крови становится турбулентным
    C.
    Давление, при котором движение крови по сосудам прекращается
    9.
    Жизненная емкость легких включает:
    A.
    Резервный объем вдоха
    B.
    Дыхательный объем
    C.
    Резервный объем выдоха
    D.
    Остаточный объем
    10.
    Функциональная остаточная емкость включает:
    A.
    Остаточный объем
    B.
    Дыхательный объем
    C.
    Резервный объем выдоха
    11.
    Спирографический метод позволяет определить:
    A.
    Жизненную емкость легких
    B.
    Общую емкость легких
    C.
    Остаточный объем
    D.
    Дыхательный объем
    12.
    Спирографический метод позволяет выявить:
    A.
    Рестриктивные нарушения функции внешнего дыхания
    B.
    Обструктивные нарушения функции внешнего дыхания
    C.
    Любые нарушения функции внешнего дыхания
    13.
    Пневмотахографический метод позволяет выявить:
    A.
    Рестриктивные нарушения функции внешнего дыхания
    B.
    Обструктивные нарушения функции внешнего дыхания
    C.
    Любые нарушения функции внешнего дыхания
    14.
    При стандартных температуре и давлении величины легочных объемов представляются в системе:
    A.
    ATPS
    B.
    STPD

    163
    C.
    BTPS
    15.
    При температуре тела человека величины легочных объемов представляются в системе:
    A.
    ATPS
    B.
    STPD
    C.
    BTPS
    16.
    Максимальная скорость выдоха отмечается:
    A.
    В начальную фазу выдоха
    B.
    В завершающую фазу выдоха
    C.
    На всем протяжении выдоха
    17.
    Должные значения параметров внешнего дыхания рассчитываются с учетом:
    A.
    Роста
    B.
    Массы тела
    C.
    Температуры тела
    D.
    Возраста
    E.
    Пола
    F.
    Диагноза
    18.
    «Петля гистерезиса» характеризует зависимость:
    A.
    Скорости выдоха от давления
    B.
    Объема легких от давления
    C.
    Скорости выдоха от объема легких
    19.
    Явление гистерезиса связанно с:
    A.
    Повышенной растяжимостью легких
    B.
    Поверхностным натяжением в альвеолах
    C.
    Свойствами сурфактанта
    20.
    Укажите виды сопротивления дыханию:
    A.
    Эластическое
    B.
    Неэластическое
    C.
    Гидродинамическое
    D.
    Аэродинамическое
    E.
    Реактивное
    Правильные варианты ответов
    1.
    A, D, F, G
    2.
    B, C
    3.
    F
    4.
    B
    5.
    C
    6.
    A, D
    7.
    A
    8.
    B
    9.
    A, B, C
    10.
    A, C
    11.
    A, D
    12.
    A
    13.
    B
    14.
    B
    15.
    C
    16.
    A
    17.
    A, D, E
    18.
    B
    19.
    C
    20.
    A, B, D

    164
    XIII. БИОФИЗИКА ВСАСЫВАНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ
    Введение
    Рассмотренная в VII разделе транспортная роль биологических мембран, обеспечивающая сопряжение и регуляцию потоков веществ и энергии, не будет полной без представления их трансцеллюлярных особенностей. Основным примером такого вида транспорта является почечный эпителий. После клубочковой фильтрации в процессе прохождения по нефрону состав мочи претерпевает значительные изменения, так как остаются лишь остаточные следы одних веществ и многократно возрастающая концентрация – других.
    Наличие целого комплекса систем, согласованно функционирующих ради сохранения одних веществ (необходимых для жизнедеятельности) и удаления других (представляющих угрозу в определенных концентрациях) требует более детального рассмотрения.
    В клетках почки осуществляется, по крайней мере, 2 вида трансцеллюлярного транспорта:
    1.Реабсорбция – из просвета почечных канальцев в кровь.
    2.Секреция – из крови в просвет почечных канальцев.
    Кроме того, почечный эпителий сам способен синтезировать и затем секретировать ряд веществ в кровь или в просвет почечных канальцев. Эти особенности, к тому же, превалируют в разных разделах почечного нефрона: проксимального отдела, петли Генли и дистального отдела.
    Нарушение трансцеллюлярного и мембранного транспорта в почках ведет к возникновению различного типа дисфункций и патологий на уровне общего обмена в организме.
    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18


    написать администратору сайта