16. Физическая модель сердечно-сосудистой системы (модель Франка). Пульсовая волна.

О. Франк предложил гидродинамическую модель кровеносной системы. Она позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови выбрасываемый желудочком за одну систолу) гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения (Х0) и изменением давления в артериях.

Артериальная часть системы моделируется упругим (эластичным) резервуаром (УР)

Кровь находится в упругом резервуаре (артерии), её объеме любой момент времени V=V₀+КР

К - упругость резервуара V₀ - объем резервуара при отсутствии давления

В (УР) - артерии поступает кровь из сердца объемная скорость кровотока - Q; от (УР) кровь течёт с объемной скоростью – Q0 в периферическую систему (артериолы, капилляры). Пусть гидравлическое сопротивление постоянно (X₀). Тогда

1) 2) - следует из уравнения Пуазейля; Р – давление в (УР); Р₀ – венозное давление. 3)

Решая совместно уравнения (1), (2), (3) Франк получил

- давление в резервуаре после систолы.

- зависимость скорости оттока крови от времени

- объемная скорость кровотока в УР в конце систолы (начало диастолы).

При сокращении сердечной мышцы кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от неё артерии, при этом кровь растягивает аорту, артерию и другие крупные сосуды, т. е. они принимают за время систолы больше крови, чем её оттекает к периферии. Систолическое давление человека в норме 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды спадают и потенциальная энергия, сообщенная им сердцем, переходит кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастологическое давление = 11 кПа. Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванной выбросом крови из левого желудочка в период систолы, называется пульсовой Волной. Она распространяется со скоростью 5-10 м/с, т.е. за 0,3 сек (время систолы), она распространяется на 1-3 метра. Фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начинается спад давления в аорте. Но скорость крови 0,3-0,5 м/с.

У человека с возрастом модуль упругости возрастает, возрастает и скорость пульсовой волны.

17. Механическая работа и мощность сердца.

Физические основы клинического метода определения давления крови.

Работа совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщению крови кинетической энергии. Ал=А1+А2=РО*Vу+ РО*Vу*скор^2/2 – работа левого желудочка.

Vу – ударный объем крови;

РО - плотность крови;

Скор - скорость крови в аорте.

Т.к. работа правого желудочка Ап=0,2Ал, то работа всего сердца: А=Ал+0,2Ал=1,2 Ал – формула справедливая и для покоя и для активного состояния организма (состояния отличающегося скоростью кровотока) А1=1 Дж – работа разового сокращения.

Ас=86400 Дж – работа суточного сокращения.

При активной мышечной деятельности Ас возрастает в несколько раз. Средняя мощность сердца 3,3 Вт.

При операциях на сердце, которые требуют его временного выключения из системы кровообращения, пользуются специальным аппаратом искусственного кровообращения.

Физический параметр - давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний. Систолическое и диастоличеcкое давления в какой-либо артерии могут быть измерены непосредственно с помощью иглы, соединенной с манометром. Но в медицине используют бескровный метод, предложенный Н.С. Коротковым. Вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжетку, в неё накачивают воздух и она сжимает руку. Затем через этот же шланг воздух выпускают и с помощью манометра измеряют давление воздуха в манжетке.

Сначала давление воздуха в манжетке избыточно над атмосферным=0, (манжетка не сжимает руку и артерию). По мере накачивания воздуха в манжетку она сдавливает артерию и прекращает ток крови. Давление воздуха внутри манжетки при расслабленной мускулатуре = давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой. Выпуская воздух, уменьшают давление в манжетке и мягких тканях, соприкасающихся с ней.

Когда давление = систолическому, кровь способна пробиться через сдавленную артерию - возникает турбулентное течение, характерный шум прослушивает врач на артерии локтевого сгиба (внутри). Продолжая уменьшать давление, восстанавливают ламинарное течение, шум прекращается - это диастолическое.

Приборы для измерения давления – тонометры.