2 курс / Нормальная физиология / ВИРТУАЛЬНЫЙ_ПРАКТИКУМ_ПО_НОРМАЛЬНОЙ_ФИЗИОЛОГИИ

5.Выберите результат длины с помощью кнопки слева. Убедитесь, что левый сосуд заполнился кровью, если это не произошло, нажмите кнопку «Пополнить».

6.Нажмите кнопку «Старт», что позволит жидкости постоянно трансфузироваться из левого сосуда в правый. Когда этот процесс закончится, нажмите кнопку «Зарегистрировать результат», а затем кнопку «Пополнить».

7.Увеличивайте длину сосуда по 10 мм (до 20 мм) и повторите эксперимент. Продолжайте повторять эксперимент, пока не достигните максимальной длины сосуда в 50 мм. Не забудьте нажимать кнопки «Зарегистрировать результат» и «Пополнить» после каждой серии.

8.Нажмите кнопку «Инструменты» на верхней панели экрана, затем кнопку «Построить график результатов». Передвигайте слайд-полоску по оси X до обозначения «Длина» и по оси Y до обозначения «Поток». Зафиксируйте результат. Нажатием на «X», в верхнем правом углу окна, вы закроете это окно экрана.

9.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Опишите взаимодействие между длиной сосуда и кровотоком __ Почему радиус сосуда является более важным фактором в контроле сопротивления кровотока, чем длина сосуда? ___________

Теоретическая часть

Насосные функции сердца

Сердце является своеобразным насосом переменного действия. Правая половина сердца осуществляет накачивание крови в легкие, для насыщения её кислородом, а затем эта кровь возвращается к сердцу и накачивается левой стороной к остальным частям тела. Этот сердечный цикл происходит в одно сердцебиение и включает в себя сокращение и расслабление, то есть систолу и диастолу.

На объем крови в желудочках в конце диастолы ссылаются,

как на конечный диастолический объем (EDV). В начале систо-

лы давление внутри желудочков возрастает, в зависимости от силы сокращения миокардиальных стенок. Это увеличение давле-

ния закрывает атриовентрикулярные клапаны, но оно ещё не-

достаточно для открытия пульмонарных клапанов легочного

122

https://t.me/medicina_free

ствола и аорты. Так как кровь содержится внутри желудочков, и объем крови остается постоянным, этот процесс был назван

изоволюметрическим сокращением (аналогично изометриче-

скому сокращению скелетных мышц). Он заканчивается, когда давление внутри желудочков возрастает до величины открытия полулунных клапанов, что позволяет крови покинуть желудочки

– период изгнания, а объем крови в желудочках падает. Сначала внутрижелудочковое давление продолжает повышаться, но в конце систолы оно падает, когда вентрикулярное давление снижается ниже давления в аорте, а полулунные клапаны закрываются, давая начало новой систоле. Объем крови, выброшенной во время систолы, это ударный объем желудочка, составляющий примерно около половины конечно-диастолического объема. В

сердце, в конце периода изгнания, остается объем крови, примерно равный ударному объему. На этот объем ссылаются, как на

конечно-систолический объем (ESV). Этот остаточный объем является достаточно постоянным, но может меняться при изменении частоты сокращения сердца и сопротивления сосудов.

Сердечный выброс является количеством крови каждого из вентрикулярных насосов в минуту. Во время физических упражнений тканям необходимо больше О2, и тогда посылаются нервные сигналы к сердцу, чтобы увеличить частоту сердечных сокращений. При этом усиливается дыхание так, чтобы обеспечить необходимую оксигенацию крови. Изменения в грудной полости, вызванные повышенной респирацией (особенно инспирацией), вызывают увеличение объема крови притекаемой к сердцу.

Закон Франка‒Старлинга гласит, что когда скорость, при которой кровь возвращается к сердцу – изменяется, то сердце будет регулировать свой выброс в соответствии с изменением притока. Когда кровь возвращается к сердцу больше, то количество крови, выбрасываемой сердцем за сокращение – увеличивается. Таким образом, физическая нагрузка ведет к повышению ударного объема.

В норме ударный объем составляет 70 мл, при сердечном ритме 75 уд./мин, а сердечный выброс составляет чуть больше 5 литров в минуту. Таким образом, это примерный объем крови в организме, который перекачивает сердце каждую минуту жизни.

Выберите «Насосные механизмы» из экспериментального меню верхней части экрана, и Вы увидите изображение (рис. 26),

123

https://t.me/medicina_free

на экране которого имеется три сосуда. Представьте себе, что левый сосуд показывает кровь, поступающую от легких; средний сосуд изображает левую сторону Вашего сердца (для упрощения изображено, как простой насос); и правый сосуд отображает Ваш организм во время отдыха, когда кровь должна быть доставлена ко всем тканям.

Между первыми двумя сосудами находится проток, аналогичный вене. Между вторым и третьим сосудами находится проток, аналогичный артерии. Клапаны в трубках-протоках обеспечивают однонаправленное движение крови только в одном направлении (левом или правом), причём эти клапаны имеют

«флажки», показывающие открыты они или закрыты.

Давление в каждом из сосудов может регулироваться. Давление в насосе регулируется только за счет изменения его ударов во время работы. Увеличение ударного хода насоса запускается давлением из левого сосуда. Давление в правом сосуде, наоборот, противодействует давлению насоса. Таким образом, давление, запускающее поток в правом сосуде, автоматически рассчитывается при вычитании давления в правом сосуде из давления насоса. Разница результирующего давления отражается по результатам регистрационной таблицы внизу экрана, в колонке с пометкой Presss. Dif. R.

В этом эксперименте Вы можете менять начальные и входные объёмы насоса (аналоги EDV и ESV, соответственно), запускающее и резистентное давление (давление сердца и резистентность кровеносных сосудов), а также радиусы трубок-протоков, ведущих к насосу и от него.

Вспомните, что Вы изучили в предыдущих работах о взаимоотношениях потока, радиуса и давления. Результаты этих работ потребуются Вам при обсуждении полученных результатов.

Кликните по кнопке «Auto Pump», расположенной под левым сосудом, и Вы будете наблюдать за циклом работы насоса по числу ударов в окне «Max. strokes». Используя окно «Single», Вы сможете следить за циклом насоса по одному удару. Во время эксперимента скорости насоса и потока будут автоматически высвечиваться на дисплее, когда число ударов составляет 5 и более. Ударный объем (Str. V.) насоса автоматически рассчитывается при вычитании его окончательного объёма из начального объёма. Окончательный и начальный объёмы можно регулировать, ис-

124

https://t.me/medicina_free

пользуя кнопки «+» и «–», около клавиш «Start» и «End» под кнопкой «Pump Volume».

Результаты будут регистрироваться и отражаться в течении эксперимента на дисплее. Измерения для первого эксперимента «Влияние радиуса сосудов на работу насоса», который представляет собой влияние радиуса правой передаточной трубкипротока, высвечивается в верхней строке окна сбора результатов

«Data Sets».

Кнопка «Регистрация результата» (Record Data) на правой стороне экрана, автоматически активируется после экспериментальной серии. Если кликнуть по этой кнопке после завершения цикла эксперимента, то на дисплей будут выведены результаты скорости потока. При использовании кнопок «Delete Line» или «Clear Data Set» результаты эксперимента будут удалены из памяти компьютера.

Практическая часть

Работа № 5. Влияние радиуса сосудов на работу насоса

В этой работе проводятся манипуляции только с радиусом правой проточной трубки насоса, которая имитирует сосуды, отходящие от сердца, являющиеся артериями. Эти сосуды имеют слой гладких мышц в средней оболочке (tunica media), который иннервируется вегетативной нервной системой, так, что радиус сосуда будет изменяться в зависимости от необходимости организма в обеспечении кровотока в определенный промежуток времени.

Ход работы:

1.Нажмите на кнопку «Эксперимент» на верхней панели экрана и выберете раздел «Механика насоса».

2.Убедитесь, что индикатор Rad.R. (представляет радиус тубуса правого потока) выдвинут на первый план в окне набора результатов в самой нижней левой части экрана (рис. 26).

3.Если левый и средний сосуды не заполнены кровью, нажмите кнопку «Пополнить».

4.Установите радиус тубуса правого потока на 3,0 мм.

5.Установите радиус тубуса левого потока на 3,5 мм.

6.Установите давление левого сосуда на 40 мм рт. ст.

125

https://t.me/medicina_free

7. Установите насосное давление среднего сосуда на

120 мм рт. ст.

Рис. 26. Экран работы «Механика насоса»

8. Установите давление правого сосуда на 80 мм рт. ст.

9. Установите стартующий насосный объем (EDV) на

120мл.

10.Установите конечный насосный объем (ESV) на 150 мл.

11.Установите максимальный ход на 10.

12.Нажмите кнопку «Одиночный» и запустите действие насоса. Отметьте, закрыты или открыты клапаны.

13.Нажмите на кнопку «Автонасос». После 10 ударов, направленных на правый сосуд, окна дисплеев потока и скорости будут автоматически показывать результаты эксперимента.

14.Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».

15.Нажмите кнопку «Пополнить».

16.Увеличивайте радиус тубуса правого потока по 0,5 мм и повторите эксперимент. Оставьте все остальные наборы данных прежними. Повторяйте эксперимент, пока не достигните макси-

126

https://t.me/medicina_free

мального радиуса = 6,0 мм. Не забывайте нажимать кнопку «Зарегистрировать результат» и «Пополнить», после каждой серии эксперимента.

17.Нажмите кнопку «Инструменты» на верхней панели, затем «Построить график результатов». Слайд-прямоугольник X-оси перевести к радиусу тубуса правого потока (Rad R), а слайд-прямоугольник Y-оси – к «Потоку». Зафиксируйте результат. Закрыть окно, нажав кнопку «X» в верхнем правом углу окна.

18.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Как график этого эксперимента отличается от графика, который наблюдали в более ранней работе по сопротивлению сосу-

дов? ____________________________________________________

Каково положение клапана насоса во время диастолы? ________

Каково положение клапана насоса во время систолы? _________

Если насос представляет собой левую сторону сердца, то что собой представляет правый сосуд? _________________________

Опишите взаимоотношение между радиусом тубуса правого потока и потоком? _______________________________________

Как снижение радиуса тубуса левого потока влияет на поток и скорость работы насоса? _________________________________

Работа № 6. Влияние величины ударного объема на работу насоса

В норме у взрослого человека 60% крови, которая содержится внутри сердца, выбрасывается из него во время систолы, оставляя 40% в нем. Количество крови, выброшенное из сердца, называют ударным объемом (УО) и он является разницей между EDV и ESV (УО = EDV – ESV). Закон Старлинга гласит, что когда больше крови, чем в норме, возвращается к сердцу венозной системой, тем больше будет сердечная мышца растягиваться, что результируется в более сильном ее сокращении. В свою очередь, это способствует тому, что больше крови, чем в норме, выбрасывается сердцем, увеличивая ударный объем.

В этой работе Вы будите изучать, как будет изменяться активность насоса при изменении начального и конечного объемов (и, таким образом, ударного объема).

127

https://t.me/medicina_free

Ход работы:

1.Выставьте на первый план ударный объем (Str.V, ударный объем = EDV-ESV) под набором данных в нижнем левом углу экрана.

2.Если самый левый сосуд и средний сосуд не заполнены, нажмите кнопку «Пополнить».

3.Доведите ударный объем до 10 мл, начиная со стартового насосного объема (EDV) = 120 мл и конечным насосным объемом

(ESV) = 110 мл.

4.Установить давление в левом сосуде на 40 мм рт. ст.

5. Установить давление в среднем сосуде (насос) на

120мм рт. ст.

6.Установите давление в правом сосуде на 80 мм рт. ст.

7.Установите радиус тубуса потока на 3,0 мм в левом и правом тубусах потока.

8.Установите максимальный ритм на 10.

9.Нажмите автонасос. После 10 ударов, направленных на правый сосуд, окна дисплея «Поток» и «Скорость» будут показывать экспериментальные результаты. Нажмите клавишу «Зарегистрировать результат», а затем кнопку «Пополнить».

10.Увеличивайте ударный объем за счет прибавки по 10 мл, уменьшая конечный насосный объем и повторяя эксперимент. Оставьте все остальные параметры прежними. Продолжайте повторять эксперимент, пока не достигните максимального ударного объема (120 мл). Не забывайте нажимать «Зарегистрировать результат» и «Пополнить» после каждой серии результатов. Наблюдайте за действием насоса во время каждого удара, чтобы увидеть, как параметры EDV и ESV могут влиять на эту процедуру.

11.Выберите клавишу «Инструменты» на верхней панели экрана, а затем «Построить график результатов».

12.Перемещайте слайд-прямоугольник по оси X до Str. V (ударный объем), а по оси Y – до «Поток». Закройте окно, нажимая «X» на верхней правой панели окна дисплея.

13.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Когда объем повышается, что происходит со скоростью насо-

са? _____________________________________________________

128

https://t.me/medicina_free

Что происходит со скоростью насоса, если вы снижаете удар-

ный объем? ______________________________________________

Что возникает, если кровь возвращается к левой стороне сердца при более быстрой скорости, чем она покидает правую сторону сердца? _________________________________________________

Что может происходить, если клапаны сдавливаются (сжима-

ются)? _________________________________________________

Работа № 7. Компенсация

Если движение крови по сосудам подвергается изменениям каким-либо образом (например, если радиус сосуда снижается вследствие отложения липидов), то существуют способы, за счет которых сердечно-сосудистая система может в какой-то степени «компенсировать» этот недостаток. В этой работе Вы будите использовать Ваши знания, выясняя, как разные факторы влияют на кровоток, чтобы изучить примеры компенсации.

Нажмите кнопку «Добавить набор данных» внизу экрана. Появится небольшое окно, запрашивая Вас, как назвать новый набор результатов. Поскольку Вы будите изучать компенсацию в этой работе, напишите «Comp», как название Вашего нового набора результатов. Это новое название появится в окне «Набор результатов», поэтому выделите его до начала работы. Когда Вы позднее нажмете кнопку «Зарегистрировать результат», Ваши результаты будут записываться внутри этого набора данных.

Ход работы:

1. Установите «Давление» в левом сосуде на 40 мм рт. ст.

2. Установите «Давление» для среднего сосуда на

120 мм. рт. ст.

3.Установите «Давление» в правом сосуде на 80 мм. рт. ст.

4.Установите «Радиус» сосуда на 3,0 мм для левого и правого тубуса потоков.

5.Установите максимальный ритм на 10.

6.Установите стартовый объем насоса 120 мл.

7.Установите конечный объем насоса на 50 мл и нажмите кнопку «Пополнить».

8.Нажмите автонасос. В конце серии нажмите кнопку «Зарегистрировать результат». Это будет обозначать «контрольную

129

https://t.me/medicina_free

линию результатов», которую Вы будите использовать для сравнения всех последующих данных эксперимента.

9.Снижайте радиус тубуса потока до 2,0 мм и повторите эксперимент. Не забывайте нажимать кнопку «Пополнить».

10.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Как выглядит скорость тока жидкости по сравнению с контро-

лем? ____________________________________________________

Без изменения радиуса правого тубуса потока, как можно уравнять скорость тока жидкости со скоростью жидкости контроля? Перечислите три возможных решения, а затем тести-

руйте каждый из них на экране. ____________________________

Какое из этих трех решений является наиболее эффективным?

________________________________________________________

Улюдей с высоко-жировой диетой атеросклероз (снижение диаметра сосудов) является общей проблемой. Что должно делать сердце, чтобы все органы получали адекватное кровеобес-

печение? ________________________________________________

Работа № 8. Практическая проверка Ваших собственных экспериментов

Теперь Вы должны предложить сами хорошую идею по тому, как работают механизмы насоса. То есть, в этой работе Вы будете задавать собственные условия эксперимента, чтобы ответить на поставленные ниже вопросы. Тщательно продумайте структурный план работы, которую Вам предстоит проделать. При этом, внимательно прочитайте каждый вопрос и решите, как установить разные экспериментальные параметры, чтобы получить ответ на поставленный вопрос. Затем проведите экспериментальный цикл, кликнув по кнопке «Автонасос», и зарегистрируйте результат.

Для этого, Вам надо будет создать новый ряд данных, чтобы зарегистрировать результаты Ваших исследований. Кликните по кнопке «Добавить ряд данных» внизу экрана. Появится небольшое окно, с вопросом для названия нового ряда данных. Введите какое-либо название, например, «Data Set 4». Заново созданный ряд данных появится в окне «Data Set 4» и будет высвечиваться до начала эксперимента. После каждого экспериментального цикла щелкните кнопкой «Зарегистрировать результат». Эти ре-

130

https://t.me/medicina_free