12. Механические и электрические модели кровообращения. Ударный объем крови.

Механическая модель кровообращения позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови, выбрасываемый желудочком сердца за одну систолу), гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения и изменением давления в артериях. Артериальная часть системы кровообращения моделируется упругим резервуаром и объем крови в любой момент времени зависит от давления: V=V_O+kp, где к-эластичность резервуара (коэффициент пропорциональности между давлением и объемом), V_O- объем резервуара при отсутствии давления). В упругий резервуар (артерии) поступает кровь из сердца, объемная скорость кровотока- Q. От упругого резервуара кровь оттекает с объемной скоростью кровотока-Q_O в периферическую систему (артериолы, капилляры). Предполагаем, что гидравлическое сопротивление периферической системы постоянно. Это моделируется жесткой трубкой на выходе упругого резервуара. Объемная скорость кровотока из сердца равна скорости возрастания объема упругого резервуара. Во время систолы происходит расширение резервуара, во время диастолы – отток крови к периферии. Данная модель весьма грубо описывает реальное явление, она очень проста и верно отражает процесс к концу диастолы.

На основе механической может быть построена электрическая модель. Здесь источник U, дающий переменное напряжение, служит аналогом сердца, выпрямитель В- сердечный клапан. Конденсатор С в течении полупериода накапливает заряд, а затем разряжается на резистор R, таким образом, происходит сглаживание силы тока, протекающего через резистор. Действие конденсатора аналогично действию упругого резервуара, который сглаживает колебания давления крови в артериолах. Резистор является электрическим аналогом периферической сосудистой системы.

13. Пульсовые волны, зависимость их скорости распространения от параметров сосуда. Методы определения скорости кровотока.

Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка в период систолы, называют пульсовой волной.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 5—10 м/с и даже более. Следовательно, за время систолы (около 0,3 с) она должна распространиться на расстояние 1,5—3 м, что больше расстояния от сердца к конечностям. Это означает, что фронт пульсовой волны достигнет конечностей раньше, чем начнется спад давления в аорте.

Ультразвуковой метод (ультразвуковаярасходометрия). Метод основан на эффекте Доплера .Эффект Доплера - это изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приёмником волн), вследствие относительного движения источника и наблюдателя. От генератора электрических колебаний УЗ-частоты сигнал поступает на излучатель УЗ и на устройство сравнения частот. УЗ-волна проникает в кровеносный сосуд и отражается от движущихся эритроцитов. Отраженная УЗ-волна попадает в приемник , где преобразуется в электрическое колебание и усиливается. Усиленное электрическое колебание попадает в устройство сравнения частот. Здесь сравниваются колебания, соответствующие падающей и отраженной волнам, и выделяется доплеровский сдвиг частоты в виде электрического колебания: U=U_0*cos2πν_д*t. Из формулы можно определить скорость эритроцитов:

υ_0 = (υ/2)*(ν_д* ν_г)

В крупных сосудах скорость эритроцитов различна в зависимости от их расположения относительно оси: «приосевые» эритроциты движутся с большей скоростью, а «пристеночные» — с меньшей.УЗ-волна может отражаться от разных эритроцитов, поэтому доплеровский сдвиг получается не в виде одной частоты, а как интервал частот. Таким образом, эффект Доплера позволяет определять не только среднюю скорость кровотока, но и скорость движения различных слоев крови. Электромагнитный метод (электромагнитнаярасходометрия)- метод измерения скорости кровотока основан на отклонии движущихся зарядов в магнитном поле.

Дело в том, что кровь, будучи электрически нейтральной системой, состоит  из положительных и отрицательных ионов. Следовательно, движущаяся кровь является потоком заряженных частиц, которые перемещаются со скоростью υ_кр. На движущийся электрический заряд q в магнитном поле с индукцией В действует сила

F = q*υкр*B. Если заряд отрицательный, то сила направлена противоположно векторному произведению υ_кр*В. Cилы, действующие со стороны магнитного поля на разноименные заряды, направлены в противололожные стороны. Около одной стенки кровеносного сосуда преобладает положительный заряд, около другой — отрицательный. Перераспределение зарядов по сечению сосуда вызовет появление электрического поля. Это физическое явление называется эффектом Холла. Напряжение U_x (холловское напряжение) зависит от скорости υ движения ионов, т.е. от скорости крови. Таким образом, измеряя это напряжение, можно определить и скорость кровотока. Зная сечение S сосуда, нетрудно вычислить объемную скорость кровотока (м^3/с): Q = υ_кр*S

Практически удобнее в этом методе использовать переменное магнитное поле. Это приводит к возникновению переменного холловского напряжения U_x, которое затем усиливается и измеряется.