Периодические процессы в организме человека. Внутренние ритмы организма. Внешние источники регулирования ритмов человека.

Биофизические основы гемодинамики. Сердце как механическая система.

12/14/21

Гемодинамика - раздел биомеханики, в котором исследуется движение крови по сосудистой системе.

18:55

Гемодинамика

гидродинамики

биологии

18:55

гидродинамики

• Движение крови по сосудам, гидродинамика объяснят тем, что оно возникает вследствие разности гидростатического давления в различных участках кровеносной системы (кровь движется из области высокого давления в область низкого).

18:55

Течение крови зависит

• от свойств крови, точнее от её вязкости,
• от свойств кровеносных сосудов,
• зависит от сопротивления току стенок сосудов (внутреннее трение).

18:55

минутный объем кровообращения

• Минутный объём кровообращения (МОК) — это количество крови, которое сердце прокачивает в минуту.

18:55

• Минутный объем кровообращения в англоязычной литературе обозначают как cardiac output , и потому в переводной русскоязычной литературе можно встретить термин « сердечный выброс » в качестве синонима МОК.

18:55

гемодинамики предполагает изучение:

• механики сердечного сокращения, насосной функции сердца и сердечного выброса;
• упругих свойства стенок различных сегментов сосудов, динамики гладкомышечного сокращения и расслабления, механизмов формирования сосудистого тонуса;

гемодинамики предполагает изучение:

• особенностей гемодинамики в магистральных, резистивных, капиллярных и венозных сосудах;
• артериального и венозного давления, механизмов формирования артериальной пульсовой волны и звуковых феноменов, связанных с движением крови;
• принципов и механизмов управления гемодинамикой, её адаптивной регуляцией.

18:55

гемодинамики предполагает изучение:

• реологических свойств крови (от греческого слова rheos – течение, поток) – текучесть крови, определяемая совокупностью функционального состояния форменных элементов крови (подвижность, деформируемость, агрегационная активность эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов), вязкости крови (концентрация белков и липидов), осмолярности крови (концентрация глюкозы),

1. Сердце как механическая система.

18:55

Основное назначение сердечно-сосудистой системы человека

• кровь приносит всем клеткам субстраты, необходимые для их нормального функционирования (например, кислород, питательные вещества).
• удаление из организма продуктов жизнедеятельности (например, углекислый газ).

Сердце и кровеносные сосуды – основная транспортная система человеческого организма.

18:55

• Наше сердце всегда первым откликается на потребности организма:

18:55

• Так, при средней продолжительности жизни человека в 70 лет оно сокращается свыше 2,5 миллиардов раз.

18:55

Масса сердца

250 г (у женщин) 300 г (у мужчин)

18:55

2. строение сердечно-сосудистой системы и ее функции.

18:55

Сердечно-сосудистую систему составляют:

• сердце;
• кровь;
• кровеносные сосуды.

18:55

Кровеносная система

• Сосуды, отводящие кровь от сердца, называют артериями , а доставляющие ее к сердцу – венами .

• Она относится к системам замкнутого типа , то есть артерии и вены в ней соединены между собой капиллярами.

18:55

«насос» для кровеносной системы

18:55

«насос» для кровеносной системы

18:55

Строение и работа сердца человека. Сердце – полый симметричный мышечный орган размером примерно с кулак человека, которому оно при-надлежит. Сердце разделено на правую и левую части, каждая из которых имеет две камеры: верхнюю (предсердие) для сбора крови и нижнюю (желудочек) с впускным и выпускным клапанами для предотвращения обратного тока крови. Стенки и перегородки сердца представляют собой мышечную ткань сложного слоистого строения, называемую миокардом.

Сердце обладает уникальным свойством самовозбуждения, то есть импульсы к сокращению зарождаются в нем самом. (автоматизм)

• Участок сердца в стенке правого предсердия , где возникают импульсы, вызывающие ритмические сокращения сердца, называют водителем ритма .

• Сердечная деятельность регулируется нервной системой – одни нервы увеличивают частоту и силу сердечных сокращений, а другие – уменьшают.

18:55

• Примером такой регуляции является реакция на внезапный испуг – вы чувствуете, что сердце “замирает”.

18:55

• На функции сердца влияют и гормоны , выделяемые в кровь надпочечниками.
• Например, адреналин усиливает сердцебиение, другой гормон, ацетилхолин , наоборот, угнетает сердечную деятельность.

18:55

Сердечный цикл

• Перед началом цикла предсердия и желудочки находятся в расслабленном состоянии (так называемая фаза общего расслабления сердца) и наполнены кровью.

18:55

Сердечный цикл

• Началом цикла считают момент возбуждения в водителе ритма, в результате которого начинают сокращаться предсердия, и в желудочки попадает дополнительное количество крови.

18:55

Сердечный цикл

• Затем предсердия расслабляются, а желудочки начинают сокращаться, выталкивая кровь в отводящие сосуды

18:55

Сердечный цикл

• Фаза сокращения желудочков с изгнанием из них крови называется систолой сердца .

18:55

Сердечный цикл

• После периода изгнания желудочки расслабляются, и наступает фаза общего расслабления – диастола сердца .

18:55

• Таким образом, сердечный цикл состоит из систолы (сокращение) и диастолы (расслабление) предсердий, систолы и диастолы желудочков.
• Систола и диастола предсердий и желудочков согласованы между собой и составляют цикл работы сердца.

18:55

• СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ – период от начала одной систолы сердца до следующей, совокупность электрофизиологических, биохимических и биофизических процессов, происходящих в сердце на протяжении одно-го сокращения

18:55

18:55

18:55

Объем крови, который выталкивается в аорту при одном сокращении сердца, называется ударным объемом (60-70 мл).

18:55

Поступившая в аорту кровь растягивает ее стенки, и давление в аорте повышается. Это давление называется систолическим

(САД, Р с ).

18:55

• Пульсовая волна - распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного (над атмосферным) давления, вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы.

Пульсовая волна - это волна деформации стенок артерии.

норма

• Пульсовая волна распространяется со скоростью v п = 5-10 м/с.

• где Е - модуль упругости (модуль Юнга) 8199,4 Па,
• h - толщина стенки сосуда 1 мм,
• d - диаметр сосуда 0,3 см,
• ρ – плотность крови 1050 кг/м 3 .

18:55

После прохождения пульсовой волны давление в соответствующей ар-терии падает до величины, которую называют диастолическим давлением (ДАД или Р д ).

18:55

Диастолическое давление - сосудистое давление

Систолическое давление характеризует работу сердца

Пульсирующие давление

Изменение артериального давления в плечевой артерии: Т - длительность сердечного цикла; Тс ≈ 0,3Т - длительность систолы; Тд ≈ 0,7Т - длительность диастолы; Рс - максимальное систолическое давление; Рд - минимальное диастолическое давление

• Длительность цикла кровообращения у человека составляет приблизительно 20 с, и в течение суток кровь совершает 4200 оборотов.

18:55

• Сечения сосудов кровеносной системы в течение суток испытывают периодические изменения. Это связано с тем, что протяженность сосудов очень велика (100 000 км) и 7-8 литров крови для их максимального заполнения явно недостаточно

18:55

2. Работа и мощность сердца

18:55

Сила работы сердца

• где P – давление в полости желудочка, S – площадь внутренней поверхности желудочка.

В начале систолы

V

В конце систолы

85 см 3

S

25 см 3

93,7 см 2

P

41,2 см 2

70 мм. рт. ст.

F

120 мм. рт. ст.

89 Н

67Н

ΔV ≈ 65·10 -6 м 3 .

Полезная работа, совершенная сердечной мышцей за одно сокращение,

ΔΑ = Рср ·ΔVуд ,

• где ΔVуд - среднее значение ударного объема крови, а Рср - среднее давление, которое создается внутри желудочка.

• Р ср  ≈ 17 кПа.
• Отсюда получаем оценку для работы сердечной мышцы за одно сокращение:
• ΔΑ ≈ 17·10 3 · 65·10 -6  = 1,1 Дж.

18:55

Полезная мощность, развиваемая сердечной мышцей во время систолы,

где T c ≈ 0,3 с - длительность систолы.

Отсюда получаем: N с = 1,1/0,3 = 3,7 Вт.

Время одного цикла сердечной деятельности Т ≈ 0,85 с. Средняя мощность за весь цикл равна Nср = 1,1/0,85 = 1,3 Вт.

• Знаете ли вы, что...
• Ученые подсчитали, что за сутки сердце расходует количество энергии, достаточное для поднятия груза в 900 кг на высоту 14 м (!)

18:55

• При гипертонии артериальное давление повышается и соответственно увеличивается работа, совершаемая сердцем.

18:55

Физиологические ритмичности обнаружены в процессах :

• синтеза ДНК и РНК в клетках,
• синтезе белков,
• в работе ферментов,
• деятельности митохондрий,
• деление клеток,
• сокращение мышц,
• биение сердца,
• дыхание и т.д.

18:55