1 Система кровообращения человека ЛЕКЦИЯ 1 08. 02.

1 Система кровообращения человека ЛЕКЦИЯ 1 08. 02. 2017 1. Гидродинамическая схема кровеносной системы 2. Условие неразрывности струи для системы кровообращения 3. Вязкость крови. Кровь, как неньютоновская жидкость 4. Методы определения вязкости крови 5. Гемодинамическое сопротивление в системе кровообращения 6. Ламинарное и турбулентное течения крови 7. Роль эластичности сосудов в системе кровообращения

28. Пульсовые волны 9. Распределение давления и скорости кровотока в сосудистой системе 10. Показатели кровообращения: кровяное давление и скорость кровотока 11. Методы определения давления крови. Физические основы метода Короткова 12. Методы определения скорости крови. Трубка Пито 13. Эффект Доплера. Ультразвуковой метод определения скорости кровотока. 14. Механическая работа и мощность сердца

3 Вопросы, рассмотренные в курсе физики (1 семестр) ЛЕКЦИЯ 3 19. 09. 16, ПЗ 5 ЛЕЧ 1. Уравнение неразрывности 2. Вязкие жидкости. Методы определения вязкости 3. Формула Пуазейля. Гидродинамические сопротивления 4. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса 5. Ультразвук. Эффект Доплера

5 Два контура (большой и малый круги) ЛЖПЖ Б К М К

6 Анализ: 1. Два контура – две гидравлические системы с разными гидравлическими сопротивлениями 2. Течение жидкости в контурах происходит за счет работы двух насосов (ЛЖ и ПЖ) 3. Мощности, развиваемые насосами: Р лев. ж. > Р пр. ж. 4. Достаточно рассмотреть БК Деятельность сердца – непрерывная череда, следующих друг за другом циклов

7 Схема сердечного насоса ЛЖ ЛПС Митральный клапан Аорта. Л е г о ч н а я в е н а (4 ш т. )

8 ЛЖ ЛПС МК АК 1. Систола предсердия t ≈ 0, 1 с р ПС ↑ p Z Кровь

9 ЛЖ ЛПС МК АК 2. Систола желудочка t ≈ 0, 3 с р Ж ↑ диастола предсердия р ПС ↓ p Z p [ Кровь

10 ЛЖ ЛПС МК АК 3. Диастола желудочка t ≈ 0, 4 с ЖΠCp pp В первый момент диастолы Через 0, 05 с Кровь

11 «Размотка» кровеносной системы Аорта Артерии Артериолы Капилляры

12 Ограничения: 1. Стенки сосудов не жесткие, но эластичные 2. Кровь – высокомолекулярная, неньютоновская жидкость4 8 l R R 1 2 p p Q R

13 Гидродинамическая модель кровеносной системы Франка Ударный объем крови Кл 1 Кл

14 М tp S ~ ударному объему крови

15 М tp Конденсатор (расширительный бачок) АК (Кл 1) закрыт

16 Упругий резервуар – «конденсатор» крови Во время систолы увеличивает свой объем tp. T CT T 0 max V V Во время диастолы уменьшает свой объем max 0 V V

17 УРАртериальная часть системы кровообращения Н( )Q Q t( )V V p ( )p p t 0 Q const CR 0 p

180 V V kp d. V dp k dt dt Условие неразрывности (сохранения объема): 0 d. V Q Q dt 0 C C p p p Q R R

19 Cdp p Q k dt R C p Qdt kdp dt R dt

20 Cp Qdt kdp dt R Интегрирование: tp T CTT 0 T 0; t Tminp p max. C p p ; p p p

210 0 p. T T Cp p Qdt kdp dt R 0 0 T T C p Qdt dt R

22 tp T CTT 0 T p Cp. Экспериментальная кривая р = f ( t ) для сонной артерии

230 0 1 T T CQdt pdt R Ударный объем крови tp S Эксперимент Планиметр R ПС = Планиметр Эксперимент

24 Во время диастолы: 0 Q 0 Cp kdp dt R 1 C dp dt p k. R 0 1 C pt Cp dp dt p k. R

25 exp. C C t p p k. R tp 0 exp. C C t Q Q k. R C C C p Q R

26 t, к. Паp 10, 5 16,

27 Пульсовая волна Волна повышенного давления, распространяющаяся по аорте и артериям за счет выброса крови из левого желудочка во время систолыv 5 10 м/с 0, 3 CT c v 1, 5 3 Cs T м maxv 0, 3 0, 5 м с

28 Скорость пульсовой волны: v 2 ρE a R a. R Формула Моенса – Кортвега

29 Профиль артерии t 0 Передний фронт ПВ Задний фронт ПВ

30 Полное давление в сечении сосуда: CT DIN Cp p p р СТ ≈ 13 – 14 к. Па p DIN ≈ 0 – 0, 13 к. Па р ГС ≈ -3 – 15 к. Па р ГС ≈ 0 к. Па р П ≈ -2, 5 – 2, 5 к. Па р А ≈ 100 к. Па

31 CTp p p Полное избыточное давление:

32 Аорта Артерии Артериолы Капилляры x. CTp Q const 48 (v) l R R p Q R

33 Артерии Артериолы Капилляры x, к. Па. CTp 13, 5 10, 5 6, 5 3, 5 Вены

34λ 2π cos v xx p p e t T Изменение пульсовой составляющей давления:

35 Аорта Артерии Артериолы xp

36 Артерии Артериолы Капиллярыx , p k. Pa 13, 5 10, 5 6, 5 3, 5 Вены Для фиксированного момента времени

37 v. Q S const

38 Аорта Артерии Артериолы Капиллярыv. S Z ] v. S Z ] Венулы v. S ] Z Вены v. S ] Z

39 Артерии Артериолы Капилляры x, CTp k. Pa 13, 5 10, 5 6, 5 3, 5 Вены v , м с 0,

40 Насос =ЛЖ CTp 0, 3 CT c. Однократное сокращение левого желудочка: x S y ap. V CT CT y ap. A p S x p V v r 2 2 v vρ v 2 2 y apm V A r

41 CT y ap. A p V 2 v ρ v 2 y ap. V A r v A A A r 2 ρ v 2 y ap CT y ap V A p V 0, 2 A A 11, 2 С

422 1ρ v 1, 2 2 y ap С CT y ap. V A A p V 3 13, 5 10 CTp a 6 3 60 10 y ap. V м 3 3ρ 1, 05 10 кг м v 0, 5 м с

431 1 CA Дж 1 3, 3 C C A P Bm T

44 Ткань (плоть человеческая) Артерия

45 Трубка Пито — Прандтля Кровоток М 1 М 2 1 : M 1 M CT DINp p 2 : M 2 M CTp p p

46 Плоть Артерия

472 1 2 ρv 2 M M DINp p p v ( )f r

48 НМ 2 H O HP M TK APTP P P v

49 Приемник звука Звукопровод. Врач max Cp p p v 0 f начало шумов. Давление в манжете плавно уменьшается

50 Фиксируется давление, соответствующее началу шумов: р С

51 Приемник звука Звукопровод. Врачminp p p прекращение шумов. Давление в манжете плавно уменьшается

52 Фиксируется давление, соответствующее прекращению шумов: р ∂

53 Общие выводы: 1. Законы гидромеханики в гемодинамике применимы лишь качественно из-за эластичности сосудов и неньютоновских вязких свойств крови 2. Эластичность сосудов существенно сглаживает пульсации давления в кровеносной системе