Мощность сердца формула


Как работает наше сердце, какова его мощность, почему при таких маленьких размерах наш главный насос прокачивает больше бочки крови в час?

сердце

 Каких только дискуссий не обсуждается на обширных полях Интернета. Один из форумов развернул обширную дискуссию по гидродинамике течения крови в нашем организме. Посыл был таков:

«by Александр НИКОНОВ

Еще со школы мы все помним, что сердце – это мышечный насос, который прокачивает по телу кровь. От сердца ярко-красная, насыщенная кислородом кровь идет по артериям, разветвляясь по более узким руслам вплоть до капилляров. Таким образом происходит транспорт кислорода и питательных веществ к клеткам нашего тельца. Затем по капиллярам и венам негожая темно-красная, почти черная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного распада, движется обратно к насосу, забегая по пути в легкие и печень, где происходит ее газообмен и очистка соответственно.


е просто…
Я тоже так думал где-то между школой и вузом. А в вузе маленько превзойдя физику, понял – что-то здесь нечисто. Сосуды уж больно узкие! Да и кровь – не водица, густоватая субстанция. А насосик подозрительно мал! Как же он продавливает?.. Но заморачиваться не стал, решив, что умные люди наверняка уже ответили на этот вопрос и не стоит мне изобретать велосипед. Я ошибался!
И не только я. Московский гидравлик Иван Голованов, много лет назад увлекшийся физиологией человека, начинал свое увлечение именно с тщетных попыток найти ответ на сей вопрос. Поиск его начался с книг. И надо сказать, прочитанное удивило Голованова. А меня рассмешило. Но обо всем по порядку…
— Известно, что общая длина сосудов в человеческом теле достигает 100.000 км, — делится знаниями инженер-физиолог. — А мощность сердца всего 0,7 кВт. Вы здесь никакой нестыковки не видите? Да подобное соотношение не отвечает элементарным гидромеханическим законам! Имея такую мизерную мощность, продавить жидкость по десяткам тысяч километров трубок микронного диаметра, просто невозможно!.. У одного из теоретиков физиологии я нашел такую такую фразу: “сопротивление венозному притоку крови в сердце не может быть выражено количественно». Меня, как гидромеханика, помню, это немало удивило! Кровеносная система — та же водопроводная или канализационная сеть – сплошные трубы. Никаких проблем с расчетом трубопроводных сетей у человечества нет – построены миллионы километров трубопроводов. Спрашивается, почему гидродинамическое сопротивление стальных труб измерить можно элементарно, а сопротивление кровеносных сосудов нельзя? Что за мистическое отношение такое? Я решил разобраться…»


Не менее интересны были и коментарии:

«Михаил Фок, главный научный сотрудник ФИАН, автор книги «Физика для врачей»
— Вы говорите, что теоретически сердце не может прокачать кровь по сосудам, имея такую мизерную мощность? Значит нужно сменить теорию – теории бывают разные, подберите такую, в соответствии с которой все получается. Я исхожу из экспериментальных данных: кровь прокачивается? Прокачивается! Ну, и слава богу. Вообще-то расчеты нужны, если есть какие-то сомнения. У вас есть сомнения в том, что кровь течет по организму? У меня нет.
Диаметр капилляра 5 микрон, а эритроцита — 7 микрон, так что эритроциты, продавливаясь через капилляры, аж расплющиваются. Но ведь и длина капилляра меньше миллиметра, поэтому перепад давлений там небольшой, я думаю 20-30 мм ртутного столба, остальное приходится на все остальное – артерии, крупные сосуды…
Нужно взять и экспериментально проверить эффективную вязкость крови, она ведь разная в разных сосудах — наименьшая в крупных сосудах, наибольшая в тонких. Вязкость крови зависит от скорости: чем больше скорость, тем меньше вязкость и наоборот, потому что кровь представляет собой не воду, а сложную взвесь из эритроцитов, которые еще и слипаются в комки. В таких условиях играет большую роль играют сдвиговые напряжения… Хотя, вообще-то я расчетов таких не проводил. Но уверен, что никаких других механизмов перекачки крови, кроме сердца нет.
Гидродинамическое сопротивление? А что это такое?


Валерий Капелько, заведующий лабораторий экспериментальной патологии сердца Института экспериментальной кардиологии:
— Я знаю Голованова! И даже с одним своим коллегой писал в Минздрав отзыв на его брошюру. Работа Голованова любопытна, но отзыв мы написали отрицательный. Автор рассуждает с позиций водопроводчика, он многого не понимает в гемодинамике, не знает специфики кровеносного русла. Кровеносная система устроена так, что русла раздваиваются, все уменьшаясь и уменьшаясь в диаметре. А чем больше параллельных сосудов, тем меньше их общее сопротивление по закону Кирхгофа, кажется. В результате, десятки тысяч километров узких трубочек имеют меньшее сопротивление, чем одна трубка большого диаметра. Это получается потому, надо думать, что площадь поверхности сосудов не оказывает решающего воздействия при учете сопротивления. Иначе кровь бы просто не текла!

Николай Мазур, ведущий специалист кафедры кардиологии Института экспериментальной кардиологии:
— …Как сердце проталкивает кровь? Я знаю, что сердце не просто сжимается, оно сжимается спиралеобразно, ну как будто тряпку выжимают. Так спиралеобразно сердце выдавливает кровь в аорту, которая расширяется. Затем, кровь отрезанная от сердца клапанами, проталкивается далее «сдувающейся» аортой. Ну а дальше, видимо, сосудами. Кажется, мне попадалась недавно зарубежная публикация, в которой высказывается идея о том, что идет пульсовая волна от сердца по сосудам. Так что не только сердце, конечно, участвует в прокачке крови, но и мышцы сосудов. Так считают за границей»


Тема меня затронула, — неужели мощность сердца всего 0,7 кВт!? Попробуем подсчитать, пользуясь рамками школьных знаний:

За исходные данные возьмем, что при систолическом давлении 120 мм рт. ст. сердце человека перекачивает в состоянии покоя около 288 литров/ч крови. Какова минимальная мощность сердца?

— Давление 120 мм рт. ст. соответствует примерно 1,6×100000 дин/см.кв., а расход жидкости, равный 288 л/ч, соответствует 80 см.куб./с. Таким образом, умножая давление на расход жидкости, получаем мощность 1,3Вт.

Вот вам и 0,7 кВт!? В сотни раз при меньшей мощности сердце справляется со своей задачей.

biggrin

Источник: bugaeff.ru

Работа и мощность сердца, энергия массы движущейся крови


Мощность сердца человека

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.

Цикл работы сердца

Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы:

1. Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может.

2. Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трёхстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и лёгочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию.

3. Пауза (диастола) короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки — цикл повторится.


Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный — период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту.

Автоматизм сердца

Автоматизм — способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов, возникающих в кардиомиоцитах без внешних раздражителей. В физиологических условиях наивысшим автоматизмом в сердце обладает САУ, поэтому его называют автоматическим центром первого порядка.

Регуляция работы сердца

Работа сердца регулируется при помощи миогенных, нервных и гуморальных механизмов.

Нервная система регулирует частоту и силу сердечных сокращений: (симпатическая нервная система обуславливает усиление сокращений, парасимпатическая — ослабляет).

Вопрос №30

Напряженность и потенциал характеристики эл.поля

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность, равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду

Напряженность-вектор ,направление которого совпадает с направлением силы,действующец в данной точке поля на положительный точечный заряд

Работасил электростатического поля (электрического поля неподвижных зарядов) не зависит от траектории, по которой перемещается заряд в этом поле. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными.


Напряжённость— векторная величина определяющая силу

действующую на заряженную частицу или тело со стороныэлектрического поля и численно равная отношению силы к заряду частицы.

Е = F/Q-+

Электрическое напряжение (U) — это работа (А) совершаемая силой поля по перемещению заряженных частиц между двумя точками поля.

U = A/q

Потенциал (φ)— это энергетическая характеристика поля численно равная отношению потенциальной энергии заряженной частицы помещенной в данной точке поля величине её заряда.

φ = W/Q

Вопрос №31

Электрический диполь

Электрический диполь— система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. (два статических заряда, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга.)

Плечо диполя — вектор , направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между зарядами..

Вопрос №32

Понятие о мультиполе.

Мультипо́ли — определённые конфигурации точечных источников (зарядов).


Простейшими примерами мультиполя служат точечный заряд — мультиполь нулевого порядка; два противоположных по знаку заряда, равных по абсолютной величине — диполь, или мультиполь 1-го порядка; 4 одинаковых по абсолютной величине заряда, размещённых в вершинах параллелограмма, так что каждая его сторона соединяет заряды противоположного знака (или два одинаковых, но противоположно направленных диполя) — квадруполь, или мультиполь 2-го порядка. Название мультиполь включает обозначение числа зарядов (на греческом языке), образующих мультиполь, например, октуполь (окту — 8) означает, что в состав мультиполя входит 8 зарядов.

Вопрос №33

33Дипольный Электрический генератор(токовый диполь)

Электрический диполь –система из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.

Двухполюсная система в проводящей среде, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.

Тогда сила тока определяется законом Ома:


где:R – сопротивление проводящей среды, в которой находятся электроды; r – внутреннее сопротивление источника, ε – его э.д.с.; положительный электрод

Электрической характеристикой токового диполя является векторная величина, называемая дипольным моментом (РT).

Дипольный момент токового диполя – вектор, направленный от стока(-) к истоку (+) и численно равный произведению силы тока на плечо диполя:

Вопрос №34

Источник: //infopedia.su/18xb87.html

Анатомия сердца человека. Просто и доступно

Мощность сердца человека

Сердце — один из самых романтичных и чувственных органов человеческого организма. Во многих культурах его считают вместилищем души, местом, где зарождаются привязанность и любовь. Тем не менее, с точки зрения анатомии картина выглядит более прозаично.

Здоровое сердце представляет собой сильный мышечный орган размером примерно с кулак его обладателя. Работа сердечной мышцы ни на секунду не прекращается с момента появления человека на свет и вплоть до самой смерти.

Перекачивая кровь, сердце снабжает кислородом все органы и ткани, способствует удалению продуктов распада и выполняет часть очистительных функций организма. Поговорим об особенностях анатомического строения этого удивительного органа.


Анатомия сердца человека: историко-медицинский экскурс

Кардиологию — науку, изучающую строение сердца и сосудов, — выделили как отдельную отрасль анатомии ещё в 1628 году, когда Гарвей выявил и представил медицинскому сообществу законы кровообращения человека. Он продемонстрировал, как сердце, словно насос, проталкивает кровь по сосудистому руслу в строго определённом направлении, снабжая органы питательными веществами и кислородом.

Сердце располагается в грудном отделе человека, немного левее центральной оси. Форма органа может варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей строения организма, возраста, конституции, пола и других факторов.

Так, у плотных низкорослых людей сердце более округлое, чем у худых и высоких.

Считается, что его форма примерно совпадает с окружностью плотно сжатого кулака, а вес колеблется в диапазоне от 210 граммов у женщин до 380 граммов у мужчин.

Объём крови, перекачанной сердечной мышцей за сутки, составляет примерно 7–10 тысяч литров, причём эта работа ведётся непрерывно! Количество крови может изменяться из-за физического и психологического состояния.

При стрессе, когда организм нуждается в кислороде, нагрузка на сердце возрастает в разы: в такие моменты оно способно передвигать кровь со скоростью до 30 литров в минуту, восстанавливая резервы организма.

Тем не менее, постоянно работать на износ орган не в состоянии: в моменты покоя ток крови замедляется до 5 литров в минуту, а мышечные клетки, образующие сердце, отдыхают и восстанавливаются.

Строение сердца: анатомия тканей и клеток

Сердце относят к мышечным органам, однако, ошибочно считать, что оно состоит из одних лишь мышечных волокон. Стенка сердца включает три слоя, каждый из которых имеет свои особенности:

1. Эндокард — это внутренняя оболочка, выстилающая поверхность камер. Она представлена сбалансированным симбиозом эластичных соединительных и гладкомышечных клеток.

Очертить чёткие границы эндокарда практически нереально: истончаясь, он плавно переходит в прилегающие кровеносные сосуды, а в особо тонких местах предсердий срастается прямо с эпикардом, минуя средний, самый обширный слой – миокард.

2. Миокард — это мышечный каркас сердца.

Несколько слоёв поперечнополосатой мышечной ткани соединяются таким образом, чтобы быстро и целенаправленно реагировать на возбуждение, возникшее в одной области и проходящее всему органу, выталкивая кровь в сосудистое русло.

Помимо мышечных клеток, в миокард входят P-клетки, способные передавать нервный импульс. Степень развития миокарда в отдельных областях зависит от объёма возложенных на него функций. К примеру, миокард в области предсердий куда тоньше желудочкового.

В этом же слое находится фиброзное кольцо, анатомически разделяющее предсердия и желудочки. Такая особенность позволяет камерам сокращаться поочерёдно, выталкивая кровь в строго определённом направлении.

3. Эпикард — поверхностный слой сердечной стенки. Серозная оболочка, образованная эпителиальной и соединительной тканью, является промежуточным звеном между органом и сердечной сумкой — перикардом. Тонкая прозрачная структура защищает сердце от повышенного трения и способствует взаимодействию мышечного слоя с прилегающими тканями.

Снаружи сердце окружено перикардом — слизистой оболочкой, которую иначе называют сердечной сумкой. Она состоит из двух листков — наружного, обращённого к диафрагме, и внутреннего, плотно прилегающего к сердцу. Между ними находится заполненная жидкостью полость, благодаря которой снижается трение во время сердечных сокращений.

Камеры и клапаны

Полость сердца разделена на 4 отдела:

  • правое предсердие и желудочек, заполненные венозной кровью;
  • левое предсердие и желудочек с артериальной кровью.

Правая и левая половины разделены плотной перегородкой, которая препятствует смешиванию двух видов крови и поддерживает односторонний кровоток.

Правда, эта особенность имеет одно небольшое исключение: у детей, находящихся в утробе, в перегородке присутствует овальное окно, через которое кровь смешивается в полости сердца.

В норме к рождению это отверстие зарастает и сердечно-сосудистая система функционирует, как и у взрослого. Неполное закрытие овального окна считается серьёзной патологией и требует оперативного вмешательства.

Между предсердиями и желудочками попарно расположены митральный и трёхстворчатый клапаны, которые удерживаются благодаря сухожильным нитям. Синхронное сокращение клапанов обеспечивает односторонний ток крови, препятствуя смешиванию артериального и венозного потока.

От левого желудочка отходит самая большая артерия кровеносного русла — аорта, а в правом желудочке берёт своё начало лёгочный ствол. Чтобы кровь передвигалась исключительно в одном направлении, между камерами сердца и артериями находятся полулунные клапаны.

Приток крови обеспечивается благодаря венозной сети. Нижние полые вены впадают в правое предсердие, а лёгочные, соответственно, в левое.

Анатомические особенности сердца человека

Поскольку от нормальной работы сердца напрямую зависит обеспечение остальных органов кислородом и питательными веществами, оно должно идеально подстраиваться под изменчивые условия окружающей среды, работая в различном диапазоне частот. Такая изменчивость возможна благодаря анатомическим и физиологическим особенностям сердечной мышцы:

  1. Автономия подразумевает полную независимость от центральной нервной системы. Сердце сокращается от импульсов, продуцированных им самим, поэтому работа ЦНС никак не влияет на частоту сердечных сокращений.
  2. Проводимость заключается в передаче образованного импульса по цепочке другим отделам и клеткам сердца.
  3. Возбудимость подразумевает мгновенную реакцию на изменения, протекающие в организме и вне его.
  4. Сократимость, то есть сила сокращения волокон, прямо пропорциональная их длине.
  5. Рефрактерность — период, во время которого ткани миокарда невозбудимы.

Любой сбой в этой системе может привести к резкому и неконтролируемому изменению ЧСС, асинхронности сердечных сокращений вплоть до фибрилляции и летального исхода.

Фазы работы сердца

Чтобы непрерывно продвигать кровь по сосудам, сердце должно сокращаться. Исходя из стадии сокращения, выделяют 3 фазы сердечного цикла:

  • Систола предсердий, во время которой кровь поступает из предсердий в желудочки. Чтобы не препятствовать току, митральный и трёхстворчатый клапан в этот момент раскрываются, а полулунные, наоборот, закрываются.
  • Систола желудочков подразумевает продвижение крови дальше к артериям через открытые полулунные клапаны. При этом створчатые клапаны закрываются.
  • Диастола включает наполнение предсердий венозной кровью через открытые створчатые клапаны.

Каждое сердечное сокращение длится примерно одну секунду, но при активной физической работе или во время стресса скорость импульсов увеличивается за счёт сокращения длительности диастолы. Во время полноценного отдыха, сна или медитации сердечные сокращения, наоборот, замедляются, диастола становится длиннее, поэтому организм активнее очищается от метаболитов.

Анатомия коронарной системы

Чтобы полноценно выполнять возложенные функции, сердце должно не только перекачивать кровь по всему организму, но и само получать питательные вещества из кровеносного русла.

Аортальная система, несущая кровь к мышечным волокнам сердца, называется коронарной и включает две артерии — левую и правую.

Обе они отходят от аорты и, продвигаясь в противоположном направлении, насыщают клетки сердца полезными веществами и кислородом, содержащимся в крови.

Проводящая система сердечной мышцы

Непрерывное сокращение сердца достигается за счёт его автономной работы. Электрический импульс, запускающий процесс сокращения мышечных волокон, генерируется в синусовом узле правого предсердия с периодичностью 50–80 толчков в минуту.

По нервным волокнам атрио-вентрикулярного узла он передаётся к межжелудочковой перегородке, далее — по крупным пучкам (ножкам Гиса) к стенкам желудочков, а затем переходит на более мелкие нервные волокна Пуркинье.

Благодаря этому сердечная мышца может поступательно сокращаться, выталкивая кровь из внутренней полости в сосудистое русло.

Образ жизни и здоровье сердца

От полноценной работы сердца напрямую зависит состояние всего организма, поэтому целью любого здравомыслящего человека является поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы. Чтобы не столкнуться с сердечными патологиями, следует постараться исключить или хотя бы свести к минимуму провоцирующие факторы:

  • наличие лишнего веса;
  • курение, употребление алкогольных и наркотических веществ;
  • нерациональную диету, злоупотребление жирной, жареной, солёной пищей;
  • повышенный уровень холестерина;
  • малоактивный образ жизни;
  • сверхинтенсивные физические нагрузки;
  • состояние непреходящего стресса, нервное истощение и переутомление.

Зная чуть больше об анатомии сердца человека, постарайтесь сделать над собой усилие, отказавшись от разрушительных привычек. Измените свою жизнь к лучшему, и тогда ваше сердце будет работать, как часы.

Источник: //www.oum.ru/literature/anatomiya-cheloveka/anatomiya-serdtsa-cheloveka/

Работа и мощность сердца

Мощность сердца человека

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка. Можно считать, что сердце продавливает этот объём по аорте сечением S на расстоянии l при среднем давлении p.

Совершаемая при этом работа А1 = Fl = pSl = pVy. На сообщение кинетической энергии этому объёму крови затрачена работа А2 = mv2 / 2 = ρVv2 / 2, где ρ – плотность крови; v – скорость крови в аорте.

Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна Ал = А1 + А2 = p Vy + ρVv2 / 2.

Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении А = Ал + 0,2 Ал = 1,2 (рVy + ρVv2 / 2) Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма. Эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.

Подставив в эту формулу значения p = 13 кПа, Vy = 60 мл = 6·10-5 м3, ρ = 1,05·103 кг/м3, V = 0,5 м/с, получим работу разового сокращения сердца в состоянии покоя: А1 ≈ 1 Дж. Считая, что в среднем сердце совершает одно сокращение в секунду, найдём работу сердца за сутки: Аc = 86 400 Дж.

Такую работу надо совершить, чтобы поднять груз массой в 1т на высоту около 9м. Учитывая, что продолжительность систолы составляет около 0,3 с, и разделив работу сердца за одно сокращение на это время, получим для средней мощности сердца в покое значение 3,3 Вт. При физической нагрузке возрастает систолический и минутный объем крови, увеличивается и скорость течения крови в аорте. Работа сердца резко увеличивается.

Пульсовые колебания скорости кровотока. Пульсовые колебания давления (систолическое, диастолическое и среднее артериальное давление крови). Пульсовая волна. Уравнение для гармонической пульсовой волны. Формула скорости пульсовой волны.

При сокращении сердечной мышцы (систола) кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от неё артерии. Если бы стенки сосудов были жёсткие, то давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферии. Упругость стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь растягивает аорту, артерии и артериолы, т.е.

крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем её оттекает к периферии. Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые сосуды спадают и потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастолическое давление, приблизительно равное 11 кПа.

Повышение артериального давления во время систолы сопровождается растяжением эластических стенок сосудов — пульсовыми колебаниями поперечного сечения или объема.

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

Давление крови в аорте и крупных артериях большого круга называют системным. В норме у взрослых людей систолическое давление в плечевой артерии находится в диапазоне 115—140 мм рт.ст., диастолическое — 60—90 мм рт.ст., пульсовое — 30—60 мм рт.ст., среднее — 80—100 мм рт.ст.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 5-10 м/с и даже более. Следовательно, за время систолы она должна распространяться 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.

Скорость распространения пульсовой волны зависит от растяжимости сосудистой стенки и отношения толщины стенки к радиусу сосуда, поэтому данный показатель используют для характеристики упруго-эластических свойств и тонуса сосудистой стенки.

Пульсовой волне будет соответствовать пульсирование скорости кровотока в крупных артериях, однако скорость движения крови (максимальное значение 0,3-0,5 м/с) существенно меньше скорости распространения пульсовой волны.

Как ясно из модельного опыта и из общих представлений о работе сердца, пульсовая волна не является синусоидальной (гармонической). Как всякий периодический процесс, пульсовая волна может быть представлена суммой гармонических волн. Поэтому уделим внимание, как некоторой модели, гармонической пульсовой волне.

Предположим, что гармоническая волна распространяется по сосуду вдоль оси X со скоростью V. Вязкость крови и эластические свойства стенок сосуда уменьшают амплитуду волны. Можно считать, что затухание будет экспоненциальным. На основании этого можно записать следующее уравнение для гармонической пульсовой волны:

(1)

Где p0 – амплитуда давления в пульсовой волне; x – расстояние до произвольной точки от источника колебаний (сердца); t – время; w – круговая частота колебаний; c – некоторая константа, определяющая затухание волны. Длину пульсовой волны можно найти из формулы:

(2)

Волна давления представляет некоторое избыточное давление. Поэтому с учётом основного давления pa (атмосферное давление) изменение даления можно записать следующим образом:

(3)

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 3187. Нарушение авторских прав

Рекомендуемые страницы:

Источник: //studopedia.info/9-2117.html

Мощность сердца

Мощность сердца человека

Как работает наше сердце, какова его мощность, почему при таких маленьких размерах наш главный насос прокачивает больше бочки крови в час?

 Каких только дискуссий не обсуждается на обширных полях Интернета. Один из форумов развернул обширную дискуссию по гидродинамике течения крови в нашем организме. Посыл был таков:

«by Александр НИКОНОВ

Еще со школы мы все помним, что сердце – это мышечный насос, который прокачивает по телу кровь. От сердца ярко-красная, насыщенная кислородом кровь идет по артериям, разветвляясь по более узким руслам вплоть до капилляров.

Таким образом происходит транспорт кислорода и питательных веществ к клеткам нашего тельца.

Затем по капиллярам и венам негожая темно-красная, почти черная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного распада, движется обратно к насосу, забегая по пути в легкие и печень, где происходит ее газообмен и очистка соответственно. Все просто… Я тоже так думал где-то между школой и вузом.

А в вузе маленько превзойдя физику, понял – что-то здесь нечисто. Сосуды уж больно узкие! Да и кровь – не водица, густоватая субстанция. А насосик подозрительно мал! Как же он продавливает?..

Но заморачиваться не стал, решив, что умные люди наверняка уже ответили на этот вопрос и не стоит мне изобретать велосипед. Я ошибался! И не только я. Московский гидравлик Иван Голованов, много лет назад увлекшийся физиологией человека, начинал свое увлечение именно с тщетных попыток найти ответ на сей вопрос. Поиск его начался с книг. И надо сказать, прочитанное удивило Голованова. А меня рассмешило. Но обо всем по порядку…

— Известно, что общая длина сосудов в человеческом теле достигает 100.000 км, — делится знаниями инженер-физиолог. — А мощность сердца всего 0,7 кВт.

Вы здесь никакой нестыковки не видите? Да подобное соотношение не отвечает элементарным гидромеханическим законам! Имея такую мизерную мощность, продавить жидкость по десяткам тысяч километров трубок микронного диаметра, просто невозможно!..

У одного из теоретиков физиологии я нашел такую такую фразу: “сопротивление венозному притоку крови в сердце не может быть выражено количественно». Меня, как гидромеханика, помню, это немало удивило! Кровеносная система — та же водопроводная или канализационная сеть – сплошные трубы.

Никаких проблем с расчетом трубопроводных сетей у человечества нет – построены миллионы километров трубопроводов. Спрашивается, почему гидродинамическое сопротивление стальных труб измерить можно элементарно, а сопротивление кровеносных сосудов нельзя? Что за мистическое отношение такое? Я решил разобраться…»

Не менее интересны были и коментарии:

«Михаил Фок, главный научный сотрудник ФИАН, автор книги «Физика для врачей» — Вы говорите, что теоретически сердце не может прокачать кровь по сосудам, имея такую мизерную мощность? Значит нужно сменить теорию – теории бывают разные, подберите такую, в соответствии с которой все получается.

Я исхожу из экспериментальных данных: кровь прокачивается? Прокачивается! Ну, и слава богу. Вообще-то расчеты нужны, если есть какие-то сомнения. У вас есть сомнения в том, что кровь течет по организму? У меня нет. Диаметр капилляра 5 микрон, а эритроцита — 7 микрон, так что эритроциты, продавливаясь через капилляры, аж расплющиваются.

Но ведь и длина капилляра меньше миллиметра, поэтому перепад давлений там небольшой, я думаю 20-30 мм ртутного столба, остальное приходится на все остальное – артерии, крупные сосуды… Нужно взять и экспериментально проверить эффективную вязкость крови, она ведь разная в разных сосудах — наименьшая в крупных сосудах, наибольшая в тонких.

Вязкость крови зависит от скорости: чем больше скорость, тем меньше вязкость и наоборот, потому что кровь представляет собой не воду, а сложную взвесь из эритроцитов, которые еще и слипаются в комки. В таких условиях играет большую роль играют сдвиговые напряжения… Хотя, вообще-то я расчетов таких не проводил.

Но уверен, что никаких других механизмов перекачки крови, кроме сердца нет.

Гидродинамическое сопротивление? А что это такое?

Валерий Капелько, заведующий лабораторий экспериментальной патологии сердца Института экспериментальной кардиологии:
— Я знаю Голованова! И даже с одним своим коллегой писал в Минздрав отзыв на его брошюру. Работа Голованова любопытна, но отзыв мы написали отрицательный.

Автор рассуждает с позиций водопроводчика, он многого не понимает в гемодинамике, не знает специфики кровеносного русла. Кровеносная система устроена так, что русла раздваиваются, все уменьшаясь и уменьшаясь в диаметре.

А чем больше параллельных сосудов, тем меньше их общее сопротивление по закону Кирхгофа, кажется. В результате, десятки тысяч километров узких трубочек имеют меньшее сопротивление, чем одна трубка большого диаметра.

Это получается потому, надо думать, что площадь поверхности сосудов не оказывает решающего воздействия при учете сопротивления. Иначе кровь бы просто не текла!

Ещё по теме:   Живая алгебра Я. Перельмана

Николай Мазур, ведущий специалист кафедры кардиологии Института экспериментальной кардиологии:
— …Как сердце проталкивает кровь? Я знаю, что сердце не просто сжимается, оно сжимается спиралеобразно, ну как будто тряпку выжимают. Так спиралеобразно сердце выдавливает кровь в аорту, которая расширяется.

Затем, кровь отрезанная от сердца клапанами, проталкивается далее «сдувающейся» аортой. Ну а дальше, видимо, сосудами. Кажется, мне попадалась недавно зарубежная публикация, в которой высказывается идея о том, что идет пульсовая волна от сердца по сосудам.

Так что не только сердце, конечно, участвует в прокачке крови, но и мышцы сосудов. Так считают за границей»

Тема меня затронула, — неужели мощность сердца всего 0,7 кВт!? Попробуем подсчитать, пользуясь рамками школьных знаний:

За исходные данные возьмем, что при систолическом давлении 120 мм рт. ст. сердце человека перекачивает в состоянии покоя около 288 литров/ч крови. Какова минимальная мощность сердца?

— Давление 120 мм рт. ст. соответствует примерно 1,6×100000 дин/см.кв., а расход жидкости, равный 288 л/ч, соответствует 80 см.куб./с. Таким образом, умножая давление на расход жидкости, получаем мощность 1,3Вт.

Вот вам и 0,7 кВт!? В сотни раз при меньшей мощности сердце справляется со своей задачей.

Источник: //bugaeff.ru/matematika/moshhnost-serdca/

Источник: wikicardiolog.ru

  1. Александров А.Л., Гусаров Г.В., Егурнов Н.И., Семенов А.А. Некоторые косвенные методы измерения сердечного выброса и диагностики легочной гимертензии. — В кн.: Проблемы пульмонологии. Л., 1980, вып. 8, с.189.
  2. Амосов Н.М., Лшцук В.А., Пацкина С.А. и др. Саморегуляция сердца. Киев, 1969.
  3. Андреев Л.Б., Андреева Н.Б. Кинетокардиография. Ростов н/Д: Изд-во Рост, у-та, 1971.
  4. Брин В.Б. Фазовая структура систолы левого желудочка при деафферентации синокаротидных рефлексогенных зон у взрослых собак и щенков. — Пат. физиол, и экспер. терап., 1975, №5, с.79.
  5. Брин B.Б. Возрастные особенности реактивности синокаротидного прессорного механизма. — В кн.: Физиология и биохимия онтогенеза. Л., 1977, с.56.
  6. Брин В.Б. Влияние обзидана на системную гемодинамику у собак в онтогенезе. — Фармакол. и токсикол., 1977, №5, с.551.
  7. Брин В.Б. Влияние альфа-адреноблокатора пирроксана на системную гемодинамику при вазоренальной гипертензии у щенков и собак. — Бюл. экспер. биол. и мед., 1978, №6, с.664.
  8. Брин В.Б. Сравнительно-онтогенетический анализ патогенеза артериальных гипертензий. Автореф. на соиск. уч. ст. док. мед. наук, Ростов н/Д, 1979.
  9. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Фазовая структура сердечного цикла у собак в постнатальнал отногенезе. — Бюл. экспер. биол. и мед., 1974, №2, с. 15.
  10. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Функциональное состояние сердца и гемодинамика малого круга при дыхательной недостаточности. — В кн.: Дыхательная недостаточность в клинике и эксперименте. Тез. докл. Всес. конф. Куйбышев, 1977, с.10.
  11. Брин В.Б., Сааков Б.А., Кравченко А.Н. Изменения системной гемодинамики при экспериментальной реноваскулярной гипертонии у собак разного возраста. Cor et Vasa, Ed.Ross, 1977, т.19, №6, с.411.
  12. Вейн А.М., Соловьева А.Д., Колосова О.А. Вегетно-сосудистая дистония. М., 1981.
  13. Гайтон А. Физиология кровообращения. Минутный объем сердца и его регуляция. М., 1969.
  14. Гуревич М.И., Берштейн С.А. Основы гемодинамики. — Киев, 1979.
  15. Гуревич М.И., Берштейн С.А., Голов Д.А. и др. Определение сердечного выброса методом термодилюции. — Физиол. журн. СССР, 1967, т.53, №3, с.350.
  16. Гуревич М.И., Брусиловский Б.М., Цирульников В.А., Дукин Е.А. Количественная оценка величины сердечного выброса реографическим методом. — Врачебное дело, 1976, № 7, с.82.
  17. Гуревич М.И., Фесенко Л.Д., Филиппов М.М. О надежности определения сердечного выброса методом тетраполярной грудной импедансной реографии. — Физиол. журн. СССР, 1978, т.24, № 18, с.840.
  18. Дастан Х.П. Методы исследования гемодинамики у больных гипертензией. — В кн.: Артериальные гипертензии. Материалы советско-американского симпозиума. М., 1980, с.94.
  19. Дембо А.Г., Левина Л.И,, Суров Е.Н. Значение определения давления в малом круге кровообращения у спортсменов. — Теория и практика физической культуры, 1971, № 9, с.26.
  20. Душанин С.А., Морев А.Г., Бойчук Г.К. О легочной гипертензии при циррозе печени и определении ее графическими методами. — Врачебное дело, 1972, №1, с.81.
  21. Елизарова Н.А., Битар С., Алиева Г.Э., Цветков А.А. Изучение регионарного кровообращения с помощью импедансометрии. — Терап.архив, 1981, т.53, № 12, с.16.
  22. Заславская P.M. Фармакологические воздействия на легочное кровообращение. М., 1974.
  23. Зернов Н.Г., Кубергер М.Б., Попов А.А. Легочная гипертензия в детском возрасте. М., 1977.
  24. Зонис Б.Я. Фазовая структура сердечного цикла по данным кинетокардиографии у собак в постнатальном онтогенезе. — Журн. эволюцион. биохимии и физиол., 1974, т.10, № 4, с.357.
  25. Зонис Б.Я. Электромеханическая деятельность сердца у собак различного возраста в норме и при развитии реноваскулярной гипертонии, Автореф. дис. на соиск. уч.ст. канд.мед.наук, Махачкала, 1975.
  26. Зонис Б.Я., Брин В.Б. Влияние однократного приема альфа-адренергического блокатора пирроксана на кардио- и гемодинамку у здоровых людей и больных артериальными гипертензиями, — Кардиология, 1979, т.19, № 10, с.102.
  27. Зонис Я.М., Зонис Б.Я. О возможности определения давления в малом круге кровообращения по кинетокардиограмме при хронических заболеваниях легких. — Терап. архив, 4977, т.49, № 6, с.57.
  28. Изаков В.Я., Иткин Г.П., Мархасин B.C. и др. Биомеханика сердечной мышцы. М., 1981.
  29. Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. М., 1965
  30. Кедров А.А. Попытка количественной оценки центрального и периферического кровообращения электрометрическим путем. — Клиническая медицина, 1948, т.26, № 5, с.32.
  31. Кедров А.А. Электроплетизмография как метод объективной оценки кровообращения. Автореф. дис. на соиск. уч. ст. канд. мед. наук, Л., 1949.
  32. Клиническая реография. Под ред. проф. В.Т.Шершнева, Киев, 4977.
  33. Коротков Н.С. К вопросу о методах исследования кровяного давления. — Известия ВМА, 1905, № 9, с.365.
  34. Лазарис Я.А., Серебровская И.А. Легочное кровообращение. М., 1963.
  35. Лериш Р. Воспоминания о моей минувшей жизни. М., 1966.
  36. Мажбич Б.И., Иоффе Л.Д., Замещений М.Е. Клинико-физиологические аспекты регионарной электроплетизмографии легких. Новосибирск, 1974.
  37. Маршалл Р.Д., Шефферд Дж. Функция сердца у здоровых и бальных. М., 1972.
  38. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. М., 1975.
  39. Методы исследования кровообращения. Под общей редакцией проф. Б.И.Ткаченко. Л., 1976.
  40. Мойбенко А.А., Повжитков М.М., Бутенко Г.М. Цитотоксические повреждения сердца и кардиогенный шок. Киев, 1977.
  41. Мухарлямов Н.М. Легочное сердце. М., 1973.
  42. Мухарлямов Н.М., Сазонова Л.Н., Пушкарь Ю.Т. Исследование периферического кровообращения с помощью автоматизированной окклюзионной плетизмографии, — Терап. архив, 1981, т.53, № 12, с.3.
  43. Оранский И.Е, Акселерационная кинетокардиография. М., 1973.
  44. Орлов В.В. Плетизмография. М.-Л., 1961.
  45. Осколкова М.К., Красина Г.А. Реография в педиатрии. М., 1980.
  46. Парин В.В., Меерсон Ф.З. Очерки клинической физиологии кровообращения. М., 1960.
  47. Парин В.В. Патологическая физиология малого круга кровообращения В кн.: Руководство по патологической, физиологии. М., 1966, т.3, с. 265.
  48. Петросян Ю.С. Катетеризация сердца при ревматических пороках. М., 1969.
  49. Повжитков М.М. Рефлекторная регуляция гемодинамики. Киев, 1175.
  50. Пушкарь Ю.Т., Большов В.М., Елизаров Н.А. и др. Определение сердечного выброса методом тетраполярной грудной реографии его метрологические возможности. — Кардиологии, 1977, т.17, №17, с.85.
  51. Радионов Ю.А. Об исследовании гемодинамики методом разведения красителя. — Кардиология, 1966, т.6, №6, с.85.
  52. Савицкий Н.Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики. Л., 1974.
  53. Сазонова Л.Н., Больнов В.М., Максимов Д.Г. и др. Современные методы изучения в клинике состояния резистивных и емкостных сосудов. -Терап. архив, 1979, т.51, №5, с.46.
  54. Сахаров M.П., Орлова Ц.Р., Васильева А.В., Трубецкой А.З. Два компонента сократимости желудочков сердца и их определение на основе неинвазивной методики. — Кардиология, 1980, т.10, №9, с.91.
  55. Селезнев С.А.., Вашетина С.М., Мазуркевич Г.С. Комплексная оценка кровообращения в экспериментальной патологии. Л., 1976.
  56. Сывороткин М.Н. Об оценке сократительной функции миокарда. — Кардиология, 1963, т.З, №5, с.40.
  57. Тищенко М.И. Биофизические и метрологические основы интегральных методов определения ударного объема крови человека. Автореф. дис. на соиск. уч. ст. докт. мед. наук, М., 1971.
  58. Тищенко М.И., Сеплен М.А., Судакова З.В. Дыхательные изменения ударного объема левого желудочка здорового человека. — Физиол. журн. СССР, 1973, т.59, №3, с.459.
  59. Тумановекий М.Н., Сафонов К.Д. Функциональная диагностика заболеваний сердца. М., 1964.
  60. Уигерс К. Динамика кровообращения. М., 1957.
  61. Фельдман С.Б. Оценка сократительной функции миокарда по длительности фаз систолы. М., 1965.
  62. Физиология кровообращения. Физиология сердца. (Руководство по физиологии), Л., 1980.
  63. Фолков Б., Нил Э. Кровообращение. М., 1976.
  64. Шершевский Б.М. Кровообращение в малом круге. М., 1970.
  65. Шестаков Н.М. 0 сложности и недостатках современных методов определения объема циркулирующей крови и о возможности более простого и быстрого метода его определения. — Терап. архив, 1977, №3, с.115. И.устер Л.А., Бордюженко И.И. О роли компонентов формулы определения ударного объема крови методом интегральной реографии тела. -Терап. зрхив, 1978, т.50, ?4, с.87.
  66. Agress С.M., Wegnes S., Frement В.P. et al. Measurement of strolce volume by the vbecy. Aerospace Med., 1967, Dec, p.1248
  67. Blumberger K. Die Untersuchung der Dinamik des Herzens bein Menshen. Ergebn.Med., 1942, Bd.62, S.424.
  68. Bromser P., Hanke С. Die physikalische Bestimiung des Schlagvolumes der Herzens. — Z.Kreislaufforsch., 1933, Bd.25, № I, S.II.
  69. Burstin L. -Determination of pressure in the pulmonary by external graphic recordings. -Brit.Heart J., 1967, v.26, p.396.
  70. Eddleman E.E., Wilis K., Reeves T.J., Harrison Т.К. The kinetocardiogram. I. Method of recording precardial movements. -Circulation, 1953, v.8, p.269
  71. Fegler G. Measurement of cardiac output in anaesthetized animals by a thermodilution method. -Quart.J.Exp.Physiol., 1954, v.39, P.153
  72. Fick A. Über die ilessung des Blutquantums in den Herzventrikeln. Sitzungsbericht der Würzburg: Physiologisch-medizinischer Gesellschaft, 1970, S.36
  73. Frank M.J., Levinson G.E. An index of the contractile state of the myocardium in man. -J.Clin.Invest., 1968, v.47, p.1615
  74. Hamilton W.F. The physiology of the cardiac output. -Circulation, 1953, v.8, p.527
  75. Hamilton W.F., Riley R.L. Comparison of the Fick and dye-dilution method of measurement the cardiac output in man. -Amer.J. Physiol., 1948, v.153, p.309
  76. Kubicek W.G., Patterson R.P.,Witsoe D.A. Impedance cardiography as a noninvasive method of monitoring cardiac function and other parameters of the cardiovascular system. -Ann.N.Y.Acad. Sci., 1970, v.170, p.724.
  77. Landry A.B.,Goodyex A.V.N. Hate of rise left ventricular pressure. Indirect measurement and physiologic significance. -Acer. J.Cardiol., 1965, v.15, p.660.
  78. Levine H.J., McIntyre K.M., Lipana J.G., Qing O.H.L. Force-velocity relations in failing and nonfailing hearts of subjects with aortic stenosis. -Amer.J.Med.Sci., 1970, v.259, P.79
  79. Mason D.T. Usefulness and limitation of the rate of rise of intraventricular pressure (dp/dt) in the evaluation of iqyocardial contractility in man. -Amer.J.Cardiol., 1969, v.23, P.516
  80. Mason D.T., Spann J.F., Zelis R. Quantification of the contractile state of the intact human heat. -Amer.J.Cardiol., 1970, v.26, p. 248
  81. Riva-Rocci S. Un nuovo sfigmomanometro. -Gas.Med.di Turino, 1896, v.50, №51, s.981.
  82. Ross J., Sobel В.E. Regulation of cardiac contraction. -Amer. Rev.Physiol., 1972, v.34, p.47
  83. Sakai A.,Iwasaka T., Tauda N. et al. Evaluation of the determination by impedance cardiography. -Soi et Techn.Biomed., 1976, NI, p.104
  84. Sarnoff S.J.,Mitchell J.H. The regulation of the performence of the heart. -Amer.J.Med.,1961, v.30, p.747
  85. Siegel J.H., Sonnenblick E.Н. Isometric Time-tension relationship as an index of ocardial contractility. -Girculat.Res., 1963, v.12, р.597
  86. Starr J. Studies made by simulating systole at necropsy. -Circulation, 1954, v.9, p.648
  87. Veragut P., Krayenbuhl H.P. Estimation and quantification of myocardial contractility in the closed-chest dog. -Cardiologia (Basel), 1965, v.47, № 2, p.96
  88. Wezler K., Böger A. Der Feststellung und Beurteilung der Flastizitat zentraler und peripherer Arterien am Lebenden. -Schmied.Arch., 1936, Bd.180, S.381.
  89. Wezler K., Böger A. Über einen Weg zur Bestimmung des absoluten Schlagvolumens der Herzens beim Menschen auf Grund der Windkesseltheorie und seine experimentalle Prafung. -N.Schmied. Arch., 1937, Bd.184, S.482.

Источник: bono-esse.ru


Leave a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.