Вопрос 61. Биомеханика сердца. Трехкомпонентная модель мышцы. Напряжение миокарда. Зависимость напряжения от де­формации.

Сердце является единственным источником энергии во всей сосу­дистой системе кровообращения и при его остановке кровообращение прекращается. Большую часть сердца занимает мышца сердца - мио­кард. Механическое поведение миокарда можно описать с помощью трехкомпонентной модели:

На рисунке А - активный элемент, обладающий и вязкост­ными свойствами; В и С - модели Гука:

а) состояние физиологического покоя миокарда;

б) изотоническое сокращение миокарда ("В" работает на сжатие; "С" - не изменен);

в) изометрическое сокращение миокарда ("В" не изменен; "С" работает на растяжение).

Одним из главных показателей сократительной функции сердеч­ной мышцы (миокарда) является напряжение миокарда. Напряжени­ем миокарда называется сила, действующая в направлении укороче­ния мышечных волокон и отнесенная к их суммарному поперечному сечению:  = F / S.

Напряжение миокарда существенно зависит от степени его растяжения, т.е. относительной деформации .

Падение активного напряжения миокарда при его растяжении больше чем на 45% объясняется тем, что нарушается электромеханическая связь между сократительными белками в мышечных волокнах. При этом электромеханическая связь ослабляется и полностью прекращается при 90%, причем после этого (при > 96%) мышца вообще не возвращается в исходное состояние. У человека полное напряжение миокарда можно определить по формуле:  = V_с / V_д  р_а, где р_а - давление в аорте;

V_с - систолический объем левого желудочка; V_д - диастолический объем левого желудочка.

Литература: Губанов Н.И.,Медбиофизика,-1978,с.251-274; Ремизов „Медбиофизика,-1987,с.204-215. Лекции.

|

Вопрос 62. Биомеханика сердца. Сила миокарда. Закон Франка-Стерлинга. Принципы расчёта работы и мощности сердца. PV-диаграмма.

Во время фазы изометрического сокращения миокард образует сферы (желудочки сердца можно приближенно рассматривать как сферы). В это время, сила, развиваемая миокардом, равна: F = р_а  S, где

р_а - давление в аорте; S - площадь поверхности сферы.

При нормальной работе человеческого сердца объем левого желудочка изменяется от 85 см³ в начале систолы до 25 см³ в конце ее. При этом поверхность левого желудочка сердца уменьшается от 93,7 см² до 41,2 см² . Тогда, полная сила, развиваемая сердцем

в начале систолы будет равна F = р₁  S₁ = 87Н, в конце систолы F = р₂  S₂ = 66Н.

При р₁= 70 мм Hg, а р₂ =120мм Нg, при меньшем объеме сердце развивает меньшую полную силу. Впервые эту зависимость обнаружили Франк и Старлинг. Закон, сформулированный ими, звучит так: «Сила миокарда есть функция длины его волокон» F_полная = р_а  S_сферы = р_а  4r²,

Сила, развиваемая миокардом в продольном направлении, может быть вычислена по формуле:

F_пр = р_а  S_круга = р_а  r².

При инфаркте миокарда резко ухудшается кровоснабжение сердца. При этом часть мышечных волокон выключается из работы миокар­да, происходит гипертрофия мышцы, что приводит к падению сокра­тительной силы миокарда, так как при этом мышца не образует сфе­ры.

Полная работа сердца складывается из работы левого и правого желудочков: А = А_лев + А_прав.

При этом: А_прав = 0,2 А_лев А_лев = р_а  V_y +   V_y   _а²/ 2 А_лев = 1,2 ( р_а  V_y +   V_y   _а²/ 2).

Если учесть, что ударный объем крови V_y = 60 см³, плотность крови  = 1,05  10 кг/м³; скорость движения крови в аорте  _а = 0,5м/с; сред­нее давление в аорте р_а = 100мм Нg, то А = 1 Дж.

Мощность сердца: N = А / t = 1 Дж/0,3 с = 3,3 Вт. Величина р_а  V = А_вн, называется внешней работой сердца. Эта работа сердца идет на создание гидродинамических градиентов, но рассчитать ее по этой формуле нельзя, так как р_а и V являются функ­циями времени. Поэтому А_вн рассчитывается по pV-диаграмме.

СИСТОЛА 1 фаза - изометрическое сокращение, 2 фаза - изгнание крови в аорту.

ДИАСТОЛА 3 фаза - изометрическое расслабление, 4 фаза - наполнение желудочка кровью.

А_вн равна площади петли гистерезиса на рисунке.

Литература: Лекции.