41. Физические основы и диагностические возможности позитронно-эмиссионной томографии (пэт).

Позитро́нно-эмиссио́нная томогра́фия (ПЭТ) – метод исследования внутренних органов человека или животного. В основе этого метода лежит возможность при помощи специального детектирующего оборудования (ПЭТ-сканера) отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченных позитрон-излучающими радиоизотопами. Радиоактивные изотопы накапливаются в тканях, обладающих высокой метаболической активностью. Выбор подходящего радиофармпрепарата (меченого соединения) позволяет изучать с помощью ПЭТ такие разные процессы, как метаболизм, транспорт веществ, лиганд-рецепторные взаимодействия, экспрессию генов и т. д.

42. Рентгеновское излучение, его спектр. Тормозное и характеристическое излучение, их природа.

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной приблизительно от 80 до 10^-5 нм и энергией квантов E≥14 Эв.

Спектр рентгеновского излучения – диаграмма, показывающая, как распределена в излучении энергия по разным значениям длин волн.

По способу возбуждения рентгеновское излучение подразделяют на тормозное и характеристическое.

Тормозное излучение возникает в результате торможения электрона электростатическим полем атомного ядра и атомарных электронов вещества антикатода. При торможении электронов лишь часть энергии идет на создание фотона рентгеновского, другая часть расходуется на нагревание анода. При торможении большого кол-ва электронов образуется непрерывный спектр рентгеновского излучения. Из-за этого тормозное излучение еще называют сплошным.

Когда энергия бомбардирующих анод электронов становится достаточной для вырывания электронов из внутренних оболочек атома, на фоне тормозного излучения появляются резкие линии характеристического излучения. Частоты этих линий зависят от природы вещества анода, поэтому их и называют характеристическими.

43. Способы получения рентгеновского излучения: рентгеновская трубка, бетатрон.

Рентгеновская трубка представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор. Подогревающийся катод испускает электроны. Анод (антикатод) имеет наклонную плоскость, для того чтобы направить возникающее при торможении электронов рентгеновское излучение под углом к оси трубки. Поверхность анода выполнена из тугоплавких материалов.

Бетатрон – ускоритель электронов. Получаемый в нем поток быстрых электронов направляется на мишень, на которой при их торможении возникает рентгеновское излучение.

Электроны ускоряются и удерживаются на круговой орбите при помощи возрастающего магнитного поля. Разгон происходит в вакуумной тороидальной камере. Если на ось камеры выведен пучок электронов и магнитное поле начинает усиливаться, то происходит явление электромагнитной индукции, и во всем объеме камеры возникает вихрь электрического поля. На электроны действует сила F=-eE, направленная по касательной к оси камеры и разгоняющая их сила Лоренца f=eVB, направленная в сторону центра камеры и удерживающая пучок электронов на оси камеры.

44. Применение рентгеновского излучения в диагностике. Рентгеноскопия. Рентгенография. Флюорография. Рентгеновская компьютерная томография (РКТ).

Рентгеноскопия - метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на светящемся (флюоресцентном) экране. Р. Производится в затемненном помещении. Главным преимуществом перед рентгенографией является факт исследования в реальном масштабе времени. Это позволяет оценить не только структуру органа, но и его смещаемость, сократимость или растяжимость, наполняемость. Но не остаётся документа (снимка, кривой) для повторного рассмотрения и наблюдения за эволюцией болезни.

Рентгеногра́фия — исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. Применяется для диагностики: Рентгенологическое исследование органов позволяет уточнить форму данных органов, их положение, тонус, перистальтику, состояние рельефа слизистой оболочки. На рентгенограммах выявляется больше деталей изображения, чем при рентгеноскопии. Лучевая нагрузка меньше.

Флюорогра́фия — рентгенологическое исследование, заключающееся в фотографировании видимого изображения на флюоресцентном экране, которое образуется в результате прохождения рентгеновских лучей через тело человека и неравномерного поглощения органами и тканями организма. Ф. применяют главным образом для исследования органов грудной клетки, молочных желёз, костной системы. Основное преимущество Ф. по сравнению с др. методами рентгенодиагностики – возможность массового обследования для выявления скрыто протекающих заболеваний.

Рентгеновская компьютерная томография. Метод основан на измерении и компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

45. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом: фотопоглощение, когерентное рассеяние, комптоновское рассеяние, образование пар. Вероятности этих процессов.

Рентгеновский квант уменьшает свою энергию частями, отдавая их множеству атомов, и производя их ионизацию.

Фотопоглощение – эффект поглощения квантов с относительно низкой энергией. Квант выбивает электрон и сообщает ему кинетическую энергию. Место выбитого электрона занимает внешний электрон. Это сопровождается высвечиванием квантов характеристического излучения.

Когерентное рассеяние. Если энергия квантов меньше, чем энергия ионизации атомов окружающей среды, то квант переводит атом в возбужденное состояние. Но атом быстро возвращается в обычное состояние, излучив вторичный рентгеновский квант. Это ослабляет первичный поток квантов.

Комптоновское рассеяние. Наблюдается при взаимодействии фотона со слабо связанными с ядром электронами оболочек атома. Электрон отрывается от атома, а энергия фотона уменьшается. Каждый акт многоступенчатого комптоновского рассеяния – отрыв свободного электрона, т.е. ионизация атома или молекулы и сообщение оторванному электрону энергии, достаточной, чтобы он стал ионизирующей частицей.

Образование пар. Если квант имеет энергию больше 1 МэВ, то она реализуется как энергия электрона и позитрона, поделенная между ними поровну. По мере роста энергии растет вероятность этих преобразований.

46. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Единицы активности радиоактивных препаратов.

Радиоактивность – это самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц.

Закон радиоактивного распада.

Число радиоактивных ядер, которые еще не распались убывает со временем, согласно закону:

N=N₀ e^-λt

N – число ядер, не распавшихся за время t.

N₀ – число не распавшихся ядер в начальный момент времени (t=0)

λ – постоянная распада, различна для разных радиоактивных веществ.

Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

T=ln2/λ

Активность радиоактивного препарата – число ядер этого препарата, распадающихся за секунду.

Единица активности – беккерель (Бк). Наиболее употребимой единицей является кюри (Ки).

1 Ки=3,7*10¹⁰ Бк=3,7*10¹⁰ с^-1.

Внесистемная единица активности – резерфорд (Рд). 1 Рд=10⁶ Бк.

47. Виды радиоактивного распада: α-распад, β-распад. Характеристики радиоактивных излучений.

Альфа-распад - самопроизвольное превращение ядра с испусканием альфа-частицы(ядра гелия) и квантов λ-излучения.

Различают три вида бета-распада:

1. β^- -распад. Проявляется в вылете из ядра электрона (β^-) и антинейтрино.

2. β⁺ -распад. Образование позитронов и нейтрино.

Энергия, выделяющаяся при β-распаде, распределяется между бета-частицей и нейтрино или антинейтрино.

3. е-захват. Заключается в захвате ядром одного из внутренних электронов атома, в результате чего протон ядра превращается в нейтрон.

Характеристики радиоактивных излучений.

1. Активность радиоактивного препарата – число ядер этого препарата, распадающихся за секунду.Единица активности – беккерель (Бк). Наиболее употребимой единицей является кюри (Ки).

2. Дозой облучения называется энергия излучения, поглощенная в единице объема или массы вещества за все время воздействия излучения. Доза облучения, характеризует степень ионизации вещества: чем больше доза, тем больше степень этой ионизации. Является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека.

3. Уровень радиации (мощность дозы) характеризует интенсивность излучения. Это доза, создаваемая за единицу времени и характеризующая скорость накопления дозы. Измеряется в рентгенах в час (Р/ч). Чем больше уровень радиации (фон), тем меньше времени должны находиться на загрязненном участке люди, чтобы полученная ими Доза облучения не превысила допустимую.

4. Степень загрязнения радиоактивными веществами характеризуется плотностью загрязнения, которая измеряется количеством радиоактивных распадов атомов, происходящих за единицу времени на единице поверхности, в единице массы или объема, т. е. единицами удельной активности. Знание степени загрязнения позволяет оценить вредное биологическое воздействие радиоактивно загрязненных предметов и веществ при соприкосновении с ними или попадании их внутрь организма.

48. Закон ослабления ионизирующих излучений. Коэффициент линейного ослабления. Толщина слоя половинного ослабления.

Интенсивность излучения уменьшается по закону:

J=J₀*e^µd

J – число частиц, прошедших сквозь вещество-поглотитель

J0 – число частиц, падающих на вещество-поглотитель

d – толщина слоя вещества

µ - линейный коэффициент ослабления

Физический смысл линейного коэффициента ослабления заключается в том, что при d=1/µ интенсивность параллельного пучка монохроматического излучения уменьшается в е раз(е=2,7).

Линейный коэффициент ослабления зависит от природы вещества, поглощающего излучение и от длины волны поглощаемого излучения.

µ=kρZ³λ³

k – Коэффициент пропорциональности

ρ – Плотность вещества, поглощающего излучение

Z – Атомный номер этого вещества в таблице Менделеева

Λ – Длина волны поглощаемого излучения

Толщина слоя материала, уменьшающая уровень излучения в 2 раза, называется слоем половинного ослабления.

Толщина слоя половинного ослабления (d_1/2).

d_1/2 =lg 2/µ

49. Основы биологического действия ионизирующих излучений: ионизация молекул, образование свободных радикалов. Лучевая болезнь.

Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды в присутствии кислорода возникают активные радикалы, гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода. При ионизации органических молекул возникают свободные радикалы, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. Каждый из радикалов в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке. Свободный кислород играет большую роль в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению.

При больших дозах излучения наступает смерть, при меньших – различные заболевания, в том числе – лучевая болезнь.

Лучевая болезнь возникает вследствие взаимодействия человека с ионизирующим излучением.

Фазы лучевой болезни:

1. Первичные изменения: потеря аппетита, слабость, головокружение, тошнота.

2. Мнимое благополучие

3. Резко возрастают патологические изменения в организме, резкое падение числа лейкоцитов, выпадение волос, различные кровоизлияния, нарушения функций органов.

50. Получение и применение радиоактивных препаратов для диагностики и лечения

Искусственные радиоактивные элементы в медицине получаются двумя способами:

1. В ускорителях заряженных частиц (когда на пути ускоренной частицы помещают препятствие из какого-либо вещества).

2. При ядерных реакциях, происходящих в ядерных реакторах (все реакции происходят под действием нейтронов)

Радионуклиды – радиоактивные ядра некоторых элементов.

Использование радионуклидов в медицине:

1. Диагностика

1. Оценка степени разведения радиоактивного соединения в жидких средах организма. Для этого после введения дозированного радиофармацевтического препарата берут пробы биологического субстрата и определяют их радиоактивность. Отношение радиоактивности полученной пробы к величине активности введенного препарата позволяет установить объем исследуемой среды. (Например, объем плазмы крови).

2. Определение динамики включения, перемещения и выделения радиоактивных веществ. Для этого после введения препарата производят многократные измерения радиоактивности всего тела или его части с помощью радиодиагностического прибора и устанавливают сроки накопления радиоактивного соединения, его выведения или скорости прохождения по системам организма. Так судят о движении крови по камерам сердца и сосудам, об обмене йода в организме, о некоторых функциях печени, почек.

3. Гамма-топограмма. На специальных радиодиагностических приборах получают гамма-топограммы, отражающие положение, форму и величину органов, содержащих радиоактивные частицы. Гамма-топограммы дают возможность обнаружить патологические очаги, в которых радиофармацевтический препарат не накапливается или накапливается больше, чем в окружающих тканях.

4. Изучение взаимодействия меченых соединений с составными частями биологических сред организма (кровь, моча, слюна) в пробирке, т.е. без введения радиоактивных веществ в организм. Позволяет определить и количественно оценить гормональный профиль организма, а также исследовать ряд биохимических показателей.

2. Лечение

1. Гамма-терапия. Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли , при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию.

2. Альфа-терапия. Например, радоновая терапия. Минеральные воды, содержащие радон (222) и его дочерние продукты используются для воздействия на кожу, органы пищеварения, органы дыхания.

51. Методы регистрации ионизирующих излучений: счетчик Гейгера, сцинтилляционный датчик, ионизационная камера.

Счетчик Гейгера.

γ-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически.

Сцинтилляционный счетчик.

Его основными элементами являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое состояние, атомы испускают фотоны. Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны, в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется. Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, γ-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и γ-квантов с атомами сцинтиллятора.

Ионизационная камера

прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой воздушный или газовый электрический конденсатор, к электродам которого приложена разность потенциалов V. При попадании ионизирующих частиц в пространство между электродами там образуются электроны и ионы газа, которые, перемещаясь в электрическом поле, собираются на электродах и фиксируются регистрирующей аппаратурой.

52. Дозиметрия. Понятие о поглощенной, экспозиционной и эквивалентной дозе и их мощности. Единицы их измерения. Внесистемная единица – рентген.

Дозиметрия – совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в в-ве излучением.

Доза излучения (поглощенная доза) – отношение энергии, переданной элементу облученного вещества, к массе этого элемента. Она зависит от вида ионизирующего вещества и пропорциональна времени облучения. Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы.

Единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гр), который соответствует дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Мощность поглощенной дозы выражается в греях в секунду (Гр/с).

Экспозиционная доза – мера ионизации воздуха рентгеновскими и гамма-лучами.

За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг). На практике используют единицу, называемую рентгеном (Р). Одному внесистемному рентгену соответствует 2,58*10^-4 Кл/кг для 1 кг воздуха. Единицей мощности экспозиционной дозы является 1 А/кг, а внесистемной единицей – 1 Р/с.

Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжелая частица (например, протон) производит на единице пути в ткани больше ионов, чем легкая (например, электрон). При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент — коэффициент относительной биологической эффективности.

Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр. 1 Зв = 100 бэр.

53. Второй закон Ньютона. Защита организма от избыточных динамических нагрузок и травматизма.

Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

a=F/m

При травмаопасных ситуациях тело испытывает большое отрицательное ускорение.

По второму закону Ньютона, ускорение – результат действия силы:

a=F/m => ∆V/∆t=F/m => F∆t=m∆V

Одно и то же значение m∆V можно обеспечить разными способами.

Способы уменьшения силы удара – это способы увеличения его длительности:

• Мягкие ткани

• Конструкции, сминаемые при ударе

• Умение группироваться

• Ремни и подушки безопасности

54. Виды деформации. Закон Гука. Коэффициент жесткости. Модуль упругости. Свойства костных тканей.

Если к предмету приложена внешняя сила F, то это изменяет расположение частиц тела => частицы стремятся вернуться в прежнее положение => суммарный эффект – возникновение силы упругости.

Если сила упругости равна внешней силе – прочность обеспечена.

Если сила упругости меньше внешней силы, то происходит деформация.

Виды деформации:

1. Растяжение/сжатие

2. Изгибание

3. Кручение

4. Сдвиг

Закон Гука

Fупр=kx, где x – абсолютная деформация, k – коэффициент жесткости. Он зависит от:

1. От геометрии предмета

2. От свойств материала

При незначительной упругой деформации эластичного материала действующие силы также описываются законом Гука, но в несколько более сложной форме. В теории упругости закон Гука принимает следующий вид:

σ/η = E

где σ — механическое напряжение (удельная сила, приложенная к поперечной площади сечения тела), η — относительное удлинение или сжатие струны, а Е — так называемый модуль Юнга, или модуль упругости, играющий ту же роль, что коэффициент упругости k. Он зависит от свойств материала и определяет, насколько растянется или сожмется тело при упругой деформации под воздействием единичного механического напряжения.

Особые свойства костной ткани:

1. Сочетание минеральных и органических компонентов

2. Трубчатые кости легче, чем сплошные той же прочности. Трубчатая кость – защита для костного мозга.

3. Костные пластины и радиальные каналы в костях – защита от развития трещин.

4. Обновляемость за счет остеокластов и остеобластов.

55. Мышечные ткани. Строение и функции мышечного волокна. Преобразование энергии при мышечном сокращении. КПД мышечного сокращения.

Скелетная мышца состоит из мышечных волокон (миоцитов). Мышечные волокна представляют собой гигантские многоядерные клетки. Волокно покрыто эластичной оболочкой — сарколеммой и состоит из саркоплазмы, содержащей митохондрии, рибосомы, трубочки и пузырьки саркоплазматической сети и так называемая Т-система. Т-система также имеет прямое отношение к мышечному сокращению, так как по ней передаётся изменение электрического потенциала поверхностной мембраны элементам ретикулума, что приводит к освобождению ионов кальция, поступающих к миофибриллам и запускающих процесс мышечного сокращения. Сократительные элементы – миофибриллы. Они состоят из многочисленных параллельно расположенных нитей – филаментов. Перегородки, называемые Z – пластинками, разделяют их на отдельные участки, называемые саркомерами. Филаменты бывают двух типов: толстые (из белка миозина) и тонкие (из актина). В поперечном сечении толстые и тонкие нити располагаются правильными шестиугольниками так, что каждая толстая нить окружена шестью тонкими, а каждая тонкая нить может вступать в контакт с тремя толстыми.

Мышца сокращается в результате укорочения множества последовательно соединенных саркомеров в миофибриллах, при этом тонкие актиновые нити скользят вдоль толстых миозиновых, двигаясь между ними к середине саркомера.

Единственным прямым источником энергии для мышечного сокращения служит АТФ. При активации мышцы повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция приводит к сокращению и усиленному расщеплению АТФ, интенсивность метаболизма повышается в 100-1000 раз. АТФ гидролитически расщепляется с помощью миозин-АТФ-фазы до АДФ и неорганического фосфата. Расщепление одного моля АТФ обеспечивает около 48 кДж энергии.40-50% этой энергии преобразуется в механическую работу, а 50-60% превращается в тепло.

56. Изотонический режим работы мышц. Статическая работа мышц.

Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h):

А = Р * h

Чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца.

Изотонический режим – сокращение мышцы при неизменном напряжении, выражающееся в уменьшении её длины и увеличении поперечного сечения. В организме изотоническое мышечное сокращение в чистом виде не наблюдается. К чисто изотоническому мышечному сокращению приближается движение ненагруженной конечности.

Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы . В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина.

57. Общая характеристика системы кровообращения. Скорость движения крови в сосудах. Ударный объем крови. Работа и мощность сердца.

Кровообращение – это непрерывное движение крови по замкнутой сердечнососудистой системе, обеспечивающее обмен газов в легких и тканях тела.

• Полный оборот – 27 систол (20-23с)

• Общий объем крови ≈ 5 л

• Сердце выполняет роль насоса

• Кровеносная система – замкнутая

• Наличие клапанов

• Последовательность прохождения полного круга:

Правое предсердие -> правый желудочек -> малый круг кровообращения -> левое предсердие -> левый желудочек -> большой круг кровообращения

Количество крови, выталкиваемое при сокращении левым и правым желудочком – систолический (ударный) объем. В условиях покоя – 60-80 мл. Является основным показателем деятельности сердца.

В левом желудочке и аорте давление крови выше, чем в полых венах (отрицательное давление по сравнению с атмосферным) и в правом предсердии. Разность давлений в этих участках обеспечивает движение крови в большом круге кровообращения. Высокое давление в левом желудочке и легочной артерии и низкое в легочных венах и левом предсердии обеспечивает движение крови в малом круге кровообращения. Часть кровеносных сосудов работает в условиях пульсирующего давления. Но благодаря эластичности стенок сосудов пульсация уменьшается.

В капиллярах пульсация отсутствует, движение крови здесь равномерное и медленное. Это обеспечивает нормальное протекание обменных процессов между кровью и тканями.

Вены обладают свойством растягиваться или сжиматься без изменения давления крови.

Кровь – несжимаемая жидкость, т.е. объем любой ее порции остается неизменным независимо от давления, но она свободно принимает форму сосуда, в котором находится.

Чем уже площадь поперечного сечения сосуда, тем больше скорость течения крови.

Это свойство описывается уравнением неразрывности:

S1V1=S2V2

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

Cердце продавливает объём по аорте сечением S на расстоянии l при среднем давлении p. Совершаемая при этом работа: А₁ = pSl = pVy

Vy – ударный объем крови

На сообщение кинетической энергии этому объёму крови затрачена работа:

А₂ = mv² / 2 = ρVy·v² / 2,

где ρ – плотность крови; v – скорость крови в аорте.

Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна

А_л = А₁ + А₂ = p Vy + ρVy· v² / 2

Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении:

А = А_л + 0,2 А_л = 1,2 (рVy + ρVy· v² / 2)

Работа сердца за сутки = 864000 Дж

58. Уравнение Пуазейля. Понятие о гидравлическом сопротивлении кровеносных сосудов и способах воздействия на него.

Течение Пуазейля – установившееся течение вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубке. Закон Пуазейля выполняется в сосудах с ламинарным течением крови.

Q=πr⁴∆p/8ηl

Q – объем крови, протекающий через поперечное сечение сосуда за 1 секунду

∆p – разница давлений на концах сосуда

l – длина сосуда

r – радиус сосуда

η – вязкость (коэффициент трения)

Гидравлическое давление – сила, возникающая при движении крови по сосудам.

Величину обратную первой формуле называют гидравлическим сопротивлением

R=8ηl/ πr⁴(в четвертой).

Гидравлическое сопротивление не системы в целом, но его значительной части- большого круга кровообращения ,принято называть общим периферическим сопротивлением сосудов (ОПСС) и оценивается по формуле ОПСС= ,где Q- общий объём кровотока, среднее артериальное давление. Общее периферическое сопротивление сосудов- сопротивление, которое сосудистая система оказывает кровотоку. В норме ОПСС=144кПа*с/л.

У сосудов наблюдается такое явление, как гипертонус : зажатость, уменьшенный радиус, уменьшение пропускной способности, отсюда происходит увеличение гидравлического сопротивления. В этих условиях для обеспечения необходимого общего объёма кровотока сердце вынуждено компенсировать рост гидравлического сопротивления ростом артериального давления.

Радиус сосуда сильно влияет на гидравлическое сопротивление. Это объясняется тем, что в ламинарных потоках распределение скорости жидкости неравномерное, наибольшая скорость – в центре сосуда, т.е. основная часть объема крови переносится в центре потока. Для уменьшения гидравлического давления, необходимо расширить сосуды (увеличить радиус поперечного сечения).

59. Ламинарное и турбулентное движение жидкости. Число Рейнольдса.

Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними. Ламинарное течение жидкости наблюдается при небольших скоростях ее движения. В центре потока силы трения минимальны, и поэтому скорость крови здесь самая быстрая. По мере приближения клеток крови к стенкам сосуда сила трения увеличивается, что приводит к снижению скорости.

Турбулентное (вихревое), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости. Так как частицы жидкости могут перейти из одного слоя в другой, то их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей.  Характер течения зависит от безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса Re=ρVd/η  V – средняя скорость потока, d – диметр трубы (сосуда), ρ – плотность жидкости, η – вязкость.

Значение числа Рейнольдса, при котором происходит переход от ламинарного течения к турбулентному, называется критическим. Для крови Reкрит. = 970±80. При Re<Reкр. – режим течения ламинарный. При Re>Reкр. – турбулентный.

Разрушителями ламинарного движения могут оказаться резкие изломы, выступы в сосуде.