10. Строение и принцип действия сердца млекопитающих. Работа и мощность сердца.
Сердце у млекопитающих и птиц состоит из четырех камер - двух предсердий (ПП и ЛП) и двух желудочков (ПЖ и ЛЖ). Оно разделено на правую и левую половины, сообщающиеся между собой только через кровеносные сосуды. Правое предсердие ПП получает кровь от всех частей тела, посылает ее в правый желудочек ПЖ, откуда по легочной артерии 2 кровь направляется к легким. Здесь она обогащается кислородом и по легочной вене 3 возвращается в левое предсердие и левый желудочек. Затем ритмическими сокращениями кровь разгоняется через аорту 1 по всему телу.
Сокращения сердечной мышцы создают разность давлений в артериальной и венозной системах, благодаря чему и возникает движение крови. Фаза сокращения сердца называется систолой, а фаза расслабления сердца диастолой.
После каждого сокращения правый и левый желудочки выбрасывают одинаковое количество крови, называемое систолическим объемом (у человека этот объем составляет около 60 мл). При физической нагрузке этот объем увеличивается. Объем крови, выбрасываемой сердцем за одну минуту, называют минутным объемом кровотока, который равен систолическому объему, умноженному на число сердечных сокращений в минуту. Вызывая движение крови в сосудах, сердце совершает работу, которая превращается в энергию потока крови и расходуется на преодоление вязкости в сосудистой системе. Оценить работу сердца можно приблизительно по формуле (83), предварительно упростив ее. Поскольку полая вена и аорта находятся на одном уровне, то третьим слагаемым можно пренебречь. Скорость и давление крови в аорте значительно больше, чем в полой вене, поэтому для характеристики работы сердца получаем следующее выражение: где P - разность между систолическим и диастолическим давлениями, a v - скорость крови в момент изгнания из желудочка. Расчет по полученной формуле для лошади дает значение работы 3 Дж. Время одного сокращения желудочков составляет приблизительно 0,25 с. Поэтому мощность сердца лошади около 12 Вт. Выходя из аорты, кровь движется далее по разветвляющимся сосудам и, попадая в капилляры, выполняет свою основную функцию - снабжает кислородом клетки тканей и забирает от них продукты метаболизма. Общее сечение капилляров в 600-800 раз больше сечения аорты, а скорость течения крови во столько же раз меньше чем в аорте (в аорте около 0,5 м/с, а в капиллярах - 0,3-0,5 мм/с). Замедление тока крови в капиллярах имеет важное физиологическое значение, так как при большой скорости кровь не успевала бы обмениваться кислородом и растворенными в ней веществами с клетками и тканями.
11. Характер движения крови в сосудистой системе. Пульсовая волна.
Для определения характера движения крови в артериях вычислим число Рейнольдса, приняв плотность крови =103 кг/м3, коэффициент вязкости =510-3 Пас, скорость =0,5 м/с и диаметр сосуда D=0,008 м. По формуле (84): Re = 800.
Критическое значение числа Рейнольдса при движении крови по трубе равно 2000, поэтому движение крови ламинарное (при нормальных условиях). В некоторых случаях, например, при резком снижении просвета сосудов течение становится турбулентным, что соответствует патологии.
Стенки кровеносных сосудов неодинаковы по своему строению. В отличие от других сосудов аорта и крупные артерии имеют эластичные стенки, состоящие, помимо мышечных волокон, из эластина и коллагена. Растяжение эластина очень велико (допускает деформации 200-300%).
Растяжение и постепенное сжатие стенок эластичной трубы обеспечивают более равномерное протекание в ней жидкости при пульсирующем насосе.
Деформация стенки распространяется вдоль трубы и образует пульсовую волну (см. рис.8).
Скорость пульсовой волны
приближенно определяется формулой:
(88)
где Е - модуль Юнга для материала, из которого сделана труба; D и d - соответственно ее