9.3. Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения
Работа, совершаемая
сердцем, затрачивается на преодоление
сил давления и
сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем
работу, совершаемую при однократном
сокращении
левого желудочка. Изобразим Vу
— ударный
объем крови — в виде
цилиндра (рис. 9.9). Можно считать, что
сердце продавливает
этот объем по аорте сечением S
на расстояние
l
при среднем
давлении р.
Совершаемая
при этом работа
А1
=
Fl
=
pSl
= pVy.
На сообщение
кинетической энергии этому объему крови
затрачена
работа
А2
= m2/2
= Vy2/2,
где
— плотность крови,—
скорость крови в аорте. Таким образом,
работа левого желудочка сердца при
сокращении равна
Ал=А1 + А2=рVу
+ Vу2/2.
Так как работа правого желудочка
принимается равной 0,2 от работы
левого, то работа всего сердца при
однократном сокращении
А =
Ал
+ 0,2Ал
= 1,2 (pVy
+ pVy2/2). (9.17)
Формула (9.17) справедлива
как для покоя, так и для активного
состояния организма. Эти состояния
отличаются разной скоростью кровотока.
Подставив
в формулу (9.17) значения
р
= 13 кПа, Vy
= 60 мл = 6 • 10-5
м3,
= 1,05 • 103
кг/м3,
= 0,5 м/с, получим
работу разового сокращения сердца
в состоянии покоя: Al
1 Дж. Считая,
что в среднем сердце совершает одно
сокращение в секунду, найдем работу
сердца за сутки:
Ас
= 86 400 Дж. При
активной
мышечной деятельности работа сердца
может возрасти
в несколько раз.
Если учесть, что продолжительность
систолы около t
0,3 с, то средняя
мощность сердца
за время одного сокращения (W)
= А1/t
= = 3,ЗВт.
При операциях на
сердце, которые требуют
временного выключения его из системы
кровообращения, пользуются
специальнымиаппаратами
искусственного кровообращения (рис.
9.10). По существу, этот аппарат является
сочетанием искусственного сердца
(насосная
система) с искусственными легкими
(оксигенатор — система, обеспечивающаянасыщение крови
кислородом).