Біофізика і біомеханіка - В. С. Антонюк - 2012
Розділ 4. БІОФІЗИКА СКЛАДНИХ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ
4.7. Біофізичні функції елементів серцево-судинної системи
Англійський лікар В. Гарвей у 1628 р. запропонував модель судинної системи, коли серце виконує функцію насоса, що прокачує кров по судинах. Він підрахував, що маса крові, що викидається серцем в артерії протягом декількох годин, значно перевищує масу людського тіла. Звідси Гарвей дійшов висновку, що в серце, що відіграє роль гідравлічного насоса, багато разів надходить одна й та ж кров. Схематично серцево- судинну систему можна зобразити так, як показано на рис. 4.18.
Рис. 4.18. Схематичне зображення серцево-судинної системи
Основна функція серцево-судинної системи - забезпечення безперервного руху крові по капілярах, де відбувається обмін речовин між кров’ю і тканинами. Артеріоли - резистивні судини, за допомогою яких регулюються гемодинамічні показники капілярних кровотоків. Артеріоли - «крани» серцево-судинної системи.
Серцево-судинна система є замкненою, тому для забезпечення перебігу крові в ній має бути періодично діючий насос. Цю роль виконує
серце. Періодичне надходження крові із серця переходить у постійне надходження її в дрібні судини за допомогою великих судин: частина крові, що надходить із серця під час систоли, резервується у великих судинах завдяки їх еластичності, а потім під час діастоли виштовхується в дрібні судини. Великі судини є елементом узгодження між серцем і дрібними судинами. При цьому аорта і артерії виконують роль провідників, дозволяючи підводити кров до різних частин тіла. По венах кров повертається в серце.
Одним з важливих гемодинамічних процесів є поширення пульсової хвилі.
Пульсова хвиля - процес поширення зміни об’єму вздовж еластичної судини в результаті одночасної зміни в ньому тиску і маси рідини.
Загасання амплітуди пульсової хвилі під час її поширення уздовж судин можна подати залежністю
Швидкість поширення пульсової хвилі залежить від властивостей судини та крові:
де Е - модуль Юнга матеріалу стінки суди
ни; h - її товщина; r - радіус просвіту; р - густина крові.
Швидкість поширення пульсової хвилі υn = 6.. .8 м/с, що в 20-30 разів більша від швидкості руху частинок крові: υкр = 0,3...0,5 м/с. За час викиду крові зі шлуночків (час систоли) tс= 0,3 с пульсова хвиля встигає поширитися на відстань Lп = υntc = 2 м, тобто охопити всі великі судини - аорту та артерії.
У системі «судина-кров» можна виокремити три основні процеси руху:
1) переміщення частинок крові (υкр = 0,5 м/с);
2) поширення пульсової хвилі (υп = 10 м/с);
3) поширення звукових хвиль (υзв = 1500 м/с).
Німецький фізіолог О. Франк у 1899 р. теоретично розвинув ідею про те, що артерії «запасають» кров під час систоли і виштовхують її в дрібні судини під час діастоли. Стосовно моделі Франка зроблено такі припущення:
- усі великі судини з’єднані в один резервуар з еластичними стінками, об’єм якого пропорційний тиску. Вони (а отже, і резервуар) мають високу еластичність; гідравлічним опором резервуара нехтують;
- система мікросудин подібна до жорсткої трубки. Гідравлічний опір жорсткої трубки великий; еластичністю дрібних судин нехтують;
- еластичність і опір для кожної групи судин є сталими величинами в часі та просторі;
- не розглядаються перехідні процеси встановлення руху крові;
- існує «зовнішній механізм» закриття і відкриття аортального клапана, визначуваний активною діяльністю серця.
Результатом розв’язання моделі Франка є закон зміни тиску у великих судинах з моменту закриття аортального клапана: