Швидкість розповсюдження пульсової хвилі

Деформація судин

Згідно із рівнянням Лапласа (10.5) напруження, які виникають у стінці під час пасивного розширення судин, є пропорційними до радіуса

Тому дрібні судини здатні витримувати вищі значення кров'яного тиску порівняно з крупними артеріями. Але поведінка кровоносних судин не підпорядковується закону Гука і це пов'язано з такими чинниками:

1) деформації судин перевищують межу пружності;

2) гладкі м'язи кровоносних судин у певних межах можуть регулювати напруження у стінках незалежно від кров'яного тиску;

3) тришарова будова стінок судин зумовлює послідовне навантаження шарів з різними фізико-механічними властивостями.

Активне напруження, яке викликається скороченням гладких м'язів, призводить до зменшення кровотоку і збільшення тиску крові у судинах. Тому зв'язок між напруженням s і радіусом судини має більш складний характер (рис. 10.6).

Точки перетину кривої 3 з прямими 1 і 2 відповідають стаціонарним станам — стійким або нестійким. При тиску P₁ судина знаходиться в стійкому стані. При падінні тиску до Р₂судина переходить у нестійкий стан, вона звужується, виникає швидкісний напір, який призводить до переходу в стійкий стан. Судина, в результаті, може почати пульсувати.

Швидкість кровотоку

Лінійна швидкість кровотокувизначає швидкість переміщення частинок крові вздовж судини і дорівнює відношенню об'ємної швидкості до площі перерізу судини (10.2)

Лінійна швидкість, яка визначається з цього співвідношення, є середньою швидкістю.

Як було показано (10.1), лінійна швидкість за висотою перерізу труби змінюється за параболічним законом: біля стінок труби швидкість течії дорівнює нулю, а на осі швидкість набуває максимального значення.

Висновок про параболічний закон розподілу швидкості рідини по профілю труби виконується за умови, що рідина є ньютонівською і відсутній ефект Фареуса-Ліндквіста. У крові за рахунок цього ефекту зменшується концетрація клітин біля стінок судин, що призводить до зменшення в'язкості біля стінок і, відповідно, там швидкість течії зростає, а на осі – зменшується. Крива розподілу швидкості крові у перерізі судини стає більш пологою. Ця зміна профілю призводить до зменшення гідродинамічною опору в судинах.

Відтік крові від серця дорівнює її припливу. Тому об'єм крові, який протікає за 1 хв через будь-який загальний переріз судинної системи (всі артерії, всі артеріоли, всі капіляри і т. д.), є однаковим. Отже, лінійна швидкість крові в окремій судині буде обернено пропорційна до загальної площі перерізу розгалуженого русла. Найбільше розширення русла спостерігається у капілярній сітці: сума просвітів всіх капілярів у 500-600 разів більша від просвіту аорти. Відповідно середня швидкість кровотоку в капілярах є в 500-600 разів меншою, ніж в аорті, і найнижчою в кровоносній системі (рис.10.7).

Швидкість розповсюдження пульсової хвилі

Систему кровообігу можна розглядати як одну пружну камеру, в яку під тиском з серця викидається порціями кров. Вздовж крупних судин артеріальної системи розповсюджується хвиля тиску.

Хвиля деформації, яка розповсюджується вздовж пружної артерії, отримала назву пульсова хвиля. Швидкість пульсової хвилі v_пвідрізняється від швидкості течії v_ср і залежить від пружності артеріальної стінки, тому вона служить важливим показником її стану при різних захворюваннях.

Будемо розглядати достатньо довгу круглу пружнодеформовану трубу (артерію) з діаметром 2r, товщиною стінки d і модулем Юнга Е, через яку тече кров густиною r. Тиск в артерії на деякій віддалі х₀від серця змінюється так, як це показано на рис. 10.8.

Рис. 10.8.Зміна тиску крові в артерії на віддалі х₀від серця.

Рис. 10.9.Розподіл тиску і швидкості вздовж артерії в момент часу х₀ /v_р, після

початку скорочення серця.

У момент часу t=х₀/v_р відрахованого від початку скорочення серця, на масу крові, яка знаходиться між перерізами (х₀ - v_p·t,) і х₀вздовж осі артерії (рис. 10.9), буде діяти сила, пропорційна різниці тисків, прикладених до цих перерізів:

Оскільки маса крові, яка знаходиться між цими перерізами, дорівнює:

то прискорення, яке отримає кров, знайдемо, використовуючи другий закон Ньютона

Якщо знехтувати середньою швидкістю руху крові, то маса крові поблизу точки х₀протягом часу t, буде рухатися з додатнім прискоренням, після чого її швидкість почне гальмуватися з прискоренням

За час (t₁ + t₂) швидкість крові зросте від нуля до максимуму

,

після чого знову зменшиться до нуля. Кількість крові між перерізами і х₀за час (t₁ + t₂) лише збільшувалася за рахунок її припливу із середньою швидкістю (відтоку крові в нашому випадку немає). Збільшення об'єму крові можна знайти за формулою:

(10.7)

З іншого боку, збільшення об'єму на ділянці судини (рис. 10.10) між перерізами і х₀можна знайти, якщо середнє значення

збільшення радіуса буде дорівнювати Аг і знехтувати (Дг)² порівняно з г ■ Аг.

Рис. 10.10. Схематичне зображення розширення ділянки судини.

Отже, збільшення об'єму дорівнює різниці об'ємів ділянки судини до і після її деформування

(10.8)

Прирівнюючи вирази (10.7) і (10.8), отримаємо:

(10.9)

Виразивши в (10.9) різницю тисків через співвідношення (10.5), отримаємо

(10.10)

Ця формула носить назву Моенса-Кортевега на честь двох голландських вчених, які її опублікували у 1878 р. Хоча вперше співвідношення для визначення швидкості розповсюдження пульсової хвилі було виведене у 1809

Виміряти швидкість пульсової хвилі вдалося лише на початку XX століття. Середні значення пульсової швидкості лежать у межах 5... 10 м/с і є на порядок більшими від середньої швидкості течії крові в судинах. Швидкість розповсюдження пульсової хвилі залежить від розміру і пружності судини. В аорті вона дорівнює 3...5 м/с, в артеріях середніх розмірів - 7...9 м/с, а в дрібних артеріях кінцівок - 15...40 м/с.

Швидкість пульсової хвилі в артеріях залежить в основному від модуля пружності, оскільки відношення товщини стінки до діаметра для судини різних типів є величиною порівняно постійною. Збільшення модуля Юнга може бути спричинене як патологічними, так і віковими змінами у судинах, внаслідок чого швидкість розповсюдження пульсової хвилі може зростати в декілька разів порівняно з нормою.

Співвідношення (7.10) не враховує загасання хвилі тиску вздовж артерії. Для характеристики загасання пульсувої хвилі вводиться безрозмірний параметр Уомерслі а

де т— частота пульсацій.

При а > З загасання практично відсутнє (аорта - а - 16...21, стегнова артерія - а - 3).

РУХОВИЙ АПАРАТ БІОМЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ ЛЮДИНИ

Складові частини.

1. Кістки: 1. Череп

2. Хребет – шийний, грудний, поперековий, крижовий і куприковий відділи.

3. Верхня кінцівка = рука : кисть, передпліччя (ліктьова і променева кістка), плечова кістка.

4. нижня кінцівка = нога: ступня, кістки гомілки (велико- і малогомілкова кістки), стегнова кістка.

5. Плечовий пояс : ключиця, лопатка,

6. Тулуб = грудна клітина: ребра, грудинка.

7. Таз.

2. Суглоби, скріплені зв’язками.

Рука: 1. Плечовий,

2. Ліктьовий

3. Променево-кистьовий

4. Пальців кисті

Нога: 1. Кульшовий,

2.Колінний

3. Гомілково-стоповий

4. Суглоби ступні.

Суглоби – це рухомі, переривчасті сполучення кісток скелета, які характеризують наявність між кістками, що з‘єднуються, щілини і в зв‘язку з цим можливість переміщення (рухів) окремих кісткових важелів одного відносно другого.

Основними елементами суглобів вважають:

- суглобові поверхні (кінці) кісток, що з‘єднуються;

- суглобові сумки;

- суглобові порожнини.

При дослідженні суглобів відмічають в першу чергу:

- форму суглобових поверхонь;

- число осей обертання;

- число ступенів свободи, що визначають ступінню рухомості, основні рухи в тому чи іншому суглобі.

Якщо форми суглобових поверхонь кісток, що з‘єднуються в суглобі відповідають одна одній, то їх називають к о н г р у е н т н и м и. В інших випадках суглобові поверхні визначають як н е к о н г р у є н т н і.

По формі суглобових поверхонь розрізняють:

- кулеподібний (плечовий), різновидністю якого являється горіхоподібний суглоб (кульшовий):

- еліпсоїдний або яйцеподібний (променево-зап‘ясний);

- сідлоподібний (суглоб між трапецієподібною і 1-ю п‘ясною кісткою);

- циліндричний обертальний (дистальний і проксимальний променевої суглоби;

- блокоподібний шарнірний, різновидністю якого є гвинтовий (між плечовою кісткою і ліктьовою вирізкою);

- плоский – суглоби ступні.

По числу обертових осей суглоби розділяються на багатоосьові (головним чином – триосьові), двоосьові і одноосьові.

Суглобові поверхні можуть утворюватися однією або двома і більше суглобовими поверхнями кісток. Перші є простими, другі – складними суглобами (наприклад, простий – плечовий, складний – променево-зап‘ястний).

По степні рухомості – вільно рухливі, мало рухливі.

3. М‘язи = м‘язова система разом з кістками створюють біомеханічну систему людин, що здійснює рухову функцію організму в цілому і його окремих частин (ланок).

Дві основні групи м‘язів: поперечносмугасті і гладкі.

Нараховують в людському організмі біля 600 поперечносмугастих м‘язів (скелетних), що складають від 35 до 40% маси тіла дорослих людей (у жінок трохи менше), у стариків – до 30%, у атлетів – більше 50%.

М‘язи тулуба, голови, кінцівок.

М‘язи є довгі, короткі, широкі, кругові і ті, що запирають = запираючі, замикаючі.

За Лесгафтом П.Ф. (1892) м‘язи можна розділити на дві групи: сильні (по сучасній термінології – статичні і спритні (динамічні).

Статичні (сильні) м‘язи прикріплюються далеко від точки опори і до великих площ; складаються в основному з коротких пучків м‘язових волокон, що ідуть косо. Дія їх уповільнена.

Динамічні (спритні) м‘язи, навпаки, характеризуються швидкістю дій. Вони прикріплюються близько до точки опори, місця прикріплення невеликі, скорочуються з великою напругою, тому швидко стомлюються. Пучки м‘язових волокон переважно довгі і проходять паралельно довжині м‘язів.

Класифікують м‘язи також за характером дії:

- ті м‘язи, що зближують вентральні поверхні розділені одним чи кількома суглобами, називають з г и н а ч а м и, а самий рух – з г и н а н н я м.

- м‘язи, що зближують дорзальні поверхні, називають р о з г и н а ч а м и, а саму дію – р о з г и н а н н я м.

- Приближення до середньої площини тіла виконують п р и в і д н і (ті, що приводять) м‘язи, а рух , що вони здійснюють називають п р и в е д е н - н я м.

- Віддалення від середньої площини тіла проводять м‘язи, що відводять, а рух називають в і д в е д е н н я м

- Обертання кінцівки всередину здійснюють м‘язи п р о н а т о р и, а дія – п р о н а ц і я

- Обертання м‘язів назовні проводять с у п і н а т о р и, а дія – с у п і - н а ц і я.

Крім цього, є м‘язи, що обертають р о т а т о р и, а дія їх – р о т а ц і я .

М‘язи, що н а п р у ж у ю ть, с т и с к у ю т ь, р о з ш и р ю ю т ь (дилатація), ті, що п і д н і м а ю т ь, ті, що о п у с к а ю т ь.

Існує взаємозв‘язок між м‘язами і суглобами. Так, в області циліндричних суглобів (блокоподібні) знаходяться флексури і екстензори,

- у тих суглобів, що обертаються – пронатори і супінатори;

- біля складних суглобів – флексури групуються з пронаторами, екстензори з супінаторами.

Варто пам‘ятати, що м‘язи звичайно не функціонують поодинці: в роботу кожного м‘яза втягуються і другі діючі співдружньо з ним м‘язи, тобто с і - н е р г і с т и, а також м‘язи протилежної дії – а н т а г о н і с т и.

Разом з тим дійсного антагонізму в роботі м‘язів немає, так як під час скорочення м‘яза його антагоніст як би сприяє тому, щоби рухи здійснювались легко і плавно. Без участі антагоністів рух був би напруженим і поривчастим.

Як будь-який м‘яз при певних умовах може змінювати свою дію, так і синергісти для даного руху можуть стати антагоністами для другого руху. Наприклад, при згинанні і розгинанні кисті (в променево-зап‘ястковому суглобі) діють відповідно згинач і розгинач, які є м‘язами антагоністами; але при приведені кисті, яке здійснюють ліктьові згинач і розгинач кисті, ці м‘язи стають синергістами.

Невід‘ємним елементом рухів є нервова система, а саме: безумовно рефлекторна і умовно рефлекторна координація рухів.

Поиск по сайту: