Уравнение ламе для сосудов

Ткань кровеносных сосудовопределяется свойствами коллагена, эластина и гладких мышц. Содержание этих компонентов изменяется по ходу кровеносной системы, по мере удаления от сердца увеличивается доля гладких мышц. Рассмотрим деформацию сосуда в целом как результат действия давления изнутри на упругий цилиндр.Рассмотрим цилиндрическую часть кровеносного сосуда длиной , толщиной и радиусом внутренней части . Общая площадь сечения взаимодействия равна . Если в стенке существует механическое напряжение , то сила взаимодействия двух половинок сосуда:
(1)
Эта сила уравновешивается силами давления на цилиндр изнутри (стрелки на рисунке). Равнодействующую этих сил можно найти, умножив давление на проекцию площади полуцилиндра, на вертикальную плоскость . Эта проекция равна , тогда (1) через давление равна
(2)
Приравнивая (1) и (2) получим:
(3)
Уравнение (3) получило название – уравнение Ламе.
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сопротивления и сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка.
Vу – ударный объем крови в виде цилиндра. Можно считать, что сердце поставляет этот объем по аорте сечением S на расстояние I при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа равна:
A1 = FI = pSI = pVy.
На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа:
где р – плотность крови;
υ – скорость крови в аорте.
Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна:
Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении равна:
Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма, но эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.
При сокращении сердца (систолы) кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от нее артерии. Особенностью системы кровообращения является эластичность стенок сосудов. Если бы стенки кровеносных сосудов были жесткими, о давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферийным сосудам. Эластичность стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь выталкивается сердцем, растягивая аорту, то есть крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем ее отток к периферии. Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа (16× 103 Па). Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды сокращаются, и потенциальная энергия этих сосудов переходит в кинетическую энергию крови, которая начинает двигаться в сосудах с некоторой скоростью. При этом поддерживается диастолическое давление, примерно равное 11 кПа.
Волна повышенного давления, распространяющаяся по аорте и артериям во время систолы, называется пульсовой волной. Скорость пульсовой волны можно оценить по формуле Моенса-Кортевега:
, |
где Е – модуль упругости сосудов; r – плотность вещества сосуда; а – толщина сосуда; R – радиус сосуда.
Пульсовая волна распространяется со скоростью 5- 10 м/с, поэтому за время систолы (Тс ~ 0,3 с) она должна пройти расстояние от сердца до конечностей. Это означает, что фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начнется диастола. Пульсовой волне соответствует пульсирование скорости кровотока в крупных артериях, однако скорость крови существенно меньше скорости распространения пульсовой волны и, примерно, равна 0,3- 0,5 м/с. При этом ток крови принимает непрерывный характер.
При таком механизме продвижения крови только часть энергии, развиваемой мышцей при сокращении, передается непосредственно крови в аорте и переходит в ее кинетическую энергию. Остальная часть энергии переходит в потенциальную энергию растяжения эластичных стенок крупных сосудов и затем уже по мере возвращения их в исходное состояние эта энергия передается крови в период диастолы. Этим и объясняется непрерывный характер тока крови.
Систолическое и диастолическое давление в артерии можно измерить непосредственно с помощью иглы, соединенной с манометром. Однако в медицине широко используется бескоровный метод, предложенный Н.С.Коротковым. Он заключается в том, что измеряют давление, которое необходимо приложить снаружи, чтобы сжать артерию до прекращения в ней тока крови. Это давление весьма близко к давлению крови в артерии. Измерение обычно производится на плечевой артерии выше локтевого сгиба
Сжатие артерии осуществляется с помощью манжеты, которая представляет собой резиновую камеру в чехле из тонкого материала. Манжету обертывают вокруг руки между плечом и локтем. При накачивании воздуха через шланг с помощью резиновой груши давление в манжете растет. Величина давления определяется по манометру, соединенному с манжетой. В процессе накачивания воздуха в манжету следят за пульсом на лучевой артерии с помощью датчика (фонендоскоп или пьезоэлектрический преобразователь). Воздух накачивают в манжету до давления на 10- 20 мм рт.ст. выше того, при котором перестает прослушиваться пульс на лучевой артерии. Затем, медленно открывая выпускной клапан резиновой груши, постепенно снижают давление в манжете, прислушиваясь к звукам в фонендоскопе (или динамике). Соотношение между изменением давления (р) в манжете и “тонами Короткова” показано схематически на рис. 5. Пока артерия сжата полностью, никакие звуки не прослушиваются. При снижении в манжете давления начинают прослушиваться отчетливые тоны (участок а на рис. 5). Эти тоны обусловлены вибрацией стенок артерии непосредственно за манжетой под действием мощных толчков крови, которые проходят сквозь сжатый манжетой участок сосуда только в моменты систолы сердца. Показание манометра, соответствующее моменту появлении тонов, определяет систолическое давление.
При дальнейшем снижении давления в манжете тоны дополняются шумами (участок б на рис. 5). Эти шумы обуслов- лены турбулентным течением крови через частично сжатый манжетой участок артерии. Затем шумы уменьшаются и в фонендоскопе вновь прослушиваются чистые тоны (участок в на рис. 5). Эти тоны быстро затухают, в артерии устанавливается ламинарное течение крови. Показание манометра в момент резкого ослабления тонов соответствует диастолическому давлению.
Для здорового нормального человека рс = 10- 120 мм рт.ст., рд = 70- 80 мм рт.ст.
Рекомендуемые страницы:
Источник
![]() | Прочностные и деформационные свойства стенок кровеносных сосудов и изменение этих свойств (с возрастом) имеет большое значение для медицины. Кровеносные сосуды состоят из трех концентрических слоёв: внутренний – интима; средний – средняя сосудистая оболочка; наружный – внешняя сосудистая оболочка. Механические свойства кровеносных сосудов обуславливаются, главным образом, свойствами средней сосудистой оболочки, состоящей из коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Представим таблицу допускаемых деформаций этих элементов.
Следует отметить, что гладкие мышечные клетки могут менять свою длину (сокращаться) под действием нервных или химических стимуляторов. Гладкая мышца осуществляет активное поведение кровеносных сосудов, так как в результате её сокращения меняется диаметр кровеносного сосуда и механические свойства сосудистой стенки в целом. Таким образом, достигается оптимальное распределение и регулирование кровяного потока. Содержание трёх основных компонентов сосудистой ткани меняется для различных мест стенки. Отношение эластина к коллагену в сосудах ближе к сердцу равно 2:1, но оно убывает с удалением от него и в бедренной артерии оно равно 1:2. С удалением от сердца увеличивается содержание гладких мышечных волокон, и уже в артериолах они становятся основной составляющей сосудистой ткани. Установлено, что сосудистая ткань является практически несжимаемой. Кровеносные сосуды обладают криволинейной ортотропией, т.е. их механические свойства в радиальном, осевом и кольцевом направлениях существенно различны. Механическое поведение сосудов усложняется ещё и тем, что в организме они находятся под влиянием окружающих тканей, растянуты в продольном направлении и их деформации в этом направлении ограничены. В сосудах наблюдаются значительные отклонения механических характеристик для отдельных индивидов от установленных средних значений. Напряжение, возникающее при деформации в стенке кровеносного сосуда, определяется уравнением Ламе. Вывод уравнения Ламе Возьмём часть кровеносного сосуда длиной и толщиной стенки . Представим стенки сосуда вдоль и поперёк: Две половины цилиндрического сосуда взаимодействуют между собой по сечениям стенок сосуда. Общая площадь сечения взаимодействия будет , тогда сила взаимодействия двух половинок: Эта сила уравновешивается силами давления крови изнутри: Таким образом, имеем: , Откуда: уравнение Ламе Таким образом, напряжение, возникающее в стенках кровеносных сосудов, зависит от величины давления крови, внутреннего радиуса и от толщины стенок кровеносного сосуда. Дата добавления: 2018-10-15; просмотров: 237 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов Читайте также: Рекомендуемый контект: Поиск на сайте: © 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление |
Ген: 0.002 с.
Источник
Найдем
механическое напряжение
,
возникающее в стенке сосуда при избыточном
давленииP
внутри
сосуда. Рассмотрим отрезок цилиндрического
кровеносного сосуда длиной L,
внутренним радиусом r
и толщиной стенок h
(рис. 9).
Сосуд
растянут давлением. Возьмем произвольное
сечение ОО
вдоль сосуда. Напряжение растяжения
сосуда:
.
Это сила взаимодействия
половинок сосуда по площади сечения.
Рис. 9.
Сила F
уравновешивает избыточное давление P,
которое создает силу:
;
;
.
Приравнивая
эти силы
получим:
или
– уравнение Ламе.
Устойчивость
различных биологических структур по
отношению к различным деформациям
следует знать в спортивной, космической
медицине. В челюстно-лицевой хирургии,
пластической хирургии, косметологии
механические свойства тканей определяют
объем воздействия и служат объективным
критерием для оценки эффективности
лечения. В травматологии и ортопедии
вопросы механического воздействия на
организм являются определяющими.
Механические колебания и волны
§ 5. Механические колебания
а)
Автоколебания.
Существуют такие системы, которые сами
регулируют периодическое восполнение
потерянной энергии и поэтому могут
колебаться длительное время. Системы
называются автоколебательными.
Обратная
связь – это воздействие результатов
какого-либо процесса на его протекание.
Обратная связь называется положительной,
если она приводит к возрастанию
интенсивности процесса и наоборот –
отрицательной, если интенсивность
процесса убывает.
Схема автоколебательной
системы
Пример:
механическая автоколебательная система
– механические часы. Примером биологических
автоколебательных систем являются
сердце, легкие.
Положительная
обратная связь проявляется в процессе
генерации потенциала действия в
мембранах. При этом деполяризация
мембраны приводит к увеличению
проницаемости для ионов натрия, а это
ведет к еще большему изменению мембранного
потенциала.
Отрицательная
обратная связь имеет место в аппарате
регулирования ширины зрачка (чем больше
попадает в глаз через зрачок квантов
света, тем уже становится диаметр
зрачка). Обратная связь имеет место в
системе регуляции уровня сахара в крови,
в системе терморегуляции в организме
человека.
б)
Колебательные движения тела человека
при ходьбе.
Ходьба
– это сложный периодический локомоторный
процесс, возникающий в результате
сложной координированной деятельности
скелетных мышц туловища и конечностей.
Характерной особенностью ходьбы является
периодичность опорного положения одной
ноги (период одиночной опоры) или двух
ног (период двойной опоры). В норме
отношение этих периодов 4:1. При ходьбе
происходит периодическое смещение по
вертикали центра масс (в норме до 5 см)
и его отклонения в сторону (в норме на
2,5 см). При этом центр масс совершает
движение по кривой,
которая приближенно является гармонической
функцией.
У
человека, стоящего вертикально, происходят
сложные колебания центра масс. На их
анализе основана статокинезиметрия
– метод оценки способности человека
сохранять вертикальную позу. В эту
группу методов входит и стабилография
– метод оценки способности человека
удерживать проекцию центра масс в
пределах границ площади опоры. Метод
реализуется с помощью стабилографа.
Колебания, совершаемые центром масс
испытуемого при поддержании вертикальной
позы, передаются стабилоплатформе, на
которой он находится, и регистрируются
специальными тензодатчиками. Регистрирующее
устройство записывает стабилограмму.
По гармоническому спектру стабилограммы
можно судить об особенностях вертикализации
в норме и при отклонениях от нее. Метод
эффективен для спортсменов, для больных
после травм, инсультов, с церебральным
параличом и др.
в)
Вестибулярный аппарат
‑ система ориентации, обеспечивающая
сохранение вертикальной позы.
В
Рис. 10.
инерциальной системе отсчета
свободно подвешенный маятник указывает
направление силы тяжести. В неинерциальной
системе отсчета его положение зависит
от ускорения системыа,
т. е. маятник можно использовать для
определения модуля и направления
ускорения системы. На рис. 10 схематично
изображен прибор, используемый в
инерциальной навигации.
По
величине деформации пружин можно найти
ускорение тела (a)
и далее по формулам скорость
и координаты:
.
Находя
,
,
получим
уравнения движения.
В
человеческом организме имеется орган,
который, по существу, является инерциальной
системой ориентации – это вестибулярный
аппарат (от латинского vestibulum – преддверие).
Орган чувств, воспринимающий изменения
положения головы и тела в пространстве,
а также направление движения. Расположен
во внутреннем ухе. Состоит из трех
полукружных каналов и полости –
преддверия. Внутри каналов и преддверия
есть студенистая масса (эндолимфа),
содержащая мелкие кристаллы фосфорнокислого
и углекислого кальция (отолиты). Эндолимфа
играет роль инерционного тела. Она при
повороте головы и смещении тела приходит
в движение относительно стенок преддверия
и «полукружных каналов». Поверхности
этих стенок содержат чувствительные
нервные клетки, которые имеют свободные
окончания в виде волосков. Волоски
воспринимают движение эндолимфы. Если
на вестибулярный аппарат оказывается
длительное периодическое действие,
возникает особое состояние – морская
болезнь.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
01.09.2019142.85 Кб0metod-kurs.doc
- #
- #
- #
- #
23.09.2019118.78 Кб0Metodika_obsledovaniya_poznavatelnogo_razvitiya…doc
Источник
Течение крови имеет следующие особенности:
1.В артериальной части системы кровообращения течение пульсирующее.
2.Сосуды радиально и продольно растяжимы, разветвлены и изогнуты.
3.В крупных сосудах может возникать турбулентное течение.
Сердечный насос, крупные артерии и вены образуют систему макроциркуляции, главная функциональная цель которой – обеспечить движение и транспорт крови. Система микроциркуляции состоит из артериол, венул, капилляров и артериовенозных анастомозов. Задача этой системы – распределить сердечный выброс между различными органами в соответствии с их потребностями.
1. Амортизирующие сосуды (аорта, легочная артерия и прилегающие к ним участки больших артерий). Выраженные эластические свойства таких сосудов обеспечивают амортизацию (сглаживание) периодических систолических волн кровотока.
2. Резистивные сосуды (в основном мелкие артерии и артериолы) оказывают наибольшее сопротивление кровотоку. Изменения степени сокращения мышечных волокон этих сосудов приводят к изменениям их диаметра и, следовательно, гидродинамического сопротивления. Сокращение гладких мышц этих сосудов является основным механизмом регуляции объемной скорости кровотока в различных сосудистых областях, а также распределения сердечного выброса по разным органам.
3. Сосуды-сфинктеры (последние отделы артериол)определяют в основном площадь обменной поверхности капилляров, изменяя число капилляров, функционирующих в каждый определенный момент.
4. Обменные сосуды (в основном капилляры) обеспечивают такие важнейшие процессы как диффузия и фильтрация.
5. Емкостные сосуды (главным образом вены) благодаря своей высокой растяжимости способны вмещать или выбрасовать большие объемы крови без существенного влияния на другие параметры кровотока. В связи с этим могут играть роль резервуаров крови.
6. Шунтирующие сосуды (артериовенозные анастомозы) осуществляют прямые связи между мелкими артериями и венами в обход капиллярного ложа. Присутствуют не во всех тканях.
Стенки всех артерий и вен имеют сходное строение и делится на три слоя: внутреннюю, среднюю и наружную оболочки.
Коллаген – белок с высокой прочностью на разрыв и относительно малой растяжимостью. Форма волокон коллагена в стенке сосуда напоминает серпантин, и возможно некоторое растяжение стенки без натяжения волокон. Коллогеновые волокна вносят основной вклад в жесткость стенки и предохраняют ее от разрушения.
Эластин – белок, обладающий большой растяжимостью, его упругость важна для смягчения импульсов давления, возникающих при сокращениях сердца.
Веретенообразные гладкомышечные клетки электрически соединены друг с другом и механически связаны с эластическими и коллагеновыми волокнами. Функция – создавать активное напряжение сосудистой стенки и изменять величину просвета сосудов в зависимости от физиологических потребностей.
Надежность капилляра: малый d, толщина стенки.
Закон Лапласа: зависимость перепада капиллярного гидростатического давления p на поверхности раздела двух фаз от межфазного поверхностного натяжения σ: ΔP=P1— P2= εσ, где P1 — давление с вогнутой стороны поверхности, P2 — с выпуклой стороны, R1, R2 — радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных нормальных сечений поверхности в данной точке, R1 – стремится к 0, R2 – стремится к бесконечности: Рτ = σ (1/R1 + 1/ R2). σ = РτR2/hR, F = P2Rl, F= σ2hl, где 2 и l сокращаются в этих уравнениях и получается, что РR = σh, а отсюда следует, что σ = РR/h – это есть уравнение Ламе, σт – тангенциальные напряжения в стенке сосуда.(уравнение деформации сосудов)
10. Факторы, обеспечивающие движение крови по кровеносным сосудам. Влияние эластических свойств на гемодинамику. Роль эффекта компрессионной камеры.
1. Работа сердца.
2. Разность давления в различных участках.
3. Сокращение скелетной мускулатуры.
4. Присасывающая способность сердца и легких.
5. Наличие клапанов в венах.
Закон Пуазейля дает количественную характеристику основных факторов, обеспечивающих движение крови по сосудам: Q = (P1 – P2) Пr4/8ηl, где Q – объем крови, протекающий за единицу времени через поперечное сечение сосуда, P1 – P2 – градиент давления в начале и конце системы, l – длина сосуда, r – радиус сосуда, η – вязкость крови. Потенциальная энергия для осуществления кровотока создается в результате работы сердца. Эластичные стенки сосуда растягиваются: накапливается кровь. Эффект компрессионной камеры: после систолы 16 кПа давление не падает до 0, наступает диастола. Растянутые сосуды спадают и потенциальная энергия, сообщает им сердцем через кровь, переходит в кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживая диастолическое давление приблизительно равное 11 кПа. Компрессионная камера – аорта с эластичными стенками, смягчает удар сердца.
Рекомендуемые страницы:
Источник