Уравнение ламе для сосудов

Уравнение ламе для сосудов thumbnail

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.

Читайте также:  Причины кровотечения повреждение сосуда

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

Механические свойства ткани кровеносных сосудов

Лекции.Орг

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.

Элемент Деформация ε (%) Модуль Юнга (МПа)
Эластин 200-300 0,1 – 0,6
Коллаген до 10 10 – 100
Мышечное волокно (при сокращении) 20 0,01 – 0,1
Кровеносный сосуд 5-50 0,06 – 0,7

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
Уравнение ламе для сосудов,
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:

Уравнение ламе для сосудов.

Это сила взаимодействия
половинок сосуда по площади сечения.

Уравнение ламе для сосудов

Рис. 9.

Сила F
уравновешивает избыточное давление P,
которое создает силу:

Уравнение ламе для сосудов;
Уравнение ламе для сосудов;Уравнение ламе для сосудов.

Приравнивая
эти силы
Уравнение ламе для сосудовполучим:

Уравнение ламе для сосудовили
Уравнение ламе для сосудов– 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

Уравнение ламе для сосудов

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

Уравнение ламе для сосудов

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
Уравнение ламе для сосудови координаты:

Уравнение ламе для сосудовУравнение ламе для сосудовУравнение ламе для сосудов.

Находя
Уравнение ламе для сосудов,Уравнение ламе для сосудов,Уравнение ламе для сосудовполучим
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

Читайте также:  Уздг сосудов почек самара