Қан тамырлар бойымен қан қозғалысының жалпы физикалық-математикалық заңдылықтары

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Медициналық биофизика және информатика кафедрасы

 

РЕФЕРАТ

 

Тақырыбы: Қан тамырлар бойымен қан қозғалысының    жалпы физикалық-математикалық заңдылықтары. Биологиялық ұлпалардың пассивті механикалық құрамы.

Орындаған: Батыр Салтанат

Тобы: 1-014

Мамандығы: «Жалпы медицина»

 

 

 

 

 

 

Қарағанды 2014

 

Жоспары:

1. Гемодинамиканың физикалық негіздері.
2. Тамырлар жүйесінің физикалық үлгісі. Жүректің жұмысы.
3. Қанның қысымын өлшеу.
4. Қанағысының систолалық және минуттық көлемі.
5. Қанағысының систолалық және минуттық көлемі.
6. Реология.
7. Қорытынды.
8. Пайдаланылған әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соққы және минуттық қанағысын жанама тіркеу әдістері.

Гемодинамиканың физикалық негіздері.

Артерия және күретамыр арнасындағы қанағысының заңдылықтары.

   Гемодинамика қантамырларымен  қанның қозғалысының заңдарын  зерттейтін биомеханиканың бір  бөлімі. Оның мақсаты – негізгі  гемодинамикалық көрсеткіштер арасындағы  байланысты, олардың қан мен қантамырларының  физикалық параметрлеріне тәуелділігін  тағайындау. Негізгі гемодинамикалық  көрсеткіштерге қанның қысымы мен қанағысының жылдамдығы жатады. Қысым дегеніміз- бірлік ауданда  тамырларға қан тарапынан әсер ететін күш. Қанағысының жылдамдығы көлемдік және сызықтық болып екіге бөлінеді. Қанағысының көлемдік жылдамдығы (Q) дегеніміз құбырдың берілген қимасы арқылы бірлік уақытта ағатын сұйықтың көлеміне тең шама: Q=V/t ;

Сызықтық жылдамдық қан бөлшектерінің бірлік уақыттағы жүретін жолын білдіреді: =l/t ;

   Тамырлар қимасында  қанның жылдамдығы бірдей болмайды, ендеше орташа жылдамдық туралы  айтылады. Сызықтық және көлемдік жылдамдықтар бір- бірімен мынадай қарапайым қатынаспен байланысқан: Q= S, мұндағы S- сұйық ағынының көлденең қимасының ауданы.

   Сығылмайтын сұйықтың  тұтас ағысы үшін ағынның (ағыстың) үзіліссіздік шарты орындалады: ағыстың кезкелген көлденең қимасы  арқылы бірлік уақытта бірдей  көлемді сұйық ағады: Q= S=const. Гемодинамика үшін бұл заңды былай тұжырымдауға болады: қантамырлар жүйесінің кезкелген көлденең қимасында қанағысының көлемдік жылдамдығы бірдей болады.

Тамырлар жүйесінің физикалық үлгісі. Жүректің жұмысы.

    Қантамырлар жүйесінің физикалық үлгісін тұйықталған (атмосферамен қатынас жасай алмайтын), көп тармақты және сұйықпен толтырылған, қабырғалары созылмалы түтікшелер жүйесі түрінде көрсетуге болады. Ондағы

 

Сурет 1.

 

сұйықтың қозғалысы ырғақты жұмыс істейтін айдаушы сорғыштың әсерімен орындалады (1- ші суретте ол резеңке груша түрінде бейнеленген).                                

Грушаны қысқан кезде, ондағы сұйықтың көлемі К1 қақпақшасындағы саңылау арқылы А жағындағы түтікшелер жүйесіне ығыстырылады, бұл сұйық осы түтікшелердегі сұйықтың Б жағына қарай ығысуын тудырады, содан кейін К1 қақпақша жабылып, груша кеңейіп, К2  қақпақша арқылы оған  Б жүйесі жағынан сұйықтың сәйкес  көлемі келіп түседі.

    Осы жүйенің ерекшелігі, ең алдымен  түтікшелердің кезекті және көп тармақталуы әсіресе оның орта бөлігінде. Көп тармақты бөлігі қимасы кішкентай, параллель және қысқа көп түтікшелерден тұрады, олардың жалпы саңылауының үлкендігі соншалықты, осы жердегі сұйықтың жылдамдығы нөлге дейін төмендейді. Бірақ осы түтікшелердің қабырғаларына жақын қабаттарда ішкі үйкеліс өте жоғары болады,әсіресе жүйенің осы ортаңғы бөлігі сұйықтың ағысына үлкен кедергі келтіреді және қысымның максимал төмендеуін айқындайды. 

    Жүйенің екінші бір ерекшелігі, түтікше қабырғаларының созылғыштығы, осының арқасында сорғыштың ырғақты жұмысы кезінде түтікшедегі сұйықтың ағыны бірқалыпты сипатқа ие болады.

   Айталық  грушаны қысқан кезде сұйықтың  қандайда бір мөлшері қандайда  бір қысым әсерінен сұйықпен  толтырылған А түтікшесіне ағады  дейік. Сонда А түтікшесіндегі  қысым артады, оның созылмалы  қабырғалары кеңейіп, артық сұйықты  сыйғызады. Содан кейін А түтікщесінің  қабырғалары біртіндеп жиырылып, артық сұйықты жүйенің келесі  бөлігіне ығыстырады, оның қабырғалары  тағы да кеңейіп, артынан жиырылып, осылайша сұйықты түтікшелер  жүйесінің келесі бөліктеріне  ығыстырады. Нәтижесінде сұйықтың  ағыны біртіндеп бірқалыпты сипатқа  ие болады. Осындай құбылысты  мынадай тәжірибе көрсетеді. Екі  түтікше (Б- қатаң, А- қабырғалары созылмалы  түтікше) үш ұшы бар түтікше  арқылы сорғыш- грушаға (Г) жалғанған (В- суы бар резервуар) (сурет 2). 

Түтікшелер ұшында кішкентай саңылаулары бар тығындар (Я) бар. Олар судың еркін ағуына кедергі жасайды. Грушамен жұмыс жасағанда, Б түтікшесінен үздікті ағынның ағатынын, ал қабырғалары периодты созылып, жиырылып отыратын А түтікшеден үздіксіз ағынның ағатынын

                       Сурет 2.                          байқауға болады.      

   Енді тамырлар  жүйесіне келейік. Барлық тамырлар  жүйесі бойымен қанның қозғалуы  үшін қажетті алғашқы қысым  жүректің жұмысымен жасалады. Үлкен  қанайналым шеңберіндегі жүріп  жатқан құбылыстарды қарастырайық. Жүректің сол қарыншасының әр жиырылуы кезінде сәйкес қысымның әсерінен қанмен толған аортаға қанның соққы көлемі деп аталатын көлемі ығыстырылып шығарылады, ол орташа 65—70 мл-ге тең. Содан кейін аорта қақпашалары жабылады. Аортаға түскен қанның қосымша көлемі ондағы қысымды арттырып, қабырғаларын созады. Жоғары қысымның толқыны систолалық деп аталады, және тамырлар қабырғаларының тербелісін тудырады. Бұл тербеліс аса ірі артерияларды жағалай серпімді тербеліс түрінде таралады. Қысымның осы толқыны пульсті толқын деп аталады, оның таралу жылдамдығы тамырлар қабырғасының серпімділігіне байланысты және шамасы 6—8 м/с.

   Әрі қарай жүрек бұлшықетінің босаңсу уақытында (диастола, қанның осы мезеттегі қысымы диастолалық деп аталады) аорта қабырғалары біртіндеп бастапқы қалпына дейін жиырылып, келіп түскен қан көлемін аса алыс жатқан ірі артерияларға ығыстырады. Артериялардың қабырғалары керіліп, артынан жиырылып, қанды тамырлар жүйесінің келесі бөліктеріне ығыстырады. Нәтижесінде қанның ағысы ірі тамырларда жылдамдығы 0,3—0,5 м/с-тай болатын үздіксіз сипат алады. Қанның қозғалысының осындай механизмі кезінде жүрек бұлшықетінің жиырылғандағы энергиясының бір бөлігі ғана аортадағы қанның массасына тікелей беріліп, оның кинетикалық энергиясына айналады. Энергияның қалған бөлігі  ірі тамырлардың (көбінесе аортаның) созылғыш қабырғаларының керілу деформациясының потенциалдық энергиясына ауысады. Одан кейін олардың келе-келе бастапқы қалпына келу шамаларына байланысты жүрек бұлшықетінің босаңсу периоды кезінде қан массасына беріледі.     

   Сонымен  бірге қанның пульсті қысымы деген ұғым да бар, ол систолалық және диастолалық қысымдардың айырмасына тең, үлкен қанайналым шеңберінде оның мәні шамамен 40 мм сын. бағ. тең.  

    Бірлік уақытта тамырлар жүйесі бөлігінің көлденең қимасы арқылы ағатын қанның мөлшері Q қанағысының көлемдік жылдамдығы деп аталады және ол осы бөліктің бастапқы және соңғы жерлеріндегі қысымдардың айырмасына, осы қысымның қанағысына кедергісіне байланысты болады. Тамырлар жүйесінің жеке бөліктеріндегі осы жылдамдықты есептеу үшін Гаген- Пуазейль формуласын қолданады, бірақ жүйеде оның созылмалы қабырғаларының деформациясы кезінде энергияның жоғалуы салдарынан, тармақталған жерлерде шарасыз құйындаудың болуынан қанағысына кедергі жоғары болады. Осы жағдайларды есепке алып, дәл анықтау өте күрделі.

   Қанағысына  кедергі,  демек тамырлар жүйесінің түрлі бөліктерінде қысымның төмендеуі өте әрқилы. Ол тармақтардағы тамырлардың саны мен жалпы саңылауына байланысты. Қан қысымының бастапқы қысымнан аса көп төмендеуі - 50%- тан кем емес, артериолаларда болады. Артериолалар саны ірі артериялалар санынан 100 есе артық. Сол себепті оларда қабырға маңайындағы үйкелістің әсерінен қысымның төмендеуі өте жоғары. Капиллярлардың жалпы саны одан да көп, бірақ олардың ұзындықтары соншалықты кішкентай болғандықтан, олардағы қысымның төмендеуі артериолалармен салыстырғанда кіші.

    Қима  ауданы сәйкес артериялардың  қима ауданынан орта есеппен  екі есе үлкен болатын көктамырлар  тізбегінде қанағысының жылдамдығы  жоғары емес және қысымның  төмендеуі болмашы. Жүрек маңайындағы  ірі көктамырлардағы қысым атмосфералық  қысымнан бірнеше мм сын. бағанасына  төмен болады. Осы жағдайда қан  дем тарту кезінде кеуденің  сорғыштық әрекетінің ықпалынан  жылжиды.

3- ші суретте  үлкен қанайналым шеңберіндегі  тамырлар жүйесінің жеке бөліктерінде  қан қысымының таралуы сызба  түрінде көрсетілген. Тамырлар бойымен қанның қозғалысы, әсіресе оның тамырлар жүйесінің түрлі бөліктері арасында таралуы тек жүректің қызметіне ғана емес, тамырлардың жалпы саңылауына да байланысты болады. Тамырдың созылмалы қабырғаларында бірыңғай салалы ет талшықтары бар, тамыр саңылауы осылардың жиырылу дәрежесіне байланысты. Сонымен қатар айналып жүрген қанның жалпы мөлшері, тұтқырлығы т.б. да байланысты. Осы факторлардың барлығына орталық жүйке жүйесі реттеуші әсер етеді. Осылайша физиологиялық факторлар физикалық заңдылықтармен бірігіп, ағзаның түрлі бөліктеріндегі қанайналымды реттейді.  

Қалыпты жағдайда тамырлар жүйесі тұйық  болады және атмосферамен қатынас жасамайды.    

Тамырлар түрлі бағытта орналасады, олардағы қан қарама- қарсы бағытта ағатын артериялық  тамырлар мен көктамырлар көбінесе параллель орналасады.

Осы тамырлар бір- бірімен капиллярлар арқылы қатынасады. Сондықтан                                                                Сурет 3.                                            қатынас

                                         

ыдыстардағы сияқты, олардағы қанның гидростатикалық қысымы өзара теңгеріледі деп есептеуге болады және соның үлгісі ретінде горизонталь түтікшелер жүйесін қарастыруға болады.

    Тамыр қабырғасының жарақаты кезінде тамырдың атмосферамен қатынас жасауы мүмкін, сол кезде қанның гидростатикалық қысымының ықпалы көрінеді. Барлығына белгілі, мысалы, жарақаттанған тамырдан қан кетуді тоқтату үшін оны жоғарырақ орналастыру керек.  

    Тамырлар жүйесінде  қанның ағысы қалыпты жағдайда  ламинарлы сипатта болады. Ағыс  турбулентті сипатқа осы жағдайлардың  бұзылуы кезінде айналады, мысалы, тамыр саңылауының кенет тарылуы  кезінде. Осындай құбылыстар жүрек  не аорта қақпашаларының толық  ашылмауы не керісінше, толық  жабылмауы кезінде орын алады. Осы кезде жүрек шулары деп  аталатын дыбыстар пайда болады, бұл осы құбылысқа тән сипатты  белгінің бірі болып табылады.       

    Жүректің атқаратын  жұмысы, негізінен қарыншалардың, ең  бастысы сол қарыншаның,  жиырылулары  кезіндегі жұмыстан тұрады (оң  қарыншаның жұмысы сол қарынша  жұмысының 0,2—0,15 бөлігі деп есептеледі).

   Сол қарыншаның әр жиырылу кезіндегі жүрек бұлшықетінің жұмысы ығыстырылатын қанның көлеміне энергия беру үшін жұмсалады, бұл энергия осы қан көлемінің бүкіл қанайналым шеңберімен жылжуы үшін қажет. Осы энергия алдымен  бүкіл жүру жолында қанның қозғалуына кедергіні жою үшін қажетті пайда болатын қысымның потенциалдық  энергиясы мен қан массасына қажетті қозғалыс жылдамдығын беретін кинетикалық энергиясынан тұрады. Осы айтылғандар негізінде бұл энергияны мына формуламен көрсетуге болады:

  ;  (1)

мұндағы р-  қанды аортаға ығыстырып шығаратын орташа қысым;

 р = 100 мм сын. бағ = 105 100/760 =1,3·104 Па;

 ρ = 1,05· 103 кг/м3 — қанның тығыздығы;

- тыныштық кездегі аортадағы  қанның жылдамдығы, ;

Тыныштықтағы қанның соққы көлемі орташа есеппен  ,

 Сонда   Ак= 0,95 Дж  болады.

Оң қарыншаның жұмысы Аоң = 0,2 Асол екендігін ескеріп, жалпы жүрек үшін табамыз: Аж=1,2∙Ақар=1,14 Дж;   Аж= 1,2∙Ақар= Асол+ Аоң = Асол+ 0,2 Асол= 1,2 Асол ;

Қарыншалардың жиырылу уақыты Сонда  жиырылған кезде жүрек үдететін қуат Nж= Ас/tж=3,4 Вт болады.

Жүрек 1 минутта орташа 60 рет жиырылады деп есептесек, онда 1 минутта жүрек мынандай  жұмыс жасайды:

,  ал тәулігіне   Атәу= 98000 Дж ;

 Жүректің  жұмысын есептеген кезде  қанның  соққы көлемінің орнына ( )  осы көлемнің жүректің 1 минуттағы жиырылу санына (N) көбейтіндісіне тең болатын шаманы, яғни қанның минуттық көлемін ( ) қоюға болады: