Физические основы клинического метода измерения давления крови

Физические основы клинического метода измерения давления крови

Физический параметр — давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний.

Для измерения систолического и диастолического давления крови в медицине широко используется метод, предложенный Н.С. Коротковым.

В основе метода лежит определение систолического давления по возникновению характерных тонов и шумов, в момент начала прохождения крови по сосудам при достижении давления в сдавливающей манжете равного максимальному значению давления в сосуде. Тоны и шумы возникают в связи с турбулентным течением крови.

Диастолическое давление определяют по моменту исчезновения характерных тонов и шумов, в связи с переходом течения крови в сосуде из турбулентного в ламинарное.

Принцип этого метода показан на рисунке. Вначале производится накачивание манжетки сфнгмоманометра, что приводит к остановке артериального кровотока. Затем воздух из манжетки медленно выпускается, и, когда давление в манжетке становится ниже систолического, кровь начинает проходить через частично открытые просветы артерий. При этом течение крови будет турбулентным, поэтому движение крови сопровождается звуками Короткова, слышимыми в стетоскоп. Когда давление в манжетке падает ниже диастолического, тоны перестают прослушиваться, поскольку ток крови становится ламинарным.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8436 — | 7334 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

1. Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна.

2. Работа и мощность сердца.

3. Физические основы клинического метода измерения давления крови.

4. Роль артериального давления и эластичности сосудов.

5. Гидродинамическая модель кровообращения.

Гемодинамика — раздел биомеханики, в котором исследуется движение крови по сосудистой системе. Физической основой гемодинамики является гидродинамика. Течение крови зависит как от свойств крови, так и от свойств кровеносных сосудов.

9.1. Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна

Для поддержания электрического тока в замкнутой цепи требуется источник тока, который создает разность потенциалов, необходимую для преодоления сопротивления в цепи. Аналогично для поддержания движения жидкости в замкнутой гидродинамической системе требуется «насос», который создает разность давлений, необходимую для преодоления гидравлического сопротивления. В системе кровообращения роль такого насоса играет сердце.

В качестве наглядной модели сердечно-сосудистой системы рассматривают замкнутую, заполненную жидкостью систему из множества разветвленных трубок с эластичными стенками. Движение жидкости происходит под действием ритмично работающего насоса в виде груши с двумя клапанами (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Модель сосудистой системы

При сжатии груши (сокращение левого желудочка) открывается выпускной клапан К1 и содержащаяся в ней жидкость выталкивается в трубку А (аорта). Благодаря растяжению стенок объем трубки увеличивается, и она вмещает избыток жидкости. После этого клапан К1 закрывается. Стенки аорты начинают постепенно сокращаться, прогоняя избыток жидкости в следующее звено системы (артерии). Их стенки сначала также растягиваются, принимая избыток жидкости, а затем сокращаются, проталкивая жидкость в последующие звенья системы. На завершающей стадии цикла кровообращения жидкость собирается в трубку Б (полая вена) и через впускной клапан К2 возвращается в насос. Таким образом, данная модель качественно верно описывает схему кровообращения.

Рассмотрим теперь явления, происходящие в большом круге кровообращения, более подробно. Сердце представляет собой ритмически работающий насос, у которого рабочие фазы — систолы (сокращение сердечной мышцы) — чередуются с холостыми фазами — диастолами (расслабление мышцы). В течение систолы кровь, содержащаяся в левом желудочке, выталкивается в аорту, после чего клапан аорты закрывается. Объем крови, который выталкивается в аорту при одном сокращении сердца, называется ударным объемом (60-70 мл). Поступившая в аорту кровь растягивает ее стенки, и давление в аорте повышается. Это давление называется систолическим (САД, Рс). Повышенное давление распространяется вдоль артериальной части сосудистой системы. Такое распространение обусловлено упругостью стенок артерий и называется пульсовой волной.

Пульсовая волна — распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного (над атмосферным) давления, вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы.

Пульсовая волна распространяется со скоростью vп = 5-10 м/с. Величина скорости в крупных сосудах зависит от их размеров и механических свойств ткани стенок:

где Е — модуль упругости, h — толщина стенки сосуда, d — диаметр сосуда, ρ — плотность вещества сосуда.

Профиль артерии в различные фазы волны схематически показан на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Профиль артерии при прохождении пульсовой волны

После прохождения пульсовой волны давление в соответствующей артерии падает до величины, которую называют диастолическим давлением (ДАД или Рд). Таким образом, изменение давления в крупных сосудах носит пульсирующий характер. На рисунке 9.3 показаны два цикла изменения давления крови в плечевой артерии.

Читайте также:  Все заправляются ядом

Рис. 9.3. Изменение артериального давления в плечевой артерии: Т — длительность сердечного цикла; Тс ≈ 0,3Т — длительность систолы; Тд ≈ 0,7Т — длительность диастолы; Рс — максимальное систолическое давление; Рд — минимальное диастолическое давление

Пульсовой волне будет соответствовать пульсирование скорости кровотока. В крупных артериях она составляет 0,3-0,5 м/с. Однако по мере разветвления сосудистой системы сосуды становятся тоньше и их гидравлическое сопротивление быстро (пропорциональ-

но R 4 ) растет. Это приводит к уменьшению размаха колебаний давления. В артериолах и далее колебания давления практически отсутствуют. По мере разветвления падает не только размах колебаний давления, но и его среднее значение. Характер распределения давления в различных участках сосудистой системы имеет вид, представленный на рис. 9.4. Здесь показано превышение давления над атмосферным.

Рис. 9.4. Распределение давления в различных участках сосудистой системы человека (на оси абсцисс — относительная доля общего объема крови на данном участке)

Длительность цикла кровообращения у человека составляет приблизительно 20 с, и в течение суток кровь совершает 4200 оборотов.

Сечения сосудов кровеносной системы в течение суток испытывают периодические изменения. Это связано с тем, что протяженность сосудов очень велика (100 000 км) и 7-8 литров крови для их максимального заполнения явно недостаточно. Поэтому наиболее интенсивно снабжаются те органы, которые в данный момент работают с максимальной нагрузкой. Сечение остальных сосудов в этот момент уменьшается. Так, например, после приема пищи наиболее энергично функционируют органы пищеварения, к ним и направляется значительная часть крови; для нормальной работы головного мозга ее не хватает, и человек испытывает сонливость.

9.2. Работа и мощность сердца

В течение одной систолы правый желудочек выбрасывает в аорту ударный объем крови (60-70 мл). На столько же уменьшается и объем желудочка: ΔV ≈ 65х10 -6 м 3 . Полезная работа, совершенная сердечной мышцей за одно сокращение, может быть оценена по формуле: ΔΑ = РсрΔVуд, где ΔVуд — среднее значение ударного объема крови, а Рср — среднее давление, которое создается внутри желудочка. Оно немного выше систолического давления в артерии: Рср ≈ 17 кПа. Отсюда получаем оценку для работы сердечной мышцы за одно сокращение: ΔΑ ≈ 17х10 3 х65х10 -6 = 1,1 Дж. Полезная мощность, развиваемая сердечной мышцей во время систолы, Nс = ΔΑ/Ίc, где Tc ≈ 0,3 с — длительность систолы. Отсюда получаем: Nс = 1,1/0,3 = 3,7 Вт. Время одного цикла сердечной деятельности Т ≈ 0,85 с. Средняя мощность за весь цикл равна Nср = 1,1/0,85 = 1,3 Вт.

При гипертонии артериальное давление повышается и соответственно увеличивается работа, совершаемая сердцем.

Сердце работает в непрерывном режиме. Поэтому оно имеет свою мощную кровеносную систему, необходимую для снабжения его достаточным количеством кислорода.

В течение жизни сердце успевает совершить работу, достаточную для поднятия груженого железнодорожного состава на высочайшую вершину Европы (высота 4810 м).

9.3. Физические основы клинического метода измерения давления крови

В медицине широко используется предложенный Н.С. Коротковым (1905) аускультативный метод измерения артериального давления (АД). Типичный прибор для определения давления по методу Короткова (сфигмоманометр или тонометр) состоит из окклюзионной пневмоманжеты, груши для нагнетания воздуха с регулируемым клапаном для стравливания воздуха и устройства, измеряющего давление в манжете. В качестве подобного устройства используются ртутные манометры, стрелочные манометры анероидного типа или электронные манометры. Аускультация производится стетоскопом либо мембранным фонендоскопом с расположением чувствительной

головки у нижнего края манжеты над проекцией плечевой артерии без значительного давления на кожу.

Принцип работы прибора состоит в следующем. Вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжету, в которую накачивают воздух. Как только давление в манжете превысит давление крови в плечевой артерии, кровоток прекращается. При стравливании воздуха из манжеты кровоток возобновляется сначала частично, а потом полностью. По манометру фиксируют давления, при которых начинается и заканчивается восстановление кровотока. САД определяют при декомпрессии манжеты в момент появления первых тонов, а ДАД — по моменту их исчезновения. Аускультативная методика в настоящее время признана ВОЗ как эталон неинвазивного определения АД, несмотря на несколько заниженные значения для САД и завышенные — для ДАД по сравнению с цифрами, полученными при инвазивном измерении (введение в артерию пациента зонда с гидрофоном для контроля уровня давления).

Манжету накладывают всегда в области плечевой артерии

Читайте также:  Став рун на кисту в молочной железе

Рис. 9.5. Манжета всегда накладывается на уровне сердца

Такой выбор места для наложения манжеты позволяет стандартизировать результаты, так как плечевая артерия в опущенной руке находится на уровне сердца и измеряемое давление совпадает с давлением крови в ближайшей к сердцу части аорты. Если бы давление измерялось, например, на щиколотке, то результат измерения зависел

Рис. 9.6. Схема измерения давления крови

бы от роста человека и его положения (вертикальное, горизонтальное, сидя).

Рассмотрим физические основы этого метода. Схема процессов, последовательно проявляющихся при измерении давления, представлена на рис. 9.6.

а) Сначала избыточное давление Ри воздуха в манжете отсутствует, и кровоток не прерывается.

б) По мере закачивания воздуха в манжету последняя сдавливает плечевую артерию. Когда давление в манжете превысит систолическое давление (Рс), кровоток прекращается.

в) Выпуская воздух, уменьшают давление в манжете. После того как давление в манжете станет чуть меньше систолического давления (Рд + (t) объем крови, поступившей в УР за время t, отсчитываемое от начала систолы. За это же время в периферическую часть кровеносной системы переходит объем крови V — (t). Тогда увеличение объема УР равно разности этих величин:

Здесь (Рж — Р) — падение давления на аортальном клапане в текущий момент времени t, а (Р — 0) — падение давления в периферической части (давление в полой вене можно считать равным 0).

Подставив выражения (9.3) и (9.2) в соотношение (9.1), получим дифференциальное уравнение для давления в УР в период систолы:

Очевидно, что Хп >> Хкл. Поэтому слагаемым 1/Хп можно пренебречь. Кроме того, можно принять, что давление в желудочке Рж равно максимальному систолическому давлению Рс. Начальное давление в УР — это диастолическое давление РД , которым закончился предыдущий цикл. Тогда уравнение для артериального давления в период систолы (0 30 кПа.

2. Определить минимальное значение направленного вверх ускорения, которое вызывает у человека с нормальным АД нарушение кровоснабжения мозга.

При движении с направленным вверх ускорением (а) гидростатическое давление определяют по формуле: ΔР = p(g + а)h. Уменьшение давления при подъеме от сердца к голове (h ≈0,5 м) не должно быть больше диастолического давления Рд = 10 кПа: 10х10 3 = 1,05х10 3 х(10 + а)х0,5. Отсюда находим: а = 10 м/с 2 .

Ухудшение кровоснабжения мозга при перегрузках в вертикальном положении туловища — одна из причин, по которой летчик, выполняющий «мертвую петлю», может потерять сознание. Для предотвращения этого эффекта космонавты при старте ракеты находятся в положении «лежа».

Ответ: а = 10 м/с 2 .

3. На какую величину отличается давление крови на уровне макушки и давление у подошвы человека ростом 160 см, стоящего вертикально прямо?

По закону Паскаля Р = Р + pgh (динамическое давление крови ничтожно мало); ρ ≈ 1058 кг/м 3

4. При быстром подъеме в самолете человек ощущает щелчки в ушах. Это происходит в тот момент, когда давление за барабанной перепонкой уравнивается с наружным давлением. Если бы этого не происходило, то какая сила действовала бы на барабанную перепонку площадью 0,5 см 2 при подъеме на 1000 м?

6. Какова должна быть высота столба жидкости в капельнице, чтобы лекарство поступало в вену под избыточным давлением 60 мм рт.ст.? Давление в вене на 18 мм рт.ст. выше атмосферного. При какой высоте остаточного столба в трубке поступление препарата плотностью ρ = 1 г/см 3 прекратится?

Лекарство перестанет поступать в вену, когда его давление уравняется с давлением в ней: АР2 = 18 мм рт.ст. = 2400 Па.

H2 = 2400/9800 = 0,25 м.

7. При каждом сокращении сердце прокачивает примерно 70 см 3 крови под средним давлением 105 мм рт.ст. Рассчитать мощность сердца при частоте сокращений n = 70 ударов в минуту.

Работа, совершаемая при одном сокращении, находится по формуле: А = РΔV.

Р = 105х133 = 14 000 Па; ΔV = 70 см 3 = 70х10 -6 м 3 ; А = 1 Дж. Работа за 1 мин: А = nА = 70 Дж. Это средняя мощность.

Мощность в течение систолы (Nc) больше, так как длительность систолы Тс ≈ 0,3 времени сердечного цикла. Nc = N/0,3 = 3,9 Вт. Ответ: N = 1,17 Вт; Nc = 3,9 Вт.

В медицине широко используется метод измерения давления крови, предложенный в 1905 году Коротковым. Суть метода заключается в том, что измеряется давление, которое нужно приложить снаружи, чтобы сжать артерию для прекращения тока крови в ней.

а) Давление воздуха в манжетке избыточное над атмосферным и равно нулю. Манжеты не сжимают руку и артерию.

Читайте также:  Операция троянова тренделенбурга ход операции

б) По мере накачивания воздуха в манжетку, она сдавливает плечевую артерию, и ток крови прекращается. При этом давление воздуха внутри манжетки равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой.

в) Выпуская воздух, давление в манжетке и мягких тканях уменьшается. Когда давление на артерии становится равным систолическому, кровь начинает проталкиваться через сдавленную артерию. Создаётся турбулентный поток, сопровождающийся звуками. При дальнейшем уменьшении давления, просвет увеличивается до нормального. Течение крови становится ламинарным, звуки прекращаются. Показания манометра в момент исчезновения шумов соответствуют

Характер течения жидкости течения по трубе зависит от скорости её течения, размеров трубы, природы жидкости. Экспериментально установлено, что турбулентность возникает, если определённые комбинации величин, характеризующих движение, превосходят некоторые критические значения. Эта безразмерная комбинация называется числомРейнольдса. (Re)

Re= -Плотность жидкости

-Коэффициент абсолютной вязкости

Если Re превышает критическое значение, то движение турбулентное, а если меньше критического, то ламинарное. Для крови критическое значение около 1000

При течении воды по гладкой цилиндрической трубе критическое значение числа Re равно 2300. Если Re больше критического значения, то движение турбулентное, а если меньше, то ламинарное. Если Re равно критическому значению, то режим является переходным. При моделировании кровеносной системы необходимо, чтобы модель имела такое же Re , что и объект. Иначе между ними не будет соответствия. Re определяет сопротивление, которое оказывает жидкая среда, перемещающихся в ней частицам. При ламинарном течении это сопротивление возрастает линейно с увеличением скорости, а при турбулентном прямо пропорционально квадрату скорости.

Кровь как физическая система. Её реологические особенности.

Кровь — жидкая тканевая среда. Она является суспензией, состоящей из дисперсной среды плазмы и дисперсной фазы форменных элементов. Их процентное содержание называется гематокритом. (Ht) Ht=45%-50%/. Коэффициент относительной вязкости крови равен 2,5-3,5. Реологически кровь – неньютоновская жидкость псевдопластического типа. Неньютоновские свойства крови связаны с наличием форменных элементов. Эти свойства проявляются при течении крови по сосудам малого диаметра, при небольших скоростях. Предел текучести 2-5мПа. С увеличением гематокрита линейно возрастает. Re=970+ 80.

Течение крови подчиняется закону Гагена-Пуазейля только при малой разности давления на концах сосуда.

Физическая модель сердечно-сосудистой системы (ссс) и её характеристика.

Ссс состоит из активной части – сердца и условно пассивной — сосудов. Основной функцией сердца является создание разности давления на входе и на выходе сосудов.

Ссс имеет следующие особенности:

1) Является замкнутой системой.

2) Разветвляется с последующим и параллельным соединением сосудов.

3) Уменьшение давления идет от центра к периферии.

4) Согласно уравнению неразрывности струи, скорость течения больше там, где площадь сечения меньше.

Наименьшее сечение имеет капилляр, и там же наблюдается наименьшая скорость течения крови. Но это не противоречит уравнению, т. к. общее сечение капилляров превосходит сечение аорты.

Гидравлическое сопротивление возникает в результате трения условных частиц о стенки сосуда и друг о друга. Проведём аналогию между движением крови и движением заряда по проводнику.

Движение жидкости Движение заряда

Т.о. гидравлическое сопротивление прямо пропорционально вязкости жидкости и длине сосуда, и обратно пропорциональна площади сечения.

Аналогия между последовательным и параллельным соединением сосудов и параллельным и последовательным соединением проводников.

Понятие о критическом давлении замачивания и формуле Лапласа.

Минимальное давление крови в сосуде, при котором его просвет остаётся открытым, называется критическим.

PR=N [N] = Па м = Н/м

P-критическое давление замыкания

N-величина напряжения стенок сосуда

Движение жидкости по трубам с эластичными стенками.

Течение крови зависит как от её свойств, так и от свойств кровеносных сосудов.

Движение жидкости по трубам происходит под действием эластичного насоса (груши). В жёсткой трубе течение жидкости прерывистое, а в эластичной нет. Эластичность трубки сглаживает пульсацию давления, возникающего от насоса. При повышении давления эластичная трубка расширяется. Кинетическая энергия движения жидкости частично переходит в потенциальную энергию деформации. В момент прекращения работы насоса, эластичная трубка сжимается, изменение энергии идёт в обратном направлении, и жидкость продвигается по трубке. Возникшая деформация распространяется в виде пульсовой волны. Аналогичное явление происходит в артерии. При сокращении сердечной мышцы, кровь выбрасывается из сердца в аорту, затем в артерию. Вследствие эластичности стенок, крупные артерии принимают крови больше, чем её оттекает к периферии. Во время систолы давление равно 16 кПа. Во время диастолы (10,6 кПа) расширяются артерии, спадают их эластические свойства, сглаживаются перепады давления, способствуя непрерывному току и экономичному расходу энергии при движении крови.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 1069 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector