ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.12.2021
Просмотров: 1212
Скачиваний: 3
10.2.3. 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:
-
деформації судин перевищують межу пружності;
-
гладкі м'язи кровоносних судин у певних межах можуть регулювати напруження у стінках незалежно від кров'яного тиску;
-
тришарова будова стінок судин зумовлює послідовне навантаження шарів з різними фізико-механічними властивостями.
Рис.10.6.
Залежність
напруження
в
стінці
кровоносної
судини
від
її
радіуса:
1,2
–
згідно
з
рівнянням
Лапласа;
3
–
реальна
крива).
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 Р2 судина переходить у нестійкий стан, вона звужується, виникає швидкісний напір, який призводить до переходу в стійкий стан. Судина, в результаті, може почати пульсувати.
10.2.4. Швидкість кровотоку
Лінійна швидкість кровотоку визначає 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).
Рис.10.7.
Лінійна
швидкість
кровотоку
у
різних
частинах
судинної
системи.
У ><зв'язку
><з ><тим,
><що ><кров
><виштовхується ><серцем
><окремими ><порціями,
><кровотік ><в
><артеріях ><має
><пульсуючий ><характер.
><Лінійна ><і
><об'ємна ><швидкість
><постійно ><змінюються:
><вони ><максимальні
><в ><аорті
><і ><легеневій
><артерії ><в
><момент ><систоли
><шлуночків ><і
><зменшуються ><під
><час ><діастоли.
><В ><капілярах
><і ><венах
><лінійна ><швидкість
><є ><постійною.
><Перетворення ><пульсуючого
><потоку ><в
><постійний ><забезпечують
><пружні ><властивості
><стінок ><аорти
><і ><крупних
><артерій. ><Вміст
><еластину ><в
><них ><вдвічі
><перевищує ><вміст
><колагену, ><на
><відміну ><від
><периферійних ><судин,
><де ><це
><співвідношення
><змінюється ><навпаки.
><Модуль ><пружності
><еластину ><на
><два, ><три
><порядки ><є
><меншим, ><ніж
><у ><колагену,
><а ><він,
><як ><відомо,
><визначає ><жорсткість
><при
><розтяганні.
><Тому
><розтягувальна
><здатність
><судин,
><ближчих
><до ><серця,
><є ><значно
><вищою, ><ніж
><у
><периферійних.
><Під ><час
><систоли
><частина
><затраченої
><серцем
><енергії
><перетворюється
><у ><потенціальну
><енергію
><розтягнутих
><виштовхнутою
><кров'ю
><аорти ><і
><крупних
><артерій.
><Після
><закінчення
><систоли
><пружно
><розтягнуті
><стінки
><артерій
><звужуються,
><кров
><проштовхується
><в ><капіляри,
><забезпечуючи
><в ><них
><постійність
><кровотоку
><(лінійна
><швидкість
><крові ><в
><капілярах
><становить
><0,5... ><1
><мм/с).>
10.2.5. 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 vп відрізняється від швидкості течії vср 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 . Тиск в артерії на деякій віддалі х0 від серця змінюється так, як це показано на рис. 10.8.
Рис. 10.8. Зміна тиску крові в артерії на віддалі х0 від серця.
Рис. 10.9. Розподіл тиску і швидкості вздовж артерії в момент часу х0 /vр, після
початку скорочення серця.
У
момент
часу
t=х0/vр
відрахованого
від
початку
скорочення
серця,
на
масу
крові,
яка
знаходиться
між
перерізами
(х0
-
vp·,)
і
х0
вздовж
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 х0 протягом часу , буде рухатися з додатнім прискоренням, після чого її швидкість почне гальмуватися з прискоренням
За час (1 + 2) швидкість крові зросте від нуля до максимуму
,
після
чого
знову
зменшиться
до
нуля.
Кількість
крові
між
перерізами
і
х0
за
час
(1
+
2)
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
х0
можна
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.
-
Верхня кінцівка = рука : кисть, передпліччя (ліктьова і променева кістка), плечова кістка.
-
нижня кінцівка = нога: ступня, кістки гомілки (велико- і малогомілкова кістки), стегнова кістка.
-
Плечовий пояс : ключиця, лопатка,
-
Тулуб = грудна клітина: ребра, грудинка.
-
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.