- •«Определение по ударному объёму крови сердца энергозатрат, кпд, расхода кислорода, при совершении механической работы»
- •Задачи.
- •«Определение по ударному объёму крови сердца энергозатрат, кпд , расхода кислорода, при совершении механической работы.»
- •1.1. Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи.
- •1.2. Уравнение Бернулли.
- •1)Наклонная трубка тока постоянного сечения.
- •2)Горизонтальная трубка тока жидкости переменного сечения.
- •3) Измерение скорости потока жидкости. Трубка Пито.
- •4) Закупорка артерии.
- •5) Разрыв аневризмы.
- •Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.
- •1.7 Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Условия проявления турбулентности в системе кровообращения.
- •1.8. Роль эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения. Пульсовая волна.
- •1.9 Методы измерения давления крови.
- •Инвазивный (прямой) метод измерения артериального давления.
- •9.1. Модели кровообращения
- •9.3. Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения
- •Дополнительный материал первое начало термодинамики и живые организмы
- •Определения основных термодинамических величин
- •Первое начало термодинамики
- •Свободная и связанная энергия
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Источники свободной энергии живого организма и виды совершаемых им работ
- •Тепловой баланс организма, способы теплообмена
- •Температурный гомеостазис, химическая и физическая терморегуляция
- •Энерготраты организма, основной обмен
- •Понятие о физиологической калориметрии
- •Второе начало термодинамики понятие энтропии
- •Статистический смысл энтропии
- •Формулировка второго начала термодинамики
- •Диссипативная функция
- •Научное и практическое значение второго начала термодинамики
- •Второе начало термодинамики и живой организм
- •Стационарное состояние
9.3. Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка. Изобразим Vу — ударный объем крови — в виде цилиндра (рис. 9.9). Можно считать, что сердце продавливает этот объем по аорте сечением S на расстояние l при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа
А1 = Fl = pSl = pVy.
На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа
А2 = m2/2 = Vy2/2,
где — плотность крови,— скорость крови в аорте. Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна
Ал=А1 + А2=рVу + Vу2/2.
Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении
А = Ал + 0,2Ал = 1,2 (pVy + pVy2/2). (9.17)
Формула (9.17) справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма. Эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.
Подставив в формулу (9.17) значения р = 13 кПа, Vy = 60 мл = 6 • 10-5 м3, = 1,05 • 103 кг/м3, = 0,5 м/с, получим работу разового сокращения сердца в состоянии покоя: Al 1 Дж. Считая, что в среднем сердце совершает одно сокращение в секунду, найдем работу сердца за сутки: Ас = 86 400 Дж. При активной мышечной деятельности работа сердца может возрасти в несколько раз.
Если учесть, что продолжительность систолы около t 0,3 с, то средняя мощность сердца за время одного сокращения (W) = А1/t = = 3,ЗВт.
При операциях на сердце, которые требуют временного выключения его из системы кровообращения, пользуются специальнымиаппаратами искусственного кровообращения (рис. 9.10). По существу, этот аппарат является сочетанием искусственного сердца (насосная система) с искусственными легкими (оксигенатор — система, обеспечивающаянасыщение крови кислородом).
Дополнительный материал первое начало термодинамики и живые организмы
Жизненные процессы при всем своем многообразии имеют и общие черты. Любой из них требует затрат энергии. Поэтому важным направлением биофизических исследований является изучение преобразований энергии в биологических системах. Процессы энергообеспечения организма за счет внешних энергетических ресурсов составляют предмет исследования биоэнергетики. В разработке биоэнергетических проблем можно выделить два подхода. Во-первых, исследуются механизмы энергетических процессов, протекающих в организме на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Их изучение — одна из важнейших задач молекулярной и квантовой биофизики. С другой стороны, некоторые особенности биологических процессов изучаются на основе общих законов превращения энергии без детального изучения их молекулярных механизмов (говорят — на макроскопическом уровне). Это составляет содержание исследований в области биологической термодинамики.
Определения основных термодинамических величин
В термодинамике объектом исследования служит система, под которой понимают совокупность материальных объектов(тел), ограниченную в той или иной степени от окружающей среды. Различают изолированные системы, не обменивающиеся энергией и веществом с этой средой, иоткрытые системы,в которых такой обмен происходит. Живые организмы относятся к открытым системам.
Состояние любой системы характеризуется некоторыми параметрами. Одни из них не зависят от массы или числа частицв системе (иначе говоря, от размеров системы), другие пропорциональны этим аргументам. Первые получили название
интенсивных термодинамических параметров. К ним относятся давление, температура и т. п. Параметры второй группы называютсяэкстенсивными. Это объем, энергия, энтропия и др.
Энергию системы (W) можно представить состоящей из двух частей: Wк+п, которая зависит от движения и положения системы как целого, и U, не зависящей от этих факторов:
W= Wк+п + U. (1)
Вторую составляющую (U ) называют внутренней энергией системы. Она включает энергию теплового движения частиц, химическую энергию, ядерную энергию. В системах, химический состав которых в ходе энергетических преобразований остается неизменным, при вычислении внутренней энергии можно учитывать только энергию теплового движения и взаимодействия частиц. Такой системой является идеальный газ.
Из полной энергии системы (W) выделяют так называемую энтальпию: H=U+pV. При постоянном давлении изменение энтальпии равно количеству тепла, полученного системой:dH=dQ. Поэтому энтальпию иногда называют теплосодержанием.