Биомеханика сердца и сосудов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кардиология, мыслимая как таковая XXI- го века, перестала отвечать возросшим запросам подрастающего поколения к уровню компетентности популяризации такого актуального материала, как красочная панорама сердечной деятельности. Кризис и пути его преодоления аргументированы и намечены критическим анализом на широком материале. Например: приложенные в учебниках рисунки режут глаза недопустимым нонсенсом- открытыми устьями вен при систоле предсердий; не фигурирует композитное мышечно- фиброзное строение миокарда; не оговаривается некорректность исключения из анализа фактора перикарда с его, в частности, участием в создании по сути 3- ей камеры сердца с участками карди- аорты и легочной артерии, заключенными в его полости и сращенными с ним на выходе из перикарда; наряду с темой физиологического раствора и влияния на эритроциты солевого состава крови с приложением иллюстраций сморщивания и разбухания эритроцитов отсутствует тема эритроцитов в vasa recta, параллельных петлям Генле в мозговом слое почек, где как раз отсутствует осмотическое постоянство.

Практика реанимации остановившегося сердца существующими и популяризуемыми методами непрямого массажа и искусственного дыхания (ИД) вызывает ряд вопросов, поскольку не вяжется с основными принципами устройства и работы сердца. Укоренившееся понятие «клапана сердца» так и вовсе ставит в тупик, так как к ним не сводится все разнообразие важных для поддержания здоровья механизмов предотвращения обратного оттока крови, дисфункция которых также серьезно ухудшает здоровье.

Взять недавний ТВ- репортаж к реанимации Леннона. Врач: "Я вот сжимал, сжимал сердце Леннона..." Непрямой массаж сердца исключает, ПРОПУСКАЕТ, НЕ ВОСПРОИЗВОДИТ такой важнейший этап сердечного цикла, как настоящая систола предсердий, при которой волна сжатия миокарда начинается в норме около устья верхней полой вены (ВПВ) и пережимает устья вен, тем самым направляя весь объем крови, активно втянутый предсердиями, на окончательное наполнение желудочков, что невозможно при малейшем обратном оттоке крови в вены на входах предсердий. Подобное миокард может проделать только сам. В ручном режиме обходимся только «грушей» желудочка небольшой емкости. Надавили, доза крови выдавилась из желудочка в артерии, желудочек расправился, активно втянув еще чуть крови из вен, еще надавили и т. д.- жалкая имитация!

Камеры сердца, имеющего композитное мышечно- фиброзное строение, биомеханически- это по сути грушевидные баллончики, именуемые в быту просто «грушами (спринцовками)», сжимаемые вместо руки миокардом композитной стенки груш. После сжатия миокард пластифицируется и на его растяжение против сил вязкости уходит незначительное количество потенциальной энергии сжатой груши (по сути пружины, как в электрических реле, соленоидных клапанах и т. п.). Груша расправляется и втягивает кровь, как и в общеизвестном случае воды. В силе этой тяги каждый может убедиться на простейшем опыте (см. ниже).

«Понятно, что академик РАН В.Е.Захаров абсолютно прав в отношении суперкомпьютера. Как к гидродинамику у меня пожелание по кардиологии. Сердце мышечным усилием выжимает кровь из предсердий в желудочки, а из них- в легочную артерию и аорту. Но вот когда мышца пластифицирована (растяжима при малейшем усилии), активно проявляется строение сердца как системы 4-х грушевидных баллончиков- «груш», втягивающих кровь. Груша предсердия включается сразу после систолы предсердия, когда эстафета систолы переходит к желудочку, Она еще не успевает полностью расправиться, когда и груша желудочка начинает расправляться, втягивать кровь через предсердие из вен. Понятна потребность в минимальном сопротивлении потоку для штатного расправления всего сердца и растяжения при этом сжатой при систоле сердечной мышцы. Мышца может только тянуть, толкать ей не дано, и расправляется она как компонент композитной стенки «груши» наряду с эластичным фиброзным основанием- скелетом. Когда же все полости расправлены, кровь затекла и успокоилась, начинается череда систол, Как построить биомеханическую модель сердца при заборе крови, когда объемы и конфигурации камер в динамике?»

Если у пострадавшего мы поднимем разом руки и ноги, это вызовет скачок давления в предсердиях от прилива крови, импульс на рецепторы стенок и синусно-предсердный узел может сработать и запустить сердце, как в случае удара Пирогова, имеющего тот недостаток, что надо убедиться в реальной остановке сердца, а на возню с окончательным выводом о реальной остановке сердца теряются минуты и вдруг оно все же бьется! Бить током дефибриллятора тоже хорошо бы повременить. В случае маленьких детей справится один взрослый, взяв дитя за руки-ноги и легонько встряхнув. В случае взрослого одному сложновато. Если ноги еще можно закинуть на стул, руки задрать, то встряхнуть еще как-то можно, но хорошо бы втроем: двоим по ноге, 3-ий за руки.

Толчок прилива крови воспроизводит общеизвестную ситуацию езды с переполненным мочевым пузырем по неровной трассе или бега, и не исключено, что синусно-предсердный узел выдаст-таки положенный сигнал запуска на опорожнение в желудочек.

Пять секунд на попытку ничего не изменят.

Кардиология, изложенная в учебниках что для школы, что для ВУЗов, описывает какое-то воображаемое, наблюдаемое авторами одними сердце, а не наше с вами,- что в описании механической работы, что проводящей системы и иннервации. Чтобы насос да штатно нагнетал при недозакрытом герметично всасе! Для любого механика герметичность запирания всаса, притирка клапанов - аксиома и головная боль. То же самое с оружейным затвором. Возьмите не совсем полный тюбик зубной пасты, проткните ближе к концу, снимите пробку и, как обычно, выдавите на зубную щетку. Вот вам и аналогия обратного оттока. Потом можно конец сложить в фальц и закрыть дырку. У кого имеется чайник со свистком, попробуйте не закрыть плотно крышку залива воды, а потом, когда закипит, дождаться свистка. А здесь природа, а не техперсонал Саяно-Шушенской ГЭС, где было достаточно противовеса типа колодезного журавля либо рычажного устройства в бачке унитаза, чтобы плавно, без заклинивания в ручном режиме опустить затвор отсечки поступления воды при аварии.

Миокард в части желудочков, как мышечно- фиброзный композит, после сжатия сам в должной мере не растянется и не расправится; для обретения оптимальной стартовой исходной формы для систолы, требуется добавочный к притоку диастолы желудочка приток крови под нужным напором, как и в случае известных органов. Например, когда скелетные мышцы пережимают вены, обратному оттоку крови препятствуют венозные клапаны - кармашки. На входе что в предсердие, что в желудочек заложены свои особые возможности закрытия просветов каналов, блокирующие отток при систоле, усиленные перед желудочком клапанами под давление сжатия правого желудочка примерно в 30 мм. рт. ст. и 120 мм.- левого. В предсердия открываются: в правое- верхняя полая вена (ВПВ), нижняя полая вена (НПВ), устье коронарного синуса; в левое- 4 легочных вены.

Волна сжатия предсердий начинается у места впадения ВПВ и пережимает ее и легочные вены, НПВ и устье коронарного синуса, в устьях которых из- за большей отдаленности и худших условий пережатия изначально предусмотрены специальные небольшие заслонки для пущей герметичности. Стенки сосудов и камер в местах контактов при пережатии гладкие? Понятно теперь, что именно там место синусно- предсердного узла и что происходит при недозаправке предсердия: скажем, при большой кровопотере возможен посттравматический гиповопюмический шок. Попросту в сердце и далее передастся гибельная пробка- пузырь воздуха, ну и… Пластифицированное предсердие при расправлении подобно «груше» втянет еще и недопустимый воздух и не сработает как своего рода дозатор, передающий эстафету проталкивания крови желудочку, будто кирпич из рук в руки на стройке.

В норме миокарду комфортно сжиматься при определенной стартовой степени растяжения стенок, а не так, чтобы аж околосердечная сумка трещала. На примере легких хорошо виден комфортный диапазон изменения объема. Суть сердечной деятельности хорошо передает принцип перистальтического или шлангового насоса, известного в технике; именно по нему работает моторика пищеварительного тракта, ну а здесь- случай несжимаемой крови. Сердце эволюционно и есть пульсирующий сосуд.

А у жирафа должна быть специфика венозного возврата типа водонапорной башни. Артериальная кровь по толстой для уменьшения гидросопротивления аорте забрасывается наверх и растекается. «Жираф большой, и ему видней?». Венозный возврат не может походить на водопад.

Рапидная съемка при замедленном показе показала бы многие внешние проявления сердечной деятельности в натуре, если бы перикард был прозрачным как аквариум хотя бы отчасти либо приобрел такое качество искусственно. Увидели бы пережим вен и прочие телодвижения в ритме сердечного цикла без вскрытия сумки, неизбежно вносящего серьезные искажения, пусть и в детали картины 2- го плана. Перикард крепится к соседним мягким тканям: прихвачен связками к сухожильному центру диафрагмы, в плотной связи со стенками артерий, сердце же бьется себе внутри, изменяя попеременно объемы предсердий и желудочков при постоянстве объема перикарда, и, в целом, своего.

Мы показали, что в начале систолы предсердия необходимо пережатие устий всех вен и, возможно, еще и артерий: аорты и легочной, чтобы наверняка исключить преждевременное открытие полулунных клапанов. Но почему природа выбрала такой сложный по исполнению прием? Набранная в камеры сердца к концу фазы общей паузы всего сердца должна предварительно суммироваться в желудочке. Почему желудочек работает иначе, чем предсердие? Не набирает попросту всю дозу в один прием из вен через клапан между предсердием и собой? Отдает же в один прием. Какие же на то запреты биомеханики и гидродинамики? Очевидно условие примерного постоянства объема сердца: предсердие сжалось, желудочек набух и наоборот.

Мы знаем, что камера сердца, как и весь миокард, имеет композитное мышечно- фиброзное строение и наглядно поясняется кистью руки, держащей грушевидный баллончик, в обиходе «грушу». Когда «груша» набирает жидкость, кисть не участвует и пассивно следует за изменением формы груши. Это- общий принцип мышц, которые могут только тянуть, а растягиваться в момент пластификации могут внешними силами: другой ли мышцей- антагонистом, либо в данном случае- потенциальной энергией сжатия груши. То есть упругим фиброзным компонентом композита миокарда. Можно пойти на кухню и узреть нечто подобное в образе эластичной мочалки из проволоки для обдирки сковород и прочего от пригорелого. Когда же кисть напрягается и сжимает грушу, то мы видим картину систолы. Кровь выжата, мышца пластифицируется и высвобожденная сила упругости расправляет грушу, активно втягивая кровь из вен.

Груши предсердия (ГП) и желудочка (ГЖ) расправились, всосав порцию крови. Начинается систола предсердия и гидронапор наконец- то придает груше желудочка (ГЖ) окончательную рабочую форму, исходную для впрыска дозы крови в артерии. Набрать оптимальный больший объем пришлось под воздействием внешней силы- гидронапора, как и в известном случае, эмиссию и эякуляцию при котором также хорошо можно пояснить таким примером, как набором слюны во рту с последующим плевком (не против ветра). Эмиссия завершилась, канун эякуляции. «Патрон в патроннике». Мы видим, что ГП работает подобно пружине только на сжатие, только туда- сюда в одну сторону, на уменьшение и восстановление нормального объема, а ГЖ- также и в сторону увеличения от нормального объема,- а это- разные режимы и указывают на разное строение соответствующих участков композитного миокарда. Различие требований к пружинам только на сжатие и к пружинам на сжатие и растяжение- иллюстрация. А сложность 2- го варианта указывает, что плюсы 1-го варианта конечны именно в реальных габаритах пластифицированного желудочка, то есть в фазе общей паузы. Фиброзное основание не может быть ни чересчур тугим, ни чересчур дряблым, только с выверенными за эволюцию оптимальными параметрами жесткости, демпфирования во избежание автоколебаний. Это еще без учета гидродинамики.

Тест-вопросы биомеханики: причем тут грушевидный баллончик "груша" и талреп?

Спросите Лео Бокерия: " Что такое винтовой талреп (в любом магазине крепежных изделий), грушевидный баллончик, в обиходе "груша (спринцовка)" (в любой аптеке и клинике) как устройство?". Казалось бы, какая- то груша, а ведь это изобретение, как и то, что Стерджен (учитель Джоуля) додумался согнуть железный прут подковой электромагнита. Предсердие работает по принципу "груши": втягивает кровь из вен, затем направляет в желудочек, тоже "грушу", раздувая его и растягивая миокард как МЫШцу (мио из мюо из мюСо с древнегреч. выпадением "С") или МУСкул СЕРДца (КАРД). А мышца (родственна слову «мышь», лат. mus) - не что иное. как компактный пучок цепей переменной длины из шестигранных призмочек звеньев- саркомеров (грубо- талрепов), в разрезе с рисунком пчелиных сот. Понятно, что цепью можно только тянуть, но не толкать. Талреп, как и саркомер, может укорачиваться- сжиматься- стягивать и удлиняться выворачиванием стержней (с фиксирующей нарезкой) из вилки. То есть сжатая мышца после пластификации растягивается либо другой мышцей- антагонистом, либо в нашем случае- возникшей силой упругой деформации эластичного компонента. «Упал- отжался». Теперь расправленная мышца желудочка может сжаться, что она и делает, выжимая кровь в артерию (систола и эякуляция). Эффект же «груши» получается из- за композитного мышечно- фиброзного строения сердца и сосудов. Сопряжения эластичных сосудов со стенками сердца и перикардом - существенный фактор эффекта. Сравните свежий сложенный полиэтиленовый пакет и шарик либо наперсток с арматурным колечком. Фиброзный компонент- это гибкая арматура типа натуральной губки, паутины либо проволочной мочалки на кухне- попросту моток пружинистого волокна, вокруг клапанов- кольцевидный типа резинового кольца- тренажера кисти. Когда в начале сжатия предсердия волна сжатия возникает около устья ВНП, пережимает устья 3-х вен правого предсердия, 4-х левого, частично также и устья артерий, скрепленных еще и с перикардом, во избежание обратного оттока крови в вены и начинает выжимать кровь в желудочек, мы наблюдаем «эффект груши». Упругая деформация эластичного компонента вен и миокарда типа пережатия пучка эластичных трубок и колец после пластификации расправляет предсердие, активно всасывающее кровь.

Биомеханическая «груша» необязательно правильной формы, как и предсердия. Игрушечная с резиновыми стенками собачка или зайчик- тоже аналогии. Фиброзный матрикс композита сердца с описанием можно увидеть http://www.anatomus.ru/blood/heart.html, а также в выпуске №80 за 2010 г. журнала «Тело человека: снаружи и внутри» [Полный справочник по медицине и клинической практике». Издатель- ООО «Де Агостини» (завершившаяся под Новый 2011 г. еженедельная серия в 120 выпусков)]. В гиперссылке также описываются евстахиева и тебезиева заслонки, предназначенные для пущей герметизации вен при пережимании вен при систоле предсердий. Евстахиеву заслонку и т. п.

Винтовой талреп (не просто болт и гайка!)- аналогия саркомера. Что- то похожее на симметричные гантели в виде стержня- ручки с нарезкой, переменной длины от нуля до почти полного выкручивания из 6- гранных призм на концах. Когда призмы стянулись и уперлись друг в друга, это аналогия полного сжатия мышцы. Длина ручки равна длине 2-х цилиндров. Призма- это аналогия 6 актиновых нитей (миофиламентов) саркомера, расположенных по окружности, а стержень- ручка это миозиновая нить, которая может заползать (вкручиваться?) в эти 6 нитей. Понятно, что длина миозиновой нити равна общей длине актиновой нити с одной и другой сторон, т. е. вдвое длиннее. А вот миозиновая нить сама выползать (выкручиваться?) подобно выкручиванию стержня с нарезкой уже не может. Но когда мышца пластифицирована, приложение внешней силы растягивает- расправляет мышцу (силы вязкости в мышце небольшие).

Аналогия парашюта и створок клапанов на входах желудочков: створки- это по сути половинки парашюта. А то на слуху одно: сухожильные (фиброзные, соединительнотканные) хорды, сухожильные хорды! А парашют - очень даже постижимая вещь. Стропы удерживают кромки. Полые вены похожи на русла рек с притоками крови разного состава после почек, печени, лимфатических протоков около ключиц. В легочную артерию желательно подать однородную кровь, т. е. кровь (у взрослого без физической нагрузки доза- миллилитров 70) надо перемешать в правых предсердии и желудочке. Предсердия имеют ушки с гребенчатыми мышцами, как и в желудочках. Левое ушко меньше- 70% от правого [Черкашина А.Л. 2007]. Устья вен в предсердиях разные, функция перемешивания тоже разная. Перед систолой желудочков желательно начальные участки артерий сжать, чтобы при выбросе крови гидроудар на артерии был меньше из-за запаса экскурсии расширения, уже и в помощь полулунным клапанам при систоле предсердий. (Если Вы выдохнете, то сможете набрать больше воздуха).

Но это требует точной синхронизации. Начало аорты находится в перикарде (карди- аорта), на выходе же- смычка стенок с перикардом. Как все- таки ведут себя внутренние участки аорты (карди-аорта) и легочной артерии при изменении объема сердца- тоже своего рода камеры? Если у карди- аорты диаметр 2,5 см и длина 5-6 см, то на ум приходит гофр- гармошка, к-рый складывается при систоле предсердий (при которой желудочек набухает), выжимая кровь и поддерживая полулунный клапан в запирании, а уж при выверенной систоле желудочка (при которой желудочек сжимается в объеме) под определенным гидронапором расправляется, т.е распрямляется и раздувается, принимая часть объема выброса.

Опыт на силу ТЯГИ предсердия. Предсердие пребывает в систоле 0,1 сек, в диастоле 0,7 сек (из них последние 0,25 в паре с желудочком). Зайдите в аптеку, купите грушевидный баллончик, в быту "груша (спринцовка)". Это будет модель камер сердца. Проведите предметный, наглядный урок детям. Возьмите резиновую трубку внутренним диаметром миллиметров на 6 или больше, длиной метра на 4, сложите буквой U, залейте воды, вставив воронку в один конец, под завязку, как в сообщающиеся сосуды (один конец чуть приподнял, в другом вода будет под срез) и суньте впритирку, как пробку, в этот конец- срез носик сплющенной "грушы". Забавно наблюдать расправление-наполнение той "груши" и это против силы тяжести! Затем набравшуюся воду пустите вверх, как кит (как и предсердие впрыскивает при систоле в желудочек). А уж в горизонтальном положении или в невесомости без особого фактора силы тяжести силы упругости особенно наглядны. Дети будут в восторге. СЕРДЦЕ просто работает по схеме "ТЯНИ-ТОЛКАЙ" по принципу той "груши". Предсердия (прямо как те вампиры) активно высасывают кровь из вен (тянут, на своем этапе подключается желудочки ), передавливают в желудочки, затем желудочки впрыскивают в артерии (толкают) при систоле- эякуляции. Легкие при подобном обращении просто лопнут (если вдуть лишнего), а вот желудочек просто выходит на рубеж атаки (с требуемой заправкой). «Патрон в патроннике».

Наберите в рот воды, суньте трубку в воду метра на 1,5 глубины и попробуйте выдавить столб воды изо рта через трубку, получите представление о систоле левого желудочка. Когда предсердия дозаряжают желудочки, ухитряются пережать вены во избежание обратного оттока (3 в правом. 4 в левом)! По ВЕНАМ идет волна разрежения, притягивающая кровь к сердцу, по АРТЕРИЯМ- волна сжатия (повышенного давления), своеобразные ПЛЮС и МИНУС сердца, задающие кровоТОК (часть через само сердце, тоже ведь орган). Естественно, вены и артерии разнятся по строению! Области пониженного и повышенного относительно среднего значения в капиллярах давления. Следовательно, желательно, чтобы в венозной части капилляров их гидросопротивление было поменьше. Подобное наблюдаем в печени, где кровь из артерии и воротной вены (самая зашлакованная) смешивается в синусоидных капиллярах долек печени и отводится со всеми эритроцитами и крупномолекулярными белками по центру внутридольковой веной. Эти дольки, как и саркомеры, представляют 6-гранные призмочки, что весьма удобно в плане компактной упаковки типа пчелиных сот. Что- то похожее мы наблюдаем в душевой с несколькими кабинами. По трубе на лейки подается чистая вода с расчетом нормального мытья и в самой концевой кабине, даже когда все кабины заняты. Или схема стояка в подъезде на все этажи. А грязная же вода отводится куда проще. Решетки пола душевой-подобие межклеточных щелей. То есть артериальный конец капилляров устроен сложнее венозного, поскольку требуется запитать питательными веществами и кислородом все точки организма, вытесняя зашлакованную кровь в вены.

сердце эластичный сосуд перикард

Размещено на Allbest.ru