Тема 2. Тема 2

матеріал 10

Гідродинамічні властивості кровоносної системи людини

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 86. Гідродинамічні властивості кровоносної системи людини

Очікувані результати навчання

формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
формулює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими гіпотези відповідно до проблеми і мети дослідження, визначає завдання [12 ПРО 1.2.2]
створює і аналізує самостійно або у співпраці з іншими моделі об’єктів і явищ, які необхідно дослідити [12 ПРО 1.4.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]

Мета уроку: сформувати у здобувачів системне розуміння гемодинаміки організму, механіки роботи серця, гідравлічного опору судин, комплаєнсу судин та ефективності руху крові. Навчити учнів інтерпретувати гідродинамічні процеси з позицій фізики та медицини.

Очікувані результати для вчителя:

учні розуміють фізичні принципи
оцінюють параметри серцевої діяльності: об’єм, частоту та хвилинний кровотік;
пояснюють утворення та коливання артеріального тиску;
аналізують вплив жорсткості судин і судинного опору на кровообіг;
проявляють навички вирішення практичних завдань та проведення експериментів.

Очікувані результати для учнівства:

учні пояснюють принцип роботи серця як насоса;
розрізняють ударний об’єм і хвилинний об’єм кровообігу;
описують механізм формування артеріального тиску;
аналізують залежність артеріального тиску від комплаєнсу судин, периферичного опору та закону Пуассона для рідин у трубках;
проводять експерименти, демонструючи роботу серця і судин на моделях.

Ключові слова:

серцевий викид
ударний об’єм (УО)
хвилинний об’єм кровообігу (ХОК)
комплаєнс судин
еластичність судин
гідравлічний опір
закон Лапласа
закон Пуазейля
систолічний тиск
діастолічний тиск
гіпертонія

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Серце як насос
2.2. Комплаєнс судин
2.3. Закон Лапласа
2.4. Закон Пуазейля
2.5. Артеріальний тиск як результат взаємодії серця і судин
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв

Проблемне питання

Чому серце працює не безперервно, а поштовхами?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Серце працює поштовхами, а не безперервно, тому що його м’язова тканина потребує ритмічного скорочення для ефективного нагнітання крові. Кожен поштовх (систола) дозволяє виштовхнути певний об’єм крові в судини, а проміжок між ними (діастола) дає серцю час на наповнення кров’ю і відновлення енергії. Такий ритмічний режим забезпечує оптимальний кровообіг по всьому організму і дозволяє уникнути постійного навантаження на серцевий м’яз.

Чому звуження судин при холоді призводить до підвищення тиску?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Звуження судин при холоді підвищує тиск, бо кров має протікати по меншому просвіту. Коли судини звужуються, опір кровотоку зростає, і серцю доводиться створювати більший тиск, щоб кров могла проходити по тих же судинах. Це природний механізм терморегуляції – тіло обмежує кровотік до поверхні, щоб зменшити втрату тепла, але водночас тиск у судинах підвищується.

Як під час бігу серце встигає перекачувати у 4-6 разів більше крові?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Під час бігу серце перекачує у 4-6 разів більше крові завдяки поєднанню збільшення частоти скорочень (пульсу) та сили кожного викиду крові (ударного об’єму). М’яз серця скорочується частіше і сильніше, щоб забезпечити м’язи і органи більшою кількістю кисню та поживних речовин. Одночасно розширюються судини у м’язах, зменшується опір кровотоку, а серце ефективніше використовує кров, що вже знаходиться у середині, – усе це дозволяє швидко і значно збільшити кровообіг без шкоди для організму.

Як зміниться тиск, якщо судини втратять еластичність?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Якщо судини втратять еластичність (стан артеріосклерозу чи старіння судин), тиск у них підвищиться, особливо систолічний. Жорсткі судини не можуть розтягуватися під час викиду крові серцем, тому серце має створювати більший тиск, щоб проштовхнути кров. Діастолічний тиск може залишатися високим або злегка знижуватися, але загальний навантаження на серце зростає, що підвищує ризик серцево-судинних захворювань.

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/FjF6cHZON1M?si=ZS9PggfCYlcaVPdt

Відео

2. Теоретичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 25 хв

Почніть з демонстрації: стисніть гумову грушу або модель серця, щоб показати принцип «натиснув – кров пішла, відпустив – кров зайшла».

Наголосіть, що серце працює циклічно, а не безперервно, і саме поштовхи створюють пульс.

Акцент: ударний об’єм – не фіксована величина, а змінна характеристика, що залежить від тренованості, здоров’я, положення тіла.

Підкресліть зв’язок УО → ХОК → АТ, щоб підготувати учнів до теми гідродинаміки.

Додайте міжпредметний зв’язок із біологією: будова серця, клапани, автоматія.

Використовуйте відеомоделі або просту анімацію пульсуючої артерії.

Акцентуючі питання:

У кого ударний об’єм більший: у тренованого спортсмена чи у нетренованої людини? Чому?

Як зміниться ХОК, якщо УО залишиться сталим, а ЧСС подвоїться?

Чому у стані спокою ХОК ≈ 5 л/хв, хоча серце в дорослого має значно більший запас потужності?

Як зміниться рівень ХОК, якщо людина втратить багато крові?

Чому серце не може нескінченно збільшувати ЧСС?

Якою буде ЧСС у космонавта після кількох тижнів у невагомості?

Чому при гарячці серце б’ється швидше?

Якщо у спортсмена УО ≈ 120 мл, а ЧСС у спокої 50 уд/хв, то чому це вважається ознакою здоров’я?

Що станеться з ХОК, якщо порушиться робота серцевих клапанів?

2.1. Серце як насос

Серце функціонує як потужний насос, який постійно забезпечує рух крові по всьому організму. Його робота циклічна і складається з двох основних фаз:

Систола – скорочення серцевого м’яза, під час якого кров виштовхується з серця в судини;
Діастола – розслаблення серцевого м’яза, коли серце заповнюється кров’ю.

Кожне скорочення серця виштовхує певний об’єм крові, який називають ударним об’ємом (УО або SV):

де Vкінець-діаст – об’єм крові в шлуночку після його наповнення (діастоли), мл, Vкінець-сист – об’єм крові, що залишився в шлуночку після скорочення (систоли), мл.

Звичайне значення:

Щоб оцінити ефективність роботи серця, визначають кількість крові, яку серце перекачує за хвилину. Це показник називається хвилинним об’ємом кровообігу (ХОК або CO):

де ХОК – хвилинний об’єм кровообігу, л/хв, УО – ударний об’єм, мл, ЧСС – частота серцевих скорочень, уд/хв.

Серце в стані спокою перекачує близько 5 л/хв, що забезпечує організм киснем та поживними речовинами. При фізичному навантаженні ударний об’єм і частота серцевих скорочень зростають – ХОК може досягати 20-30 л/хв, що у 4-6 разів більше за спокійний рівень, забезпечуючи потреби активних м’язів та органів.

Частота серцевих скорочень (ЧСС або HR) – це кількість скорочень серця (ударів) за одиницю часу, зазвичай за хвилину:

У стані спокою

ЧСС ≈ 60-80 уд/хв, а під час фізичного навантаження ЧСС збільшується та може становити ≈ 180-200 уд/хв.Пульсова хвиля – це коливання стінок артерій, що поширюються від серця під час кожного скорочення (систоли) (див. рис. 1).

Джерело: https://chatgpt.com/

Серце скорочується та викидає кров у аорту. Потік крові створює стиснення стінок судин, яке поширюється по артеріях як хвиля. Ця хвиля відчувається як пульс на зап’ясті, шиї або інших артеріях. Швидкість поширення пульсуючої хвилі залежить від пружності артерій і тиску крові:

(1) $\begin{equation*}v = \sqrt{\frac{E \cdot h}{2 \cdot \rho \cdot r}}\end{equation*}$

де v – швидкість пульсової хвилі в судині, м/с, E – модуль Юнга стінки судини (жорсткість стінки), Па, h – товщина стінки судини, м, – густина крові, кг/м³, r – внутрішній радіус судини, м.

2.2. Комплаєнс судин

Комплаєнс судин (C) – це здатність судини збільшувати свій об’єм під дією внутрішнього тиску:

(2) $\begin{equation*}C = \frac{\Delta V}{\Delta p}\end{equation*}$

де V – зміна об’єму судини, м³ або мл, p – зміна тиску в судині, Па або мм рт. ст.

Високий комплаєнс означає, що судини м’які і легко розтягуються при підвищенні тиску. Це характерно для великих вен та аорти у молодих людей. Завдяки такій еластичності пульсові коливання тиску зменшуються, і серце перекачує кров легше, витрачаючи менше енергії.

Низький комплаєнс спостерігається у жорстких судинах, які погано розтягуються, наприклад, при атеросклерозі або у літніх людей. Через це пульсовий тиск підвищується, і серцю доводиться працювати значно важче, щоб проштовхнути кров по судинах.

Дружня порада вчителю

Поясніть поняття через аналогію: «м’який повітряний шарик» і «жорстка металева трубка».

Покажіть роль еластичності аорти в згладжені пульсової хвилі.

Укажіть вікові зміни: у дітей судини м’які, у літніх – жорсткі.

Поясніть, що низький комплаєнс – одна з причин гіпертонії, високого пульсового тиску.

Акцентуючі питання:

Чому аорта у молодих людей здатна розтягуватися, а у літніх – майже ні?

Як зміниться пульсовий тиск, якщо комплаєнс упаде вдвічі?

Чому серцю легше перекачувати кров через еластичні судини?

Як жорсткі судини впливають на навантаження на лівий шлуночок?

Чому спорт і правильне харчування покращують еластичність судин?

Як комплаєнс пов’язаний із шумами в артеріях?

Чому гіпертонія частіше розвивається після 40 років?

Як зміна комплаєнсу вплине на ефективність роботи серця?

2.3. Закон Лапласа

Виникнення напруження у стінках судин під дією внутрішнього тиску описує закон Лапласа. Він показує взаємозв’язок між тиском крові, радіусом судини та товщиною її стінки, пояснюючи, чому великі або розширені судини піддаються більшому механічному навантаженню:

(3) $\begin{equation*}\sigma = \frac{p \cdot r}{h}\end{equation*}$

де σ– циркулярне напруження стінки судини, Па, p – внутрішній тиск крові у судині, Па, r – внутрішній радіус судини, м, h – товщина стінки судини, м.

Цей закон допомагає зрозуміти фізіологічні й патологічні процеси в кровоносній системі та оцінювати ризик розриву судин.

Наприклад, у аорти великий радіус, тому при високому тиску напруження стінок теж велике.

Аневризма – це локальне розширення судини. Якщо r збільшується, то за формулою Лапласа зростає, і стінка ризикує розірватися.

Дружня порада вчителю

Поясніть, що напруження залежить не від «міцності матеріалу», а від геометрії судини.

Підкресліть практичність: чому підвищений тиск небезпечний саме для великих артерій.

Зробіть міжпредметний зв’язок із фізикою твердих тіл – механічні напруження, тиск у кулястих і циліндричних оболонках.

Акцентуючі питання:

Чому аневризми небезпечні саме тим, що швидко збільшуються?

Як зміниться напруження в стінці, якщо радіус збільшити удвічі, а тиск залишити сталим?

Чому при підвищеному тиску найчастіше розривається аорта, а не капіляри?

Які наслідки матиме зменшення товщини стінки судини?

Як закон Лапласа пояснює ризик розриву серця після інфаркту?

Підкресліть: артеріоли – головні «крани» регуляції кровотоку.

Поясніть фізіологію вазоспазму, вазодилатації та роль симпатичної системи.

Акцентуючі питання:

Як організм регулює притік крові до мозку або м’язів під час навантаження?

Чому при холоді судини звужуються, а при теплі – розширюються?

Чому спортивна розминка важлива саме для судин, а не лише для м’язів?

Як організм компенсує зниження тиску при кровотечі?

2.4. Закон Пуазейля

У кровоносній системі майже всі дрібні судини – це еластичні трубки малого радіуса. Закон Пуазейля описує, як рідина рухається крізь тонку циліндричну трубку, і в контексті кровообігу він дає змогу зрозуміти, від чого залежить легкість або труднощі руху крові крізь судини.

Формула, яка описує об’ємний потік крові, показує залежність між різницею тисків і параметрами самої судини:

(4) $\begin{equation*}Q = \frac{\pi \cdot r^4}{8 \cdot \eta \cdot l} \cdot \Delta p\end{equation*}$

де Q – об’ємний потік крові, м³/с (у медицині мл/с, мл/хв, л/хв), r – радіус судини, м, – динамічна в’язкість крові, Па·с, l – довжина судини, м, p – різниця тисків між початком і кінцем судини, Па.

Радіус судини – найважливіший фактор. Потік залежить від r4. Якщо артеріола –дрібна кровоносна судина, що відходить від артерії та веде до капілярів, – звужується удвічі, то потік зменшується у 16 разів. Це пояснює, чому на холоді тиск зростає: організм звужує поверхневі судини, щоб зменшити тепловіддачу, але водночас різко збільшується опір кровотоку.

Аналогічно, у стані фізичного навантаження артеріоли м’язів розширюються, зменшують опір і забезпечують збільшення притоку крові.

Вазоспазм – це різке, неконтрольоване звуження судини через сильне скорочення гладких м’язів її стінок (холод, стрес, інтоксикації тощо).

Вазодилатація – розширення кровоносних судин через розслаблення гладких м’язів їхніх стінок (тепло, фізичне навантаження, прийом їжі, медикаментозна дія). У результаті просвіт судини збільшується, опір падає, а кровотік зростає.

Дружня порада вчителю

Поясніть АТ не як «силу крові», а як результат серце → судини → опір.

Обговоріть різницю між систолічним та діастолічним тиском.

Додайте коротку історію: звуки Короткова, перший та останній тон.

Продемонструйте на муляжі або відео принцип роботи механічного тонометра.

Акцентуючі питання:

Який компонент АТ змінюється сильніше під час фізичного навантаження: систолічний чи діастолічний?

Чому після стресу тиск підвищується навіть у молодих людей?

Як зменшення радіуса артеріол вплине на діастолічний тиск?

Чому тиск легко підвищити, але важко знизити?

Як пояснити фразеологізм «високий нормальний» тиск?

Чому важливо вимірювати тиск кілька разів поспіль?

Чому при аритміях тонометри можуть давати помилкові значення?

Як різні методи вимірювання (механічний, електронний, інвазивний) відрізняються за точністю?

2.5. Артеріальний тиск як результат взаємодії серця і судин

Артеріальний тиск (АТ або BP) – це механічний наслідок роботи серця та опору, який чинять судини крові. Його величина формується не лише силою серцевих скорочень, а й станом артерій, артеріол та еластичністю судинних стінок. Традиційно вимірюється в міліметрах ртутного стовпчика мм рт. ст. або mmHg.

У системі СІ тиск вимірюється в Паскалях, тому в деяких країнах Європи медичні прилади дублюють показники в кПа:

Базова формула:

де ХОК – хвилинний об’єм кровообігу, л/хв, ЗПО (TPR) – загальний периферичний опір всієї судинної мережі, Па·с/м³.

Загальний периферичний опір – це величина, що показує, наскільки важко крові рухатися по всіх судинах організму. Формально його можна визначити через співвідношення:

Систолічний тиск pсис – це тиск у момент скорочення серця, коли воно виштовхує кров в артерії.

Діастолічний тиск pдіаст – це тиск у момент розслаблення серцевого м’яза між ударами.

Типовий запис АТ: 120/80 мм.рт.ст

Верхнє число «120» – систолічний тиск, нижнє число «80» – діастолічний тиск.

Згідно з нормами ВООЗ та сучасними медичними протоколами, показники класифікують так:

Таблиця 1

Категорія	Систолічний (верхній)	Діастолічний (нижній)
Критично низький	< 80	< 50
Гіпотонія (низький)	80-100	50-60
Оптимальний	100-120	60-80
Нормальний	120-129	80-84
Високий нормальний	130-139	85-89
Гіпертонія (1 ступінь)	140-159	90-99
Гіпертонія (2 ступінь)	160-179	100-120
Гіпертонічний криз	>180	>120

Методи вимірювання артеріального тиску:

Механічний (тонометр за Коротковим) (див. рис. 2).

Використовують манжету, що накладається на плече, і стетоскоп. Манжету накачують, тиск у ній перевищує систолічний АТ, кровотік тимчасово зупиняється. Потім поступово знижують тиск. Слухають звуки Короткова: перший звук відповідає систолічному АТ, а останній звук – діастолічному АТ.

Джерело: https://meda.com.ua/blog/statti/yak-pravilno-vimiryati-tisk-mehanichnim-tonometrom

Автоматичні електронні тонометри (див. рис. 3).

Вимірюють тиск за допомогою датчика тиску і пульсової хвилі. Результат часто одразу видається на екрані у вигляді систолічного/діастолічного.

Джерело: https://med-magazin.ua/ua/articles/view/564/

Інвазивне вимірювання у медичних закладах.

Катетер вводять безпосередньо у судину, підключають до датчика тиску і монітора. Дає точні дані у Па та використовується при хірургічних операціях чи критичних станах.

3. Практичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 10 хв.

Завдання № 1

(Розрахунок ХОК)

Ударний об’єм пацієнта становить 75 мл, а ЧСС 82 уд/хв. Знайти ХОК.

Відповідь:

УО= 75 мл = 0,075 л – ударний об’єм,

ЧСС= 82 уд/хв – частота серцевих скорочень.

ХОК=0,075 л⋅82 л/хв=6,15 л/хв

Завдання № 2

(Закон Пуазейля і опір)

Радіус судини зменшився з 0,9 мм до 0,6 мм. У скільки разів збільшився опір судин?

Відповідь:

r1=0,9 мм=9⋅10-4 м – початковий радіус судини,

r2=0,6 мм=6⋅10-4 м – кінцевий радіус судини.

Завдання № 3

(Пульсовий тиск і комплаєнс)

Систолічний тиск спортсмена 120 мм рт. ст., а діастолічний: 80 мм рт. ст. УО 70 мл. Знайти комплаєнс аорти спортсмена.

Відповідь:

(5) $\begin{equation*}v = \sqrt{\frac{E \cdot h}{2 \cdot \rho \cdot r}}\end{equation*}$

pсис=120 мм.рт.ст. – систолічний тиск,
pдіаст=80 мм.рт.ст. – діастолічний тиск.
УО = ∆V=70 мл – зміна об’єму судини.

Завдання № 4

(Потік крові через артеріолу)

Артеріола має радіус 0,25 мм, довжину 2 мм. Різниця тисків між її початком і кінцем становить 450 Па. В’язкість крові 1,2 мПа∙с. Знайти об’ємний потік крові через артеріолу.

Відповідь:

(6) $\begin{equation*}Q = \frac{\pi \cdot r^4}{8 \cdot \eta \cdot l} \cdot \Delta p\end{equation*}$

r=0,25 мм = 2,5⋅10-4 м – радіус артеріол,
l=2 мм = 2⋅10-3 м – довжина артеріол,
=1,2 мПа⋅с = 1,2⋅10-3 Па⋅с – в’язкість крові,p=450 Па – різниця тисків.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість до 5 хв.

Міні-дослід «Як змінюється ЧСС при зміні положення тіла»

Мета: показати, як змінюється частота серцевих скорочень і інтенсивність пульсової хвилі при зміні гідростатичних умов кровообігу.

Матеріали:

секундомір
власний пульс

Інструкція:

1. Виміряйте ЧСС сидячи протягом 1 хв:

знайдіть пульс на зап’ясті або шиї;
порахуйте удари за 60 секунд;
запишіть ЧСС₁ уд/хв:

Інтенсивність пульсу (сильний / середній / слабкий):

Різко встаньте і одразу виміряйте ЧСС протягом 1 хв:

знайдіть пульс на зап’ясті або шиї;
порахуйте удари за 60 секунд;
запишіть ЧСС₂ уд/хв:

Інтенсивність пульсу (сильний / середній / слабкий):

Порівняйте різницю:

Короткий висновок (чому ЧСС змінилось після вставання?):

Відповідь:

Після різкого вставання частина крові опускається вниз під дією гравітації, тому до серця повертається менше крові. Ударний об’єм зменшується, і щоб зберегти нормальний хвилинний об’єм кровообігу, організм рефлекторно підвищує частоту серцевих скорочень. Це автоматична реакція барорефлексів для підтримання тиску та кровопостачання мозку.

Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість до 2 хв.

Заохочуйте учнів бути чесними та відвертими у своїх роздумах.

Який закон сьогодні був найцікавішим?
Чи можна зменшити тиск без ліків?
Як би ви пояснили ХОК іншій людині?
Що нового ви дізналися про роботу серця?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

У вільний від відпочинку час

Дружня порада вчителю

Запропонуйте учням творче завдання з теми

Розгляньте показники на екрані тонометра. Визначте систолічний тиск, діастолічний тиск та пульс.

Користуючись таблицею норм АТ, оцініть стан пацієнта.
Опишіть можливе самопочуття людини з такими показниками.
Яку пораду ви б йому надали?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 86. Гідродинамічні властивості кровоносної системи людини

Очікувані результати навчання

Мета уроку: сформувати у здобувачів системне розуміння гемодинаміки організму, механіки роботи серця, гідравлічного опору судин, комплаєнсу судин та ефективності руху крові. Навчити учнів інтерпретувати гідродинамічні процеси з позицій фізики та медицини.

Очікувані результати для учнівства:

учні пояснюють принцип роботи серця як насоса;
розрізняють ударний об’єм і хвилинний об’єм кровообігу;
описують механізм формування артеріального тиску;
аналізують залежність артеріального тиску від комплаєнсу судин, периферичного опору та закону Пуассона для рідин у трубках;
проводять експерименти, демонструючи роботу серця і судин на моделях.

Ключові слова:

серцевий викид
ударний об’єм (УО)
хвилинний об’єм кровообігу (ХОК)
комплаєнс судин
еластичність судин
гідравлічний опір
закон Лапласа
закон Пуазейля
систолічний тиск
діастолічний тиск
гіпертонія

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Серце як насос
2.2. Комплаєнс судин
2.3. Закон Лапласа
2.4. Закон Пуазейля
2.5. Артеріальний тиск як результат взаємодії серця і судин
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Чому серце працює не безперервно, а поштовхами?

Джерело: https://gemini.google.com/

Чому звуження судин при холоді призводить до підвищення тиску?

Джерело: https://gemini.google.com/

Як під час бігу серце встигає перекачувати у 4-6 разів більше крові?

Джерело: https://gemini.google.com/

Як зміниться тиск, якщо судини втратять еластичність?

Джерело: https://gemini.google.com/

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/FjF6cHZON1M?si=ZS9PggfCYlcaVPdt

Відео

https://youtu.be/crEFsZaeBfk?si=yuw2bj8aq1X_EDTD

Відео

https://youtu.be/iINdWPTWCDM?si=s8A8TBo3F9_RPX4m

Відео

https://youtu.be/wqF1Vb5ytyI?si=PvE_A84pB7t63Men

Відео

https://youtu.be/iMj3yBK32HQ?si=69OUL7O24IRO3bV8

Відео

2. Теоретичний блок

2.1. Серце як насос

Серце функціонує як потужний насос, який постійно забезпечує рух крові по всьому організму. Його робота циклічна і складається з двох основних фаз:

Систола – скорочення серцевого м’яза, під час якого кров виштовхується з серця в судини;
Діастола – розслаблення серцевого м’яза, коли серце заповнюється кров’ю.

Кожне скорочення серця виштовхує певний об’єм крові, який називають ударним об’ємом (УО або SV):

де Vкінець-діаст – об’єм крові в шлуночку після його наповнення (діастоли), мл, Vкінець-сист – об’єм крові, що залишився в шлуночку після скорочення (систоли), мл.

Звичайне значення:

Щоб оцінити ефективність роботи серця, визначають кількість крові, яку серце перекачує за хвилину. Це показник називається хвилинним об’ємом кровообігу (ХОК або CO):

де ХОК – хвилинний об’єм кровообігу, л/хв, УО – ударний об’єм, мл, ЧСС – частота серцевих скорочень, уд/хв.

Серце в стані спокою перекачує близько 5 л/хв, що забезпечує організм киснем та поживними речовинами. При фізичному навантаженні ударний об’єм і частота серцевих скорочень зростають – ХОК може досягати 20-30 л/хв, що у 4-6 разів більше за спокійний рівень, забезпечуючи потреби активних м’язів та органів.

Частота серцевих скорочень (ЧСС або HR) – це кількість скорочень серця (ударів) за одиницю часу, зазвичай за хвилину:

У стані спокою

ЧСС ≈ 60-80 уд/хв, а під час фізичного навантаження ЧСС збільшується та може становити ≈ 180-200 уд/хв.Пульсова хвиля – це коливання стінок артерій, що поширюються від серця під час кожного скорочення (систоли) (див. рис. 1).

Джерело: https://chatgpt.com/

Серце скорочується та викидає кров у аорту. Потік крові створює стиснення стінок судин, яке поширюється по артеріях як хвиля. Ця хвиля відчувається як пульс на зап’ясті, шиї або інших артеріях. Швидкість поширення пульсуючої хвилі залежить від пружності артерій і тиску крові:

(7) $\begin{equation*}v = \sqrt{\frac{E \cdot h}{2 \cdot \rho \cdot r}}\end{equation*}$

де v – швидкість пульсової хвилі в судині, м/с, E – модуль Юнга стінки судини (жорсткість стінки), Па, h – товщина стінки судини, м, – густина крові, кг/м³, r – внутрішній радіус судини, м.

2.2. Комплаєнс судин

Комплаєнс судин (C) – це здатність судини збільшувати свій об’єм під дією внутрішнього тиску:

(8) $\begin{equation*}C = \frac{\Delta V}{\Delta p}\end{equation*}$

де V – зміна об’єму судини, м³ або мл, p – зміна тиску в судині, Па або мм рт. ст.

Високий комплаєнс означає, що судини м’які і легко розтягуються при підвищенні тиску. Це характерно для великих вен та аорти у молодих людей. Завдяки такій еластичності пульсові коливання тиску зменшуються, і серце перекачує кров легше, витрачаючи менше енергії.

Низький комплаєнс спостерігається у жорстких судинах, які погано розтягуються, наприклад, при атеросклерозі або у літніх людей. Через це пульсовий тиск підвищується, і серцю доводиться працювати значно важче, щоб проштовхнути кров по судинах.

2.3. Закон Лапласа

Виникнення напруження у стінках судин під дією внутрішнього тиску описує закон Лапласа. Він показує взаємозв’язок між тиском крові, радіусом судини та товщиною її стінки, пояснюючи, чому великі або розширені судини піддаються більшому механічному навантаженню:

(9) $\begin{equation*}\sigma = \frac{p \cdot r}{h}\end{equation*}$

де σ– циркулярне напруження стінки судини, Па, p – внутрішній тиск крові у судині, Па, r – внутрішній радіус судини, м, h – товщина стінки судини, м.

Цей закон допомагає зрозуміти фізіологічні й патологічні процеси в кровоносній системі та оцінювати ризик розриву судин.

Наприклад, у аорти великий радіус, тому при високому тиску напруження стінок теж велике.

Аневризма – це локальне розширення судини. Якщо r збільшується, то за формулою Лапласа зростає, і стінка ризикує розірватися.

2.4. Закон Пуазейля

У кровоносній системі майже всі дрібні судини – це еластичні трубки малого радіуса. Закон Пуазейля описує, як рідина рухається крізь тонку циліндричну трубку, і в контексті кровообігу він дає змогу зрозуміти, від чого залежить легкість або труднощі руху крові крізь судини.

Формула, яка описує об’ємний потік крові, показує залежність між різницею тисків і параметрами самої судини:

(10) $\begin{equation*}Q = \frac{\pi \cdot r^4}{8 \cdot \eta \cdot l} \cdot \Delta p\end{equation*}$