По Интернету найдите прибор для изменения артериального давления – тонометр механический. Определите цену деления шкалы. В каких единицах измеряют артериальное давление?
reshalka.com
ГДЗ учебник по физике 7 класс Перышкин. §4. Задание. Номер №1
Решение
Тонометр механический
Единицей измерения артериального давления явлется миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).
Для определения цены деления тонометра необходимо взять 2 соседних числа, найти их разницу (от большего отнять меньшее), а затем разделить полученное число на количество маленьких штрихов между этими числами.
На тонометре возьмем числа 20 и 40. Расстояния между этими штрихами разделены на 10 делений.
Таким образом, цена каждого деления тонометра будет равна
40
м
м
р
т
.
с
т
.
−
20
м
м
р
т
.
с
т
.
10
=
20
м
м
р
т
.
с
т
.
10
=
2
мм рт. ст.
Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле “Under pressure”. Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про давление в физике и не только.
Давление в физике
Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?
По определению:
Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.
В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.
Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.
Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:
где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.
Одно из важнейших свойств жидкостей – изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.
Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:
- атмосфера;
- миллиметр ртутного столба;
- миллиметр водяного столба;
- метр водяного столба;
- килограмм-сила.
В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.
Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля – около двух атмосфер.
Атмосферное давление
Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.
Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.
Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.
Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.
Артериальное давление
Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.
Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.
Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.
Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?
Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.
Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.
Но почему в измерении артериального давления две цифры?
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.
При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.
Физический вакуум
Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.
В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.
Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 января 2022 года; проверки требуют 10 правок.
Кровяно́е давле́ние — давление, которое кровь оказывает на стенки кровеносных сосудов, иначе говоря, превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным. Один из показателей жизненно важных функций и биомаркеров.
Наиболее часто под кровяным давлением подразумевают артериа́льное давление. Кроме него, выделяют следующие виды кровяного давления: внутрисердечное, капиллярное, венозное. При каждом ударе сердца кровяное давление колеблется между наименьшим, диастолическим (от др.-греч. διαστολή «разрежение») и наибольшим, систолическим (от др.-греч. συστολή «сжатие»)[1].
Артериальное давление[править | править код]
Физиология измеряемых параметров кровеносного давления[править | править код]
Артериальное давление — один из важнейших параметров, характеризующих работу кровеносной системы. Давление крови определяется объёмом крови, перекачиваемым в единицу времени сердцем, и сопротивлением сосудистого русла. Поскольку кровь движется под влиянием градиента давления в сосудах, создаваемого сердцем, то наибольшее давление крови будет на выходе крови из сердца (в левом желудочке); несколько меньшее давление будет в артериях, ещё более низкое — в капиллярах, а самое низкое — в венах и на входе сердца (в правом предсердии). Давление на выходе из сердца, в аорте и в крупных артериях отличается незначительно (на 5—10 мм рт. ст.), поскольку из-за большого диаметра этих сосудов их гидродинамическое сопротивление невелико. Точно так же незначительно отличается давление в крупных венах и в правом предсердии. Наибольшее падение давления крови происходит в мелких сосудах: артериолах, капиллярах и венулах.
Верхнее число — систолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент, когда сердце сжимается и выталкивает кровь в артерии, оно зависит от силы сокращения сердца, сопротивления, которое оказывают стенки кровеносных сосудов, и числа сокращений в единицу времени.
Нижнее число — диастолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент расслабления сердечной мышцы. Это минимальное давление в артериях, оно отражает сопротивление периферических сосудов. По мере продвижения крови по сосудистому руслу амплитуда колебаний давления крови спадает, венозное и капиллярное давление мало зависят от фазы сердечного цикла.
Типичное значение артериального кровяного давления здорового человека (систолическое/диастолическое) — 120 и 80 мм рт. ст., давление в крупных венах на несколько мм рт. ст. ниже нуля (ниже атмосферного). Разница между систолическим артериальным давлением и диастолическим называется пульсовое давление и в норме составляет 30—50 мм рт. ст.[2][3][4].
Процедура измерения[править | править код]
- См. также: Правила измерения артериального давления
- См. также: Метод Короткова
Измерение артериального давления: 1 — манжета сфигмоманометра, 2 — фонендоскоп
Наиболее легко в измерении артериальное давление. Его можно измерить с помощью прибора сфигмоманометра (тонометра). Именно оно и подразумевается обычно под кровяным давлением. Стандартным методом измерения артериального давления является метод Короткова, осуществляемый при помощи неавтоматического сфигмоманометра и стетоскопа.
Современные цифровые полуавтоматические тонометры позволяют ограничиться только набором давления (нагнетанием воздуха в манжету посредством груши), дальнейший сброс давления, регистрацию систолического и диастолического давления, иногда — пульса и аритмии, прибор проводит сам.
Автоматические тонометры сами закачивают воздух в манжету, иногда они могут выдавать данные в цифровом виде, для передачи на компьютер или др. приборы.
Последним изобретением учёных является имплантат, по форме напоминающий бабочку, который призван в режиме реального времени измерять кровяное давление. Размер прибора примерно 1,5 см. По оценкам авторов исследования, устройство позволит уменьшить частоту госпитализации пациентов на 40 %. Имплантат постоянно замеряет кровяное давление и передаёт сигнал на специальный приёмник. Данные, которые зафиксированы приёмником, автоматически отправляются на веб-сайт, доступный лечащему врачу пациента[5].
Для имплантирования устройства пациенту делают небольшой разрез в области паха и вводят в артерию катетер с прибором. Проходя через сосудистую систему, устройство достигает лёгочной артерии и закрепляется при помощи двух металлических петель. Операция выполняется при помощи местной анестезии в течение 20 минут[5].
Влияние различных факторов[править | править код]
Артериальное давление зависит от многих факторов: времени суток, психологического состояния человека (при стрессе давление повышается), приёма различных стимулирующих веществ (кофе, чай, амфетамины) или медикаментов, которые повышают или понижают давление.
Вариация показателей в норме и при патологии[править | править код]
Стойкое повышение артериального давления выше 140/90 мм рт. ст. (артериальная гипертензия) или стойкое понижение артериального давления ниже 90/60 (артериальная гипотензия) могут быть симптомами различных заболеваний (в простейшем случае гипертензии и гипотензии соответственно).
Физиологическая зависимость артериального давления от возраста в виде формулы определялась для «практически здоровых в условиях СССР» людей в возрасте от 17 до 79 лет так:
- систолическое давление = 109 + (0,5 × возраст) + (0,1 × вес);
- диастолическое давление = 63 + (0,1 × возраст) + (0,15 × вес).
Эти данные в прошлом характеризовались как «идеальное давление» с учётом «нормального» груза возрастных заболеваний[6]. Но по современным представлениям во всех возрастных группах старше 17 лет идеальным давлением является ниже 120/80 (оптимальное), а артериальная гипертензия и предгипертензия не являются вариантом идеала в любом возрасте.
Для подростков 14—16 лет с нормальным физическим развитием верхней границей нормы следует считать уровень систолического давления 129 мм рт. ст., диастолического — 69 мм рт. ст.[6]
У людей старше 50 лет систолическое артериальное давление, превышающее 140 мм рт ст, является важным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний.
Люди с систолическим АД 120—139 мм рт. ст. или диастолическим АД 80—89 мм рт. ст. должны рассматриваться как люди с «прегипертонией».
Начиная с АД 115/75 мм рт. ст. с возрастанием АД на каждые 20/10 мм рт. ст. риск сердечно-сосудистых заболеваний увеличивается.
Для предупреждения сердечно-сосудистых заболеваний у них необходимо изменение образа жизни, улучшающее состояние здоровья. Раньше считалось, что наиболее опасно в плане развития сердечно-сосудистых катастроф повышение диастолического давления, но оказалось, что эта опасность связана с поражением почек, а изолированная систолическая гипертензия часто считалась вариантом нормы, «идеального давления». Сейчас от этих взглядов отказались.
Быстрые, суточные и долговременные изменения[править | править код]
Кровяное давление не является постоянной величиной. Согласно современной позиции рабочих групп различных международных сообществ по гипертензии, выделяют краткосрочную (от удара к удару, от минуты к минуте, от часа к часу), среднесрочную (между измерениями в разные дни) и долгосрочную вариабельность (между посещениями клиники, проводимыми в течение недель, месяцев или лет)[7]. К долгосрочной вариабельности относится также и сезонная вариабельность. Любая вариабельность связана с адаптивными механизмами поддержания гомеостаза. Однако устойчивое повышение вариабельности давления может также отражать и изменения в регуляции, имеющие прогностическое значение, а именно, она может прогнозировать риск сердечно-сосудистых осложнений помимо среднего уровня АД[8].
Одна из гипотез происхождения вариабельности АД связана с волнами Майера, которые были обнаружены в 1876 г. немецким физиологом Зигмундом Майером[de][9]. У человека частота волн Майера составляет около 0,1 Гц, то есть приблизительно шесть раз в минуту. У собаки и кошки частота волн Майера также приблизительно равна 0,1 Гц, у кролика — 0,3 Гц, у крысы — 0,4 Гц. Установлено, что эта частота является постоянной для человека или для животного определённого вида. Она не зависит от возраста, пола или положения тела. Экспериментальные исследования показывают, что амплитуда волн Майера возрастает при активации симпатической нервной системы. Причина возникновения волн Майера на данный момент не установлена[10].
Также известна суточная ритмика артериального давления. Наиболее низкое давление у людей при нормальном образе жизни (бодрствование днём и сон в ночное время) наблюдается в интервале 2:00—4:00, относительно высокое — в первые 2—4 часа после пробуждения и самое высокое — чаще в вечерние часы[11].
Гипертензия белых халатов[править | править код]
Точность измерения кровяного давления может быть снижена под воздействием психологического феномена, называемого «гипертензией белых халатов» или «синдромом белого халата». Подъём давления в момент измерения происходит вследствие стресса, иногда возникающего при обращении к врачу или при появлении медсестры. В результате при суточном автоматическом мониторинге давление таких людей оказывается существенно ниже, чем в присутствии медицинского персонала[12][13].
Венозное давление[править | править код]
|
|
Этот раздел статьи ещё не написан. Здесь может располагаться отдельный раздел. Помогите Википедии, написав его. (10 февраля 2021) |
См. также[править | править код]
- Вазоконстрикция
- Измерение давления
- Артериальная гипотензия
- Гипертония
- Тоны Короткова
Примечания[править | править код]
- ↑ «Normal Blood Pressure Range Adults». «Health and Life». Архивировано 4 февраля 2012 года.
- ↑ Пульсовое давление крови: роль в гемодинамике и прикладные возможности в функциональной диагностике. Дата обращения: 21 марта 2021. Архивировано 3 апреля 2022 года.
- ↑ Heart Health and Pulse Pressure. Дата обращения: 21 марта 2021. Архивировано 3 марта 2016 года.
- ↑ Pulse Pressure Important Risk Factor for the Development of New-Onset AF
- ↑ 1 2 Разработан имплантат для постоянного контроля кровяного давления — МедНовости — MedPortal.ru. Дата обращения: 30 апреля 2020. Архивировано 14 июня 2018 года.
- ↑ 1 2 Нормативы артериального давления и пограничная артериальная гипертензия. Дата обращения: 27 сентября 2011. Архивировано из оригинала 13 марта 2012 года.
- ↑ Stergiou GS, Parati G, Vlachopoulos C, et all. Methodology and technology for peripheral and central blood pressure and blood pressure variability measurement: current status and future directions – Position statement of the European Society of Hypertension Working Group on blood pressure monitoring and cardiovascular variability // J Hypertens.. — 2016. — Сентябрь (вып. 34, № 9). — С. 1665—1677. — PMID 27214089.
- ↑ Вариабельность артериального давления (2019). Дата обращения: 22 января 2019.
- ↑ С.А. Котельников, А.Д. Ноздрачев, М.М. Одинак, Е.Б. Шустов, И.Ю. Коваленко, В.Ю. Давыденко. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах (2002). Дата обращения: 23 марта 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Claude Julien. The enigma of Mayer waves: Facts and models (2005). Дата обращения: 23 марта 2013. Архивировано 27 марта 2013 года.
- ↑ Цфасман А. З., Алпаев Д. В. Циркардная ритмика артериального давления при изменённом суточном ритме жизни — Издание 2-е — М., Издательство «Репроцентр М», 2011. — 144 с. — С. 26, 28—30. — ISBN 978-5-94939-059-7. Дата обращения: 29 сентября 2018. Архивировано 29 сентября 2018 года.
- ↑ Hypertension: Overview – eMedicine. Архивировано 27 марта 2013 года.
- ↑ Swan, Norman. Health Minutes – Hypertension. Проверено 27 августа 2010. Архивная копия от 26 июля 2017 на Wayback Machine
Литература[править | править код]
- Артериальное давление / В. Б. Кошелев // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
- Дьяконова И. Н., Россельс А. Н. Венозное давление // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1977. — Т. 4 : Валин — Гамбия. — 576 с. : ил.
Ссылки[править | править код]
- Методы измерения АД и возрастные нормы у детей
- Седьмой доклад Объединённого национального комитета по предупреждению, распознаванию, оценке и лечению повышенного артериального давления (США)
- Авторы
- Научный руководитель
- Файлы
- Ключевые слова
Сиберт А.П.
1
1 МБОУ “Лицей №159”
Сиберт А.П. (Новосибирск, МБОУ “Лицей №159”)
физика
проект
ВВЕДЕНИЕ
Физика – наука о природе, а человек – неотъемлемая часть этой природы. Организм человека – невероятно сложная и запутанная система, которая до сих пор ставит в тупик докторов и исследователей, несмотря на то, что ее изучают уже не одну сотню лет.Оказывается, многое в нем подчиняется законам физики, в т.ч. и работа сердечно-сосудистой системы (далее по тексту ССС).
Цель исследования:
1. Определить физические законы и процессы в кровеносной системе человека и выяснить значение физических факторов, обуславливающих непрерывное движение крови в организме, т. е. рассмотреть систему кровообращения глазами физиков.
2. Провести эксперименты по измерению и расчетам различных показателей работы сердца и ССС у подростков и взрослых с разной физической активностью и убедиться, что умеренные спортивные и физические нагрузки, а также двигательная активность улучшают состояние и деятельность ССС.
Материалы исследования:
1. Богданов К.Ю. «Физик в гостях у биолога», Москва «Наука», 1986
2. Кац Ц.Б. «Биофизика на уроках физики», Москва «Просвещение», 1974
3. Коржуев А. «Физика ибиофизика», Санкт-Петербург «ГЭОТАР-Медиа», 2010
4. Ланда Б.Х. «Методика комплексной оценки физического развития и физической подготовленности», Москва «Советский спорт», 2011
5. Аулик И.В. «Определение физической работоспособности в клинике и спорте», Москва «Физкультура и спорт», 1990
Методы исследования:
– теоретические: сбор, изучение и анализ собранного материала из различных источников (литература, справочники);
– экспериментальные: постановка различных экспериментов с участием школьников и взрослых, анализ полученных результатов;
– математические и информационно-компьютерные: статистика, программирование расчетов, создание онлайн-теста.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И ПРОЦЕССЫ В РАБОТЕ СРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
Строение сердечно-сосудистой системы
Сердце начинает функционировать задолго до рождения и прекращает работу последним. Обладая собственным автоматизмом, оно может работать даже после смерти организма.
Сердечно-сосудистая(кровеносная) системасостоит из сердца – главного мышечного органа кровообращения, и кровеносных сосудов (артерий, артериол, капилляров, венул и вен) – полых трубок различного диаметра, по которым происходит циркуляция крови. Сердце заставляет кровь двигаться, ритмически нагнетая ее в кровеносные сосуды.
Артериальное давление и его роль в движении крови по сосудам
Артериальное давление- один из важнейших параметров, характеризующих работуССС. Давление крови определяется объёмом крови, перекачиваемым сердцем в единицу времени, и сопротивлением сосудистого русла. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов передвижению крови в них создается кровяное давление, которое называют артериальным. Сопротивление кровотоку зависит от диаметра сосудов, их длины, тонуса, а также от объема циркулирующей крови и ее вязкости. Поэтому величина артериального давления неодинакова в разных отделах сосудистого русла.
Поскольку кровь движется под влияниемдавления в сосудах, создаваемого сердцем, то наибольшее давление крови будет в аорте, несколько меньшее давление будет вартериях, ещё более низкое в капиллярах, а самое низкое ввенах. Разность давления в артериях и венах является основной причиной непрерывного движения крови по сосудам [1]. Таким образом, согласно законам физики, кровь движется от артерий к венам.
Верхнее число-систолическое артериальное давление (СД), показывает давление в артериях в момент, когда сердце сжимается и выталкивает кровь в артерии, оно зависит от силы сокращения сердца, сопротивления стенок кровеносных сосудов, и числа сокращений в единицу времени. Нижнее число-диастолическое артериальное давление (ДД), показывает давление в артериях в момент расслабления сердечной мышцы.
Сердце и кровеносные сосуды – это насос и сообщающиеся сосуды
Наше сердце – это насос, устройство которого можно сравнить с работой поршневого жидкостного насоса, действие которого основано на том, что под воздействием атмосферного давления вода в трубке поднимается за поршнем.
Аналогично происходит работа сердца. Сердце образовано особой мышечной тканью, которая способна ритмично сокращаться. Работа сердца характеризуется циклом, состоящим из двух этапов: фаза сокращения предсердий и желудочков, фаза расслабления предсердий и желудочков.
Сердце прокачивает кровь по сосудам тела. Делает оно это с помощью сокращений, как насос «проталкивая» порции крови по кровеносным сосудам.
Диаметр артерии (аорты) составляет около 1,5 см. Аорта разветвляется на артерии меньшего диаметра, расположенные в теле симметрично. От них ветви сосудов отходят до костей, мышц, суставов, внутренних органов. Мельчайшие артерии называют артериолами, из них кровь поступает к сети капилляров. Кровь движется по сосудам непрерывно по двум замкнутым кругам кровообращения – малому и большому. Соответственно, кровеносные сосудыпредставляют собой сообщающиеся сосуды, по которым протекает кровь.
Итак, сердце состоит из двух частей и имеет две кровеносные системы (два круга кровообращения): правая половина сердца качает кровь по сосудам по всему телу, до конечностей, левая половина – через легкие, для обогащения крови кислородом. Таким образом, всю сердечно-сосудистую систему можно назвать «насос и сообщающиеся сосуды». При этом принцип работы системы основан на законе гидродинамики в сообщающихся сосудах: жидкость течет из сосуда с большим давлением в сосуд с меньшим давлением.
Силы, возникающие при движении крови по сосудам:
сила трения (сопротивления) и сила давления
Движение крови по сосудам подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами [1]:
1. Силой трения или силой сопротивления, которое кровь испытывает при трении о стенки сосудов. При движении крови по сосудам возникает сила трения, которая препятствует перемещению крови, в результате скорость ее течения становится меньше.
2. Силой давления, влияющей на движение крови. Кроме силы трения на жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой крови в сосудах своим весом создает давление на другие слои. Это давление по закону Паскаля передается по всем направлениям одинаково.
Пульсовая волна и скорость ее распространения в соответствии с формулой Юнга
После каждого сокращения сердца вдоль артерии от сердца идет волна деформации, подобно тому, как идут волны от удара камня о воду. Сосуды создают пульсовые волны. Удары этих волн мы ощущаем, приложив палец у основания большого пальца на запястье или боковой поверхности шеи – это пульс. Пульс является основным показателем здоровья человека.
Пульс – это колебания стенок сосудов, вызванные изменением давления крови в результате работы сердца. Процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени называетсяволной. Источником пульсовых волн является сердце. Пульсовая волна – это поперечная волна, в которой колебания происходят перпендикулярно направлению их распространения.
Оказывается, скорость распространения пульсовой волны зависит от упругости артериальной стенки, поэтому может служить показателем ее состояния при различных заболеваниях [2]. Формула для скорости распространения пульсовых волн была выведена знаменитым английским ученым, практикующим врачом и физиком, Томасом Юнгом в 1809 г.:
=
(1)
где 
– скорость, Е – модуль Юнга, h – толщина стенки, ρ – плотность, d – внешний диаметр артерии.
Скорость пульсовой волны зависит от упругости стенки артерии, ее модуля Юнга. C возрастом, а также при тяжелых сердечно-сосудистых заболеваниях, сопровождающихся потерей упругости стенки артерий (увеличением жесткости), скорость 
может увеличиваться в 2-3 раза по сравнению с нормой. Таким образом, увеличение жесткости сосудов ведет к увеличению скорости распространения пульсовой волны. Это позволяет использовать измерение скорости распространения пульсовой волны для определения жесткости сосудов и, соответственно, для постановки диагноза и выбора правильного лечения.
Возникновение аневризмы как проявление закона Лапласа
Пульсовые волны повторяются около 100 тысяч раз за сутки и около 2,5 млрд. в течении жизни. Подобную нагрузку стенки сосудов способны выдержать. Но иногда стенка начинает расширяться, образуя аневризму – расширение, которое прогрессирует, и со временем, не выдержав, сосуд лопается, что приводит к смерти. Обычно это бывает в зрелом возрасте [3].
Рост аневризмы – заболевание, объясняемое еще одним физическим законом – законом Пьера-Симона Лапласа, французского математика, физика и астронома, открывшего зависимость между напряжениемТ (отношение силы к площади сечения стенки сосуда),растягивающим стенку кровеносного сосуда, радиусомсосуда R,давлением внутри сосудари толщиной его стенкиh:
T=
(2)
Из закона Лапласа следует, что при увеличениидавления рдолжно увеличиваться иТ, что приводит к растяжению стенки сосуда и увеличению его радиусаR. Но т. к. объем стенки аорты можно считать постоянным, то увеличение ее радиуса должно сопровождаться утончением стенки, что в свою очередь ведет к разрыву сосуда и появлению аневризмы. Таким образом,причиной возникновения аневризмыявляется не только возросшая амплитуда артериального давления, но и изменение механических свойств артериальной стенки.
Зависимость скорости кровотока от размеров сечения сосудов
Движение крови по сосудам напоминает движение воды по водопроводу. Согласно закону Паскаля, неподвижная жидкость в сосуде передает внешнее давление одинаково во всех направлениях.
Пусть
– скорость крови через сечение сосуда S1,
– скорость крови через сечение S2. Так как кровь практически несжимаема, то количество крови, проходящее за времяt через поперечное сечениеS1, равно количеству крови (жидкости), проходящей за это же время через сечениеS2. Значит,объемы вытесненной крови за время t равны:
(3).
Так как 
и
,то, подставляя выражения в формулу (3), получаем
или
(4)
Данное уравнение называется уравнением неразрывности. Из него следует, чтопри стационарном течении жидкости скорости движения ее частиц через разные поперечные сечения трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений.Т.е. при прохождении узких частей сосуда скорость кровотока больше и наоборот.
Закон Бернулли в кровообращении
Их предыдущего раздела следует, что на кровь, поступающую в более узкую часть сосуда, действует со стороны крови, еще находящейся в широкой части сосуда, некоторая сила [3]. Этой силой, в данном случае, является разность между силами давления крови в широком и узком сечениях сосуда. Т.к. 
(5), то разность между силами давлений крови в различных частях сосуда равно:
(6)
Так как сила направлена в сторону узкой части сосуда, то на широком участке сосуда давление должно быть больше, чем в узком:
(7)
Из уравнения следует, что
(8)
Следовательно, можно сделать вывод: при стационарном течении крови в тех местах, где скорость кровотока меньше, давление в крови больше и, наоборот, там, где скорость кровотока больше, давление в крови меньше.К этому выводу относительно движения жидкости впервые пришел Даниил Бернулли, поэтому данный закон называют законом Бернулли.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
В экспериментальной части работы участвовали 22 человека – ученики 7-го и 11-го классов и трое взрослых, среди которых 16 человек занимаются спортом или иным видом физической активности. У всех участников были измерены пульс и общее артериальное давление в покое и пульс после десяти приседаний. С помощью этих показателей, а также показателей массы, роста и возраста участников я провела расчеты и оценку нескольких параметров работы ССС: степени тренированности сердца, коэффициента выносливости [5], адаптационного потенциала и работоспособности сердца [4]. Также рассчитала ударный объем крови (УОК), энергетические затрат и КПД организма при выполнении механической работы [3].
Приведу лишь некоторые из них:
1. Оценка адаптационного потенциала ССС.
Расчет по формуле
АП = 0,011·ЧСС1 + 0,014·(СД + В) + 0,008·ДД + 0,009·(М – Р) – 0,273 (9),
где ЧСС – частота пульса в покое в положении сидя, СД – систолическое (верхнее) давление, ДД – диастолическое (нижнее) давление, В – возраст, М – масса тела, Р- рост, и оценка адаптационного потенциала показали, что только у 6% участников со спортивной и физической активностью есть напряжение механизмов адаптации, в то время как среди участников без активности этот показатель составляет уже 33% (Диаграммы 1 и 2):
Диаграмма 1
Диаграмма 2
2. Определение ударного объема крови, энергетических затрат и КПД организма при выполнении механической работы.
На основании измерений частоты пульса и общего артериального давления участников в покое и после подъемов по лестнице на один этаж были рассчитаны по указанным ниже формулам ударные объемы крови (УОК), а также энергетические затраты и КПД организма при подъеме по лестнице:
1) Ударный объем крови (УОК) по формулам Старра:
Vуд = 90,97 + 0,54·Pпд – 0,57·Pдд – 0,61·В (для взрослых),
Vуд = 40 + 0,54·Pпд– 0,57·Pдд+ 3,2·В (для детей в возрасте 7-15 лет) (10)
2) Работа А, совершаемая человеком при подъеме по лестнице:
А = mgH =mghn (11)
3) Энергетические затраты Q при выполнении механической работы:
Q = K·19,684·t ·(V1 f1 –0,6V0f0) ·0,064/25000 (12)
4) КПД человека при подъеме по лестнице:
? =
100% (13)
Каждый участник с 5-ти-минутным перерывом для отдыха совершил три подъема по лестнице с различной скоростью и временем. Исследование показало, что УОК возрастал во время подъемов по лестнице по сравнению с состоянием покоя. А проведенный эксперимент подтвердил мнение физиков и медиков о том, что под влиянием физических нагрузок КПД сердца может увеличиваться в 1,5-3 раза. А наибольший КПД продемонстрировал 47-летний участник, раз в неделю занимающийся плаванием, что доказывает приобретение дополнительных возможностей сердца под влиянием умеренных спортивных нагрузок (Таблица 7):
|
№ п/п |
Пол участника, возраст, физическая активность |
А (кДж) |
№ экс-та |
t (с) |
f (уд/мин) |
Pсд (мм.рт.ст) |
Pдд (мм.рт.ст) |
Vуд (мл) |
Q (кДж) |
?(%) |
|
1 |
Ж, 13 лет, не занимается |
1,372 |
1пок |
– |
75 |
108 |
65 |
67,77 |
9,691 |
14,16 |
|
1 раб |
9,54 |
83 |
122 |
56 |
85,32 |
|||||
|
2 пок |
– |
79 |
111 |
62 |
72,72 |
4,704 |
29,17 |
|||
|
2 раб |
6,94 |
90 |
117 |
69 |
68,19 |
|||||
|
3 пок |
– |
73 |
97 |
60 |
67,38 |
3,875 |
35,41 |
|||
|
3 раб |
4,44 |
81 |
123 |
62 |
79,20 |
|||||
|
2 |
М, 47 лет, плавание |
2,003 |
1пок |
– |
66 |
117 |
66 |
52,22 |
5,119 |
39,13 |
|
1 раб |
11,7 |
70 |
123 |
67 |
54,35 |
|||||
|
2 пок |
– |
69 |
120 |
66 |
53,84 |
3,171 |
63,17 |
|||
|
2 раб |
7,8 |
70 |
114 |
67 |
54,89 |
|||||
|
3 пок |
– |
64 |
121 |
67 |
53,27 |
2,278 |
87,93 |
|||
|
3 раб |
4,9 |
67 |
134 |
69 |
58,07 |
|||||
|
3 |
Ж, 47 лет, не занимается |
1,399 |
1пок |
– |
69 |
116 |
66 |
51,68 |
5,235 |
26,72 |
|
1 раб |
11,22 |
70 |
130 |
68 |
57,02 |
|||||
|
2 пок |
– |
72 |
126 |
74 |
48,20 |
3,939 |
35,52 |
|||
|
2 раб |
8,51 |
73 |
130 |
71 |
53,69 |
|||||
|
3 пок |
– |
72 |
119 |
70 |
48,86 |
3,579 |
39,09 |
|||
|
3 раб |
6,16 |
72 |
138 |
68 |
61,34 |
Таблица 7. «Результаты измерений ударного объема крови, энергетических затрат и коэффициента полезного действия организма при выполнении механической работы»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассматривая сердечно-сосудистую систему человека как объект изучения физики, я пришла к выводу, что многие процессы, происходящие в ней, подчиняются физическим законам.Каждый организм индивидуален, но любой человек может улучшить качество своей жизни, изменив свой взгляд на физическую составляющую кровеносной системы.
На основании результатов исследований и проведенных экспериментов можно сделать вывод: процессы, которые протекают в сердечно-сосудистой системе человека, можно объяснить с помощью законов физики; умеренные спортивные и физические нагрузки, а также двигательная активность улучшают состояние и деятельность сердечно-сосудистой системы человека.
Для расширения теоретических знаний и практических навыков учащихся о физических законах и процессах в работе сердечно-сосудистой системы я разработала и разместила на личном сайте онлайн-тест «Физика сердечно-сосудистой системы» – ссылка https://www.sibert-a.ru/moi-raboty-physics
Библиографическая ссылка
Сиберт А.П. ФИЗИКА ВНУТРИ НАС: СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА // Старт в науке. – 2021. – № 3.
;
URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=2038 (дата обращения: 24.05.2023).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
Очень важным показателем состояния организма человека является давление крови.
Это давление, с которым кровь действует на стенки кровеносных сосудов. Значение кровяного давления показывает разницу между давлением крови в сосудах и атмосферное давление. Причины возникновения давления — сокращения желудочков сердца и сопротивление стенок сосуда.
Рис. (1). Давление крови
В разных сосудах давление отличается, поэтому кровь может двигаться по кровяному руслу. Ток крови направлен в ту область, где давление меньше.
Наиболее высокое давление крови в аорте ((120) мм рт. ст.). При движения крови по сосудам оно становится всё меньше и достигает самого низкого значения в полых венах.
Если давление крови резко снижается (например, при больших потерях крови), то органы не получают необходимое количество питательных веществ и кислорода. Состояние человека ухудшается: появляется слабость, сонливость, нарушается внимание и память. При низком давлении человек может потерять сознание, а без своевременной медицинской помощи — даже погибнуть.
Если кровяное давление повышается, то это тоже очень опасно. При резком увеличении давления тонкие стенки кровеносных сосудов могут разрушиться, и тогда происходит кровоизлияние.
Измеряют кровяное давление с помощью специального прибора — тонометра.
Рис. (2). Измерение давления тонометром
Нормальным у взрослого человека считается давление (120) мм рт. ст. на (70)–(80) мм рт. ст.. Первое значение (максимальное давление) определяется при сокращении сердца, а второе ((минимальное давление) — при его расслаблении.
Рис. (3). Прибор для измерения пульса и давления
Стойкое повышение артериального давления у человека называют гипертонией, а стойкое понижение — гипотонией.
Скорость тока крови — важная характеристика кровообращения.
В разных участках кругов кровообращения скорость движения крови различается. Она зависит от суммарного просвета сосудов и от сопротивления, которое оказывают стенки этих сосудов.
Самая большая скорость движения крови в аорте — примерно (0,5) м/с.
Поперечное сечение капилляров намного больше сечения аорты, поэтому в них скорость тока крови самая низкая — всего (0,5)–(1,2) мм/с. Низкая скорость движения крови по капиллярам обеспечивает обмен газов и веществ между кровью и тканями: успевает произойти диффузия кислорода и питательных веществ из крови в ткани, а продуктов обмена и углекислого газа — из тканей в кровь.
Суммарный просвет вен меньше, чем капилляров, поэтому скорость движения крови в них возрастает и в полых венах составляет около (0,2) м/с.
Перераспределение крови в организме
Количество веществ, поступающих в органы, определяется интенсивностью их деятельности. К тем органам, которым для выполнения работы нужно больше кислорода и питательных веществ, поступает больше крови. Так, при занятиях спортом приток крови к мышцам увеличивается, а к внутренним органам на какое-то время уменьшается. В нашем организме кровь постоянно перераспределяется: к активно работающим органам её поступает больше, а к другим — меньше.
Увеличение или уменьшение объёма крови, поступающей к органу, происходит из-за изменения просвета кровеносных сосудов. Просвет сосудов изменяется рефлекторно (нервная регуляция), а также под действием некоторых веществ (гуморальная регуляция).
Источники:
Рис. 1. Давление крови. https://image.shutterstock.com/z/stock-vector-anatomy-heart-circulation-blood-composition-with-editable-text-captions-pointing-to-different-parts-1688939827.jpg
Рис. 2. Измерение давления тонометром. https://image.shutterstock.com/image-photo/closeup-doctor-measuring-patients-blood-600w-416637259.jpg
Рис. 3. Прибор для измерения пульса и давления. https://image.shutterstock.com/image-photo/blood-pressure-600w-705180745.jpg
