Физика артериального давления



Цели:

1. Изучить физику артериального давления.
2. Изучить изменение артериального давления при физических нагрузках.
3. Изучить изменение артериального давления с возрастом.

Задачи:

1. Узнать, что такое артериальное давление;
2. Узнать от чего оно зависит;
3. Узнать про работу сердца, от чего она зависит;
4. Исследовать изменение артериального давления при физических нагрузках;
5. Сделать вывод исследования;
6. Исследовать изменение артериального давления с возрастом;
7. Сделать вывод исследования;
8. Измерить давление у спортивной команды и проанализировать данные;
9. Сделать вывод по всей работе.

В организме человека происходит несметное количество физических процессов, но большинство из них за пределами видимости нашего глаза. Несмотря на это, их важность для жизни организма остается неоспоримой. Одним из таких важных процессов является артериальное давление.

Артериальное давление — это сила, с которой кровь оказывает давление на стенки кровеносных сосудов. Оно формируется и регулируется преимущественно путем изменения силы сердечных сокращений и сопротивления периферических сосудов. Если сила сокращений сердца увеличивается или сосуды остаются стойкими, то артериальное давление повышается. Если сила сокращений сердца уменьшается или сосуды расширяются, то артериальное давление снижается.

Из всего этого можно сделать несколько выводов о природе артериального давления:

1. Оно определяется силой сокращений сердца.
2. Оно зависит от сопротивления периферических сосудов.
3. Оно прямо пропорционально величине, как силы сердечных сокращений, так и сопротивления периферических сосудов.

Измерение артериального давления является важной процедурой для оценки состояния сердечно-сосудистой системы как у здоровых, так и у больных людей. Необходимо понимать, что артериальное давление зависит от нескольких факторов, таких как:

— Объем поступающей крови в систему.

— Эластичность стенок кровеносных сосудов.

— Вязкость крови и другие.

Существуют несколько типов артериального давления:

1. Систолическое давление — это давление, возникающее в артериальной системе после сокращения левого желудочка сердца.
2. Диастолическое давление — это давление, возникающее в период расслабления сердца, когда пульсация в кровеносных сосудах уменьшается.
3. Пульсовое давление — это разница между максимальным и минимальным артериальным давлением.

Артериальное давление может увеличиваться при различных заболеваниях и снижаться при пониженном тонусе артериол. Особенно часто возникает кратковременное повышение артериального давления (гипертензия) после обильного приема пищи, физической или умственной нагрузки, стресса, употребления алкоголя, кофе, крепкого чая, а также приема некоторых стимуляторов и табака, а также при значительной усталости. В конечном счете, артериальное давление зависит от силы сердечных сокращений и сопротивления периферических сосудов:

P — артериальное давление;

Q — сердечный выброс;

R — периферическое сопротивление.

Для того чтобы найти сердечный выброс можно воспользоваться формулой Фика:

Сердечный выброс (л/мин) =

По формуле видно, что для определения сердечного выброса нужно знать количество О₂ потребляемое легкими и пробы крови из артерии и вены.

Рис. 1

Сердечный выброс = = 5 л/мин (пример, по данным из рисунка 1)

Сердце выполняет работу, сообщает энергию, а также сообщает кинетическую энергию крови. Рассчитать работу можно по формуле:

А=

Q — выброс крови из желудочка за одно сокращение (мл)

R — сопротивление кровотоку на выходное или среднее давление в аорте или легочной артерии (мм рт. ст.)

g = 9.8 (

Для левого желудочка взрослого человека имеет следующие данные:

Q = 80 мл

R = 100 мл рт. ст.

U = 0,5 м/с

При частоте 70 ударов минуту, работа левого желудочка равна 7,7 кг*м.

В норме работа правый желудочек создает меньшее давление, поэтому его работа меньше, чем работа левого желудочка.

Рис. 2

КПД (коэффициент полезного действия) — это отношение совершенной работы к затраченной энергии. В контексте физической нагрузки, КПД может повышаться в результате работы. Тем не менее, он может снижаться при увеличении артериального давления. В связи с этим, для облегчения работы сердца, необходимо сохранять сравнительно низкое кровяное давление и обеспечить большой сердечный выброс.

Работа сердца за одно сокращение является внешней работой, выполняемой сердцем. Механическая работа сердца представляет собой сумму нескольких видов работ: работу по перемещению ударного объема крови против давления в магистральных артериях, работу по передаче кинетической энергии крови, работу по созданию упругого напряжения в стенке миокарда и работу по передвижению участка сердца. Из этой суммы следует вычесть потенциальную энергию, обусловленную действием упругих сил в миокарде, а также кинетическую энергию притекающей к сердцу крови. Однако значительно чаще работа сердца за одно сокращение определяется как сумма работ по перемещению ударного объема крови против давления в магистральных артериях и передаче этой крови кинетической энергии.

A=

A — работа сердца

m — кинетическая энергия

P — артериальное давление

V — скорость кровотока

У молодых людей в состоянии покоя можно отметить, что кинетическая энергия, передаваемая кровью, составляет всего лишь 3–4 % от общей работы сердца за один удар. Однако, когда они подвергаются физической нагрузке, а также у пожилых людей, работа сердца в передаче кинетической энергии через кровь значительно возрастает.

Сердечный выброс, то есть количество крови, которое левый желудочек выталкивает в аорту за одну минуту, зависит от нескольких физиологических факторов. Во-первых, это количество крови, которое поступает в правое предсердие. Во-вторых, это способность сердца создавать давление и преодолевать сопротивление, которое определяется в основном сократительной функцией миокарда. И, наконец, это общее периферическое сопротивление организма.

В целом, эти факторы оказывают значительное влияние на работу сердца и его способность эффективно качать кровь по организму. Понимание этих механизмов и их регуляции является важным шагом в изучении сердечнососудистой системы и разработке методов профилактики и лечения сердечных заболеваний.

Эффективность работы сердца в качестве насоса определяется его способностью перекачивать объем крови, поступающей через полые вены. В нормальных условиях сердце может перекачать 5–6 литров крови за минуту. Однако повышение периферического сопротивления приводит к снижению сердечного выброса при постоянных значениях венозного возврата и функции миокарда.

Частота сердечных сокращений также играет роль в определении сердечного выброса. Исследования показывают, что оптимальные значения сердечного выброса достигаются при частоте сердечных сокращений в диапазоне 80–90 ударов в минуту, при условии постоянного давления в правом предсердии. Если сердечный ритм резко ускоряется или замедляется, например, в случае полной поперечной блокады, это также приводит к уменьшению сердечного выброса.

Физическая нагрузка оказывает влияние, как на сердечный выброс, так и на частоту сердечных сокращений. Факторы, которые приводят к увеличению частоты сердечных сокращений, такие как физическая нагрузка или эмоциональное возбуждение, обычно также влияют на сердечный выброс. Однако у спортсменов, при физической нагрузке, частота сердечных сокращений возрастает не так сильно, как у неспортсменов при том же уровне сердечного выброса. Это означает, что у спортсменов увеличивается ударный объем во время физической нагрузки. Сердечный выброс с возрастом меняется. Так, до десяти лет сердечный индекс быстро возрастает, а затем к старости постепенно уменьшается.

Исследование изменения артериального давления при физических нагрузках

Ход работы:

1. Составить таблицу, в которую будут заполняться результаты измерений;
2. Измерить артериальное давление, находясь в покое;
3. Измерить артериальное давление, после приседаний (20 сек);
4. Измерить артериальное давление после бега (30 сек);
5. Измерить артериальное давление после выполнения упражнения планки (1 мин);
6. Сделать вывод.

Таблица 1

Состояние	АД (мм рт. ст.)
Покой	109/66
Приседание (20 сек)	114/68
Бег (30 сек)	124/70
Планка (1 минута)	118/67

Вывод: по результатам моего исследования можно сделать вывод о том, что артериальное давление меняется по мере физических нагрузок, чем больше физ. нагрузка, тем выше артериальное давление.

Изучая теорию, я узнала, что артериальное давление увеличивается и с возрастом человека. Мне захотелось это проверить.

Ход моего исследования:

1. Составлю таблицу, куда буду заполнять результаты;
2. Измерю своё артериальное давление и родственников;
3. Сделаю вывод о работе.

Таблица 2

	Возраст	Артериальное давление (мм рт. ст.)
Я	15	109/66
Сестра	24	120/80
Мама	42	121/85
Бабушка	65	130/90

Вывод: на основе моего исследования я могу сделать вывод, что артериальное давление и правда увеличивается с возрастом.

Измерение давление спортивной команды

Ход работы:

1. Сделать таблицу, куда будут заноситься все данные;
2. Измерить давление у команды;
3. Проанализировать данные и сделать вывод.

Таблица 3

	Возраст	Утро	Вечер	До физ. нагрузки	После физ. нагрузки
Амалия	15 лет	120/80	120/85	120/80	120/85
Арина	13 лет	125/80	130/85	125/80	140/90
Алексей	16 лет	120/80	120/75	115/80	150/100
Евгений	17 лет	120/64	110/75	110/75	110/80
Юрий	18 лет	130/85	145/85	135/85	150/100
Милена	14 лет	110/75	115/80	115/75	120/80
Денис	14 лет	120/80	120/70	120/80	125/85

Вывод: проанализировав измерения, можно сделать вывод, что у некоторых членов команды завышенное артериальное давление, и им надо обратиться к специалистам, пока не возникло проблем со здоровьем.

Итак, я узнала, что такое артериальное давление, от чего зависит, как меняется, какую работу оно выполняет, а также экспериментально доказала, что АД зависит от физической нагрузки и увеличивается с возрастом человека.