Исследовательская работа "Кровообращение глазами физика и физиолога"

Имя ученого

Где и когда жил

Вклад в изучение кровообращения

1.Аристотель,

философ, ученый – энциклопедист.

2.Клавдий      Галлен, врач и естествоиспытатель.  

3.Андреас

  Везалий, естество-испытатель, врач, доктор хирургии.

4.Уильям Гарвей, анатом.

5.Август Уоллер

6.Роберт Юлиус Майер,  врач

7.Рива-Роччи, врач

8.Павлов

Иван Петрович, физиолог.

9.Эйтховен

10.Курчан Андре Фредерик, физиолог

11.Каррель Алексис, хирург и патофизиолог.

12. Август Крог, физиолог

13. Корней Хейманс, физиолог.

14.Чижевский Александр Леонидович: 

«В науке я прослыл поэтом,

среди поэтов – я ученый…»

Греция,

4 век до н. э.

Рим,

 2-й век н.э.

Италия,

16 век.

Англия,

17 век.

19 век

Германия

19 век

Италия,

19 век

Россия,

20 век.

Голландия,

 20 век.

США,

20 век.

Франция,

20 век.

Дания,

20 век.

Бельгия,

20 век.

Россия,

20 век.

Его сочинения относятся к философии, логике, психологии, естествознанию, истории, политике, этике и эстетике. Будучи учеником Платона, сам стал воспитателем Александра Македонского.  Он изучал развитие куриного зародыша, беря через определенные промежутки времени яйцо из-под наседки. Через сутки в яйце появлялась «прыгающая точка». Из этих клеток впоследствии формируется сердце будущего цыпленка.[1]

Изучал особенности мозга и кровообращения. Считал, что 4 основные жидкости: кровь, слизь, желчь и черная желчь определяют не только темперамент, как  утвер-ждал Гиппократ, но и состояние здоровья. Создал первую в истории науки концепцию движения крови, считая, что кровь образуется в печени и движется по всему организму. [1]

Изучал анатомию человека. Опроверг мнение о том, что в перегородке между желудочками сердца имеется отверстие, чем подготовил почву для открытия большого и малого кругов кровооб-

ращения. При вскрытии грудной клетки для установления причины смерти одного из горожан он увидел слабо сокращающееся сердце. Этот случай вошел в историю своей ужасной необъяснимостью. Ответ же был дан только через три столетия.[14]

В 1628 году выпустил книгу «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных». Изучал работу сердца рыб, лягушек, змей, млеко-питающих. Установил, что сердце является двигателем крови: кровь по венам притекает к сердцу, а по артериям оттекает от него. За эти открытия подвергся гонению.[1] [3]

Первая   электрокардиограмма

с помощью капиллярного электрометра.[13]  

Во время путешествия в Индонезию в качестве судового врача, он был поражен ярким цветом венозной крови у матросов. Впоследствии бы ло доказано, что в условиях  жарко-го климата потребление кислорода снижается, и венозная кровь близка по составу к артериальной. Майер, занявшись  усиленной разработкой этого вопроса, открыл закон сохра-нения и превращения энергии, чем прославился на века.[14]

Предложил измерять кровяное давление с помощью резиновой манжетки, соединённой с трубкой с U-образным манометром.[10]

Изучал физиологию кровообраще-ния, представил дополнительные доказательства рефлекторной регу-ляции кровообращения. В 1904 го-ду он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

[1]  [3] [6]

В 1906 году обнаружил, что с по-мощью кардиограммы можно ди-агностировать различные заболе-вания. Применил струнный галь-ванометр. В 1924 году получил  Нобелевскую премию за это открытие.[1]

Впервые применил технику катете-ризации сердца. Разработал методы  диагностики пороков сердца, удо-стоен Нобелевской премии. [13]

Разработал метод сшивания крове-носных сосудов, сконструировал искусственное сердце («перфузионную помпу»).[13]

В 1920 г. удостоен  Нобелевской премии  за  исследования капил-лярного кровообращения. Он обна-ружил, что при сокращении мышцы число капилляров растёт, что при-водит к увеличению площади диф-фузии и расширяет возможности проникновения кислорода в клетки. [13]

Установил, что внутренние стенки аорты имеют барорецепторы, реагирующие на давление крови, за что в 1939 г. ему была присуждена Нобелевская премия. Его опыт с двумя собаками, при котором кровеносные сосуды одной собаки были соединены с кровеносными сосудами другой, позволял проследить, какими путями идут в мозг сигналы об изменении дыхания и состава крови.[13]

Автор книги «Структурный анализ движущейся крови», в которой описал принцип структурной организации крови, так называемые «монетные столбики». [12] [15]

ФИЗИКА

ФИЗИОЛОГИЯ

1.Диффузия – это взаимное проникновение веществ друг в дру-га, происходящее вследствие беспо-рядочного движения частиц ве-щества (броуновское движение).[4]

Молекулы веществ постоянно движутся. При диффузии вещество распространяется во все стороны, также и вверх, то есть против силы тяжести. В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкостях. А в твердых

     телах еще медленнее.

Диффузия через клеточные мембра-ны имеет очень большое значение для поддержания постоянства состава внутренней среды организма, то есть для гомеостаза. Движение молекул по градиенту концентрации помогает осуществлению питания и дыхания. Пример: в легких кислород диффундирует в кровь, а углекислый газ из крови в альвеолы, а в тканях наоборот. Таким образом, благодаря диффузии кровь и кровообращение осуществляют свои главные функции  -  питание и дыхание. [6]

2. Теплопередача (теплообмен) – процесс изменения внутренней энергии, при котором над телом не совершается работа, а энергия передаётся от одних частиц к другим.[11] При установлении кон-такта между телами с различной температурой на границе сопри-косновения происходит передача части внутренней энергии от тела с большей к телу с меньшей темпе-ратурой .[4]

3.Электрический заряд – это количественная мера способности тела к электромагнитным взаимодействиям. [2] 

Он бывает двух видов – положительный и отрицательный. Тела, имеющие одинаковые заряды, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды разных знаков, взаимно притягиваются.

4.Звуковые волны – это процессы сжатия и разрежения, распространяющиеся в воздухе . [4] [I]

5.Периодическое движение – это повторяющееся движение, у которого каждый цикл почти в точности воспроизводит  любой другой цикл. Многократное повторение одного и того же цикла движений можно наблюдать при вращении тел, движении поршней паровой машины, раскачивании маятника.[7]

6.Автоколебания – незатухающие колебания в системе, поддер-живаемые внутренними источниками энергии при отсутствии воздействия внешней силы. [4]

Устройства, которые сами могут под-держивать свои колебания за счёт некоторого постоянного источника энергии, называются автоко-лебательными системами. Пример- приложение [II].

7.Упругость – сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противо-положную перемещениям частиц тела при деформации. [4] [11]

8.Скорость – это отношение перемещения к промежутку времени, за которое произошло это перемещение. [4]

               V=S/t

v-скорость

S-величина перемещения

t- промежуток времени

Для жидкостей, текущих по трубам

V=V/S

v-скорость

V-объём жидкости

S-площадь поперечного сечения

9.Давление – это отношение силы, действующей перпендикулярно к поверхности, к площади этой поверхности.[4]

     P=F/S

10. Закон Бернулли (для жидкостей и газов) - давление жидкости, текущей по трубе, больше там, где скорость движения меньше, и наоборот: давление меньше там, где скорость больше.[5] [V]

В трубах не очень длинных и широких трение так мало, что им можно пренебречь. При этих условиях падение давления при движении воды почти не происходит.

Однако, если вода перетекает из трубы большего сечения в трубу с меньшим сечением, то скорость увеличивается, а   давление умень-шается.  

Отдача избытка тепла происходит через сосуды кожи, в которые может вместиться до 30% всей крови организма. С помощью нервной системы регулируется просвет кровеносных сосудов: при ох-лаждении тела сосуды сужаются, что уменьшает теплоотдачу, а при перегревании наоборот.

Терморецепторы кожи реагируют на изменение температуры, и при очень сильном охлаждении кровеносные сосуды расширяются, чтобы препятствовать обморожению (вот почему на морозе щёки красные).[3]

Мембраны красных кровяных клеток эритроцитов заряжены отрицательно, поэтому они, отталкиваясь друг от друга, не склеиваются. Однако, при адсорбции различного рода частиц (например, белка) эритроциты теряют свой заряд, что делает возможным их склеивание. Образовавшиеся комочки начинают оседать на дно сосуда. У здорового человека скорость оседания эритроцитов (СОЭ) мала: за 1 час - 7-9 мм у женщин и 3-7 мм у мужчин. При патологических состояниях СОЭ увеличивается, т. к. увеличивается адсорбция.

Сокращения сердца сопровождаются

также электрическими процессами, которые можно обнаружить как переменную разность потенциалов между симметричными точками поверхности тела (например, на руках и ногах) и записать специальными приборами (электрокардиограмма).

[10] приложение [I]

Если к грудной клетке приложить ухо или фонендоскоп, то можно услышать ритмичные звуки – тоны сердца. [I] Их три: первый тон возникает при систоле желудочков и обусловлен колебаниями сухожиль-ных нитей и закрытием створчатых клапанов; второй тон возникает в начале диастолы в результате закрытия клапанов, а третий тон – очень слабый, его можно уловить только с помощью чувствительного микрофона, [10]

Сердце человека сокращается ритмически с частотой 65-75 раз в 1 минуту. После каждого сокращения (систолы) наступает расслабление (диастола), а затем пауза и снова сокращение. Сердечный цикл состоит из трёх фаз: сокращение предсердий (0,1с), сокращение желудочков (0,1с) и расслабление сердца с паузой (0,4с). [10] [I]

В сердце есть скопления клеток (узлы), которые обладают автоматизмом, то есть возбуждение возникает в них самих и не приходит из других участков нервной системы. Их два, и они находятся в правом предсердии – у места впадения верхней полой вены и у перегородки, отделяющей предсердие от желу-дочка. [III] Ритм работы сердца обусловлен ритмом возникающих в этих участках возбуждений. Кроме того, работа сердца находится под контролем головного мозга и гормонов, то есть нервной и гуморальной регуляции. [10]

Стенки аорты состоят из мощной наружной соединительной ткани и мышечного слоя, При сокращении желудочков  аорта растягивается, а когда желудочек расслабляется, давление в аорте падает, а её стенки благодаря упругим свойствам немного спадаются. Упругость арте-рий обеспечивает ещё одно физиологическое явление–это артериальный пульс . [6]  

Скорость движения крови зависит не только от разности давлений, но и от ширины кровеносного русла. В аорте скорость максимальна. Артерии, на которые она ветвится, имеют меньший диаметр, однако, общая площадь поперечного сечения всех артерий возрастает, поэтому скорость уменьшается. Общая ширина просветов капилляров боль-ше, следовательно, скорость кровото-ка здесь ещё меньше. Вены имеют меньший просвет, чем капилляры, но больший, чем артерии, поэтому ско- рость в них - средняя. vкрови=V/S

где V- объём крови

 v-скорость тока крови,

 S-площадь поперечного сечения сосудов. Так как количество крови, протекающее за единицу времени через сосуды, одинаково, то v=V/S зависит от ширины просвета сосудов-чем он больше, тем скорость меньше и наоборот. [10]  [IV]  

Сокращаясь, сердечная мышца ока-зывает сильное давление на нахо-дящуюся в желудочках кровь. Кровь передаёт давление стенкам сосудов. Измеряя давление в плечевой артерии с помощью манометра, врач отмечает верхнее-систолическое (в момент сокращения ) и нижнее–диастоли-ческое (в момент расслабления). Нормальное давление – 120-140/60-70 мм ртутного столба. [10] По мере продвижения по кровяному руслу давление падает, так как благодаря действию силы сопротивления, зависящей от трения, упругости сосудов, вязкости крови,  сила, действующая на кровь, уменьшается – приложение [IV]. Минимальное давление – в венах.

А как же в кровяном русле? При пе-реходе крови из артерий в капилляры скорость её тока уменьшается, что играет большую роль в тканевом обмене (смотри объяснение в №7 «скорость»). А давление тоже падает (смотри объяснение в №8 «давление»).  Этот факт говорит о том, что закон Бернулли не выполня-ется при движении крови по сосудам. Во-первых, потому что величина скорости зависит от общего просвета всех капилляров, а во-вторых, кровь-более вязкая жидкость, чем вода.