Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка. Изобразим Vу — ударный объем крови — в виде цилиндра (рис. 9.9). Можно считать, что сердце продавливает этот объем по аорте сечением S на расстояние l при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа
А1 = Fl = pSl = pVy.
На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа
А2 = mu2/2 = rVyu2/2,
где r — плотность крови,u— скорость крови в аорте. Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна
Ал=А1 + А2=рVу + rVуu2/2.
Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении
А = Ал + 0,2Ал = 1,2 (pVy + pVyu2/2). (9.17)
Формула (9.17) справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма. Эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.
Подставив в формулу (9.17) значения р = 13 кПа, Vy = 60 мл = 6 • 10-5 м3, r = 1,05 • 103 кг/м3, u = 0,5 м/с, получим работу разового сокращения сердца в состоянии покоя: Al » 1 Дж. Считая, что в среднем сердце совершает одно сокращение в секунду, найдем работу сердца за сутки: Ас = 86 400 Дж. При активной мышечной деятельности работа сердца может возрасти в несколько раз.
Если учесть, что продолжительность систолы около t » 0,3 с, то средняя мощность сердца за время одного сокращения (W) = А1/t = = 3,ЗВт.
При операциях на сердце, которые требуют временного выключения его из системы кровообращения, пользуются специальными аппаратами искусственного кровообращения (рис. 9.10). По существу, этот аппарат является сочетанием искусственного сердца (насосная система) с искусственными легкими (оксигенатор — система, обеспечивающая насыщение крови кислородом).