Как работает наше сердце, какова его мощность, почему при таких маленьких размерах наш главный насос прокачивает больше бочки крови в час?
Каких только дискуссий не обсуждается на обширных полях Интернета. Один из форумов развернул обширную дискуссию по гидродинамике течения крови в нашем организме. Посыл был таков:
«by Александр НИКОНОВ
Еще со школы мы все помним, что сердце – это мышечный насос, который прокачивает по телу кровь. От сердца ярко-красная, насыщенная кислородом кровь идет по артериям, разветвляясь по более узким руслам вплоть до капилляров. Таким образом происходит транспорт кислорода и питательных веществ к клеткам нашего тельца. Затем по капиллярам и венам негожая темно-красная, почти черная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного распада, движется обратно к насосу, забегая по пути в легкие и печень, где происходит ее газообмен и очистка соответственно. Все просто…
Я тоже так думал где-то между школой и вузом. А в вузе маленько превзойдя физику, понял – что-то здесь нечисто. Сосуды уж больно узкие! Да и кровь – не водица, густоватая субстанция. А насосик подозрительно мал! Как же он продавливает?.. Но заморачиваться не стал, решив, что умные люди наверняка уже ответили на этот вопрос и не стоит мне изобретать велосипед. Я ошибался!
И не только я. Московский гидравлик Иван Голованов, много лет назад увлекшийся физиологией человека, начинал свое увлечение именно с тщетных попыток найти ответ на сей вопрос. Поиск его начался с книг. И надо сказать, прочитанное удивило Голованова. А меня рассмешило. Но обо всем по порядку…
— Известно, что общая длина сосудов в человеческом теле достигает 100.000 км, — делится знаниями инженер-физиолог. — А мощность сердца всего 0,7 кВт. Вы здесь никакой нестыковки не видите? Да подобное соотношение не отвечает элементарным гидромеханическим законам! Имея такую мизерную мощность, продавить жидкость по десяткам тысяч километров трубок микронного диаметра, просто невозможно!.. У одного из теоретиков физиологии я нашел такую такую фразу: “сопротивление венозному притоку крови в сердце не может быть выражено количественно». Меня, как гидромеханика, помню, это немало удивило! Кровеносная система — та же водопроводная или канализационная сеть – сплошные трубы. Никаких проблем с расчетом трубопроводных сетей у человечества нет – построены миллионы километров трубопроводов. Спрашивается, почему гидродинамическое сопротивление стальных труб измерить можно элементарно, а сопротивление кровеносных сосудов нельзя? Что за мистическое отношение такое? Я решил разобраться…»
Не менее интересны были и коментарии:
«Михаил Фок, главный научный сотрудник ФИАН, автор книги «Физика для врачей»
— Вы говорите, что теоретически сердце не может прокачать кровь по сосудам, имея такую мизерную мощность? Значит нужно сменить теорию – теории бывают разные, подберите такую, в соответствии с которой все получается. Я исхожу из экспериментальных данных: кровь прокачивается? Прокачивается! Ну, и слава богу. Вообще-то расчеты нужны, если есть какие-то сомнения. У вас есть сомнения в том, что кровь течет по организму? У меня нет.
Диаметр капилляра 5 микрон, а эритроцита — 7 микрон, так что эритроциты, продавливаясь через капилляры, аж расплющиваются. Но ведь и длина капилляра меньше миллиметра, поэтому перепад давлений там небольшой, я думаю 20-30 мм ртутного столба, остальное приходится на все остальное – артерии, крупные сосуды…
Нужно взять и экспериментально проверить эффективную вязкость крови, она ведь разная в разных сосудах — наименьшая в крупных сосудах, наибольшая в тонких. Вязкость крови зависит от скорости: чем больше скорость, тем меньше вязкость и наоборот, потому что кровь представляет собой не воду, а сложную взвесь из эритроцитов, которые еще и слипаются в комки. В таких условиях играет большую роль играют сдвиговые напряжения… Хотя, вообще-то я расчетов таких не проводил. Но уверен, что никаких других механизмов перекачки крови, кроме сердца нет.
Гидродинамическое сопротивление? А что это такое?
Валерий Капелько, заведующий лабораторий экспериментальной патологии сердца Института экспериментальной кардиологии:
— Я знаю Голованова! И даже с одним своим коллегой писал в Минздрав отзыв на его брошюру. Работа Голованова любопытна, но отзыв мы написали отрицательный. Автор рассуждает с позиций водопроводчика, он многого не понимает в гемодинамике, не знает специфики кровеносного русла. Кровеносная система устроена так, что русла раздваиваются, все уменьшаясь и уменьшаясь в диаметре. А чем больше параллельных сосудов, тем меньше их общее сопротивление по закону Кирхгофа, кажется. В результате, десятки тысяч километров узких трубочек имеют меньшее сопротивление, чем одна трубка большого диаметра. Это получается потому, надо думать, что площадь поверхности сосудов не оказывает решающего воздействия при учете сопротивления. Иначе кровь бы просто не текла!
Николай Мазур, ведущий специалист кафедры кардиологии Института экспериментальной кардиологии:
— …Как сердце проталкивает кровь? Я знаю, что сердце не просто сжимается, оно сжимается спиралеобразно, ну как будто тряпку выжимают. Так спиралеобразно сердце выдавливает кровь в аорту, которая расширяется. Затем, кровь отрезанная от сердца клапанами, проталкивается далее «сдувающейся» аортой. Ну а дальше, видимо, сосудами. Кажется, мне попадалась недавно зарубежная публикация, в которой высказывается идея о том, что идет пульсовая волна от сердца по сосудам. Так что не только сердце, конечно, участвует в прокачке крови, но и мышцы сосудов. Так считают за границей»
Тема меня затронула, — неужели мощность сердца всего 0,7 кВт!? Попробуем подсчитать, пользуясь рамками школьных знаний:
За исходные данные возьмем, что при систолическом давлении 120 мм рт. ст. сердце человека перекачивает в состоянии покоя около 288 литров/ч крови. Какова минимальная мощность сердца?
— Давление 120 мм рт. ст. соответствует примерно 1,6×100000 дин/см.кв., а расход жидкости, равный 288 л/ч, соответствует 80 см.куб./с. Таким образом, умножая давление на расход жидкости, получаем мощность 1,3Вт.
Вот вам и 0,7 кВт!? В сотни раз при меньшей мощности сердце справляется со своей задачей.
