2.6. "Цена" изгнания единичного объема крови 

 

 

Покажем, что золотой режим кровоснабжения организма является  для сердца самым экономичным по отношению к затратам механической  мощности на изгнание единичного объема крови. Очевидно, что  механическая работа, производимая сердцем в течение кардиоцикла,  приходится на фазу изгнания крови из желудочков. Механическая  (ударная) мощность A(n_зс), производимая в течение фазы изгнания,  вычисляется в золотом режиме по следующей формуле 

 

A(n_зс ) = (1/t*_s (n_зс ))p*(n_зс,t)q*(n_зс,t)dt,           (2.19) 

 

где t*_s(n_зс) - длительность фазы изгнания, q*(n_зс,t), p*(n_зс,t) -  мгновенные значения объемной скорости изгнания крови из желудочка и  давления в левом желудочке во время фазы изгнания при частоте n_зс. 

Для левого желудочка в некотором режиме кровоснабжения (при  физической нагрузке) по отношению к золотому режиму [152] 

 

t*_s(n) = t*_s(n_зс)/ .                                     (2.20) 

 

В аналогичных характерных точках кардиоциклов, соответствующих  частотам n_зс и n [152], 

 

p*(n,t) = p*(n_зс,t),                                   (2.21) 

 

q*(n,t)= q*(n_зс,t).                                    (2.22) 

 

Исходя из предварительных условий (2.20)-(2.22), 

 

A(n) = A(n_зс),                              (2.23) 

 

где A(n) - ударная работа сердца в заданном режиме кровоснабжения  при частоте сердцебиений n.

Величина объема крови, выброшенного желудочком за одно  сокращение при частотах n и n, 

z(n ) =  q*(n_зс ,t)dt,                                           (2.24) 

 

z(n) =  q*(n_зс,t)dt = z(n_зс),         (2.25) 

 

где z(n_зс), z(n) - соответственно ударный объем крови в золотом и  заданном режимах кровоснабжения организма; из (2.25) очевидно их  равенство. Эффективность работы сердца по отношению к его функции  определяется количеством механической энергии, затраченной на  изгнание единичного объема крови. Исходя из (2.23) и (2.25), имеем  отношение, характеризующее "цену" изгнания крови в том или ином  режиме, 

 

h(n) = С(n)/z(n) = h(n_зс ),                                 (2.26) 

где h(n_зс), h(n) - соответственно "цена" изгнания единичного объема  крови в золотом и заданном режимах кровоснабжения. Поскольку d =  n/n_зс, то (2.26) можно представить в следующем виде, 

 

h(d) = Ödh(d_зс).                                        (2.27) 

 

В работах [208, 269] экспериментально показано, что работа сердца  оптимальна как в покое, так и при всяком уровне физической  нагрузки. Однако, как очевидно из (2.27), "цена" оптимальности  различна: в золотом режиме (d=d_зс =1) "цена" изгнания единичного  объема крови минимальна, а при наибольшей нагрузке (d=4) -  максимальна. 

В заключение можно сказать следующее. Природа создала своего  рода последовательность "максимальных экономий" энергии и вещества  в кардиосистемах возрастающей сложности:

1) оптимальная организация  мышечных клеток и волокон;

2) оптимальная организация слоев  миокарда;

3) оптимальное сопряжение сердца и артериальной нагрузки.  Оптимальность деятельности сердца сохраняется при всех уровнях  нагрузки, однако "цена" изгнания единичного объема крови с ростом  нагрузки увеличивается. Золотой режим кровоснабжения организма,  приблизительно соответствующий покою, представляет собою как бы  "оптимум оптимумов", т.е. наиболее экономичный режим из всех  существующих в пределах от покоя до максимальной нагрузки.  Физиологический покой (отдых, сон, незначительные физические  нагрузки) является преобладающим состоянием организма на протяжении  жизни животного. Следовательно, можно сделать вывод о том, что  организм "тяготеет" к наиболее экономному режиму кровоснабжения.  Природа, как мы могли убедиться, избрала золотое сечение как рецепт  максимальной экономии энергии и вещества, как способ оптимального  сопряжения структур сердца с системой крово-кислородного  обеспечения организма. 

 

Подписи к рисункам 

 

            Рис. 2.1. “Пространственное” представление структур сердечного  цикла (ССЦ) в соответствии с (2.7): k_j - фактор сердечной  деятельности, d - уровень относительного кровоснабжения организма,  1£d£4; W - вес животных, W_min£ѕW£W_max, где W_min, W_max -  соответственно минимальный и максимальный веса животных. Объект О -  ССЦ с “координатами” k_j =h, W=W_i, d=d_r ; j - “плоскость”  полиморфизмов, r - “плоскость” изоморфизмов, i - функциональная  “плоскость”; AB - система полиморфичных объектов одного и того же  рода; CD - система симметричных объектов одного и того же рода; EF  - система изоморфичных объектов одного и того же рода; С`D` -  система симметричных объектов одного и того же рода, куда объект O`  входит в качестве объекта того же рода (k<sub>j</sub> =h`, W=W_i , d=d_r ). 

            Рис. 2.2. Инварианты структур сердечного цикла (ССЦ) в  условиях относительного кровоснабжения организма; d - уровень  относительного кровоснабжения организма по отношению к золотому  режиму кровоснабжения; n_s(d), n_d(d) - инварианты, равные отношению  систолической и диастолической частей ССЦ к их суммарному значению  в пределах физической нагрузки. Кривые I и II соответственно  представляют значения n_s(d) =0,382Öd и n_d(d) =0,618/Öd. 

            Рис. 2.3. Группа системных преобразований объектов  “пространства” ССЦ. T-, V-, P-, Q- “плоскости” полиморфизмов  рассматриваемых параметров; “п”, “и”, “с”, “пи”, “пс”, “ис”, “пис”  - соответственно полиморфное, изоморфное, симметрийное, полиморфно-  изоморфное, полиморфно- симметрийное, изоморфно- симметрийное,  полиморфно- изоморфно- симметрийное преобразования; A_T - некоторый  объект T - “плоскости”; A_T^(П), A_T^(С), A_V^(И), A_Q^(ПС), A_T^(ПИ),  A_P^(ИС), A_P^(ПИС) - объекты, полученные из объекта A в результате  системных преобразований. 

            Рис. 2.4. Динамокардиограмма человека [7]: n - частота  сердцебиений; T(n) - длительность сердечного цикла при частоте n.  Активностные состояния сердечной мышцы: 0-1 интервал асинхронного  напряжения; 1-2 - интервал синхронного напряжения; 0-2 - фаза  напряжения при постоянной длине мышечных волокон; 2-3 - интервал  мышечного сокращения; 0-3 - длительность систолы; 0-4 -  длительность кардиоцикла. З.Т. - золотые точки интервалов 0-2 (т.  1), 0-3 (т. 2), 0-4 (т. 3 делит сердечный цикл по золотому сечению  только при n=n_зс). 

            Рис. 2.5. Кривая давления в аорте. n - частота сердцебиений;  p(n,t) - мгновенное значение давления, P_max(n) - максимальное  давление в течение фазы изотонического напряжения, P*_max (n) -  максимальное давление в левом желудочке в течение фазы  изометрического напряжения, DP(n) - пульсовое давление при частоте  сердцебиений n. 

            Рис. 2.6. Удельная теплоемкость воды [22]. 

            Рис. 2.7. Конструкция саркомера.

            Рис. 2.8. Взаимное расположение актиновых и миозиновых нитей 

            Рис. 2.9. Размещение пар мостиков по длине миозиновой нити  [83].