Мощность и работа сердца

Виды работы сердца. Единицей работы является джоуль (1 джоуль = 1 ньютон· 1 метр, сокращенно Н· м). Работа сердца связана с укорочением волокон и развитием усилия. Происходит перемещение определенного объема крови (V) против сопротивления, создающегося за счет давления (Р). Совершается работа по перемещению объема против давления, равная P· V. К этой величине следует прибавить работу по сообщению крови ускорения: эта работа затрачивается на то, чтобы придать инертной массе (m) крови достаточно высокую скорость (v). Ее вычисляют, исходя из формулы для кинетической энергии Е= ½ mv².

Расчет работы сердца. В связи с тем что во время систолы отдельные параметры, от которых зависит работа сердца, постоянно меняются, для вычисления этой работы следует проинтегрировать выражения P· V и mv²/2 по времени от начала до конца периода изгнания. Однако мы примем некоторые допущения, упрощающие эту задачу и в то же время позволяющие вычислять работу с достаточной степенью приближения. Можно считать, что Р – среднее систолическое давление у выхода из желудочка (1 мм рт. ст. соответствует 133 Н/м2, или 133 Па); V–ударный объем (м²); т–масса крови, которой придано ускорение, т. е. масса ударного объема (кг); v–средняя линейная скорость выброса (м/с). Значения всех этих параметров для одной систолы следующие.

Работа левого желудочка по перемещению объема против сил давления значительно больше, чем работа по сообщению крови ускорения: на долю последней приходится лишь около 1% общей работы. Таким образом, работа сердца в целом во время систолы определяется главным образом величиной ударного объема и давления в аорте; она составляет примерно 1 Н· м (0, 1 кгс· м).

Отношение работы по сообщению крови ускорения к общей работе сердца может значительно возрастать при увеличении ударного объема, сопровождающемся ускорением кровотока. Это отношение увеличивается также при снижении эластичности аорты в пожилом возрасте, так как уменьшение растяжимости «компрессионной камеры» приводит к падению диастолической скорости кровотока в аорте. В этих условиях при систоле сердцу приходится придавать ускорение объему крови, значительно превышающему ударный. Работа по сообщению крови ускорения в таких случаях может становиться почти равной работе по перемещению объема против давления.

Мощность сердца и отношение мощности к весу. Мощностью называют работу, совершаемую в единицу времени. Если частота сокращений сердца соответствует одному сокращению в секунду, то мощность сердца равна примерно 1 Вт (Н· м/с), или 0, 1 кгс· м/с. Важной характеристикой двигателя любого типа является отношение мощности к весу: для сердца весом около 3 Н это отношение равно 0, 3 Вт/Н. Эта величина довольно мала по сравнению с механическими двигателями; так, отношение мощности к весу для автомобильного мотора составляет 15–25 Вт/Н. Однако при мышечной работе мощность сердца может значительно возрастать, и отношение мощности к весу становится почти таким же, как у механических двигателей. Как бы то ни было, приведенные расчеты показывают, что в принципе можно создать такие искусственные насосы, которые при соответствующих условиях могли бы заменить живое сердце, будучи более легкими.