Как принцип Бернулли применим к сердечно-сосудистой системе?

Принцип Бернулли может быть немного сложным применительно к сердечно-сосудистой системе, но он по-прежнему верен для всей системы. Вы упомянули хороший момент, что взаимосвязь кажется не совсем правильной для аорты или артерий из-за постоянных колебаний давления между систолическим и диастолическим без значительного изменения диаметра сосуда. Помните, что это происходит из-за пульсирующего оттока крови от сердца и не имеет ничего общего с принципом Бернулли. Если бы поток был постоянным (т.е. не пульсирующим), то давление было бы постоянным, так как диаметр сосудов постоянный. По мере того, как диаметр сосудов начинает уменьшаться, скорость будет увеличиваться, чтобы поддерживать постоянное значение.

Как вы упомянули, принцип Бернулли описывает, как произведение площади и скорости потока должно быть постоянным в системе. Когда общая площадь поверхности системы увеличивается, давление уменьшается, а также расход. Важно помнить, что несмотря на то, что капилляры настолько малы и по отдельности имеют высокое сопротивление (что, как вы думаете, согласно принципу Бернулли, должно увеличить скорость), вы фактически добавляете бесчисленное количество этих очень маленьких резисторов параллельно (а не последовательно). ) и общее сопротивление (и, следовательно, давление + поток) значительно уменьшается.

При последовательном добавлении сопротивления общее сопротивление является аддитивным и быстро увеличивается!

$$R_{Total} = R_1 + R_2 + R_3$$ В то время как параллельное сопротивление добавляет обратную величину резистора, это означает, что по мере добавления большего количества резисторов (или капиллярных путей) общее сопротивление продолжает уменьшаться из-за следующего соотношения: $$\frac{1}{R_{Total}} = \frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}$$

Когда я был студентом, мне было трудно понять принцип параллельного сопротивления, потому что мне никогда не казалось, что сопротивление значительно уменьшается, когда вы добавляете все эти маленькие капилляры. Один из моих профессоров физиологии хорошо описал это, когда сказал: «Подумайте о параллельном добавлении сопротивления, подобно тому, как капиллярные русла и другие сосуды находятся в сердечно-сосудистой системе, как будто вы даете крови еще одно место для движения ». Если у крови есть больше мест, куда она может течь, тогда легче понять, почему сопротивление падает так сильно, когда вы добавляете кучу дополнительных мест для тока крови.

Я думаю, что есть несколько вещей, которые мешают прямому применению принципа Бернулли.

Во-первых, принцип Бернулли помог бы нам рассчитать давление, оказываемое кровью на стенки сосудов, но это не то, что измеряет кровяное давление. Артериальное давление измеряет величину силы, которую необходимо приложить, чтобы кровь не текла вперед. Между ними есть некоторая связь, но она не чистая.

Во-вторых, из-за разветвления расчеты площади поверхности отличаются от расчетов для одиночной трубы. У артерий площадь поперечного сечения больше, чем у аорты, но у них гораздо, гораздо большая площадь поверхности — гораздо большая разница, чем у одиночной трубы с такими характеристиками поперечного сечения.

Таким образом, принцип Бернулли действительно означает, что кровь оказывает большее давление на поверхность артерий и артериол, чем на аорту. Однако давление — это сила на единицу площади, а в меньших сосудах площадь гораздо больше, поэтому давление в любом отдельном сосуде меньше.