Определение скорости распространения пульсовой волны

Повышение артериального давления во время систолы сопровождается растяжением эластических стенок сосудов – пульсовыми колебаниями поперечного сечения или объема. Пульсовые колебания давления и объема распространяются с гораздо большей скоростью, чем скорость кровотока. Скорость распространения пульсовой волны зависит от растяжимости сосудистой стенки и отношения толщины стенки к радиусу сосуда, поэтому данный показатель используют для характеристики упруго-эластических свойств и тонуса сосудистой стенки. При снижении растяжимости стенки с возрастом и при повышении тонуса мышечной оболочки сосуда скорость распространения пульсовой волны увеличивается. В норме у взрослых людей скорость распространения пульсовой волны в сосудах эластического типа равна 5-8 м/с, в сосудах мышечного типа – 6-10 м/с.

Для определения скорости распространения пульсовой волны одновременно регистрируют две сфигмограммы: один датчик пульса устанавливают над проксимальным, а другой – над дистальным отделами сосуда. Так как для распространения волны по участку сосуда между датчиками требуется время, то его и рассчитывают по запаздыванию волны дистального участка сосуда относительно волны проксимального. Определив расстояние между двумя датчиками, можно рассчитать скорость распространения пульсовой волны.

Артериальный пульс

Доступен для пальпаторного исследования в местах, где артерия располагается близко к поверхности кожи, а под ней находится костная ткань. По артериальному пульсу можно получить предварительное представление о функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы. Так, частота пульса характеризует частоту сокращений сердца. Редкий пульс соответствует брадикардии, частый – тахикардии. Ритм пульса дает представление о водителях ритма сердца. В норме чаще выявляется «дыхательная аритмия» сердца; другие виды аритмий более точно определяются с помощью ЭКГ. В клинической практике оценивают также высоту, скорость, напряжение пульса и его симметричность на обеих руках. На кривой регистрации пульса – сфигмограмме – отражаются повышение давления в артериях во время систолы желудочка, снижение давления при расслаблении желудочков и небольшое увеличение давления под влиянием отраженного удара гидравлической волны о замкнутый полулунный клапан – дикротический подъем.

Итог

Биомеханика перемещений морских рыб привлекла внимание ученых, которые намерены использовать придуманные природой принципы движения в новых инженерных разработках.

Это поможет создавать новые системы протезирования и научат роботов будущего двигаться плавно и эффективно.

Сотрудники кафедры биологии американского Университета Мэриленда разработали уникальную в своем роде виртуальную модель движения стайных рыб. В этом исследовании впервые были объединены данные как о работе мышц, отвечающих за плавание, так и о воздействии водной среды на тело рыбы. "Ключом является именно суммирование этих факторов, - объясняет Эрик Тайтл, ведущий автор работы. - При движении рыбы задействуется ее мускулатура, но одновременно корпусу противодействует сопротивление жидкости. Ни в одном более раннем исследовании биомеханики различных видов морских обитателей не учитывались сразу все факторы".

Подобные исследования закладывают основы бионического дизайна, одного из самых перспективных направлений в робототехнике. Так, благодаря специалистам в области биологии стало известно, что механика движений хвоста рыбы по энергоэффективности превосходит большинство известных инженерам средств тяги. Большое внимание уделяется также работам по изучению движений птиц и насекомых. Но рыбы пока превосходят всех собратьев по фауне.

И все же, не исключая возможности применения своих достижений в кибернетике для разработки роботов, в первую очередь ученые планируют использовать полученные в этой работе данные при создании протезов. Комментирует руководитель проекта профессор биологии Авис Коэн: "Сейчас мы приблизились к пониманию общих принципов биодинамики в водной среде. Применяя их, инженеры разработают инновационные модели протезов. Представьте себе протез ноги, который смоделирован таким образом, что человек быстрее учится восстанавливать контроль над искусственной конечностью. Не исключаю, что он будет выглядеть немного иначе, нежели современные протезы".

Именно в этом и заключен основной смысл - дать научное обоснование разработкам в области биодизайна. Ученые полагают, что в процессе создания тех или иных видов рыб, природа "нащупала" идеальную эргономику. Так, основным объектом исследования группы профессора Коэна была морская минога - змееобразное мягкотелое создание. Как показывает виртуальная модель биологов из Мэриленда, даже у столь древнего с точки зрения появления видов (а предки современных миног жили на Земле более 350 млн лет назад, то есть задолго до появления динозавров) биомеханика движений в воде близка к идеальной. За счет специфической работы мускулатуры миноги расходуют энергию очень эффективно. "К эталонной эргономике движения рыб в ближайшем будущем будут стремиться все робототехники", - заключает профессор Авис Коэн.
Раздел 3. Элементы термодинамики биологических систем