Эргометрия. Работа сердца

Эргометрия. Все энергетические исследования в биомеханике требуют, разумеется, измерений силы и работы. Для этой цели врачи пользуются приборами, получившими название соответственно динамометров и эргометров.

Динамометры, применяемые в медицине, хорошо всем известны, они описаны в школьных учебниках.

Для измерения работы, выполняемой органом, используют метод, который называется эргометрией. Сущность этого метода состоит в том, что записывается график MN действия силы (рис. 4). На этом графике работа за какое-то время Δt характеризуется площадью четырехугольника ABCD, так как А = Fs или ΔA = FΔs. Чтобы определить работу на пути ОЕ, надо измерить площадь фигуры ОMNE.

Рис. 4. График действия силы

Эргометры бывают различных конструкций. На рис. 5 показан простейший эргометр, с помощью которого записывается эргограмма (рис. 6) работы указательного пальца. Зажимами 4 рука закрепляется на столе. Палец с помощью тяги и направляющего устройства 3 поднимает груз 5. Конец писчика 2 скользит по бумаге, закрепленной на поверхности барабана кимографа 1. Внизу на рис. 5 показана упрощенная схема прибора. Площадь заштрихованной части эргограммы (рис. 6) характеризует выполненную при этом работу (хорошо видно, как она убывает со временем). Эта методика достаточно удобна и широко используется при физиологических исследованиях.

Рис. 5. Эргограф (для указательного пальца)

Рис. 6. Эргограмма

Работа сердца. Особое внимание хочется уделить работе и мощности сердца. У животных частота ударов сердца обратно пропорциональна их массе. Чем животное меньше, тем сердце у него бьется быстрее. У кита, например, при массе тела 150 т сердце делает 7 сокращений в минуту, у слона (масса 3 т) — 46, у кошки (масса 1,3 кг) — 240, а у синицы московки (масса 8 г) — 1200.

Чем же объяснить, что сердце может работать в таком темпе? Прежде всего сердечная мышца «отдыхает». В норме сердце человека делает 70—75 сокращений в минуту. Сокращение сердца человека длится 0,49 сек, а после каждого сокращения 0,31 сек длится пауза. Кроме того, чтобы справиться со своей колоссальной нагрузкой, сердце должно хорошо питаться, получать достаточное количество кислорода.

Поэтому у высших животных сердце имеет свою мощную кровеносную систему. Кровь человеческого организма совершает полный круг за 20 сек, делая за сутки свыше 3700 оборотов. У человека общая протяженность сосудов — 100 000 км. 7—8 л крови для их заполнения явно недостаточно, интенсивно снабжаются только усиленно работающие органы. Поэтому одновременная напряженная работа многих систем невозможна.

После приема пищи наиболее энергично функционируют органы пищеварения, к ним и направляется значительная часть крови; для нормальной работы головного мозга ее не хватает, и человек испытывает сонливость.

Чтобы протолкнуть кровь через капилляры и мельчайшие артериолы, нужна немалая сила. Хотя по мере разветвления артерий их общая суммарная площадь сечения возрастает, становясь в конечном итоге в 800 раз больше сечения аорты, по которой кровь вытекает из сердца, сопротивление от этого только увеличивается. Ведь у человека 100—160 миллиардов капилляров, а их общая длина порядка 60—80 тысяч километров!

Известный русский физиолог И. Ф. Цион подсчитал, что в течение человеческой жизни сердце успевает совершить работу, равную усилию, которого было бы достаточно, чтобы на высочайшую вершину Европы Монблан (высота 4810 м) поднять железнодорожный состав.

За каждое сокращение сердце человека выбрасывает в аорту от 60 до 80 мл крови, а при усиленной работе — до 200 мл, т. е. около стакана крови. В состоянии покоя сердце человека за 1 мин перекачивает 6 л крови, за 1 год — 3 миллиона литров (1400 автоцистерн потребовалось бы для перевозки такого объема жидкости). В течение жизни через наше сердце пройдет 150—250 тысяч тонн крови! И это в состоянии покоя.

При беге на средние дистанции к мышцам должно притекать в 10-20 раз больше крови. За 1 мин сердцу приходится «перекачивать» до 35—40 л, т. е. приблизительно 3—4 ведра! Завидная работоспособность!