Анатомия почки

Оглавление

Вопрос № 1. Строение мочевыделительной  системы.                                    3

Вопрос № 2. Биомеханические  аспекты 

                      физиологии сердечно-сосудистой системы.                              13

Список использованной литературы                                                                33

Вопрос  № 1. Строение мочевыделительной системы

Почка

Почка - парный орган, в  котором образуется моча. В ворота почки вступают почечные артерии  и почечные вены, а также лимфатические сосуды. Из ворот открываются мочеотводящие пути, состоящие из почечных чашечек, почечных лоханок и мочеточников. В эмбриональный период закладываются последовательно: передняя почка из мезодермы (8-10 сегментных ножек) появляется в конце первого месяца внутриутробной жизни и сохраняется 40 часов. Первичная почка является выделительным органом, функционирующий в течение значительного периода зародышевой жизни. Формируется из следующих сегментных ножек (до 25) туловищной мезодермы. Окончательная почка закладывается на втором месяце внутриутробной жизни (рис.1) начинает функционировать во второй половине эмбрионального периода. Окончательная почка формируется из двух источников - мезонефрального протока и нефрогенной ткани. Развитие окончательной почки заканчивается лишь после рождения ребенка.

Кровь к почкам поступает  по почечным артериям, они распадаются  на междолевые артерии, идущие между  мозговыми пирамидами. На границе  коркового и мозгового вещества они разветвляются на дуговые артерии. В мозговое вещество отходят прямые артерии, а в корковое - междольковые, от которых в стороны расходятся приносящие артериолы. Верхние приносящие артериолы направляются к корковым нефронам, нижние - к юкстамедуллярным,. Поэтому в почке различают кортикальное кровообращение, обслуживающее корковые нефроны, и юкстамедуллярное.

А: общи й вид  мочевыделительной системы

Б. закладка почки  на 2 мес. 1 - предпочка; II -первичная почка (вольфово тело), III-окончательная почка: 1 - проток первичной почки (вольфов проток); 2 - каналец предпочки; 3 - капиллярный клубочек, 4 - аорта; 5 - приносящие артерии; 6 - почечное тельце; 7 - каналец первичной почки; 8 - почечное тельце и каналец окончательной почки; 9 - почечная артерия; 10,11 - развивающиеся канальцы; 12 - мочеточник.

Приносящие артериолы  распадаются на капилляры, которые  образуют сосудистые клубочки корковых нефронов. Капилляры их собираются в выносящие артериолы, которые имеют диаметр в два раза меньше, чем приносящие. Поэтому в капиллярах клубочков корковых нефронов кровяное давление высокое 70-90 мм.рт.ст., что является причиной первой фазы мочеобразования или фильтрации.

Выносящие артериолы  распадаются вновь на капилляры, оплетающие канальцы нефрона. Здесь давление крови падает до 10-12 мм.рт.ст это способствует второй фазе мочеобразования - процессу обратного всасывания ряда веществ из нефрона в кровь. В верхние отделы коркового вещества кровь из этих капилляров собирается в звездчатые вены, а затем в междольковые. Междольковые вены впадают в дуговые вены, переходящие в междольковые, которые образуют почечные вены, выходящие из ворот почек.

Так корковые нефроны  в результате особенностей кровообращения активно участвуют в мочеобразовании. В юкстамедуллярной системе кровообращения приносящие и выносящие артериолы сосудистых клубочков почечных телец околомозговых нефронов примерно одинакового размера, а иногда выносящие артериолы несколько больше, Поэтому кровяное давление в капиллярах этих клубочков не превышает 40 мм.рт.ст., т.е. значительно ниже, чем в клубочках корковых нефронов.

Выносящие артериолы  по типу артериоловенулярных анастомозов  переходят в прямые вены, впадающие  в дуговые венозные сосуды. Вследствие этих особенностей околомозговые нефроны  не так активно участвуют в  мочеобразовании, как корковые нефроны. В то же время юкстамедуллярное кровообращение играет роль шунта, т.е. короткого и легкого пути, по которому проходит часть крови через почки в условиях их сильного кровенаполнения, например, при выполнении человеком тяжелой физической работы.

Почка покрыта соединительно-тканной  капсулой. Всю почку можно разделить на корковое вещество, которое лежит под капсулой, более темное и мозговое вещество почки, более светлая внутренняя часть. В корковом лежат почечные тельца, проксимальные и дистальные канальцы; в мозговом - петли нефрона и собирательные трубки, отводившие мочу в чашечки и лоханки.

Основой почки  является соединительная ткань, В которой расположены многочисленные кровеносное сосуды и система эпителиальных канальцев (нефроны). Каждый нефрон начинается чашеобразной капсулой. Еe внутренний листок тесно прилежит к сосудистому тельцу (Рис. 2).

Каждое такое  тельце представляет собой петли  анастомозирующих кровеносных капилляров, стенки которых образованы тонким фенестрированным эндотелием. Клетки внутреннего листка капсулы, называемые подоцитами, имеют отростки, контактирующие с базальной мембраной. В сосудистых клубочках почечных телец в тех местах, куда не могут проникнуть подоциты внутреннего листка капсулы, лежат мезангиальные клетки, которые подобно перицитам имеют отросчатую форму, способны к фагоцитозу и иногда к образованию волокон.

Стенка капилляров клубочка, внутренний листок капсулы и общая  для них трехслойная базальная  мембрана составляет биологический барьер, через который из крови в полость капсулы фильтруются составные части плазмы крови, образующие первичную мочу. Этот почечный фильтр обладает избирательной проницаемостью, задерживая все то, что больше размеров ячеек в среднем слое базальной мембраны. В норме не проходят форменные элементы крови и некоторые белки плазмы крови с наиболее крупными молекулами. Далее из просвета капсулы почечного тельца первичная моча попадает в проксимальный каналец нефрона, затем в канальцы нисходящей и восходящей части петли Генле, затем в дистальные канальцы, и в собирательных трубках собирается окончательная моча. Состав мочи по мере продвижения по канальцам нефрона изменяется.

Схема нефрона

1 - капсула почечного  тельца (Шумлянского-Боумена); 2 - полость  капсулы; 3 - наружный листок капсулы; 4 - извитой каналец 1-го порядка (проксимальный каналец); 5 - нисходящая часть петли Генле; 6- восходящая часть петли Генле; 7 - извитой каналец 2-го порядка (дистальный каналец); 8 - собирательная трубочка; 9 - приносящая артериола; 10 - выносящая артериола; 11 - сосудистый клубочек (чудесная сеть).

Эпителий выстилающий  канальцы нефрона - однослойный всех видов (плоский, кубический» цилиндрический), и имеет морфологические особенности. Так эпителиальные клетки внутреннего листка капсулы - подоциты, это крупные клетки, неправильной формы (рис. 3) от тела подоцита отходят несколько цитоплазматических отростков – цитотрабекул, которые в свою очередь, имеет более мелкие отростки - цитоподии, которые и прикрепляются к трехслойной мембране.

Рис 3. Участок почечного  тельца

I - подоциты; 2 - капилляр; 3 - мезангиальные клетки; 4 - базальная  мембрана;

5 – эритроциты

Между цитоподиями располагаются  узкие щели, сообщающиеся с полостью капсулы. В эти узкие щели и  собирается вначале первичная, фильтрующаяся моча из плазмы крови. Клетки наружного листка капсулы имеют вид плоских эпителиоцитов, лежащих на базальной мембране, они выстилают полость капсулы. Этот эпителий переходит в эпителий проксимальных канальцев (рис. 4). Эпителиоциты этого отдела нефрона имеют цилиндрическую форму. В этом канальце осуществляется обратное всасывание в кровь из первичной мочи ряда содержащихся в ней веществ. Поверхность клеток покрыта щеточной каемкой с высокой активностью щелочной фосфатазы, участвующей в полном обратном всасывании глюкозы. В цитоплазме клеток образуются пиноцитозные пузырьки, лизосомы. Базальная часть клетки характерно исчерчена, это внутренние складки цитолеммы и митохондрии между ними. Эпителий нисходящий части петли нефрона (петли Генле) плоский, ядросодержащие части клеток выбухают в просвет канальца. Цитоплазма клеток светлая. Восходящая часть петли Генле очень близка по строению с дистальным канальцем.

Рис. 4. Поперечный разрез канальцев нефрона

1 - извитой канадец  1-го порядка (проксимальный каналец); 2 - извитой каналец 2-го порядка (дистальный каналец); 3 - тонкая часть петли Генле; 4 - капилляр.

Стенка дистального  канальца выстлана цилиндрическим эпителием, лишенным щеточной каемки, но имеет  выраженную базальную исчерченность. Эпителий дистальных канальцев также активно участвует в факультативной реабсорбции - обратном всасывании электролитов в кровь.

Эпителий собирательных  трубочек кубический в корковой части  почки, а в мозговом слое низкий цилиндрический. Здесь различают темные и светлые клетки. Через стенку нисходящей части петли нефрона происходит пассивное всасывание в кровь воды, при всасывании электролитов в восходящей части петли Генле и в дистальном канальце осмотическое давление в кроки меняется. Также меняется осмотическое давление в соединительной ткани, окружавшей канальцы нефрона, вслед за этими процессами изменяется и уровень обратного (пассивного) всасывания воды из канальцев. В собирательных трубочках с помощью светлых клеток завершается пассивное обратное всасывание воды из мочи в кровь, а темные клетки подкисляют мочу, выделяя в нее соляную кислоту.

Таким образом, в моче резко снижается количество воды, исчезает сахар и белок, что приводит к резкому возрастанию концентрации шлаков в моче. Около 80% нефронов почти целиком располагается в корковом веществе, колена петель этих нефронов находятся в мозговом веществе. Это корковые нефроны. Остальные 20% околомозговые нефроны. Они располагаются в почке своими почечными тельцами, проксимальными и дистальными отделами - в корковом веществе, на границе с мозговым, а петли Генле глубоко уходят в мозговое вещество.

В некоторых корковых нефронах дистальный отдел нефрона, подойдя к почетному тельцу, ложится между приносящей и выносящей артериолами клубочка. Этот участок дистального отдела, нефрона получил название плотного пятна. Эпителиальные клетки плотного пятна более высокие, лишены базальной складчатости, (рис. 5). Считается, что это пятно улавливает изменения содержания натрия в моче и воздействует на юкстагломерулярные клетки. Юкстагломерулярный аппарат почек (ЮГА) или околоклубочковый аппарат, секретирует в кровь активное вещество - ренин. Он катализирует образование в организме ангиотензинов, оказывающих сильное сосудосуживающие действие и также стимулирует продукцию гормона альдостерона в надпочечниках.

Интерстициальные клетки (ИК) почек, имеющие мезенхимное происхождение, располагаются в строме мозговых пирамид в горизонтальном направлении, от их вытянутого тела отходят отростки, некоторые из них оплетают канальцы петли нефрона, а другие кровеносные капилляры. Предполагают, что эти клетки участвуют в работе противоточно – множительной  системы и снижает кровяное давление. К мочевыводящим путям относятся почечные чашечки и лоханки, мочеточники, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал.

Стенка почечных чашек, лоханок, мочеточников м мочевого пузыря сходна по строению. В них различают: 1 - слизистую оболочку, состоящую  из переходного эпителия и собственной  пластинки; 2 - подслизистую основу; 3 - мышечную оболочку; 4 - наружную.

Стенка почечных чашек  и почечных лоханок вслед за переходным эпителием имеет собственную  пластинку слизистой оболочки, которая  переходит в соединительную ткань  подслизистой основы. Мышечная оболочка состоит из двух тонких слоев гладких  мышечных клеток: внутреннего - продольного и наружного циркулярного. Наружная оболочка переходит в соединительную ткань окружающую крупные почечные сосуды.

Рис. 5. Юкстагломерулярный аппарат

1 - приносящая артериола; 2 - выносящая артериола; 3 - плотное  пятно; 4 – юкстагломерулярные клетки; 5 – клетки Гурмагтига; 6 – мезангиальные клетки; 7 – капилляры почечного тельца; 8 – базальная мембрана.

Мочеточники обладают растяжимостью, т.к. слизистая оболочка образует продольные глубокие складки (рис. 6). В нижней части  мочеточников, в подслизистой основе располагаются мелкие альвеолярно-трубчатые железы, по строению сходные с предстательной железой. Мышечная оболочки мочеточников в верхней полотне состоит из двух слоев: внутреннего - продольного и наружного - циркулярного. В нижней части мочеточников мышечная оболочка имеет три слоя: внутренний и наружный слой продольного направления и средний слой - циркулярного; в месте впадения мочеточника в мочевой пузырь пучки гладких мышечных клеток идут только в продольном направлении. Сокращаясь, раскрывается отверстие мочеточника независимо от стенки мочевого пузыря. Снаружи мочеточники покрыты соединительно-тканной адвентициальной оболочкой.

Слизистая мочевого пузыря состоит из переходного эпителия и собственной пластинки, в которой мелкие кровеносные сосуды очень близко подходят к эпителию. Слизистая оболочка мочевого пузыря в спавшемся состоянии имеет складки, кроме переднего отдела дна, где впадает мочеточники и выходит мочеиспускательный канал. Этот участок стенки мочевого пузыря треугольной формы, лишен подслизистой основы, а слизистая оболочка плотно сращена с мышечной. Здесь в собственной пластинке слизистой оболочки заложены железы, подобные железы нижней части мочеточников.

Мышечная оболочка мочевого пузыря построена из трех не резко отграниченных слоев: внутреннего и наружного с продольным расположением гладкомышечных клеток  среднего – циркулярного. Гладкие мышечные клетки часто напоминают расщепленные веретена. В шейке мочевого пузыря циркулярный слой образует мышечный сфинктер. Наружная оболочки на верхнезадней и на боковых поверхностях мочевого пузыря представлена листком брюшины (серозная оболочка).

Рис. 6. Средняя часть  мочеточника

1 - переходный эпителий; 2 - собственная пластинка слизистой  оболочки; 3 - подслизистая основа; 4 - мышечная оболочка; а - поперечный разрез (продольный слой); б - продольный разрез (круговой слой); 5 - адвентициальная оболочка.

 Вопрос № 2. Биомеханические  аспекты физиологии сердечно-сосудистой  системы. 

К системе кровообращения относятся: сердце, выполняющее функцию насоса, и периферические кровеносные сосуды - артерии, вены и капилляры (рис. 1). Выбрасываемая сердцем кровь разносится к тканям через артерии, артериолы (мелкие артерии) и капилляры, и затем возвращается к сердцу по венулам (мелким венам) и крупным венам. На рис. 2 приведена схема кровообращения в важнейших органах и системах.

На рис. 3 представлено строение сосудов. Стенки артерии состоят  из нескольких слоев. Гладкие мышцы  обладают способностью к расширению и сужению сосудов. Под мышечными слоями проходят сосуды и нервы. Раздражение симпатических нервов приводит к сокращению гладких мышц и сужению сосудов. Коллагеновые волокна не обладают упругостью, они способны растягиваться.

Рис. 1. Кровеносная система: 1 - внутренняя яремная вена, 2 - левая подключичная артерия, 3 - легочная артерия, 4 - дуга аорты, 5 - верхняя полая вена, 6 - сердце, 7 - селезеночная артерия, 8 - печеночная артерия, 9 - нисходящая часть аорты, 10 - почечная артерия, 11 - нижняя полая вена, 12 - нижняя брыжеечная артерия, 13 - лучевая артерия, 14 - бедренная артерия, 15 - локтевая вена и артерия, 16 - бедренная вена, 17 - артерии и вены голени, 18 - дорсальные плюсневые сосуды, 19 - капиллярная сеть

Рис. 2. Схема кровообращения в важнейших органах и системах

Диаметр кровеносных  сосудов и тканевой состав их стенок различны в зависимости от типа сосуда. Как правило, в стенках артерий  больше эластической ткани и меньше коллагеновых волокон, чем в стенках  вен; вены же, напротив, более богаты коллагеновыми волокнами, нежели эластическими.

Рис. 3. Строение основных участков кровеносных сосудов: 1 - внутренняя оболочка (интима), 2 - средняя оболочка (медия), 3 - внешняя оболочка (адвентиция), 4 и 5 - внутренняя и наружная эластические мембраны, 6 - венозный клапан, 7- капилляры

Капилляры имеют эндотелиальный слой, но их стенки лишены мышечной и  соединительной ткани. Они относительно пассивны, и их поведение определяется преимущественно процессами, происходящими  в примыкающих артериолах и венулах. Лимфатические сосуды, выполняющие особую функцию, по строению сходны с венами, отличаясь от них меньшей толщиной и большей проницаемостью.

Биомеханика жидких сред организма  человека

Кровь, которую выбрасывает  сердце, движется по сосудам разного  калибра, растяжимости и сопротивления. Так как в состав крови входят форменные элементы, она вязкая, и ее гидродинамическое сопротивление больше, чем у воды. Объем крови, поступающей к какому-либо органу за определенное время (объем/время), равен отношению разности давления (∆Р) к гидродинамическому сопротивлению:

Q (объемная скорость  кровотока) = P/R;

Объемная скорость (Q) прямо пропорциональна четвертой  степени радиуса сосуда (r4); так, при  увеличении радиуса на 16% объемная скорость тока жидкости возрастает на 100%. Поэтому незначительные изменения ширины просвета кровеносных сосудов сильно отражаются на кровотоке.

Сопротивление току жидкости (R) зависит от ее вязкости. Вязкость крови зависит от числа эритроцитов, содержания белка в плазме и прочих факторов. Чем больше вязкость, чем меньше величина кровотока.

Уравнение Пуазейля описывает  все факторы, определяющие гидродинамическое  сопротивление:

R = P/Q  =  8ηl/Q,

где η - вязкость (в Пуазах), 8 - коэффициент пропорциональности.

Взаимоотношение между  давлением, объемной скоростью и сопротивлением можно обобщить следующим образом:

Объемная скорость прямо  пропорциональна высоте гидростатического  напора и радиусу сосуда (r⁴).

Объемная скорость обратно  пропорциональна длине сосуда (l) и вязкости жидкости (η).

Гидродинамическое сопротивление прямо пропорционально длине сосуда и вязкости жидкости.

Гидродинамическое сопротивление  обратно пропорционально радиусу  сосуда (r⁴).

Периферическое сопротивление  сосудистой сети человека равно 1700 дин  на с/см⁵.

Для сопоставления изменений сосудистого сопротивления предложены более удобные относительные величины - единицы периферического сопротивления (ЕПС). Периферическое сопротивление в этих единицах вычисляется следующим образом:

ЕПС = кровяное давление (мм рт. ст.)/минутный объем (л/мин или мл/ мин)

Чем больше величина, выраженная в ЕПС, тем больше сопротивление  кровотоку; возрастание этой величины может свидетельствовать (хотя не всегда) о повышении сосудистого тонуса.

Скорость кровотока. Ток крови  так же, как и поток воды в струе, может быть либо ламинарным, либо турбулентным. Можно представить, что текущая жидкость состоит из тонких, скользящих друг относительно друга слоев. На каждый из этих слоев действует напряжение или усилие сдвига, замедляющее скорость его передвижения.

Распределение слоев в кровеносном  сосуде с ламинарным течением определяется линейной скоростью кровотока, зависящей  в свою очередь от таких факторов, как размер сосуда и гидродинамическое  сопротивление (рис. 4). При известных  значениях 

Рис. 4. а - распределение скоростей в струе с ламинарным потоком жидкости. Скорость возрастает от нуля в пристеночном слое до максимального значения в центре трубки, б - турбулентный поток, характеризующийся завихрениями и воронками гидростатического напора и вязкости, линейная скорость обратно пропорциональна радиусу или площади поперечного сечения (S) сосуда. Таким образом, линейная скорость кровотока выше в сосудах малого диаметра.

V = Q (объемная скорость  кровотока)/S (площадь поперечного сечения сосуда)

  Средняя линейная скорость тока крови в аорте человека (диаметр 2 см, площадь сечения 3 см2, объемная скорость кровотока - 84 мл/с) вычисляется следующим образом:

V = Q/S = 84 мл/с (см3/с)/3 см2 = 28 см/с. 

В более мелких артериях линейная скорость значительно выше, в венах большего диаметра ниже.

При возрастании линейной скорости до некоторой величины в  струе образуются завихрения (как  в быстром потоке воды), сопровождающиеся шумом - течение превращается из ламинарного  в турбулентное (см. рис. 4, б). Эта  величина определяется числом Рейнольдса (Re) :

Re = υДР/η,

где υ - линейная скорость тока жидкости, Д - диаметр сосуда, Р - плотность жидкости, η - вязкость жидкости.

При артериосклерозе  завихрение больше. Хорошо известно, что  мелкие артерии и даже капилляры  образуются гораздо реже. Это можно  объяснить их малым диаметром. Согласно закону Лапласа, давление (Р) в полом сосуде равно отношению напряжения в его стенке (Т) к радиусу сосуда (r) (рис. 5). Таким образом, для кровеносных сосудов справедлива зависимость:

Р =T/r.

Это означает, что:

Повышение давления (Р) приводит к росту напряжения (Т).

Поскольку давление (Р) обратно  пропорционально радиусу, более  мелкие сосуды могут выдержать большее  давление.

Рис. 5. Зависимость между  давлением внутри сосуда (Р) и напряжением  в его стенке (Т), то есть сила, предохраняющая его от разрыва (закон Лапласа)

Напряжение (Т) прямо пропорционально  радиусу (r)(Т = P ∙ r): чем больше радиус, тем больше напряжение, и наоборот. В соответствии с законом Лапласа  мелкие сосуды, а также сосуды сердца небольших размеров способны выдержать большее давление, чем более крупные сосуды и вероятность их разрыва меньше. В законе Лапласа речь идет о пассивном напряжении, т. е. напряжении, зависящем от структурных особенностей самого сосуда, таких, как количество эластических и коллагеновых волокон.

Активное напряжение связано с сокращением гладких  мышц сосуда, приводящим к его сужению  и уменьшению кровотока в нем. Если нервы, оканчивающиеся на этих мышцах, раздражать с возрастающей частотой, давление в сосудах будет увеличиваться, а кровоток падать.

Механизм возникновения шумов

Возникновение внутрисердечных  шумов можно объяснить физическими  закономерностями течения жидкости по трубке.

Для возникновения шума в трубке имеют значение следующие  факторы: 1) изменение просвета трубки, в основном, сужение, реже - расширение; 2) скорость тока жидкости; 3) состав жидкости.

Если жидкость течет  с определенной скоростью через  трубку с одинаковым сечением, то протекать  она будет бесшумно (рис. 6, а).

Рис. 6. Схема возникновения  сердечных шумов: a - отсутствие шума, б - возникновение шума при сужении сосуда, в - возникновение шума при расширении сосуда, г - возникновение шума при сообщении сосудов

Если на ограниченном участке трубки имеется сужение  и через нее пропустить жидкость с той же скоростью, то перед сужением и после него в трубке возникнут вихревые движения (рис. 6, б), которые и вызовут образование шума в этом месте. Такой шум наблюдается над склеротической бляшкой.

Если на ограниченном участке имеется расширение сосуда и через него пропустить жидкость с той же скоростью, то при движении из узкой в расширенную часть трубки возникнут вихревые потоки, которые и создадут условия для возникновения шума (рис. 6, в). Такой шум наблюдается при аневризме аорты и других сосудов.

Шум может также возникнуть если пропускать жидкость через трубки, которые имеют между собой сообщение (рис, 6, г). Такой шум наблюдается при незаращении баталова протока и при артерио-венозной аневризме. Кроме сужения просвета трубки, большое значение в возникновении шума имеет скорость тока жидкости: чем она больше, тем шум сильнее и наоборот.

Для возникновения шума имеют значение и свойства жидкости, в частности, ее вязкость. Точно такие  же условия могут возникнуть и  при развитии патологических процессов  на клапанах сердца (рис. 7).

В норме у здорового  человека кровь из предсердий в желудочки  во время диастолы течет беззвучно, так как атрио-вентрикулярные отверстия  широки и через них свободно проходят два пальца. Но если левое атрио-вентрикулярное отверстие становится узким (митральный стеноз) из-за сращения и склерозирования створок митрального клапана и кольца, к которому они прикреплены, то при прохождении крови через его узкое отверстие возникают вихревые движения крови, колебания створок клапана, что и ведет к образованию шума во время диастолы (см. рис. 7, б).

Рис. 7. Механизм возникновения  шумов при пороках сердца: а - недостаточность  митрального клапана, б - митральный стеноз, в - сужение устья аорты, г - недостаточность клапанов аорты: ЛВ - легочная вена, ЛП - левое предсердие, ЛЖ - левый желудочек, А - аорта

Шум может образоваться также при сужении устья аорты  или легочной артерии, когда кровь  при сокращении желудочков будет  проходить в сосуды через суженное отверстие. Этот шум прослушивается во время систолы (см. рис. 7, в); при недостаточности митрального клапана (см. рис. 7, а); при недостаточности клапанов аорты (см. рис. 7, г) кровь, вследствие невозможности створок полностью закрыть аортальное отверстие, поступает частично обратно из аорты в левый желудочек во время диастолы, образуя при этом диастолический шум.

Работа сердца

Сердце выполняет работу, создавая давление и сообщая крови  кинетическую энергию.

Работа любого желудочка  может быть вычислена по следующей  формуле: W = QR + ½∙Qυ²/q,

где Q - выброс крови из желудочка за одно сокращение (мл); R - сопротивление кровотоку на выходное или среднее давление в аорте  или легочной артерии; q - ускорение  силы тяжести (9,8м/с2).

Для левого желудочка  взрослого здорового человека характерны следующие данные: Q = 80 мл; R = 100 мл рт. ст. (или 1,36 М ∙ Н2О); υ = 0,5 м/с; работа равна 80 ∙ 1,36 + 1 /2(20/9,8) = 109 + 1 = 110 г-м (грамм-метр) за одно сокращение. При частоте сердцебиений 70 ударов в минуту, работа в минуту равна 7,7 кг∙м.

Поскольку каждый миллилитр кислорода (О2), используемый сердцем, эквивалентен примерно 2,06 кг∙м, работа левого желудочка за минуту, равная 7,7 кг∙м, эквивалентна примерно 3,7 мл кислорода.

В норме правый желудочек  создает гораздо меньшее давление, поэтому его работа в минуту намного меньше; общая работа желудочков эквивалентна потреблению 4,5 мл О2. Общее потребление О2 сердцем значительно выше и составляет примерно 30 мл в минуту.

Отношение количества О2, эквивалентного произведенной механической работе, к общему количеству кислорода, использованному в течение минуты, отражает механическую эффективность сердца. В данном примере она равна 15%. Работа левого желудочка, перекачивающего при среднем давлении 100 мм рт. ст. (135 г/см²) 5 л (5000 см³) крови в минуту, составляет: 5000 ∙ 135 = 675 000 г ∙ см = 6,75 кг∙м (за 1 мин).

Коэффициент полезного действия (КПД) сердца

КПД, равный отношению  совершенной работы к затраченной  энергии составляет всего 14-25%, что  говорит о значительных потерях  энергии. При физической работе (нагрузке) и тренировке КПД сердца может увеличиваться. При повышении АД нагрузка на сердце становится больше, а КПД уменьшается. Поэтому для облегчения работы сердца желательно, чтобы кровяное давление было сравнительно низким, а сердечный выброс - большим.

Работа сердца за удар - внешняя работа, совершаемая сердцем  за одно сокращение. По представлениям О. Франка, механическая работа сердца равна сумме работ: по перемещению  ударного объема крови против давления в магистральных артериях, по сообщению  крови кинетической энергии, по созданию упругого напряжения в стенке миокарда и по передвижению участка сердца. Из этой суммы (по О. Франку) следует вычесть потенциальную энергию упругих сил, действующих в миокарде, и кинетическую энергию притекающей к сердцу крови. Однако значительно чаще работа сердца за удар определяют как сумму работ по перемещению ударного объема крови против давления в магистральных артериях и сообщению этой крови кинетической энергии: