Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow Биомеханика. Основные понятия. Эндопротезирование тканей и органов

ЭНДОПРОТЕЗЫ ОТДЕЛОВ СЕРДЦА

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТДЕЛОВ СЕРДЦА. КОНСТРУКЦИОННЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЖЕЛУДОЧКОВ

Сердце находится в центре системы кровообращения человека. Задача сердца - создавать и поддерживать постоянную разность давлений между артериями и венами, что является причиной движения крови. Наличие клапанов в сердце уподобляет его насосу. Клапаны сердца закрываются автоматически давлением крови и тем самым обеспечивают ее давление в одном направлении (рис. 8.1).

Строение сердца (продольное сечение)

Рис. 8.1. Строение сердца (продольное сечение):

1 - правое предсердие; 2 - правый желудочек; 3 - левое предсердие; 4 - левый желудочек; 5 - верхняя полая вена; 6 - нижняя полая вена; 7 - конечный синус; 8 - легочный ствол; 9 - легочные вены; 10 - аорта; 11 - перикардиальная сумка; 12 - эпикард; 13 - миокард; 14 - эндокард; 15 - трехстворчатый клапан; 16 - полулунный клапан; 17 - митральный клапан; 18 - аортальный клапан

Вес сердца взрослого человека в норме составляет 180...350 г. Оно состоит из четырех камер: правого и левого желудочков и правого и левого предсердий.

От желудочков отходят крупные артерии: от правого - легочная, от левого - аорта, подающая кровь к периферийным органам. Кровь, поступающая от легких и от периферийных органов, направляется соответственно в левое и правое предсердие по крупным венам. Правая и левая части сердца изолированы и состоят каждая из предсердия и желудочка, которые сообщаются между собой через предсердно- желудочковые отверстия, расположенные на жестком каркасе. В каждом из этих отверстий имеются клапаны (всего 4) (рис. 8.2), основания створок которых прикреплены к жесткому кольцу из фиброзной волокнистой ткани.

Расположение клапанов сердца

Рис. 8.2. Расположение клапанов сердца

Клапаны представляют собой мышечные створки: правый - предсердно-желудочковый (трехстворчатый) и двухстворчатый, левый - предсердно-желудочковый (митральный). У оснований артерий (место выхода из желудочков) расположены два других трехстворчатых клапана - клапан аорты (аортальный) и клапан легочного ствола (легочный). Назначение клапанов - обеспечить поступательное движение тока крови при пульсирующем режиме работы сердца.

К атриовентрикулярному каркасу прикреплены мышечные волокна каждой камеры сердца (предсердий и желудочков - с разных сторон), легочная артерия и аорта.

Хорды, входящие в структуру каждого из желудочков, образованы сухожильными структурами, состоящими из пучков коллагеновых волокон. Это крепкие связки, которые натянуты от вершины папиллярной мышцы к створке (рис. 8.3).

Правый желудочек (удалена его передняя стенка)

Рис. 8.3. Правый желудочек (удалена его передняя стенка):

1 - передняя папиллярная мышца; 2 - задняя сосочковая мышца; 3 - передняя створка; 4 - поджелудочковый гребень; 5 - артериальный конус; 6 - легочная артерия; 7 - хорды; 8 - перегородочные папиллярные мышцы; 9 - перегородочная папиллярная трабекула

Желудочек сердца имеет форму конуса с основанием, обращенным вверх. Внутренняя поверхность полости желудочка содержит сосочковые мышцы и трабекулярный аппарат, образующие спиральную структуру, участвующую в создании вращательного движения крови (рис. 8.4).

На стенки желудочков и межжелудочковую перегородку приходится 67 % от общего объема сердца, остальная часть приходится на объемы полостей желудочков. Средний объем полости правого желудочка (ПЖ) у нормостеников в 1,5 раза больше, чем левого, у гиперстеников близко к единице и возрастает до двух при астеническом телосложении. Гипертрофия приводит к удлинению левого желудочка (ЛЖ) и увеличению его степени эластичности. Изменение объема полости ЛЖ при кровенаполнении нелинейно зависит от давления наполнения и связан с возрастом человека. Чем больше возраст, тем круче кривая, т. е. податливость стенок органа уменьшается (рис. 8.5).

Схема левого желудочка (желудочек закрыт)

Рис. 8.4. Схема левого желудочка (желудочек закрыт):

1 - узелки заслонок аорты; 2 - луночки заслонок аорты; 3 - передняя сосочковая мышца; 4 - задняя сосочковая мышца; 5 - мясистые трабекулы

Зависимость объема полости левого желудочка человека от давления наполнения при различном возрасте

Рис. 8.5. Зависимость объема полости левого желудочка человека от давления наполнения при различном возрасте

Толщина стенок ЛЖ в свободном состоянии в физиологических условиях составляет в среднем 0,7..Л,3 см. При гипертрофии она увеличивается до 2,0...2,5 см. При дилатационной кардиопатии уменьшается до 0,6 см и менее. При инфаркте миокарда может наблюдаться локальное истончение стенок до 0,3 см, которое происходит за счет миокарда.

Диаметр передней сосочковой мышцы (0,7...2,5 см) больше, чем задней (0,5...2,7 см) (рис. 8.6).

Схема разреза сердца

Рис. 8.6. Схема разреза сердца

Одна из основных функций этих мышц - обеспечение удерживания створок митрального и трехстворчатого клапанов (ЛЖ и ПЖ) через сухожилия. Участки резкого изменения кривизны поверхности желудочков являются геометрическими концентратами напряжений. На рис. 8.6 стрелками показаны места резкого изменения кривизны внутренней поверхности ЛЖ в области перегородки и сосочковых мышц.

Рассмотрим механические характеристики элементов, составляющих основные структуры сердца.

Морфологические данные предопределяют рассмотрение сердечной мышцы (миокарда) как композитного материала. Миокард состоит из мышечных волокон и опорно-трофического остова. Ориентация мышечных волокон зависит от их расположения по толщине стенки и изменяется в процессе сокращения сердца. Опорно-трофический остов, включающий кровеносные и лимфатические сосуды, клетки и волокна соединительной ткани, а также нервные волокна, составляет от 10 до 40 % миокарда. Компоненты соединительной ткани способны замещать мышечные ткани путем образования соединительно-тканного рубца, формируя, при миокардитах и кардиопатиях, очаговый и диффузный кардиосклероз.

Миокардиальная ткань в состоянии покоя обнаруживает вязко- упругие свойства. Они проявляются в релаксации напряжений при ступенчатых деформациях и в эффекте ползучести при постоянных нагрузках. Через упругий каркас ткани миокарда и папиллярной мышцы может фильтроваться жидкость, находящаяся в межклеточном пространстве и сосудистом русле. При таких условиях деформация приводит к возникновению градиентов давления между различными областями ткани. Происходит перераспределение жидкости как внутри тела, так и между телом и окружающей жидкостью. В результате перераспределения жидкости напряжения релаксируются до значения, соответствующего равновесному распределению давления жидкости в ткани. Вязкость материала миокарда значительно влияет на величину модуля нормальной упругости, что в большей мере проявляется при переходных процессах, например, при резком поднятии тяжести.

При моделировании сердца вводят допущение, что все процессы в нем установились, и сердечный цикл представляет последовательность квазистатических фаз биологического объема, обладающего свойствами нелинейной упругости и динамичности.

Диастолическая жесткость миокарда рассматривается как суммарная жесткость пассивной и активной фаз материала миокарда. Приведенный модуль упругости равен Е = СЕ + С2Е2, где С, С2 - относительные объемы пассивной и активной фазы миокарда; Е,Е2- модули нормальной упругости пассивной и активной фаз миокарда.

Изменение модуля упругости активной фазы материала миокарда в течение сердечного цикла

Рис. 8.7. Изменение модуля упругости активной фазы материала миокарда в течение сердечного цикла

Модуль нормальной упругости пассивной фазы материала миокарда Е может быть принят равным 1,85 кПа. Величина модуля нормальной упругости Е2 изменяется в течение сердечного цикла (рис. 8.7).

Структурные преобразования миокарда в период активной фазы (повышения степени актиномио- зиновых перекрытий) увеличивают его жесткость.

Для построения расчетных схем в целях исследования концентраций напряжений в стенках желудочков вводят следующие допущения (на примере ЛЖ):

1) геометрическая форма ЛЖ толстостенная сфера и толстостенный эллипсоид вращения с соотношением длин равным 1,5 (рис. 8.8). Объем фигуры рассчитывается как V= (ln/48)abc;

Геометрическое представление формы левого желудочка

Рис. 8.8. Геометрическое представление формы левого желудочка

  • 2) сосочковые мышцы схематизированы внутренним кольцевым выступом, диаметр которого берется равным толщине стенки желудочка;
  • 3) материал стенки - линейноупругий, изотропный, однородный, несжимаемый;
  • 4) сердечный цикл - последовательность квазистатических фаз ЛЖ, обладающего свойствами нелинейной упругости и активности.

Вычисления показывают, что при развитии инфаркта миокарда максимальные напряжения как в интактной зоне, так и в зоне инфаркта возникают у внутренней поверхности желудочка, минимальные - у внешней. Модуль упругости инфарктной ткани отличается от модуля упругости интактной ткани. На границах инфарктной зоны возникают концентрации напряжений. Сосочковые мышцы при инфаркте способствуют снижению напряжений в зоне инфаркта, что аналогично эффекту замедления распространения пластической деформации в присутствии концентраторов напряжений у композитных материалов. Уровень концентрации напряжений на границе зоны инфаркта зависит от отношения модулей упругости интактного и инфарктного миокарда, размеров и формы поверхности раздела зоны с интактным миокардом, формы и размеров желудочка, уровня внутрижелудочкового давления.

Изменения механических свойств в локальной зоне стенки желудочка связаны с фазовыми характеристиками заболевания, отражающимися в нарушении нормальной структуры в локальной зоне миокарда. В ишемическую фазу вследствие потери сократительной активности миокарда в результате повреждения мембран клеток развивается контрактура кардиомиоцитов и, следовательно, увеличивается жесткость материала. В следующую фазу - фазу некроза происходит гибель и деструкция материала миокарда со снижением его жесткости. Вслед за этим на месте некроза происходит рубцевание и образуются ткани, отличающиеся по строению от мышечных тканей. При переходе инфаркта в трансмуральную фазу, когда изменениями охвачены все слои стенки (эндокард, миокард, перикард) чрезвычайно высок риск разрыва сердца [2, 5,11, 15, 16].

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы