سیستم قلب و گردش خون در بخش (۲-۱) ارائه خواهد شد. بخش (۲-۲)، شرح سیکل عملکردی قلب با جزئیات آن خواهد بود. بخش (۲-۳)، به بررسی مدل مداری قلب خواهد پرداخت. در بخش (۲-۴)، مطالعه یک مدل ترکیبی از قلب و LVAD انجام خواهد شد و پاسخ مدار باز این مدل به کمک دو الگوی متمایز از سرعت چرخش پمپ یعنی ورودی پله و شیب و برای مقادیر متفاوت مقاومت سیستمی قلب (SVR) شبیه سازی خواهد شد.
( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
قلب و سیستم گردش خون
قلب
قلب، عضو مهمی در سیستم گردش خون است. قلب در حفره صدری یا همان محفظه قفسه سینه، بین ریههای چپ و راست قرار دارد. زمانی که قلب منقبض می شود، سایز آن به اندازه مشت فرد خواهد شد. استخوانهای قفسه سینه، دندهها و غضروفها، در مجاورت سطوح جلویی و بالایی قلب قرار دارند. بعد از قلب، مری و حفره صدری قرار گرفتهاند. بخش تحتانی قلب، به ماهیچه دیافراگمی نزدیک بوده و در بخش فوقانی آن وریداجوف یا سیاهرگ بزرگ (Superior Vena Cava)، آئورت و شریان ریوی قرار دارد. شیارهایی در سطح قلب وجود دارند. شیارهای اکلیلی (Coronary Sulcus) که بخش جدایش و حدی بطن و دهلیز میباشد. شیار طولی قدامی -خلفی (anterior-posterior longitudinal sulci) که صفحه جدایش بطن چپ و بطن راست میباشد. شکل (۲-۱)، بخشهای جلویی و عقبی قلب را نشان میدهد.
(الف)
(ب)
شکل۲- ۱- نماهای جلویی و عقبی قلب [۱۶]
قلب عضوی تو خالی است که درون آن به چهار بخش و یا حفره تقسیم می شود. دو حفره بالایی، دهلیزها میباشند که با دیواره دهلیزی به دهلیز چپ و راست تقسیم میشوند. همچنین دو حفره پایینی، که بطنها نام دارند و به وسیله دیواره بطنی به بطن چپ و راست تقسیم میگردند. شکل (۲-۲)، ساختار اصلی قلب را نشان میدهد.
شکل۲- ۲- ساختار اصلی قلب [۱۶]
سیستم گردش خون
سیستم گردش خون، شامل قلب و بخشهای مربوط به انتقال خون ( شریانها، شریانهای کوچک یا مویرگها و خون) است،که وظیفه آنها رساندن اکسیژن و مواد مغذی به بافتهای بدن و گرفتن محصولات فرعی از متابولیسم بدن میباشد. شکل (۲-۳-الف)، بلوک دیاگرام فرایند گردش خون در بدن انسان را نشان میدهد. این فرایند، شامل دو چرخه است: چرخه سیستمی و چرخه تنفسی (۲-۳-ب).
(الف)
(ب)
شکل۲- ۳- بلوک دیاگرام و چرخه سیستمی و تنفسی فرایند گردش خون انسان [۳۱]
چرخه سیستمی، که به عنوان چرخه اصلی نیز شناخته می شود، از بطن چپ آغاز میگردد. زمانی که بطن چپ منقبض می شود، خون دهلیز، که شامل اکسیژن و مواد مغذی برای تغذیه بافت های بدن است، از طریق بطن به آئورت پمپاژ شده و سپس از طریق شاخه های مختلف شریانها وارد مویرگها میگردد. خون شریانها، تبدیل به خون سیاهرگی یا وریدی می شود و حاوی دی اکسید کربن و محصولات متابولیک است که به شکل گاز و محصولاتی خواهند بود که از طریق مویرگها از سلولها و بافتهای بدن دریافت میگردند. خون سیاهرگی، از طریق مویرگها به رگهای کوچک (Venules) وارد شده و به سمت ورید اجوف فوقانی و تحتانی جریان یافته، و از سطوح مختلف سیاهرگها به سینوس کرونری (Coronary Sinus) برمیگردد و سپس به دهلیز راست میرود. پس از آن، خون سیاهرگی ازطریق دهلیز راست به سمت بطن راست جریان یافته و چرخه تنفسی شروع می شود.
چرخه تنفسی گردش خون، که به عنوان چرخه فرعی نیز از آن نام برده می شود، از بطن راست شروع شده و با انقباض بطن راست، خون سیاهرگی به شریان ریوی رفته و سپس به مویرگهای دیواره کیسههای تنفسی ریه میرود. این عمل،از طریق تمام شاخه های شریانی موجود در ریه صورت میپذیرد. پس از آن، خون سیاهرگی تبدیل به خون سرخرگی حاوی اکسیژن اشباع شده، میگردد، که این عمل به کمک تبادل گازها بین رگها و کیسههای هوایی شکل میگیرد. پس از آن، خون سرخرگی از طریق مویرگها به رگهای کوچک رفته و به سمت وریدهای ریوی چپ و راست میرود و از طریق آنها به سمت دهلیز چپ جریان مییابد. نهایتاً، خون سیاهرگی از دهلیز چپ وارد بطن چپ شده و یک چرخه سیستمی دیگر آغاز خواهد شد.
سیکل قلبی
بررسی برخی از مفاهیم اصلی
در این بخش، قبل از پرداختن به مبحث ساختار سیکل یا چرخه قلبی، که موضوع اصلی این قسمت میباشد، لازم است که برخی مفاهیم اصلی و پایهای مرتبط با این ساختار، توضیح داده شوند.
میزان ضربان یا نرخ ضربان (HR): نرخ ضربان، در واقع همان تعداد ضربان قلب بر واحد زمان است و به شکل ضربان بر دقیقه (bpm) بیان می شود که با توجه به سن، جنس و دیگر نیازهای فیزیولوژیکی بدن انسان، متغیر خواهد بود.
خالی شدگی (Systole): خالی شدگی، فازی از چرخه قلبی است که قلب در آن، در حال انقباض است. در طی این فرایند، فشار در دهلیزها و بطنها تولید شده و قلب جریان خون را در این حالت پمپاژ می کند. شکل (۲-۴)، فاز خالی شدگی بطن را نشان میدهد.
پرشدگی (Diastole): پرشدگی، فازی از چرخه قلبی است که در آن قلب پس از فاز خالی شدگی، از خون پر می شود. شکل (۲-۵)، فاز پرشدگی بطن را نشان میدهد.
شکل۲- ۴- فاز خالی شدگی بطن
شکل۲- ۵- فاز پرشدگی بطن
حجم ضربه (Stroke Volume): حجم ضربه، حجم خونی است که از یکی از بطنهای قلب با هر ضربان پمپاژ می کند. این مقدار، تقریبا برای هر دو بطن چپ و راست قلب برابر است. این میزان از رابطه زیر تبعیت می کند:
معادله (۲-۱) SV= EDV- ESV
در اینجا EDV، حجم پایانی پرشدگی و یا حجم خونی است که درون بطن در ابتدای هر ضربان قلب وجود دارد و ESV، حجم پایانی خالی شدگی و یا حجم خونی است که در پایان هر ضربان قلب وجود دارد.
خروجی قلب (CO): خروجی قلب، حجم خونی است که توسط بطن در یک دقیقه پمپاژ می شود. این مقدار از حاصل ضرب حجم ضربه در نرخ ضربان، به شکل زیر به دست می آید.
معادله (۲-۲) CO = SV * HR
پیش بارگذاری (Preload): پیش بارگذاری، میزان “بار” قبل از شروع انقباض ماهیچههای قلب میباشد و به عنوان بار حجمی نیز شناخته می شود.
پس بارگذاری (Afterload): پس بارگذاری، میزان”بار”ی است که قلب در آغاز شروع انقباض دارد و توسط آن بر مقاومتش غلبه کرده و خون را خارج می کند و به عنوان بار فشاری نیز شناخته می شود.
چرخه قلبی
چرخه قلبی، بازهی زمانی مابین دو ضربان متوالی قلب است. به عنوان مثال، برای یک قلب طبیعی و سالم، اگر نرخ ضربان قلب bpm75 باشد، چرخه قلبی ۰.۸ثانیه بطول میانجامد. یک چرخه قلبی شامل دو فاز اصلی است: فاز خالی شدگی (انقباض) و پرشدگی (انبساط یا حالت آرامش) برای بطنها و دهلیزها. بنابراین، در طی بازه پمپاز خون توسط قلب، بطن می تواند نقش اصلیتری را در مقایسه با دهلیز بازی کند. اگرچه، چرخه قلبی اغلب به معنای سیکل عملکردی همان بطن است.
شکل (۲-۶)، تغییرات چندین متغیر همودینامیکی را همچون فشار بطن چپ (LVP)، فشار آئورتی (AoP)، فشار دهلیز چپ (LAP) و حجم بطن چپ (LVV)، در طی یک سیکل قلبی نشان میدهد.
برای اینکه بتوان درک بهتری از جزئیات یک سیکل کامل قلبی داشت، آن را میبایست به ۸ فاز تقسیم بندی کرد [۱۹].
شکل۲- ۶- تغییرات LVP, AoP, AP و LVV در طی یک سیکل قلبی [۱۹]
فاز اول- انقباض هم حجم:
زمانی که موج R از مجموعه QRS رخ داد، بطن چپ شروع به انقباض می کند، که نشان دهنده تغییرات پتانسیل و زمانی، در غیر قطبی شدن بطن است. بیشترین میزان غیر قطبی شدن در موج الکتروکاردیوگرام (شکل ۲-۶)، در نقطه پیک یا بیشینه آن بدست می آید. فشار بطن چپ به خاطر انقباض قدرتمند عضلههای قلب به سرعت افزایش مییابد. زمانی که فشار بطن چپ بر فشار دهلیز فائق آمد، خون در بطن چپ، دریچه میترال (در دهانه میانی بطن و دهلیز چپ) را وادار به بسته شدن می کند. دریچه میترال به کمک ماهیچههایی که دارای برآمدگی میباشند، در آن نقطه کاملا بسته شده و انقباض ماهیچههای حلقوی، باعث کاهش قطر در سطح تلاقی دهلیز- بطن شده و از این جهت از برگشت خون به دهلیز چپ جلوگیری می شود. در این لحظه، فشار بطن چپ خیلی سریع افزایش مییابد، اما تا زمانی که این فشار از فشار آئورتی در دهانه آئورت (حدود mmHg80 در پایان خالی شدگی) تجاوز نکند، دهانه دریچه آئورتی، همچنان بسته میماند. در طی این بازه زمانی کوتاه (به طور طبیعی حدود ۰.۰۵ثانیه)، دریچههای میترال و آئورتی بسته نخواهند بود؛ اندازه فاصله بین نوک قلب و انتهای آن (اندازه طولی قلب) کاهش خواهد یافت. همچنین بطن چپ، شکل و حالت گرد به خود خواهد گرفت و تنش عضلات بطن بالا رفته، اما حجم بطن چپ تغییر نخواهد کرد. چنین حالتی انقباض همحجم نامیده می شود.
فاز دوم- تخلیه سریع:
در این فاز، عضلات قلب، انقباض خود را حفظ کرده و تنش در آنها تا حدی بالا میرود که باعث میگردد، فشار بطن چپ کمی بیشتر از فشار آئورتی شده و دریچه آئورتی باز شود. در این زمان، خون به آئورت تخلیه شده و به سرعت، جریان به بالاترین حد خود میرسد. در انتهای مرحله تخلیه سریع، فشار بطن چپ می تواند به بالاترین مقدار خود (mmHg130 تا ۱۲۰ در بطن چپ) دست یابد. این فاز تنها ۰.۰۹ثانیه طول میکشد، اما حجم خون خارج شده حدود ۸۰ تا ۸۵% حجم ضربه را شامل می شود.
