Toolyard

Симулятор сердца и сердечного цикла

Уравнения этой модели

P_LV = E(t) × (V − V₀)
E(t)эластанс стенки желудочканасколько жёсткая мышца: низкий, пока она расслабляется и наполняется, и растёт до E_max при сокращении; форма за каждый удар — измеренная двугорбая кривая
E_maxСократимость E_max (мм рт. ст./мл)повышается адреналином, снижается при сердечной недостаточности
Vобъём левого желудочкаV₀ = 10 мл — объём при нулевом давлении
P_LVдавление в левом желудочке

При текущих значениях:

C dP_ao/dt = Q_out − (P_ao − P_v) ÷ R
Cподатливость артерий1,4 мл/мм рт. ст.: аорта растягивается, когда в неё выталкивается кровь, а затем сжимается обратно
RОбщее периферическое сопротивление R (мм рт. ст.·с/мл)постнагрузка: узкие артерии её повышают
P_aoдавление в аортеколеблется между диастолическим и систолическим давлением
Q_outпоток через аортальный клапантолько пока P_LV выше P_ao

При текущих значениях:

SV = EDV − ESV, EF = SV ÷ EDV, CO = HR × SV
EDV, ESVконечно-диастолический и конечно-систолический объёмобъём, когда желудочек наиболее полон и наиболее пуст
SVударный объёмоколо 70 мл в покое
EFфракция выброса55–70% у здорового сердца; ниже 40% — сердечная недостаточность
COсердечный выбросоколо 5 л/мин в покое, до 20 и более при нагрузке

При текущих значениях:

MAP ≈ DBP + (SBP − DBP) ÷ 3
MAPсреднее артериальное давлениесердце дольше расслаблено, чем сжато, поэтому среднее ближе к диастолическому давлению

При текущих значениях:

Как пользоваться симулятором сердечного цикла

  1. Сердце бьётся перед вами: желудочки раздуваются при наполнении и сжимаются при сокращении, жёлтые клапаны наклоняются, открываясь, и захлопываются, а красные точки показывают путь крови из левого предсердия через левый желудочек в аорту. Числа берутся из модели левого сердца: желудочка, жёсткость которого растёт и падает каждый удар, качающего кровь в эластичные артерии.
  2. Проследите один удар по графикам: давление в желудочке растёт при закрытых клапанах, открывает аортальный клапан и выбрасывает кровь, затем падает, митральный клапан открывается, и желудочек снова наполняется. Петля давление-объём под картинкой изображает тот же удар одной замкнутой петлёй; её ширина — ударный объём.
  3. Повышайте частоту сердечных сокращений, сократимость (как делает адреналин), давление наполнения или сосудистое сопротивление и смотрите, как отвечают ударный объём, фракция выброса, артериальное давление и сердечный выброс. Большее наполнение растягивает петлю шире (закон Франка — Старлинга); большее сопротивление повышает давление и сужает её.

Частые вопросы

Какие фазы у сердечного цикла?

Четыре для каждого желудочка. Наполнение: митральный клапан открыт, и кровь поступает из предсердия. Изоволюметрическое сокращение: желудочек сжимается при закрытых клапанах, поэтому давление резко растёт без изменения объёма. Изгнание: давление превышает аортальное, аортальный клапан открывается, и кровь выходит. Изоволюметрическое расслабление: клапаны снова закрыты, и давление падает, пока не откроется митральный клапан.

Как рассчитывается сердечный выброс?

Сердечный выброс = частота сердечных сокращений × ударный объём. В покое 70 ударов в минуту на 70 мл за удар — около 4,9 л/мин; при тяжёлой нагрузке тренированное сердце может достигать 25–35 л/мин, повышая оба показателя. Ударный объём — конечно-диастолический объём минус конечно-систолический.

Что такое фракция выброса?

Доля крови в наполненном желудочке, выбрасываемая за каждый удар: ФВ = ударный объём ÷ конечно-диастолический объём. Здоровое сердце выбрасывает 55–70%. Фракция выброса ниже примерно 40% — один из главных признаков сердечной недостаточности, и именно её обычно просят измерить при эхокардиографии.

Что значат преднагрузка и постнагрузка?

Преднагрузка — насколько желудочек наполнен и растянут перед сокращением, здесь её задаёт давление наполнения; большее растяжение даёт более сильный удар — закон Франка — Старлинга. Постнагрузка — то, против чего желудочку приходится выталкивать кровь, в основном артериальное давление и сосудистое сопротивление; большая постнагрузка означает меньший выброс за удар, если сократимость не растёт.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по биологии

Ещё научные симуляции

Симулятор движения тела, брошенного под угломСимулятор маятникаСимулятор опыта с двумя щелямиСимулятор электрического поляСимулятор орбитСимулятор пружинного маятникаСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома Бора3D-просмотр молекулСимулятор идеального газаСимулятор линз и зеркалСимулятор стоячих волнСимулятор эффекта ДоплераСимулятор столкновений и импульсаСимулятор RC- и RL-цепейСимулятор заряженной частицы в магнитном полеСимулятор излучения абсолютно чёрного телаСимулятор специальной теории относительностиСимулятор преломления и полного внутреннего отраженияСимулятор последовательных и параллельных цепейСимулятор течения жидкости и закона БернуллиСимулятор электромагнитной индукцииСимулятор кривой титрованияСимулятор скорости реакции и теории столкновенийСимулятор химического равновесия (Ле Шателье)Симулятор гальванического элемента и электролизаСимулятор кривой нагревания и фазовых переходов3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор буферовСимулятор хроматографииСимулятор спектрофотометра и закона Бугера — Ламберта — Бера3D-просмотр кристаллических решётокСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты