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.