Wie gilt das Bernoulli-Prinzip für das Herz-Kreislauf-System?

Das Bernoulli-Prinzip kann bei der Anwendung auf das Herz-Kreislauf-System etwas knifflig sein, gilt aber dennoch für das gesamte System. Sie erwähnen einen guten Punkt, dass das Verhältnis an der Aorta oder den Arterien aufgrund der ständigen Druckschwankung zwischen systolisch und diastolisch ohne signifikante Änderung des Gefäßdurchmessers nicht ganz richtig zu sein scheint. Denken Sie daran, dass dies auf den pulsierenden Blutfluss aus dem Herzen zurückzuführen ist und nichts mit dem Bernoulli-Prinzip zu tun hat. Wenn der Fluss konstant (dh nicht pulsierend) wäre, dann wäre der Druck konstant, da der Durchmesser der Gefäße konstant ist. Wenn der Durchmesser der Gefäße abzunehmen beginnt, würde die Geschwindigkeit zunehmen, um einen konstanten Wert beizubehalten.

Wie Sie bereits erwähnt haben, beschreibt das Bernoulli-Prinzip, wie das Produkt aus Fläche und Strömungsgeschwindigkeit in einem System konstant sein muss. Wenn die Gesamtoberfläche des Systems zunimmt, nimmt sowohl der Druck als auch der Durchfluss ab. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass, obwohl die Kapillaren so klein und einzeln hochohmig sind (was nach dem Bernoulli-Prinzip die Geschwindigkeit erhöhen sollte), Sie effektiv eine unzählige Anzahl dieser sehr kleinen Widerstände parallel (nicht in Reihe) hinzufügen ) und der Widerstand insgesamt (und folglich Druck + Durchfluss) nimmt stark ab.

Beim Hinzufügen von Widerstand in Reihe addiert sich der Gesamtwiderstand und summiert sich schnell!

$$R_{Total} = R_1 + R_2 + R_3$$ Während der parallele Widerstand den Kehrwert des Widerstands addiert, bedeutet dies, dass der Gesamtwiderstand aufgrund der folgenden Beziehung weiter abnimmt, wenn mehr Widerstände (oder Kapillarwege) hinzugefügt werden: $$\frac{1}{R_{Total}} = \frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}$$

Das parallele Widerstandszeug war für mich als Student schwer zu verstehen, weil es meiner Meinung nach nie Sinn machte, dass der Widerstand erheblich abnahm, wenn Sie all diese kleinen Kapillaren hinzufügten. Einer meiner Physiologie-Professoren hat es gut beschrieben, als er sagte: „Denken Sie daran, parallel Widerstand hinzuzufügen, in der Art und Weise, wie Kapillarbetten und andere Gefäße im Herz-Kreislauf-System sind, als ob Sie dem Blut einen anderen Ort geben würden, an den es gehen kann . “ Wenn das Blut mehr Stellen hat, an die es fließen kann, ist es einfacher zu erkennen, warum der Widerstand so stark abfällt, wenn Sie ein paar zusätzliche Stellen hinzufügen, an denen das Blut fließen kann.

Ich denke, es gibt mehrere Dinge, die verhindern, dass das Bernoulli-Prinzip direkt angewendet wird.

Erstens würde uns das Bernoulli-Prinzip helfen, den Druck zu berechnen, den das Blut auf die Wände der Gefäße ausübt, aber das misst der Blutdruck nicht. Der Blutdruck misst die Kraft, die aufgewendet werden muss, um den Blutfluss zu stoppen. Es gibt eine Beziehung zwischen den beiden, aber es ist nicht sauber.

Zweitens macht die Verzweigung die Oberflächenberechnungen anders als bei einem einzelnen Rohr. Die Arterien haben eine größere Querschnittsfläche als die Aorta, aber sie haben viel, viel mehr Oberfläche – ein viel größerer Unterschied als ein einzelnes Rohr mit diesen Querschnittseigenschaften hätte.

Das Bernoulli-Prinzip bedeutet also, dass das Blut mehr Druck auf die Oberfläche der Arterien und Arteriolen ausübt als auf die Aorta. Druck ist jedoch Kraft pro Flächeneinheit, und die kleineren Gefäße haben viel mehr Fläche, sodass der Druck in jedem einzelnen Gefäß geringer ist.