Артериальное давление в физике

В каких единицах измеряется артериальное давление и почему

Артериальное давление характеризует работу кровеносной системы и считается одним из важных показателей при диагностике сердечных заболеваний. Норма этого параметра зависит от возраста, особенностей организма и общего ритма жизни.

Определение АД: особенности и виды

Артериальное давление – сила крови, воздействующей на внутренние стенки артерий (сосуды, которые переносят кровь от сердца к другим органам). В норме АД находится в переменчивом состоянии, но влияние определенных факторов может повышать и снижать значения в негативную сторону:

• стресс и эмоциональные переживания;
• употребление алкоголя;
• физические упражнения и прочие нагрузки тела;
• режим питания;
• ожирение;
• нарушение обмена веществ;
• малоподвижный образ жизни;
• наследственность;
• авитаминоз;
• метеозависимость.

Негативное изменение показателей кровяного давления провоцирует развитие:

• гипертонии;
• инсульта или инфаркта;
• ухудшения кровоснабжение головного мозга;
• сердечной недостаточности – нарушения функции сердца;
• заболеваний периферических сосудов.

Повышение и понижение АД называют гипертензией и гипотензией соответственно.

Различают два значения АД:

1. Систолическое (верхние цифры). Показывает силу сокращения сердца и выталкивания крови из артерий.
2. Диастолическое (нижние цифры). Отмечает давление в сосудах во время отдыха мышц сердца.

Величина верхнего параметра зависит от:

• размера желудочка (источника крови в сердце);
• скорости передвижения крови;
• пульсации сердечной мускулатуры;
• ширины аорты (самая большая артерия).

Нижнее АД определяется состоянием системы мелких сосудов: их гибкостью и доступностью для кровяного потока. Чем выше упругость артерий и их сопротивление, тем выше показатели на тонометре.

В каких единицах измеряют артериальное давление

АД традиционно измеряется в миллиметрах ртутного столба. Эта единица измерения артериального давления была основана еще во время изобретения барометра, который при помощи движения ртути измеряет силу, с которой воздух давит на поверхность земли. Ртуть в качестве измерительной жидкости также присутствовала в первых манометрах, которые выглядели как стеклянная вертикальная трубка с миллиметровой шкалой. Принцип работы такого механического манометра (сфигмоманометра) заключался в одновременном надавливании специального мешочка с водой на артерию до полного прекращения ее пульсации и отслеживании силы этого давления с помощью показателей на ртутной шкале. Такая конструкция постепенно дополнялась манжетой (рукавом), шлангами для подачи воздуха и стетоскопом, что в итоге привело к появлению автоматических современных тонометров.

Международные медицинские специалисты предлагают ввести другое официальное обозначение кПа – килопаскали. Однако, в настоящее время до сих пор ведутся дискуссии по поводу того, в чем измеряется артериальное давление на самом деле.

Во Франции используют другую систему единиц – сантиметры ртутного столба.

Нормы АД

Оптимальное значение показателей у здоровых людей составляет 100/65-139/89 мм. рт. ст., однако, случается так, что незначительные изменения значений выше или ниже этих норм не влияют на самочувствие человека. Чем моложе человек, тем ниже значения АД.

Увеличение показателей от 140/90 или его снижение с 90/60 уже опасно для здоровья. Такое стабильное изменение параметров свидетельствует о развитии гипертонической или гипотонической болезни, лечение которых необходимо начинать своевременно во избежание осложнений, связанных с ухудшением работы сердца. Единичное повышение или понижение давления провоцируется особенностями условий жизни: стресс, физические нагрузки и температура воздуха могут быть причиной колебания показателей.

Внутричерепное давление – патология, возникающая в результате сбоя циркуляции ликвора. Заболевание представляет…

На тонометре также высвечивается третий параметр – пульсовое давление, который является разницей между верхними и нижними цифрами. Нормой являются значения от 35 до 55 мм рт.ст. Завышенные цифры от 60 мм.рт.ст. говорят о наличии патологии в сосудах и сердце, даже если систолическое и диастолическое давления находятся в пределах нормы.

Как измерять АД

Это простая процедура, которую можно провести самостоятельно с помощью автоматического тонометра. Такие аппараты стоят не так дорого: от 1500 руб. и более. Тонометры желательно иметь людям, склонным к появлению одышки и головокружения. При использовании автоматического тонометра необходимо:

1. Привести себя в максимально спокойное состояние (по возможности).
2. Не употреблять кофеиносодержащие напитки и алкоголь (они могут влиять на значения показателей).
3. Сесть на стул, поставив обе ноги на пол.
4. Оголить правую руку вплоть до плеча и положить ее на ровную поверхность.
5. Надеть манжету так, чтобы ее нижний край на 2-2,5 см выше локтевого сгиба.
6. Зафиксировать рукав прибора, но не слишком сильно: под него должны с легкостью входить 1-2 пальца.
7. Следить за правильным расположением проводов тонометра.
8. Нажать на кнопку включения и ждать пока манжета наполнится воздухом и спустит воздух. При этом манжета может слегка сжимать руку выше локтя, что является нормальным явлением.

После сдутия рукава на тонометре высвечиваются цифры артериального и пульсового давления. На экране некоторых моделей присутствует цветная шкала, где зеленый цвет означает нормальное давление, желтый – слегка повышенное, а красный показывает значительное отклонение от нормы. В продаже имеются также говорящие тонометры, что облегчает проведение процедуры людям с ограниченными возможностями.

АД рекомендуется измерять сначала на одной, а потом на второй руке. Разница цифр на более 10 мм.рт.ст. может указывать на болезни сосудов конечностей и головного мозга.

Показатели артериального давления: зависимость от возраста

Средние значения АД часто меняются в зависимости от возраста и пола человека. У женщин до 40 лет показатели ниже, чем у мужчин, однако, после 41 года наблюдается обратная тенденция. Это обусловлено особенностями женского организма: во время детородного периода сохраняют свою активность специальные гормоны, укрепляют кровеносную систему женщины.

Артериальная гипертония – это стабильное повышение давления, вследствие уменьшения просвета сосудов. Исходя из этого,…

У людей преклонного возраста давление значительно выше, чем у людей до 50 лет. Такое АД является вариантом нормы и не причиняет болезненных ощущений. Сосуды у пожилых людей склонны к атеросклерозу, и для полноценного функционирования сердца и снабжения органов кровью давление в артериях должно быть повышено. При намеренном снижении показателей нарушается привычная работа организма, что приводит к ухудшению состояния.Показатели АД зависят от времени суток: наиболее низкое давление наблюдается в ночные часы, а высокое – утром после пробуждения и вечером за 2 часа до сна. Психологические причины также играют немаловажную роль: у многих людей при виде врачей и “белых халатов” возникает стрессовое и тревожное состояние, которое повышает АД при последующем измерении.

В заключение

Контроль динамики показателей артериального давления – простой метод диагностики многих сердечных болезней. Вовремя обнаруженное отклонение от нормы позволит избежать инфаркта или инсульта. Скачки давления почти всегда служат причиной для изменения образа жизни: отказ от стрессов и вредных привычек положительно влияет на значения цифр тонометра.

Источник

Представьте себе заполненный воздухом герметичный цилиндр, с установленным сверху поршнем. Если начать давить на поршень, то объем воздуха в цилиндре начнет уменьшаться, молекулы воздуха станут сталкиваться друг с другом и с поршнем все интенсивнее, и давление сжатого воздуха на поршень возрастет.

Если поршень теперь резко отпустить, то сжатый воздух резко вытолкнет его вверх. Это произойдет потому, что при неизменной площади поршня увеличится сила, действующая на поршень со стороны сжатого воздуха. Площадь поршня осталась неизменной, а сила со стороны молекул газа увеличилась, соответственно увеличилось и давление.

Или другой пример. Стоит человек на земле, стоит обеими стопами. В таком положении человеку комфортно, он не испытывает неудобств. Но что случится, если этот человек решит постоять на одной ноге? Он согнет одну из ног в колене, и теперь будет опираться на землю только одной стопой. В таком положении человек ощутит определенный дискомфорт, ведь давление на стопу увеличилось, причем примерно в 2 раза. Почему? Потому что площадь, через которую теперь сила тяжести придавливает человека к земле, уменьшилась в 2 раза. Вот пример того, что такое давление, и как легко его можно обнаружить в обычной жизни.

Давление в физике

С точки зрения физики, давлением называют физическую величину, численно равную силе, действующей перпендикулярно поверхности на единицу площади данной поверхности. Поэтому, чтобы определить давление в некоторой точке поверхности, нормальную составляющую силы, приложенной к поверхности, делят на площадь малого элемента поверхности, на который данная сила действует. А для того чтобы определить среднее давление по всей площади, нормальную составляющую действующей на поверхность силы нужно разделить на полную площадь данной поверхности.

Измеряется давление в системе СИ в паскалях (Па). Эта единица измерения давления получила свое название в честь французского математика, физика и литератора Блеза Паскаля, автора основного закона гидростатики — Закона Паскаля, гласящего, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Впервые единица давления «паскаль» была введена в обращение во Франции в 1961 году, согласно декрету о единицах, спустя три столетия после смерти ученого.

Один паскаль равен давлению, которое вызывает сила в один ньютон, равномерно распределенная, и направленная перпендикулярно к поверхности площадью в один квадратный метр.

В паскалях измеряют не только механическое давление (механическое напряжение), но и модуль упругости, модуль Юнга, объемный модуль упругости, предел текучести, предел пропорциональности, сопротивление разрыву, сопротивление срезу, звуковое давление и осмотическое давление. Традиционно именно в паскалях выражаются важнейшие механические характеристики материалов в сопромате.

Атмосфера техническая (ат), физическая (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2)

Кроме паскаля для измерения давления применяют и другие (внесистемные) единицы. Одной из таких единиц является «атмосфера» (ат). Давление в одну атмосферу приблизительно равно атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. На сегодняшний день под «атмосферой» понимают техническую атмосферу (ат).

Техническая атмосфера (ат) — это давление, производимое одной килограмм-силой (кгс), распределенной равномерно по площади в один квадратный сантиметр. А одна килограмм-сила, в свою очередь, равна силе тяжести, действующей на тело массой в один килограмм в условиях ускорения свободного падения, равного 9,80665 м/с2. Одна килограмм-сила равна таким образом 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера оказывается равной точно 98066,5 Па. 1 ат = 98066,5 Па.

В атмосферах измеряют, например, давление в автомобильных шинах, например рекомендованное давление в шинах пассажирского автобуса ГАЗ-2217 равно 3 атмосферам.

Есть еще «физическая атмосфера» (атм), определяемая как давление ртутного столба, высотой 760 мм на его основание при том, что плотность ртути равна 13595,04 кг/м3, при температуре 0°C и в условиях ускорения свободного падения равного 9,80665 м/с2. Так выходит, что 1 атм = 1,033233 ат = 101 325 Па.

Что касается килограмм-силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), то эта внесистемная единица давления с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что бывает иногда удобно для оценок различных воздействий.

Внесистемная единица «бар» равна приблизительно одной атмосфере, но является более точной — ровно 100000 Па. В системе СГС 1 бар равен 1000000 дин/см2. Раньше название «бар» носила единица, называемая сейчас «бария», и равная 0,1 Па или в системе СГС 1 бария = 1 дин/см2. Слово «бар», «бария» и «барометр» происходят от одного и того же греческого слова «тяжесть».

Часто для измерения атмосферного давления в метеорологии используют единицу мбар (миллибар), равную 0,001 бар. А для измерения давления на планетах где атмосфера очень разряженная — мкбар (микробар), равный 0,000001 бар. На технических манометрах чаще всего шкала имеет градуировку именно в барах.

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.)

Внесистемная единица измерения «миллиметр ртутного столба» равна 101325/760 = 133,3223684 Па. Обозначается «мм рт.ст.», но иногда ее обозначают «торр» — в честь итальянского физика, ученика Галилея, Эванджелисты Торричелли, автора концепции атмосферного давления.

Образовалась единица в связи с удобным способом измерения атмосферного давления барометром, у которого ртутный столб пребывает в равновесии под действием атмосферного давления. Ртуть обладает высокой плотностью около 13600 кг/м3 и отличается низким давлением насыщенного пара в условиях комнатной температуры, поэтому для барометров в свое время и была выбрана именно ртуть.

На уровне моря атмосферное давление равно приблизительно 760 мм рт.ст., именно это значение и принято считать теперь нормальным атмосферным давлением, равным 101325 Па или одной физической атмосфере, 1 атм. То есть 1 миллиметр ртутного столба равен 101325/760 паскаль.

В миллиметрах ртутного столба измеряют давление в медицине, в метеорологии, в авиационной навигации. В медицине кровное давление измеряют в мм рт.ст, в вакуумной технике приборы для измерения давления градуируются в мм рт.ст, наряду с барами. Иногда даже просто пишут 25 мкм, подразумевая микроны ртутного столба, если речь идет о вакуумировании, а измерения давления осуществляют вакуумметрами.

В некоторых случаях используют миллиметры водяного столба, и тогда 13,59 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Иногда это более целесообразно и удобно. Миллиметр водяного столба, как и миллиметр ртутного столба — внесистемная единица, равная в свою очередь гидростатическому давлению 1 мм столба воды, которое этот столб оказывает на плоское основание при температуре воды столба 4°С.

Источник