рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Биофизика кровообращения

Биофизика кровообращения - раздел Физика, Биофизика Кровообращения ...

Биофизика кровообращения

Введение

 

Разрабатывая данный курс в рамках специальности 653900 “Биомедицинская техника” пришлось столкнуться с проблемой – как в относительно коротком курсе отразить основы биофизики, которая включает в себя огромное количество знаний, накопленных человечеством в данной области. Огромные успехи накоплены в этой области в различных ее направлениях – это в основном физические процессы, происходящие как в различных органах и тканях, так и на различном уровне их организации – от внутриклеточного, клеточного до органного. Поэтому необходимо было принять решение выбрать такую дисциплину из большого их многообразия, которая с одной стороны вбирала бы в себя возможно больший спектр различных направлений биофизики, а с другой стороны наиболее точно отражала бы связь будущей специальности выпусников кафедры 310 с потребностями специалистов в данном направлении. И качестве такой дисциплины была выбрано такое важное направление в биофизике, как биофизика кровообращения. Конечно, немаловажную роль при выборе данной дисциплины сыграл и тот факт, что по роду моей основной работы в НИИ Трасплантологии и Искусственных Органов к этой области знаний приходилось обращаться наиболее часто. Кроме того, кафедра 310 уже в течение многих лет сотрудничает с институтом по проблеме создания систем для частичной и полной замены сердца.

При составлении данного курса не менее важным было также принять во внимание и те дисциплины специальности 653900 ”Биомедицинская техника”, которые будут прочитаны студентам на последующих курсах, чтобы начальные знания в данной области помогли бы лучше понять эти дисциплины.

Сама по себе биофизика кровообращения вобрала в себя тоже большой спектр различных направлений – это, прежде всего биомеханика процессов кровообращения, тепловые и электрические процессы, биоэнергетика и другое.

Целью настоящего курса было, прежде всего, ознакомить Вас как с основами организации сердечно-сосудистой системы в целом, так и более детально рассмотреть некоторые наиболее важные свойства и закономерности в системе кровообращения.

Гидродинамика кровообращения охватывает широкий круг актуальных проблем, связанных с движением крови и переносом веществ в организме. Эти проблемы можно классифицировать двумя способами. Первый способ основывается на расчленении системы кровообращения на отдельные части, для каждой из которых строится своя теория. К таким частям относятся сердце, аорта, артерии, артериолы, капилляры, венулы, вены. Второй способ основан на объединении принципиально сходных биомеханических процессов, происходящих в различных частях системы кровообращения, - работы клапанов, движения крови в полостях и цилиндрических или сужающихся сосудах с мышечными стенками, обладающими способностью к активному сокращению, фильтрации воды через стенки, переноса кислорода и других газов и т.д.

Важным биомеханическим процессом, обеспечивающим кровообращение, является работа сердца, которое условно можно представить в виде насоса с четырьмя камерами, соединенными попарно. Свою работу сердце выполняет благодаря ритмичным сокращениям мышечной ткани, образующей его стенки. Выявление особенностей этого процесса и построение его математических моделей при активном и пассивном состоянии мышц позволяет решить также вопрос о том, какие характеристики системы необходимо определить экспериментально.

Достаточно подробно описана динамика сердечного цикла и механических явлений и закономерностей в целостном сердце. Кратко описана проводящая система сердца и даны основые понятия из теории образования биопотенциалов.

При изучении течения крови в крупных сосудах основное внимание обращается на распространение пульсовой волны по стенке сосуда, на изменение профиля и скорости течения.

Мало изученными до сих пор остаются вопросы движения крови по артериолам и капиллярам. Именно в артериолах происходит основное понижение давления и скорости течения. Поэтому важно определить зависимость их гидравлического сопротивления в стационарном и нестационарном режимах от состава и свойств крови и от сокращения гладкой мускулатуры стенок. Задача исследования крови в капиллярах сводится к анализу движения отдельных форменных элементов по сосуду, соизмеримому с их размерами. При этом необходимо учитывать как деформации самого форменного элемента крови, так и особенности течения плазмы в смазочном слое между частицами и стенкой. Здесь же возникает еще одна актуальная проблема, связанная с фильтрацией воды и растворимых веществ, а также газов через стенки капилляров в окружающие ткани и в обратном направлении в венозную систему.

 

Конечно, даже значительно сокращая, трудно освятить данное направление в ограниченных рамках курса. Поэтому и тут пришлось только лишь обозначить некоторые очень важные направления – это, прежде всего процессы регуляции в системе кровообращении, электрические процессы в сердце, биоэнергетику сердечной мышцы, тепловые процессы в системе кровообращения и др.

По сути, данный курс можно считать лишь только вводным курсом по биофизике кровообращения, изложенным достаточно в сжатом виде, поскольку в нем даны лишь необходимые основы анатомии и физиологии, приведены лишь основные термины и определения, а использование математического аппарата сведено к минимуму.

Для облегчения понимания курса в целом в начале курса мы приводим некоторые сведения из основ механики жидкостей и твердых тел, которые могут быть полезны и при изучении других физиологических систем.

При создании данного курса мы использовали некоторые сведения из таких фундаментальных работ как монография “Механика кровообращения” К.Каро, Т.Педли с соавт., так и некоторые аспекты из нашей монографии “Биомеханика сердечной мышцы” (В.И.Шумаков с соавт.). Ряд данных был получен из курсов по физиологии кровообращения, прочитанных в ведущих американских колледжах, и некоторых собственных исследований в данной области. Кроме того, при описании многих разделов мы пытались связать некоторые процессы, происходящие в норме, с некоторыми видами основных патологий в сердечно-сосудистой системе.

 

Слайд 1-1. Из Интернета (Жидкость)

Тема 1. Механика жидкости и реология крови.

Лекция 1-1. Гидростатическое давление.

Cлайд 1-2

Рассмотрим покоящуюся жидкости, в которой тангенсальные силы отсутствуют, напряжение сводится к одному только статическому давлению. При этом в горизонтальном направлении давление не меняется. Оно зависит только от расположения точки относительно свободной поверхности жидкости в сосуде. Разница между давлением, измеренным на глубине D Н, и давлением у пов-ти прямо пропорциональна D Н.

Принцип Паскаля.

Слайд 1-3.

  Слайд 1-3.Принцип Паскаля.

Слайд 1-5.

И, если силу выражать в Ньютонах, то давление будет: 1 Ньютон/м2 = 1 Паскаль (Ра) В системе единицSIдавление измеряют впаскалях Па или

Слайд 1-6.

 

Закон сохранения массы: уравнения неразрывности.

Закон сохранения массыгласит, что масса не может исчезать или появляться - и этот принцип называется принципом сохранения массы

А1 (где v1n –нормальная скорость к дифференциальной площади в поперечном сечении… а массу вытекающей жидкости как ∫ ρ v2n dA

.

 
 

 

 


Слайд 1-6. Баланс сил в потоке жидкости

 

Принятые допущения

а) v1 и v2 постоянны в сечениях 1 и 2 и нормальны к ним.

b) Поток стационарен и объем трубки постоянен во времени.

 

A1 v1 =A2 v2 =Q ( константа) (1-2)

Q – объемный расход в (м3/с)

 

Слайд 1-7. Данный принцип исходит также из несжимаемости воды и крови. Еще одним важным условием является жесткость трубок, по которым течет жидкость.

В случае нежестких трубок, масса втекающая – масса, вытекающая = скорости изменения массы внутри трубки

 

ρ v1n dA -ρ v2n dA = - ∂/∂t ∫ ρ dV (1-3)

А1 А2 V

Т.е в растяжимой трубке подобной аорте в каждый момент величина (V1A1-V2A2) равна скорости увеличения объема между двумя плоскостями.

 

 
 

 


Скорость v1 Скорость v2

 
 


Площадь А1 Площадь А2

 

К закону сохранения массы

 

Если скорости отличаются в сечениях, то

 

 
 


V1 = 1/ A1 ∫ v 1 dA

 
 


V2= 1/ A2 ∫ v 2 dA ( 1-4)

 

 

Q = A1 V1 =A2 V2 (1-5)

 

 

В случае стационарного потока объемный расход будет одинаков во всех частях даже растяжимой трубки.

Количественной характеристикой течения крови является линейная скорость кровотока, то есть скорость перемещения малого объёма крови, размер которого намного меньше диаметра сосуда.

Для интегральной характеристики процесса массопереноса через данное сечение сосуда используют среднее значение линейной скорости , либо среднее значение объёмной скорости (его иногда кратко называют расходом), которые связаны соотношением:

Q =V S (1-6) ,

 

где – площадь поперечного сечения сосуда.

 

Из условия непрерывности потока следует, что для участка сосуда без источников и стоков = const, в то время как изменяется обратно пропорционально .

Очевидно, что количество крови, притекающей по артериям к какому – либо органу в единицу времени, в среднем равно количеству крови, оттекающей от него по венам; при этом средняя по сечению скорость кровотока в артериях существенно зависит от времени в течение сердечного цикла, а в венах практически постоянна на том же интервале времени. То есть венозный кровоток является стационарным (не пульсирующим), а артериальный – нестационарным (пульсирующим).

Теорема Бернулли.

Слайд 1-8.

Второй общий принцип механики сплошных сред касается сохранения энергии. Этот принцип можно использовать для получения важного результата, касающегося стационарного потока жидкости в условиях, когда можно пренебречь вязким трением (превращение в тепловую энергию). Обычно эти условия выполняются вдали от границ твердого тела.

И здесь удобно ввести понятие-линия тока-это воображаемая кривая, которая в каждый данный момент направлена так, что в каждой своей точке она параллельна направлению движению среды в этой точке.

Мысленно выделим из стационарного потока трубку, границы которой образованы линиями тока.

Сечение 2, Скорость V2, давление р2

Площадь А2,уровень h 2»

           
   
 
 
   


Скорость V21

 
 


Сечение 1,

давление р1

уровень h1

Cлайд 1-8. К теории Бернулли.

 

Концы трубки расположены на разных уровнях:

На нижнем конце H=h1и поднимается к вернему концу на уровеньH=h2(где скоростьтечения V2 , а площадь А2).

Применим к этому объему жидкости принцип сохранения энергии:

Увеличение кинетической энергии (от широкой части к узкой)+

Увеличение потенциальной энергии (жидкость течет вверх ) = работе,совершаемой силами давления на концах трубки.

Или в математической форме: величина полного давления Р1, задается как:

 

P1= р1 + 1/2rV12 + g rh 1 (1-7)

 

И равна величине полного давления Р2:

P2= р2 + 1/2rV22+ g rh 2 (1-8)

 

Таким образом , P- полное давление напора остается постоянной вдоль линии тока (пренебрегая вязкими потерями). Это и есть теорема Бернулли.

Когда жидкость движется в горизонтальном направлении , р падает в тех участках, где возрастает абсолютная вел-на скорости V и наоборот.

Величина g rh эквивалентна гидростатическому давлению

,а величину 1/2rV 2 называют динамическим давлением

Слайды 1-9,1-10. Примеры теоремы Бернулли

Реология крови

Реология это изучение деформации и течение материала. Объект или тело деформируются, если его форма и размер изменяются под воздействием сил. Если степень деформации изменяется постоянно со временем, то тело рассматривается как жидкость. Данная тема посвящена поведению крови при ее течении по сосудам. Основа понимания реологических характеристик крови как жидкости in vivo при нормальных условиях поможет нам определить границы эффектов ненормальных условий потока таких, как влияние стеноза клапанов, стеноза сосудов на форменные элементы крови. Понимание динамики потока в таких устройствах как протезы клапанов сердца, сосудистые протезы и искусственное сердце и влияния условий таких потоков на кровь также поможет нам улучшить конструкции имплантатов. Кроме того, широко используются в медицине и некоторые экстракорпоральные устройства такие, как оксигенатор крови, диализные машины и вспомогательные насосы. Поэтому понимание поведения потока крови в таких устройствах также поможет нам в улучшении конструкций этих устройств так , чтобы минимизировать травму крови и улучшить функционирование этих устройстввы механики жидкостей .

Жидкость или газ деформируются под воздействием сдвиговых напряжений. В покое жидкости не имеют сдвиговых напряжений.

Мы рассматриваем жидкость как сплошную непрерывную среду. В макроскопической шкале характеристики жидкости описываются такими параметрами как плотность, температура, давление и т.д.

Рассмотрим основные свойства жидкости:

· Плотность

· Вязкость

· Поверхностное натяжение

· Сжимаемость

 

Плотность

 

r = Масса/Объем (кг/м3)

ρ воды= 999 кг/м3 при 15о С

ρ воздуха = 1.22 кг/м3 (при стандартном атмосферном давлении)

ρцельной крови = 1060 кг/м3 (6% выше, чем воды)

 

Удельный вес , S = плотность жидкости / плотность воды

Для цельной крови S = 1.06

Понятие вязкости.

Слайд 1-11.

     

Слайд 1-12

Неньютоновские жидкости, описываемые нелинейностью и представленные кривой, выходящей из начала координат можно представить уравнением:   τ =к γ n (1-10) ,

Ускорения элемента жидкости ´ масса = сумме напряжений и массовых сил

 

Н

V(Н) p1 Н Напряжение

So + DS

Р DН Р

Вес

So

Напряжение

p2

 
 


Хо Хо+DХ

Пусть, например, элемент жидкости движется в направлении х в прямолинейном потоке, скорость в котором изменяется с координатой высоты Н, но не… Сила тяжести или вес направлена вниз. Из баланса сил в вертикальном направлении следует, что при заданном х давление изменяется с высотой так же, как и в…

Сливной резервуар

Рвх Рвых

 

 
 


К манометрам

Слайд 1-14. Эксперимент Пуазейля.   В стенке трубы проделаны через небольшие интервалы маленькие отверстия для измерения давления.

Рвх

 
 

 


Вход
Рвых

 
 

 


Слайд 1-14. Падение давления на начальном участке .

Проведя подобные эксперименты с трубками разного диаметра,мы увидим,что при заданном градиенте объемный расход Q резко увеличивается с ростом диаметра, а именно пропорционален r4.

Кроме того, при увеличении вязкости для поддержания заданного постоянного расхода необходимо увеличить градиент давления.

На основании этого Пуазейль вывел знаменитый закон для стационарного потока, достаточно удаленной от ее начала:

 

Dp = 8 m LQ/p r4 или Q= Dp pr4 / 8 m L (1-14)

 

m- вязкость жидкости,

L- длина трубки

Таким образом, имеется три первичных фактора, определяющих сопротивление потоку крови: диаметр сосуда (или радиус), его длина и вязкость крови. При этом сопротивление сосуда (R) прямо пропорционально длине сосуда (l) , вязкости крови (m) и обратно пропорционально радиусу в 4 степени (r4)

R ~ L m / r4 (1-15)

Длина сосуда практически не изменяется внутри организма и поэтому может рассматриваться как константа. Вязкость обычно изменяется мало , однако, как мы покажем дальше, может значительно изменяться от гематокрита, температуры и скорости потока.

Зависимость между скоростью потока, радиусом и длиной сосуда показана на слайде .При этом принимается, что имеет место ламинарный поток, а давление, вязкость и длина сосуда являются константами.

 

Слайд 1-14. Зависимость скорость кровотока – радиус сосуда.

 

Как видно уменьшение радиуса сосуда сильно влияет на поток и прямо пропорционально радиусу в 4 степени. Например, когда

радиус уменьшается только в 2 раза (0.5 относительный радиус)

поток уменьшается в 16 раз. Вновь сформированный поток будет составлять приблизительно 6% от исходного потока.

Заметим только, что формула (1-17) является примером решения уравнения Навье-Стокса для стационарного потока в прямой горизонтальной трубе круглого сечения со следующими дополнительными ограничениями:

1. Жидкость имеет гомогенную вязкость при всех скоростях сдвига

2. Трение жидкости у стенки намного больше внутреннего трения в жидкости и скорость жидкости у стенки равна нулю

3. Поток ламинарный

4. Поток стационарный-нет ускорений

5. Стенки трубки жесткие

Интересно, что гидравлическое уравнение Пуазейля можно переписать в терминах закона Ома, полагая, что давление – P-это напряжение-U,поток Q– ток Iи параметры трубки и жидкости (вязкость) 8 m l/pr4сопротивление R:

I = U/R Q=P/R; R=8 m l/pr4 = 8 m l/А2 (1-16)

 

Распределение давления и формы профиля скорости вдоль трубки показаны на слайде 1-10. Длина начального участка трубки (), на котором происходит перестройка профиля скорости от плоского до параболического, может быть оценена неравенством: , где - внутренний диаметр трубки. Участок,на котором давление падает быстро – называется начальным участком или областью входа.Поток за начальным участком называется полностью развитым.На этом участке градиент падает с расстоянием линейно и растет линейно с увеличением расхода.

Т. е. поток с параболическим профилем скорости (пуазейлевский поток) устанавливается только в прямой трубке на большом удалении от входа, а также от изгибов, сужений, ветвлений сосудов. Приняв, например, диаметр сосуда равным 5 мм, получим, что длина начального участка должна быть не менее 0.5 м. Вряд ли можно найти в сосудистой системе сегмент, удовлетворяющий всем перечисленным выше ограничениям. Тем не менее, описанная гидродинамическая модель пуазейлевского потока широко используется, напрмер, для лабораторной калибровки расходомеров крови в стандартных условиях пуазейлевского потока.

 

 
 

 


Слайд 1-15. Развитие Пуазейлевского течения.

 

 

Физически эволюцию профиля скорости легко объяснить следующим образом. У самого входа все элементы жидкости движутся с одинаковой скоростью, и профиль скорости однородный или плоский. Однако та часть жидкости, которая соприкасается со стенкой трубки, полностью останавливается из-за прилипания на стенке. Немедленно устанавливается градиент скорости между неподвижной жидкостью у стенки и соседними элементами жидкости в ядре потока. По мере продвижения жидкости вдоль трубки вязкость все в большей степени видоизменяет начальный плоский профиль скорости. Исходно высокий градиент скорости у стенки становится меньше, а сдвиг охватывает все большую часть ядра потока. Следует иметь в виду, что как следствие закона сохранения масс центральная часть потока ускоряется с тем, чтобы объемный расход через любое сечение оставался постоянным. При этом , градиент скорости, который сначала был заметен около стенки, начинает проявляться на все больших расстояниях от нее. В конечном счете, скорость становится неодинакова по всему поперечному сечению трубки: она максимальна на оси и постепенно уменьшается по направлению к стенкам. Профиль скорости принимает вид параболы, устанавливается пуазейлевское течение. Когда этот полностью развитый профиль достигнут, он уже не меняется дальше вниз по течению.

Особенность ламинарного кровотока заключается в том, что чем крупнее частицы крови, тем ближе они располагаются к оси сосуда. В результате осевой поток крови почти целиком состоит из эритроцитов, образующих довольно компактный движущийся цилиндр с оболочкой из плазмы, содержащий мало клеток. Таким образом, средняя скорость кровотока выше, чем скорость тока плазмы.

 

Представление о пограничном слое.

Слайд 1-15.

У входа толщина слоя чрезвычайно мала и за пределами этого слоя профиль скорости практически плоский и влияние вязкости незначительно. Далее вниз по… Толщина пограничного слоя растет вдоль трубки как корень квадратный расстояния… С увеличением расхода или скорости свободного потока толщина пограничного слоя уменьшается и увеличивается с ростом…

Для трубки d= 2см длина начального участка при числе Re = 1000 составит 60 см – это значение характерно для аорты человека ,конечно, при условии, что аорта-прямая трубка, а поток в ней – стационарный и имел скорость 20см/сек.

Следует отметить ,что данное выражение удовлетворительно предсказывает длину начального участка при значениях числа Рейнольдса в интервале 10 – 2500.

Число Рейнольдса.

Подробнее остановимся на числе Рейнольдса и попробуем понять его физический смысл.

При анализе баланса сил, действующих на элемент жидкости, мы обращали внимание на отношение величин инерционных и вязких сил.

Отношение инерционных и вязких сил – является важной характеристикой всех течений жидкости.

Для потока в трубке характерными величинами скорости и размера системы являются линейная скорость U и диаметр d.

Поэтому можно сказать, что вязкие силы могут быть определены как произведение вязкости на скорости сдвига:

 

вязкие силы=m U/d.

 

С другой стороны, инерционная сила пропорциональна кинетической энергии единичного объема жидкости (rU2).

Тогда относительная значимость этих двух величин может быть оценена как

 

Число Рейнольдса=Инерционные силы /Вязкие силы =

 

rU2 / m (U/d) или = Ud/n (1-19)

N-кинематическая вязкость (m/r).

Если подставить размерности в данное уравнение, то можно увидеть что число Рейнольдса Re является безразмерной величиной.   КогдаRe <<1 вязкие силы преобладают, инерционные силы пренебрежимо малы (например, на уровне микрососудов, где…

Слайд 1-16

Кровь, выбрасываемая сердцем, поступает в аорту, из которой затем распределяется в основные органы. Поэтому основные распределительные артерии,… ( каротидная, брахиальная, почечная, бедренная и др.) подключены параллельно… Хотя имеются и исключения в желудочно-кишечном и печеночном кровообращении, которые частично имеют последовательное…

Qt=Q1 +Q2

Rt=1/R1 + 1/R2 = R1+R2/R1 R2

P1-P2 = ( Q1 +Q2) x R1+R2/R1 R2

Как мы помним, сопротивление обратно пропорционально 4-й степени радиуса. Таким образом, небольшие изменения радиуса сосуда будут иметь значительный эффект на сопротивление потоку.

Измерение полного сосудистого сопротивления дает важную информацию о состоянии системы кровообращения и, следовательно, может быть использовано как диагностический параметр, однако, некоторые недостатки этой информации необходимо учитывать:

1) Она не дает информации, какой из путей между двумя точками измерения расширен или сужен

2) Она не дает информации о причине изменений (из-за нервной стимуляции, увеличения трансмурального давления и др. причин)

3) Она дает информацию только о чистых изменениях и не дает информации о локальных изменениях

4) Она не обеспечивает информации о различиях между дилатацией сосуда или открытии новых сосудов.

(Слайд 1- 17) Теперь, когда мы ознакомились с пуазейлевским течением и имеем представление о потерях потенциальной энергии, вернемся опять к оценке полной энергии потока при движении крови по горизонтальной трубе с постоянным радиусом с учетом потерь на трение

 

Слайд 1-17. Потери энергии при стенозе сосуда.

Очевидно, что на длине трубы произойдет падение давления (PЕ – потенциальная энергия) согласно уравнению Пуазейля. Полная энергия уменьшится на ту… Ситуация сильно изменится в сосуде, где имеется стеноз или сужение сосуда.… ( потенциальная энергия уменьшится на 40%). В постстенозном сегменте скорость снова вернется к прежней величине.

Слайд 1-19

  Re = rUd/m (1-22)  

Нестационарное течение в очень длинной трубке.

 

До сих пор, рассматривая ламинарное течение, мы полагали, что на входе гипотетической трубки действует постоянное давление.

На практике в сердечно-сосудистой системе поток, выходящий из сердца пульсирующий и течение, возникающее при этом, можно назвать нестационарным.

Слайд 1-20.

При этом течение будет замедляться, останавливаться, изменять свое направление, ускоряться в новом направлении и снова замедляться. Когда это происходит достаточно медленно, то течение в каждый момент будет… Рассмотрим простейшую форму колебаний давления-синусоидальную, т.е. к трубе приложено давление, которое изменяется по…

Cлайд 1-21.

  a = d/2 Ö w/n (1-25) гдеd –диаметр,n=m/r-кинематическая вязкость.

Слайд 1-21.Изменение амплитуды и фазы потока при синусоидальном градиенте с увеличением параметра a.

Здесь представлено изменение амплитуды и фазы колебательного потока при синусоидальном градиенте давления с увеличением параметра a. При этом… При малых значениях a величина расхода Qt определяется мгновенным градиентом… Qt=Qст sin( wt) (1-26)

Теперь более подробно остановимся на реологических свойствах крови. Как вы помните из курса биологии, цельная кровь состоит из форменных элементов, которые взвешены в плазме. Плазма – это раствор электролита, содержащая 8% веса из 3-х основных белков: фибриногена, глобулина и альбумина.

Когда кровь тромбируется в отсутствии антикоагулянтов, фибриноген полимеризуется в фибрин.

Кровь без фибрина называется сывороткой.

Чем отличается сыворотка от плазмы ?

При центрифугировании цельной крови с антикоагулянтами форменные элементы осаждаются на дне пробирки и мы получаем плазму.

В норме около 40-45% объема составляют форменные элементы и 55% - плазма. Форменные элементы на 95% состоят из красных кровяных клеток, 0.13% из белых кровяных клеток и 4.9% из тромбоцитов

Учитывая, что среди форменных элементов эритроциты занимают большую часть, их на реологические свойства цельной крови является наиболее существенным. Измерение объемного процента форменных элементов крови называют гематокритом.

(Слайд 1-22) Эритроцит состоит из гемоглобина, окруженного эластичной мембраной красной кровяной клетки. Первичная функция гемоглобина – транспорт кислорода из легких к живым тканям. Здесь показана типичная форма эритроцита. Диаметр эритроцита – 8.5 мкм, максимальная толщина 2.5 мкм и минимальная толщина 1 мкм. Легко показать, что сферическая форма эритроцита с тем же объемом будет иметь поверхность на 42% меньше , чем двояковогнутый диск. Т.к. мембрана эритроцита эластична, он может проходить через капилляры меньше, чем 5 мкм.

 

Слайд 1-22.Схематическое представление эритроцита.

Белые кровяные клетки известные также как лейкоциты состоят из моноцитов, лимфоцитов и гранулоцитов и отвечают за защиту организма от болезней.

Тромбоциты, которые меньше красных и белых кровяных клеток и они играют важную роль в тромбообразовании крови, при повреждениях или контакте с чужеродными поверхностями.

 

Вязкость плазмы.

Поскольку плазма на 90% состоит из воды, 7% составляют белки, остальное – неорганические компоненты, плотность плазмы практически равна плотности воды и составляет 1.035 г/мл, а коэффициент ее вязкости составляет 1.1-1.6 сП

Эксперименты с капиллярным и вращающимся вискозиметрами подтверждают, что плазма ведет себя как неньютоновская жидкость. С другой стороны, другие авторы утверждают, что плазма является ньютоновской жидкостью. Вариабельность концентрации протеина в пробах является причиной таких разных результатов.

Реологические характеристики плазмы при различных патологических процессах могут также определять поведение плазмы как неньютоновской жидкости.

Температура также играет важную роль на вязкость плазмы, и вязкость уменьшается с повышением температуры. Коэффициент вязкости падает на 2-3% при увеличение температуры на 1 о С в диапазоне изменения температуры в пределах от 25 – 37оС.

Для наших целей мы полагаем, что плазма ведет себя как ньютоновская жидкость с постоянной вязкостью при температуре тела 37оС. и равна 1.2 сР.

 

Вязкость жидкостей и суспензий.

Понять физику жидкостей помогает сопоставление свойств жидкостей и газов. Газы имеют значительно меньшую плотность и их молекулы находятся на… Таким образом, вязкость жидкостей во много раз превышает вязкость газов из-за… Теоретически и экспериментально установлено, что вязкость суспензии микрочастиц всегда превышает вязкость…

Слайд 1-25.

.При очень малых скоростях сдвига, порядка 0.01 с-1, вязкость крови составляет 0. 8 Пз – более чем в 130 раз больше, чем при скорости сдвига 100… При скоростях сдвига > 100 с-1 изменения вязкости не так резки, а после… приближается к значению (4-5) Спз.

С-1 типичной для многих кровеносных сосудов отклонения поведения крови от ньютоновской жидкости становятся малыми, и вязкость крови приближается к своему асимптотическому значению в пределах 3-4 Спз .

 

60 Вязкость крови (Спз)

 

 
 

 


40

 

       
   
 
 

 


 

           
   
 
   
 
 


 
 


0.1 1 10 100 1000 Скорость сдвига (с-1)

Слайд1-25. Зависимость кажущейся вязкости крови от скорости сдвига.

Кажущийся коэффициент вязкости для цельной крови при любых скоростях сдвига, может быть вычислен по данной формуле .

 

( 1-30)

 

 

При скоростях сдвига 230 с-1 кажущийся коэффициент вязкости 3.3 сПз при вязкости плазмы 1.2 сПз. Эта величина сопоставима с экспериментальными результатами 3.01 и 5.53cПз.

Слайд 1-26.

При низких скоростях сдвига красные кровяные клетки стремятся агрегировать, и это может увеличивать вязкость.

Слайд 1-26. Агрегация эритроцитов

При увеличении скорости сдвига агрегаты постепенно разбиваются и при скоростях сдвига около 50 с -1 коэффициент вязкости приближается асимптотически к 3.5 сПз.

Слайд 1-27) Эффект гематокрита.

Гематокрит нормальной человеческой крови лежит в пределах 40 – 45%.Чтобы изучить эффект Ht на вязкость красные кровяные клетки отделялись…    

Так охлаждение крови с 37 до 100 С приводит к увеличению вязкости в 2 раза.

Методы измерения вязкости.

Вязкость крови измеряют в основном двумя методами: ротационным и капиллярным. А) Ротационный метод Ротационные вискозиметры частично используются для анализа реологических характеристик неньютоновских жидкостей

Б) Капиллярный вискозиметр.

m = p R4 Dp / 8 LQ (1.32) Капиллярные вискозиметры включают устройства, которые измеряют абсолютный… Имеется несколько ограничений, которые необходимо учитывать при использовании этих приборов, такие как: ламинарный,…

L

       
 
   
 


 
 

R

Слайд 1-28.Схема капиллярного вискозиметра

 

Кровь пропускают через капилляр и измеряют перепад давления на входе и выходе. По этому перепаду рассчитывают вязкость крови по формуле:

 

Гемолиз крови.

При разрушении эритроцита гемоглобин выходит в плазму крови. При этом по концентрации свободного (несвязанного) гемоглобина в плазме определяют… Причин гемолиза крови достаточно много, но мы рассмотрим только те из них,… В потоке крови эритроцит испытывает вращающий и изгибающие сдвиговые напряжения и, если они превышают предел прочности…

– Конец работы –

Используемые теги: биофизика, кровообращения0.049

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Биофизика кровообращения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Биофизика кровообращения
Введение... Разрабатывая данный курс в рамках специальности Биомедицинская техника пришлось столкнуться с проблемой как...

РАЗДЕЛ I. БИОФИЗИКА МЕМБРАН
Лекция... Тема БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ СТРУКТУРА СВОЙСТВА... Биофизика мембран важнейший раздел биофизики клетки имеющий большое значение для биологии Многие жизненные...

Биофизика
На сайте allrefs.net читайте: Биофизика. Биофизика...

Методика обследования больных с заболеваниями органов кровообращения
Жалобы... Одышка Причиной является застой крови в сосудах малого круга кровообращения... Боли в области сердца бывают связаны с заболеванием сердца или окружающих тканей плевры ребер и т д Уточняют...

Биофизика клеточных мембран
III Классификация медицинских приборов и аппаратов... Датчики которые под воздействием входного сигнала генерируют ток или... активные...

По распространенности и локализации процесса нарушения кровообращения делят на общие и местные
Обеспечение адекватного кровотока сложный процесс который зависит от... По распространенности и локализации процесса нарушения кровообращения делят на общие и местные...

Коспект лекций по биофизике
На сайте allrefs.net читайте: "Коспект лекций по биофизике"

Преходящее нарушение мозгового кровообращения
На сайте allrefs.net читайте: "Преходящее нарушение мозгового кровообращения"

По биофизике
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ... Для проведения лабораторных работ...

ВЕНОЗНАЯ СИСТЕМА. КОЛЛАТЕРАЛЬНОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕ
Врожденные пороки венозных сосудов ангиодисплазии и сосудистые мальформации возникают в результате различных отклонений в ходе перестройки... Наиболее многочисленны варианты органогенеза крупных магистральных венозных... Все многообразие вариантов развития магистральных вен большого круга кровообращения можно классифицировать по...

0.025
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам