ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕМОДИНАМИКИ

План лекции: 1. Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна. 1. Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна. 2. Работа и мощность сердца. 2. Работа и мощность сердца. 3. Физические основы клинического метода измерения давления крови. 3. Физические основы клинического метода измерения давления крови. 4. Роль артериального давления и эластичности сосудов. 4. Роль артериального давления и эластичности сосудов. 5. Гидродинамическая модель кровообращения. 5. Гидродинамическая модель кровообращения.

Гемодинамика - раздел биомеханики, в котором исследуется движение крови по сосудистой системе. Физической основой гемодинамики является гидродинамика. Течение крови зависит как от свойств крови, так и от свойств кровеносных сосудов. Гемодинамика - раздел биомеханики, в котором исследуется движение крови по сосудистой системе. Физической основой гемодинамики является гидродинамика. Течение крови зависит как от свойств крови, так и от свойств кровеносных сосудов. Реологией называется область механики, которая изучает деформационные (реологические) свойства жидкостей, газов и твердых тел, способы установления и описания этих свойств, а отчасти и их физическую природу.

ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ Способность реальных жидкостей оказывать сопротивление движению в них тел или собственному течению за счет сил межмолекулярного взаимодействия называется внутренним трением или вязкостью жидкости. Способность реальных жидкостей оказывать сопротивление движению в них тел или собственному течению за счет сил межмолекулярного взаимодействия называется внутренним трением или вязкостью жидкости.

Относительная вязкость крови НОРМА4,2 – 6 АНЕМИЯ2 – 3 ПОЛИЦИТАМИЯ15 – 20 МУЖЧИНЫ4,3 – 1,7 ЖЕНЩИНЫ3,9 – 4,9 - относительная вязкость Вязкость крови зависит от концентрации эритроцитов и белков плазмы, от их состава, от размеров клеток крови, эластичности мембран эритроцитов.

КЛАССИФИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Вязкость не зависит от градиента скорости – ньютоновская жидкость. Вязкость не зависит от градиента скорости – ньютоновская жидкость. Вязкость уменьшается с увеличением градиента скорости – псевдопластическое вещество. Вязкость уменьшается с увеличением градиента скорости – псевдопластическое вещество. Вязкость увеличивается с увеличением градиента скорости – дилатантное вещество. Вязкость увеличивается с увеличением градиента скорости – дилатантное вещество. Вязкость уменьшается при продолжительном вращении, но после остановки возвращается к исходному значению – тиксотропное вещество (жидкость Бингама). Вязкость уменьшается при продолжительном вращении, но после остановки возвращается к исходному значению – тиксотропное вещество (жидкость Бингама). Вязкость возрастает при продолжительном вращении, но после остановки возвращается к исходному значению – реопексное вещество. Вязкость возрастает при продолжительном вращении, но после остановки возвращается к исходному значению – реопексное вещество.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ Метод Стокса Метод Стокса

Метод капиллярного вискозиметра

Вискозиметр Гесса (медицинский, ВК–4) Определяет относительную вязкость крови

Метод ротационного вискозиметра Метод ротационного вискозиметра К – постоянная прибора Меняя скорость вращения изменяют градиент скорости, можно выяснить остается ли η постоянной при изменении, а это позволяет классифицировать жидкость. Для больших градиентов используют конусообразный ротор.

Электрическая модель Модели, содержащие несколько сотен элементов, называют моделями с распределенными параметрами Модели, содержащие несколько сотен элементов, называют моделями с распределенными параметрами

Модель сосудистой системы

Пульсовая волна уравнение гармонической пульсовой волны Е – модуль упругости; ρ – плотность вещества; h – толщина стенки сосуда; d – диаметр сосуда. Формула Моенса–Кортевега Пульсовая волна - распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного (над атмосферным) давления, вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы.

Профиль артерии при прохождении пульсовой волны

Изменение артериального давления в плечевой артерии: Т - длительность сердечного цикла; Т с 0,3Т - длительность систолы; Т д 0,7Т - длительность диастолы; Р с - максимальное систолическое давление; Р д - минимальное диастолическое давление

Распределение давления в различных участках сосудистой системы человека (на оси абсцисс - относительная доля общего объема крови на данном участке)

РАБОТА И МОЩНОСТЬ СЕРДЦА Работа сил давления А1= FL=PSL=PVуд Кинетическая энергия А2= mυ2/2=ρVудυ2/2 Aл = А1+ А2= PVуд+ ρVудυ2/2 Ап=0,2 Aл ; А= Aл+ Ап=1,2Aл A=1,2 (PVуд+ ρVудυ2/2) Р=13 к Па; Vуд=60 мл =6·10-5 м 3; υ=0,5 м/с; ρ=1,05103 кг/м 3 A 1 Дж; Продолжительность систолы 0,3 с, следовательно, мощность сердца А/t=3,3 Вт.

Физические основы клинического метода измерения давления крови

Модели кровообращения Модель Франка (упругий резервуар) Модель Франка (упругий резервуар) Электрическая модель Электрическая модель Модель с распределенными параметрами Модель с распределенными параметрами

Заключение: Нами рассмотрены: 1. понятия идеальной и реальной жидкости, а также уравнения, описывающие их поведение; 2. методы измерения вязкости жидкостей. 3. реологические свойства крови. 4. Модели кровообращения (Франка, электрическая модель и модель с распределенными параметрами).

Тест-контроль Наибольший коэффициент вязкости из перечисленных жидкостей имеет: Наибольший коэффициент вязкости из перечисленных жидкостей имеет: 1. вода 2. лимфа 3. кровь 4. плазма.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Обязательная: Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник. -М.: Дрофа, Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник. -М.: Дрофа, Дополнительная: Федорова В.Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии: учебное пособие. -М.: Физматлит, Федорова В.Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии: учебное пособие. -М.: Физматлит, Антонов В.Ф. Физика и биофизика. Курс лекций: учебное пособие.-М.: ГЭОТАР-Медиа, Антонов В.Ф. Физика и биофизика. Курс лекций: учебное пособие.-М.: ГЭОТАР-Медиа, Богомолов В.М. Общая физиотерапия: учебник. -М.: Медицина, Богомолов В.М. Общая физиотерапия: учебник. -М.: Медицина, Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник. -СПб.: Спецлит, Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник. -СПб.: Спецлит, Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике для самост. работы студентов / сост. О.Д. Барцева и др. Красноярск: Литера-принт, Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике для самост. работы студентов / сост. О.Д. Барцева и др. Красноярск: Литера-принт, Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для самост. работы студентов / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМА, Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для самост. работы студентов / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМА, Физика. Физические методы исследования в биологии и медицине: метод. указания к внеаудит. работе студентов по спец. – педиатрия / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМУ, Физика. Физические методы исследования в биологии и медицине: метод. указания к внеаудит. работе студентов по спец. – педиатрия / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМУ, Электронные ресурсы: ЭБС КрасГМУ ЭБС КрасГМУ Ресурсы интернет Ресурсы интернет Электронная медицинская библиотека. Т.4. Физика и биофизика.- М.: Русский врач, Электронная медицинская библиотека. Т.4. Физика и биофизика.- М.: Русский врач, 2004.

Модель Франка K – эластичность стенок; х 0 – сопротивление периферических сосудов. Зависимость давления в резервуаре после систолы Скорость оттока крови