Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки


НазваОснови біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки
Дата конвертації29.04.2013
Розмір445 b.
ТипЗакон


Основи біореології та гемодинаміки

  • Основи біореології та гемодинаміки


Означення. Реологія – наука, що вивчає плинність і деформацію речовини, біореологія займається плинністю біологічних середовищ, а гемореологія вивчає реологію крові. Реологічні питання, пов’язані з деформацією і плинністю стоять особливо гостро, коли рідина тече по судинах дуже малих діаметрів.

  • Означення. Реологія – наука, що вивчає плинність і деформацію речовини, біореологія займається плинністю біологічних середовищ, а гемореологія вивчає реологію крові. Реологічні питання, пов’язані з деформацією і плинністю стоять особливо гостро, коли рідина тече по судинах дуже малих діаметрів.



Основні поняття

  • Частинка рідини (газу) – це елементарний об’єм рідини або газу.

  • Текучість – це властивість рідини (газу) набувати форми посудини, в якій вона знаходиться.

  • Стисливість – здатність тіл змінювати свій об’єм під дією зовнішніх сил. Відзначимо, що стисливість рідин на відміну від газів незначна. Рідина, густина якої однакова в будь-якій точці і змінюватися не може, називається нестисливою.







ЗАКОН ПАСКАЛЯ











Рівняння нерозривності













ПЛИН В’ЯЗКИХ РІДИН У БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМАХ

  • Рух рідких середовищ (крові, лімфи, інтерстиціальних та клітинних рідин) у біологічних системах відіграє важливу роль, забезпечуючи умови нормальної життєдіяльності різних фізіологічних систем. Задача біофізики полягає у вивченні фізичних властивостей рідких середовищ і фізичних основ їх руху. Плин рідин відбувається під дією сил, з’ясування природи яких також є однією з важливих задач біофізики.

  • Рідкі середовища мають ряд специфічних властивостей, зумовлених особливостями їх молекулярної будови. Однією з найважливіших властивостей рідини є в’язкість.



3.2.1. В’язкість рідини

  • У реальних рідких середовищах на границях шарів, що рухаються, діють сили внутрішнього тертя. Можна навести чимало прикладів дії цих сил: вони є причиною падіння тиску вздовж судини при плині крові, саме вони визначають поведінку рідини у судині, що обертається, перешкоджують рухові тіл у рідинах тощо.

  • Досліди свідчать про те, що сили тертя між шарами рідини, які рухаються з різними швидкостями, діють по дотичній до поверхонь цих шарів (рис. 1) і спрямовані таким чином, що прискорюють шар, що рухається більш повільно, і гальмують шар, який рухається швидше.



Дотичне зсуваюче напруження



Рівняння Ньютона



Профіль швидкостей (рис. 2)



Розмірність коефіцієнта в’язкості



Кінематична в’язкість



Моделі рідин. Ньютонівські рідини.



Моделі рідин. Неньютонівські рідини.



3.2.2. В’язкість крові. Показник гематокриту Не.



Зміна в'язкості крові при зміні форменого складу крові (рис. 3, а)



Зміна в'язкості крові при зміні швидкості деформації зсуву (рис. 3, б)



Діагностичне значення відносної в’язкості



3.2.4. Основні рівняння руху рідини. Поняття трубки струму.



Стаціонарний і турбулентний плин рідини

  • Описуючи потік рідини, часто використовують терміни – поле швидкостей і профіль швидкостей, що являють собою відповідно значення швидкостей у всіх точках простору і точках перерізу трубки струму у фіксований момент часу. Якщо лінії струму і поле швидкостей не змінюються з часом, то рух рідини називається стаціонарним.

  • При стаціонарному плині траєкторії частинок залишаються незмінними. Швидкість частинки може змінюватися при її русі вздовж лінії струму, але у кожній точці лінії струму вона зберігається за величиною і напрямком. Якщо поле швидкостей і лінії струму змінюються з часом, то такий плин називається нестаціонарним. У цьому випадку лінії струму під час плину зникають і знову з’являються, у деяких випадках за формою вони нагадують вихори (рис. 4 б попереднього слайду), такий плин рідини зветься турбулентним або вихровим.



Рівняння нерозривності струменя



Об’ємна швидкість плину рідини



Інший запис рівняння нерозривності струменю



Трубка струму

  • Розглянемо стаціонарний плин ідеальної рідини. Виділимо у просторі трубку струму (рис. 5) і розглянемо енергію малого елемента об’єму рідини з масою m = V, що протікає через переріз трубки струму за деякий час.



Рівняння Бернуллі



Данієль Бернуллі народився в Гронінгені (Голландія).

  • Данієль Бернуллі народився в Гронінгені (Голландія).

  • 1721: здав іспити на медика в Базелі, захистив дисертацію. Потім виїхав до Італії, де набирався досвіду в медицині. 1724: випустив «Математичні етюди», що принесли йому популярність.

  • 1725: разом з братом Миколою їде на запрошення до Петербурга, де за імператорським указом заснована Петербурзька академія наук. 1738: як результат багаторічної праці виходить фундаментальна праця «Гідродинаміка». 1747-1753: важлива серія робіт про коливання струни. Бернуллі, виходячи з фізичних міркувань, здогадався розкласти розв'язок в тригонометричний ряд. 1750: перейшов на кафедру фізики Базельського університету, де і працював до смерті в 1782 році. Двічі був обраний ректором.



Фізичний зміст рівняння Бернуллі



Насосна функція серця



Застосування рівняння Бернуллі



Кількість енергії, що її передає серце одиниці об’єму крові

  • Кількість енергії, що її передає серце одиниці об’єму крові, є однією з найважливіших констант організму. Спеціальні регуляторні механізми серця забезпечують саме такий режим скорочення міокарда, за якого при різних навантаженнях серце було б здатне підтримувати на певному рівні об’ємну густину енергії потоку крові, витрачаючи при цьому мінімум хімічної енергії при скороченні міокарда.



Рівняння руху і рівноваги рідини



Рівняння руху і рівноваги рідини



Рівняння руху і рівноваги рідини



Плин ньютонівської рідини по горизонтальній трубці



Виведення формули Пуазейля



Формула Пуазейля



Французький лікар і фізик займався питаннями кровообігу і дихання тварин і людей. У 1828 році вперше застосував для вимірювання артеріального тиску тварин ртутний манометр. Дослідження проблем кровообігу призвело Пуазейля до гідравлічних досліджень. У 1840-1841 році експериментально встановив закон витікання рідини через тонку циліндричну трубку, який вперше був сформульований в 1839 році Готтхільфом Хагеном. Згодом даний тип ламінарної течії став називатися його ім'ям.

  • Французький лікар і фізик займався питаннями кровообігу і дихання тварин і людей. У 1828 році вперше застосував для вимірювання артеріального тиску тварин ртутний манометр. Дослідження проблем кровообігу призвело Пуазейля до гідравлічних досліджень. У 1840-1841 році експериментально встановив закон витікання рідини через тонку циліндричну трубку, який вперше був сформульований в 1839 році Готтхільфом Хагеном. Згодом даний тип ламінарної течії став називатися його ім'ям.

  • Ім'ям Пуазейля названо також одиниця динамічної в'язкості (пуаз).



Характеристика плину ньютонівської рідини по циліндричній трубці (профіль швидкостей)

  • З цієї формули Пуазейля випливає, що профіль швидкостей ньютонівської рідини в циліндричній трубці описується параболічним законом (рис. 8).



Характеристика плину ньютонівської рідини по циліндричній трубці (переріз трубки струму)



Формули Гагена–Пуазейля



Гідравлічний опір



Діаграми “витрата–тиск” для ньютонівської та неньютонівської рідин



3.2.5. Критерії механічної подібності рідин, що рухаються

  • Незважаючи на різноманітність руху рідин у природі, можна поставити питання: яким умовам повинні відповідати параметри потоку і параметри рідин (густина, в’язкість тощо), щоб рухи рідин були механічно подібні? Якщо подібність має місце, то, знаючи картину плину рідини в одній системі, можна передбачити і характер плину рідини в іншій, геометрично подібній системі. Це має важливе значення не лише у техніці (випробування моделей літаків, кораблів тощо), а й в експериментальній медицині (наприклад, при дослідженні процесів обтікання кров’ю різних моделей серцевих клапанів, особливостей плину рідин по штучних судинах, криволінійному ложеві насоса апарату штучного кровообігу тощо).



Критерії механічної подібності рідин, що рухаються



Число Рейнольдса



Народився в Белфасті в сім’ї священнослужителя. З 18 років працював в механічній майстерні, поступив в Кембриджський університет, де вивчав математику і механіку. Закінчив університет в 1867 році. З 1868 по 1905 роки — професор кафедри будівельної механіки Манчестерського університету. З 1888 року очолював Вітвортовську інженерну лабораторію. Роботи Рейнольдса присвячені механіці, гідродинаміці, теплоті, електриці, магнетизму.



Застосування числа Рейнольдса

  • Число Рейнольдса, таким чином, визначає відносну роль інерції і в’язкості рідини при її плині. При великих числах Рейнольдса головну роль відіграє інерція, при малих – в’язкість. При плині рідини по циліндричних трубках у ролі характерного розміру L часто використовують радіус чи діаметр судини. Потоки рідин вважаються подібними, якщо для них числа Рейнольдса і Фруда збігаються. При малих числах Рейнольдса плин в’язких рідин є ламінарним, при зростанні швидкості ламінарний плин стає нестійким і перетворюється в турбулентний. Турбулентний плин – це такий плин, гідродинамічні характеристики якого (швидкість, тиск) різко та нерегулярно змінюються з часом і у просторі. Частинки рідини рухаються по складних траєкторіях, рідина інтенсивно перемішується. Прикладом такого руху є рух крові при її вигнанні з шлуночків серця, її плині по аорті тощо.



Критичне значення числа Рейнольдса



Діагностичне значення числа Рейнольдса



Турбулентність при вимірюванням кров’яного тиску методом Короткова

  • Ще одне медичне застосування переходу між ламінарною і турбулентною течією крові пов’язане з вимірюванням кров’яного тиску методом Короткова. У цьому методі систолічний (верхній) тиск вимірюється у момент, коли кров починає протискуватися через отвір в артерії, стиснутій за допомогою манжети. Саме у цей момент виникають шуми, обумовлені появою турбулентної течії крові. Діастолічний (нижній) тиск фіксується у момент, коли ці шуми зникають внаслідок послаблення манжети і переходу течії від ламі­нарної до турбулентної.



3.2.6. Пульсові хвилі

  • Існування пульсових хвиль легко виявити. Для цього достатньо притиснути пальцем променеву або сонну артерії і відчути “биття” стінки артеріальної судини. Чутливі пристрої можуть зареєструвати коливання стінок і венозних судин, які значно слабкіші за коливання артеріальних судин.

  • Плин крові по судинному руслу супроводжується різноманітними коливаннями: це і поздовжні хвилі тиску, що поширюються у рідкому середовищі зі швидкістю звуку, це і періодичні зміни швидкості руху рідини, пов’язані з переривчастим викидом крові серцем в судинне русло, це і періодична зміна просвіту судини при зміні його кровонаповнення. Всі ці процеси взаємопов’язані, вони характеризують єдине явище – рух крові по складному дереву судинного русла.



Походження пульсових хвиль

  • Розглянемо спрощену модель виникнення пульсових хвиль в еластичній судині. Зрозуміло, що їх походження пов’язане з діяльністю серця. Коли б на виході серця плин крові був сталим, то ніяких пульсацій не виникало б. З іншого боку, коли б стінки судин були дуже жорсткими, то навіть при пульсуючому кровотоці рух стінок був би практично непомітним. Отже, походження пульсових хвиль пов’язане з реакцією пружних стінок судини на пульсуючий плин крові, що виникає при періодичній роботі серця.



Модель ділянки еластичної судини

  • Виділимо невелику ділянку еластичної судини (рис. 10), на одному з кінців якого знаходиться поршень. На поршень короткочасно діє сила F. Рідина біля поршня внаслідок її інерції не встигає переміститися вздовж судини, дія сили викликає зростання тиску на стінки – ділянка розширюється доти, доки напруження стінки не ком­пенсує зростання тиску всередині судини. Оскільки натяг стінки у цій області буде більшим, ніж у сусідніх, рідина буде переміщуватися далі по судині. Переміщення рідини приведе до зменшення тиску на цій ділянці, судина почне відновлювати первісний об’єм у той час, як об’єм сусідньої ділянки буде зростати. Процес повторюється після нового поштовху поршня. По еластичній стінці буде поширюватися пульсова хвиля.



Рівняння пульсової хвилі



Формула Моенса-Кортевега для швидкості поширення пульсової хвилі



Приклади зміни швидкостей розповсюдження пульсових хвиль

  • Швидкість пульсової хвилі значно змінюється при різних судинних захворюваннях, у зв’язку з цим її клінічне визначення дозволяє одержати додаткову інформацію для оцінки функціонального стану стінок судин.



Особливості руху крові по серцево-судинній системі

  • Рух крові по серцево-судинній системі досить складне явище. Складну будову має кровоносне русло, що являє собою розгалужену систему еластичних судин різного типу. Сама рідина – кров – є складна суспензія, реологічні характеристики якої залежать від умов її плину. Система кровообігу має активні джерела енергії (шлуночки і передсердя серця). Різні активні фізіологічні процеси (механізми рефлекторної зміни тонусу судин та продуктивність серця) змінюють фізіологічні властивості системи кровообігу, а отже й умови руху крові. Будь-який опис процесів гемодинаміки (від простих випадків механіки руху крові до складних процесів рефлекторного керування кровообігом) базуються на експериментальних даних, накопичених за багато років досліджень.



Деякі показники системи кровообігу в стані спокою і при навантаженні

















Схожі:

Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconОснови біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки
Реологія наука, що вивчає плинність і деформацію речовини, біореологія займається плинністю біологічних середовищ, а гемореологія...
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconОснови біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки
Реологія наука, що вивчає плинність і деформацію речовини, біореологія займається плинністю біологічних середовищ, а гемореологія...
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconОснови біореології та гемодинаміки
Відстань, на яку зміщуються еритроцити протягом години називають швидкістю осідання еритроцитів (шое)
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconПоняття біомеханіки, біореології та гемодинаміки Поняття біомеханіки, біореології та гемодинаміки

Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconФізіологія гемодинаміки план лекції: Основи гемодинаміки
Гемодинаміка розділ фізіології кровообігу, який вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconОснови біореології та біомеханіки План лекції
Відстань, на яку зміщуються еритроцити протягом години називають швидкістю осідання еритроцитів (шое)
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconФізіологія кровоносних І лімфатичних судин план лекції: Основи гемодинаміки
Гемодинаміка розділ фізіології кровообігу, який вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconФізіологія кровоносних судин. Кровотік в артеріальній системі план лекції: Основи гемодинаміки
Гемодинаміка розділ фізіології кровообігу, який вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconФізіологія кровоносних судин. Кровотік в артеріальній системі план лекції: Основи гемодинаміки
Гемодинаміка розділ фізіології кровообігу, який вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі
Основи біореології та гемодинаміки Основи біореології та гемодинаміки iconФізіологія кровоносних судин. Кровотік в артеріальній системі план лекції: Основи гемодинаміки
Гемодинаміка розділ фізіології кровообігу, який вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі

Додайте кнопку на своєму сайті:
dok.znaimo.com.ua


База даних захищена авторським правом ©dok.znaimo.com.ua 2013
звернутися до адміністрації
dok.znaimo.com.ua
Головна сторінка