biofizica circulatiei

Upload: crisan-patricia

Post on 06-Apr-2018

311 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    1/32

    Prezentare curs 5tema 2

    BIOFIZICA CIRCULAIEI

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    2/32

    MECANICA FLUIDELOR

    HEMODINAMICBIOFIZIC CARDIAC

    BIOFIZICA CIRCULAIEI

    MECANICA FLUIDELORI - STATICA UNUI FLUID INCOMPRESIBIL

    Cteva definiii

    A- Presiunea n interiorul unui lichid. Legea lui PascalB- Presiunea atmosfericC- Uniti de presiuneD- Cteva valori de presiuni fiziologice

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    3/32

    MECANICA FLUIDELORI - STATICA UNUI FLUID INCOMPRESIBL

    DEFINIIIFluide : - constituite din molecule mobile ntre ele-nu au form proprie-Tipuri de fluide :Gazele : - nu au form proprie-sunt compresibile i expansibile (PV=nRT)

    -Lichidele : - moleculele ocup un volum independent de cel al recipientului- sunt puin compresibile i expansibile

    Ne intereseaz LICHIDELE considerate INCOMPRESIBILE:-Fluide perfecte (sau ideale) i fluide reale :Pentru fluidele reale : alunecarea moleculelor unele peste altele conduce la

    frecri. Se spune c apare vscozitatea. Curgerea are loc cu degajare decldur n procesele de frecare.Pentru fluidele perfecte, se presupune c nu au loc frecri ntre molecule nprocesul de curgere. Vscozitatea este nul i curgerea are loc fr pierderede energie.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    4/32

    MECANICA FLUIDELORA PRESIUNEA N INTERIORUL UNUI FLUID. LEGEA LUIPASCAL

    Presiunea este definit prin raportul dintrefora, normal pe suprafa, i suprafaa pecare aceasta se exercit.

    1Punerea n eviden

    Se consider o incint n care se face vid i careare un perete deformabil. Presiunea se manifestprin deformarea peretelui incintei.

    2- Legi ale staticii fluidelor

    Ipoteze : fluidele sunt imobile i incompresibile, deci au densitateauniform.Presiunea ntr-un punct este independent de orientarea captorului ise exercit perpendicular pe perei.Presiunea este aceeai n orice punct situat la aceeai adncime nlichid.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    5/32

    MECANICA FLUIDELORA PRESIUNEA N INTERIORUL UNUI FLUID. LEGEA LUIPASCAL

    Presiunea crete cu adncimea nlichid. Diferena de presiune ntredou puncte din fluid se exprimprin relaia:

    P(z2) - P(z1) = r g hdP = - r g dzr= densitatea, g = acceleraiagravitaional (9,8 m.s-2).La o adncime dat n lichidpresiunea este:

    P(z2) = r g h + PatmUnde r g h este presiunea coloaneide lichid i Patm este presiuneacoloanei de aer.Presiunea exercitat asupra unuipunct al unui fluid se transmiteintegral n toat masa fluidului i n

    toate direciile (Pascal)

    http://anexe%20curs%204/pascal_law.swf
  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    6/32

    MECANICA FLUIDELORA PRESIUNEA N INTERIORUL UNUI FLUID

    Echivalena presiunenlimea coloanei de lichidManometrele utilizate la nceput conineau un lichid (apsau mercur) i presiunea era indicat n nlime a coloaneide lichid.n figura alturat se observ c n cazul n care presiunileintern i extern sunt egale, nivelul lichidului n cele doubrae ale manometrului sunt egale.Dac presiunea din interior este mai mare dect ceaextern, nivelul lichidului n cele dou brae este diferit.Cum ri g sunt constante, diferena de presiune ntreinterior i exterior poate fi caracterizat prin: P1 - P2,

    sau prin diferena de nivel de lichid

    1 2p pzg

    r

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    7/32

    MECANICA FLUIDELORBPRESIUNEA ATMOSFERIC

    Este presiunea exercitat de aerul atmosferic.Patm - Pvid = r g h = Patm

    Folosind un manometru cu mercur (r = 13,6 103kg.m-3) : h = 76 cmPatm = 0,76 x 13,6 103 x 9,8 = 1 013 102 Pa =1 013 hPaPresiunea atmosferic variaz cu:-altitudinea :Aplicaii : altimetre- locul - hri izobareAplicaii : barometre

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    8/32

    MECANICA FLUIDELORCUNITI DE MSUR PENTRU PRESIUNE

    r g hEcuaia dimensional : [P] = M L-3 L T-2 L = M L-1 T-2

    [P] =[ENERGIE]/[VOLUM][P] = [FOR]/[SUPRAFA]

    Uniti:- Pascal(Pa), unitatea SI : 1 Pa = 1 newton . m-2

    1 Pa = presiunea exercitatde ctre o mas de 102 g pe o spurafa de1 m2

    Patm = 1013 hPa-Bar1 bar = 105 Pa1 milli bar = 1 hPa- Uniti legate de utilizarea manometrelor cu coloan de lichid.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    9/32

    MECANICA FLUIDELORD CTEVA VALORI DE PRESIUNI FIZIOLOGICE

    1 - Presiunea arterial (PA)Se refer la diferena de presiune dintre interiorul i

    exteriorul vaselor de snge (presiunea atmosferic):Pint -Pext = Part + Patm Patm

    Ordin de mrime: 10 kPa: manometru cu mercur (sau mecanic).Msurare:- "invaziv" intra-arterial-"non-invaziv" cu un manometru tip brasard.Variaz n timp i n spaiu:-n timp : sistola (contracia cardiac) = 130 mmHg = 17 kPa

    Diastol = 80 mm Hg = 10 kPa medie * = (PAsis + 2 PAdias)/ 3 = 96 mmHg = 13 kPa*Echivalent n regim non-pulsatil

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    10/32

    MECANICA FLUIDELORD CTEVA VALORI DE PRESIUNI FIZIOLOGICE

    Variaii ale PA n spaiu

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    11/32

    MECANICA FLUIDELORD CTEVA VALORI DE PRESIUNI FIZIOLOGICE

    2- Presiunea intravenoas central(PVC)Se msoar cu un cateter venosPVC normal = 10 cm H2O= 1 kPa3- Presiunea lichidului cefalo-rahidian(P LCR)LCR de ordinul de mrime al PVC= 10 cm H2O.Msurare prin puncie lombar(PL), subiectul fiind culcat.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    12/32

    MECANICA FLUIDELOR

    II DINAMICA LICHIDULUI INCOMPRESIBIL

    A DEBITUL UNUI FLUID INCOMPRESIBILB CURGEREA LICHIDULUI IDEAL: ECUAIA LUI

    BERNOULLIC CURGEREA LICHIDULUI REAL: NOIUNEA DEVSCOZITATE

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    13/32

    MECANICA FLUIDELORA - DEBITUL UNUI FLUID INCOMPRESIBIL

    1-Definiia debituluiDebitul reprezint volumul de fluid care traverseaz o seciunenormal S n unitatea de timp:

    D = dV / dtDimensiunea: L3 T-1 Unitatea de msur: m3 s-1

    2- Relaia dintre debitiviteza de curgere (atenie : V=volum;v=vitez).Particulele care vor traversa seciunea S n timpul dt sunt situate namonte de S cu cel mult l = v dt

    Volumul corespunztoreste V = S l. RezultD = V / dt = S l / dtl = v dt

    D = Sv = Seciune x Vitez

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    14/32

    MECANICA FLUIDELORA - DEBITUL UNUI FLUID INCOMPRESIBIL

    3 Ecuaia de conservare a masei lacurgerea printr-un tubIpoteze:- fluid incompresibil- regim staionar (viteza ntr-un punct= constantRezult:D1 = D2 = D debit constantS1 v1 = S2 v2 = constant = DLa curgerea staionar a unui fluidincompresibil printr-o conduct,

    debitul este constant pe toatlungimea conductei.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    15/32

    MECANICA FLUIDELORA - DEBITUL UNUI FLUID INCOMPRESIBIL

    Aplicaia ecuaiei de conservare la msurarea ngustrii aortei prinecodoppler

    Valve Ao Normale RAo

    Ecografie: msurarea diametrelor. Doppler: msurarea vitezelor de curgereDiametru n amonte de valva aortic: 20 mm = d1Eco-Doppler : v1 = 1 m s-1 v2 = 4 m s-1Cum S1 v1 = S2 v2 rezult S2 = S1 v1 / v2Deci

    i

    2 2

    2 1 1

    2

    d d v

    4 4 v

    2

    1 22 1

    2

    v dd d 10 mm

    v 4

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    16/32

    MECANICA FLUIDELORB CURGEREA UNUI LICHID IDEAL: ECUAIA LUIBERNOULLI

    Fluid ideal = se consider vscozitatea neglijabil1 - Energia total a fluiduluiExist trei tipuri de energie :E1 potenialgravitaional (dat de poziia lichidului fa de Pmnt)E2 cinetic (legat de viteza v cu care se deplaseaz fluidul)

    E3de presiune staticEnergia total Et = E1 + E2 + E3 = m g h + 1/2 m v2 + P V

    2 Ecuaia lui BernoulliDac vscozitatea = 0 rezult Et = constant: Et = E1 + E2 + E3 = m g h + 1/2 m v2 +P V=ct

    Energia total a unui fluid ideal este constantn toat conducta.Remarc : scierea ecuaiei lui Bernoulli n termeni de presiune conduce la:r g h + 1/2 r v2 + P = constant

    rg h = presiunea greutii lichidului1/2 r v2= presiunea cineticP = presiunea lateral sau static

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    17/32

    MECANICA FLUIDELORC CURGEREA LICHIDULUI REAL: NOIUNEA DEVSCOZITATE

    Pentru un lichid real exist pierderi de energie n timpul curgerii prindisipare sub form de cldur a energiei, datorit vscozitii lichidului.

    1 Definiia vscozitii

    n curgerea laminar, dou lame de fluidcircul paralel cu viteze diferite. Fiecare dinlame exercit asupra celeilalte o for defrecare:

    F = h S v/x (N)unde: S = suprafaa comuna celor dou

    lame, v/x = gradientul vitezei,h = vscozitateaUnitatea: [h ] = kg . m-1 . s-1 = Pa . s =Poiseuille

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    18/32

    MECANICA FLUIDELORC CURGEREA LICHIDULUI REAL

    2 - Regimuri de curgere a lichidului vscos

    La vitez medie mic, curgerea este laminar:- Profil parabolic al vitezelor datorat vscozitii.- Un strat foarte subire n contact cu peretele care nuse deplaseaz.-V este maxim n centru.La vitez medie mare, curgerea este turbulent:

    - Vscozitatea nu mai este factor de coeren- Apar turbioane fr o distribuie sistematic avitezelor.Pentru caracterizarea tipului de curgere, se calculeaznumrul Reynolds :

    unde r este densitatea fluidului i v viteza medie decurgere prin tubul cu diametrul d.Cnd R < 2400 regimul este laminar, iar cndR > 10 000 regimul este turbulent.ntre cele dou

    valori regimul este intermediar.

    v d

    R

    r

    h

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    19/32

    MECANICA FLUIDELORC CURGEREA LICHIDULUI REAL

    3 Variaia presiunii ncurgerea laminar: legea lui Poiseuille

    n regim laminar de curgere, h produce o pierdere de energie care semanifest printr-o scdere a presiunii,dat de legea lui Poiseuille :

    Dac notm (R rezistena la curgere)

    RezultDeci o relaie liniar ntre pierderea de energie i debit.n cazul curgerii turbulente, pe lng pierderile de energie prin frecri, apar ipierderi datorit vibraiilor moleculelor de fluid, acompaniate de apariia unuizgomot. Nu mai exist proporionalitate ntre P et D.Condiii de apariie a zgomotului aplicaii medicale- Creterea debitului - suflu de efort- Reducerea diametrului vasului prin:- stenoz vascular - suflu vascular- scpri sau stenoz valvular - suflu cardiac- scderea vscozitii suflu legat de anemie

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    20/32

    MECANICA FLUIDELORMSURAREA TENSIUNII ARTERIALE

    MECANICA FLUIDELOR

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    21/32

    MECANICA FLUIDELORMSURAREA TENSIUNII ARTERIALE

    MECANICA FLUIDELOR

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    22/32

    MECANICA FLUIDELORMSURAREA TENSIUNII ARTERIALE

    Din punct de vedere fizic msurarea tensiunii se bazeaz pe identificarea

    trecerii ntre regimul laminar i cel turbulent de curgere.Astfel, se admite c:- TAmax dat de metoda indirect(tensiometru)= presiuneaarterial sistolic

    - TAmin dat de metoda indirect= presiunea arterial diastolic

    Comparaia cu msurareadirect arat c:- Exist un bun acord pentru P

    sistolic- P diastolic este subestimat

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    23/32

    BIOFIZICA CIRCULAIEI

    HEMODINAMIC

    I. PARTICULARITI LEGATE DE ANATOMIEII. PARTICULARITI ALE SNGELUIIII. PARTICULARITI LEGATE DE PEREII

    VASELOR

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    24/32

    HEMODINAMICI. PARTICULARITI LEGATE DE ANATOMIE

    Presiunearterialmedie(kPa)

    % din total

    Sistemic13 70

    Pulmonar 2,6 30

    Presiune(kPa)

    Volum(%)

    Arterial 13 17

    Capilar 3 3

    Venos

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    25/32

    HEMODINAMICI. PARTICULARITI LEGATE DE ANATOMIE

    Este un sistem nchis,deci debitul global esteconstant. Cum

    D = S vD = constant, dar Svariaz, rezult c i v

    variazv = D/S

    (S= seciunea global)v minimal la nivelulcapilarelor favorizeazachimburile.

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    26/32

    HEMODINAMICI. PARTICULARITI LEGATE DE ANATOMIE

    d(cm) numr l(m) P(kPa)Artere 0,1 600 0,09 2

    Arteriole 0,002 40000000 0,0035 7,4

    Capilare 0,0008 1200000000 0,001 2,7

    P = R D

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    27/32

    HEMODINAMICII. PARTICULARITI ALE SNGELUI

    1 - Descrierea reologic a sngelui n repaus

    Sngele = suspensie de celule n soluie macromolecular (plasma)Hematocrit = volum de celule / volume total (normal = 0,45)

    Plasma : fluid newtonian h = 1.10-3 kg m-1 s-1

    Celule sanguine (fluid ne newtonian)

    HEMODINAMIC

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    28/32

    HEMODINAMICII. PARTICULARITI ALE SNGELUI

    2 - Descrierea reologic a sngelui n curgere

    Debit redusrulouri Debit ridicat circulaie axialConsecine privind vscozitatea: comportament reologic complex, nenewtonian

    Circulaie axial hematocrit

    redus n vasele laterale

    Capilare < 8 mm -

    deformarea globulelor roii

    HEMODINAMIC

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    29/32

    HEMODINAMICIII. PARTICULARITI LEGATE DE PEREII VASELOR

    Legea lui Laplace: o suprafa elastic ntins echilibreazdiferena de presiune ntre feele sale, lund o formconcav, cu concavitatea spre regiunea cu presiune maimare, astfel nct:

    Legea lui Laplace pentru vase cilindrice

    devine:

    P = Pint - Pext = Pstatic

    Proprietile de deformabilitate dau odependen de tipul T=f(r), deci tendin decontracie.Aciunea simultan conduce la stabilireaunui punct de echilibru.

    deci tendinde dilatare

    BIOFIZICA CIRCULAIEI

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    30/32

    BIOFIZICA CIRCULAIEIBIOFIZIC CARDIAC

    I. PRINCIPII DE FUNCIONAREII. CURBA PRESIUNE VOLUM

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    31/32

    BIOFIZIC CARDIAC

  • 8/3/2019 biofizica circulatiei

    32/32

    BIOFIZIC CARDIACII. CURBA PRESIUNE VOLUM