ЯГМА Медицинская физика Лечебный факультет 1 курс

ЯГМА
Медицинская физика
Лечебный факультет
1 курс
1 семестр
«Гемодинамика»
Составил:
2004 г.
Дигурова И.И.
Гемодинамика- раздел биомеханики, в котором изучается движение
крови по сосудам. Физическая основа гемодинамики – гидродинамика.
Ламинарное и турбулентное течение.
Ламинарным называется течение, при котором слои жидкости текут не
перемешиваясь, скользят друг относительно друга. При этом течении
скорость различных частиц жидкости, попадающих поочерёдно в какую-либо
точку пространства, одинакова. Такое движение возможно при малых
скоростях, в трубах без резких изгибов, с одинаковым давлением по сечению.
Ламинарным является течение крови по артерии в норме.
Турбулентным (вихревым) называется течение, при котором скорость
движения частиц жидкости меняется. Частицы приходят в колебательное
движение, приводящее к возникновению звука. Элементы жидкости
совершают движения по сложным траекториям, что приводит к
перемешиванию слоёв и образованию завихрений. Турбулентное течение
связано с дополнительной затратой энергии. При течении жидкости, часть
энергии расходуется на беспорядочное движение, направление которого
отличается от основного направления потока. В случае с кровью это ведёт к
дополнительной работе сердца. Шум, возникающий при турбулентном
течении крови, используется для диагностики. Он прослушивается на
плечевой артерии, при измерении артериального давления крови. В норме
является турбулентное течение крови в аорте.
Физические основы клинического метода измерения
давления крови.
В медицине широко используется метод измерения давления крови,
предложенный в 1905 году Коротковым. Суть метода заключается в том, что
измеряется давление, которое нужно приложить снаружи, чтобы сжать
артерию для прекращения тока крови в ней.
а) Давление воздуха в манжетке избыточное над атмосферным и равно нулю.
Манжеты не сжимают руку и артерию.
б) По мере накачивания воздуха в манжетку, она сдавливает плечевую
артерию, и ток крови прекращается. При этом давление воздуха внутри
манжетки равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой.
в) Выпуская воздух, давление в манжетке и мягких тканях уменьшается.
Когда давление на артерии становится равным систолическому, кровь
начинает проталкиваться через сдавленную артерию. Создаётся
турбулентный поток, сопровождающийся звуками. При дальнейшем
уменьшении давления, просвет увеличивается до нормального. Течение
крови становится ламинарным, звуки прекращаются. Показания манометра в
момент исчезновения шумов соответствуют
диасталическому давлению.
Число Рейнольдса.
Характер течения жидкости течения по трубе зависит от скорости её течения,
размеров трубы, природы жидкости. Экспериментально установлено, что
турбулентность возникает, если определённые комбинации величин,
характеризующих движение, превосходят некоторые критические значения.
Эта безразмерная комбинация называется числом Рейнольдса. ( Re)
Re=
-Плотность жидкости
-Скорость течения
-Диаметр трубы
-Коэффициент абсолютной вязкости
Если Re превышает критическое значение, то движение турбулентное, а если
меньше критического, то ламинарное. Для крови критическое значение около
1000
При течении воды по гладкой цилиндрической трубе критическое значение
числа Re равно 2300. Если Re больше критического значения, то движение
турбулентное, а если меньше, то ламинарное. Если Re равно критическому
значению, то режим является переходным. При моделировании кровеносной
системы необходимо, чтобы модель имела такое же Re , что и объект. Иначе
между ними не будет соответствия. Re определяет сопротивление, которое
оказывает жидкая среда, перемещающихся в ней частицам. При ламинарном
течении это сопротивление возрастает линейно с увеличением скорости, а
при турбулентном прямо пропорционально квадрату скорости.
Кровь как физическая система. Её реологические
особенности.
Кровь - жидкая тканевая среда. Она является суспензией, состоящей из
дисперсной среды плазмы и дисперсной фазы форменных элементов. Их
процентное содержание называется гематокритом. (Ht) Ht=45%-50%/.
Коэффициент относительной вязкости крови равен 2,5-3,5. Реологически
кровь
–
неньютоновская
жидкость
псевдопластического
типа.
Неньютоновские свойства крови связаны с наличием форменных элементов.
Эти свойства проявляются при течении крови по сосудам малого диаметра,
при небольших скоростях. Предел текучести 2-5мПа. С увеличением
гематокрита линейно возрастает. Re=970+ 80.
Течение крови подчиняется закону Гагена-Пуазейля только при малой
разности давления на концах сосуда.
Физическая модель сердечно-сосудистой системы (ссс) и
её характеристика.
С.с.с.состоит из активной части – сердца и условно пассивной - сосудов.
Основной функцией сердца является создание разности давления на входе и
на выходе сосудов.
С.с.с.имеет следующие особенности:
1)
2)
3)
4)
Является замкнутой системой.
Разветвляется с последующим и параллельным соединением сосудов.
Уменьшение давления идет от центра к периферии.
Согласно уравнению неразрывности струи, скорость течения больше там, где
площадь сечения меньше.
Наименьшее сечение имеет капилляр, и там же наблюдается наименьшая
скорость течения крови. Но это не противоречит уравнению, т. к. общее
сечение капилляров превосходит сечение аорты.
Гидравлическое сопротивление.
Гидравлическое сопротивление возникает в результате трения условных
частиц о стенки сосуда и друг о друга. Проведём аналогию между движением
крови и движением заряда по проводнику.
Движение жидкости
Движение заряда
Т.о. гидравлическое сопротивление прямо пропорционально вязкости
жидкости и длине сосуда, и обратно пропорциональна площади сечения.
Аналогия между последовательным и параллельным соединением
сосудов и параллельным и последовательным соединением проводников.
Понятие о критическом давлении замачивания и
формуле Лапласа.
Минимальное давление крови в сосуде, при котором его просвет остаётся
открытым, называется критическим.
PR=N [N] = Па м = Н/м
P-критическое давление замыкания
R-радиус сосуда
N-величина напряжения стенок сосуда
Движение жидкости по трубам с эластичными стенками.
Течение крови зависит как от её свойств, так и от свойств кровеносных
сосудов.
Движение жидкости по трубам происходит под действием эластичного
насоса (груши). В жёсткой трубе течение жидкости прерывистое, а в
эластичной нет. Эластичность трубки сглаживает пульсацию давления,
возникающего от насоса. При повышении давления эластичная трубка
расширяется. Кинетическая энергия движения жидкости частично переходит
в потенциальную энергию деформации. В момент прекращения работы
насоса, эластичная трубка сжимается, изменение энергии идёт в обратном
направлении, и жидкость продвигается по трубке. Возникшая деформация
распространяется в виде пульсовой волны. Аналогичное явление происходит
в артерии. При сокращении сердечной мышцы, кровь выбрасывается из
сердца в аорту, затем в артерию. Вследствие эластичности стенок, крупные
артерии принимают крови больше, чем её оттекает к периферии. Во время
систолы давление равно 16 кПа. Во время диастолы (10,6 кПа) расширяются
артерии, спадают их эластические свойства, сглаживаются перепады
давления, способствуя непрерывному току и экономичному расходу энергии
при движении крови.