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.swf8/3/2019 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
Recommended