|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
Biofizyka Uk³adu Kr¹¿enia
Uk³ad kr¹¿enia spe³nia rolê ? Krew dostarcza komórkom tlen, substancje od¿ywcze, odprowadza dwutlenek wêgla i pro- dukty przemiany materii. ? Krew rozprowadza w organizmie ciep³o - uczestnicz¹c w termoregulacji. ? Krew transportuje noœniki informacji (hormony) i substancje katalizuj¹ce reakcje chemiczne (enzymy). ? Krew jest transporterem przeciwcia³. transportera: Krew kr¹¿y w obwodzie zamkniêtym. Obwód ten sk³ada siê z kr¹¿enia du¿ego z lew¹ komor¹ pompuj¹c¹ krew i ma³ego z praw¹ komor¹ w tej roli. Uk³ad kr¹¿enia stanowi swoisty uk³ad hydrauliczny. Do opisu uk³adu kr¹¿enia stosuje siê prawa hydrodynamiki: ci¹g³oœci strumienia, Bernoulliego i Hagena-Poiseuille’a. Przep³yw cieczy okreœla strumieñ objêtoœci cieczy Q : Q Ä V S × v Ä t gdzie V oznacza objêtoœæ cieczy przep³ywaj¹cej w czasie t przez przekrój poprzeczny naczyn- ia S z prêdkoœci¹ v. Prawo ci¹g³oœci strumienia - s³uszne dla cieczy nieœciœliwej, poruszaj¹cej siê ruchem laminarnym w sztywnym przewodzie mo¿na sformu³owaæ jak nastêpuje: Ä Ä Suma strumieni wp³ywaj¹cych do wêz³a jest równa sumie strumieni wyp³ywaj¹cych z wêz³a. Q 1 wyp³yw n k wp³yw Ó wp³yw Ó wyp³yw wyp³yw Q wyp³yw Q i Q i wp³yw Q 3 i=1 i=1 Q 2 Gdy naczynie nie ulega rozga³êzieniu (rysunek ni¿ej) prawo ci¹g³oœci strumienia przyjmuje postaæ: Ä l 1 Sv = Sv =const 11 22 Ä l 2 F 2 F 1 Ä V v 1 Ä V v 2 S 1 Przez dowolny przekrój rury przep³ywa w tym samym czasie ta sama objêtoœæ cieczy. Zmiana energii kinetycznej cieczy wymaga wykonania pracy: S 2 F l 11 22 Ä - F l = p V - p V Ä 1 Ä 2 12 wykonana praca spowoduje zmianê energii kinetycznej cieczy. St¹d wynika prawo ciœnienia statyczne . Jeœli za³o¿yæ, ¿e ciecz jest doskona³a, to Bernoulli’ego: p 1 1 ñv 1 p 2 1 ñv const 2 2 2 2 1 ñv i Gdzie oznacza ciœnienie statyczne dzia³aj¹ce na œciany przewodu, a p ciœnienie dyna- i miczne. 2 Zatem suma ciœnienia statycznego i dynamicznego jest sta³a wzd³u¿ rurki, w której przyp³ywa ciecz i stanowi tak zwane ciœnienie ca³kowite. Wartoœci ciœnienia ca³kowitego i statycznego mo¿na bezpoœrednio zmierzyæ, umieszczaj¹c w strumieniu cieczy rurki manometryczne. Rurki, których otwory znajduj¹ce siê w strumieniu cieczy ustawione s¹ prostopadle do kierunku jej przep³ywu, s³u¿¹ do pomiaru ciœnienia ca³kowitego, natomiast rurki, których otwory s¹ styczne do linii przep³ywu, s³u¿¹ do pomiaru ciœnienia statycznego. Miar¹ wartoœci ciœnienia jest wysokoœæ s³upa cieczy w rurce. K1 Q 1 Ä Gdzie p i p oznaczaj¹ tak zwane p ca³kowite wskazuje zagiêta w kierunku ruchu cieczy rurka statyczne zuje prosta rurka wska- Ca³kowite ciœnienie cieczy p³y- n¹cej przez przewód ma w ró¿- nych jego miejscach tak¹ sam¹ wartoœæ. W przypadku, gdy rurka nie jest pozioma, prawo Bernoulliego przyjmuje postaæ: p 2 v 2 p 1 v 1 h 2 p 1 ñgh 1 1 ñv 2 p 2 ñgh 2 1 ñv 2 2 const h 1 2 2 Zatem ciecz doskona³a (pozbawiano lepkoœci), w rurze bez zmiany œrednicy, p³ynie bez ró¿ni- cy ciœnieñ statycznych na koñcach rury. p 1 p 2 p 3 p 1 p 3 p 2 Ró¿nica ciœnieñ konieczna jest tylko dla zmiany prêdkoœci przep³ywu cieczy nielepkiej. W przypadku cieczy nawet w rurze o tym samym przekroju musi istnieæ ró¿nica ciœnieñ statycznych, zwi¹zana z koniecznoœci¹ pokonania oporów tarcia cieczy. rzeczywistej, o lepkoœci ç, Zwiêkszenie ró¿nicy ciœnieñ statycznych Ä p na koñcach rury spowoduje wprost proporcjonalny wzrost strumienia objêtoœci cieczy Q, tak ¿e stosunek tych wielkoœci nie zmieni siê: Ä p R p 1 Q p 2 p 3 p 4 Gdzie R oznacza opór naczyniowy. Zgodnie z prawem Hagena-Poiseuille’a zale¿y on od: 8 × ç × l 4 R ð × r K2 p Jeœli opory s¹ po³¹czone szeregowo, to zastêpczy opór naczyniowy jest sum¹ po³¹czonych w ten sposób oporów naczyniowych. Przy po³¹czeniu równoleg³ym - odwrotnoœæ oporu zastêpczego jest sum¹ odwrotnoœci oporów w³¹czonych równolegle. Zatem na oporach naczyniowych wykonuje siê te same dzia³ania jak na oporach elektrycznych. Spadek ciœnienia w przewodzie o wiêkszym przekroju (mniejszym oporze) jest mniejszy ni¿ w uk³adzie rozga³êzionym. p 1 p 2 p 3 p 1 p 2 p 4 p 3 p 4 Zast¹pienie przewodu o przekroju S i d³ugoœci l i oporze R, n przewodami o tej samej d³ugoœci i tym samym ³¹cznym przekroju zwiêksza opór naczyniowy. Prawo Hagena-Poiseuillea ma szerokie zastosowanie w opisie funkcjonowania uk³adu kr¹¿enia. Pozwala ono na porównanie wartoœci oporów naczyniowych ró¿nych narz¹dów. Jeœli znany jest strumieñ Q przep³ywaj¹cej przez narz¹d krwi oraz znana jest ró¿nica ciœnieñ Ä p krwi w têtnicy zasilaj¹cej dany narz¹d i w ¿yle odprowadzaj¹cej z niego krew. Prawo Hagena-Poiseuillea opisuje poprawnie zjawisko przep³ywu cieczy, gdy odbywa siê on warstwowo. Jednak w szczególnych warunkach, przep³yw krwi mo¿e staæ siê przep³ywem . W strumieniu p³yn¹cej cieczy tworz¹ siê wtedy zawirowania i pr¹dy wsteczne. Przep³ywowi burzliwemu towarzysz¹ znacznie wiêksze, w porównaniu z przep³ywem warstwowym, straty energii mechanicznej. Ponadto, oprócz energii traconej na pokonanie opo- rów przep³ywu, czêœæ energii zamieniana zostaje np. w energiê fal dŸwiêkowych. Fale te mog¹ byæ wykorzystane w diagnostyce podczas os³uchiwaniu serca czy przep³ywu powietrza przez drzewo oskrzelowe p³uc. Równie¿ w trakcie pomiaru ciœnienia têtniczego krwi za pomoc¹ sfignomanometru wykorzystuje siê fale akustyczne towarzysz¹ce burzliwemu przep³ywowi krwi. Rodzaj przep³ywu cieczy mo¿na przewidzieæ obliczaj¹c wartoœæ bezwymiarowej liczby ReynoldsaN R 2 r v ñ N R ç gdzie: r oznacza promieñ naczynia, v- œredni¹ prêdkoœæ przep³ywu cieczy, ñ - gêstoœæ cieczy, ç - lepkoœæ cieczy. Ustalono doœwiadczalnie, ¿e dla rur o przekroju ko³owym: dla 2000 < N < 3000 przep³yw jest nieustalony tzn. sposób przep³ywu ³atwo ulega zmianie z przep³yw jest laminarny, R warstwowego w burzliwy w wyniku zmiany kszta³tu naczynia lub niejedno- rodnoœci w budowie jego œcian, dla N > 3000: przep³yw jest burzliwy. K3 Opory naczyniowe w zale¿noœci od sposobu ich po³¹czenia mo¿na zast¹piæ odpowiednimi opo- rami zastêpczymi. burzliwym (turbulentnym) R dla N < 2000: R Ruch burzliwy ( turbulentny ) Ciœnienie mm Hg Ciœnienie w mankiecie Ciœnienie skurczowe Wzrost prêdkoœci krwi mo¿e spowodo- waæ przejœcie ruchu laminarnego w bu- rzliwy (wirowy - oprócz prêdkoœci rów- noleg³ej do osi naczynia ciecz posiada sk³adow¹ prostopad³¹ do osi naczynia). Charakter ruchu zmienia siê, gdy liczba 120 80 prêdkoœci 40 Ciœnienie rozkurczowe Reynoldsa przekroczy war- 0 toœæ krytyczn¹. Tony Korotkowa W uk³adzie kr¹¿enia przep³yw burzliwy krwi ma miejsce w momencie otwarcia zastawek. Ruchom burzliwym towarzysz¹ efekty akustyczne ( tony serca, tony Korotko- wa przy pomiarze ciœnienia krwi ) . Na rysunku obok przedstawiono sche- mat uk³adu do Têtnica promieniowa pomiaru ciœnienia skur- czowego i rozkurczowego w têtnicy promieniowej tryczn¹. metodê sfigmomanome- Ruch krwi wywo³any jest ró¿nic¹ ciœnieñ pomiêdzy uk³adem têtniczym i ¿ylnym podtrzymywan¹ prac¹ serca. Lewa komora serca t³oczy krew do kr¹¿enia du¿ego, obwodowego. Ciœnienie krwi w aorcie zmienia siê od oko³o 120 mm Hg, pond ciœnienie atmosferyczne, podczas skurczu, do oko³o 70 mm Hg podczas rozkurczu serca. Œrednie ciœnienie panuj¹ce w aorcie wynosi oko³o 100 mm Hg. Sposób wyznaczania wartoœci œredniej zmieniaj¹cego siê ciœnienia w naczyniu krwiono- œnym wyjaœnia rycina. 120 p maks = p skurczowe 100 p œr 80 60 p mim = p rozkurczowe 40 20 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Czas (s) Zmiany ciœnienia w okreœlonym miejscu têtnicy w funkcji czasu. Rysunek wyjaœnia sposób wy- znaczenia œredniej wartoœci ciœnienia. Pole pod wykresem chwilowego ciœnienia w têtnicy jest równe polu pod wykresem ciœnienia œredniego. W ¿yle g³ównej przy ujœciu do prawego przedsionka ciœnienie krwi praktycznie nie zmienia siê i wynosi oko³o 10 mm Hg ponad ciœnienie atmosferyczne. Zatem krew obwodowa w du¿ym kr¹¿eniu p³ynie pod wp³ywem ró¿nicy ciœnieñ 90 mm Hg. Prawa komora t³oczy, pozbawion¹ tlenu i wzbogacon¹ w dwutlenek wêgla, krew do kr¹¿enia p³uc- nego. Ciœnienie w têtnicy p³ucnej waha siê od 8 mm Hg w czasie rozkurczu do oko³o 22 mm Hg w czasie skurczu (œrednia wartoœæ ciœnienia wynosi oko³o 15 mm Hg). W ¿yle p³ucnej, doprowa- dzaj¹cej natlenowan¹ krew do lewego przedsionka, ciœnienie krwi nieznaczne waha siê wokó³ wartoœci 7 mm Hg. W kr¹¿eniu p³ucnym krew p³ynie pod wp³ywem œredniej ró¿nicy ciœnieñ oko³o 8 mm Hg. K4 Górne czêœci cia³a Kr¹¿enie p³ucne W³oœniczki p³ucne Têtnica p³ucna 22-8 mmHg ¯y³a p³ucna 7 mmHg Ujœcie naczyñ ch³onnych Aorta 120 - 70 mmHg ¯y³a g³ówn a 10 mmHg Lewy przedsionek i Prawy przedsionek Œciany têtnic zawieraj¹ œród- b³onek, tkankê sprê¿yst¹, w³óknist¹, otoczone s¹ miê- œniami g³adkimi. Prawa komora Lewa komora Jelita Têtnica ¯y³a Œciany ¿y³ s¹ cieñsze, ni¿ tê- tnic, zawieraj¹ mniej tkanek sprê¿ystych ni¿ œciany têtnic, w konsekwencji s¹ bardziej podatne na odkszta³cenie. W¹troba Têtnica w¹trobowa Uk³ad naczyñ ch³onnych W³oœniczki obwodowe Dolne czêœci cia³a Kapilary Schemat uk³adu kr¹¿enia. Krew z lewej komory kr¹¿eniem du¿ym, rozga³êziaj¹cym siê na górne i dolne czêœci cia³a, dochodzi do prawego przedsionka, st¹d do prawej komory i dalej kr¹¿eniem ma³ym do lewego przedsionka. Ma³e i du¿e kr¹¿enie stanowi¹ obwody zamkniête. Zaznaczono tak¿e g³ówne naczynia uk³adu ch³onnego (R.F.Shmidt, G.Thews). K5 |
Menu
|