2. Механика на биофлуиди 2 Flashcards
(22 cards)
Уравнение на Бернули
P + pgh + 1/2. pv^2 = const.
Налягане + потенциална енергия + кинетична енергия = константа ; Ако намалим налягането, скоростта ще се увеличи; ако увеличим плъстността, ще увеличим вискозитета => забавено течение
Оптимална човешка кръвоносна с-ма изисква:
- Стените на капилярите да бъдат с минимална дебелина
- Налягането да се сведе до минимум в капилярите, за да се сведе до минимум разкъсването на стените
Атеросклероза
Атеросклерозата е удебеляване на артериалните стени (холестерол) – стеноза (50% стеснение) 80% стеснение се разгележда като критична стойност. Ролята на стенозата се описва от уравнението на Бернули. Когато кръвта тече бавно, не може да „пробие“ стената.
Артериално налягане
Когато мерим кръвно, мерим средно артериално налягане. Систола е съкращение (кръвта се изтласква в аортата и пулмонарната артерия), диастола е отпускане (сърцето се пълни с кръв). Истинското кръвно налягане се мери с Доплеров апарат. Лазерен сканиращ Доплер и акустичен Доплер спектроскопи измерват скоростта на кръвотока – лазерният спектроскоп излъчва светлина и измерва изместването на дължината на вълната, индуцирано от движението на кръвта а при акустичният вариант се измерва същият ефект върху звукова вълна.
Механични апарати за мерене на артериално налягане
Съдържат манометър, маншет, слушалка и помоа. Слагате мембраната на стетоскопа под маншетата и следите движението на кръвното налягане чрез слушане.
как се нарича уравнението на пулсации на кръвно налягане:
Моенс –Кортевег
Според него, променя в налягането води до промяна в дебелината на стената (r), разкъсване на съда. Модулът на еластичност (К) НЕ влияе на скоростта на кръвта, но предпазва от скъсване. Дебелината на стената влияе, която зависи от налягането. За еднаква артерия еластичният модул K, който е пропорционален на дължината на артерията, нараства силно при по-високо кръвно налягане („втвърдяване“) и варира значително от артерия на артерия.
Теория за въздушното джобче (windkessel)
най-големият съд (аортата) влияе на пулсациите на последващите съдове (Например, аортата може да се разгледа като еластичен резервоар за кръв. Обемът на аортата и налягането в нея се описват с уравнението за “въздушните джобчета” като се отчита и скороста на отток, определена от съпротивлението на периферните кръвоносни съдове, които се характеризират с по-малко сечение)
Микроциркулация
Микроциркулацията е крайната съдова мрежа на системното кръвообращение, състояща се от микросъдове с диаметър <20 µm. Тези микросъдове се състоят от артериоли, посткапилярни венули, капиляри и техните клетки.
1. Микроциркулацията е крайната дестинация на сърдечно-съдовата система и е отговорна за преноса на кислород от червените кръвни клетки (RBC) в капилярите до паренхимните клетки, където се доставя кислород.
2. Регулира обмена на разтворени вещества между интраваскуларното и тъканното пространство и е отговорна за транспорта на всички кръвни хормони и хранителни вещества до клетките.
Това е може би най-важното част на сърдечно-съдовата система.
Ефект на Фореус-Линдквист
в малките съдове тече вискоеластична (браунова) кръв и не може да има ролки:
Ефектът на Fåhraeus-Lindqvist описва как вискозитетът на кръв, се променя с диаметъра на тръбата, през която преминава. Има „намаляване на вискозитета с намаляване на диаметъра на тръбата“ (макар и само с диаметър на тръбата между 10 и 300 микрометра). Това е така, защото еритроцитите се преместват в центъра на съда, оставяйки само плазма близо до стената на съда.
Методи за оценка на биомеханика на белия дроб
А) Спирометрия
Б) Плетизмоградия – измерва остатъчен фунцкионален капацитет (камерата)
В) Xe-компютърна томография
Г) ЯМР
Д) Позитрон-емисионна томография
Ненютънови течности
Променят си вискозитета - С повишено или понижено триене между слоевете на течността с времето (динамичен вискозитет)
Две класификации на Ненютънови течности
1) време-независими флуиди (зависят само от ефекта на деформация)
2) време-зависими (зависят и от външно въздействие, например бъркане)
А. и В. са РАЗЛИЧНИ КЛАСИФИКАЦИИ, но не се изключват взаимно!!! Определението вискозопластичен флуид е време-независим флуид, АКО НЕ ГО РАЗБЪРКВАМЕ, но ако почнем да рабърваме, той може да стане по-течен (тиксотропия), но пак си е вискозопластичен, или по-твърд (реопектичен), но пак си е вискозопластичен. Може и да НЕ ПРОМЕНЯ текливост или твърдост, тогава си е време-независим по А.!
Видове време-независими
псевдопластични
бингам флуиди
бингамови псевдопластични
дилатантни
Псевдопластични флуиди
материалът се моделира като твърдо тяло; поведението е еластично ; shear-thinning) – от движението се намалява вискозитета => увеличава се скоростта (движение в артерии, вени, капиляри – кръв); От схоростта на деформацията (shear stress) може да се предизвика спад на вискозитета; тиксотропно-подобно поведение
кръв и кетчуп
Бингам флуиди
високопластични
Bingham пластично вещество е свръхвископластичен материал, който се държи като твърдо тяло при ниски деформации, но тече като вискозна течност при високи деформации.
Паста за зъби; кръвта е Бингамова течност при съсирване, но в медицината се приема за псевдопастична (В аортата е гъста, в капилярите по-рядка)
Бингам псевдопластични
фъстъчено масло
Дилатант
разширяващ се флуид
Дилатантна течност е вид ненютонова течност при която вискозитетът се увеличава с увеличаване на скоростта на деформацията (скоростта на течение на флуида. Те нямат граница на текливост.; (shear-thickening) – скоростта намалява; втърдява се с времето; реопектично-подобно поведение.
Качамак: деформацията се извършва при бъркане
Видове време-зависими
1) Тискотропни - при постоянна скорост на изменение на деформацията на флуида, самата деформация намалява - грес, маргарин
2) Реопектични (антитиксотропни) - при постоянна скорост на изменение на деформацията на флуида, самата деформация нараства/ Реопектичните флуиди показват хистерезисно поведение; синовиална течност, гипсова паста
Вискозоеластични материали
вискоеластичността е свойството на материалите, които проявяват както вискозни, така и еластични характеристики, когато са подложени на деформация (проявават свойството изтегляне, creep)
Пример за специфично свойство creep) : сутрин течността в клоните на дърветата е по-вискозна и те са клюмнали (поради ниска температури); през деня става по-еластична. Клоните, които се чупят под тежестта на сняг, се чупят след топла есен, когато са били по-еластични; ако беше след студена есен, те са щели да бъдат по-вискозни
Течности с полимери: слюнка, шампоан
Реология
Реологията разглежда измерването на вискоеластичността на материалите.
Реометърът е лабораторно устройство, използвано за измерване на начина, по който тече суспензия или потоци от „каша“ тече в отговор на приложени сили
Всички материали в някои условия са вискоеластични
(вода и глицерол стават вискоеластичен при честоти от ~10 GHz), но много биологични материали имат много специфично механично поведение, едновременно показващо фино настроени вискозитети и от друга страна еластичност спрямо физиологично важни времеви домейни(интервали).
Биореология
Механизмите, чрез които биологичните материали съхраняват и разсейват енергията, са от първостепенно значение за биологични им функции, напр. амортисьори, образувани от хрущял, свиването на мускул в сърцето, устойчивостта на кожата към удари и как се изпомпват кръвните клетки в артериите. Реологичните измервания са необходими, за да се определи поведението на биоматериалите в различни биоинженерни проблеми.
(а) изпомпвана кръв през вените (микрореология, тиксотропия и др.),
(б) действието на набраздената мускулатура (активни натоварвания),
(в) сложен вискоеластичен композит, кожа (вискоеластичността на смеси).
