Johan Dahlin
9d186a13b2
9.1 KiB
Cirk intro biofys 2025.pdf
OCR Transcript
- Pages: 26
- OCR Engine: pymupdf
- Quality Score: 1.00
Page 1
Cirkulationssystemet introduktion och biofysik LPG002 2025 Block 5 Holger Nilsson Sektionen för Fysiologi Göteborgs Universitet
Page 2
1 Kretsloppet Cirkulationens uppgift: Transport
Page 3
2 Sjukdomar i vilka cirkulationen har en central roll • Blodproppar Trombos, emboli • Hypertoni • Angina pectoris • Hjärtinsufficiens • Diabetes • Raynauds syndrom • Allergiska sjukdomar • Cancer • Demens Tecken på inflammation: Rubor rodnad Tumor svullnad Calor värmeökning Dolor smärta Functio læsa nedsatt funktion Historik • Galenos • Ibn al-Nafis • William Harvey • Marcello Malpighi se separat video på Canvas
Page 4
3 Tryck Kraften kan komma från – En pump • Hjärtat – Gravitationen • Djupet under vattenytan Kraft per yta Tryck-enheter • Kraft per yta • N/m2 = Pascal • Pelarhöjden Eftersom P = ρ h g – Vatten • cm H20 – Kvicksilver • mm Hg 100 mmHg = 136 cm H20 = 13 332 Pa
Page 5
4 Tryck Tryck Vätskeflöde
Page 6
5 Tryckmätning med piezometer Totaltryck Tryckmätning med piezometer Totaltryck Kinetisk energi
Page 7
6 Tryckmätning med piezometer Totaltryck Kinetisk energi Statiskt tryck + kinetisk energi Statiskt tryck - kinetisk energi Tryckmätning med piezometer Totaltryck Kinetisk energi Lägre flödeshastighet Mindre kinetisk energi Större statiskt tryck Omvänt här
Page 8
7 Bernouillis princip Statiskt tryck + dynamiskt tryck + potentiell energi = konstant (så länge det inte finns viskösa förluster (dvs resistans) ) P + ½ ρ v2 + ρ h g = k Se även: http://www.fysik.org/resurser/experiment-och-annat/filmade-experiment/blaasningar/ Trycket ökar med djupet P P + ρ h g Hydrostatiskt tryck Potentiell energi ρ h g 0
Page 9
8
Lägesförändring påverkar blodtrycken
Artärtryck
Ventryck
Artärtryck
Ventryck
95
100
95
5
2
5
183
100
51
Tryck i kärlsystemet
•
Aorta (”systemtryck”)
– ca 100 mmHg
•
Kapillärer
– ca 20-40 mmHg
•
Vener
– ca 0-10 mmHg
•
Intravaskulärt tryck
– trycket i ett kärl i förhållande till ytterluften
•
Transmuraltryck
– Skillnad mellan intravaskulärt tryck och extravaskulärt tryck (i vävnaden)
•
Perfusionstryck
– Tryckskillnad mellan två konsekutiva ställen i kärlbanan
(skillnad i intravaskulärt tryck före och efter ett organ)
Page 10
9 Medelartärtrycket Pulstryck • Under hjärtats kontraktionsfas (systole) stiger trycket i de stora artärerna – Tryckvågen kan kännas utanpå huden över ytliga artärer • Pulstryck = skillnad mellan det högsta (systoliska) och det lägsta (diastoliska) trycket under en hjärtcykel – Exempel: • Psystole = 120 mmHg • Pdiastole = 80 mmHg • Pulstryck 40 mmHg
Page 11
10 Medelartärtrycket Medelartärtryck ≈ diastoliskt tryck + 1/3 ꞏ pulstrycket Tryckrelaterade sjukdomar • Hypertoni • Hypotoni • Hjärnödem • Perifert ödem • Papillödem • Hjärthypertrofi • Cirkulationssvikt • Hjärnblödning • Aortaaneurysm • Aortadissektion • Kärlremodellering • Endoteldysfunktion • Ateroskleros • mm
Page 12
11 Mätning av blodtrycket Direkt mätning www.medscape.com Indirekt mätning http://www.bloodpressurehigh.com/blood-pressure-cuff.html Flöde • Volymsflöde – det vi vanligen menar med ”flöde” • volym per tid – liter per minut • Flödeshastighet • längd per tid – meter per sekund
Page 13
12 Flöde Rinner fort stor flödeshastighet Inte så mycket vatten måttligt flöde Porlar sakta låg flödeshastighet Ändå mycket vatten stort flöde Blodflöde • Blodflödet i hela systemet kallas hjärt-minut-volymen eller cardiac output 5-35 liter per minut • Flödet till enskilda organ varierar kraftigt beroende på organet och dess behov
Page 14
13
Flödeshastighet
• Varierar starkt utefter kärlbanan
Aorta
50 cm/s
A=2,5 cm2
Kapillärer
0,03 cm/s
A=4500 cm2
Vena cava
10-30 cm/s
A=8 cm2
Viskositet
• Mått på hur trögflytande en vätska är
hög viskositet
låg viskositet
Page 15
14 Viskositet • Avspeglar friktionen mellan intilliggande vätskeskikt • Är orsaken till laminära flödesprofiler • Mäts i pascalsekunder (Ns/m2) – Äldre enhet Poise (dyn s / cm2) = 0,1 Pa s • Betecknas η (eta) Laminärt flöde Man kan betrakta vätskan som bestående av koncentriska cylindrar som glider i förhållande till varandra. Den yttersta cylindern glider mot den stillastående väggen och rör sig långsammast. Cylindrarna innanför glider i förhållande till varandra. Detta gör att hastigheten får en parabolisk profil och är högst i centrum av kärlet. Gnidningen mellan de olika cylindrarna (den inre friktionen i vätskan) ger upphov till viskositeten. www.ubicampus.mh-hannover.de
Page 16
15 Parabolisk flödesprofil En konsekvens av ”gnidningen” mellan vätskeskikten är att flödeshastigheten är högst mitt i kärlet och lägst vid väggen. Hastigheten fördelas enligt en parabel med toppen i mitten av kärlet. Typer av vätskor • Newtonsk vätska – Konstant viskositet • t.ex. vatten, plasma • Icke-newtonsk vätska – Viskositeten förändras med omständigheterna • t.ex. blod – rördiameter – flödeshastighet – temperatur – hematokrit
Page 17
16
Blodets viskositet beror på hematokriten
0
20
40
60
Hematocrit (%)
2
4
8
Relativ
viskositet
Mätt i
viskosimeter
blod
plasma
Tixotropi
• Viskositeten ändrar sig med rörelse
Stillastående:
gel
Medan man penslar:
flytande
Page 18
17 Flödeshastigheten påverkar blodets viskositet 2 6 10 14 18 22 Shear rate Relativ viskositet vatten plasma hematokrit 40% hematokrit 60% Folkow & Neil, Circulation 1971 Axial orientering av blodkroppar Vid låg flödeshastighet ligger blodkropparna slumpmässigt fördelade i kärlet (A) medan när hastigheten är hög samlas de i mitten (B). Detta sänker viskositeten. Folkow & Neil, Circulation 1971
Page 19
18 Fåhraeus-Lindquist-effekten Relativ viskositet 0 1 2 3 1 10 100 1000 Kärldiameter (µm) plasma blod Hematokriten påverkar viskositeten i större blodkärl Hematokrit 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 Relativ viskositet 6 µm 60 µm 200 µm Folkow & Neil, Circulation 1971
Page 20
19 Flödesmotstånd (resistans) • Allt som bromsar vätskerörelser – gnidning mot väggen – gnidning inuti vätskan Låg resistans Hög resistans Stort rör Litet rör Kort rör Långt rör Låg viskositet (vatten) Hög viskositet (sirap) Ju större tryck desto större flöde vid ett visst motstånd Lägre motstånd ger högre flöde vid samma tryck Ohms lag U = R ꞏ I spänning = motstånd ꞏström energi (tryck) = motstånd ꞏflöde P = R ꞏ Q Q = P R
Page 21
20 tryck = flöde ꞏmotstånd flöde tryck motstånd P1 P2 Resistans Q 8 * L * * r4 Resistans = (eta) = viskositet L = längd r = radie Poiseuilles lag (Leonard Marie Poiseuille, Frankrike, 1799-1869) P1 – P2 Resistans Q = P1 – P2 = Q * Resistans
Page 22
21 Poiseuilles lag Q = ΔP R ΔP ꞏπ ꞏr 4 8 ꞏL ꞏη
Blodkärlen är distensibla perfusionstryck (ΔP) flöde (Q) ”rigid jacket” (kollagenmantel)
Page 23
22 Tension och spänning i kärlväggen Tension är den kraft som förmedlas av en längdenhet av väggen (jfr rullgardin). Laplaces lag: T = P ꞏ r (N/m) Wall stress (väggspänning) är den kraft som förmedlas av en ytenhet av väggens genomskärning. σ = T / w (N/m2) r = radie w = väggtjocklek Aneurysm Försvagad vägg Utvidgning (r ökar) Väggen blir tunnare (material omfördelas utefter längre omkrets) Tensionen ökar (T=Pr) Wall stress ökar (σ=T/w) http://www.daviddarling.info/encyclopedia/
Page 24
23 Laminärt och turbulent flöde • De enskilda molekylerna i vätskan rör sig inte bara i rörets längsriktning utan även åt andra håll. • Detta kan skapa virvelbildning vid hög flödeshastighet. • Vid laminärt flöde (avsaknad av virvlar) är sambandet mellan tryck och flöde linjärt (P=QꞏR) • När turbulens inträder stiger flödesmotståndet. • Risken för turbulens är störst i klaffarna och i stora artärers förgreningar Laminärt och turbulent flöde stigande flödeshastighet laminärt turbulent flöde perfusionstryck Re = 2000 Q2 ≈ P Reynolds tal (Re) = v d ρ η v = medelflödeshastighet d = rördiameter ρ = densitet η = viskositet
Page 25
24 Skjuvning Skjuvning (eng. shear) är deformering av ett material som uppstår vid en förskjutning mellan två parallella ytor. Skjuvspänning (eng. shear stress) är skjuvkraft per ytenhet (=F/A). Skjuvkraften verkar parallellt med kärlytan på grund av blodflödet nära kärlväggen. wikipedia De krafter som verkar på endotelet Skjuvning Kompression Tension
Page 26
25 Skjuvkrafter kan ge intracellulära effekter Traub et al., Arterioscler Thromb Vasc Biol 18:677-685, 1998 Olika flöde ger olika signaler Traub et al., Arterioscler Thromb Vasc Biol 18:677-685, 1998