Johan Dahlin
9d186a13b2
All checks were successful
Deploy Quartz site to GitHub Pages / build (push) Successful in 5m15s
626 lines
9.1 KiB
Markdown
626 lines
9.1 KiB
Markdown
# 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
|
||
|
||
|
||
---
|
||
|