A kardiovaszkuláris rendszer élettana



Hasonló dokumentumok
A kardiovaszkuláris rendszer élettana

Hidraulika. 5. előadás

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

2009/2010. tanév Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló. FIZIKA II. kategória. Héron kútja

Milyen erőtörvénnyel vehető figyelembe a folyadék belsejében a súrlódás?

FOLYADÉKOK ÉS GÁZOK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

M é r é s é s s z a b á l y o z á s

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Légzés. A gázcsere alapjai

1. Folyadékok jellemzői, newtoni, barotróp folyadékok, gázok tulajdonságai, kavitáció

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

Ellenőrző kérdések Vegyipari Géptan tárgyból a vizsgárakészüléshez

Az emlıs keringési rendszer felépítése

Felületi feszültség és viszkozitás mérése. I. Felületi feszültség mérése. Felületi feszültség mérés és viszkozimetria 2. Fizikai kémia gyakorlat 1

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 9. évfolyam egyetemi docens

1, Folyadékok jellemzői,newtoni, barotróp folyadékok, gázok tulajdonságai, kavitáció

Vérkeringés. A szív munkája

A kapilláris rendszer

Előadásvázlat Kertészmérnök BSc szak, levelező tagozat, okt. 3.

GEOTECHNIKA I. LGB-SE VÍZMOZGÁSOK A TALAJBAN

Folyadékáramlás vérkeringés

Berka Márta Debreceni Egyetem Kolloid és Környezetkémiai Tanszék

MEGOLDÁS a) Bernoulli-egyenlet instacioner alakja: p 1 +rgz 1 =p 0 +rgz 2 +ra ki L ahol: L=12m! z 1 =5m; z 2 =2m Megoldva: a ki =27,5 m/s 2

Folyadékáramlás vérkeringés

terhelhetőség ellenőrz vra

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

1.8. Ellenőrző kérdések megoldásai

JÁRMŰ HIDRAULIKA ÉS PNEUMATIKA

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Pécsi Tudományegyetem. Szegmentált tükrű digitális csillagászati távcső tervezése

TENGELYEK, GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK (Vázlat)

Hatvani István fizikaverseny forduló. 1. kategória

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Tóthné Fülep Beatrix. Korszerű lehetőségek a fizioterápiában III. Hévíz

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Nagyító alatt a szélütés - a stroke

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. Aktivitás mérés.

MÁSODIK TÍPUSÚ TALÁLKOZÁS A MÁTRÁBAN CLOSE ENCOUNTERS OF THE SECOND KIND IN MÁTRA HILL

A kiválasztási rendszer felépítése, működése

MIÉRT KIEMELTEN FONTOS A MUNKAHELYI STRESSZ

Perspiráció insensibilis / párolgás: Perspiratio sensibilis/verejtékezés.

Biológia I. EF30002 A 2005/2006-os tanév II. félévének oktatója: Dr. Kalapos István, főiskolai tanár

Vérkeringés. A szív munkája

Beavatkozószervek

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

Bányaipari technikus T 1/6

Az agyi infarktus (más néven iszkémiás stroke) kialakulásának két fő közvetlen oka van:

Emberi ízületek tribológiája

Optoelektronikai Kommunikáció. Az elektromágneses spektrum

zis Brown-mozg mozgás Makromolekula (DNS) fluktuáci Vámosi György

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

4.2. Villamos gyújtóberendezések (Második rész)

Ipari robotok megfogó szerkezetei

HANGTERÁPIA. kialakulása és jelene

Nyugalmi és akciós potenciál

Erőátvitel tervezése. Tengelykapcsoló. Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME)

ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 4. AKTÍV SZOLÁRIS RENDSZEREK ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 1

GÉPÉSZETI ÉS AUTOMATIZÁLÁSI MÉRÉSEK

Fizikai olimpiász. 52. évfolyam. 2010/2011-es tanév. D kategória

KULCS_GÉPELEMEKBŐL III.

Feladatok GEFIT021B. 3 km

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA I.

Eszközök: Két egyforma, könnyen mozgó iskolai kiskocsi rugós ütközőkkel, különböző nehezékek, sima felületű asztal vagy sín.

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

dinamikus tömörségméréssel Útügyi Napok Eger Subert

Áramlástan. BMEGEÁTAE01 Dr. Lajos Tamás Tanszék: AE épület. v1.00

Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék

Upstairs Consulting. Útmutató a munkahelyi stressz kezelése munkavédelmi szakemberek részére

Póda László Urbán János: Fizika 10. Emelt szintű képzéshez c. tankönyv (NT-17235) feladatainak megoldása

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 11. évfolyam emelt szintű tananyag egyetemi docens

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

A köztiagy (dienchephalon)

Fizika 11. osztály. 1. Mágneses mező szemléltetése és mérése, mágneses pörgettyű (levitron) Lenz törvénye: Waltenhofen-inga, Lenz-ágyú...

Mikrofluidika I. - Alapok

Utak földművei. Útfenntartási és útüzemeltetési szakmérnök szak I. félév 2./1. témakör. Dr. Ambrus Kálmán

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Homogén anyageloszlású testek sűrűségét m tömegük és V térfogatuk hányadosa adja. ρ = m V.

MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

KÉRDÉSEK_GÉPELEMEKBŐL_TKK_2016.

VIZSGABIZTOS KÉPZÉS. 09_2. Kormányzás. Kádár Lehel. Budapest,

A vér élettana 1./12 Somogyi Magdolna. A vér élettana

1 Csoportosítsa a kötéseket a hatásmechanizmus szerint! Valamennyi csoportelemre írjon példát is!

KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐ MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL

Feszített vasbeton gerendatartó tervezése költségoptimumra

Diagnosztikai röntgen képalkotás, CT

Labormérések minimumkérdései a B.Sc képzésben

Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék

Lázmérő. Bimetáll hőmérő. Digitális hőmérő. Galilei hőmérő. Folyadékos hőmérő

EMELT SZINT SZÓBELI MINTATÉTELSOR ÉS ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Hajtások

Stressz vagy adaptáció? Betegség vagy boldog élet?

Átírás:

A kardiovaszkuláris rendszer élettana 35. Hemodinamika: Biofizikai alapjelenségek 36. Hemoreológia Dr. Domoki Ferenc 2015. november 6. Az eddig elhangzottakból szükséges lesz Szabályozáselméleti alapok: Reflexes szabályozás, reflexív fogalma, reflexek csoportosítása, hormonális szabályozás A vegetatív idegrendszer szimpatikus és paraszimpatikus divíziójának funkcionális anatómiája és neurokémiája A primer és szekunder érzősejt fogalma, a primer szenzoros neuronok morfológiája és ingerületképzésének alapjai A simaizom élettana 1

Bevezetés helyett: a kardiovaszkuláris rendszer funkciójáért 3 főszereplő felelős A vér A szív Az érrendszer E három tényező tulajdonságait, kölcsönhatásait, és funkciójuk szabályozását kell megismerni. A kardiovaszkuláris élettan 9 tantermi előadása Hemodinamika, hemoreológia A szívműködés mechanikája A szívműködés szabályozása Az elektrokardiográfia Az érrendszer egyes elemeinek (artériás rendszer, mikrocirkuláció, vénás rendszer) funkcionális jellemzése (2 előadás) A szisztémás keringésszabályozás A lokális keringésszabályozás egyes szervek (szív, vázizom, tüdő) keringési jellegzetességei 2

Hemodinamika-alapfogalmak vérnyomás: a vérnek az erek falára kifejtett nyomása. Értéke a szívfunkciótól és az ér szívhez viszonyított pozíciójától is függ. Jele P, SI mértékegysége Pa, de az élettanban megszokottan a Hgmm-t használják. Áramlás az érrendszer két pontja között akkor jön létre ha az eret kitöltő vér nyomásában a két pontnál különbség van. Ezt nyomásfőnek (nyomásgrádiensnek) nevezzük. Jele P (=P1-P2) A keringésben a nyomásfőt ( P) a szív szívó-nyomó pumpa aktivitása alakítja ki 3

Hemodinamika-alapfogalmak Áramlás: a cső keresztmetszetén időegység alatt átáramló folyadékmennyiség ( V/ t), a szisztémás vérkeringésre vonatkoztatva a teljes áramlás neve keringési perctérfogat (PTF). Jele Q, mértékegysége térfogat/idő (pl liter/perc) Vigyázat! áramlás áramlási sebesség (v), utóbbi alatt az áramló folyadék részecskéinek átlagos sebessége értendő (m/s). Q=A v, ahol A a cső keresztmetszete. Hemodinamika-alapfogalmak Hogy adott nyomásfő mellett mekkora áramlás jön létre a csőben, azt a hidraulikus ellenállás szabja meg, ezt a nagyvérkörre vonatkoztatva teljes perifériás ellenállásnak/rezisztenciának (TPR) nevezzük. Jele R (TPR), mértékegysége nyomás idő/térfogat (Hgmm perc/liter) 4

A hemodinamika alaptörvénye: az Ohm törvény Áramlás=nyomásfő/hidraulikus ellenállás Q= P/R PTF nagyvérkör =(P aorta -P jobb pitvar )/TPR PTF kisvérkör =(P a.pulm -P bal pitvar )/R tüdő PTF nagyvérkör =( ) PTF kisvérkör Mitől függ a hidraulikus ellenállás? 5

HAGEN-POISEUILLE törvény Nyomás h Q 2h 2Q Q P Hossz L Q 2L ½ Q Q 1 L Sugár r Q 2r 16 Q (2 4 Q) Q r 4 Viszkozitás Q η 2η ½ Q Q 1 η Q = P r4 Lη π 8 R = Lη 8 r 4 π A tudósok Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869) Matematikát és fizikát tanul az École Politecnique-ben, majd fiziológusként a vér áramlását tanulmányozza. Eredményeit 1840- ben publikálja. Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1797-1884) fizikus, a viszkozitást méri meg először pontosan vékony csövekben, eredményeit 1840-ben publikája. 6

A Hagen-Poiseuille törvény teljesülésének kritériumai, összevetve a keringési rendszer tényeivel Hengeres nem elágazó, merev csövek newtoni folyadék stacioner áramlás lamináris viszonyok Rugalmas, elágazó csövek, a vénák nem hengeresek nem-newtoni folyadék (a vér) pulzáció néha turbulens áramlás Az egyenlőség tehát nem állhat fenn, mégis a törvény kijelöli a fontos faktorokat Mitől függ a hidraulikus ellenállás? az áramló folyadék saját anyagi tulajdonsága: viszkozitás (η) A cső geometriájától: a hosszúsággal (L) egyenesen arányos, a cső sugarának (r) a negyedik! hatványával fordítva arányos Hagen-Poiseuille törvény: Q= P x π/8 x r 4 /L x 1/η R= 8/π x L/r 4 x η 7

A Fehér fagyöngy (Viscum album) Örökzöld, parazita cserje Bogyójából ragasztót, lépet állítottak elő (lépre csalni vmit/vkit) A viszkozitás tehát ragadósságot jelent (ragad, mint a lép) Hemoreológia: a vér folyékonyságával foglalkozó tudományág rhei görög szó, folyót jelent, közismertté a Panta rhei! - Minden folyik!- filozófiai aforizma tette (semmi nem állandó, minden változik) A lamináris áramlás jellemzése, Newton viszkozitás törvénye:, nyírófeszültség, nyírási sebesség, viszkozitás fogalmának bevezetése a newtoni folyadékok és a nem-newtoni, komplex folyadék: a vér viszkozitása Az áramló vér viszkozitásának jellemzése, a vörösvérsejt adaptációja Turbulens áramlás fogalma. Reynolds szám. 8

Newton viszkozitástörvénye I. mozgó üveglap rögzített üveglap F Egy folyadékkal elválasztott két üveglapot elmozdítva egymás felett, az elmozdított üveglap alatti folyadék is elmozdul, mégpedig úgy, hogy a folyadék részecskéi egymással párhuzamos rétegekben (laminákban), egymáshoz képest is elmozdulnak. Ez a sebességgrádiens (dv/dx) a folyadékban homogén, és az üveglapot elmozdító erővel arányos. Newton viszkozitástörvénye II. Nyírófeszültség, nyírási erő (shear stress): az a tangenciális erő, ami egységnyi felszínre hatva elmozdítja egymáson a rétegeket, jele τ, mértékegysége N/m 2 (Pa) Nyírási sebesség (shear rate): az a sebesség (v), amivel az áramló folyadék egymástól x távolságban levő rétegei elcsúsznak egymáshoz képest, jele γ=dv/dx, mértékegysége 1/s Newton viszkozitás törvénye szerint az egyszerű (newtoni) folyadékokban τ és a hatására létrejövő γ között egyszerű arányosság áll fenn, az arányossági tényezőt a folyadék belső súrlódásának, viszkozitásnak hívják. A viszkozitás jele η=τ/γ, mértékegysége Pa s ill. P (poise). átváltás: 1 Pa s = 0.1 P. A viszkozitás a hőmérséklet emelkedésével csökken (lsd hideg vs. meleg méz csurgatása) 9

Lamináris véráramlás Egymáson elcsúszó folyadékrétegek (laminák) Csövekben a laminák koncentrikus körökként képzelhetők el, a folyadékrétegekben mozgó részecskék lineáris sebessége centrum-periféria irányban csökken Parabola formájú áramlási sebességgrádiens alakul ki Nyíró-erő Shear stress A pair of SHEARS Shear stress 10

(1642-1727) A vér viszkozitása A vérplazma newtoni folyadék, viszkozitása a plazmafehérjék összetételétől és koncentrációjától függ (kiszáradás!) A vér azonban nem newtoni folyadék (η τ/γ), viszkozitása a nyíróerőktől is függ, és a csőgeometria is befolyásolja. 1. A hematokrit növekedése növeli a vérviszkozitást. 2. A nyírási sebesség növelése drasztikusan csökkenti a vérviszkozitást. 3. Az érátmérő csökkenése csökkenti a vérviszkozitást. A legtöbb jelenségre a vörösvérsejt membrán különleges, nem rugalmas, hanem folyadékszerű (viszkózus) deformálhatósága szolgál, amely az áramláshoz való alkalmazkodást jelzi. 11

Ad 1. A vér viszkozitásának hematokrit-függése RELATIV VISZOZITÁS 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Normálérték 0 10 20 30 40 50 60 70 HEMATOKRIT plazma víz Ad 2. Vörösvérsejt aggregátumok alvadékok! Alacsony nyírási sebességnél a vörösvérsejtek aggregátumokat képeznek, ez a pénztekercsképződés viszkozitásemelkedésként jelentkezik. Az aggregációs hajlam a plazmafehérjék összetételétől függ, a globulinok arányának emelkedésével nő. Ez a reverzibilis aggregáció az alapja a vörösvérsejt süllyedési sebesség és a plazma diszproteinémiája közötti kapcsolatnak is (a süllyedési sebesség nő, amikor az albumin/globulin arány csökken). 12

Ad 2. Nyíróerő (shear stress) hatására a membrán passzív rotációt végez, miközben a vörösvérsejt alakja áramvonalas formát vesz fel Ad 2. Kísérleti felvétel: a vörösvérsejtek nyírási sebesség (shear rate) növekedésével fokozódó alakváltozáson esnek át, a membránhoz csatolt jelző segítségével a membránrotáció is vizualizálható 13

Ad 2. A nyírási sebesség növelésével a vér viszkozitása látványosan csökken: ennek mechanizmusa: 1. a stagnáló vérben keletkező vérsejtaggregátumok diszperziója (globulin-függő pénztekercsképződés megszűnése) 2.a vérsejtek áramvonalas alakváltozása Ad 3. Az ér méretének hatása a vér viszkozitására A vér viszkozitása az érátmérő 300µm alá csökkenésekor látványosan csökkenni kezd, ~7-10 µm átmérőnél megközelíti a plazma viszkozitását. Ez a Fåhraeus-Lindquist effektus (1918). THE VISCOSITY OF THE BLOOD IN NARROW CAPILLARY TUBES Am J Physiol March 1, 1931 96:(3) 562-568. A tudósok: Robert Sanno Fåhraeus (1888-1968) Johan Torsten Lindquist (1906-) svéd hemato-patológusok 14

Ad 3. A Fåhraeus-Lindquist effektus Relatív viszkozitás plazmaviszkozitás érátmérő (µm) Ad 3. a Fåhraeus-Lindquist effektus mechanizmusai 1. Axiális migráció és 2. plazma skimming: a vékonyabb erekben a sejtek a tengelyáram közepén, gyorsan haladnak, míg a szélen lassabb, sejtmentes plazmaáram alakul ki: az érben a hematokrit effektív értéke csökken. Ez a mechanizmus főleg a nagyobb mikroerekben (30-300 µm) játszik szerepet 3. A kapillárisokban az egy sejtsorban áramló vörösvérsejtek folyadékcseppszerű adaptációja tökéletessé válik, egymással nem érintkeznek, felveszik a paraboloid sebességprofilt. A kapillárisokba kerülő fehérvérsejtek viszont viszkozitásemelkedést hoznak létre. 15

Vékony csövekben (kapillárisokban) az alakváltozás megközelíti a parabolikus sebességprofilt, a vörösvérsejtek lövedék vagy papucs konformációt vesznek fel, miközben bennük szinte semmilyen rugalmas erő NEM ébred! Fehérvérsejt mint viszkozitásemelkedés 16

Take home message #1: A vörösvérsejt a keringésben soha nem hasonlít cukrászipari termékekre (fánk, babapiskóta), hanem passzívan a nyíróerőknek megfelelő bármilyen formát vesz fel! Turbulens áramlás A folyadékrétegek szabálytalan áramlása mindig viszkozitás-növekedéshez vezet, fokozva az áramlási ellenállást. A turbulencia kialakulását elősegíti a csőrendszer tágassága, szabálytalansága (érszűkület, elágazás, irányváltás), valamint a magas áramlási sebesség, a folyadék alacsony viszkozitása 17

Reynolds szám: a turbulencia kialakulásának valószínűségét jelző mutató Mértékegység nélküli szám Re=d v ρ/η, ahol d az átmérő, v az áramlási sebesség, ρ sűrűség és a viszkozitás (cm, cm/s, g/cm 3, és Poise-ben mérve, CGS szisztéma). Ha a szám meghaladja 2000-t a turbulencia kialakulásának valószínűsége nagy A keringésben az artériás rendszerben alakulhat ki turbulencia (nagy érátmérő+nagy sebesség). Mi ebből a fontos egy orvosnak? A vér viszkozitása fiziológiásan nem szabályozza a hidraulikus ellenállást, de képes azt jelentősen befolyásolni Magas hematokrit (policitémia, kiszáradás) fokozza a viszkozitást, emelve az ellenállást Alacsony hematokrit következtében csökkenő viszkozitás fokozza a turbulens áramlás veszélyét, ami érsérüléshez ill. ellenállásfokozódáshoz vezet A véráramlás sebességének kóros csökkenése pénztekercsképződéshez, ún. strukturális viszkozitásfokozódáshoz vezet, tovább rontva a keringést A vörösvérsejt veleszületett vagy szerzett membrándefektusai rontják a deformálhatóságot és a fluiditást, ezek a vér viszkozitásának jelentős fokozódásához vezetnek, rontva a keringést. 18

Van-e jelentősége a reológiai státusz vizsgálatának a betegágy mellett: IGEN! : Reológiai tesztek viszkozimetria Ozmotikus grádiens ektacitometria: deformabilitási index Kritikus stressz: az a lgkisebb nyíróerő, ami diszpergálja az aggregálódott vörösvérsejteket etc Take home message #2: Az emlős vörösvérsejt az evolúciós siker egyik kulcsa! Béka (bal), és ember (jobb) vörösvérsejt és kapilláris 19

Take home message #2: Az emlős vörösvérsejt az evolúciós siker egyik kulcsa! Az emlősök ugyanakkora vértérfogatból ~16-szor több kapillárist képesek perfundálni, mint a béka, a diffúziós távolságok lerövidítése alapvetően lehetővé tette a nagy metabolikus aktivitású szövetek (agy) felépítését! 20