14/11/2014
Vérkeringés. A szív munkája 2014.11.04.
Keringési Rendszer Szív + erek (artériák, kapillárisok, vénák) alkotta zárt rendszer. Funkció: • vér pumpálása → vér áramlása az erekben • oxigén és tápanyag szállítása a szöveteknek • végtermékek elszállítása
1
14/11/2014
A szívizom • • • • • •
„téglalap” alakú sejtek (20 µm X 100 µm) Általában 1 centrális mag Harántcsíkolat Kontraktilitásért felelős fehérjék (aktin & miozin) Szarkomer (működési egység) Vég a véghez kapcsolat a sejtek között (elektromos szinapszis) -> gyors terjedése az akciós potenciálnak sejtről sejtre • ingerelhetőség: pacemaker funkció ( ↔ vázizom - idegek)
Keresztmetszet – áramlási sebesség a vérkeringésben 4500cm2
50 cm/s
30 cm/s 18 cm2
4 cm2 0.01 cm/s
Kontinuitási-egyenlet: A v = A v 1 1 2 2
2
14/11/2014
Szűkület
szűkület = r↓ → A↓ → v↑ → P↓
Bernoulli-törvény
Kontinuitási-egyenlet
Hademenos G J , Massoud T F Stroke 1997;28:2067-2077
Tágulat (aneurizma)
tágulat = r↑ → A↑ → v↓ → P↑
Bernoulli-törvény
kontinuitási-egyenlet Hademenos G J , Massoud T F Stroke 1997;28:2067-2077
3
14/11/2014
Lamináris és turbulens áramlás Laminaris áramlás: • nem keveredő rétegek áramlása • többnyire alacsony sebességnél figyelhető meg (Reynolds szám!) • többnyire sima felszínen fordul elő
Turbulens áramlás: • komplex áramlási mintázat, örvényekkel • többnyire nagy sebességnél figyelhető meg (Reynolds szám!) • többnyire durva felszínen fordul elő (erek szűkülete)
Lamináris áramlás Q (térfogati áramerősség) =
∆ ∆
2*Q1
Q~P
Q1
p1
2*p1
P (nyomás)
4
14/11/2014
Turbulens áramlás Q (térfogati áramerősség) =
∆ ∆
Q ~ Pn p1
p2
P (nyomás) Hátrány: magasabb nyomás kell azonos áramerősség eléréséhez (p2 > p1) → Több munka szükségeltetik !
Viszkozitás (belső súrlódás) - η • Folyadék folyással szembeni ellenállásának mértéke. • Abszolút vagy dinamikus viszkozitás. • A viszkozitás következtében az áramló folyadék egymáson elcsúszó rétegei között súrlódási erő lép fel, ami a rétegek relatív elmozdulását akadályozza. • SI-mértékegysége: Pa s [Ns/m2] • A viszkozitás egyenlő a nyírófeszültség és a folyás irányára merőlegesen egységnyi hosszra jutó sebességváltozás hányadosával.
5
14/11/2014
Newton féle súrlódási törvény Sebesség grádiens
A
v1 v2
F
∆y
F = −η A
v3
∆v ∆y
viszkozitás (belső súrlódási együttható)
A folyadék F erővel áll ellen a „folyásnak”, haladásnak, mozgásnak.
Nyíró feszültség csúsztató feszültség τ=
F A
= −η
∆v Sebesség grádiens
∆y
Nem ideális (súrlódó) foyadékok: • Newtoni folyadék (pl. víz): nyíró feszültség ~ sebesség-grádiens. • Nem-Newtoni folyadék (pl. vér): nyíró feszültség sebességgrádiens.
6
14/11/2014
A vér mint nem Newtoni folyadék
A szívciklus (~0.8 másodperc) Szisztole (kontrakció, a szívizom összehúzódása) •Izo-volumetrikus kontrakció • Ejekció Diasztole (relaxáció, a szívizom elernyedése) • Izo-volumetrikus relaxáció • kamrai feltöltődés − gyors feltöltődés − diasztázis − atrial systole
7
14/11/2014
Nyomás – térfogat diagram Aortia billentyűk zárása Nyomás (kPa)
szisztolés ejekció
Aorta billentyű nyitása
120 Hgmm = 16 kPa
∆P=~15 kPa
szisztolés izo-volumetrikus kontrakció
diasztolés izo-volumetrikus relaxáció
~ 10 Hgmm = 1-2 kPa 80
diasztolés feltöltődés
140
Térfogat (ml) ∆V=140-80=60ml
Elvégzett munka = (15*103) Pa x (60*10-6)m3 = 0.9 J = 900 mJ (/összehúzódás)
A szív munkája • Statikus komponens = P * ΔV • Kinetikus = ½ m * v2 A szív munkája = [(P * ΔV) + ½ m * v2] A szív munkája
= 15x103 N/m2 * 60x10-5 m3 + ½ 0.07kg * (0.5 m/s)2 = 0.9 + 0.0175 = ~ 0.92
Joule
8
14/11/2014
A szív teljesítménye Perctérfogat: az egy perc alatt kipumpált vértérfogat.
CO = HR x SV
pulzustérfogat (~60-70 ml)) függ: • előterhelés („preload”) • utóterhelés („afterload”) • kontraktilitás
Perctérfogat (l/perc) (normál érték ~5 l/perc) Szívfrekvencia (~70-80/perc.)
Erő felépülése az izomösszehúzódás során Eredő erő
Erő
Passzív erő
Aktív erő Izomrost hossza (~előterhelés) Frank-Starling törvény: Az előterhelés megnövekedése a pulzustérfogat megnövekedését eredményezi a Frank-Starling mechanizmus alapján.
9
14/11/2014
Szarkomer hossz – izometrikus nyomás
Gordon AM, Huxley AF, Julian FJ. The variation in isometric tension with sarcomere length in vertebrate muscle fibres. J Physiol. 1966 May;184(1):170-92.
Perctérfogat meghatározás • Nem-invazív – nyelőcsövön keresztüli (transzözofageális) echokardiográfia – 2D echokardiográfia (Doppler UH) – MRI – Artériás pulzuskontúr analízis (nyomáshullám jellemzése) • Invazív – Fick-elvén működő – Higításos módszer
10
14/11/2014
• vége
11
