IV BIOFIZYKA UKŁADU KRĄŻENIA

1. Obwód krążenia, rozkład ciśnień w łożysku naczyniowym.

Łożysko naczyniowe składa się z następujących zbiorników krwi:

1. zbiornik wysokociśnieniowy - tętnice krążenia dużego 9ok. 15% normalnej objętości krwi) - pełni funkcję zaopatrującą

2. zbiornik niskociśnieniowy - żyły i krążenie płucne (ok. 75% całej objętości krwi)

3. naczynia oporowe - arteriole (tętniczki) (5% objętości) - zależnie od potrzeb regulują przepływ krwi przez odpowiednie okolice organizmu i są odpowiedzialne za spadek ciśnienia w zbiorniku kapilar

4. naczynia włosowate - zawierają 5% całej objętości krwi, bezpośrednio uczestniczą w wymianie między krwią i tkankami.

Wartości ciśnienia skurczowego w poszczególnych częściach łożyska:

Aorta - 125-100 mmHg

Tętnice duże - 120 mmHg

Tętnice średnie - 90 mmHg

Tętniczki - ok. 40 mmHg

Kapilary - ok.20 mmHg

Zakres ciśnień w poszczególnych częściach łożyska naczyniowego:

Przedsionek lewy - 0 do 7 mmHg

Komora lewa - 0 do 125-120 mmHg

Obwód - 80 do 120 mmHg

Kapilary - 15 do 30 mmHg

Przedsionek prawy - 0 do 4 mmHg

Komora prawa - 0 do 25 mmHg

Krążenie płucne - 7 do25 mmHg

2. Prawa hydrodynamiki, ich rola w układzie krążenia. Opór naczyniowy przepływu, opór obwodowy, rola czynnika lepkościowego i geometrycznego . Akumulacja osiowa krwinek.

Prawo Poiseuille'a : Przy stacjonarnym (niezmiennym czasie), laminarnym przepływie nieściśliwego, lepkiego płynu w cylindrycznym przewodzie, strumień objętości przepływu jest proporcjonalny do gradientu ciśnienia wzdłuż przewodu, a zatem także i do różnicy ciśnień na końcach przewodu.

Prawo Stokesa: Gdy w cieczy porusza się kulka o promieniu r, to siła tarcia wewnętrznego jest proporcjonalna do prędkości kulki.

Opór naczyniowy przepływu:

• jest odwrotnie proporcjonalny do promienia naczynia (im większe naczynie tym mniejszy opór)

• małe zmiany światła naczyń powodują duże zmiany oporu przepływu (dwukrotne zwiększenie promienia naczynia powoduje szesnastokrotny wzrost przepływu)

• nieduży skurcz mięśniówki naczyń przy danym ciśnieniu powoduje znaczny spadek przepływu lub przy danym przepływie znaczny wzrost ciśnienia

• zależy od: lepkości, długości naczynia, promienia naczynia

Opór obwodowy (R) - termin używany w celu określenia całkowitego oporu przepływu krwi w naczyniach. Jest sumą poszczególnych oporów naczyniowych. Można go obliczyć ze wzoru:

R = P/Q P - różnica ciśnień pomiędzy początkiem a końcem badanego odcinka

Q - przepływ

Czynnik lepkości - właściwość płynów charakteryzujący ich opór wewnętrzny przeciwko płynięciu. Lepkość krwi zależy od: hematokrytu, temperatury, przekroju naczynia, szybkości przepływu.

Czynnik geometryczny - spadek ciśnienia jest odwrotnie proporcjonalny do r⁴ (r-promień).

Akumulacja osiowa krwinek - zjawisko związane z wolnym ruchem obrotowym krwinek pod wpływem momentu siły powstającej w wyniku różnicy prędkości poszczególnych warstw krwi oraz z gradientem ciśnienia w poprzek strumienia krwi.

3.Napięcie sprężyste naczyń krwionośnych. Krytyczne ciśnienie zamknięcia gra naczyniowa - wpływ na opór obwodowy i na ciśnienie tętnicze.

4. Przepływ burzliwy, liczba Reynoldsa. Powstanie tonów serca, pomiar ciśnienia skurczowego i rozkurczowego.

Przepływ laminarny - prędkość cieczy w sąsiednich warstwach są równoległe do siebie.

Przepływ burzliwy - prędkości cieczy w sąsiednich warstwach nie są równoległe do siebie.

Liczba Reynoldsa - pozwala oszacować występujący podczas ruchu płynu stosunek sił czynnych do sił biernych związanych z tarciem wewnętrznym w płynie przejawiającym się w postaci lepkości. Jest stosowana jaki podstawowe kryterium stateczności ruchu płynów

R= u*l/v u - prędkość charakterystyczna płynu

v - lepkość płynu

l - wymiar charakterystyczny zagadnienia

Tony serca to zjawisko osłuchowe powstające w czasie cyklu serca z powodu drgań zastawek i ścian serca:

• ton I - skurczowy (systoliczny) - dłuższy i niższy (150 ms, 25-45 Hz) - składa się z drgań zamykanych zastawek przedsionkowo-komorowych, drgań ścian napinającego się serca i drgań ścian aorty i pnia płucnego podczas wyrzutu krwi

• ton II - rozkurczowy (diastoliczny) - krótszy i wyższy (120 ms, 50 Hz) - składa się z drgań zamykanych zastawek półksiężycowatych i wibracji obu pni tętniczych

• ton III (protodiastoliczny) - cichy (wysłuchiwany tylko u młodych osób), 35 Hz - pochodzący od drgań ścian komór wywołanych nagłym rozciągnięciem (faza wypełniania komór)

Ciśnienie skurczowe zależy od rzutu sercai elastyczności tętnic.

Ciśnienie rozkurczowe zależy od oporu naczyń obwodowych.

Metody pomiaru ciśnienia:

• metoda krwawa (bezpośrednia) - polega na wprowadzeniu cewnika do naczynia lub jamy ciała i pomiar ciśnień czołowego (ciśnienia żylnego, prawie nie oscylującego - manometrem rtęciowym; ciśnień oscylujących - manometrem optycznym)‏

• metoda bezkrwawa (pośrednia) - metoda osłuchowa Korotkowa; wykorzystuje zjawiska osłuchowe związane z burzliwym przepływem krwi w naczyniu. Ciśnieniem zewnętrznym przeważa się, a następnie równoważy ciśnienie krwi w tętnicy ramieniowej

5.Fala tętna - prędkość fal tętna. Model hydrauliczny.

Rytmiczne skurcze serca wprowadzają do układu tętniczego zarówno dużego jak i płucnego w odstępach ok. 0,8 s takie same objętości krwi ok. 70 cm³. Dzięki dużemu oporowi obwodowemu krew ta nie od razu zostaje włączona w obieg krążenia lecz rozciąga podatne ściany tętnicy głównej, dzięki czemu tuż za sercem tworzy się wybrzuszenie, które rozchodzi się w kierunku obwodowym w postaci fali tętna.

Prędkość fali tętna nie pokrywa się z prędkością przemieszczania się krwi. Fala tętna rozchodzi się z prędkością około 5m/s do 8m/s, podczas gdy średnia prędkość krwi w tętnicy głównej wynosi około 0,5 m/s.

6. Praca, moc i wydajność energetyczna serca.

Praca serca.

Serce stanowi rodzaj pompy, która nie zużywa energii do napełniania (przedsionki i komory napełniają się w sposób bierny). Serce zużywa energię podczas opróżniania. Na pracę tę składa się praca objętościowa (W=pV) związana z przemieszczeniem pewnej objętości V krwi wykonanej przeciw ciśnieniu p panującemu w aorcie (w przypadku komory lewej) i tętnicy płucnej (w przypadku komory prawej) oraz praca związana z nadaniem krwi energii kinetycznej (mv²/2).

Moc sera.

Aby obliczyć moc serca (P) trzeba podzielić pracę wykonaną przez serce przez czas, w którym została ona wykonana. W celu znalezienia średniej mocy serca całkowitą pracę serca należy podzielić przez łączny czas trwania skurczu i rozkurczu, czyli średnio przez ok.0,8 s.

Wydajność energetyczna serca.

Serce zużywa energię na uruchomienie przepływu krwi w warunkach spoczynkowych, dodatkową energię zużywa na dodatkowe czynności takie jak przemiana materii, skurcze mięśnia, uruchomienie zastawek, przepompowywanie krwi, odrzuty serca i tkanek sąsiednich, pokonywanie oporów bezwładnościowych serca i tkanek sąsiednich. Aby oszacować wydajność energetyczną serca konieczna jest znajomość całkowitej energii zużywanej na wyżej wymienione czynności i uruchomienie przepływu krwi. Energia ta uwalniana jest w mięśniu sercowym w wyniku utleniania substancji odżywczych. Oznaczeniu procesów tlenowych w mięśniu sercowym świadczy duża liczba mitochondriów w komórkach mięśnia sercowego w porównaniu z ich liczbą w mięśniach szkieletowych. Można zatem oszacować zapotrzebowanie energetyczne serca na podstawie szybkości zużycia tlenu przez serce. Trzeba zmierzyć różnicę między stężeniem tlenu w tętnicy wieńcowej i żyle wieńcowej i szybkość przepływu w tętnicy wieńcowej (w warunkach spoczynku wynosi ok. 0,09 ml tlenu na 1 gram masy serca w czasie jednej minuty).

7. Elektryczna czynność serca.

Automatyzm serca - układ bodźcotwórczo - przewodzący

• układ ten ma zdolność do samodzielnego wytwarzania bodźców inicjujących skurcz serca i przewodzenia ich w głąb mięśnia sercowego

• zbudowany jest z trzech grup komórek mięśniowych (zwanych węzłami), o budowie przypominającej komórki mięśni gładkich: ubogich w miofibrylle, o dużej ilości sarkoplazmy i glikogenu, bez kanalików T, otoczonych osłonkami z tkanki łącznej - co powoduje brak bezpośredniej łączności z mięśniem roboczym serca

• komórki węzłów są typu "regulator rytmu" (pacemaker). Nie utrzymują one stałego potencjału spoczynkowego, ale na skutek zwiększonej przepuszczalności błony komórkowej dla jonów Na+ i Ca+2 powolnie depolaryzują (potencjał rozrusznikowy) się do osiągnięcia potencjału krytycznego. W następstwie tego regularnie generują potencjał czynnościowy, który rozprzestrzenia się w sercu

• węzeł zatokowo-przedsionkowy (Keith-Flacka) - leży w ujściu żyły głównej górnej do prawego przedsionka (embrionalna zatoka żylna). Wyładowuje z częstotliwością 60-80 c/min i narzuca rytm pozostałym częściom układu bodźcotwórczego. Nazywany jest rozrusznikiem serca

• węzeł przedsionkowo-komorowy (Aschoffa-Tawary) - położony w ścianie prawego przedsionka, w dolnej części przegrody międzyprzedsionkowej. Częstotliwość wyładowań: 40-60 c/min. Jego uszkodzenie powoduje tzw. blok serca (przedsionki i komory kurczą się w odrębnym rytmie)‏

• pęczek przedsionkowo-komorowy (Paladino-Hisa) - odchodzi od węzła przedsionkowo-komorowego. Po krótkim przebiegu pień pęczka dzieli się na dwie odnogi (prawą i lewą), które biegną w dolnej części przegrody międzykomorowej. Odnogi rozpadają się na włókna Purkinjego wchodzące w bezpośredni kontakt z komórkami serca. Częstotliwość wyładowań - 20-40 c/min.

Kolejność rozchodzenia się stanu czynnego w sercu:

1 - depolaryzacja przedsionków 2 - pobudzenie węzła przedsionkowo-komorowego 3 - depolaryzacja pęczka Hissa i koniuszka serca 4 - depolaryzacja mięśnia komór

5 - wolna repolaryzacja komór 6 - szybka repolaryzacja komór

Szybkość przewodzenia:

węzeł zatokowy - 0,05 m/s

mięsień przedsionka - 0,8-1,0 m/s

węzeł przedsionkowo - komorowy - 0,5 m/s

(umożliwia oddzielenie skurczu przedsionków od skurczu komór)‏

pęczek Hissa - 0,8-1,0 m/s

mięsień komorowy - 0,9-1,0 m/s

---