Лекции по дисциплине «биофизика» Тараз 2019 лекция №1-2

Сердечно-сосудистая система обеспечивает циркуляцию крови по замкнутой системе сосудов. Постоянная циркуляция крови в организме позволяет доставлять ко всем клеткам вещества, необходимое для их нормального функционирования, и удалять продукты их жизнедеятельности.

Для того чтобы осуществить этот жизненно необходимый и очень сложный процесс обмена веществ в капиллярах, сердечно-сосудистая система имеет определенную функциональную и структурную организацию.

Рассмотрим биофизику сердечно-сосудистой системы.

- Гемодинамические показатели кровотока определяется биофизическими параметрами всей сердечно-сосудистой системы.

- Для описания ряда процессов, происходящих в системе кровообращения, применяются методы физического, аналогового и математического моделирования. Рассматриваются модели движения крови как в норме, так и при некоторых нарушениях в сердечно-сосудистой системе (ССС) к которым, в частности, можно отнести сужение сосудов и изменение вязкости крови.

Вязкость (внутренней) жидкости – свойства жидкости оказывать сокращение перемещению одной ее части относительно другой. Вязкость жидкости обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекулы. Наличие вязкости приводит к дистанции энергии внешнего источника, вызывающего движение жидкости, и переходу ее в теплоту. Всем молекулярным жидкостям присуща вязкость. Основной закон вязкого мечения был установлен И.Ньютоном:

Сила внутреннего трения тормозит более быстрые слои и ускоряет более медленные слои

Жидкости делятся по вязким свойствам на 2 вида:

1. Ньютоновские.

2. Неньютоновские.

Нъютоновской – называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит не только от природы вещества и температуры , но также и от условий течения жидкости, в частности от градиента скорости коэффициента вязкости в том случае не является константой вещества. При этом вязкость жидкости характеризуют условным коэффициентом вязкости , который относиться к определенным условиям течения жидкости. Зависимость силы вязкости от градиента скорости становиться нелинейной

(3)

Где n- характеризуют механические свойства при данных условиях течения. Примером Неньютоновких жидкости является суспензия. Свойства однородной среды зависит от – жидкости, система обладает большой вязкостью - зависящей от формы и концентрации частиц. Для случая малых концентраций частиц С справедлива формула:

Где К- геометрический фактор - коэффициент, зависящей от геометрии частиц. Для сферических частиц К- вычисляется по формуле:

Для эллипсондов K увеличивается и определяется значениями его полуосей и их соотношениями. Если структура частиц изменяется , то и коэффициент К , а следовательно , и вязкость такой суспензии также изменяется.

Подобная суспензия представляет собой неньютоновскую жидкость. Увеличение вязкости всей системы связано с тем , что работа внешней силы при течением суспензий затрачивается не только не преодоление истинной вязкости, от условленной межмолекулярным взаимодействием в жидкости, но не преодоление взаимодействия между ней и структурными элементами.

Кровь – неньютоновская жидкость в наибольшей степени это связано с тем, что она обладает внутренней структурой , представляя собой суспензию ферменных элементов в растворе – плазме. Плазма- практически ньютоновская жидкость , поскольку 93% форменных элементов составляют эритроциты то при упрощенном рассмотрении кровь это суспензия эритроцитов в физиологическом растворе. Характерным свойством эритроцитов является тенденция к образованию агрегатов если нанести мазок крови не предметный столик микроскопа , то можно видеть как эритроциты «склеиваются» друг с другом, образуя агрегаты которые получили название монетных столбиков. Условие образование агрегатов различны в крупных и мелких сосудах. Это связано в первую очередь с соотношением размеров сосуда , агрегата и эритроцита.

1) Крупные сосуды (аорта артерии) При этом градиент небольшой , эритроциты собираются в агрегаты в виде монетных столбиков. В этом случае вязкость крови Па·с.

2) Мелкие сосуды (мелкие артерии, артериолы) .

В них градиент значительно увеличивается и агрегаты реализуются на отдельные эритроциты , тем самым уменьшается вязкость системы. Для этих сосудов чем меньше диаметр просвета, тем меньше вязкость крови. В сосудах диаметром около 5 вязкость крови составляют примерно 2/3 вязкости крови в крупных сосудах.

3) Микрососуды (капилляры ) В живом сосуде эритроциты легко деформируются, становясь похожими на купол, и проходят , не разрушаясь , через капилляры даже мкм.

В результате поверхность соприкосновения эритроцитов со стенкой капилляра увеличивается по сравнению с пре6дефмлмрованеными эритроцитом, способствуя обменным процессам.

Если предположить, что в случае 1и 2 эритроциты не деформируются , то для качественного описания изменения вязкости системы можно применить формулу (4).

Для описания процессов в микрососудах к формуле (4) неприменима, т.к. в этом случае не выполняются допущения об однородности среды и твердости частиц.

Т.о. внутренняя структура крови, а следовательно, и ее вязкость оказывается неодинаковой вдоль кровеносного русла в зависимости от условий течения. Кровь является ньютоновской жидкостью. Зависимость силы вязкостиотградиента скорости для течения крови по сосудам не подчиняется формуле Ньютона (1) и является нелинейной.

Вязкость, характерная для течения крови в крупных сосудах: в норме ; при анемии ; при полицитемии . Вязкость плазмы . Вязкость воды ………?

Как и у любой жидкости, вязкость крови возрастает при снижении температуры. Например, при уменьшении температуры с 37^° до 17^° вязкость крови возрастает на 10%.