Biofizyczny Opis Ustroju Człowieka Flashcards
Własności sprężyste ciał
- prawo Hooke’a stosuje się zawsze do małych naprężeń
* Moduł Younga wzrasta, gdy gęstość materiału rośnie
Prawo Hooke’a możemy zastosować do:
Ściany tętnicy
Pęcherzyków płucnych(?)
Prawo Hooke’a
- stosuje się do małych naprężeń
* pozwala wyliczyć moduł Younga
Rozważmy prawo Hooke’a. Poprawne:
- PH określa związek naprężenia i odkształcenia w pewnym zakresie naprężeń
- PH stosuje się tylko do naprężeń i odkształceń
- zgodnie z PH naprężenia i odkształcenia są do siebie proprcjonalne
PH mówi, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej na nie siły jest proporcjonalne do tej siły.
Współczynnik Poissona
- z definicji to stosunek względnego wydłużenia poprzecznego do względnego wydłużenia podłużnego
- dla ciał rzeczywistych WP zawsze <1
- dla tkanek miękkich WP może wynosić 0,47/0,49
Pozioma, prosta belka, na którą działają dwie siły; aby zapewnić równowagę układu:
- siły są równe i belka jest podparta w połowie długości
- obie siły równają się zero
- siły działają równolegle do belki i mają przeciwne zwroty
Kość długa (długość L, promień zewn. R i promień wewn. r) podparta na obu końcach i obciążona pośrodku siłą F; strzałka ugięcia:
- jest odwrotnie proporcjonalna do modułu Younga
- jest proporcjonalna do L3
- jest odwrotnie proporcjonalna do R4-r4
Kość długa jest podparta na obu końcach i zginana przez działającą narastającą siłę przyłożoną w jej środku. Gdzie rozpocznie się złamanie?
W miejscu przyłożenia siły, po drugiej stronie kości
Znamy wartość modułu Younga dla kości; możemy obliczyć:
Wielkość danego odkształcenia dla danego (małego) zakresu
Właściwości sprężyste kości:
- dla kości długiej moduł sprężystości jest rzędu 10GPa (18?)
- do wywołania skręcenia kości długiej musi zadziałać moment siły
Dorosły stoi na lewej nodze
Odkształcenie lewej kości udowej ok 0,01%
O ile procent trzeba rozciągnąć kość, żeby uległa zerwaniu?
2%
W której części ciała najlepiej badać ultrasonograficznie gęstości kości?
Pięta
Prawo Wolffa
*przebudowa kości jest taka, by przeciwdziałać działającym na nią naprężeniom
Mówi o tym, że struktura beleczkowata kości w warunkach równowagi dostosowuje się do kierunków naprężeń głównych
Struktura ludzkich kości jest podobna do…
ŻELBETON
Żel - kolagen
Beton - hydroksyapatyt
Szkliwo
- jest zbudowane z fosforanów wapnia
- jest substancją polikrystaliczną
- zawartość minerału w szkliwie przekracza 90%
Struktura krystalograficzna minerału zęba
- polikrystaliczna
* kryształy anizotropowe
Minerał kostny (MK)
- syntetycznym odpowiednikiem MK jest hydroksyapatyt
- wzór chem syntetycznego odpowiednika MK ma postać Ca5(PO4)3(OH)
- MK jest substancją polikrystaliczną
Wzory syntetycznych odpowiedników minerałów w ciele człowieka
Ca10(PO4)6(OH)2
Ca2(HPO4)4(OH) ❓
Opór przewodnika o długości l, przekroju S i oporze właściwym p; żeby zwiększyć opór 2x:
- 2x⬆️ długość
- 2x⬇️ przekrój
- 2x⬆️ opór właściwy
R=p*l/S
Przepływ prądu przez ciało człowieka; podłączając napięcie do 2 elektrod na powierzchni skóry o wartości płynącego prądu decyduje:
- opór skóry
* częstotliwość przyłożonego napięcia
Przez RLC płynie prąd zmienny o w; Z spełnia zależność:
- Z zawsze >R
- dla L=0 Z⬇️ jak C⬆️
- dla L=0 Z⬇️ jak w⬆️
Prąd płynący przez komórkę
- prąd stały (DC) nie płynie przez komórkę
* najprostszy zastępczy układ elektryczny ludzkiego ciała dla prądu DC to szeregowo połączone oporniki i kondensator
Sztywna rurka o długości L i promieniu R - przepływ krwi
Równanie ciągłości przepływu można zawsze zastosować w tym przypadku
Prawo ciągłości przepływu
Czterokrotne zmniejszenie pola przekroju spowoduje czterokrotne zwiększenie prędkości przepływu
S*V=const
Rurka o średnicy D rozgałęzia się na n rurek o średnicy d; prędkość liniowa (v) i przepływ objętościowy (Q):
- Q w rurce o średnicy D równa się sumie Q w rurkach o średnicy d
- liczba Reynoldsa maleje po rozgałęzieniu (może też się nie zmieniać! - dla d=0,5D)
- opór naczyniowy wzrasta po rozgałęzieniu
- v jest większe w rurkach o średnicy d
Przepływ krwi w tętnicy biodrowej; prawo Bernoulliego jest spełnione w przybliżeniu, ponieważ:
- lepkość krwi >0
* PB stosujemy dla płynów nie lepkich
Prawo Bernoulliego
- stosuje się dokładnie dla płynów o zerowej lepkości
- można stosować dla opisu gazów
- można traktować, jako zasadę zachowania energii odniesioną do przepływającej cieczy
Poprawne stwierdzenie o lepkości krwi
Lepkość krwi maleje ze wzrostem temperatury
Poprawne uszeregowanie substancji w temp. 17 st. C zgodnie z malejącą wartością lepkości:
Glicerol-alkohol etylowy-woda-powietrze
Liczba Reynoldsa wynosi 1000; aby zachować laminarny przepływ można:
- ⬆️lepkość cieczy
- ⬇️gęstość cieczy
- ⬇️prędkość cieczy w rurce
- ⬇️średnicę rurki
- dowolnie zmieniać gęstość i lepkość cieczy tak, aby ich iloraz pozostał niezmieniony
Re=pdv/n
Przepływ turbulentny we krwi tętnicy
- sztucznie wywołany jest stosowany w diagnostyce
- nie można do niego stosować prawa Bernoulliego
- liczba Reynoldsa wynosi 1000-10000
- można do niego stosować prawo ciągłości przepływu
Układ tętniczy w organizmie człowieka
- liczba Reynoldsa maleje
* opory naczyniowe będą rosnąć
Sztywna rurka z płynącą laminarnie cieczą lepką; opór naczyniowy K
- rośnie, gdy długość rurki rośnie ⬆️l - ⬆️K
* rośnie, gdy lepkość cieczy rośnie ⬆️n - ⬆️K
Przy przepływie cieczy zbyt duży opór naczyniowy. Jak go zmniejszyć?
- ⬆️temperaturę płynu
* ⬇️lepkość płynu
Przez rurkę płynie nieściśliwa, lepka ciecz. Które prawa można zastosować do opisu przepływu w tym przypadku?
Równanie Poiseuille’a
Równanie ciągłości przepływu
NIE można zastosować Prawa Bernouliego, bo ciecz LEPKA
Zgodnie z prawem Poiseuille’a, aby zwiększyć 16x przepływ objętościowy należy (R-promień rurki):
- 2x⬆️ R
- 16x⬇️ lepkość
Można też ⬆️różnicę ciśnień albo 16x⬇️ długość rurki
Aorta to sztywna rura, serce pracuje prawidłowo
- minimalny przepływ objętościowy w aorcie zależy od pojemności wyrzutowej serca
- prędkość fali tętna w aorcie jest b.duża 80ml/s
Sztywna rurka o średnicy D rozgałęzia się na dwie sztywne rurki o średnicy d (d=0,5D); o liczbie Reynoldsa (Re) i oporze naczyniowym (K) możemy powiedzieć:
- K rośnie po rozgałęzieniu
* Re się nie zmieni
Fala tętna (FT) w żyle głównej (ŻG)
- FT nie występuje w ŻG, ponieważ biegnąca od serca FT jest całkowicie tłumiona na poziomie kapilar
- propagacja fali tętna zależy od średnicy naczynia i modułu Younga ściany naczynia
- dla sztywnej rury jest nieskończenie duża
- jeśli wypełnimy układ krwionośny wodą, prędkość FT wzrośnie
Prędkość propagacji fali tętna
- zależy od zmian miażdżycowych
- zależy od średnicy naczynia
- ⬆️ gdy ⬆️średnica naczynia
Identyczne rurki połączone szeregowo; zatykamy jedną rurkę; o oporze naczyniowym można powiedzieć:
Dla połączenia szeregowego będzie nieskończenie duży - nie płynie w ogóle
Dla połączenia równoległego - opór naczyniowy ⬆️2x [2017]
Połączono 3 identyczne rurki o oporze R:
*istnieje takie Rz 2 równoległe + 1 szeregowe
Układ krwionośny w spoczynku
Największy wkład procentowy do oporu naczyniowego mają małe tętniczki
W teście alergicznym podajemy histaminę; zakładając, że pozostałe parametry charakteryzujące przepływ krwi pozostają bez zmian, nastąpi…
- ⬇️oporu naczyniowego
- lokalny ⬆️temp. skóry
- lokalny ⬆️perfuzji krwi
Układ tętniczy w organizmie człowieka, przesuwamy się od serca do małych tętniczek
- opory naczyniowe wzrosną
* całkowity przekrój naczyń wzrośnie
Układ krążenia zdrowego człowieka o masie 75kg w spoczynku
- ciśnienie skurczowe 150hPa (?)
- pojemność łożyska naczyniowego ~6l
- częstotliwość tętna =1,2Hz
- max prędkość krwinek ~1m/s w aorcie
- max prędkość fali tętna ~4m/s w aorcie
Pęcherzyki płucne
- w pęcherzykach panuje ciśnienie równe atmosferycznemu
- podczas wdechu p w pęcherzykach ⬇️ w stosunku do atmosferycznego
- podczas wydechu p w pęcherzykach staje się na moment dodatnie
- ciśnienie w pęcherzykach można zmierzyć odpowiednią sondą
- liczba pęcherzyków szacuje się na 300-500 mln
- ciśnienie w pęcherzykach można zmierzyć na poziomie ust blokując przepływ
- siły sprężyste działające w pęcherzykach mogą spowodować zapadnięcie się płuc po otwarciu klatki