Биофизика цитомембран и электрогенеза

Если в двух параллельных слоях жидкость движется с различной скоростью v1 и v2,то по границе соприкосновения этих слоев действует вязкое трение. Для более медленного слоя сила вязкого трения направлена так, что способствует его более быстрому движению. Для более быстрого слоя сила вязкого трения является тормозящей силой, т.е. направлена в противоположную сторону.

Законы движения жидкости. Уравнение неразрывности; его связь с особенностями системы капилляров. Уравнение Бернулли; его связь с кровоснабжением мозга и нижних конечностей.

• Для движения жидкости по сосудам необходима энергия, создающая давление.
• Жидкость двигается из мест с большим давлением в места с меньшим давлением.
• Скорость течения жидкости зависит от суммарного поперечного сечения сосудов.
• Чем меньше суммарное поперечное движение сосудов, тем больше скорость течения жидкости.
• Один и тот же объем жидкости проходит с большей скоростью более узкие участки, чем более широкие.

Следствим несжимаемости жидкости является ее свойство: чем уже русло, тем больше

скорсть течения. Это свойство описывается:

Уравнением неразрывности: S₁V₁ = S₂V₂, или SV=Const

Здесь S-площадь поперечного сечения потока,V-средняя скорость жидкости в этом сечении.

В спокойном состоянии человека скорость кровотока в аорте – порядка V1=0,4м/с.Скорость в капиллярах- V2=0,5 мм/c.Разница значений примерно в 800 раз. Следовательно, если площадь сечения аорты S1=4см²,то общая площадь поперечных сечений капилляров большого и малого кругов кровообращения составляет S2=3200см².

Оценим степень ветвления общего потока крови в системе капилляров.Диаметр капилляра d=10мкм=10 ^-3 см. Следовательно,площадь его сечения S=пd ²/4=0,78*10см ². Таким образом,кровь из аорты разветвляется в системе капилляров на N=S2/s=3,2*10³/0,78*10 ^-6=4,1*10 ⁹ штук.

Уравнение Бернулли соответствует закону сохранения механической энергии при движении жидкости или газа и верно в той степени, в которой потери на трение малы. Оно имеет следующий вид: =const

Здесь p₀ – полное давление. Величина p – это давление, которое поток оказывает на стенки; его называют статическим давлением. Слагаемое pV²/2 называется динамическим давлением. Слагаемое pgh соответствует тому вкладу в общее давление p₀, которое создается участками потока, приподнятыми на высоту h, если таковые имеются. p - плотность жидкости; V – ее скорость.

статическое давление в приподнятых участках: p₂ < p₁, а в опущенных – наоборот, p₃ > p₁.

Применительно к системе кровообращения, если p₁ – давление, создаваемое сердцем, работающим на высоте h = 0, то все, что находится выше этого уровня, имеет пониженное давление (а это, в частности, мозг), а все, что ниже (ноги, например) – давление выше, чем то, которое создает работающее сердце. Для мозга слагаемое pgh имеет величину порядка –30 мм рт. столба, а для ног – порядка +110 мм рт. столба. Система кровообращения имеет механизмы регулирования, вносящие поправки на снабжение кровью органов, находящихся в неравных условиях.

_______________________________________________________________________________________

8. Ламинарное и турбулентное движение жидкости. Число Рейнольдса. Измерение артериального давления по методу Короткова.

Ламинарное течение наблюдается при течении крови по капиллярам и кровеносным сосудам.

Ламина́рное тече́ние — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления).

Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное. Переход от ламинарного к турбулентному состоянию происходит при разных скоростях, которые установить невозможно. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе:

Турбулентное течение-течение жидкости или газа, при котором частицы жидкости совершают беспорядочные неустановившиеся движения по сложным траекториям, создаются завихрения. Оно наступает при увеличении числа Рейнольдса до критического.

Измерение артериального давления по методу Короткова.

измеряют минимальное давление, которое необходимо приложить снаружи, чтобы сжать артерию до прекращения в ней кровотока. Это давление близко к давлению крови в артерии. При этом большое значение имеет выслушивание звуков, возникающих при прохождении крови через сжатую манжетой артерию.

Прибор для измерения артериального давления по этому методу состоит из манжеты, нагнетателя (груши) и манометра. Для прослушивания звуков используется фонендоскоп.

Манжета закрепляется в зоне плечевой артерии пациента,. Фонендоскоп устанавливается в зоне локтевого сгиба.

При закрытом выпускном клапане, в манжету нагнетают воздух. Давление в манжете контролируется по манометру. Первоначально в манжете создается давление, на 10-20 мм рт. столба выше того, при котором перестает прослушиваться пульс на плечевой артерии. При полностью сжатой артерии никаких звуков через фонендоскоп не прослушивается.

Затем, медленно открывая выпускной клапан, добиваются плавного снижения давления воздуха в манжете.

При некотором давлении в манжете, работающее сердце оказывается в состоянии толчками проталкивать кровь через артерию. Начинают прослушиваться отчетливые тоны, называемые начальными. В этот момент времени показания манометра соответствуют максимальному, или систолическому давлению. Прослушиваемые при этом звуки обусловлены вибрацией стенок артерии при прохождении пульсовой волны.

При дальнейшем снижении давления в манжете, начальные тоны дополняются шумами, которые обусловлены турбулентным течением крови в частично сдавленной артерии.

По мере распрямления стенок артерии и восстановления ее нормального просвета, турбулентные шумы стихают и затем звуковые явления полностью прекращаются. В этот момент просвет артерии полностью восстановился, и в ней устанавливается ламинарное движение крови.

Показания манометра в момент окончательного исчезновения как турбулентных шумов, так и последовательных тонов, соответствуют минимальному, или диастолическому давлению крови.

Преимущества:

· признан официальным эталоном неинвазивного измерения артериального давления для диагностических целей и при проведении верификации автоматических измерителей артериального давления;

· высокая устойчивость к движениям руки.

Недостатки

· зависит от индивидуальных особенностей человека, производящего измерение (хорошее зрение, слух, координация системы «руки—зрение—слух»);

· чувствителен к шумам в помещении, точности расположения головки фонендоскопа относительно артерии;

· требует непосредственного контакта манжеты и головки микрофона с кожей пациента;

· технически сложен (повышается вероятность ошибочных показателей при измерении) и требует специального обучения.)

_______________________________________________________________________________________

9. Уравнение Ньютона. Коэффициент вязкости. Кровь как неньютоновская жидкость. Вязкость крови в норме и при патологиях.

Сила F_тр взаимодействия слоев описывается законом Ньютона: S

Здесь ∆v = v₂ - v₁ - разность скорости в соседних параллельных слоях; -расстояние между слоями со значениями скорости v₁ и v₂ по перпендикуляру к слоям. Отношение называется градиентом скорости; в биофизике это отношение принято называть скоростью сдвига.

Коэффициент пропорциональности зависит от свойств жидкости, существенных для данного процесса и называется коэффициентом динамической вязкости:

На основании этого выражения введена единица коэффициента вязкости 1Па*с

У различных жидкостей коэффициент вязкости различен. Так, при температуре t=20⁰C коэффициент вязкости ацетона – 0,322 мПа*с; глицерина – 1480 мПа*с (1,48 Па*с)

Жидкость относится к категории ньютоновских, если ее коэффициент вязкости зависит только от температуры.

У неньютоновских жидкостей коэффициент вязкости зависит не только от температуры, но и от особенностей их течения: поперечные размеры потока, градиент скорости в нем, а иногда – и уровень давления в потоке.Кровь – ярко выраженная неньютоновская жидкость.

В норме вязкость крови составляет 5 мПа*с. Но при патологии коэффициент вязкости наблюдается в диапазоне 1,7 – 23 мПа*с, являясь существенным диагностическим показателем.

Вязкость крови сильно зависит от диаметра сосуда. В артериолах и капиллярах она достигает 800 мПа*с.

1. Явление диффузии. Уравнение Фика.

Пассивный транспорт

-Это перенос молекул и ионов из области с большей концентрацией в область меньших концентраций (т.е. против градиента концентраций)

-Не требует затрат энергии

Виды пассивного транспорта:

а) простая диффузия

-Вещество проходит путем растворения в липидах.

-Механизмом простой диффузии происходит перенос простых незаряженных молекул (O2, CO2иN2,), жирорастворимых веществ

-Протекает медленно

б) Диффузия через липидные белковые поры (каналы)

Порой или каналом называют участок мембраны, включающий липидные или белковые молекулы и образующий в мембране проход.

-Этот канал допускает проникновение не только малых молекул, но и более крупных ионов.

-Каналы могут проявлять селективность для(избирательность) для разных видов ионов.

в) диффузия при помощи переносчиков

Например, антибиотик валиномицин при связывании с ионом калия образует растворимый в липидах комплекс и проходит через мембрану.

Переносчики получили название ионофоры.

Диффузию через каналы или диффузию при помощи переносчиков еще называют облегченной диффузией.

Уравнения Фика или уравнение диффузии.

J - плотность потока вещества; D - коэффициент диффузии – м2/сек., зависит от природы вещества и численно равен количеству вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу площади при градиенте концентарции, равном единице.

dр(знак плотности)/dx – градиент плотности знак «-» показывает, что направление диффузии противоположно росту концентрации

Уравнение диффузии можно записать не только для плотности массового потока, но и для плотности потока частиц и плотности потока веществ, при этом в уравнении вместо градиента плотности следует использовать соответственно градиент концентрации dn/dx или градиент молярной концентрации dc/dx

_______________________________________________________________________________________

Дата добавления: 2014-11-20