Základy molekulární biofyziky, fyzika krevního oběhu [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi ATlak v těle nKrev jako tekutina nAkční potenciály práce srdce nOsmotický tlak nTermodynamika nProudění krve nPlyny k tekutinách [USEMAP] Tlaky v lidském těle nTlak v oku, přední a zadní segment oční nTlak a plíce, intrapleurální prostor nTlak v GIT, plynatost nTlak krevní, hypertenze a hypotenze nNitrolební tlak nTlak v kloubu, v tekutině a tlak dotykem n nMěření tlaku metody se liší n [USEMAP] Tlaky v lidském těle (PASCALŮV ZÁKON ) nTlak vyvolaný vnější silou působící na povrch kapaliny je ve všech místech a ve všech směrech kapalného tělesa stejný. n- tlak p charakterizuje stav kapaliny v klidu n- tlak měříme manometry n- velikost tohoto tlaku nezávisí na objemu ani hustotě kapaliny n- využití Pascalova zákona - hydraulická a pneumatická zařízení n [USEMAP] Tlak a plíce, intrapleurální prostor n25000 krát za den dech, 10000 litrů vzduchu. nIntrapleurální tlak je 5 až 10 mg Hg Astma-odpor vzduchu Fibrosa plic elasticita klesá [USEMAP] Bez názvu 1 Měření tlaku medycyna038 ludzie225 n Bez názvu 1 Bez názvu 1 [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi nTlak v těle AKrev jako tekutina nAkční potenciály práce srdce nOsmotický tlak nTermodynamika nProudění krve nPlyny k tekutinách [USEMAP] Krev jako tekutina 1 Srdeční výdej = tep x ejekční objem -5,8 litr/min = 72 tepů/min x 80 ml/tep Tlak síla na plochu U cév je nutné počítat: T Povrchové napětí síla na jednotku délky Práce a energie Výkon je 1,2 W 80 % krve v systémovém oběhu -15 % arterie -10 % kapiláry -75 % žíly 20% plicní (malý) oběh -46 % arterie - 8 % kapiláry -46 % žíly Hustota krve r = 1 040 kg/m3 Viskozita závisí na HTK [USEMAP] Tlak a napětí nLaplaceův zákon. Vztah mezi napětím T (N.m-1) ve stěně pružné membrány uzavírající objem kapaliny s rozdílem tlaků P (Pa) uvnitř a vně membrány je dán rovnicí n nObjemový tok. Objem ΔQ kapaliny, která protéká přímou trubicí o poloměru R, délce L při tlakovém spádu ΔP za čas Δt je dán Poiseuillovým – Hagenovým vztahem 5 [USEMAP] Krev jako tekutina 3 nPlasma + erytrocyty + leukocyty + destičky n 5x106/mm3 7x103/mm3 2x105/mm3 nPlasma: H2O + minerály + bílkoviny , Hematokrit = objemery/objemcelkový nViskozita rheologický parametr síla tření mezi dvěma vrstvami o jednotkové ploše, jeli rozdíl rychlostí 1m/s nRychlost sedimentace – úměrná rozdílu hustot, gravitaci, druhé mocnině poloměru, a nepřímo viskozitě n [USEMAP] Traspotní jevy - Viskozita nViskozita rheologický parametr síla tření mezi dvěma vrstvami o jednotkové ploše, jeli rozdíl rychlostí 1m/s n n σ = F/A (Pa), η je koeficient tření nebo viskozita, a výraz Δv/Δx je v limitě pro Δv → 0 a Δx → 0 roven vektoru gradientu rychlosti (grad v) ve směru x. [USEMAP] Traspotní jevy - Viskozita nViskozita rheologický parametr síla tření mezi dvěma vrstvami o jednotkové ploše, jeli rozdíl rychlostí 1m/s n n σ = F/A (Pa), Kromě této tzv. dynamické viskozity η, se též užívá kinematická viskozita ν, definovaná jako dynamická viskozita dělená hustotou ρ Pokud se hovoří pouze o viskozitě, rozumí se viskozita dynamická. Jednotkou dynamické viskozity je pascalsekunda, Pa.s. Hlavní jednotkou kinematické viskozity je m2.s-1 [USEMAP] Viskozita krve nViskozita kapalin – byla probírána u krve: 1.zvyšuje se při více ERY 2.Je větší ve středu trubice, kde jsou partikule, u stěn je plasma 3.S teplotou viskozita klesá 4.Viskozita je vyšší při více bílkovinách 5.Hodnota je asi 5 až 6 vyšší než voda 6. [USEMAP] Difuze 1. Fickův zákon hustotu difuzního toku (n/A), vyjádřenou v molech na m2 za sekundu Konstanta D se nazývá difuzní koeficient (m2.s-1) Difuze je jedním z nejdůležitějších fyzikálních procesů, umožňuje pohyb látek uvnitř buněk V živých organismech je ovlivněna mnoha faktory, které znemožňují přesný výpočet její rychlosti, přesto však můžeme z hodnot difúzních koeficientů usuzovat na rychlost četných životních procesů [USEMAP] Vedení tepla npředávají kinetickou energii následkem vzájemných srážek nλ je koeficient tepelné vodivosti, tepelná vodivost nQ je teplo (J) nλ – rozměr W.m-1.K-1 nTransportní jevy –Difuze –Viskozita –Vedení tepla [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi nTlak v těle nKrev jako tekutina EAkční potenciály práce srdce §Osmotický tlak nTermodynamika nProudění krve nPlyny k tekutinách zubata [USEMAP] Záporné napětí-70 mV n Membrane2 Membrane3 [USEMAP] Rozdíl mezi myocytem a ostatní dráždivou svalovou a nervovou tkání [USEMAP] Dva pojmy mezi fyzikou a fyziologií nDráždivost tkání (např. svalů) vyjádřit pomocí reobáze a chronaxie. proudovými impulsy, existuje určitá hodnota proudu, pod kterou nelze podráždění vyvolat. Ta se nazývá reobáze. Chronaxie je doba nutná k vzniku akčního potenciálu impulzem o dvojnásobku hodnoty reobáze. n AP BEATING_HEART [USEMAP] n NEURON2 ligand-gated-S [USEMAP] Elektrický proud a popis EKG ECGGRAPH Electr1 heartbeat [USEMAP] nEKG nDočasná kardiostimulace nElektrická kardioverze nDefibrilace nTrvalá stimulace nDiatermie Přehled tematických okruhů BEATING_HEART [USEMAP] E K G nKlasické 12 svodové nKontinuální monitorování nCentrála pro monitorování arytmií nMonitorování ST úseků n BEATING_HEART [USEMAP] EKG – teorie a praxe n 250klein5 ECG_NurPat_2 V2 V3 V6 ECG30 LINES1 [USEMAP] n ADLT39 ART_VEIN APcardiacmusclecell [USEMAP] Normální EKG ECG_101A MULTIECG ECG30 ADLT39 [USEMAP] Změny úseku ST n ECG2A BEATING_HEART [USEMAP] Převodní systém srdeční n BODY BEATING_HEART CONDUCT1 CONDIAG E66 FIG12_6 [USEMAP] n 11-5 [USEMAP] n 11-7 [USEMAP] n 11-8 11-9 [USEMAP] EKG nV1-V6 naVF,a VR,aVL ntří bipolárních svodů: svod I - RL, svod II - RF a svod III - FL nCelkem 12 svodů III III II I [USEMAP] n ECG cardcyclea heartbeat [USEMAP] Holterovské monitorování nZáznam 24 hodin, nPočítač zpracuje nES –komorové a síňové technology_transfer ecg_layout 250klein5 BEATING_HEART [USEMAP] Kardiostimulace n dočasná intravasální kardiostimulace n dočasná trastorakální kardiostimulace n dočasní jícnová kardiostimulace n n n n n n n n BEATING_HEART [USEMAP] n FIG2SD hypertX [USEMAP] Sval n MUSCLE1 MYOFIB2 myofibril2 muscle_fibril SARCS SARCOM2 [USEMAP] Kardioverze - JIP nPuls má energii 50 Ws až 300 Ws nSynchronizace R vlnou na EKG nNedotýkat se postele ani pacienta n docpaddles SHOCK Electr2 BEATING_HEART [USEMAP] P4030057 BEATING_HEART [USEMAP] P4030056 Defibrilace, kardioverze BEATING_HEART [USEMAP] EEG - epilepsie n 60009_epilepsy EEG EEG EEG_SCAN [USEMAP] Sběr signálů EEG EEG_MAP EEG1 EEG2 neurophysiologie_eeg_03 neurophysiologie_eeg_04 [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi nTlak v těle nKrev jako tekutina nAkční potenciály práce srdce EOsmotický tlak nTermodynamika nProudění krve nPlyny k tekutinách [USEMAP] Osmotický tlak – matematický popis Bez názvu 1 Bez názvu 1 [USEMAP] Bez názvu 1 Osmotický tlak Slide4 látka rozpuštěná v roztoku rozpouštědlo Semipermeabilní polopropustná stěna či membrána Bez názvu 1 [USEMAP] nOsmolarita = molaritě násobené počtem disociovaných iontů n n0,3 M glycerin 0,3 Osmol n0,3 M NaCl 0,6 Osmol Bez názvu 1 Bez názvu 1 [USEMAP] Bez názvu 1 nIsotonický není isoosmotický -koloidní osmotický tlak -Membrány jsou propustné pro rozpouštědlo medycyna017 medycyna017 medycyna017 Bez názvu 1 [USEMAP] Termodynamika ndU = dQ + dW n matematickým vyjádřením I. termodynamické věty a vyjadřuje zákon zachování energie. Systém může konat práci (-W) jen tehdy, poklesne-li jeho vnitřní energie nebo je – li mu dodáno teplo. V této souvislosti považujeme práci nebo teplo za „+“ jsou–li do systému dodány, za „-“, jsou–li systémem vydány. Stroj, který by vykonával mechanickou práci aniž by spotřeboval odpovídající množství jiné formy energie, by byl v rozporu s I. větou termodynamickou a nazývá se perpetum mobile I. druhu. n [USEMAP] Energie J nPráce je makrofyzikální uspořádaná forma energie ze systému co koná na systém co ji bere nTeplo je mikrofyzikální neuspořádaná forma energie mezi systémy, práce se může převést na jakoukolic formu energie, ale teplo ne tam je část může být na makropráci. nQ= přírůstek U + práce nEntalpie – za stejného tlaku – A= p . D V nH= U+PV izobarické děje nreversibilní a irever. Děje ntzv. degradace energie – její přeměna část na práci nSpecifické teplo – kalorimetrická rovnice –energie ke zvýšení teploty o 1 stupeň 1 Kg látky nebo molu nSkupenské teplo spotřeba energie na přeměnu 1 kg či molu při teplotě tání či tuhnutí. [USEMAP] Energie J nEntalpie – H= U+PV izobarické děje nVolná energie F – práce využitelná při izotermickém ději nVolná entalpie G nChemický potenciál n nSpecifické teplo – kalorimetrická rovnice –energie ke zvýšení teploty o 1 stupeň 1 Kg látky nebo molu nSkupenské teplo spotřeba energie na přeměnu 1 kg či molu při teplotě tání či tuhnutí. Tělo: 1.záření 2.prouděním 3.vedením 4 vypařováním [USEMAP] Termodynamika nTeploměry: jednotka SI základní jednotka kelvin 1 K nK měření délková objemová roztažnost – délková objemová, el. odporu, svítivost. nTermoregulace, - silová zařízení nSterilizace autoklávy, kalorimetrie. nLéčebné užití tepla – solux infračervené el.mg nUltrafialové, diatermie, hypertermie nTermodynamické pojmy n – energie, - celková vnitřní + práce, entalpie, entropie, chemický potenciál, volná energie entalpie, učebnice střední školy. n 7922 [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi nTlak v těle nKrev jako tekutina nAkční potenciály práce srdce nOsmotický tlak nTermodynamika EProudění krve nPlyny k tekutinách [USEMAP] Periferní srdce žilní systém, chlopně a tepová vlna, tepna těsně u žíly CF018__muscle_pump H006_parabolic_flow_profile H007_turbulence nProudění tekutin – laminární turbulentní [USEMAP] Typy proudění ideální kapalinaviskozita 0, realná, H006_parabolic_flow_profile H007_turbulence nReynoldovo číslo nR= rychlostxpoloměrxhustota/viskozita nRychlost m/s nPoloměr m nHustota kg/m3 nViskozita Ns/m2 nDo 100 stacionární do 1000 je laminární a nad 1000 turbulence [USEMAP] Proudění – rovnice: kontinuity a Bernoulliho nrovnice kontinuity:průřezem S1 i S2 proteče za stejný časový interval tekutina o stejné hmotnosti n pro nestlačitelné kapaliny pak platí: n npři proudění platí zákon zachování mechanické energie nz rovnice kontinuity vyplývá, že tekutina má v S2 větší rychlost než v S1 Þ tekutina má v S2 větší kinetickou energii než v S1 Þ při zvýšení kinetické energie se musí snížit tlaková potenciální energie Ep=W=p×DV n H007_flow-velocity [USEMAP] PROUDĚNÍ SKUTEČNÉ (REÁLNÉ) KAPALINY nhydrodynamický paradoxon - z Bernoulliho rovnice plyne, že v místě s vyšší rychlosti má kapalina nižší tlak npři velkém zúžení trubice může tlak klesnout pod hodnotu atmosférického tlaku a do trubice je nasáván vzduch. nvyužití u rozprašovačů, vodních vývěv, karburátoru,... využití hydrodynamického paradoxonu a bernoulliho rovnice: rozprašovač, vodní vývěva, karburátor….. PROUDĚNÍ IDEÁLNÍCH TEKUTIN síly, které brzdí pohyb kapaliny - původ ve vzájemném silovém působení částic kapaliny - síly vnitřního tření, způsobují přeměnu části kinetické energie kapaliny na její vnitřní energii kapalina proudí v trubici různými rychlostmi laminární proudění - při ustáleném proudění a malých rychlostech turbolentní proudění - větší část mechanické energie proudící kapaliny se přeměňuje na vnitřní energii kapaliny [USEMAP] Pohyb tekutiny v kapiláře, zjednodušeně pro dvě veličiny M010_edema M011_ndf [USEMAP] Technické parametry cirkulace Céva typ prů-měr Celk. řez V cm 2 Poddíl objemu(%) Tlak (Hgmm/kPa) tok (m/s) Aorta 25 mm 2.5 15 120/80 0.33 Artery 4 mm 20 90/60 Arteriole 30 µm 40 85/30 Capillary 8 µm 2500 5 30>10/4 0.0003 Venule 20 µm 250 59 10-14 Vein 5 mm 80 5- 8 0.006 Vena cava 30 mm 8 0/0 0.22 [USEMAP] Vztlak a odpor vody Předhled našich pojmů a dosud řečeného nTlak p=ghr nRovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice nArchimedův zákon vztlak=G x hustota kapaliny/hustota tělesa nOdpor vody nSíla odporu = c.S.r.v2/2g c -je činitel tvaru nViskozita kapalin – byla probírána nProudění laminární a turbulentní nReynoldsovo číslo [USEMAP] Fyzikální veličiny v klinické praxi nTlak v těle nKrev jako tekutina nAkční potenciály práce srdce nOsmotický tlak nTermodynamika nProudění krve EPlyny k tekutinách DSCF4926[1] DSCF4927[1] [USEMAP] Bez_názvu1 MOLEKULÁRNÍ BIOFYZIKA nSkupenské stavy hmoty npV = nRT nMaxwellovo-Boltzmannovo rozdělení n n Estř.kv.rych. Nejpravděpodobnější Průměrná Střední kvadratická [USEMAP] Bez_názvu1 MOLEKULÁRNÍ BIOFYZIKA n nMaxwellovo-Boltzmannovo rozdělení n n Estř.kv.rych. k = R/NA = (8.31 J.mol–1.K–1)/(6.02x1023 mol–1) = 1.38x10–23 J.K–1 je Boltzmannova konstanta a T je absolutní teplota. [USEMAP] Bez_názvu1 MOLEKULÁRNÍ BIOFYZIKA nSkupenské stavy hmoty npV = nRT nMaxwellovo-Boltzmannovo rozdělení n n Estř.kv.rych. Nejpravděpodobnější Průměrná Střední kvadratická [USEMAP] Kapalinya tuhé látky nU kapalin - izotropní, nelze zanedbat vzájemnou soudržnost molekul, n Tuhé látky přesné prostorové uspořádání, nPozor přechlazené kapaliny n"elektronový plyn" nPlasma - fyzikální skr_2_02 shearstrain [USEMAP] Klasifikace disperzních systémů na) disperze analytické (do 1 nm). Jejich název plyne z toho, že částice nemůžeme fyzikální cestou zjišťovat, můžeme je identifikovat pouze chemicky, analyticky; nb) disperze koloidní (1–1000 nm); nc) disperze hrubé (1 μm a větší) n n [USEMAP] Sedimentace- fyzika nikoliv FW nKlesání částic ve směru působením gravitačního pole se nazývá sedimentace. Proti tomuto ději však působí tepelný pohyb molekul. nsedimentační rovnováha nStokesovým zákonem n Fg - Fvztlak = V(ρ - ρ0)g n nFg - Fvztlak = Fodpor, viskozita prostředí η [USEMAP] Plyny rozpuštěné v kapalině nPlyn se do kapaliny absorbuje nV rovnovážném stavu přechází v časové jednotce stejné množství molekul daného plynu z plynné fáze do kapalné a naopak nHenryho zákon říká, že váhové množství plynu rozpuštěné za dané teploty v kapalině je přímo úměrné tlaku plynu nad kapalinou nRozpustnost plynů v kapalině s rostoucí teplotou klesá nHenryho zákon má význam ve fyziologii dýchání. n n ckap koncentrace plynu v kapalné fázi vyjádřena v počtu molů na litr [USEMAP] Rozpouštění plynů v kapalinách nZvýšený atmosférický tlak – hyperbarie – potápěči, embolie – Kesonová nemoc nHypobarie – blázni na druhé straně – horolezci (horská nemoc) nVnější dýchání-objemové změny hrudníku, plíce se pasivně vlastní pružností přizpůsobují hrudníku nPodtlak a pneumotorax nVýměna plynů difuze – Fickův zákon n Rychlost difuze je dána difuzní konstantou, plochou a gradientem koncetrace [USEMAP] Konec této části lékařské fyziky [USEMAP]