transportfenomen i människokroppen - fm.energy.lth.se · 2/10/14 1 medicin och teknik/...

2/10/14

1

Medicin och Teknik/ Introduktion till Medicin och Teknik/ 2011-11-16

Transportfenomen i människokroppen

Ingrid Svensson

Kapitel 5. Fluidflöde i cirkulationssystemet och i vävnader

Kapitel 6. Masstransport i biologiska system

2014-02-10


Innehåll:

•  Pulserande flöde •  Hjärtats klaffar •  Artificiella hjärtklaffar •  Flöde i krökta blodkärl •  Flöde i blodkärl med bifurkationer, atheroskleros •  Massflöde: diffusion

2/10/14

2


Gästföreläsningen

Einar Heiberg, forskare i klinisk fysiologi

Vi har blivit tvungna att flytta den från måndagen den 24/2 till måndagen den 3/3!


Kapitel 5. Fluidflöde i cirkulations-systemet och i vävnader

2/10/14

3


Hjärtklaffar

pulmonary valve

tricuspid valve

mitral valve

aortic valve


•  animation 1 here

Hjärtat under arbete

http://www.math.nyu.edu/~griffith/heart_anim/

2/10/14

4


Hjärtat under arbete, tryck och flödeshastighet

Tryck i vänster kammare och tryck i aorta

Flöde i aorta


Hjärtklaffarna i arbete

http://www.math.nyu.edu/~griffith/heart_anim/

2/10/14

5


Oscillerande flöde

( )ν

ωα

2

24 D=Womersley

talet

νµρ UDUD

==ReReynolds tal

effects viscousnsoscillatio

=α

force viscousforce inertialRe =

4α2

Re∂vz

*

∂t+ vx

* ∂vz*

∂xx* + vy

* ∂vz*

∂yy* + vz

* ∂vz*

∂zz*

"

#$$

%

&''= −

∂p∂z*

+1Re

∂2vz*

∂x*2+∂2vz

*

∂y*2+∂2vz

*

∂z*2"

#$

%

&'

Navier-Stokes ekvation, inkompressibelt flöde, z i flödets huvudriktning

−∂p∂z*

=ΔpLcos(ωt)


Exempel på dimensioner för pulserande flöden i människokroppen

2/10/14

6


α = 6.5 α = 15 α = 3.34

Hastighetsprofiler vid instationärt flöde


Flöde i krökta blodkärl

Willis ring Aortabågen

2/10/14

7


Geometri för ett krökt blodkärl

δ =aR

De = δ Re Dean-talet De

De = 34 De=214


Exempel på Dean-tal

2/10/14

8


Flöde vid förgreningar

Y-förgrening


Flöde vid en T-förgrening

2/10/14

9


Atherosclerosis

•  Drabbar ofta stora och medelstora blodkärl

•  Uppstår ofta vid förgreningar

•  Detta har lett till teorier om att lokal flödesdynamik påverkar plackformation


Konstgjorda hjärtklaffar Starr- Edwards Björk-Shiley

Bi-leaflet valve Animal tissue valve

2/10/14

10


Bi-leaflet valve


Konstgjord hjärtklaff i arbete

Bi-leaflet klaff

http://www.bme.sunysb.edu/bme/people/faculty/d_bluestein.html

2/10/14

11


Kapitel 6. Masstransport i biologiska system

Diffusion

time (minutes)

conc

entra

tion


Diffusion, Fick’s första lag

Jix = −DijdCi

dxJix

2/10/14

12


Diffusion som betraktat som ”random-walk”


Diffusion om man utgår ifrån energin som partikeln har då den rör sig

Dij =kBTf

Stoke-Einsteins ekvation kB –Boltzmans konstant (1.3806488(13)×10−23 J/K)

T – temperatur (i Kelvin) f - friktionsmotstånd

2/10/14

13


Exempel på olika diffusionskoefficienter

Diffusion av gaser i gaser

Diffusion av olika molekyler i vatten


Diffusion, stationärt tillstånd

∂Ci

∂t= Dij

∂2Ci

∂x2Fick´s andra lag

Vid stationärt tillstånd: ∂Ci

∂t= 0

2/10/14

14


Diffusion över ett membran med två lager


Idag:

•  Pulserande flöde •  Hjärtats klaffar •  Artificiella hjärtklaffar •  Flöde i krökta blodkärl •  Flöde i blodkärl med bifurkationer, atheroskleros •  Massflöde: diffusion

transportfenomen i människokroppen - fm.energy.lth.se · 2/10/14 1 medicin och teknik/...

Documents