Медицинская вискозиметрия. Принцип работы мед вискозиметра.

Ультразвук.

Ультразвуком называют упругие колебания, частота которых превышает 20 КГц, распространяющихся в виде продольных механических волн в различных средах.
УЗ волна-подобно звуковой состоит их чередующихся участков сгущения и разряжения частиц.
Особенности ультразвука. В каждой среде скорость распространения звука и ультразвука – одинакова. Наиболее важной особенностью УЗ является узость ультразвукового пучка, что позволяет воздействовать на какие либо объекты локально. В неоднородных средах с мелкими неоднородностями, когда размеры включений не больше длины волны имеет место явление дифракции. Если размеры включений много больше длины волны (L >> λ) имеет место прямолинейность распространения ультразвука. Важным теоретическим моментом при использовании ультразвука является прохождение ультразвука из одной среды в другую. Действие ультразвука на ткани организма. В зависимости от интенсив. различают три уровня интенсивностей ультразвуков: 1 уровень - до 1,5 Вт / см², 2 уровень - от 1,5 до 3 Вт / см², 3 уровень - от 3 до 10 Вт / см².

Проникновение УВ в другую среду характеризуется коэффициентом проникновения. Он определяется как отношение интенсивности волны попавшей во вторую среду к интенсивности, попавшей волны:

Этот коэффициент зависит от соотношения акустического импеданса двух сред.

Акустическим импедансом называют произведение плотности среды на скорость распространения волн в данной среде:

Коэф. Проникновения наибольший- близкий к 1, если акустический импеданс двух сред примерно равны.

Если импеданс второй среды больше, чем первой, то коэф. проникновения ничтожно мал. В однородных средах ультразвук поглощается по закону показательной функции.

Воздействие УВ на организм.

Три вида действия УВ:

- механическое (обусловлено переменным акустическим давлением, вызывает микровибрацию, что приводит к изменению функционального состояния клеток: повыш. проницаемость мембран, усиливаются пр-сы диффузии и осмоса.)

- тепловое (переход механическй энергии в тепловую, интенсификация пр-сов.)

- физико-химическое ( Пространственная перестройка внутриклеточных м-лярных комплесов, повышение активности ряда ферментов)

Все три вида воздействия УВ на организм связано с явлением кавитации- это кратковременные возникновения микро полостей в местах разряжения волны.

УВ ускоряет протекание процессов диффузии и растворения, оказывает влияние на скорость химических реакций. УВ большой мощности вызывает гибель вирусов и бактерий. При малой мощности увеличивается проницаемость клеточных мембран и активизируются процессы обмена в тканях. Способность УВ волн оказывать механическое и тепловое действие на ткани лежит в основе УВ физиотерапии.
методики лечебного воздействия:
лабильная, стабильная, субаквальное озвучивание

6.Пульсовая волна - распространяющаяся по артериям и аорте волна повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка в период систолы
Длина пульсовой волны -

 

скорость распространения пульсовой волны
E - модуль упругости, ρ-плотность в-ва, h-толщина стенки сосуда, d-диаметр сосуда
Течение крови в артериях в норме является ламинарным, небольшая турбулентность возникает вблизи клапанов. При потологии, когда вязкозть бывает меньше нормы, движения станет турбулентным. Турбулентное движение связано с дополнительной затратой энергии при движении жидкости, что в случае крови приводит к добавочной работе сердца. Шум, возникающий при турбулентном движении крови, используется для диагностирования заболеваний. Этот шум прослушивается на плечевой артерии при измерении давления крови.
Движение крови по сосудам подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами: давлением, влияющим на движение крови, и сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов ее передвижению в них создается давление, которое называют кровяным давлением. Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается; в полых венах давление крови меньше атмосферного.
Наибольшее давление называют систолическим (максимальным), наименьшее — диастолическим (минимальным).

 

Ультразвук.

Ультразвуком называют упругие колебания, частота которых превышает 20 КГц, распространяющихся в виде продольных механических волн в различных средах.
УЗ волна-подобно звуковой состоит их чередующихся участков сгущения и разряжения частиц.
Особенности ультразвука. В каждой среде скорость распространения звука и ультразвука – одинакова. Наиболее важной особенностью УЗ является узость ультразвукового пучка, что позволяет воздействовать на какие либо объекты локально. В неоднородных средах с мелкими неоднородностями, когда размеры включений не больше длины волны имеет место явление дифракции. Если размеры включений много больше длины волны (L >> λ) имеет место прямолинейность распространения ультразвука. Важным теоретическим моментом при использовании ультразвука является прохождение ультразвука из одной среды в другую. Действие ультразвука на ткани организма. В зависимости от интенсив. различают три уровня интенсивностей ультразвуков: 1 уровень - до 1,5 Вт / см², 2 уровень - от 1,5 до 3 Вт / см², 3 уровень - от 3 до 10 Вт / см².

Проникновение УВ в другую среду характеризуется коэффициентом проникновения. Он определяется как отношение интенсивности волны попавшей во вторую среду к интенсивности, попавшей волны:

Этот коэффициент зависит от соотношения акустического импеданса двух сред.

Акустическим импедансом называют произведение плотности среды на скорость распространения волн в данной среде:

Коэф. Проникновения наибольший- близкий к 1, если акустический импеданс двух сред примерно равны.

Если импеданс второй среды больше, чем первой, то коэф. проникновения ничтожно мал. В однородных средах ультразвук поглощается по закону показательной функции.

Воздействие УВ на организм.

Три вида действия УВ:

- механическое (обусловлено переменным акустическим давлением, вызывает микровибрацию, что приводит к изменению функционального состояния клеток: повыш. проницаемость мембран, усиливаются пр-сы диффузии и осмоса.)

- тепловое (переход механическй энергии в тепловую, интенсификация пр-сов.)

- физико-химическое ( Пространственная перестройка внутриклеточных м-лярных комплесов, повышение активности ряда ферментов)

Все три вида воздействия УВ на организм связано с явлением кавитации- это кратковременные возникновения микро полостей в местах разряжения волны.

УВ ускоряет протекание процессов диффузии и растворения, оказывает влияние на скорость химических реакций. УВ большой мощности вызывает гибель вирусов и бактерий. При малой мощности увеличивается проницаемость клеточных мембран и активизируются процессы обмена в тканях. Способность УВ волн оказывать механическое и тепловое действие на ткани лежит в основе УВ физиотерапии.
методики лечебного воздействия:
лабильная, стабильная, субаквальное озвучивание

6.Пульсовая волна - распространяющаяся по артериям и аорте волна повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка в период систолы
Длина пульсовой волны -

 

скорость распространения пульсовой волны
E - модуль упругости, ρ-плотность в-ва, h-толщина стенки сосуда, d-диаметр сосуда
Течение крови в артериях в норме является ламинарным, небольшая турбулентность возникает вблизи клапанов. При потологии, когда вязкозть бывает меньше нормы, движения станет турбулентным. Турбулентное движение связано с дополнительной затратой энергии при движении жидкости, что в случае крови приводит к добавочной работе сердца. Шум, возникающий при турбулентном движении крови, используется для диагностирования заболеваний. Этот шум прослушивается на плечевой артерии при измерении давления крови.
Движение крови по сосудам подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами: давлением, влияющим на движение крови, и сопротивлением, которое она испытывает при трении о стенки сосудов. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов ее передвижению в них создается давление, которое называют кровяным давлением. Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается; в полых венах давление крови меньше атмосферного.
Наибольшее давление называют систолическим (максимальным), наименьшее — диастолическим (минимальным).

 

Медицинская вискозиметрия. Принцип работы мед вискозиметра.

Вязкость (внутреннее трение) жидкости – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.
Медицинский вискозиметр Принцип работы медицинского вискозиметра: скорость продвижения жидкостей в капиллярах с одинаковыми сечениями при равной t⁰ и р зависит от вязкости этих жидкостей. (вискозиметр Гесса) используется для определения вязкости крови. Мед вискозиметр состоит из 2х одинаковых градуированных капилляров А₁ и А₂ В капилляр А₁ набирают определенный V дистиллированной воды, перекрывают кран Б.Это позволяет набрать исследуемую жидкость в капилляр А₂, не изменяя уровень воды. Если теперь открыть кран б и создать разрежение в вискозиметре, то перемещение l жидкостей за одно и то же время будет пропорциональным их вязкости.

η_x/η₀ =l₀/lx η_x= η₀ l₀/lx

Из формулы Пуазейля следует, что объемы жидкостей, протекающих за равные промежутки времени по одинаковым капиллярам, обратно пропорциональны вязкостям этих жидкостей

p₁-p₂= p - перепад давления на концах капилляра, Па
Q - секундный объемный расход жидкости (м³/с)
R - радиус капилляра, м
d - диаметр капилляра, м
n - коэффициент динамической вязкозти, Па*с
l - длина капилляра, м
Если вязкость воды принять равной единице, а путь, пройденный кровью, составляет одно деление вискозиметра, то относительная вязкость

крови численно равна пути l _Н2О, пройденному при этом водой. Вязкость крови человека в норме 4 - 5 мПа·с, при патологии колеблется от 1,7 - 22,9 мПа·с,

что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физиче

ской работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие же, например брюшной тиф и туберкулез,

- уменьшают.

 

8. Явление пов натяжения. Капиллярность. Причины газовой и жировой эмболии сосудов.

пов. натяж. - стремление вещества уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м2). Поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению. На пов-тях раздела жид-ти и ее насыщ пара, двух несмешиваемых жид-й, жид-ти и тв тела возникает сила, обусловленная различным межмолекулярным взщаимодействием граничащих сред.Силы пов натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура на котор они действуют и пропорциональныдлине этого участка. Коэф-т пов натяжения α=F/l=A/S
где s и s0 – поверхностное натяжение при температурах T и T0 соответственно, α≈0,1 мН/(м·К) – температурный коэффициент поверхностного натяжения

Капиллярность- свойство жидкостей подниматься или опускаться ниже уровня в очень узких трубках, а именно если узкую (волосную, капиллярную) стеклянную трубку опустить в жидкость, смачивающую стекло (вода, спирт), то последняя поднимается в трубке выше уровня жидкости в сосуде; в трубке же, опущенной в несмачивающую стекло жидкость, последняя опускается ниже внешнего уровня. Высота подъема тем больше, чем меньше радиус трубки, изменяется с веществом и плотностью жидкости, зависит также от температуры.физ явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие – в случае смачивания.

Эмболия — это закупорка сосудов частицами, принесенными током крови или лимфы. Они могут попадать в сосуды из внешней среды и формироваться в самом организме, чреватое лишением кровоснабжения какого-либо сосуда или органа.

Газовая эмболия развивается в результате закупорки сосудов пузырьками газов. Повышение атмосферного давления создает условия для растворения газов в биологических жидкостях. Быстрое перемещение организма из среды с повышенным давлением в среду с нормальным ведет к понижению растворимости, десатуризации и образованию в крови пузырьков газа. Пузырьки газа вызывают закупорку капилляров головного и спинного мозга, почек, сердца и других органов. Газовая эмболия возникает и при быстром переводе организма из среды с нормальным атмосферным давлением в среду с пониженным атмосферным давлением. возникает при:

-порезах крупных вен(там большое давление) и происходит закупорка.

-при подключении капельницы в крупную вену (как правило, подключичную) при отсутствии жидкости в сосуде и подключенному к нему катетору.

При течении пузырька с кровью,передняя часть пузырька вытягивается,задняя сплющивается.В задней части Р1 меньше,чем Р2.Добавочное давление Р приводит к закупорке сосуда.
Жировая эмболия ( эмболии эндогенного происхождения) следует за поступлением в русло крови капелек жира при операциях на тканях с обилием жировой клетчатки, при переломах трубчатых костей, после механического размозжения жировой ткани. В силу отрицательного давления в венах капельки жира через травмированные участки сосуда поступают в ток крови и останавливаются в сосудах меньшего диаметра.

При жировой эмболии процессы теже самые.Она возникает при переломах костей,кода капельки жира проникают в сосуды.Затем после этого возникает тромбоэмболия(возникновение тромба в сосуде)

9.Тоны Короткова. Физические основы применения неинвазивного метода Короткова для измерения систолического и диастолического давлений. Метод Короткова – бескровный инвазивный метод измерения систолического и диастолического давления крови в плечевой артерии. Основан на выслушивании звуков, возникающих при прохождении крови через сжатую манжетой артерию. Накачанная воздухом манжетка пережимает сосуды, останавливая движение крови по ним. Затем ее медленно «спускают». В тот момент, когда напор крови в плечевой артерии немного превысит давление в манжетке, первая порция крови прорвется через препятствие и ударится о стенки артерии ниже «запруженного» места, издавая характерный звук (так называемый тон Короткова), который можно услышать при помощи фонендоскопа. Давление в манжетке в это время равно систолическому. По мере того как воздух будет выходить из нее, все большие порции крови начнут преодолевать «запруду». В конце концов манжетка перестанет пережимать плечевую артерию даже во время диастолы. Тогда кровь вновь заструится по ней непрерывным потоком, и тоны Короткова исчезнут. При этом показания на шкале тонометра

будут соответствовать диастолическому давлению
Тоны Короткова - звуки, которые слышны с помощью фонендоскопа, помещенного на лучевой артерии, при нагнетании воздуха в манжетку и его постепенном выпускании.
Систолическое (верхнее) артериальное давление — это уровень давления крови в момент максимального сокращения сердца.
Диастолическое (нижнее) артериальное давление — это уровень давления крови в момент максимального расслабления сердца.

 

 

10. Сочленения и рычаги в опорно-двигательном аппарате человека; механическая работа человека, эргометрия.
Тело человека – пример кинематической связи. Опорно-двигательная система человека, состоящая из сочлененных между собой костей скелета и мышц, представляет с точки зрения физики совокупность рычагов, удерживаемых человеком в равновесии. Рычагом называется твердое тело, которое может вращаться около неподвижной оси. Различают три вида рычагов:

1) Когда точка опоры лежит между точками приложения действующей силы F и силы сопротивления R. Условие равновесия рычага Fа = Rb.

Пример: череп, рассматриваемый в сагиттальной плоскости. Ось вращения проходит через сочленение черепа с первым позвонком. R - сила тяжести головы, приложенная в центре тяжести. F - сила тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.

2) Когда точка опоры лежит за точкой приложения силы сопротивления R, а сила F приложена на конце рычага. Условие равновесия рычага Fa = Rb, но а > b, следовательно, F > R, то есть рычаг дает выигрыш в силе, но проигрыш в перемещении и называется рычагом силы.
Пример: действие свода стопы при подъёме на полупальцы. Опорой служат головки плюсневых костей. R - сила тяжести всего тела, приложена к таранной кости. F - мышечная сила, осуществляющая подъём тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости.
3) Когда сила F приложена ближе к точке опоры, чем сила R. Условие равновесия рычага. Fa=Rb,но а < b, следовательно, F > R, то есть рычаг дает проигрыш в силе, но выигрыш в перемещении и называется рычагом скорости.
Пример: кости предплечья. Точка опоры находится в локтевом суставе. F - сила мышц, сгибающих предплечье, R - сила тяжести поддерживаемого груза, приложенная обычно к кисти, а также сила тяжести самого предплечья.
Кости опорно-двигательного аппарата соединяются между собой в сочленениях или суставах.Основной механической характеристикой сустава является число степеней свободы. Различают суставы с 1, 2 и 3 степенями свободы. Примеры: плече-локтевой сустав - одна степень свободы; лучезапястный сустав - две степени свободы; тазобедренный сустав, лопаточно-плечевое сочленение - три степени свободы (сгибание и разгибание, приведение и отведение, вращение).
ЭРГОМЕТРИЯ - метод измерения работоспособности отдельной мышцы или группы мышц и функциональных изменений в организме во время физической нагрузки, основанный на выполнении дозированной механической работы. Осуществляется с помощью прибора эргометра. Человек с помощью мышц совершает механическую работу, которая обусловлена силой мышц и развиваемой ими мощностью. Средняя мощность, развиваемая человеком, не занятым специально физическим трудом, весьма невелика и, например, при ходьбе по ровной местности составляет 100-200 вт в зависимости от скорости. Когда мышцы совершают работу, в них освобождается химическая энергия, накопленная в процессе метаболизма; она частично превращается в механическую работу, а частично теряется в виде тепла.

 

11. Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. Работа, совершаемая при однократном сокращении левого желудочка: Изобразим Vу— ударный объем крови — в виде цилиндра. Можно считать, что сердце продавливает этот объем по аорте сечением S на расстоянии l при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа: A1=Fl=pSl=pVy. На сообщение кинетической энергии этому объему кровизатрачена работа А2 = mυ²/2 = ρ Vy υ²/2, где ρ плотность крови; υ — скоростькрови в аорте. Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна Ал =А1+А2 = pVy + ρ Vy υ²/2. Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении: А = Ал + 0,2Ал = 1,2 (pVy + ρ Vy υ²/2):
Формула справедлива для покоя и для активного состояния организма. Эти состояния отличаются разной скоростью кровотока. р = 13 кПа, Vy = б0мл, ρ = 1,05•10³ кг/м3, V= 0,5 м/с, получим работу разового сокращения сердца в состоянии покоя: А1 = 1 дж. Считая, что в среднем сердце совершает одно сокращение в секунду, найдем работу сердца за сутки: Аc= 86 400 дж. При активной мышечной деятельности работа сердца может возрасти в несколько раз.Еcли учесть, что продолжительность систолы около t = 0,3 с, то средняя мощность сёрдца за время одного сокращения W= А1/t = 3,3 Вт.При операциях на сердце, которые требуют временного выключения его из системы кровообращения, пользуются специальными аппаратами искусственного кровообращения. По существу, этот аппарат является сочетанием искусственного сердца (насосная система) с искусственными легкими (оксигенератор - система, обеспечивающая насыщение крови кислородом).

 

12. Центрифугирование
Центрифугированием называется процесс разделения (сепарации) неоднородных систем, например частиц от жидкостей, на фракции под действием центробежных сил. Для осуществления процесса центрифугирования используются центрифуги.
разделение неоднородных систем в поле силы тяжести. Пусть есть водная суспензия частиц различной плотности. Со временем благодаря действию силы тяжести и выталкивающей силы FA происходит расслаивание частиц: частицы с большей, чем у воды, плотностью тонут, частицы с меньшей, чем у воды, плотностью всплывают. Результирующая сила, действующая, например, на более плотную отдельную частицу, равна

Fp = mg – FA = ρ1Vg — ρVg = (ρ1 — ρ)Vg, где ρ1 — плотность вещества частицы; ρ — плотность воды; V — объем. Если значения ρ1 и ρ мало отличаются друг от друга, то сила Fp мала и расслоение (осаждение) происходит достаточно медлённо. В центрифуге (сепараторе) такое разделение производят принудительно, вращая разделяемую среду.
Пусть рабочий объем центрифуги полностью занят какой-либо однородной жидкостью. Выделим мысленно небольшой объем V этой жидкости, находящийся на расстоянии r от оси вращения. При равномерном вращении центрифуги на выделенный объем кроме силы тяжести и выталкивающей силы, которые уравновешивают друг друга, действует центростремительная сила. Это сила со стороны окружающей объем жидкости. Она направлена к оси вращения и равна

F = mω²r = ρVω²r где ρ — плотность жидкости. Предположим теперь, что выделенный объем V— это сепарируемая частица, плотность вещества которой ρ1 (ρ1 ≠ ρ). Сила, действующая на частицу со стороны окружающей жидкости, не изменится. Для того чтобы частица вращалась вместе с жидкостью, на нее должна действовать центростремительная сила, равная

F1 = m1ω²r = ρ1 V ω²r где m1 — масса частицы, а ρ1 — соответствующая ей плотность.Если F > F1, то частица перемещается к оси вращения. Если F < F1, то воздействия на частицу со стороны жидкости будет недостаточно, чтобы удержать ее на круговой траектории, и частица по инерции начнет перемещаться к периферии. Эффект сепарации определяется превышением силы F, действующей со стороны жидкости на выделенную частицу, над тем значением центростремительной силы F1, которое обусловливает движение по окружности: Fцф = F - F1 = (ρ - ρ1) V ω²r Это выражение показывает, что эффект центрифугирования тем больше, чем больше различие плотностей сепарируемых частиц и жидкости, а также существенно зависит от угловой скорости вращения.

Основным параметром при центрифугировании является относительное центробежное ускорение А (безразмерная величина) — это величина, показывающая во сколько раз центробежное ускорение В в роторе центрифуги больше земного тяготения, обычно обозначаемого g. Величина А рассчитывается по следующей формуле: А =11,18·10^-7· r · n ², где r — расстояние в мм от оси вращения ротора до точки, для которой рассчитывается центробежное ускорение n — частота вращения ротора в об./мин.

Используют центрифуги фильтрующие и отстойные. В фильтрующих центрифугах разделяют суспензии. В оттстойныхцентрифугах разделение суспензий и эмульсий происходит по принципу отстаивания, но под действием центробежной силы.
Центробежные жидкостные сепараторы широко применяются в пищевой промышленности, в частности для сепарации молока (отделения от молока сливок). Применение центробежной силы для процессов разделения суспензий и эмульсий значительно интенсифицирует процесс. Однако не удается полностью провести разделение, в связи с этим в некоторых случаях необходимо проводить дополнительную обработку (отжим, сушку пасты, обезвоживание и др.).