elio giroletti · 2009-11-17 · Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, Dip. Fisica...

Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, Dip. Fisica nulceare e teorica

ESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Lavoro cardiaco

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elio girolettielio giroletti

UNIVERSITUNIVERSITÀÀ DEGLI STUDI DI PAVIADEGLI STUDI DI PAVIAdip. Fisica nucleare e teorica dip. Fisica nucleare e teorica

via bassi 6, 27100 pavia, via bassi 6, 27100 pavia, italyitaly -- tel. 038298.7905 tel. 038298.7905 [email protected] [email protected] -- www.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro

MECCANICA DEI FLUIDIMECCANICA DEI FLUIDIlavoro cardiacolavoro cardiacoFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE, ,

elio giroletti, 2005elio giroletti, 2005

corso integrato corso integrato FISICA, STATISTICA e INFORMATICAFISICA, STATISTICA e INFORMATICA

disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEdisciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE

Classe LaureeClasse Laureedidi INFERMIERISTICA e OSTETRICIAINFERMIERISTICA e OSTETRICIA



- Potenza e rendimento- La pompa cardiaca- Lavoro cardiaco - Lo sfigmomanometro

lucidi di lucidi di D.ScannicchioD.Scannicchio, rivisti da E.Giroletti, rivisti da E.Giroletti



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MECCANICA DEI FLUIDI – Lavoro cardiaco

AA

VV

, Enc

iclo

pedi

a de

l cor

po u

man

o, c

d-ro

m, 1

997

Sistema circolatorioSistema Sistema circolatoriocircolatorio

•• Volume del sangue: 6 lVolume del sangue: 6 l•• portata: 5 l/min portata: 5 l/min •• 1 battito /s1 battito /s

•• velocitvelocitàà media: 2media: 2--3 cm/s 3 cm/s


AA

VV

, Enc

iclo

pedi

a de

l cor

po u

man

o, c

d-ro

m, 1

997

LA POMPA CARDIACA

FILMFILM--11

FILMFILM--22


LA POMPA CARDIACA

è una doppia pompa sincrona

valvola tricuspide

valvola bicuspideo mitrale

valvola aorticaaortavalvole semilunari

VSVD

AD AS

DIASTOLE

riempimento dei ventricoli

fase IIIa e IVa

chiuse

SISTOLE

chiusa

fase Ia e IIa

chiusa

aperta

eiezione dai ventricoli



3


POTENZA MECCANICA

POTENZA W= L∆t

F ∆ℓ∆t= = F ∆ℓ∆t =

→→→

→

F v→→

[W] = [M][L]2[t]–2[t]–1 = [M][L]2[t]–3

S.I. watt (W) = joule s–1

C.G.S. erg s–1

sistemi pratici kgmetro s–1, hp

1 1 hphp = 75 kgm s= 75 kgm s––1 1 = 735 watt= 735 watt


RENDIMENTO η

macchina T, U, Q Lmeccanico

attriti perdita di energia

η ≤ 1

η (%) = LEtotale

100

L = lavoro meccanico utile prodotto dalla macchinamacchinaEtotale = energia totale impiegata


CUORE muscolo

energia potenziale biochimica

lavoro meccanico + calore

η =10-15% < 100%

processi biochimici all'origine della contrazione muscolare e quindi della produzione di energia

LA POMPA CARDIACA



4


MUSCOLOCUORE

contrazione isotonica

contrazione isometrica

- contro una forza esterna- viene compiuto lavoro

- tensione contro forza esterna- lunghezza muscolo invariata- non si compie lavoro- dispendio energia calore

LA POMPA CARDIACA


DATI CARDIACI

gettata pulsatoria V V ≈ 60 cm3(a riposo)(a riposo)

frequenza cardiaca ν ν ≈ 70 contrazioni min–1

periodo cardiaco T =1ν T ≈ 70 min–1

60 s min–1= 0,86 s

volume totale di sangue Vtotale ≈ 6 litri =6000 cm3

n = 6000 cm3

60 cm3 ≈ 100 pulsazioni per pompare tutto il sangue attraverso il sistema circolatorio

vmedia = ℓn T

2 metri100 0,86 s ≈≈ 2,3 cm s2,3 cm s––11≈


IL CICLO CARDIACO

tempo0

4060

20

(cm3)VVVS

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 1.4 1.6

FCG

seconditempo0

sistole diastole diastolesistoleI II III IV I II III IV

paortapVSpAS

p(mmHg)

120

80

40apertura valvola mitralica

chiusura valvola mitralica

apertura valvola aortica

chiusura valvola aortica

ECG

(mV)

TU P

Q

R

S TU P

Q

R

S

∆V

0.060.29 0.48

0.06



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IL CICLO CARDIACO

seconditempo0

sistole diastole diastolesistoleI II III IV I II III IV

paortapVSpAS

p(mmHg)

120

80

40apertura valvola mitralica

chiusura valvola mitralica

apertura valvola aortica

chiusura valvola aortica

• I fase: contrazione isometrica, no lavoro esterno • II fase: contrazione isotonica, varia volume, L=p ∆V• III fase: rilassamento isometrico, no lavoro • IV fase: contrazione atrio, lavoro compiuto da atrio,

L=p∆V, ma p atrio molto bassa > L=0 Ia L = 0 IIa L ≈ pv(V2–V1 )

IIIa L = 0 IVa L ≈ patriale(V2–V1 )


Ltotale ≈ LS + LD = 1 joule♥ ♥ ♥

WtotaleLtotale

T=

♥

≈1 joule0.86 s ≈ 1.2 watt

Wpicco ≈ 2.4 watt (IIa fase del ciclo)η = 10%÷15% rendimento muscolo cardiaco

assumiamo per semplicità η ≈ 10%

≈1 secondoEtotale ≈ 10 joule

L = 1 joule{Q= 9 joule

processi biochimici perduto


0

170

150

100110120130140

160

1808070605040

102030

0

+120

+60

0

– 60

8070

5060

40

90

p, mmHg

pv pa

h, cm

+–

pressione venosa pressione arteriosa

(valori medi)(valori medi)

posizione eretta

p = psangue + d g h

h(cuore) = 0ritorno venoso circolazione cerebrale

posizione orizzontalep = psangue

EFFETTI FISIOLOGICIEFFETTI FISIOLOGICI dellaPRESSIONE IDROSTATICAPRESSIONE IDROSTATICA



6


SANGUE AL CERVELLOSANGUE AL CERVELLO•• accelerazioni elevate (es. piloti) o da supino a accelerazioni elevate (es. piloti) o da supino a

eretto eretto ⇒⇒ può può mancare sangue alla testa mancare sangue alla testa

EFFETTI FISIOLOGICIEFFETTI FISIOLOGICI dellaPRESSIONE IDROSTATICAPRESSIONE IDROSTATICA

VENE VARICOSE VENE VARICOSE •• pressione idrostatica aumenta pressione pressione idrostatica aumenta pressione

negli arti inferiori negli arti inferiori •• pareti vasi venosi sono sottili e poco elastichepareti vasi venosi sono sottili e poco elastiche•• pressione idrostatica dilata le vene pressione idrostatica dilata le vene •• reflusso contrastato da valvole a nido reflusso contrastato da valvole a nido

di rondine e muscoli della gamba di rondine e muscoli della gamba •• vene si irrigidiscono con etvene si irrigidiscono con etàà -- vene varicosevene varicose


MISURAMISURA PRESSIONE del SANGUE

p2

p1h1

h2

∆h

pressione intramurale

pressione relativapinterna pesterna–

MANOMETRO a LIQUIDI

p1 – p2 = d g ∆hmisura della pressione p1 relativa alla pressione p2

pinterna

pesterna


SFIGMOMANOMETROSFIGMOMANOMETRO 1(misura non invasiva della pressione)

pressione sistolica (MAX) pspressione diastolica (MIN) pdeffetti idrostatici: quota riferimento cuore

stetoscopio

fascia elastica

manometro

valvola

pompa

misura della pressione del vaso di maggior calibro misura della pressione del vaso di maggior calibro nel braccionel braccio -arteria brachialearteria brachiale--

(poca dissipazione di energia nelle arterie grandi(poca dissipazione di energia nelle arterie grandi)

parteria ≈ p aorta



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4 (s)fuoriuscita graduale dell'aria dalla fascia elasticapfascia > ps vaso chiuso (assenza di rumore)1pfascia < psist rumore periodico di apertura e

chiusura del vaso (punti A e B)23

tempo1 2 3 5

p

80

o

(mmHg)

40

120ps

pd

ps

pd

p1

A

p2

Bp3 p4

pfascia < pdiast lume dell'arteria sempre aperto,regime laminare (silenzio)

4

SFIGMOMANOMETROSFIGMOMANOMETRO


SFIGMOMANOMETROSFIGMOMANOMETRO

OSSERVAZIONIOSSERVAZIONI

•• misura non invasiva misura non invasiva •• precisione: alcuni mm Hg precisione: alcuni mm Hg •• non troppo lento:non troppo lento:

•• si ferma il sangue, sistema reagisce mandando si ferma il sangue, sistema reagisce mandando sempre pisempre piùù sangue, aumenta la pressione sangue, aumenta la pressione

•• non troppo veloce:non troppo veloce: non preciso non preciso •• misura invasiva (entro il vaso): misura invasiva (entro il vaso):

•• pressione arterie: si usa Hg pressione arterie: si usa Hg •• pressione vene: si usa soluzione salina pressione vene: si usa soluzione salina (perch(perchéé?)?)



dispense su internetdispense su internetwww.unipv.it/www.unipv.it/webgirowebgiro

elio girolettielio giroletti ..UniversitUniversitàà degli Studi di Pavia degli Studi di Pavia dip. Fisica nucleare e teoricadip. Fisica nucleare e teorica

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