MECCANICA DEI FLUIDI lavoro cardiaco. MECCANICA DEI FLUIDI lavoro cardiaco. elio giroletti

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA dip. Fisica nucleare e teorica via bassi 6, 271 pavia, italy - tel webgiro 1 elio giroletti MECCANICA DEI FLUIDI lavoro cardiaco FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE, elio giroletti, 25 Classe Lauree di INFERMIERISTICA e OSTETRICIA corso integrato FISICA, STATISTICA e INFORMATICA disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE MECCANICA DEI FLUIDI lavoro cardiaco FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE, elio giroletti, 25 - Potenza e rendimento - La pompa cardiaca - Lavoro cardiaco - Lo sfigmomanometro lucidi di D.Scannicchio,, rivisti da E.Giroletti

2 2 AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997 Sistema circolatorio Volume del sangue: 6 l portata: 5 l/min 1 battito /s velocità media: cm/s LA POMPA CARDIACA FILM-1 FILM-2 AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997 LA POMPA CARDIACA è una doppia pompa sincrona valvole semilunari DIASTOLE tricuspide fase III a e IV a chiuse riempimento dei ventricoli aorta bicuspide o mitrale chiusa AD VD VS AS eiezione dai ventricoli SISTOLE chiusa fase I a aperta e II a

3 POTENZA MECCANICA 3 POTENZA W= L t = F l = F l = F v t t [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 hp = 75 kgm s 1 = 735 watt RENDIMENTO η macchina T, U, Q attriti η (%) = L meccanico perdita di energia L 1 E totale η 1 L = lavoro meccanico utile prodotto dalla macchina E totale = energia totale impiegata LA POMPA CARDIACA CUORE muscolo energia potenziale biochimica η =1-15% < 1% lavoro meccanico + calore processi biochimici all'origine della contrazione muscolare e quindi della produzione di energia

4 LA POMPA CARDIACA 4 CUORE MUSCOLO contrazione isotonica - contro una forza esterna - viene compiuto lavoro contrazione isometrica - tensione contro forza esterna - lunghezza muscolo invariata - non si compie lavoro - dispendio energia calore DATI CARDIACI (a riposo) gettata pulsatoria V V 6 cm 3 frequenza cardiaca ν ν 7 contrazioni min 1 periodo cardiaco T = 1 ν T 6 s min 1 7 min 1 =,86 s volume totale di sangue V totale 6 litri =6 cm 3 n = 6 cm3 1 pulsazioni per pompare tutto il 6 cm 3 sangue attraverso il sistema circolatorio v media = l n T 2 metri 2,3 cm s 1,86 s 1 IL CICLO CARDIACO p (mmhg) 12 8 V (cm 3 ) 6 2 V(mV) ECG sistole diastole sistole diastole I II III IV I II III IV R T U P.6.6 Q S T p VS V VS R P U S Q p aorta p AS secondi FCG

5 IL CICLO CARDIACO p (mmhg) 12 8 sistole diastole sistole diastole I II III IV I II III IV p VS p aorta p AS secondi 5 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= I a L = II a L p v (V 2 V 1 ) III a L = IV a L p atriale (V 2 V 1 ) L totale L S + L D = 1 joule L W totale totale = 1 joule 1.2 watt T.86 s W picco 2.4 watt (II a fase del ciclo) rendimento muscolo cardiaco η = 1% 15% assumiamo per semplicità η 1% 1 secondo L = 1 joule E totale 1 joule{q= 9 joule processi biochimici perduto posizione eretta p = p sangue + d g h h(cuore) = ritorno venoso circolazione cerebrale posizione orizzontale p = p sangue EFFETTI FISIOLOGICI della PRESSIONE IDROSTATICA (valori medi) h, cm p, mmhg + p v p a pressione venosa pressione arteriosa

6 EFFETTI FISIOLOGICI della PRESSIONE IDROSTATICA VENE VARICOSE pressione idrostatica aumenta pressione negli arti inferiori pareti vasi venosi sono sottili e poco elastiche pressione idrostatica dilata le vene reflusso contrastato da valvole a nido di rondine e muscoli della gamba vene si irrigidiscono con età - vene varicose SANGUE AL CERVELLO accelerazioni elevate (es. piloti) o da supino a eretto può mancare sangue alla testa 6 MISURA PRESSIONE del SANGUE p esterna p interna pressione intramurale pressione relativa p interna p esterna p 1 h 1 h 2 h p 2 MANOMETRO a LIQUIDI p 1 p 2 = d g h misura della pressione p 1 relativa alla pressione p 2 SFIGMOMANOMETRO 1 (misura non invasiva della pressione) pressione sistolica (MAX) p s pressione diastolica (MIN) p d effetti idrostatici: quota riferimento cuore stetoscopio pompa fascia elastica p arteria p aorta manometro misura della pressione del vaso di maggior calibro nel braccio -arteria brachiale- (poca dissipazione di energia nelle arterie grandi)

7 p SFIGMOMANOMETRO (mmhg) p 1 p 12 p 2 s p s p 8 p d 3 p d A B p 4 o (s) fuoriuscita graduale dell'aria dalla fascia elastica p fascia > p s vaso chiuso (assenza di rumore) p fascia < p sist rumore periodico di e del vaso (punti A e B) p fascia < p diast lume dell'arteria sempre aperto, regime laminare (silenzio) 7 SFIGMOMANOMETRO OSSERVAZIONI misura non invasiva precisione: alcuni mm Hg non troppo lento: si ferma il sangue, sistema reagisce mandando sempre più sangue, aumenta la pressione non troppo veloce: non preciso misura invasiva (entro il vaso): pressione arterie: si usa Hg pressione vene: si usa soluzione salina (perché?) MECCANICA DEI FLUIDI lavoro cardiaco FISICA MEDICA E RADIOPROTEZIONE, elio giroletti, 25 dispense su internet webgiro elio giroletti. Università degli Studi di Pavia dip. Fisica nucleare e teorica

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