Proprietà Reologiche dei Fluidi Biologici. Sangue Sinovio Organi Ar9ficiali e Protesi 29 / 03 / 2017

Transcript

1 Proprietà Reologiche dei Fluidi Biologici Sangue Sinovio Organi Ar9ficiali e Protesi 29 / 03 / 2017

2 Introduc9on The study of blood flow behavior: Improving the design of implants (heart valves, ar,ficial heart) and extra-corporeal flow devices (blood oxygenators, dialysis machines) Understanding the connec9on between flow characteris9cs and the development of cardiovascular diseases (atherosclerosis, thrombosis)

3 Cardiovascular Physiology HEART: atrium, ventricles BLOOD VESSELS: aorta, arteries, arterioles, capillaries, veinules, veins right ventricle lungs lex atrium mean diameter [mm] aorta number of vessels arteries arterioles capillaries lex ventricle aorta organs and 9ssues right atrium MAIN FUNCTIONS: to deliver oxygen and nutrients to the cells to remove cellular wastes and carbon dioxide to maintain organs at a constant temperature and ph

4 Physical proper9es of blood BLOOD = plasma + blood cells (55%) (45%) electrolyte solu9on containing 8% of proteins Red blood cells (95%) White blood cells (0.13%) Platelets (4.9%) Reference values RBC: 1 μm PLASMA WHOLE BLOOD density 1035 kg/m kg/m 3 8 μm viscosity Pa s Pa s

5 Viscosità del sangue varia9on of the viscosity of blood with the strain rate when blood is tested in a Couede-flow viscometer whose gap width is much larger than the diameter of the individual red cells. For the curves in Fig. 3.1: 1, the shear rate y is defined as the rela9ve velocity of the walls divided by the width of the gap.

6

7 Viscosità del sangue Quale è il comportamento del sangue a bassi shear rate? Per ematocrito < 40% e γ! relazione di Casson

8 Viscosità del sangue Ad al9 shear rate il comportamento torna ad essere newtoniano

9 Viscosità del sangue Couede-flow type: The width of the channel in which blood flows in these tes9ng machines is much larger than the diameter of the red blood cells. The blood is considered as a homogeneous fluid. This is a reasonable way to look at the blood when we analyze blood flow in large blood vessels. But all our blood vessels are not so large. When blood flows in capillary blood vessels, the red cells have to be squeezed and deformed, and move in single file. In this case, then, it would be more useful to consider blood as a nonhomogeneous fluid, of at least two phases, one phase being the blood cells, the other being the plasma.

10 Flusso laminare di sangue in un condodo cilindrico Vale per qualsiasi fluido. In par9colare, per un fluido newtoniano e quindi Integrando Condizioni cont.

11 Flusso laminare di sangue in un condodo cilindrico Sos9tuendo i parametri fisiologici nelle preceden9 equazioni si s9ma che lo shear rate al bordo delle arterie è circa 10 3 s -1 mentre nelle vene 10 2 s -1 L approssimazione del comportamento del sangue come fluido newtoniano è ragionevole. Al centro del condodo o shear rate è nullo quindi esiste una zona di transizione in cui il sangue ha comportamento non-newtoniano

12 Flusso laminare di sangue in un condodo cilindrico

13 Flusso laminare di sangue in un condodo cilindrico

14 Flusso laminare di sangue in un condodo cilindrico

15 Why Blood Viscosity Is the Way It Is

16 Why Blood Viscosity Is the Way It Is

17 Why Blood Viscosity Is the Way It Is Abbassamento della viscosità: Rodura dei Rouleaux (bassi shear) Deformazione dei globuli (al9 shear)

18 Why Blood Viscosity Is the Way It Is La deformabilità degli eritroci9 causa un accomodamento della forma della membrana alle linee di flusso. Questo minimizza l area resistente al flusso con diminuzione della viscosità Dischi rigidi non hanno lo stesso comportamento

19 Why Blood Viscosity Is the Way It Is φ =0.32 φ =0.32

20 Interazioni cellule parete del vaso

21 Coagulazione del sangue

22 Dissoluzione dei coaguli

23 Liquido sinoviale

24 Liquido sinoviale

25 Liquido sinoviale composizione e proprietà

26

27

28 Liquido sinoviale

29 Liquido sinoviale

30 Liquido sinoviale

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58