профилактического факультетов 1курса. Тема: Физические

Методическая разработка к практическому занятию
для студентов медицинского, педиатрического и
медико-профилактического факультетов 1 курса.
Тема: Физические
основы гемодинамики.
Актуальность темы. Болезни системы кровообращения, вызванные в первую
очередь артериальной гипертензией, занимают первое место среди летальных
рисков по общемировой статистике (свыше 50 %). Кроме того, хронические
заболевания всех систем организма сопровождаются изменением
гемодинамических показателей (например, возрастные изменения церебрального
кровообращения, пиелонефрит, холецистит), что, по принципу обратной связи влияют
на состояние сердечно-сосудистой системы и ухудшают течение болезни. Поэтому
своевременный мониторинг гемодинамических показателей, разработка новых методов
диагностики состояния сердечно-сосудистой системы и просветительская
врачебная деятельность, оказываются мощным инструментом в обеспечении
активного здоровья населения, выявления возможных патологических процессов
(гинекологических, урологических, и тому подобное), на ранних стадиях, а также
коррекции схемы лечения стационарных больных, с использованием заместительной
терапии.
Общая. Осознать место и роль гемодинамики в общей системе дисциплины
"Медицинская и биологическая физика" и в комплексе медицинских знаний из целому.
Уметь объяснять нарушение кровообращения и последствия сердечно-сосудистых
заболеваний, пользуясь приобретенными физическими знаниями.
Конкретные цели, уметь: Знать:
1. Трактовать основные физические понятия и законы геодинамики.
2 Объяснять явление вязкости жидкостей.
3. Осознавать, какие факторы существенно влияют на изменение вязкости
биологических жидкостей.
4 Объяснять физические основы методов измерения давления крови и скорости
кровообращения.
Уметь:
Демонстрировать навыки определения коэффициенту вязкости ньютоновских
и неньтоновских жидкостей
Пользоваться методами измерения артериального давления
Уметь рассчитывать скорость кровообращения и характер течения крови в сосуде.
Теоретические вопросы:
1..Внутреннее трение, вязкость.
2. Формула Ньютона для силы внутреннего трения.
3. Ньютоновские и ньютоновские жидкости
4. Методы и приборы для измерения вязкости.
5. Стационарное течение жидкостей. Уравнение непрерывности и уравнение Бернулли.
6. Линейная и объемная скорости.
7. Основное уравнение динамики жидкостей
8. Течение вязких жидкостей
9. Формулы Пуазейля и Гагена-Пуазейля.
10.
Гемодинамическое сопротивление.
11. Расчет сопротивления при параллельном и последовательном соединении сосудов.
12.
Ламинарное и турбулентное течение жидкости
13. Число Рейнольдса.
14.
Методы измерения давления крови и скорости кровообращения.
15.
Пульсовые волны.
16.
Работа и мощность сердца.
1. Литература для усвоения знаний и умений по данной теме: Основная:
Медицинская и биологическая физика / под ред. О.В.Чалого, 2-ое издание.
-К; Книга-плюс, 2005
2. Медицинская и биологическая физика (практикум) / под ред. О.В.Чалого.
- К.: книга-плюс, 2003
Дополнительная:
1. Ремизов А.Н., Исакова Н,Х, Максина Л, К, Сборник задач по медицинской и
биологической физике. -М.: Высш. шк., 1978.
2. Лабораторный и лекционный зксперимент по медицинской и биологической
физике / Под ред. Кройтора д.С., Ремизова А.Н., Самойлова В.О. - Кишинев:Лумина,
1983.
3. Козловская Л.В. Николаев А.Ю. "Учебное пособие по клиническим лабораторным
методам исследования" М., "Медицина" 1985 с. 67-72.
4. Безденежных Е.А. "Физика в живой природе и медицине" Изд-во "Советов.
шк.",Киев 1976 с. 26-29.
5. Савицкий Н. Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы
изучения гемодинамики, 2 изд., Л., 1963;
Чижевский А. Л, Структурный анализ движущейся крови, М., 1959;
Ссылка на Ипtегпеt ресурсы:
http://www.сultinfо.ru/fulltext/1/001/008/009/277.htm
2. http:/www.сагdiosite.ru/main.аsр
3. http://medbook.medicina.ru/іndex/php?іd level=31
Целевые обучающие задания:
Задание 1
Радиус аорты ~ 1 см, скорость течения крови в аорте 30 см/с. Найдите
скорость течения крови в капиллярах, если известно, что суммарная
площадь сечения капилляров
составляет приблизительно 2000 см2 .
Задание 2
Скорость течения крови внутри капилляра равняется 4,7·10-2 см/с. Найдите
чему равняется число Рейнольдса.
Задание 3
Радиус сосудов уменьшился вдвое. Рассчитайте как изменится внутреннее
сердечное давление.
Короткие методические указания к работе студентов на практическом
занятии:
Занятие начинается с обсуждения места и роли гемодинамики в комплексе
медицинских наук. Потом обсуждаются свойства идеальных и
биологических жидкостей с приведением основных формул (вязкость,
внутреннее трение). Дальше обсуждаются основные физические
характеристики сердечно-сосудистой системы, которые могут быть
применены как информативный параметр при клиническом и
лабораторном исследовании (характер течения, объемный кровоток,
сердечные выбросы) и средства оценки этих параметров (число
Рейнольдса, скорость кровотока, робота сердца).
С помощью основных уравнений гемодинамики (Бернулли, Пуазейля,
непрерывность струи) студенты с помощью преподавателя решают
типовые задания.
В конце занятия проводится закрепляющее обсуждение узловых вопросов
темы и тестовый контроль на базе набора тестов, в котором принимают
участие все студенты под руководством преподавателя.
Тестовый контроль
Гемодинамика
1. Гидростатическое давление можно рассчитать за формулой:
А) ρgh;
В) ρυ2/ 2;
С) mυ 2/2;
D)mgh;
Е) mυ.
2. Идеальная жидкость - это модель жидкости для которой справедливо такое
утверждение:
А) в идеальной жидкости отсутствующие силы трения между соседними
слоями жидкости;
В) идеальная жидкость имеет регулярную структуру (не подлежит сжатию);
С) в идеальной жидкости не наблюдается испарение из поверхности
жидкости;
D) ответы А и В верны;
Е) ответы В и С верны.
3. Ньютоновской называют жидкость для которой справедливо такое
утверждение:
А) в ньютоновской жидкости отсутствующие силы трения между соседними
слоями жидкости;
В) ньютоновская жидкость имеет регулярную структуру (не подлежит
сжатию);
С) в ньютоновской жидкости не наблюдается испарение из поверхности
жидкости;
В) в ньютоновской жидкости силы внутреннего трения описывают
уравнением Ньютона;
Е) нет верного ответа.
4. Неньютоновская жидкость - это жидкость, для которой справедливо такое
утверждение:
А) в неньютоновской жидкости не наблюдается испарение из поверхности
жидкости;
В) неньютоновская жидкость имеет регулярную структуру (не подлежит
сжатию);
С) вязкость неньютоновской жидкости зависит от скорости течения;
D) в неньютоновской жидкости силы внутреннего трения описывают
уравнением Ньютона;
Е) в неньютоновской жидкости отсутствующие силы трения между
соседними слоями жидкости.
5. К ньютоновской жидкости можно отнести:
А) кровь;
В) растворы электролитов; С) растворы полимеров;
D) расплав стали;
Е) лимфа.
6. К неньютоновской жидкости можно отнести:
А) воду;
В) глицерин;
С) спирт;
D) ртуть;
Е) суспензию протеина.
7. Уравнение Бернулли можно получить используя:
А) баланс сил для малого объема жидкости с учетом сил трения;
В) закон сохранения энергии в малом объеме жидкости;
С) баланс сил для малого объема жидкости без учета сил трения;
D) теорему об изменении полной механической энергии;
Е) закон сохранения импульса.
8. Какое из перечисленных значений динамической вязкости крови человека
отвечает физиологичной норме?
А) 39 Пуаз; В) 4 Па·с·; С) 0,5 Пуаз;О) 0,52 Па·с;
Е) 4 сПуаз.
9. Формула Ньютона для определения вязкости жидкости справедлива:
А) для любой реальной жидкости;
В) для низкомолекулярных жидкостей (спирт, вода);
С) для сред, которые содержат высокомолекулярные компоненты (растворы
белков);
D) только для крови;
Е) для плазмы крови.
10.
Укажите уравнение неразрывности струи:
А) ρυ= const;
В) Р+ ρυ2/ 2= const
С) Sυ =const;
D) St =const;
Е) ) ρgh.
11.
По формуле Ньютона в гемодинамике рассчитывают:
А) силу притяжения между соседними слоями жидкости;
В) скорость течения крови в сосудистом русле; С) силу трения между
соседними слоями жидкости; D) эластичность сосудистой стенки;
Е) давление внутри сосуда.
12.
Во время систолы сердце производит работу, которая
приблизительно равняется:
А)1,1Дж;
В) 3,2 Дж; С) 0,5 Дж; D) 0,002 Дж;
Е) Дж.
13.
Что из ниже приведенного является уравнением Бернулли?
А) Sυ =const;
В) Р+ ρυ2/ 2= const
С) р =const;
D) ρυ2/2 + ρgh=const
Е) р + ρυ2/2 + ρgh = const
14.
Относительную вязкость рассчитывают, сравнивая вязкость
жидкости, которая исследуется и...
А)
вязкость той же жидкости при некоторых эталонных условиях
(температура, давление, влажность и, т.п.);
В)
вязкость эталонной жидкости (дистиллированная вода и т.п.);
С) плотность жидкости, которая исследуется;
D)
плотность эталонной жидкости;
Е) ответы А, В, С, D не является верными.
15.
Кинематическую вязкость рассчитывают, сравнивая вязкость
жидкости, которая исследуется и...
А)
вязкость той же жидкости при некоторых эталонных условиях
(температура, давление, влажность и, т.п.);
В)вязкость эталонной жидкости (дистиллированная вода и т.п.);
С) плотность жидкости, которая исследуется;
D) плотность эталонной жидкости;
Е) ответы А, В, С, D не является верными.
16.
Турбулентное течение ньютоновской жидкости может наблюдаться:
А) на прямолинейных участках сосудистого русла;
В) на соединении сосуд - клапан;
С) на криволинейных участках больших сосудов;
D) в капиллярах;
Е) все ответы не верны.
17.
Укажите единицы измерения гидродинамического сопротивлению
(в основных единицах СИ).
А) Па·с2;
В) Н·м-2;
С) êã ⋅ ì ⋅ ñ2 ; D) êã ⋅ ñ− 1 ì − 4 ;
Е) Н·кг.
18.
Формула Пуазейля являет собой прямо пропорциональную
зависимость скорости течения жидкости от:
А) плоскости сечения капилляра;
В) разницы давлений на концах избранного участка сосуда;
С) радиуса капилляра;
D) длины участка капилляра;
Е) вязкости жидкости.
19.
Формула Пуазейля являет собой обратно пропорциональную
зависимость скорости течения жидкости от:
А) площади сечения капилляра;
В) разницы давлений на концах избранного участка сосуда;
С) радиуса капилляра;
D) длины участка капилляра;
Е) гидродинамического сопротивления.
20.
Общее гидродинамическое сопротивление Хобщ для последовательно
соединенных элементов можно рассчитать по
формуле:
А) Хобщ = Х 1 + Х 2 ;
2
2 1
В) Хобщ ==(x 1 + x 2 ) 2 ;
С) Хобщ == 1/х 1 , + 1/х2;
D) Хобщ = (1/х 1 , + 1/х2) − 1
Е) все ответы не верны.
21. Общее гидродинамическое сопротивление Хзагал для параллельно
соединенных элементов можно рассчитать за формулой:
А) Хобщ = Х 1 + Х 2 ;
2
2 1
В) Хобщ ==(x 1 + x 2 ) 2 ;
С) Хобщ == 1/х 1 , + 1/х2;
D) Хобщ = (1/х 1 , + 1/х2) − 1
Е) все ответы не верны.
22.
Гидродинамическое сопротивление обратно пропорционально:
А) площади сечения капилляра;
В) разница давлений на концах участка сосуда;
С) радиусу капилляра в четвертой степени;
D) длине участка капилляра;
Е) вязкости жидкости.
23.
Гидродинамическое сопротивление прямо пропорционально:
А) длине участка капилляра;
В) разницы давлений на концах участка сосуда;
С) вязкости жидкости;
D) площади сечения капилляра;
Е) радиусу капилляра в четвертой степени.
24.
Кровь движется в аорте со скоростью 30 см/с. Радиус аорты =1см;
Рассчитайте скорость течения крови в капиллярах, если известно, что
суммарная площадь сечения капилляров составляет около 2000 см2.
А)0,5мм/с; В) 0,8 мм/с; С) 1 мм/с; D) 0,9 мм/с;
Е) 1,2мм/с.
25.
В какой из приведенных сред организма человека содержимое воды
максимально?
А) в лимфе;
В) во внутриклеточной жидкости;
С) в межклеточной жидкости и лимфе;
D) в плазме крови;
Е) нет существенного доминирования между всеми перечисленными
средами.
26.
В какой из приведенных сред организма человека содержимое воды
минимально?
А) в межклеточной жидкости и лимфе;
В) в плазме крови;
С) в лимфе;
Т) во внутриклеточной жидкости;
Е) нет существенного доминирования между всеми перечисленными
средами.
27.
Что следует из уравнения неразрывности струи?
А) при увеличении диаметра сосуда возникает турбулентность;
В) скорость жидкости увеличивается при сужении сосуда;
С) скорость жидкости увеличивается при увеличении сечения сосуда;
D) при уменьшении диаметра сосуда возникает турбулентность;
Е) скорость жидкости не зависит от площади сечения струи.
.
Гемодинамика
Верные ответы на вопрос приведены в виде таблицы:
левая колонка - номер вопроса (1-57)
правая колонка - верный вариант ответа (А - Е)
1А
2D
3D
4С
5В
6Е
7D
8С
9В
10С
11С
12А
13Е
14В
15С
16В
17D
18В
19Е
20D
21А
22С
23С
24А
25D
26А
27В