Grundlagen der medizinischen Physik

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WS 2013/14, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: Grundlagen der med. Physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 3 BIO-FLUIDMECHANIK mit Re = ρUL η Reynoldszahl, dimensionslos Folge: • Systeme mit identischer Reynoldszahl → identische Bewegungsgleichungen → gleiches Verhalten, unabhängig von – Ausdehnung – Viskosität → Windkanalversuche • Wirbel durch (⃗u ∗ ⃗ ∇∗)⃗u∗ Term klein halten → Reibungsterm groß → Re klein Jedes System: kritische Reynoldszahl Re c mit Re > Re c : Turbulenzen, z.B. Wasser im Rohr: Re c ≈ 2300 → Erhöhung von Re: • Objekt größer • schnelleres Fließen • kleinere Viskosität Alternativ: Re = ρUL η = ρU 2 L 3 ηL 2 U = 2E kin W Reibung laminar: E kin klein oder W Reibung groß 3.2 Blutkreislauf Blut in Adern: • nicht homogen (gelöste Teilchen) • dehnbare Wände • gepulster Druck • nicht-Newton’sch (η ≠ const.) • Daten: – ≈ 6 l im Körper – Ø4-5 mm – Länge ≈ 100 km Zusammensetzung Grundsubstanz: Blutplasma • 90% Wasser, 10% Proteine • homogen • Newton’sch mit η P lasma ≈ 10 cP ≈ η H2 O Gelöste Teilchen: • diverse in kleinen Mengen → verschiedene Aufgaben • Blutzellen Blutzellen Seite 26
WS 2013/14, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: Grundlagen der med. Physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 3 BIO-FLUIDMECHANIK • Erythrozyten (rote Blutkörperchen) – Anteil ≈ 45% → Hämatokrit – in der Mitte eingerichtete Scheiben – Ø≈ 7,5 µm – Höhe ≈ 2,8 µm – Dichte: 5 · 10 6 /mm 3 – Aufgabe: ∗ Bindung O 2 in der Lunge ∗ Abgabe im Körper ∗ Abgabe CO 2 in der Lunge – Bildung im Knochenmark – Lebensdauer ca. 4 Monate – Entsorgung in Leber + Milz • Leukozyten (weiße Blutkörperchen) – kugelförmig – Øeinige µm – Aufgabe: Infektbekämpfung – Dichte: 5 · 10 3 /mm 3 • Thrombozyten (Blutplättchen) – Ø2, 5µm – Aufgabe: Blutgerinnung – Dichte 2 · 10 5 /mm 3 • Komposition – abhängig von Durchmesser der Ader → nichtkonstantes η Schema Blutkreislauf • verzweigtes Rohrsystem • elastische Wände • selektiv durchlässige Wände • nicht-Newton’sche Flüssigkeit • Pumpe: Herz • zwei gekoppelte (→ im Herzen) Kreisläufe: rot=O 2 -reich, blau=O 2 -arm Kleiner Kreislauf • Herz → Lunge → Herz • In Lunge: – CO 2 -Abgabe – O 2 -Aufnahme 72% → 97% des Sättigungswerts • Minimaldruck 5mmHg, Maximaldruck 25 mmHg (1mmHG = 133 Pa = 1,33 hPa) Großer Kreislauf Herz → Körper → Herz • Blutfluss Parallelschaltung mit Anteil Seite 27
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