Biomechanika srdečněcévnísoustavy a konstitutivnímodelování

Transkript

1 Biomechanika srdečněcévnísoustavy a konstitutivnímodelování Biomechanika a lékařsképřístroje Biomechanika I LukášHorný Laboratoř biomechaniky člověka Ústavu mechaniky Fakulty strojní ČVUT v Praze

2 E Empirická pozorování E1 a E2 Anatomické, fyziologické a patologicképoznámky Empirická pozorování E1 Anatomie a fyziologie krevního oběhu E2 Vybrané patologické jevy a projevy stáří E3 Biomechanické vlastnosti in vivo E4 Biomechanické vlastnosti ex vivo/in vitro

3 Anatomie a fyziologie Krevní oběhová soustava Dva sériově řazené okruhy Vysokotlaká a nízkotlaká část Funkce transport O 2, CO 2,živin, metabolitů, hormonů ad.; imunita, termoregulace Mízníoběh Jednosměrný tkáňový mok do krve

4 Anatomie a fyziologie Distribuce krve Rozdělení objemu krve v % Vény 64% Plíce 9% Plícnice 3.3/1.3kPa Mozek Q = 13% V o2 = 23% Q zásobení orgánů krví v % minutového srdečního výdeje (v klidu, cca 5.5l pro 70kg) Srdce v diastole 64% Velkéartérie 7% Kapiláry 5% Pravá komora Aorta 16/10.7kPa Levá komora Plicní(malý) oběh Malé artérie 8% Játra a trávící ústrojí Q = 24% V o2 = 20% Nízkotlaký systém (zásobovací funkce) Tělní(velký) oběh Rozdělení odporu řečiště v % Velké artérie a arterioly 47% V O2 spotřeba O 2 orgány v % celkové spotřeby (0.25l/min) Vysokotlaký systém (zásobovací funkce) Kosterní svalstvo Q = 21% V o2 = 20% Kapiláry 27% Velké artérie 19% Vény 7% Koronární cévy, kůže, Ledviny Q = 20% V o2 = 7%

5 Anatomie a fyziologie Srdce Histologický řez myokardu Lidské srdce tm

6 Anatomie a fyziologie Srdeční akce EKG link ac_procedures/physiol1.htm

7 Anatomie a fyziologie Krevní cévy Histologický řez břišní aortou (normála ve směru obvodu) Histologický řez medií břišní aorty (normála v radiálním směru) z/wp-content/uploads/2011/02/arteryveinscan1.jpg

8 Anatomie a fyziologie Chlopně Srdeční Žilní aviddarling.info/en cyclopedia/h/heart_valves.html cose_veins

9 Anatomie a fyziologie Krevní tlak VESSEL TYPE Aorta Large Arteries Small Arteries Arterioles Capillaries Venules Veins Vena Cava DIAMETER (mm) FUNCTION Pulse dampening and distribution Distribution of arterial blood Distribution and resistance Resistance(pressure& flow regulation) Exchange Exchange, collection, and capacitance Capacitance function (blood volume) Collection of venous blood ary-artery/peripheral-resistance-and-its-determinants.html

10 Vybrané patologickéjevy Ateroskleróza Onemocnění primárně postihující vnitřnívýstelku, kterése rozvine v léze zasahující do medie. Rozvine-li se zásah do medie, dojde k setřenírozdílu mezi aterosklerózou a arteriosklerózou (protože souběžnědojde k elastokalcinóze/elastolýze). Kauzálním důsledkem aterosklerózy jsou ischemickéchoroby, infarkty,, (a v posloupnosti dalších událostí smrt). kiskripta.eu/index.php/ateroskler%c3%b3za

11 Vybrané patologickéjevy Arterioskleróza Onemocnění primárně postihující vnitřní střední vrstvu tepenné stěny, medii. Během něj dochází ke kalcifikaci elastických membrán a jejich celkové degradaci (vlivem elastolytických enzymů). Tyto pozvolné změny jsou doprovázeny mechanobiologickou reakcí, adaptací na změněné podmínky. Tato remodelace vede k vyšší syntéze kolagenů zapojených do mechanické odezvy. To, společně s kalcifikací, vede k: (1) tuhnutí cévy (2) ztrátě jejího předpětí (3) nárůstu jejího poloměru Též dochází k transdiferenciaci SMC. L Horny, T Adamek, E Gultova, R Zitny, J Vesely, H Chlup, S Konvickova (2011) Correlations between age, prestrain, diameter and atherosclerosis in the male abdominal aorta. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 4:

12 Vybrané patologickéjevy Aneuryzma Tortuozita Tortuozitaokludovenépravékarotidy před a po implantaci stentu. English/Issues/Articles_2_2000/vitek.htm Vascular-Surgery/S (08)

13 Vybrané patologickéjevy a aging Krevní tlak vzhledem k věku Franklin SS etal. (1997) Hemodynamicpatterns ofage-relatedchanges in bloodpressure: the Framingham heart study. Circulation 96:

14 Vybrané patologickéjevy a aging Tlaková pulsní vlna Poddajnost systému a tvar pulsní vlny. Khattar R, Swalles JD (2001) Pulse pressure and prognosis. Heart 85: Věk, rychlost a tvar pulsní vlny. Greenwald SE (2007) Ageing of the conduit arteries. J Pathol. 211(2): O'Rourke MF, Hashimoto J. (2007) Mechanical factors in arterial aging: a clinical perspective. J Am Coll Cardiol. 50(1):1-13.

15 Vybrané patologickéjevy Některé další Ehlersův-Danlosův syndrom Porucha syntézy kolagenů Marfanův syndrom Porucha syntézy fibrilinu Chlopenní vady Ateroskleróza