Viskosität des Blutes

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1 Viskosität des Blutes AZAD YAZGAN

2 Viskosität des Blutes Definition der Viskosität Scherrate Laminare und turbulente Strömung Viskosität des Blutes Das HAGEN-POISEUILLE'sche Gesetz Newtonsche Flüssigkeiten Strömungswiderstand Das STOKES'sche Gesetz Bestimmung der Viskosität Abhängigkeit der Blutviskosität von der Scherrate Einflussgrößen der Blutviskosität Bestimmung der Blutviskosität

3 " Es ergibt sich ein komplexes Verhalten bei der Bewegung von Blut durch die Gefäße. Eine Möglichkeit der Quantifizierung der dabei auftretenden Widerstände besteht über die Maßzahl der Viskosität, was etwa Fließzähigkeit heißt. "

4 Definition der Viskosität Unter dem Begriff Viskosität (lat.: viscosus: klebrig) wird generell die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit verstanden. Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist das Fluid Je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist es, kann also bei gleichen Bedingungen schneller fließen. Beim Blut entsteht die Viskosität vorallem als Resultat der Kohäsion der einzelnen Komponenten.

5 Modellvorstellung zur Viskosität Modellvorstellung zur Viskosität: Links eine Veranschaulichung zum Geschwindigkeitsgradient (2), sowie die Form des Gradienten für den Betrag der Geschwindigkeit (gestrichelt). Für den genauen Verlauf siehe Korkenzieherströmung. Rechts eine Veranschaulichung für die verzahnten Molekülschichten (1). Wikipedia

6 Scherrate Das Fluid (blau) wird zwischen ruhender Platte (unten) und bewegter Platte (oben) geschert.

7 Scherrate Scherrate: Beschreibt die räumliche Veränderung der Flussgeschwindigkeit, wobei eine Schichtenströmung betrachtet wird. Aufgrund vorhandenen Reibungskräften, bedeutet eine unterschiedliche Flussgeschwindigkeit an unterschiedlichen Orten auch eine Übertragung von Kraft. In der Rheologie dient daher die Schergeschwindigkeit auch als Maß für die mechanische Belastung, der eine Probe bei einer rheologischen Messung unterworfen wird. Die Schergeschwindigkeit wird in der Rheologie zur Definition der Viskosität verwendet, diese ist der Proportionalitätskoeffizient zwischen Schubspannung und Schergeschwindigkeit.

8 Laminare und turbulente Strömung Laminare Strömung Die laminare Strömung ist eine Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der (noch) keine sichtbaren Turbulenzen (Verwirbelungen/ Querströmungen) auftreten: Das Fluid strömt in Schichten, die sich nicht miteinander vermischen.

9 Laminare und turbulente Strömung ρ charakteristische Dichte des Fluids (kg m 3) v charakteristische Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gegenüber dem Körper (m s 1) d charakteristische Länge des Gegenstandes (m) Quelle: Stromberg-Gymnasium

10 Laminare und turbulente Strömung

11 Viskosität des Blutes Die Viskosität von Blut ist bis zu 10 mal so hoch wie die vom Wasser. Viskosität vom Wasser: η=1 mpa s Einheit: Poise 1 Poise = 0.1 Pa s

12 Viskosität des Blutes Die arterielle Durchblutung hat einen pulsierenden Charakter. Der plötzliche Ausstoß von Blut in die Aorta aus dem linken Ventrikel erzeugt eine Welle von erhöhtem Druck und Durchfluss. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Strömung in den Arterien als laminar oder turbulent nur durch Reynolds-Zahlen zu charakterisieren.

13 Das HAGEN-POISEUILLE'sche Gesetz Das in der Zeit t durch ein Rohr kreisförmigen Querschnitts fließende Flüssigkeitsvolumen wird durch das Hagen-Poiseuille sche Gesetz gegeben :

14 Das HAGEN-POISEUILLE'sche Gesetz Druckverteilung beim Ausströmen durch ein Rohr

15 Das HAGEN-POISEUILLE'sche Gesetz Voraussetzungen zur Anwendung des Hagen-Poiseuilleschen-Gesetzes auf das menschliche Blut : Die Strömung des Blutes müsste konstant und nicht pulsatil und die Gefäßwände starr statt elastisch sein. Blut müsste sich wie eine Newtonsche Flüssigkeit verhalten.

16 Newtonsche Flüssigkeiten

17 Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten

18 Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten

19 Blut als Nicht-Newtonsche Flüssigkeit Blut ist ein Lösungsmittel, in dem Salze, Eiweiß und andere Stoffe gelöst sind. Außerdem sind feste Stoffe wie z.b die roten und weißen Blutkörperchen im Blut suspendiert. Die Viskosität des Blutes steigt mit dem Hämatokritwert. Viskosität auch vom Gefäßdurchmesser abhängig. Je mehr Druck ausgeübt wird, desto flüssiger wird es!

20 Viskosität

21 Stokes-Gesetz

22 Fåhraeus-Lindquvist-Effekt Als Fåhraeus-Lindqvist-Effekt bezeichnet man die Abnahme der scheinbaren Viskosität des Blutes bei abnehmendem Gefäßdurchmesser (< 300 µm) zur Verhinderung der kapillären Stase. Dieser Effekt beruht auf der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen und der durch wandnahe Scherkräfte verursachten Verdrängung von Erythrozyten in den Axialstrom (Axialmigration), so dass eine zellarme Randströmung entsteht. Dabei fungiert der die Zellen umspülende Plasmarandstrom als Gleitschicht.

23 Fåhraeus-Lindquvist-Effekt

24 Fåhraeus-Lindquvist-Effekt Dadurch wird Einfluss des Hämatokrits auf die Größe des peripheren Widerstands in kleinen Gefäßen (< 300 µm) reduziert, der Reibungswiderstand ist hier stark vermindert. In dickeren Gefäßen hingegen nimmt die Reibung zwischen den strömenden Zellen zu, während sich die zellarme Randströmung effektiv nicht verbreitert, wodurch die Blutviskosität zunimmt. Genauso steigt sie in sehr engen Kapillaren, weil sich die Erythrozyten ab einem bestimmten Punkt nicht mehr deformieren lassen. Der Fåhraeus-Lindqvist-Effekt : Die Blutviskosität in englumigen Gefäßen der Kreislaufperipherie deutlich niedriger, als in großkalibrigen Gefäßen.

25 Einflussgrößen der Blutviskosität Die Blutviskosität hängt unter anderem von folgenden Parametern ab: Hämatokrit Erythrozytverformbarkeit Erythrozytenaggregation Plasmaviskosität Temperatur Strömungsgeschwindigkeit des Blutes

26 Einflussgrößen der Blutviskosität Hämatokrit der Anteil der zellulären Bestandteile am Gesamtvolumen des menschlichen Blutes

29 Erythrozytenaggregation Quelle: Wikipedia Quelle:

30 Einflussgrößen der Blutviskosität

31 Einflussgrößen der Blutviskosität Blutviskosität korreliert hauptsächlich mit - LDL-Cholesterin - HDL-Cholesterin (invers) - Triglyceride - Serum-Gesamtproteinen - Plasmafibrinogenkonzentration - männlichem Geschlecht - Rauchen - Blutdruck - Adipositas - körperlicher Inaktivität

32 Bestimmung der Blutviskosität Rotationsviskosimeter Kapillarviskosimeter

33 Rotationsviskosimeter Bei einem Rotationsviskosimeter befindet sich die zu messende Substanz in einem Ringspalt zwischen der Behälterwand und dem Innenzylinder. Wand und Zylinder sind koaxial angeordnet. Dieses Viskosimeter gibt es in zwei Ausführungen, dem Couette- System und dem Searle- System. Bei stillstehendem Innenzylinder und rotierendem Behälter handelt es sich um das Couette-System. Beim Searle-System steht der Behälter, der Innenzylinder rotiert. Beim Searle-Sytem befindet sich die Messsubstanz in dem Ringspalt und haftet durch Adhäsion an der Behälterwand und am Innenzylinder ( ähnlich zu Parallelplatten ).

34 Rotationsviskosimeter Quelle: Wikipedia Rotationsviskosimeter Quelle: Fachhochschule Augsburg Praktikumsanleitung zur Viskosimetrie

35 Rotationsviskosimeter Der Innenzylinder rotiert mit variabler Geschwindigkeit und nimmt die an ihm haftende Substanz mit um. Die entfernteren, konzentrischen Schichten haben geringere Winkelgeschwindigkeiten und die an der Behälterwand haftende Substanz bleibt mit diesem in Ruhe. Der Widerstand, den die Substanz nun dieser Rotationsbewegung entgegensetzt, ist ein Maß für ihre Viskosität. Das Prinzip dieser Messung ist folglich eine Drehmomentmessung. Bei einem Rotationsviskosimeter tritt an die Stelle der Kraft F und der Geschwindigkeit v des Grundversuchs das Drehmoment M und die Winkelgeschwindigkeit ω..

36 Kapillarviskosimeter Glas-Kapillarviskosimeter nach a) UBBELOHDE und b) OSTWALD Nach Hagen-Poiseuilleschem Prinzip Quelle: Kappilarviskosimeter

37 Kapillarviskosimeter nach Ostwald Quelle: Chemgapedia

40 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

41 Anhang Literatur: Doktorarbeit von Jürgen Woishuber zu: Rolle der Vollblutviskosität in der Initialphase des akuten Koronarsyndroms Vorlesungsskripte D. Suter zu Medizinphysik an der TU Dortmund Physik, Gerthsen FH Augsburg Versuchsanleitung zu Viskosimetrie Maschinentechnisches Praktikum Bilder: Vorlesungsskripte D.Suter zu Medizinphysik an der TU Dortmund Wikipedia Chemgapedia