fisika cardiovascular (2013).ppt-1

Viskositas Darah

Viskositas.

Viskositas adalah sifat fluida berhubungan dengan gesekan internal dari lapisan fluida yang bergerak satu dengan yang lainnya antara fluida dan dinding pembuluh. Dengan kata lain: Perbandingan kecepatan aliran dan gaya geser yang terjadi antar lapisan.

Fluida Newton dan non-newtonian

Air dan plasma adalah fluida Newtonian. Artinya viskositas berlaku sama terhadap aliran baik cepat maupun lambat.

Darah termasuk fluida Non-Newtonian , artinya viskositas berubah berkaitan dengan kecepatan alir. Sangat penting dalam klinik , untuk memantau viskositas darah.

Beda air dengan darah

Viskositas plasma darah sekitar 1,8 kali viskositas air pada temperatur 37oC .

Darah mempunyai viskositas relatif ,bergantung pada hematokrit, temperatur dan laju aliran.

Aliran dalam pipa

Fluida dalam pipa

Arah aliran

Velocity

Rad

ial d

ista

nce,

r

P1 P2

l

Gambar . Aliran dalam pipa dan kec. alir

V=0

V®V®

Faktor yang mempengaruhi viskositas Darah Empat faktor utama yang mempengaruhi

viskositas darah:

1. Hematokrit, 2. Laju geseran 3. Diameter pembuluh dan viskositas 4. Temperatur

Hematocrit

Meningkatnya persentase sel darah merah (RBCs) di atas normal dalam pembuluh darah mencapai sekitar 50% . Bandingkan dalam pembuluh kapiler diameter (6µ),sel darah merah terdeformasi, diameter membesar.

Sel darah merah yang mengalir dalam kapiler berefek pada viskositas.

Laju Geseran

Bila laju geseran tinggi, maka eritrosit yang mengalir di pusat pembuluh bergerak sejajar, maka laju aliran menjadi cepat, sifat aliran darah disini menjadi Newtonian dengan viskositas konstan.

Diameter pembuluh dan Viskositas Darah

Bandingkan untuk mengukur viskositas darah manusia dalam pembuluh dengan diameter 575 µ dan 40 µ dengan menggunakan tekanan 100 mm Hg. Panjang setiap pembuluh kapiler sebanding dengan diameter.

Temperatur

Pada umumnya pengukuran viskositas darah dibandingkan dengan air.

Air pada temp. 37oC, dengan viskositas 0,697cP dan darah dengan viskositas relatif 2,5 pada temp. 37oC

Pengaruh Temperatur

Sangat mudah fluida dan darah mengalir pada temperatur tinggi. Kenaikan 1oC temperatur tubuh berakibat sekitar 2% berkurang viskositas darah.

Bila darah temperatur antara 35o C sampai 22oC, viskositas meningkat 26,13%. Bila temperatur meningkat 36,5 oC sampai 39,5 oC , viskositas darah berkurang 10,38%.

Kepekaan Temperatur

Perubahan viskositas sangat bergantung pada temperatur atau disebut darah sangat peka terhadap temperatur. Bila fluida mengalir melalui kapiler maka gerak antar lapisan molekul tidak bergantung pada dinding, laju pada pusat kapiler lebih besar.

Hambatan Dalam Aliran

Bila hambatan yang besar, darah akan mengalami laju berkurang, berakibat terjadi turbulensi yang dapat berakibat pada pembuluh darah.

Turbulensi juga dapat menghasilkan suatu bifurkasi dalam pembuluh darah, terutama dalam pembuluh besar didekat jantung, yang sangat besar perubahan dalam tekanan dengan setiap pulsa jantung..

Contoh pengukuran yang akurat

Untuk menghasilkan suatu pengukuran yang akurat, dengan mengukur“viskositas relatif”, darah yang mengalir perdetik dalam pembuluh . Bila menggunakan temperatur yang berbeda kemudian lakukan suatu evaluasi terhadap temperatur dan viskositas .

Alat ukur viskositas

Viskosimeter digunakan untuk mengukur viskositas . viskosimeter yang terkenal tabung Ostwald. Yang terdiri dari kapiler dan bagian terbuka. Untuk mengukur viskositas pada sustu temperatur sangat penting. Misalnya viskositas air 1 cp pada 20,3oC dan pada temp. 37oC, η = 0,695 sedangangkan pada 0oC, η = 1,8. Bandingkan untuk plasma darah η=1,2 pada 37oC.

Aliran Laminer dan Turbulen

Aliran Laminer.

Sifat –sifat aliran laminer: 1. arah alir sejajar dengan dinding pembuluh

d 2. bergerak lurus 3. jenis aliran sangat aman 4. tidak menghasilkan noise.

Aliran turbulen

• Sifat-sifat aliran turbulen• 1. arah aliran tidak sejajar dalam dinding

pembuluh• 2. Aliran darah berbeda.• 3. dalam pembuluh darah arahnya

menyimpang, seperti yang terlihat dalam aliran sungai.

4. besarnya noise dapat didengan dengan stetoskop.

Lokasi aliran turbulen dalam pembuluh

Aliran turbulen : dalam aliran darah terdapat dalam pembuluh arteri. Dalam fase kecepatan tinggi oleh pompa jantung dapat terjadi aliran turbulen :dalam aorta

dan arteri paru. Tetapi dalam pembuluh darah kecil bersifat

aliran laminer.

Sifat Turbulen

Sebaliknya:

Aliran turbulen mempunyai hambatan lebih besar dalam pembuluh darah dibandingkan dengan aliran laminer, karena itu aliran laminer lebih efisien dan aman.

Menentukan aliran laminer dan turbulen Bilangan Reynold.

Re = ρ r v/η ρ = kerapatan fluida darah r = jari-jari pembuluh v =kecepatan aliran (kecepatan kritis) η = viskositas darah.

Analogi : Listrik dan Aliran

Analogi untuk penerapan dalam aliran tubuh : Hukum Ohm : I = V/R di mana : I = arus, V= tegangan dan R =

resistan. Hukum aliran : Q = P/R Q = jumlah aliran, V= tekanan R= hambatan

Sistem listrik jantung.

Energi

Aliran darah dari jantung ke pembuluh dan via vena kembali ke jantung menghasilkan suatu energi (atau tekanan gradient. Hambatan didalam pembuluh berbeda-beda yang disebut tekanan gradient yang berubah.

Daya jantung

Menghitung daya jantung..

Kerja = kecepatan aliran x tekanan

. Daya = p Q = 100 (mmHg) ´ 80 (ml/s) =

1,3 x104 (Pa) 8 x 10-5 (m3/s) ~1.1 W.

Aliran melalui jantung

Rangkaian Sistemik

Luas Penampang , Tekanan darah dan Kecepatan aliran.

Hambatan dalam darah

Darah melalui pembuluh bersifat aliran laminer. Darah dalam aliran laminer sangat mudah

mengalir. Dalam pembuluh darah , dapat terlihat aliran mengalir pada pusat pembuluh lebih cepat dan semakin jauh dengan pusat pembuluh aliran semakin lambat.

Penerapan Poiseuille dalam Aliran

ΔP = tekanan dalam aliranR = jari-jari pembuluh darahη = viskositas darahL = panjang pembuluh darah

Persamaan Poiseuille:

Harga Konstanta

Beda Tekanan

ΔP = beda tekanan

Persamaan Poiseuille

Panjang pembuluh darah

L = panjang pembuluh

Persamaan Poiseuille

Sirkulasi Mekanik

Mekanisme Sirkulasi:

1. Aliran Darah 2. Tekanan Darah 3. Hambatan dalam Darah 4. Viskositas Darah

Aspek penting Dalam Kardivaskular

Aspek penting dalam sistem kardiovaskuler :1. Laju jantung , 2. Volume darah 3. Kluaran jantung4. Aliran darah 5. Tekanan darah 6. Darah

Aspek laju jantung

Laju JantungRata-rata laju jantung dalam istirahat :

60 - 80 pulsa /menit pada orang dewasa sehat.

Bila ada aktivitas faktor laju jantung akan meningkat.

Aspek volume jantung

Volume jantung Strok volume darah dalam jantung kiri perpulda

dan diukur dalam ml/pulsa. Stroke volume bertamabah sebanding dengan

besarnya intensitas. Strok volume dalam istirahat : 50-70ml/pulsa

akan bertambah hingga 110-130ml/pulsa selama aktivitas. Stroke volume rata-rata : 90 – 110 ml/pulsa dapat bertambah 150 – 220 ml/pulsa.

Aspek Viskositas Darah

Viskositas Darah

Viskositas plasma diacu pada ketebalan fluida darah ,RBC, sel darah putih dan butir darah.

Viskositas plasma adalah berpengaruh besar adanya hidrasi dan protein plasma.

Aspek aliran Keluaran Jantung

Keluaran jantung

Darah yang dipompa jantung dalam 1 menit diukur dalam L/menit.

Banyaknya darah yang dipompa : Stroke volume x laju jantung (SV x HR).

Bila bertambah laju jantung atau strok volume bertambah , maka jika keduannya bertamah keluaran jantung bertambah.

Aspek Aliran Keluaran Jantung

Keluaran jantung bertambah adalah sebanding dengana aktivitas seseorang.

Dalam kondisi jantung istirahat keluaran 5L/menit, bila melakukan aktivitas akan bertambah 20-40 L/menit.

Aspek Aliran Darah

Aliran Darah

Aliran darah akan membawa oksigen dalam darah.

Dalam keadaan istirahat 15-20% , darah mensuplai oksigen ke otot tubuh. Selama aktivitas akan bertambah : 80 – 85 % keluaran jantung. Darah diteruskan dari organ besar sepeti ginjal, liver, perut dan intestines.

Aspek Tekanan Darah

Tekanan Darah

Tekanan Darah Sistolik : 110-140mmHg Tekanan Darah Diastolik : 60-90mmHg . Selama kegiatan Tekanan Darah Sistolik , dapat

bertamah dari : 200mmHg dan tertinggi : 250mmHg

Aspek Kandungan Oksigen arteri dan Vena. Darah

Selama istirahat kandungan oksigen dalam darah sekitar 20ml per 100ml darah arteri hingga 14ml oksigen per 100ml darah vena. Beda kandungan oksigen arteri dan darah vena : disimbulkan beda :

A-VO2

Penerapan Pers. Fick’s

Dengan menggunakan Pers. Fick:

Laju kandungan oksigen : VO2 Keluaran jantung : Q Beda oksigen antara arteri-vena : A-VO2

VO2 = Q x A-VO2

sifat diastolik

Dalam kondisi Diastolik, darah bertekanan rendah, atau geseran lebih besar. Geseran meningkat jantung berkontraksi dalam systolik dan kemudian berkurang sampai beristirahat.

Selama priode geseran rendah, dan viskositas bertambah.

Sifat systolik

Diastol darah menjadi lambat 5 sampai 20 kali seperti darah pada systole. Siklus jantung , viskositas berkurang , akibat geseran bertambah dan komponen darah tergeser , viskositas menjadi sangat rendah sebagaimana pada systol tinggi.

Membawa oksigen dalam darah

Kemampuan darah untuk membawa oksigen berkaitan dengan hematokrit. Tetapi juga sebaliknya, berhubungan dengan viskositas darah.

Pada wanita normal hematokrit secara aktual lebih besar kemampuannya untuk membawa oksigen ke sel dari pada pria dengan kemampuan tertinggi, tetapi hematokrit normal.

Pengaruh meningkat viskositas

Berkurangnya kapasitas oksigen yang dibawa dalam viskositas terbesar dan berpengaruh pada fungsi kognitif. Pada umumnya oksigen yang dibawa ke jaringan berkaitan dengan viskositas darah dan pengaruh nya terhadap kesehatan.

Kesimpulan

Kesimpulan: 1. viskositas mempunyai peranan besar

dalam aliran. 2. Temperatur sebagai pengubah yang sangat

peka terhadap viskositas. 3. turbulensi darah mempunyai hambatan

yang besar dalam pembuluh. 4. fisika kardiovaskular penerapan dalam

fluida darah.

Daftar Pustaka

References:John R.Cameraon, James G.koffronic and Roderic

M. Grant: Physics of The Body, 2006, Medical physics Publishing.

Medical physics, J.A. Pope, Physics of the cardiovascular system, Uehara, Mitsuo, Cardiovascular physics, Wessel, Niels.

.