FISIKA SISTEM KARDIOVASKULAR

DR. ZAIRUL ARIFIN, SpA, DAFK

DEPARTEMEN FISIKA KEDOKTERAN

FK-USU

KOMPONEN UTAMA SISTEM KARDIOVASKULER

Sistem sirkulasi = sistem sirkulasi lingkaran tertutup dengan dua pompa

Katup-katup satu arah menjaga aliran

kebawah melalui pompa

Tekanan dinyatakan dalam mmHg

Sistem Sirkulasi

PERTUKARAN O2 DAN CO2 DI SISTEM KAPILER

Di arteriol ada manset otot sirkuler (sfingter): mengendalikan aliran darah di jaringan kapiler

Hk. Sterling.

Pergerakan cairan melalui dinding kapiler

karena tekanan hidrostatik, P, dan tekanan osmotik π. Tekanan kapiler 3,3 kPa(25 mmHg) di ujung arteriol, 1,3 kPa (10 mmHg) di ujung venula. Tekanan osmotik neto 3 kPa(20 mmHg) dalam kapiler,↑ karena traumaedema jaringan

KERJA JANTUNG

Daya = ∆E / ∆t = P.∆V / ∆t

Tekanan rata-rata 13 kPa ( 100 mmHg ),

Volume darah sekali kontraksi jantung

( stroke volume ) 80 ml / detik bila denyut

Jantung 60 x / menit

Daya = (1,3 x 104 Pa) (8 x 105 m/detik ) =

1,1 J / detik = 1,1 W

Di sepanjang sistem sirkulasi, tekanan bervariasi. Perhatikan tekanan yang rendah di vena dan tekanan yang relatif rendah di sistem pulmonaris

TEKANAN DARAH DAN PENGUKURANNYA

Kedalam pembuluh darah dimasukkansebuah jarum berongga dan kateter disu-susupkan melalui jarum tersebut.Kateter menyalurkan tekanan darah ketransduser tekanan.Tekanan darah menyebabkan defleksidiafragma, sehingga terjadi perobahanresistensi di empat kawat pengukur tegangan.Kawat T mengalami peningkatan tegangan danKawat C mengalami penurunan tegangan

Pengukuran tekanan darah secara langsung

a. Apabila kapiler kaca dihubungkan ke arteri di berbagai lokasi, darah akan naik ke ketinggian yang kira-kira sama. Apabila tubuh dalam posisi horizontal, tekanan darah akan sama di ketiga titik dan tidak berbeda sampai lebih dari 3 kali lipat seperti diperlihatkan diatas.

b. Apabila tubuh mengalami percepatan keatas sebesar 3 g, maka darah tidak akan mencapai otak dan yang bersangkutan akan mengalami black out

TEKANAN DARAH DI DINDING PEMBULUH DARAH

(TEKANAN TRANSMURAL)

Untuk tabung panjang dengan jari-jari R dan tekanan darah P :

a. Kita dapat menghitung tegangan di dindingb. Untuk pembuluh yang sangat halus

tegangannya sangat kecil sehingga dinding pembuluh yang tipis ini tidak pecah : 2T = 2 RP T = RP

Aorta, P: 13 kPa, R: 1,2 cm, T: 156,0 N/mKapiler, P:4 kPa, R:6x10-4cm, T:0,024 N/m

PENERAPAN PRINSIP BERNOULLI PADA SISTEM KARDIOVASKULER

Energi kinetik rata-rata (EK) per satuan volume 10-3 kg (10-6 m3 = 1 ml ) darah waktu meninggalkan jantung, kecepatan rata-rata 0,3 m/detik, EK massa darah ini:EK = ( ½ ) mv2 = (1/2) x (10-3) x (0,3)2 = 4,5 x 10-5 JVolume :10-6 m3 energi per satuan vol.45 J/m3 = 45 Pa = 0,4 mmHg

Sewaktu kecepatan cairan meningkat di bagian sempit tabung, sebagian dari energi potensial (tekanan) diubah menjadi energi kinetik sehingga dibagian ini tekanan menurun, P2 lebih kecil daripada P1 dan P3

KECEPATAN DARAH MENGALIRDipengaruhi oleh :

a. Viskositas (ŋ) darah 3-4 x 10-3 Pa.dtk, tergantung hematokrit dan suhu. Dari 37⁰

C ke O C viskositas meningkat 2,5 x.⁰Perokok meningkatkan viskositas karena hematokrit meninggi dengan banyaknya CO yang dihisapinsiden penyakit kardiovaskuler ↑( stroke, heart attact ).

b. Perbedaan tekanan dari ujung ke ujung, panjang pembuluh dan jari-jarinya

Poiseuille : kecepatan aliran berbanding lurus dengan perbedaan tekanan dan jari-jari; berbanding terbalik dengan panjang dan viskositas. Jari-jari dilipat duakan kecepatan meningkat 24x, sedang beda tekanan dilipat duakankecepatannya 2x

Kec. aliran=(PA-PB)(π/8)(1/ŋ)(R4/L) m3/dtk.

Berlaku untuk tabung tetap, jari-jari kaku. Dinding arteri elastis,sedikit kembang, viskositas sedikit berubah dengan kec. alirantak sepenuhnya ikut hukum ini.

Penurunan tekanan terbesar di arteriol, karena resistensi aliran↑oleh faktor R4.

Kurva terputus menunjukkan perubahan luas penampang sirkulasi secara skematis. Kecepatan aliran darah (garis tebal) berkurang dengan peningkatan luas penampang. Luas penampang total didapat dengan menambahkan luas seluruh pembuluh darah yang terdapat di jarak tertentu dari jantung. Vena cava memiliki luas penampang yang jauh lebih besar dari aorta. Kecepatan rerata aorta 0,3 m/dtk, di kapiler 10-3 m/dtk (1 mm/dtk) yang memungkinkan O2 dan CO2 bertukar / berdifusi

ALIRAN DARAH –LAMINAR DAN TURBULEN

a. Pada aliran laminer di sebagian besar pembuluh, kecepatan di bagian tengah lebih besar

b. Distribusi sel darah merah tidak merata, lebih banyak terdapat di tengah, sehingga darah mengalir ke arteri kecil memiliki persentase sel darah merah yang lebih rendah dari pada darah di arteri utama

Darah mengalir di pembuluh

Apabila cairan mengalir dalam sebuah tabung panjang yang mengecil, kecepatan akan secara bertahap meningkat sampai ke titik tempat kecepatan kritis, vc, terlampaui dan terjadi aliran turbulen

Osborne Reynolds (1883) :

Vc = Kŋ / ρR, K: konstanta Reynold =1000

Aorta, diameter 1 cm, vc = 0,4 m/dtk