TCiM sem 3, wykład 5 - Przepływ ciepła w materiałach biologicznych.pdf
(
162 KB
)
Pobierz
bioheat
biociepło
©Ryszard A. Białecki
przepł
yw ciep
yw ciepł
a
a
ach
biologicznych
biologicznych
biociepło
©Ryszard A. Białecki
znaczenie ciepła w procesach biologicznych
i biotechnologicznych
•
procesy Ŝyciowe zachodzą w wąskim zakresie temperatur. Ich
prędkość silnie zaleŜy od temperatury
•
procesy te wiąŜą się z wydzielaniem ciepła metabolizmu które winno
być w równowadze z procesami transportu ciepła z otoczeniem
•
przeróbka, produkcja i przechowywanie Ŝywności wymaga
obróbki cieplnej
•
pomiary pola temperatury wykorzystywane jest w medycynie do
celów diagnostycznych
•
procesy cieplne stosowane są w chirurgii onkologicznej
Û
kriochirurgia – niszczenie chorej tkanki bardzo niskimi
temperaturami
Û
termoablacja, niszczenie chorej tkanki wysokimi
temperaturami 60-90C (koagulacja falami radiowymi 350-500kHz,
laserowa, mikrofalowa)
Û
termoresekcja – wycinanie chorej tkanki wysokimi temperaturami
1
przep
w materiał
ach
w materia
biociepło
©Ryszard A. Białecki
termograficzny obraz procesu termoablacji. Igła emituje fale
radiowe niskiej częstotliwości rozgrzewając sąsiadującą tkankę
guza powodując jego martwicę
http://termoresekcja.republika.pl/termoablacja1.html
zabiegi krio i termo chirurgii winny zapewniać selektywne
niszczenie tkanki. Działanie takie wymaga to znajomości
mechanizmu transportu ciepła w tkankach.
biociepło
©Ryszard A. Białecki
Krew oprócz roli w transporcie tlenu i substancji przemiany materii jest
takŜe głównym nośnikiem ciepła w organizmie.
Przy zabiegach termoablacji krew płynąca w duŜych naczyniach krwionośnych chłodzi
okoliczną tkankę, co moŜe być mieć niekorzystny wpływ na skuteczność zabiegu
Krew jest głównym nośnikiem energii rozpraszanej do otoczenia.
Bez tego mechanizmu, równowagowa temperatura ciała w bezruchu wynosiłaby ok.
80C. Śmierć nastąpiłaby juŜ po 3 godzinach po wyłączeniu mechanizmu chłodzenia
wnętrza organizmu przez przepływ krwi.
Trudności w opisie przepływu krwi
•
bardzo skomplikowana geometria naczyń
•
zmienność przepływu krwi w zaleŜności od wielu czynników
(temperatura otoczenia, stęŜenie tlenu, itp.)
•
bardzo małe rozmiary naczyń istotnych w wymianie ciepła (<300
m
m).
trudno zmierzyć temperaturę bezinwazyjnie
2
biociepło
©Ryszard A. Białecki
ró
wnanie transportu ciep
wnanie transportu ciepła
w Ŝ
ywej, ukrwionej tkance
ywej, ukrwionej tkance
biociepło
©Ryszard A. Białecki
transport ciepła w tkankach
•
niejednorodność materiału biologicznego- konieczność
stosowania zastępczych właściwości materiałowych
•
obecność naczyń krwionośnych i przepływu krwi
(perfuzja)
•
ciepło metabolizmu
temperatura wnętrza ciała człowieka jest
wyŜsza
niŜ temperatura
skóry i sąsiadujących z nią tkanek. Cieplejsza krew z wnętrza ciała
transportowana jest
tętnicami
do tkanek sąsiadujących ze skórą.
Przepływając przez
sieć coraz węŜszych naczyń
krew chłodzi się a
następnie wraca do serca
Ŝyłami
.
3
w
biociepło
©Ryszard A. Białecki
modele transportu ciepła w Ŝywej, ukrwionej tkance
•
oparte na modelu kontinuum, wpływ naczyń krwionośnych
uwzględniony przez człon źródłowy
•
naczyniowe – Ŝyły i tętnice modelowane jako cylindry
zanurzone w tkance
•
modele hybrydowe
biociepło
modele typu kontinuum
©Ryszard A. Białecki
T
model Pennesa
T
T
l
t
,
c
,
r
t
w
c
,
r
q
vm
k
k
T
,
t
,
T
a
T
z
temperatura tkanki, krwi w tętnicach i Ŝyłach
l
t
c
t
,
r
t
wsp. przewodzenia, ciepło właściwe, gęstość tkanki
c
k
,
r
k
ciepło właściwe, gęstość krwi
m
3
/
3
s
1
w
prędkość perfuzji – strumień przepływającej
krwi na jedn. objętości tkanki
=
m
s
q
vm
źródło ciepła pochodzące od metabolizmu.
strumień wydzielonego ciepła w jedn. objęt.
J
=
W
m
3
s
m
3
4
t
,
,
biociepło
modele typu kontinuum
©Ryszard A. Białecki
zwykle krew Ŝylna przepływając przez naczynia włosowate
przyjmuje temperaturę tkanki
=
równanie zachowania energii (Pennes- 1948)
T
z
T
t
c
r
¶
T
t
=
Ñ
(
l
Ñ
T
)
+
q
+
w
c
r
(
T
-
T
)
t
t
¶
t
t
vm
k
k
a
t
źródło- wydzielanie
ciepła metabolizmu
upust- chłodzenie
wnętrza tkanki
przez przepływającą
krew
c
r
¶
T
=
Ñ
(
l
Ñ
T
)
+
q
¶
v
klasyczne równanie przepływu ciepła
biociepło
modele typu kontinuum
©Ryszard A. Białecki
uproszczenie: stan ustalony, model jednowymiarowy,
temperatura krwi w tętnicy jest równa temperaturze wnętrza ciała.
Jaki jest rozkład temperatury w tkance mięśniowej
d
2
T
0
=
l
t
+
q
+
w
c
r
(
T
-
T
)
t
dx
2
vm
k
k
a
t
T
x
=
L
x
x
=
0
T
w
T
=
a
5
Plik z chomika:
bakusiaa
Inne pliki z tego folderu:
TCiM sem 3, wykład 10 - Transport masy.pdf
(164 KB)
TCiM sem 3, wykład 9 - Radiacyjna wymiana ciepła.pdf
(192 KB)
TCiM sem 3, wykład 8 - Skraplanie (kondensacja).pdf
(255 KB)
TCiM sem 3, wykład 7 - Konwekcja swobodna.pdf
(181 KB)
TCiM sem 3, wykład 6 - Konwekcja - wymiana ciepła w poruszającym się ośrodku.pdf
(233 KB)
Inne foldery tego chomika:
Biochemia
Biologia molekularna - wykłady
Biologia molekularna i genetyka ogólna
Biostatystka i Biometria
biotechnologia materiały dodatkowe
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin