Mô phỏng dòng chảy máu trong động mạch dùng ansys

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học:……………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1:………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm …… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày …… tháng …… năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH HOÀNG KING Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17-11-1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: CƠ KỸ THUẬT MSHV: 02305535 I-TÊN ĐỀ TÀI: MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY MÁU TRONG ĐỘNG MẠCH DÙNG ANSYS II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu hệ thống tuần hoàn máu hướng nghiên cứu giới để mơ dịng chảy máu động mạch - Mơ dòng chảy máu động mạch ứng với hai trường hợp thành mạch cứng tuyệt đối thành mạch bị biến dạng Kết hợp so sánh kết với số kết thực nghiệm lý thuyết cơng bố III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV-NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: V-CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CB BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày …… tháng …… Năm …… TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường, quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh hết lịng truyền dạy kiến thức hai năm học trường Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS.Trương Tích Thiện người trực tiếp hướng dẫn tận tình truyền đạt kiến thức quý báu giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Tường Long, truyền đạt kiến thức hữu ích tính tốn phần mềm ANSYS Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS.Lê Văn Thành (Đại học Y Dược Tp.HCM), bác sĩ Ngọc (Khoa Tim mạch, Bệnh viện Hoàn Mỹ) truyền đạt kiến thức quý báu lĩnh vực y học, đặc biệt kiến thức lĩnh vực tim mạch Con xin chân thành cảm ơn ba mẹ, người sinh thành, lo cho ăn học Người chăm sóc cho miếng ăn, giấc ngủ, động viên bên lúc vui hay buồn Công ơn ba mẹ ghi nhớ lịng khơng qn Cuối tơi xin cảm ơn bạn Nhã, Khương, Vinh (bộ môn Cơ Kỹ Thuật) giúp đỡ tận tình hướng dẫn kiến thức ban đầu phần mềm tính tốn ANSYS Workbench phần mềm Catia Xin chân thành cảm ơn tất Tp.Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 05 năm 2008 Nguyễn Thanh Hồng King TĨM TẮT LUẬN VĂN Các bệnh tim mạch nguyên nhân tử vong hàng đầu, theo thống kê hàng năm giới có khoảng 17 triệu người chết bệnh liên quan đến tim mạch Nội dung báo cáo mơ dịng chảy máu mạch nhiều trường hợp khác dùng phần mềm tính tốn Ansys Phân tích ảnh hưởng tác động dòng chảy máu đến bệnh tim mạch đứng góc độ học Căn vào kết mơ những vị trí nguy hiểm, vùng xốy cục bộ, vùng có nguy lắng cặn cao… Ngồi ra, báo cáo trình bày kết mơ dịng chảy máu trường hợp thành mạch máu biến dạng (bài toán cặp đôi rắn – lỏng) Kết mô giúp cho nhà y học có nhìn trực quan dòng chảy máu mạch tác động dòng chảy đến biến dạng thành mạch MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN 1.Dẫn nhập 2.Tổng quan FSI 3.FSI ANSYS 4.Một số kết công bố giới 4.1.Blood simulation 2003 .9 4.2.Bộ phận cấy ghép 10 4.3.Cardiac pump 13 Chương LÝ THUYẾT CƠ LƯU CHẤT 1.Phân loại chuyển động dòng lưu chất .17 1.1.Phân loại theo ma sát nhớt .17 1.2.Phân loại theo tính nén 19 2.Phương trình 21 2.1.Phương trình liên tục 21 2.2.Phương trình động lượng .22 2.3.Phương trình lượng dòng lưu chất nén 24 2.4.Phương trình lượng dịng lưu chất khơng nén 26 Chương LÝ THUYẾT VẬT RẮN BIẾN DẠNG 1.Mối quan hệ ứng suất biến dạng .31 2.Ma trận cấu trúc .36 3.Giải toán vật rắn biến dạng phương pháp PTHH 38 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 43 1.Mô hình 43 1.1.Dòng chảy dừng .44 1.2.Dòng chảy độ 50 2.Mơ hình .54 2.1.Mơ hình thực nghiệm Ojha 52 2.2.Khảo sát dòng chảy tỉ lệ hẹp mạch khác 59 3.Mơ hình .65 3.1.Trường hợp 1: thành mạch cứng tuyệt đối 67 3.2.Trường hợp 2: thành mạch biến dạng 68 3.3.Trường hợp 3: thành mạch biến dạng xơ vữa vị trí 72 3.3.Trường hợp 4: thành mạch biến dạng xơ vữa vị trí 74 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 PHỤ LỤC .79 Phụ lục I: Lý thuyết dòng Poisseuille .79 Phụ lục II: Lý thuyết máu hệ mạch 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Chương TỔNG QUAN 1.DẪN NHẬP Ngày nay, bệnh liên quan đến tim mạch lên đầu bảng danh sách xếp hạng nguyên nhân phổ biến dẫn đến tử vong Theo thống kê tổ chức y tế giới (WHO), hàng năm có khoảng 6.5 triệu người chết bệnh liên quan đến tim mạch Ở Việt Nam, theo thống kê y tế 100 ngàn người có 103.97 người mắc bệnh liên quan đến tim mạch Thông thường bệnh liên quan đến tim mạch (tai biến, đột quị, sơ vữa mạch, huyết áp cao….) thường xảy người cao tuổi, theo thống kê gần bệnh viện tỉnh thành phố nước ta cho thấy số người mắc bệnh trẻ (dưới 50 tuổi) ngày tăng lên đáng kể Việc tìm hiểu ngun nhân gây bệnh khơng cịn nhiệm vụ riêng nhà lâm sàng, bác sĩ mà cịn mục tiêu nghiên cứu đầy thử thách nhà toán học, học, hóa học… Tuy phương pháp nghiên cứu có khác chung mục đích tìm hiểu, giải thích ngun nhân, chế dẫn đến đột quị để có phương pháp phịng chống, chữa trị hiệu Khoảng đầu năm 50 nhà học bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực Họ cố gắng tìm mối liên quan dịng chảy với tổn thương thành mạch Cũng với phát triển khoa học công nghệ, tốc độ xử lý máy tính ngày tăng lên giúp cho nhà khoa học có khả mơ ngày xác dịng chảy máu mạch Từ toán chảy tầng sang rối, từ toán thành cứng tuyệt đối sang toán thành mạch biến dạng… Tình hình chung giới vậy, Việt Nam việc nghiên cứu sâu vào dòng chảy máu mạch dường giới riêng nhà y học Nội dung nghiên cứu luận văn đề cập đến hướng tiếp cận (ở Việt Nam) người làm học đến tốn mơ dịng chảy máu y học Hướng tiếp cận HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING -1- Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN túy mặt học không sâu vào sinh lý học hệ mạch Nội dung luận văn khảo sát, mơ trạng thái dịng chảy máu (trên phần mềm ANSYS) trường hợp bị hẹp mạch, phân tính trạng thái dịng chảy vùng nguy hiểm nguyên nhân gây bệnh mạch máu (xơ vữa, tắc nghẽn…) Ngồi kết mơ cịn so sánh với số kết thực nghiệm kết mô số tác giả khác công bố năm gần Một phần quan trọng luận văn mô toán pha tương tác rắn – lỏng (Fluid Solid Interaction), mơ tốn FSI giúp có nhìn trực quan biến dạng thành mạch máu ảnh hưởng biến dạng thành mạch đến dòng chảy máu mạch Với nội dung cụ thể trên, tác giả mong muốn giúp cho nhà học mở rộng thêm lĩnh vực nghiên cứu mình, từ hợp tác với nhà y học việc nghiên cứu lâm sàng bệnh liên quan đến dịng chảy máu mạch Mặc khác, mơ dòng chảy máu mạch dùng FSI giúp đỡ nhiều việc giảng dạy, giúp bác sĩ tương lai có nhìn trực quan dịng chảy máu mạch HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING -2- Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN 2.TỔNG QUAN VỀ FSI (FLUID STRUCTURE INTERACTION) Mô ngày trở nên phổ biến nhiều lĩnh vực công nghiệp nghiên cứu Nó giúp tối ưu các thiết kế dẫn đến giảm chi phí q trình sản xuất Ngày yêu cầu nâng cao độ xác mô cần thiết, tốn mơ ngày trở nên phức tạp Từ tốn mơ mơi trường riêng lẻ rắn, lỏng, khí… chuyển sang tốn mơ đa mơi trường vật lý (multiphysis) phức tạp nhiều Hình 1.1 Mơ dịng lưu chất (khơng khí) chuyển động quanh thân xe F1 Vấn đề quan trọng khó khăn tốn đa mơi trường vấn đề tương tác lưu chất cấu trúc (FSI: fluid-structure interactions) Ví dụ tương tác cấu trúc chuyển động biến dạng đàn hồi với dịng chảy lưu chất bên bên ngồi Các toán FSI đa dạng phong phú từ mái lều to lớn đến micro bơm nhỏ xíu, từ dù dịng chảy máu động mạch HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING -3- Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Các tốn mơ cặp đơi FSI chia làm hai dạng sau: - Tương tác chiều (one – way FSI): mơ FSI cấu trúc có biến dạng nhỏ biến dạng không ảnh hưởng nhiều đến thay đổi dòng chảy lưu chất Ví dụ dịng chảy khớp nối Trong trường hợp này, phần lớn ứng suất nhiệt cấu trúc rắn gây biến thiên nhiệt (thermal gradients) dòng lưu chất Tuy nhiên độ biến dạng cấu trúc rắn nhỏ, khơng ảnh hưởng nhiều đến dịng lưu chất Mơ hình cho phép tính tốn CFD FEA độc lập nhau, tải tác dụng có chiều từ dịng lưu chất qua cấu trúc rắn Ứng dụng phổ biến FSI chiều giải toán nhiệt - ứng suất (thermal – stress problems) Dòng chảy lưu chất phức tạp CFD xác định điều kiện truyền nhiệt vùng tiếp xúc rắn lỏng Hình 1.2 Mơ dịng lưu chất ống dẫn - Tương tác hai chiều (two – way FSI): trường hợp xảy dòng lưu chất tác động vào cấu trúc làm cho cấu trúc biến dạng, thay đổi hình dạng cấu trúc tác động ngược trở lại làm thay đổi tính chất dịng chảy lưu chất Ví dụ dịng chảy máu mạch HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING -4- Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Phụ lục II LÝ THUYẾT MÁU VÀ HỆ MẠCH 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ TUẦN HOÀN MÁU TRONG CƠ THỂ NGƯỜI 1.1.Lý cần phải có hệ tuần hồn - Diện tích bề mặt thể nhỏ so với thể tích khuyếch tán chất qua bề mặt thể không đáp ứng yêu cầu thể - Khoảng cách bên lớn gây khó khăn cho khuyếch tán - Phần lớn bề mặt thể động vật sống cạn không thấm nước để giữ nước Các quan chuyên biệt tiêu hóa, tiết, có trách nhiệm khắc phục khó khăn Hệ thống tuần hoàn mang chất từ nơi đến nơi khác, giúp quan thực tốt chức chúng 1.2.Chức hệ tuần hoàn - Vận chuyển oxygen chất dinh dưỡng đến quan thể - Mang chất thải trình trao đổi chất đến quan tiết - Có vai trị hệ miễn dịch chống lại nhiễm khuẩn - Vận chuyển hormone 1.3.Cơ quan hệ tuần hoàn - Dịch tuần hoàn: gọi máu, dùng để vận chuyển oxygen chất dinh dưỡng mang chất thải đến quan HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 85 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN - Tim: tạo chênh lệch áp suất để làm cho máu lưu thông - Mạch máu: dùng để vận chuyển máu - Các van: đảm bảo dòng chảy máu theo hướng định 1.4.Các dạng tuần hoàn a.Hệ thống tuần hồn mở HVTH: NGUYỄN THANH HỒNG KING - 86 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Hệ tuần hồn mở hệ tuần hồn khơng có mạch máu Gọi mở máu khỏi hệ thống tuần hoàn Máu tim bơm vào khoang gọi khoang máu bao xung quanh quan, cho phép mô trao đổi chất trực tiếp với máu Sau máu quay lại tim hệ thống mạch góp Hệ thống thích hợp với động vật nhỏ động vật chân đốt thân mềm b.Hệ thống tuần hồn kín Hệ thống tuần hồn kín hệ thống tuần hồn máu lưu thơng liên tục mạng lưới mạch máu Trong hệ tuần hồn này, máu lưu thơng áp lực cao, đó, tốc độ chảy máu nhanh Các tế bào mô không tiếp xúc trực tiếp với máu tắm dịch mơ Dịch mơ hình thành từ máu nhờ trình lọc qua thành mao mạch Ở động vật có xương sống, đa số dịch mơ quay trở lại mao mạch với áp suất thấp số lại gom lại vào hệ thống dẫn riêng biệt gọi mạch bạch huyết Chúng đem dịch mơ trở lại vịng tuần hồn với áp lực thấp áp lực dịch mô Hệ thống tuần hồn kiểu hoạt động có hiệu nhân tố quan trọng q trình tiến hóa lồi động vật có xương sống cỡ lớn Hệ thống tuần hoàn đơn hệ thống tuần hoàn mà máu qua tim lần trước đến mơ thể Các lồi cá thường có hệ thống tuần hồn chúng có đệm đỡ từ mơi trường xung quanh thân nhiệt thay đổi theo nhiệt độ môi trường Trong hệ tuần hoàn đơn, máu từ tim áp suất cao chảy đến mang qua động mạch vào mang Sau ơ-xy hóa, máu tập chung vào động mạch mang, chúng gom lại để thành mạch máu lớn gọi động mạch chủ lưng chảy dọc theo thân cá Các nhánh động mạch chủ lưng trực tiếp đến quan thể Sau khử ô-xy, máu tập trung áp suất thấp vào khoang chứa máu lớn gọi xoang tĩnh mạch Các xoang chứa máu tích lớn, từ máu chảy đến tim Hệ thống tuần hoàn kép hệ thống tuần hồn máu sau ơ-xy hóa trở lại tim lần thứ hai trước phân phối đến mô thể Do qua tim HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 87 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN hai lần nên áp lực máu tốc độ dòng chảy cao Hệ thống tuần hồn kép gồm hai vịng tuần hồn nhỏ vịng tuần hồn phổi vịng tuần hồn hệ thống Chim động vật có vú có hệ thống tuần hồn kép • Vịng tuần hồn phổi: Máu sau bị khử ô-xy đưa vào tâm nhĩ phải tim, từ máu chuyển sang tâm thất phải bơm lên phổi qua động mạch phổi Ở phổi, máu giải khí CO2 hấp thụ ơ-xy quay trở lại tim qua tĩnh mạch phổi • Vịng tuần hoàn hệ thống: máu chảy áp lực cao từ tâm thất trái qua động mạch chủ để phân phối khắp thể Sau trao đổi chất với tế bào mô, máu trở lại tâm nhĩ phải qua tĩnh mạch chủ tĩnh mạch chủ kết thúc vịng tuần hồn HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 88 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN 2.LÝ THUYẾT VỀ MÁU VÀ ĐỘNG MẠCH 2.1.Thành phần khối lượng máu Máu dạng chất lỏng tổng hợp bao gồm khoảng 55% huyết tương (plasma) 45% tế bào (cells) Có ba dạng tế bào khác hông cầu (red blood cells), bạch cầu (white blood cells) platelets (tiểu cầu hay gọi mảnh tế bào) 92% thành phần huyết tương nước 8% lại tổng hợp protein, chất chuyển hoá ions Khối lượng riêng huyết tương khoảng 1025 kg/m3 khối lượng riêng tế bào máu khoảng 1125 kg/m3 Khối lượng riêng trung bình máu khoảng 1060 kg/m3 Huyết tương chất lỏng suốt, huyết thành phần dùng để vận chuyển hồng cầu, bạch cầu tiểu cầu Huyết tương bao gồm 92% nước Khi tim bơm máu đến tế bào thể, huyết tương vận chuyển chất dinh dưỡng lấy cặn bã trình trao đổi chất Huyết tương chứa tác nhân gây tắc nghẽn HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 89 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN mạch máu đường, lipit, khoáng chất, hormone, enzyme, kháng thể loại protein khác… Hồng cầu tế bào lớn không nhân Hồng cầu thường chiếm khoảng 40-50% tổng thể tích máu Chúng vận chuyển O2 từ phổi tới tế bào sống thể đồng thời mang CO2 khỏi tế bào Hồng cầu thường sản sinh tuỷ sống với tốc độ khoảng triệu hồng cầu giây Bạch cầu tồn nhiều dạng lại chiếm phần nhỏ tổng thể tích máu, khoảng 1% Bạch cầu khơng bị giới hạn vị trí máu, Chúng có mặt khắp nơi nhiều gan, lách tuyến bạch huyết Hầu hết bạch cầu sản sinh tuỷ sống, ngồi chúng cịn tạo tuyến thymus cổ Một bạch cầu (lympocytes) thành viên tích cực hệ miễn dịch Chúng tìm ra, nhận dạng kết hợp với protein lạ vi khuẩn, virus nấm để chuyển chúng Những bạch cầu khác (granulocyte, macrophage) sau đến vây quanh phá huỷ tế bào lạ Tiểu cầu tế bào làm đơng máu vết thương cách kết dính thành mạch máu Chúng tạo chất làm đơng mà gây nên cục nghẽn làm tắc mạch máu Các nghiên cứu gần cho thấy tiểu cầu giúp chống nhiễm trùng cách tạo protein mà giết chết vi khuẩn xâm lấn hay vi sinh vật Thêm vào tiểu cầu cịn kích thích hệ miễn dịch Thời gian sống tiểu cầu 9-10 ngày Số lượng hồng cầu máu lớn bạch cầu hàng nghìn lần tiểu cầu hàng chục lần Kích thước tiểu cầu nhở hồng cầu vài lần Vì hơng cầu chiếm phần lớn tồn khối lượng thành phần hữu hình máu Cholesterol loại vật chất giống sáp có mặt khắp nới thể Nó diện thành tế bào nơi khác não, dây thần kinh, cơ, da, gan, ruột HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 90 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN tim Cơ thể sử dụng cholesterol để sản sinh hormone, vitamin D axit để phân giải chất béo Nếu có nhiều cholesterol máu dãn đến xơ vữa động mạch Lipoprotein cholesterol vận chuyển máu dạng khối Giống dầu nước, lipoprotein máu trộn lẫn với nhau, Để di chuyển máu, cholesterol sản sinh gan phải kết hợp với protein để tạo thành lipoprotein Lipoprotien đóng vai trò động vận chuyển cholesterol dòng máu Triglyceride dạng chất béo vận chuyển máu Hầu hết chất béo thể tồn dạng triglyceride dự trữ mô mỡ Chỉ phần nhỏ triglyceride tìm thấy máu Chỉ yếu tố hàm lượng triglyceride cao máu không đủ để gây xơ vữa động mạch, lipoprotein chứa cholesterol màu giàu triglyceride dẫn đến xơ vữa động mạch 2.2.Đặc điểm, cấu trúc, hoạt động tim Tim bơm rỗng cơ, chia thành bốn buồng: hai tâm nhĩ hai tâm thất Tim trái (tâm nhĩ trái tâm thất trái) bơm cho máu chuyển động theo vịng tuần hồn lớn, tim phải (tâm nhĩ phải tâm thất phải) đảm nhận việc bơm máu cho vịng tuần hồn nhỏ (vịng tuần hồn phổi) HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 91 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Tâm nhĩ buồng có thành mỏng, có khả phát lực co với công suất nhỏ Các tâm nhĩ chủ yếu hoạt động nhơ chứa máu tạm thời tĩnh mạch đổ vào sau đổ vào tâm thất Tâm thất buồng có thành dày, có khả phát lực co tương đối lớn Nhiệm vụ tâm thất trái tống máu vào vòng tuần hoàn lớn qua động mạch chủ Giữa tâm nhĩ tâm thất bên tim có van nhĩ máu chiều từ nhĩ xuống thất Khi máu qua lỗ van xuống tâm thất van mở, tâm thất co, áp suất tâm thất làm cho van nhĩ đóng lại, máu khơng trở ngược tâm nhĩ mà thẳng động mạch Van nhĩ thất trái gọi van hai lá, van nhĩ thất phải van ba Ở lỗ thơng từ tâm thất động mạch có van động mạch Bên trái van động mạch chủ cho máu từ tâm thất trái động mạch chủ ngoại vi để nuôi thể Bên phải van động mạch phổi cho máu từ tâm thất phải lên phổi để lấy O2 Ở tâm trương, tim nghĩ khơng co bóp, tâm thất giãn máu động mạch khơng lộn tâm thất van động mạch đóng lại, máu tiếp tục ngoại vi Có thể coi chu kỳ hoạt động tim làm ba giai đoạn chính: nhĩ thu, thất thu tâm trương toàn Nhĩ thu kết lan toả sóng điện dẫn nhịp từ nút xoang toàn hai tâm nhĩ Lúc van nhĩ thất mở, nhĩ co đẩy nốt lượng máu (chừng ¼) từ tâm nhĩ xuống tâm thất làm áp suất tâm thất tăng lên Nhĩ thu kéo dài khoảng 0.1s Thất thu kết tâm thất co sóng điện lan khắp tâm thất Thất thu làm áp suất tâm thất tăng vọt, điều làm thay đổi tương quan áp suất chia giai đoạn thất thu làm hai thời kỳ tăng áp tống máu Thời kỳ tăng áp bắt đầu lúc áp suất tâm thất vượt qua áp suất tâm nhĩ làm đóng van nhĩ thất kết thúc lúc áp suất tâm thất vượt áp suất động mạch làm van động mạch mở Thời kỳ ngắn, khoảng 0.02-0.03s gọi co đẳng thể tích hay nói tắt đẳng tích Đẳng thể tích tim tạo sức nén vào máu áp suất tâm thất chưa vượt qua áp suất động HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 92 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN mạch, thể tích khơng đổi Tiếp theo thời kỳ tống máu dài khoảng 0.25 – 0.3s bắt đầu lúc mở van động mạch, kết thúc lúc đóng van động mạch Van đóng tâm thất chớm giãn làm áp suất tâm thất tụt xuống thấp áp suất động mạch Như toàn giai đoạn thất thu, gồm tăng áp suất tống máu dài chừng 0.3s Tâm trương toàn giai đoạn tim nghĩ tâm nhĩ lẫn tâm thất, sóng điện làm co Giai đoạn dài khoảng 0.4s lúc đóng van động mạch kết thúc tâm nhĩ co Gia đoạn gồm ba thời kỳ giãn đẳng tích, máu chậm máu nhanh Thời kỳ giãn đẳng tích (tim giữ ngun thể tích máu khơng vào) bắt đầu lúc đóng van động mạch thất chớm giãn kết thúc lúc mở van nhĩ thất áp suất tâm thất tụt xuống thấp tâm nhĩ Tiếp thời kỳ máu tim nhanh Tiếp theo thời kỳ máu tim chậm Đến tâm nhĩ co coi bắt đầu chu kỳ sau, ảnh hưởng điện hoạt động lần sau phát sinh nút xoang Tâm thu tâm trương Tâm nhĩ thu Tâm nhĩ trương Thời kỳ Pha 0.1 0.7 Pha co không đồng Pha co đẳng trường Pha tống máu nhanh Thời kỳ tống máu Pha tống máu chậm Tiền tâm trương Thời kỳ thả lỏng Pha thả lỏng đẳng trường Pha nạp máu nhanh Thời kỳ nạp máu Pha nạp máu chậm Thời kỳ căng thất Tâm thất thu Tâm thất trương Thời gian trung bình [s] 0.05 0.03 0.09 0.13 0.04 0.08 0.1 0.28 0.08 0.3 0.22 0.12 0.5 0.38 2.3.Chuyển động máu mạch Máu chuyển động mạch chịu ảnh hưởng hai yếu tố lực cản thành mạch huyết áp Lực cản thành mạch phụ thuộc nhiều vào đường kính mạch máu Đường kính mạch máu nhỏ, lực cản lớn Huyết áp lớn vận tốc dịng máu chảy mạch lớn HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 93 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Huyết áp lực đẩy máu hệ thống tuần hồn, nói cho xác chuyển động máu mạch máu huyết áp định mà chênh lệch áp suất hay gradient áp suất hai đầu mạch máu Máu chất lỏng khác chảy theo chênh lệch áp suất, từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp Huyết áp động mạch Mỗi lần co tim lại truyền cho hệ thống động mạch động định Động thể di chuyển tăng tốc máu thời kỳ tống máu từ tim Thế thể lần tim co lại, làm cho huyết áp tăng lên thêm Trong thời kỳ tâm thu, tim tống máu từ tâm thất động mạch Lượng máu bổ sung (thể tích tâm thu) làm tăng áp suất cho hệ thống động mạch Áp suất tối đa ghi trình tâm thất thu gọi huyết áp tâm thu hay huyết áp tối đa Trong thời kỳ tâm thất trương (và đâu tâm thu – giai đoạn căng) máu khỏi động mạch huyết áp giảm xuống cách tương ứng Huyết áp thấp ghi thời kỳ tâm thất trương gọi huyết áp tâm trương hay huyết áp tối thiểu Như huyết áp động mạch dao động lớn chu chuyển tim mức tối đa tâm thu tối thiểu tâm trương Ở người khoẻ mạnh, trẻ tuổi yên tĩnh, huyết áp tâm thu vịng tuần hồn lớn xấp xỉ 120 mmHg, huyết áp tâm trương khoảng 80mmhg ghi 120/80 Huyết áp tâm thu tâm trương thay đổi theo lứa tuổi, trẻ sơ sinh 99/95, cịn người trung bình 150/90 Tuần hồn phổi hệ thống áp suất thấp: huyết áp tối đa (tâm thu) hệ trung bình khoảng 25mmHg huyết áp tối thiểu (tâm trương) khoảng 10mmHg Áp lực mạch Sự chênh lệch huyết áp tâm thu huyết áp tâm trương động mạch gọi lực mạch Ở động mạch lớn vịng tuần hồn lớn, áp lực khoảng 40mmHg (120/80) động mạch phổi khoảng 15mmHg (25/10) Có hai yếu tố quan trọng tác HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 94 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN động lên áp lực mạch thể tích tâm thu độ giãn hệ động mạch Giữa đại lượng thể tích tâm thu áp lực mạch có mối tương quan tuyến tính: lượng máu tống vào động mạch thời kỳ tâm thu nhỏ áp lực tăng áp lực giảm suốt chu chuyển tim Giữa độ giãn (độ đàn hồi) động mạch áp lực mạch có mối quan hệ tỉ lệ nghịch Động mạch đàn hồi tốt lượng máu tống vào hệ động mạch lớn mà khơng làm thay đổi huyết áp rõ rệt Vì mà người có thành mạch đàn hồi tốt, lân tâm thu, huyết áp tăng so với người có thành mạch cứng Hiện tượng thường gặp người già, thành động mạch bị xơ cứng gây giảm độ đàn hồi Kết động mạch khả giãn thời kỳ tâm thu co lại thời kỳ tâm trương, Do lượng máu tâm thu bị tốn vào mạch máu làm thay đổi áp lực làm cho áp lực tăng tới 100mmHg Huyết áp trung bình Trong huyết động học, huyết áp trung bình đại lượng quan huyết áp tối đa huyết áp tối thiểu Đó huyết áp tính trung bình khoảng thời gian định (một chu chuyển tim) Trên huyết áp động mạch ghi được, huyết áp trung bình tính diện tích (tích phân) phần chênh lệch áp suất đo thời gian ghi đồ thị Áp lực xuyên thành mạch Tác động áp lực hệ tim mạch thể hai dạng: thứ chênh lệch áp lực đẩy máu mạch, thứ hai áp lực làm giãn thành mạch từ bên Sự chênh lệch áp lực bên bên gian bào lên thành mạch goi lài áp lực xuyên thành mạch, Áp lực bên tổng apá lực tích cực hoạt động tim tạo pá lực thụ động hay thuỷ tĩnh Áp lực thuỷ tĩnh phụ thuộc vào vị trí mạch máu so với tim, cao hay thấp mức Áp lực thuỷ tĩnh dịch gian bào mạch máu điều kiện bình thường thấp áp suất khí chút thực tế không phụ thuộc vào tư thể trường hợp trọng lực Vì áp lực xuyên thành mạch chất áp suất máu đè lên thành mạch HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 95 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN Sự thay đổi huyết áp hệ thống tuần hoàn Đồ thị cho biết khái niệm mức độ tính chất thay đổi huyết áp thành phần khác hệ tuần hoàn từ động mạch chủ tới tĩnh mạch chủ Trên hình vẽ ta thấy máu di chuyển huyết áp giảm dần cách không đồng vùng khác mạng mạch máu Trong điều kiện yên ĩnh, huyết áp trung bình động mạch chủ người lớn khỏe mạnh khoảng 100mmHg Nó giảm 15mmHg cuối động mạch nhỏ, tức khoảng 85mmHg Sự giảm huyết áp không nhiều máu di chuyển động mạch chủ yếu chúng có đường kính tương đối lớn (sức cản dịng máu nhỏ) Vì đo huyết áp động mạch ngoại vi lúc yên tĩnh (không phải vận động) cho khái niệm huyết áp phần đầu mạng độngmạch (ở cuối động mạch chủ) Khi máu chảy đến tiểu động mạch, huyết áp giảm nhanh, khoảng 55mmHg, trung bình từ 85mmHg đầu tiểu động mạch xuống đến 30mmHg đầu mao động mạch Ở đoạn mao mạch, huyết áp giảm xuống thêm 10-15mmHg Sau huyết áp giảm dần HVTH: NGUYỄN THANH HỒNG KING - 96 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN máu chảy qua phần tĩnh mạch vòng tuần hồn lớn Như máu chảy qua vịng tuần hoàn lớn hay nhỏ, huyết áp giảm xuống đến hay thấp vào thời điểm tâm nhĩ Nhịp độ giảm huyết áp cao tiểu động mạch Ở giảm gần nửa giảm huyết áp, mao mạch gần ¼ Đó thay đổi huyết áp tỉ lệ thuận với sức cản mạch máu, mà sức cản lại tỉ lệ nghịch với tiết diện mạch Sức cản dòng máu Sức cản mạch dịng máu cản trở dòng máu chảy mạch Máu chuyển động mạch chuyển động theo lớp, nghĩa lớp chất lỏng trượt lên mà không trộn lẫn hay trao đổi với Khi tốc độ chuyển động máu vượt mức đó, chuyển lớp bị rối loạn chuyển thành chuyển động rối Trong mạch gần tim (đặc biệt động mạch chủ) tâm thất, tốc độ dịng máu cao Ỉ chuyển động máu chuyển động rối Sức cản dòng máu R theo phương trình huyết động học bản, tỉ lệ với gradient áp suất P tỉ lệ nghịch với dòng máu Q: R= P Q Sức cản khơng thể đo trực tiếp mà tính cơng thức nêu cở đo địa lượng dòng máu Q sực chênh áp P Nếu chệnh lệch huyết áp điểm mạch 1mmHg lưu lượng dịng máu ml/s sức cản đơn vị sức cản ngoại vi ĐSCNV = mmHg/(ml/s) Trong hệ CGS (cm,g,s) ĐSCNV ký hiệu din.s/cm5 tính theo cơng thức: R (dine.s)/cm5 = 1333 mmHg/(ml/s) Đối với người trẻ, lưu lượng lúc yên tĩnh khoảng 100 ml/s, độ chênh áp động mạch chủ tĩnh mạch khoảng 100 mmHg Ỉ sức cản chủng vịng tuần hồn lớn vào khoảng ĐSCNV hy theo hệ CGS 1333 dine.s/cm5 Đối với vòng tuần hoàn phổi sức cản chung hệ tuần hoàn 0.1 ĐSCNV nghĩa nhỏ sức cản vòng tuần hồn HVTH: NGUYỄN THANH HỒNG KING - 97 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN lớn 10 lần Đại lượng sức cản phụ thuộc vào yếu tố sau: chiều dài mạch L, bán kính mạch r v nht ca mỏu ặ R = T suy lưu lượng máu Q = 8µL πr ( p a − pv )πr 8µL tỉ lệ thuận với chênh áp hai đầu đoạn mạch tỉ lệ nghịch với chiều dài mạch máu độ nhớt dòng máu 2.4.Cấu trúc thành động mạch Cấu trúc thành động mạch chia làm ba lớp chính: - Lớp (tunica intima): lót nội mô, nâng đỡ số liên kết lỏng lẽo, giới hạn bên ngồi số mơ đàn hồi - Lớp (tunica medie) dày nhất, gồm nhiều sợi đàn hồi thành phần chủ yếu động mạch lớn Khi động mạch nhỏ dần, lượng mô đàn hồi giảm lượng trơn tăng lên Các sợ trơn xếp HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 98 - Năm học: 2005-2007 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG TÍCH THIỆN theo vòng tròn hay xoắn ốc Màng đàn hồi ngồi, khơng rõ đàn hồi ngăn cách lớp lớp - Lớp (tunica exterma) mạnh nhất, gồm nhiều sợi đàn hồi sợi keo, giúp đề phòng túi phồng động mạch mạch máu khơng có thiếu trơn Loại chứa mạch máu nhỏ gọi mạch mạch, xuyên vào tới lớp HVTH: NGUYỄN THANH HOÀNG KING - 99 - Năm học: 2005-2007 ... TÀI: MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY MÁU TRONG ĐỘNG MẠCH DÙNG ANSYS II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu hệ thống tuần hoàn máu hướng nghiên cứu giới để mơ dịng chảy máu động mạch - Mơ dịng chảy máu động mạch. .. kết mơ dòng chảy máu trường hợp thành mạch máu biến dạng (bài tốn cặp đơi rắn – lỏng) Kết mô giúp cho nhà y học có nhìn trực quan dịng chảy máu mạch tác động dòng chảy đến biến dạng thành mạch. .. sàng bệnh liên quan đến dòng chảy máu mạch Mặc khác, mơ dịng chảy máu mạch dùng FSI giúp đỡ nhiều việc giảng dạy, giúp bác sĩ tương lai có nhìn trực quan dịng chảy máu mạch HVTH: NGUYỄN THANH