Dolaşımın dinamik temelleri

Dolaşımın temel amacı Besinleri dokulara taşımak Atıkları uygun organlara ulaştırmak Hücrelerin yaşayabilmesi için hücrelerarası sıvıyı ideal bileşiminde tutmak Artan ve azalan kan dolaşımı ihtiyaçlarını karşılamak Kanı damarlarda ilerletmek için ideal basınçları oluşturmak

İki temel dolaşım bölümü Pulmoner dolaşım Sağ kalpte toplanan venöz kanı pulmoner arterlerle akciğerlere iletmek Tüm venöz dönüşü akciğerlere göndermek Tüm akciğer dönüşünü sol kalbe iletmek Sistemik dolaşım Tüm akciğer dönüşünü aortaya pompalamak Organ sistemlerinin kan ihtiyacını karşılamak Değişen kan dolaşımı ihtiyaçlarını organize etmek Basınçları sabit tutmak

Dolaşım sisteminde basınçlar Aortada 100 mmHg Sistolik 120 mmHg Diyastolik 80 mmHg Kan sistemik dolaşımda ilerledikçe basınçlar düşer Venöz sistemde düşmeye devam eder V.cavalarda yaklaşık 0 mmHg olur

Damar Sistemi

Damar sistemi, paralel devreler halinde düzenlenmiştir.

Diğer taraftan, bu paralel devrelerden her biri, birbirine seri olarak bağlı damar bölümlerinden oluşur. Bu bölümlerin her birisi, kanı taşıma fonksiyonu yanında, özel işlevlere de sahiptir.

Damping damarları (Arteriyel sistem) Direnç damarları (Arteriyoller) Değişim damarları (Kapillerler) Kapasite damarları (Venöz sistem)

Damping damarları: Arterler Kanı yüksek basınç altında dokulara ve akciğerlere taşımak Kanın hızlı akışını sağlamak Güçlü bir çeper yapısı Elastik olma özelliği

Damping damarları: Kalbin kanı pompalama biçimi kesikli bir akım şeklinde olduğu halde, dolaşım sistemindeki kan basıncı (belirli bir dalgalanmaya sahip olmakla birlikte) süreklilik gösterir. Bu etki, özellikle büyük arterlerin kalbin oluşturduğu itici gücün (basınç enerjisinin) tamponlamasıyla ilişkilidir. Arteriyel sistemin bu fonksiyonu windkessel etkisi olarak bilinir. 

"WINDKESSEL" ETKİSİ "Windkessel" 1800'lü yıllarda Almanya'da kullanılan yangın tulumbalarına verilen addır. Bu yıllarda, yangın söndürme işleminde  emme-basma tulumbalar kullanılırdı. Bu tulumbalar kesikli su akımı sağlayabilirler. Pompanın "emme" safhasında hortumdan akan su kesilir. "Basma" safhasında akar. Sistol sırasında kan aortaya pompalanır. Ancak, bütün diastol süresinde sol ventrikülden aortaya kan geçişi olmaz.

Yangın tulumlarında  akımı sürekli hale getirmek için, emme-basma tulumbanın önüne yarı yarıya hava ve suyla dolu bir silindir yerleştirilmiştir. Pompanın silindir içine su pompalamasıyla hava sıkıştırılır ve basıncı artar. Bu hava basıncı, tulumbanın "emme" safhasında da suyun hortumdan akmasını sağlar. Apartmanlarda bulunan hidroforlar da benzer bir mantıkla işlerler.

Wigger diagramını hatırlarsak. Sol ventrikül basıncı, diastolün başlamasıyla birlikte hızla sıfır mmHg'ya yakın bir değere düşerken, aorta basıncı ancak 80 mmHg civarında bir değere (diastolik basınç değeri) düşer. Bu  bize, yangın tulumbasındakine benzer bir tamponlama mekanizmasının (basınç dalgalanmalarını azaltan bir mekanizmanın) varlığını düşündürür

Dolaşım sisteminde bu tamponlama etkisi, özellikle büyük arterlerin duvarlarındaki elastik lifler sayesinde yerine getirilir. Sistol sırasında aort köküne fırlatılan kanın bir bölümü bu bölümdeki elastik lifleri gerer. Bir anlamda, sistol sırasında kalp kası tarafından üretilen basınç enerjisinin bir bölümü aort duvarının elastik liflerinde depolanır. Bu enerji, diastol sırasında (aortaya kan akımının durduğu dönemde) basıncın sıfıra düşmesine önlemek ve değişim damarlarında kan akımını devam ettirmek için kullanılır.

Direnç damarları: Arteriyoller Arteriyel sistemin son küçük çeperli dalları Kanı kapillere gönderen kontrol kapakları Çapını genişletip daraltabilen güçlü kas tabakası Kapillere geçen kan akımının kontrolü

Direnç damarları: Arteriyel sistemin en uç bölümünde, hemen kapiller damarlardan önce yer alan arteriyoller damar sisteminde akıma karşı en yüksek direnç gösteren bölümlerdir. Bunun başlıca nedeni damar sisteminin bu düzeyinde damar çaplarının çok küçülmesidir. Damar sistemindeki akım direncinin yaklaşık yarısı arteriyollere aittir.

Kılcal damarlarla birlikte düşünülürse, toplam direncin dörtte üçü damar sisteminde uzunluk olarak çok küçük bir paya sahip olan bu bu en küçük çapa sahip damarlar tarafından oluşturulur. Damar sisteminde birim uzunluk başına direnç mikrodolaşımda çok yüksektir.

Yandaki şekilde, damar sisteminde direncin dağılımı ile bu bölümlerde kan basıncının nasıl seyrettiği görülüyor. Yatay eksen damar sisteminin relatif uzunluğunu Düşey eksende ise direnci ifade eder. Bu şekil size ne anlatıyor? 

Değişim damarları: kapillerler Sıvı, besin maddeleri, elektrolitler, hormonlar ve atık maddelerin hücrelerarası sıvı ile kan arasındaki değişimini sağlamak Tek sıra epitel hücresi Kapiller porlar

Kapiller basınç Arteriyel uçta Venöz uçta 35 mmHg Venöz uçta 17 mmHg Bu sayede az miktarda plazma sızmasına karşın, besinler kolaylıkla difüze olabilirler

Kapasite damarları: venüller ve venler Venüller kapillerden gelen kanı toplarlar Birleşerek venleri oluştururlar Venler dokudan kalbe dönen kan için taşıma kanalları Çeperleri kaslı ve ince Kan deposu

Kapasite damarları: Normalde, dolaşım sistemindeki kanın dörtte üçü venöz sistemde bulunur. Bu bölümde bulunan kan miktarı koşullara göre önemli  ölçüde artabilir. Venlerin kompliansı (gerilebilirlik) diğer damar bölümlerine göre yüksektir. Komplians, damarlardaki belirli bir basınç değişikliğine karşılık ortaya  çıkan hacim değişikliğini ifade eder. Yani;         Komplians= V/P

KOMPLİANS

Aort: 4 ml / 300 mmHg = 0.013 ml / mmHg Vena Cava : 4 ml / 24 mmHg = 0.16 ml / mmHg

HEMODİNAMİ Hemodinami, kanın damarlar içindeki hareketiyle (kan akımı) sürücü kuvvet (kan basıncı) ilişkisini inceler.

KANIN DAMAR İÇİNDEKİ HAREKETİ (KAN AKIMI) Fizyolojide kanın hareketi iki ayrı parametre ile değerlendirilebilir: Akım hızı    --» Birim zamanda yer değiştirme (cm/sn) Akım (debi) --» Birim zamanda taşınan (veya boru kesitinden geçen) hacim (cm3/sn, ml/sn)

Akım, akım hızı ile kesit alanının çarpımına eşittir. Bir hidrolik sistemde akım sabit kalıyorsa, akım hızı kesit alanına göre değişir.

Kalp bir sabit akım pompasıdır. Bu nedenle dolaşım sisteminin bütünü için (belirli bir fizyolojik koşulda) akımın sabit olduğunu düşünebilirsiniz. Buna karşılık damar sisteminde kesit alanı her düzeydeki çok büyük sayıdaki dallanmalar nedeniyle büyük değişkenlik gösterir. Bu değişkenlik, yukarıda tanımlanan ilişki gereğince akım hızına da yansır.

Enine kesit alanları ve hız Venlerin kesit alanları arterlerden daha büyük Kan deposu Kapiller alan çok geniş İçinde çok az kan Akım çok yavaş Hız; inine kesit alanı ile ters orantılı Aortada 33cm/s Kapillerde 0.3mm/s

Çap (cm) Sayı Kesit alanı cm2 Akım hızı cm/sn Aorta 1.6-3.2 1 0.8 60   Çap (cm) Sayı Kesit alanı cm2 Akım hızı cm/sn Aorta 1.6-3.2 1 0.8 60 Büyük arterler 0.2-0.6 40 5 20-50 Arteriyoller 0.004 4x107 125 0.5 Kapiller damarlar 0.0005-0.001 1.2x109 600 0.05-0.1 Venüller 0.005-0.01 8x107 570 0.2-0.4 Büyük venler 0.5-1 11 15-20 Vena cava 2 1.2 10-15

Damar sisteminde akımın (veya akım hızının) büyüklüğü yanında şekli de önemlidir. Normalde, dolaşım sisteminin büyük bir bölümünde kan akımı laminer karakterdedir.

Newton, sıvı akımını sonsuz sayı ve incelikteki sıvı tabakalarının birbiri üzerinde kayması olarak tanımlamıştır. Buna göre, sabit bir yüzey üzerinde kayan sıvı kitlesinin birim alanına uygulanan "F" kuvveti, kuvvetin uygulandığı en üst tabakada "v" hızında bir harekete neden olur. Bu tabakanın altındaki tabakalarda hareket hızı sabit yüzeye doğru gidildikçe azalır.

Yani, "x" kalınlığındaki sıvı kitlesi içinde, sıvı tabakaları arasındaki sürtünme nedeniyle ortaya çıkan bir hız gradiyenti  vardır. Bu hız gradiyenti ile birim alana uygulanan kuvvet arasındaki ilişki sıvının akışkanlığını belirler.

Bu tanıma göre birim alana uygulanan kuvvetin (F/A), hız gradiyentine oranı (v/x) sıvının viskozitesi olarak bilinir. Sıvının birim alanına uygulanan kuvvete kayma gerilimi, Sıvı tabakası içindeki hız gradiyentine ise kayma hızı denir. Kayma gerilimi (F/A)    (dyn/cm2)   Viskozite = ------------------------------                      Kayma hızı (v/x)       (1/saniye)

Silindirik borularda laminer akım, iç içe geçmiş silindirik sıvı tabakalarının (laminaların) kayması şeklinde gerçekleşir. Borunun merkezine  en yakın tabakanın hareket hızı en yüksektir.

Hareket hızı borunun çeperine yaklaşıldıkça azalır. Birbirine komşu tabakalar arasındaki hız farkı giderek artar. Bir başka deyişle, kayma hızı (hız gradiyenti) borunun çeperine yaklaştıkça artar, borunun merkezinde ise en düşük değerine ulaşır.

Laminer akım düzenli ve sessiz bir karakterdedir. Sıvı tabakaların birbiri üzerinde düzenli bir şekilde kayması nedeniyle laminar akımda sürtünmeyle enerji kaybı, yani akım direnci en alt düzeydedir. Belirli koşullarda, damar sistemindeki akım laminer karakterini kaybedip, düzensiz ve gürültülü bir hal alabilir. Bu durumda türbülan akımdan söz edilir.

Damar sistemindeki akımın karakterini (türbülan mı, laminer mi olacağını) visköz ve inertial (kanın kütlesel eylemsizliği ile ilgili) parametreler arasındaki denge belirler. Bu denge fizyolojide Reynold sayısı ile ifade edilir:                 Reynold sayısı (R) = (r.v)/ Burada           -  kanın dansitesi (kg/m3)        - r damarın yarıçapı (m)        - v kanın akım hızı (m/sn)         -  kanın viskozitesi (Pa.sn)  dir. (Vizkositenin yüksek olmasının kanın akışkanlığının azalmış olduğunu ifade ettiğini hatırlayın.)

Reynold sayısının yüksek olması (yani inertial kuvvetlerin ağırlıklı olması) türbülan akımın ortaya çıkma olasılığını arttırır. Reynold sayısı 1000-1200 den büyükse türbülan akım ortaya çıkar. Damar içindeki kan akımı elektromanyetik veya Doppler akım ölçerler kullanılarak ölçülebilir (kaydedilebilir).

Damarlarda kanın akım şekli Laminar akım; Damarın merkezindeki akım en hızlı Damar çeperine yakın kısımdaki akım en yavaş Türbülan akım; Kan her yönde hareket eder Büyük bir sürtünme kuvveti oluşturur

KAN AKIMININ SÜRÜCÜ KUVVETİ (KAN BASINCI) Kanın damar sisteminin iki  noktası arasında akmasını sağlayan basınç farkına perfüzyon basıncı denir. Damar sisteminin herhangi bir noktasında, damarın içi ile dışı arasındaki basınç farkına da transmural basınç denir.

Transmural basınç, özellikle damar sistemi gibi elastik (kollabe olabilen) borulardan oluşan sistemlerde, borunun açık kalabilmesi için mutlaka pozitif bir değere sahip olmalıdır. Yani, damarın içindeki basınç dışındaki basınçtan yüksek olmalıdır. Elastik borularda, transmural basınç en az borunun kapanma eğilimini yenebilecek düzeyde (kritik bir değerin üzerinde) olmalıdır.

Sıvı akımının gerçekleştiği bütün hidrolik sistemlerde toplam enerji iki halde bulunur: Akımın kinetik enerjisi Basınç enerjisi Direnç nedeniyle ısıya dönüşerek kaybedilen enerji bir yana bırakılırsa, hidrolik sistemdeki toplam enerji sabittir. Ancak, yukarıdaki komponentlere dağılımı değişebilir. Bu gerçek, Bernoulli prensibi olarak bilinir.

Akımın kinetik enerjisi, akım hızının fonksiyonudur Akımın kinetik enerjisi, akım hızının fonksiyonudur. (akım değerinin sabit kalması halinde, damar kesit alanı ile akım hızı arasında ters orantı vardır) Damarın bir bölümünde kesit alanında bir azalma (daralma) varsa, bu bölümde akım hızı artacak, basınç ise (Bernouilli prensibi gereğince toplam enerji sabit kalacağından) düşecektir.

Şekildeki dikey tüpler bağlantılı bulundukları segmentlerdeki basınç değerlerini gösteriyor. Öncelikle basıncın, boru boyunca akım yönünde doğrusal bir azalma gösterdiğine dikkat edin Buna ek olarak, borunun dar segmentindeki basıncın bu doğrusal azalmanın ön gördüğünden de düşük olması Bernouilli prensibi ile açıklanabilir.

Damar sisteminde kalp siklusu içinde meydana gelen anlık basınç değişiklikleri, damar içine yerleştirilen özel borular (kataterler) kullanılarak kaydedilebilir. Şekilde böyle bir kayıt görülmektedir. Şekil üzerinde işaretli bir sistol, bir diastol döneminden oluşan periyodik dalgaya nabız dalgası denir.

Arteriyel sistem içinde kan basıncı sistolik ve diastolik kan basınçları arasında değişir. Sistolik ve diastolik basınç değerleri arasındaki fark nabız basıncı olarak adlandırılır. Ortalama basınç değeri (Ortalama arteriyel basınç), bir kalp siklusu içinde saptanan anlık kan basıncı değerlerinin ortalamasıdır. OAB = diastolik basınç + 1/3 nabız basıncı

Nabız dalgası, damar sisteminde bir dalga hareketi şeklinde ilerler Nabız dalgası, damar sisteminde bir dalga hareketi şeklinde ilerler. Bu dalga hareketinin kaynağı, Windkessel etkisiyle ilgili tartışmada konu edilen, sistolle aort köküne atılan kanın yarattığı elastik değişikliktir.  Bu  dalganın hızı kanın hareket hızından 8-10 kat fazladır

Nabız dalgası, büyük damarların palpe edilmesiyle (elle yoklanmasıyla) hissedilebilir. Nabız dalgasının bu şekilde muayenesi tıp pratiğinden çok önemli bir yer tutar. Bu muayenede, nabız dalgasının sıklığı, ritmi, dolgunluğu ve benzeri bir dizi özelliği değerlendirilir.

Kan basıncı klinik uygulamalarda direkt yöntemle değil, indirekt yöntemle ölçülür. Nabız dalgası, direnç damarlarında büyük ölçüde sönüme uğrar. Venöz sisteme yansımaz. Ancak, özellikle kalbe yakın kesimlerde venler kalpteki basınç değişikliklerinden etkilenerek, periyodik bir basınç dalgalanması gösterirler.

a. Atrium sistolü c. Ventrikül sistolü x a. Atrium sistolü c. Ventrikül sistolü x. AV kapakların aşağı çekilmesi v. Gevşeme y. AV kapakların açılması

Damarların içindeki basıncın mutlak değerlerine yerçekiminin de etkisi vardır Damar içindeki sürücü kuvvetin kaynağı olan kalp referans noktası olarak alınırsa, damarın içindeki kanın hidrostatik basıncı bunun altında kalan bölümlerdeki basınca eklenerek, üzerinde kalan bölümlerde ise çıkarılarak mutlak basınç değerleri hesaplanabilir.

Ayakta duran bir insanda yerçekiminin etkisiyle ayaktaki mutlak basınç kalp seviyesinden 90 mmHg daha yüksek, sagital sinüste ise  10 mmHg daha düşük olabilir

BASINÇ-AKIM İLİŞKİSİ Bir damar sisteminde (veya herhangi bir hidrolik sistemde) belirli bir basınç farkı altında ne büyüklükte bir akım olacağı, bu damar sisteminin akıma karşı gösterdiği dirençle belirlenir. Ohm yasası : Basit hidrolik sistemlerde, akım (Q); basınç farkı (perfüzyon basıncı; P) ile doğru, dirençle (R) ters orantılıdır Q = P/ R

Dolaşım sisteminin tümü için P aort kökündeki basınçla sağ atrium arasındaki basınç farkıdır. Sağ atrium basıncı sıfır mmHg'ya yakın olduğundan ihmal edilirse, P ortalama sistemik arter basıncı olarak alınabilir. Akım ise kalbin pompaladığı tüm kan miktarına, yani kalp debisine eşittir. Bu durumda hesaplanan akım direnci de total periferik vasküler direnç (TPVR) olarak adlandırılır.  TPVR=  Sistemik arter basıncı / Kalp debisi

Hidrolik sistemlerin akıma karşı gösterdikleri direnç sistemin geometrik özellikleriyle ilişkilidir. Aşağıdaki iki sistemde, sadece sıvının aktığı borunun çapı farklıdır. Borunun (veya damarın) çapı akım direncini belirleyen en önemli faktörlerden birisidir. 

Damar iletkenliği-iletkenliğin artışı İletkenlik, bir damardaki belirli bir direnç farkına karşılık oluşan kan akımının ölçüsüdür İletkenlik direncin tersidir (1/R) Direnci büyük damarlarda iletkenlik düşüktür Bir damarın iletkenliğini artırmanın en iyi yolu çapını genişletmektir İletkenlik yarıçapın dördüncü kuvvetiyle ilişkilidir Yarıçap artışı kan akımını anlamlı şekilde artırır

Poiselluille yasası Çapın büyümesi ile iletkenlikte büyük artış gözlenir Q= Pr4/8µl Damarın yarıçapının artışı akan kan miktarını belirleyen en önemli faktördür Q; akış hızı P damarın iki ucu arasındaki basınç farkı µ kanın viskozitesi l damarın uzunluğu

Akım direnci sıvının viskozitesiyle doğru orantılıdır Poiseuille yasası uyarınca akım direnci borunun yarıçapının dördüncü kuvvetiyle ters, borunun boyu ile doğru orantılıdır Akım direnci sıvının viskozitesiyle doğru orantılıdır Hidrolik direnç, sistemin geometrik özelliklerine ve sıvının akışkanlığına bağlıdır

Bu sapmaların iki ana nedeni şunlardır: Buraya kadar kullanılan fizik kuralları, damar sistemindeki basınç-akım ilişkisini tanımlamada kullanılabilir. Ancak bu tanım, hemodinaminin sadece başlangıç ilkelerini sağlayabilir. Ayrıntılarda önemli sapmalar görülür. Bu sapmaların iki ana nedeni şunlardır: Damarlar rijid borular değildir. Kan basit bir sıvı değildir.

Rijid borularda                                                        Damarlarda

HEMODİNAMİDE KANA AİT FAKTÖRLER Kan, basit bir sıvı değildir. Bir süspansiyondur, Kanın akışkanlığı (viskozitesi); Hematokrit değeri Plazma viskozitesi Kan hücrelerinin akışkanlık özellikleri ile belirlenir. Kan hücrelerinin %99'unu oluşturan eritrositlerin mekanik özellikleri kanın bütün olarak akışkanlığının belirlenmesinde, diğer hücrelere göre daha önemli rol oynar.

Hematokrit değeri ile kan viskozitesi arasında eksponansiyel bir ilişki vardır. Yani, hematokrit değeri arttıkça, bu artışın viskozite üzerindeki etkisi daha belirgin hale gelir.