Kanın Biyofiziksel Özellikleri Prof. Dr. Süleyman Daşdağ D.Ü. Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı

Sıvı ve gazların her ikisine birlikte akışkanlar denir.

Sıvı molekülleri bir arada tutan en önemli faktör, moleküller arası çekme kuvvetleridir.

Sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, katılara göre daha zayıf olduğu için, sıvı molekülleri biri birileri üzerinden kayar.

Sıvı molekülleri ile diğer maddelerin molekülleri arasında da çekim kuvveti oluşur.

Aynı tür moleküller arasındaki çekme kuvvetine kohezyon kuvvetleri denir.

Farklı tür moleküller arasındaki çekme kuvvetlerine adhezyon kuvvetleri denir.

Bir sıvının molekülleri ile katıların teması sırasında; Kohezyon kuvveti Adhezyon kuvveti ise sıvı katıya yapışmaz ve katıyı ıslatmaz.

Sıvı molekülleri arasındaki kuvvetler kısa menzilli kuvvetlerdir.

Tansiyon, Kanın hareketi sırasında, aortun çeperlerine yaptığı basınçtır.

Yüzey gerilimi, Sıvının yüzeyindeki herhangi bir doğrunun birim uzunluğuna, dik doğrultuda etki eden kuvvettir.

Bir sıvının yüzey gerilimi, yüzeyin her doğrultusunda ve her noktasında aynıdır.

Yüzey gerilimi, sıcaklığa ve sıvıyla temas ettirilen kimyasal maddelere bağlı olarak değişim gösterebilir.

Suyun yüzey gerilimi, herhangi bir sıvının yüzey geriliminden (civa hariç) büyüktür.

Sıvı Sıcaklık (  C) Yüzey gerilimi (N/m) Helyum Hidrojen Oksijen Kloroform Etanol Doku sıvısı Kan Kan plazması Su Civa Tungsten x x x x x x x x x x x x

Reoloji, Akışkanların davranışını inceleyen bilim dalıdır.

Vücutta bulunan akışkanlardan yalnızca su ve hava newtonian akışkan, diğerleri non-newtonian akışkandır.

Vücut sıvılarının çoğu, çok çeşitli ve her biri farklı bağlanma ve dönme kuvvetlerinin etkisi altında olan, kompleks moleküllerden oluşur.

Farklı vücut sıvı moleküllerinin relaksasyon zamanı; sıcaklık, pH, çözelti bileşenleri ve yoğunlukla değişebilir.

Newtonian sıvıların viskozitesi, sıcaklık ve basınca bağlı olarak değişmesine karşın, hız gradiyentinden bağımsızdır.

Newtonian Sıvılar, Viskozitesi sıcaklık ve basınca bağlı olmasına karşın, makaslama kuvvetinden bağımsız olan sıvılardır. Örnek: Su ve hava

Non Newtonian Sıvılar, Viskozitesi makaslama kuvvetlerine bağlı olan sıvılardır.

Non-Newtonian Viskoz Akışkanlar Non-Newtonian Viskoz Akışkanlar Bingham Plastikler Pseudoplastik Akışkanlar Dilatant Akışkanlar

Bingham Plastikler Bu tür akışkanlar akmaya başladıktan sonra sabit bir viskozluk gösterirler. Mayonez ve diş macunu örnek olarak verilebilir.

Pseudoplastik akışkanlar; Hız gradiyenti artarken daha iyi akarlar ve hız artışından ötürü viskoziteleri azalarak sabit bir değere ulaşır. Genellikle asimetrik parçacıklar içerirler. Hareket etmedikleri zaman parçacıklar rastgele yönelir. Hareket sırasında, asimetrik parçacıklar kendiliklerinden sıraya dizilirken, viskozite azalır ve sabit bir değere ulaşır. Kan, bu grupta değerlendirilir.

Kanın viskozitesi de hız gradiyentine bağlı olarak değişim gösterir.

Dilatant Akışkanlar Bu akışkanların viskozitesi hız gradiyenti artarken artar. Bu tür sıvılar durgun iken, parçacıklar arasındaki boşluklar belli bir miktar sıvı ile dolar. Islak çimento örnek olarak verilebilir.

Sıvıların viskozlukları sıcaklıkla azalır.

Sıvılar Sıcaklık (  C) Viskozluk Katsayısı (P: dyne.s/cm 2 ) Aseton x10 -3 Kan plazması x10 -3 Kan x10 -3 Etanol x10 -3 Eter x10 -3 Gliserin x10 -3 Civa x10 -3 Hafif makine yağı x10 -3 Hafif makine yağı x10 -3 Su x10 -3 Su x10 -3 Su Gazlar Hava0 1.71x10 -4 Hava x10 -4 Hava x10 -4 Helyum x10 -4 Su buharı x10 -4

Kanın elektriksel iletkenliği, akış hızı ile değişir ve bu özellik diğer sıvılarda gözlenmez.

Durgun kanın elektriksel iletkenliği sabit olarak kabul edilebilir.

Akan kanın elektriksel iletkenliği > Duran kanın elektriksel iletkenliği

Akan kanın elektriksel iletkenliğinin yüksek olmasını etkileyen faktörler Akan kanın elektriksel iletkenliğinin yüksek olmasını etkileyen faktörler Hareket sırasında eritrositlerin eksende toplanması Eritrositlerin akış doğrultusuna göre yönelmesi Eritrositlerin akış sırasında biçim değiştirmesi

Kandan elektrik üreten bir cihaz, gelecekte İNSAN PİLİ VEYA AKÜSÜ olarak işlev görebilecek. Japonyadaki araştırıcılar, vücudun gıdalardan enerji üretimini taklit ederek, kan şekerinden enerji elde edecek bir metot geliştirdiler. Kaynak:

Teorik olarak bir kişi 100 W lık bir enerji üretebilir ki bu da bir ampulü aydınlatmaya yeterlidir. Fakat bunun için vücuda alınan bütün gıdaların tümünün elektriğe dönüşmesini gerektirir. Oysa pratikte, vücudun gereksinimleri için alınan gıdalardan düşük güç elde edilmektedir. Kaynak:

Bilim adamları, bunu gerçekleştirmek, için şekerle beslenen robotları veya cihazları vücuda yerleştirerek, gelecekte biyo-nano jeneratörlerin kullanılabileceğini öne sürüyorlar. Kaynak:

Panasonic firmasının Nanoteknoloji Araştırma laboratuarında çalışan bir grup, şimdiye kadar çok düşük düzeylerde güç elde edebildiler. Buna rağmen bilim adamları, cihazdan daha fazla enerji elde etmeyi umuyorlar. Sözü edilen pil, glukozdan elektronları ayıracak bir enzimden esinlenilerek geliştirildi. Kaynak:

Grubun Başkanı Dr. Kazua Eda, Bunun gıdaların metabolize dilmesi gibi olduğunu vurguluyor. İnsan vücudu glukozu işleyip enerjiye dönüştürebilir. Glukoz oksitlendiğinde elektronlar elde edilebilir. Böylece, biyo-nano yakıt hücreleri gelecekte, enerji endüstrisi için yeni bir kaynak olabilir. Kaynak:

İsveçli bilim adamları, beyaz kan hücrelerinin (lökosit) mikroelektrik akımları kullanarak patojenleri etkisiz hale getirdiklerini buldular. Kaynak:

Kaynaklar: Nobel ödüllü Otto Warburg, sağlıklı hücrelerin hücre voltajlarının mV olduğunu gösterdi. Bu değerin stress, yaşlanma ve hastalık Gibi durumlarda düştüğünü gösterdi.

Kaynaklar: Hücre elektrik yükleri 50 mV düzeyine düşen biri sürekli yorgunluk hisseder ve daha sık hasta olur. Eğer bu değer 15 mV a düşerse, hücre sağlığını yitirir.

Eritrositler kılcal damarlardan geçerken, ortaları çukurlaşacak ve boyları uzayacak şekilde biçim değiştirirler.

Eritrositlerin, kılcal damarlardaki biçim değişikliği, eritrositler ile kılcal damar duvarları arasında gaz alışverişi için geniş bir difüzyon yüzeyi oluşturur.

Eritrositler yaşlanınca, zarları esnekliklerini kaybeder ve dalakta ince porlardan geçebilecek biçim alamayacaklarından ötürü, dalakta parçalanırlar.

Hasta eritrositlerin zarlarında da esneklik azdır.

Kan akış hızı, viskozite ile ters orantılıdır.

Anemide, birim hacim başına düşen eritrosit sayısı normalin altında olduğundan ötürü, kanın viskozitesi azalır ve dolayısıyla akış hızı artar.

Polisitemide, eritrosit sayısı normalden çok yüksek olduğundan ötürü kanın viskozitesi artar ve kan akış hızı azalır.

Asimetrik proteinlerin varlığından ötürü, plazma oldukça yüksek viskoziteye sahiptir.

Kanın reolojik özellikleri, Enfarktüste, Koroner tıkanıklıklarda, Damar sertliğinde (arteroskleroziz), Diabet vb. hastalıklarda oldukça önem arzeder.