Hemodynamiikka (tai hemodynamiikka brittiläisessä englanninkielessä), joka tarkoittaa kirjaimellisesti ”veren liikettä”, on veren virtauksen tai verenkierron tutkimusta. Kaikki eläinsolut tarvitsevat happea (O2) hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien muuntamiseen hiilidioksidiksi (CO2), vedeksi ja energiaksi aerobiseksi hengitykseksi kutsutussa prosessissa.
Veri
Veri on monimutkaista nestettä, ja sitä pidetään niin arvokkaana, että sitä kutsutaan toisinaan nimellä ”punaista kultaa” siksi, että sen sisältämiä verisoluja ja -valkuaisaineita voidaan myydä korkeammalla hinnalla kuin mitä saman painon verran on maksanut kulta. Keskimääräisellä aikuisella ihmisellä on kehossaan yli 5 litraa verta, joka kuljettaa happea ja ravinteita eläviin soluihin ja poistaa niiden jätetuotteet. Se toimittaa myös immuunisoluja infektioiden torjumiseksi ja sisältää verihiutaleita, jotka voivat muodostaa tulpan vaurioituneeseen verisuoniin verenhukan estämiseksi. Verenkiertojärjestelmän kautta veri mukautuu kehon tarpeisiin. Kun harjoittelet, sydän pumppaa voimakkaammin ja nopeammin, jotta lihakset saavat enemmän verta ja siten happea. Infektion aikana veri kuljettaa enemmän immuunisoluja infektiokohtaan, jonne ne kerääntyvät torjumaan haitallisia tunkeutujia.
Veri koostuu 55 %:sti plasmasta ja 45 %:sti muodostuneista alkuaineista. Buffy coat sisältää leukosyyttejä tiivistetyssä suspensiossa, jotka ovat peräisin kokoverestä tai luuytimestä. Buffy coatin tuottaminen kokoverinäytteistä auttaa konsentroimaan suuria näytemääriä ja vähentämään jatkokäsittelyssä tapahtuvaa solujen erottelua. Plasma sisältää 91,5 % vettä, 7 % proteiineja ja 1,5 % muita liuenneita aineita. Muodostuneita osia ovat alle 1 % verihiutaleita, alle 1 % leukosyyttejä (valkosoluja) ja yli 99 % ”erytrosyyttejä” (punasoluja), jotka ihmisillä ovat tyypillisesti kaksoiskuperia kiekkoja, joissa ei ole tumia. Erytrosyytit sisältävät hemoglobiinipigmenttiä, joka antaa verelle punaisen värin, ja ne kuljettavat happea ja hiilidioksidia kudoksiin ja kudoksista. Normaali veriplasma käyttäytyy newtonilaisen nesteen tavoin fysiologisissa leikkausnopeuksissa. Normaalin veriplasman viskositeetti vaihtelee lämpötilan mukaan samalla tavalla kuin sen liuottimen veden viskositeetti; 5 °C:n lämpötilan nousu fysiologisella alueella pienentää plasman viskositeettia noin 10 %. Liuoksen osmoottinen paine määräytyy läsnä olevien hiukkasten määrän ja lämpötilan mukaan. Plasman osmoottinen paine vaikuttaa verenkierron mekaniikkaan monin tavoin. Osmoottisen paine-eron muuttuminen verisolun kalvon yli aiheuttaa veden siirtymisen ja solutilavuuden muutoksen. Muodon ja joustavuuden muutokset vaikuttavat kokoveren mekaanisiin ominaisuuksiin. Plasman osmoottisen paineen muutos muuttaa hematokriittiä eli punasolujen tilavuuspitoisuutta kokoveressä jakamalla vettä uudelleen intravaskulaarisen ja ekstravaskulaarisen tilan välillä. Tämä puolestaan vaikuttaa kokoveren mekaniikkaan. Punasolu on erittäin joustava ja muodoltaan kaksoiskupera.
Kiertoelimistö
Kiertoelimistön tehtävänä on kuljettaa verta, jotta se toimittaisi elimistön soluille O2:ta, ravintoaineita ja kemikaaleja niiden terveyden ja moitteettoman toiminnan takaamiseksi sekä poistaisi solujen jätetuotteet. Verenkiertojärjestelmä on toisiinsa kytkeytynyt putkien sarja, johon kuuluvat sydän, valtimot, mikroverenkierto ja laskimot.
Sydän on verenkiertojärjestelmän liikkeellepaneva voima, joka tuottaa sydämen tuottaman verenkierron (CO) rytmikkäästi supistumalla ja rentoutumalla. Tämä synnyttää muutoksia alueellisissa paineissa ja yhdessä sydämen ja laskimoiden monimutkaisen läppäjärjestelmän kanssa varmistaa, että veri liikkuu verenkiertojärjestelmässä yhteen suuntaan. Sydämen ”lyönti” synnyttää sykkivän verenkierron, joka johdetaan valtimoihin, mikroverenkierron läpi ja lopulta laskimoiden kautta takaisin sydämeen. Aortta, päävaltimo, lähtee vasemmasta sydämestä ja jakautuu yhä pienemmiksi valtimoiksi, kunnes niistä tulee arterioleja ja lopulta kapillaareja, joissa tapahtuu hapen siirtyminen. Kapillaarit yhdistyvät laskimoihin, joihin hapeton veri siirtyy soluista takaisin vereen, ja veri kulkee sitten takaisin laskimoverkoston kautta oikeaan sydämeen. Mikroverenkierto – valtimot, kapillaarit ja laskimot – muodostaa suurimman osan verisuoniston pinta-alasta, ja sieltä siirtyy O2, glukoosi ja entsyymisubstraatit soluihin. Laskimojärjestelmä palauttaa hapettoman veren oikeaan sydämeen, josta se pumpataan keuhkoihin hapetettavaksi ja CO2 ja muut kaasumaiset jätteet vaihdetaan ja poistetaan hengityksen aikana. Veri palaa sitten takaisin sydämen vasemmalle puolelle, jossa se aloittaa prosessin uudelleen. On selvää, että sydän, verisuonet ja keuhkot osallistuvat kaikki aktiivisesti terveiden solujen ja elinten ylläpitoon, ja ne kaikki vaikuttavat hemodynamiikkaan.
Haemodynamiikka voidaan määritellä fysikaalisiksi tekijöiksi, jotka säätelevät veren virtausta. Nämä ovat samoja fysikaalisia tekijöitä, jotka ohjaavat minkä tahansa nesteen virtausta, ja ne perustuvat fysiikan peruslakiin, nimittäin Ohmin lakiin, jonka mukaan virta (I) on yhtä suuri kuin jännite-ero (ΔV) jaettuna resistanssilla (R). Kun Ohmin laki suhteutetaan nestevirtaukseen, jännite-ero on paine-ero (ΔP; joskus kutsutaan ajopaineeksi, perfuusiopaineeksi tai painegradientiksi), vastus on verisuonen ja sen vuorovaikutuksen virtaavan veren kanssa aiheuttama virtausvastus (R), ja virta on veren virtaus (F). Tämä hemodynaaminen suhde voidaan tiivistää seuraavasti:
Veren virtaukselle verisuonessa ΔP on paine-ero minkä tahansa kahden pisteen välillä verisuonen tietyllä pituudella. Kun kuvataan elimen verenkiertoa, paine-ero ilmaistaan yleensä valtimopaineen (PA) ja laskimopaineen (PV) erotuksena. Esimerkiksi munuaisen verenkierto määräytyy munuaisvaltimon paineen, munuaislaskimon paineen ja munuaisverisuoniresistanssin perusteella.
Verenkierto sydänläpän yli noudattaa samaa suhdetta kuin verisuonessa; paine-ero on kuitenkin kaksi painetta läpän molemmin puolin. Esimerkiksi paine-ero aorttaläpän yli, joka ohjaa virtausta kyseisen läpän yli kammion ulostyönnön aikana, on kammion sisäinen paine (PIV) miinus aortan paine (PAo). Resistanssi (R) on virtausvastus, joka liittyy suurelta osin venttiilin aukon kokoon. Näin ollen aorttaläpän läpi tapahtuvaa virtausta kuvaava suhde on:
Ideaalisissa laminaarivirtausolosuhteissa, joissa verisuoniresistenssi on riippumaton virtauksesta ja paineesta, paineen, virtauksen ja resistanssin välinen suhde voidaan esittää oikealla olevassa kuvassa esitetyllä tavalla. Koska virtaus ja resistanssi ovat vastavuoroisessa suhteessa toisiinsa, resistanssin kasvu pienentää virtausta tietyllä ΔP:llä. Myös vastuksen lisääntyminen lisää ΔP:tä, kun verisuonessa tai sydänläpän yli kulkee tietty virtaus.
Vastuksen muutokset ovat ensisijainen keino, jolla verenkiertoa säädellään elimissä, koska elimistön säätömekanismit pitävät yleensä valtimo- ja laskimoverenpaineet kapealla alueella. Muutokset perfuusiopaineessa vaikuttavat kuitenkin virtaukseen, kun niitä tapahtuu.
Yllä oleva suhde osoittaa myös, että virtauksen ja perfuusiopaineen välillä on lineaarinen ja suhteellinen suhde. Tätä lineaarista suhdetta ei kuitenkaan noudateta, kun patologiset olosuhteet johtavat turbulenttiseen virtaukseen, koska turbulenssi pienentää virtausta tietyllä perfuusiopaineella. Lisäksi virtauksen sykkivä luonne suurissa valtimoissa muuttaa myös tätä suhdetta siten, että tiettyyn virtaukseen tarvitaan suurempi paine. Toisin sanoen pulsatiliteetti, kuten turbulenssi, lisää virtausvastusta.
Lähteet:
http://www.cvphysiology.com/Hemodynamics/H001.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Hemodynamics
http://www.hemodynamicsociety.org/hemodyn.html
https://teach.lanecc.edu/naylore/225Lectures/02B/L2B.html
https://teach.lanecc.edu/naylore/225Lectures/02B/L2B.html
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK2263/
https://basicmedicalkey.com/blood/
https://www.stemcell.com/how-to-prepare-a-buffy-coat.html
Toimittanut John Sandham