A hemodinamika (vagy angolul haemodynamics), azaz szó szerint “vérmozgás” a véráramlás vagy a keringés tanulmányozása. Minden állati sejtnek oxigénre (O2) van szüksége a szénhidrátok, zsírok és fehérjék szén-dioxiddá (CO2), vízzé és energiává történő átalakításához az aerob légzésnek nevezett folyamat során.

Vér

A vér egy összetett folyadék, és olyan értékesnek tartják, hogy néha “vörös aranynak” nevezik, mert a benne lévő sejteket és fehérjéket többért lehet eladni, mint amennyiért ugyanolyan súlyú aranyba kerül. Egy átlagos felnőtt ember testében több mint 5 liter vér található, amely oxigént és tápanyagokat szállít az élő sejtekhez, és elszállítja a salakanyagokat. Emellett immunsejteket is szállít a fertőzések leküzdésére, és vérlemezkéket tartalmaz, amelyek a vérveszteség megelőzése érdekében dugót képezhetnek egy sérült véredényben. A keringési rendszeren keresztül a vér alkalmazkodik a szervezet igényeihez. Edzés közben a szív erősebben és gyorsabban pumpál, hogy több vért és ezáltal oxigént juttasson az izmokhoz. Fertőzés során a vér több immunsejtet szállít a fertőzés helyére, ahol azok felhalmozódnak, hogy elhárítsák a káros behatolókat.

A vér 55%-ban plazmából és 45%-ban képződött elemekből áll. A buffy coat leukocitákat tartalmaz koncentrált szuszpenzióban, amelyek teljes vérből vagy csontvelőből származnak. A buffy coat teljes vérmintákból történő előállítása segít a nagy mintamennyiségek koncentrálásában és a későbbi sejtszeparációs kezelés csökkentésében. A plazma 91,5% vizet, 7% fehérjéket és 1,5% egyéb oldott anyagokat tartalmaz. A képződött elemek kevesebb mint 1%-a vérlemezke; kevesebb mint 1%-a leukocita (fehérvérsejt) és több mint 99%-a “eritrocita” (vörösvérsejt), amelyek az emberben jellemzően egy mag nélküli, bikonkáv korongot alkotnak. Az eritrociták a hemoglobin nevű pigmentet tartalmazzák, amely a vér vörös színét adja, és oxigént és szén-dioxidot szállít a szövetekbe és a szövetekből. A normál vérplazma fiziológiás nyírási sebességnél newtoni folyadékként viselkedik. A normál vérplazma viszkozitása a hőmérséklet függvényében ugyanúgy változik, mint az oldószer vízé; a fiziológiás tartományban a hőmérséklet 5 °C-os emelkedése körülbelül 10%-kal csökkenti a plazma viszkozitását. Az oldat ozmotikus nyomását a jelen lévő részecskék száma és a hőmérséklet határozza meg. A plazma ozmotikus nyomása többféleképpen befolyásolja a keringés mechanikáját. A vérsejtek membránján keresztüli ozmotikus nyomáskülönbség megváltozása a víz eltolódását és a sejttérfogat változását okozza. Az alak és a rugalmasság megváltozása befolyásolja a teljes vér mechanikai tulajdonságait. A plazma ozmotikus nyomásának változása megváltoztatja a hematokritet, azaz a vörösvértestek térfogati koncentrációját a teljes vérben azáltal, hogy a víz átrendeződik az intravaszkuláris és az extravaszkuláris tér között. Ez viszont befolyásolja az egész vér mechanikáját. A vörösvértest rendkívül rugalmas és bikonkáv alakú.

A keringési rendszer

A keringési rendszer feladata a vér szállítása, hogy O2-t, tápanyagokat és vegyi anyagokat juttasson a szervezet sejtjeihez, hogy biztosítsa azok egészségét és megfelelő működését, valamint eltávolítsa a sejtek salakanyagait. A keringési rendszer egy összefüggő csőrendszer, amely magában foglalja a szívet, az artériákat, a mikrocirkulációt és a vénákat.

A szív a keringési rendszer mozgatója, amely a szív teljesítményét (CO) ritmikus összehúzódással és ellazulással állítja elő. Ez változásokat hoz létre a regionális nyomásokban, és a szív és a vénák összetett billentyűrendszerével kombinálva biztosítja, hogy a vér egy irányban mozogjon a keringési rendszerben. A szív “dobogása” pulzáló véráramlást hoz létre, amely az artériákba, a mikrocirkuláción keresztül az artériákba, majd végül a vénás rendszeren keresztül vissza a szívbe áramlik. Az aorta, a főartéria, elhagyja a bal szívféltekét, és egyre kisebb és kisebb artériákra oszlik, amíg arteriolákká, végül pedig kapillárisokká nem alakulnak, ahol az oxigénszállítás történik. A kapillárisok vénákhoz csatlakoznak, amelyekbe az oxigénmentes vér a sejtekből visszajut a vérbe, majd a vér a vénák hálózatán keresztül visszakerül a jobb szívfélbe. A mikrokeringés – az arteriolák, a kapillárisok és a venulák – alkotják az érrendszer területének nagy részét, és itt történik az O2, a glükóz és az enzimszubsztrátok sejtekbe való bejutása. A vénás rendszer az oxigénmentes vért a jobb szívfélbe juttatja vissza, ahonnan a tüdőbe pumpálja, hogy oxigénnel telítődjön, a CO2 és más gáznemű hulladékok pedig a légzés során kicserélődjenek és távozzanak. A vér ezután visszatér a bal oldali szívbe, ahol a folyamat újra kezdődik. Nyilvánvaló, hogy a szív, az erek és a tüdő mind aktívan részt vesznek az egészséges sejtek és szervek fenntartásában, és mind befolyásolják a hemodinamikát.

A hemodinamikát úgy határozhatjuk meg, mint a véráramlást szabályozó fizikai tényezőket. Ezek ugyanazok a fizikai tényezők, amelyek bármely folyadék áramlását irányítják, és a fizika egyik alapvető törvényén alapulnak, nevezetesen Ohm törvényén, amely kimondja, hogy az áram (I) egyenlő a feszültségkülönbség (ΔV) és az ellenállás (R) hányadosával. Ohm törvényét a folyadékáramlásra vonatkoztatva a feszültségkülönbség a nyomáskülönbség (ΔP; néha vezető nyomásnak, perfúziós nyomásnak vagy nyomásgradiensnek nevezik), az ellenállás az ér és az áramló vérrel való kölcsönhatása által az áramlásnak nyújtott ellenállás (R), az áram pedig a véráramlás (F). Ez a hemodinamikai összefüggés a következőképpen foglalható össze:

A vér érben történő áramlása esetén a ΔP az ér adott hossza mentén bármely két pont közötti nyomáskülönbség. Egy szerv véráramlásának leírásakor a nyomáskülönbséget általában az artériás nyomás (PA) és a vénás nyomás (PV) különbségeként fejezik ki. Például a vese véráramlását a vese artériás nyomása, a vese vénás nyomása és a vese érellenállása határozza meg.

A szívbillentyűn keresztüli véráramlás ugyanazt az összefüggést követi, mint egy ér esetében; a nyomáskülönbség azonban a billentyű két oldalán lévő két nyomás. Például az aortabillentyűn keresztüli nyomáskülönbség, amely a kamrai kilökődés során a billentyűn keresztüli áramlást hajtja, az intraventrikuláris nyomás (PIV) mínusz az aorta nyomás (PAo). Az ellenállás (R) az áramlással szembeni ellenállás, amely nagyrészt a billentyűnyílás méretével függ össze. Ezért az aortabillentyűn keresztüli áramlást leíró összefüggés:

Az ideális lamináris áramlási körülmények között, ahol az érellenállás független az áramlástól és a nyomástól, a nyomás, az áramlás és az ellenállás közötti összefüggés a jobb oldali ábrán látható módon ábrázolható. Mivel az áramlás és az ellenállás kölcsönösen összefügg, az ellenállás növekedése csökkenti az áramlást bármely adott ΔP mellett. Továbbá, bármely adott áramlásnál egy ér mentén vagy egy szívbillentyűn keresztül az ellenállás növekedése növeli a ΔP-t.

Az ellenállás változása az elsődleges eszköz, amellyel a véráramlás a szerveken belül szabályozható, mivel a testben lévő szabályozó mechanizmusok általában egy szűk tartományon belül tartják az artériás és vénás vérnyomást. A perfúziós nyomás változásai azonban, ha bekövetkeznek, befolyásolják az áramlást.

A fenti összefüggés azt is jelzi, hogy az áramlás és a perfúziós nyomás között lineáris és arányos kapcsolat van. Ez a lineáris kapcsolat azonban nem követhető, ha a kóros körülmények turbulens áramláshoz vezetnek, mert a turbulencia csökkenti az áramlást bármely adott perfúziós nyomás mellett. Továbbá a nagy artériákban az áramlás pulzáló jellege is megváltoztatja ezt az összefüggést, így adott áramláshoz nagyobb nyomás szükséges. Más szóval, a pulzativitás, akárcsak a turbulencia, növeli az áramlási ellenállást.
Források:
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://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK2263/
https://basicmedicalkey.com/blood/
https://www.stemcell.com/how-to-prepare-a-buffy-coat.html

Szerkesztette: John Sandham