Hemodynamica (of hemodynamica in Brits Engels), wat letterlijk “bloedbeweging” betekent, is de studie van de bloedstroom of de bloedsomloop. Alle dierlijke cellen hebben zuurstof (O2) nodig voor de omzetting van koolhydraten, vetten en eiwitten in kooldioxide (CO2), water en energie in een proces dat aërobe ademhaling wordt genoemd.

Bloed

Bloed is een complexe vloeistof en wordt zo kostbaar geacht dat het soms “rood goud” wordt genoemd, omdat de cellen en eiwitten die het bevat voor meer kunnen worden verkocht dan de prijs van hetzelfde gewicht in goud. De gemiddelde volwassen mens heeft meer dan 5 liter bloed in zijn lichaam, dat zuurstof en voedingsstoffen naar levende cellen vervoert en hun afvalproducten afvoert. Het levert ook immuuncellen om infecties te bestrijden en bevat bloedplaatjes die een stop kunnen vormen in een beschadigd bloedvat om bloedverlies te voorkomen. Via het bloedvatenstelsel past het bloed zich aan de behoeften van het lichaam aan. Tijdens het sporten pompt het hart harder en sneller om meer bloed en dus zuurstof aan de spieren te leveren. Tijdens een infectie brengt het bloed meer immuuncellen naar de plaats van de infectie, waar ze zich ophopen om schadelijke indringers af te weren.

Bloed bestaat voor 55% uit plasma en voor 45% uit gevormde elementen. De buffy coat bevat leukocyten in een geconcentreerde suspensie, afkomstig van volbloed of beenmerg. Het genereren van een buffy coat uit volbloedmonsters helpt om grote monstervolumes te concentreren en de downstream celscheidingsbehandeling te verminderen. Het plasma bevat 91,5% water, 7% eiwitten en 1,5% andere oplosmiddelen. De gevormde elementen zijn minder dan 1% bloedplaatjes; minder dan 1% leukocyten (witte bloedcellen) en meer dan 99% ‘Erythrocyten’ (rode bloedcellen), die bij de mens typisch een biconcave schijf zonder kern zijn. Erytrocyten bevatten het pigment hemoglobine, dat de rode kleur aan het bloed geeft, en vervoeren zuurstof en kooldioxide van en naar de weefsels. Normaal bloedplasma gedraagt zich als een Newtonse vloeistof bij fysiologische afschuifsnelheden. De viscositeit van normaal plasma varieert met de temperatuur op dezelfde wijze als die van zijn oplosmiddel water; een temperatuurstijging van 5 °C in het fysiologische bereik vermindert de viscositeit van het plasma met ongeveer 10%. De osmotische druk van een oplossing wordt bepaald door het aantal aanwezige deeltjes en door de temperatuur. De osmotische druk van het plasma beïnvloedt de mechanismen van de circulatie op verschillende manieren. Een verandering van het osmotisch drukverschil over het membraan van een bloedcel veroorzaakt een verschuiving van water en een verandering van het celvolume. De veranderingen in vorm en flexibiliteit beïnvloeden de mechanische eigenschappen van volbloed. Een verandering in de osmotische druk van het plasma verandert het hematocriet, d.w.z. de volumeconcentratie van rode cellen in het volbloed door een herverdeling van water tussen de intravasculaire en extravasculaire ruimten. Dit beïnvloedt op zijn beurt het mechanisme van het gehele bloed. De rode bloedcel is zeer flexibel en biconcaaf van vorm.

De bloedsomloop

De bloedsomloop heeft als functie het bloed te transporteren om O2, voedingsstoffen en chemicaliën aan de cellen van het lichaam te leveren om hun gezondheid en goede werking te waarborgen, en de cellulaire afvalproducten te verwijderen. Het bloedvatenstelsel is een aaneengesloten reeks buizen, die het hart, de slagaders, de microcirculatie en de aders omvat.

Het hart is de motor van het bloedvatenstelsel en genereert cardiale output (CO) door ritmisch samentrekken en ontspannen. Dit veroorzaakt veranderingen in de regionale druk en zorgt er, in combinatie met een complex valvulair systeem in het hart en de aderen, voor dat het bloed zich in één richting door de bloedsomloop verplaatst. Het “kloppen” van het hart genereert een pulserende bloedstroom die naar de slagaders wordt geleid, door de microcirculatie en uiteindelijk via het veneuze systeem weer terug naar het hart. De aorta, de hoofdslagader, verlaat het linkerhart en splitst zich op in steeds kleinere slagaders, totdat zij arteriolen worden en uiteindelijk haarvaten, waar de zuurstofoverdracht plaatsvindt. De haarvaten staan in verbinding met de venulen, waarin het zuurstofarme bloed uit de cellen terugvloeit in het bloed, en het bloed gaat dan via het netwerk van aderen terug naar de rechterharthelft. De microcirculatie – de arteriolen, capillairen en venulen – beslaat het grootste deel van het vaatstelsel en is de plaats waar O2, glucose en enzymsubstraten in de cellen worden gebracht. Het veneuze systeem voert het zuurstofarme bloed terug naar de rechterharthelft, waar het naar de longen wordt gepompt om zuurstof te krijgen en waar CO2 en andere gasvormige afvalstoffen worden uitgewisseld en afgevoerd tijdens de ademhaling. Het bloed keert dan terug naar de linkerzijde van het hart waar het proces opnieuw begint. Het is duidelijk dat het hart, de vaten en de longen alle actief betrokken zijn bij het gezond houden van cellen en organen, en dat zij alle van invloed zijn op de hemodynamica.

Haemodynamica kan worden gedefinieerd als de fysische factoren die de bloedstroom regelen. Dit zijn dezelfde fysische factoren die de stroming van elke vloeistof bepalen, en zijn gebaseerd op een fundamentele natuurkundige wet, namelijk de wet van Ohm, die stelt dat stroom (I) gelijk is aan het spanningsverschil (ΔV) gedeeld door weerstand (R). Bij het relateren van de wet van Ohm aan de vloeistofstroom is het spanningsverschil het drukverschil (ΔP; soms ook aandrijvende druk, perfusiedruk of drukgradiënt genoemd), is de weerstand de stromingsweerstand (R) die door het bloedvat en zijn interacties met het stromende bloed wordt geboden, en is de stroom de bloedstroom (F). Deze hemodynamische relatie kan worden samengevat door:

Voor de bloedstroom in een bloedvat is ΔP het drukverschil tussen twee willekeurige punten langs een gegeven lengte van het bloedvat. Wanneer de bloedstroom voor een orgaan wordt beschreven, wordt het drukverschil meestal uitgedrukt als het verschil tussen de arteriële druk (PA) en de veneuze druk (PV). De bloedstroom voor de nier wordt bijvoorbeeld bepaald door de druk in de nierslagader, de druk in de nierader en de weerstand van de niervaten.

De bloedstroom over een hartklep volgt dezelfde relatie als voor een bloedvat; het drukverschil is echter de twee drukken aan weerszijden van de klep. Het drukverschil over de aortaklep bijvoorbeeld, dat de stroming over die klep tijdens de ventriculaire ejectie aandrijft, is de intraventriculaire druk (PIV) min de aortadruk (PAo). De weerstand (R) is de weerstand tegen de stroming die voor een groot deel gerelateerd is aan de grootte van de klepopening. Daarom is de relatie die de stroming over de aortaklep beschrijft:

Onder ideale laminaire stromingsomstandigheden, waarbij de vasculaire weerstand onafhankelijk is van de stroming en de druk, kan de relatie tussen druk, stroming en weerstand worden weergegeven zoals in de figuur hiernaast is aangegeven. Omdat debiet en weerstand wederkerig zijn, vermindert een toename van de weerstand het debiet bij een gegeven ΔP. Ook neemt bij een gegeven flow langs een bloedvat of over een hartklep de ΔP toe door een toename van de weerstand.

Wijzigingen in de weerstand zijn het belangrijkste middel waarmee de bloedstroom in organen wordt geregeld, omdat controlemechanismen in het lichaam de arteriële en veneuze bloeddruk in het algemeen binnen een smal bereik houden. Veranderingen in de perfusiedruk zullen echter, wanneer zij zich voordoen, van invloed zijn op de doorstroming.

De bovenstaande relatie geeft ook aan dat er een lineair en evenredig verband bestaat tussen de doorstroming en de perfusiedruk. Dit lineaire verband wordt echter niet gevolgd wanneer pathologische omstandigheden tot turbulente stroming leiden, omdat turbulentie de stroming bij elke gegeven perfusiedruk vermindert. Bovendien verandert deze relatie ook door het pulserende karakter van de doorstroming in grote slagaders, zodat voor een bepaalde doorstroming een hogere druk nodig is. Met andere woorden, pulsatiliteit verhoogt, net als turbulentie, de weerstand tegen de doorstroming.
Bronnen:
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

Geredigeerd door John Sandham