Hemodynamika (lub hemodynamika w British English), co oznacza dosłownie „ruch krwi” jest badaniem przepływu krwi lub krążenia. Wszystkie komórki zwierzęce wymagają tlenu (O2) do przekształcania węglowodanów, tłuszczów i białek w dwutlenek węgla (CO2), wodę i energię w procesie znanym jako oddychanie tlenowe.

Krew

Krew jest złożoną cieczą i jest uważana za tak cenną, że czasami nazywa się ją „czerwonym złotem”, ponieważ komórki i białka, które zawiera, można sprzedać za więcej niż koszt tej samej wagi w złocie. Przeciętny dorosły człowiek posiada ponad 5 litrów krwi w swoim organizmie, która przenosi tlen i składniki odżywcze do żywych komórek i zabiera ich produkty odpadowe. Dostarcza ona również komórki odpornościowe do zwalczania infekcji i zawiera płytki krwi, które mogą utworzyć korek w uszkodzonym naczyniu krwionośnym, aby zapobiec utracie krwi. Poprzez układ krążenia, krew dostosowuje się do potrzeb organizmu. Podczas wysiłku fizycznego serce pompuje mocniej i szybciej, aby dostarczyć więcej krwi, a tym samym tlenu do mięśni. Podczas infekcji krew dostarcza więcej komórek odpornościowych do miejsca zakażenia, gdzie gromadzą się one, aby odeprzeć szkodliwych najeźdźców.

Krew składa się w 55% z osocza i w 45% z elementów formowanych. Płaszcz błoniasty zawiera leukocyty w postaci stężonej zawiesiny, pochodzące z krwi pełnej lub szpiku kostnego. Wytworzenie powłoki zbuforowanej z próbek krwi pełnej pomaga skoncentrować duże objętości próbek i ograniczyć dalsze czynności związane z separacją komórek. Osocze zawiera 91,5% wody, 7% białek i 1,5% innych rozpuszczalników. Powstałe elementy to mniej niż 1% płytek krwi; mniej niż 1% leukocytów (białych krwinek) i ponad 99% erytrocytów (czerwonych krwinek), które u ludzi są zazwyczaj dwuwklęsłymi dyskami bez jądra. Erytrocyty zawierają barwnik hemoglobinę, która nadaje krwi czerwony kolor, oraz transportują tlen i dwutlenek węgla do i z tkanek. Normalne osocze krwi zachowuje się jak płyn newtonowski przy fizjologicznych prędkościach ścinania. Lepkość normalnego osocza zmienia się w zależności od temperatury w taki sam sposób, jak lepkość jego rozpuszczalnika – wody; wzrost temperatury o 5°C w zakresie fizjologicznym zmniejsza lepkość osocza o około 10%. Ciśnienie osmotyczne roztworu zależy od liczby obecnych w nim cząsteczek oraz od temperatury. Ciśnienie osmotyczne osocza wpływa na mechanikę krążenia na kilka sposobów. Zmiana różnicy ciśnienia osmotycznego przez błonę komórki krwi powoduje przesunięcie wody i zmianę objętości komórki. Zmiany kształtu i elastyczności wpływają na właściwości mechaniczne całej krwi. Zmiana ciśnienia osmotycznego w osoczu krwi zmienia hematokryt, czyli stężenie objętościowe krwinek czerwonych w krwi pełnej poprzez redystrybucję wody pomiędzy przestrzenią wewnątrznaczyniową i pozanaczyniową. To z kolei wpływa na mechanikę całej krwi. Krwinka czerwona jest bardzo elastyczna i ma kształt dwuwklęsły.

Układ krążenia

Układ krążenia pełni funkcję transportową krwi w celu dostarczenia O2, składników odżywczych i substancji chemicznych do komórek organizmu, aby zapewnić im zdrowie i prawidłowe funkcjonowanie, oraz w celu usunięcia produktów odpadowych z komórek. Układ krążenia jest połączoną serią rur, która obejmuje serce, tętnice, mikrokrążenie i żyły.

Serce jest kierowcą układu krążenia generującego rzut serca (CO) poprzez rytmiczne kurczenie się i rozkurczanie. To powoduje zmiany w ciśnieniach regionalnych, a w połączeniu ze złożonym systemem zastawek w sercu i żyłach, zapewnia, że krew porusza się po układzie krążenia w jednym kierunku. Bicie serca generuje pulsacyjny przepływ krwi, która jest odprowadzana do tętnic, przez mikrokrążenie i ostatecznie przez układ żylny z powrotem do serca. Aorta, główna tętnica, opuszcza lewe serce i dzieli się na coraz mniejsze tętniczki, aż do tętniczek, a w końcu naczyń włosowatych, w których odbywa się przenoszenie tlenu. Naczynia włosowate łączą się z żyłami, do których odtlenowana krew przechodzi z komórek z powrotem do krwi, a następnie krew powraca przez sieć żył do prawego serca. Mikrokrążenie – tętniczki, naczynia włosowate i żyłki – stanowi większość powierzchni układu naczyniowego i jest miejscem przenoszenia O2, glukozy i substratów enzymatycznych do komórek. System żylny zwraca odtlenioną krew do prawego serca, gdzie jest ona pompowana do płuc, gdzie zostaje natleniona, a CO2 i inne odpady gazowe są wymieniane i wydalane podczas oddychania. Następnie krew powraca do lewej części serca, gdzie rozpoczyna proces od nowa. Najwyraźniej serce, naczynia i płuca są aktywnie zaangażowane w utrzymanie zdrowych komórek i narządów, i wszystkie wpływają na hemodynamikę.

Haemodynamikę można zdefiniować jako czynniki fizyczne, które rządzą przepływem krwi. Są to te same czynniki fizyczne, które rządzą przepływem każdego płynu i opierają się na podstawowym prawie fizyki, a mianowicie prawie Ohma, które stwierdza, że prąd (I) równa się różnicy napięcia (ΔV) podzielonej przez opór (R). W odniesieniu do prawa Ohma do przepływu płynów, różnica napięć jest różnicą ciśnień (ΔP; czasami nazywana ciśnieniem napędowym, ciśnieniem perfuzyjnym lub gradientem ciśnień), opór jest oporem dla przepływu (R) oferowanym przez naczynie krwionośne i jego interakcje z przepływającą krwią, a prąd jest przepływem krwi (F). Tę zależność hemodynamiczną można podsumować następująco:

Dla przepływu krwi w naczyniu krwionośnym, ΔP jest różnicą ciśnienia pomiędzy dwoma dowolnymi punktami na danej długości naczynia. Przy opisie przepływu krwi dla danego narządu, różnica ciśnień jest zazwyczaj wyrażana jako różnica pomiędzy ciśnieniem tętniczym (PA) a ciśnieniem żylnym (PV). Na przykład, przepływ krwi dla nerki jest określany przez ciśnienie w tętnicy nerkowej, ciśnienie w żyle nerkowej i opór naczyniowy nerki.

Przepływ krwi przez zastawkę serca jest zgodny z tą samą zależnością, co w przypadku naczynia krwionośnego; jednak różnica ciśnień to dwa ciśnienia po obu stronach zastawki. Na przykład różnica ciśnień przez zastawkę aortalną, która napędza przepływ przez tę zastawkę podczas wyrzutu z komory, to ciśnienie śródkomorowe (PIV) minus ciśnienie aortalne (PAo). Opór (R) to opór dla przepływu, który jest w dużej mierze związany z wielkością otworu zastawki. Dlatego zależność opisująca przepływ przez zastawkę aortalną wynosi:

W idealnych warunkach przepływu laminarnego, w których opór naczyniowy jest niezależny od przepływu i ciśnienia, zależność pomiędzy ciśnieniem, przepływem i oporem można przedstawić w sposób przedstawiony na rysunku po prawej stronie. Ponieważ przepływ i opór są wzajemnie powiązane, wzrost oporu zmniejsza przepływ przy każdym danym ΔP. Ponadto, przy każdym danym przepływie wzdłuż naczynia krwionośnego lub przez zastawkę serca, wzrost oporu zwiększa ΔP.

Zmiany oporu są podstawowym sposobem regulacji przepływu krwi w narządach, ponieważ mechanizmy kontrolne w organizmie na ogół utrzymują ciśnienie tętnicze i żylne krwi w wąskim zakresie. Jednakże zmiany ciśnienia perfuzyjnego, gdy wystąpią, będą miały wpływ na przepływ.

Powyższa zależność wskazuje również, że istnieje liniowa i proporcjonalna zależność między przepływem a ciśnieniem perfuzyjnym. Ta liniowa zależność nie jest jednak przestrzegana, gdy warunki patologiczne prowadzą do przepływu turbulentnego, ponieważ turbulencja zmniejsza przepływ przy każdym danym ciśnieniu perfuzyjnym. Co więcej, pulsacyjna natura przepływu w dużych tętnicach również zmienia tę zależność, tak że dla danego przepływu wymagane jest większe ciśnienie. Innymi słowy, pulsacyjność, podobnie jak turbulencja, zwiększa opór dla przepływu.
Źródła:
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

Edited by John Sandham

.