Hemodynamik (eller hemodynamik på brittisk engelska), som bokstavligen betyder ”blodrörelse”, är studiet av blodflödet eller cirkulationen. Alla djurceller behöver syre (O2) för att omvandla kolhydrater, fetter och proteiner till koldioxid (CO2), vatten och energi i en process som kallas aerob andning.
Blod
Blod är en komplex vätska och anses vara så värdefull att den ibland kallas ”rött guld”, eftersom cellerna och proteinerna som den innehåller kan säljas för mer än vad samma vikt i guld kostar. En genomsnittlig vuxen människa har mer än 5 liter blod i kroppen som transporterar syre och näringsämnen till levande celler och tar bort deras avfallsprodukter. Det levererar också immunceller för att bekämpa infektioner och innehåller blodplättar som kan bilda en propp i ett skadat blodkärl för att förhindra blodförlust. Genom cirkulationssystemet anpassar sig blodet till kroppens behov. Vid träning pumpar hjärtat hårdare och snabbare för att ge mer blod och därmed syre till musklerna. Under en infektion levererar blodet fler immunceller till infektionsstället, där de ansamlas för att avvärja skadliga inkräktare.
Blodet består av 55 % plasma och 45 % bildade element. Buffy coat innehåller leukocyter i en koncentrerad suspension som har sitt ursprung i helblod eller benmärg. Att generera en buffy coat från helblodsprover bidrar till att koncentrera stora provvolymer och minska hanteringen av cellseparation i efterföljande led. Plasman innehåller 91,5 % vatten, 7 % proteiner och 1,5 % andra lösningsmedel. De bildade beståndsdelarna är mindre än 1 % trombocyter, mindre än 1 % leukocyter (vita blodkroppar) och mer än 99 % erytrocyter (röda blodkroppar), som hos människor vanligtvis är en bikonkav skiva utan kärna. Erytrocyterna innehåller pigmentet hemoglobin, som ger blodet den röda färgen, och transporterar syre och koldioxid till och från vävnaderna. Normal blodplasma beter sig som en Newtonsk vätska vid fysiologiska skjuvningshastigheter. Viskositeten hos normal plasma varierar med temperaturen på samma sätt som viskositeten hos dess lösningsmedel vatten. En temperaturökning på 5 °C inom det fysiologiska området minskar plasmaviskositeten med cirka 10 %. Det osmotiska trycket i en lösning bestäms av antalet närvarande partiklar och av temperaturen. Plasmatrycket påverkar cirkulationens mekanik på flera sätt. En ändring av den osmotiska tryckskillnaden över en blodcells membran orsakar en förskjutning av vatten och en förändring av cellvolymen. Förändringarna i form och flexibilitet påverkar de mekaniska egenskaperna hos helblodet. En förändring av det osmotiska trycket i plasma ändrar hematokriten, dvs. volymkoncentrationen av röda blodkroppar i helblodet genom att vatten omfördelas mellan de intravaskulära och extravaskulära utrymmena. Detta påverkar i sin tur helblodets mekanik. Den röda blodkroppen är mycket flexibel och bikonkav till formen.
Cirkulationssystemet
Cirkulationssystemet fungerar för att transportera blodet för att leverera O2, näringsämnen och kemikalier till kroppens celler för att säkerställa deras hälsa och korrekta funktion, och för att avlägsna de cellulära avfallsprodukterna. Cirkulationssystemet är en sammankopplad serie rör som omfattar hjärtat, artärerna, mikrocirkulationen och venerna.
Hjärtat är cirkulationssystemets drivkraft som genererar hjärtminutvolym (CO) genom att rytmiskt kontrahera och slappna av. Detta skapar förändringar i det regionala trycket och i kombination med ett komplext klaffsystem i hjärtat och venerna ser det till att blodet rör sig runt i cirkulationssystemet i en riktning. Hjärtats ”slag” genererar ett pulserande blodflöde som leds in i artärerna, genom mikrocirkulationen och slutligen tillbaka via vensystemet till hjärtat. Aorta, huvudartären, lämnar det vänstra hjärtat och fortsätter att dela sig i allt mindre artärer tills de blir arterioler och så småningom kapillärer, där syreöverföringen sker. Kapillärerna ansluter till venoler, i vilka det syrefria blodet passerar från cellerna tillbaka till blodet, och blodet färdas sedan tillbaka genom nätverket av vener till höger hjärta. Mikrocirkulationen – arterioler, kapillärer och venoler – utgör större delen av kärlsystemets yta och är platsen för överföring av syre, glukos och enzymsubstrat till cellerna. Vensystemet återför det syrefria blodet till högerhjärtat där det pumpas in i lungorna för att syresättas och koldioxid och andra gasformiga avfallsprodukter byts ut och stöts ut under andningen. Blodet återvänder sedan till den vänstra sidan av hjärtat där det börjar processen igen. Det är tydligt att hjärtat, kärlen och lungorna alla är aktivt involverade i upprätthållandet av friska celler och organ, och alla påverkar hemodynamiken.
Hämodynamik kan definieras som de fysiska faktorer som styr blodflödet. Det är samma fysiska faktorer som styr flödet av vilken vätska som helst, och de bygger på en grundläggande fysikalisk lag, nämligen Ohm’s lag, som säger att strömmen (I) är lika med spänningsskillnaden (ΔV) dividerad med motståndet (R). När Ohm’s lag relateras till vätskeflöde är spänningsdifferensen tryckskillnaden (ΔP; kallas ibland drivande tryck, perfusionstryck eller tryckgradient), motståndet är det flödesmotstånd (R) som erbjuds av blodkärlet och dess interaktioner med det strömmande blodet, och strömmen är blodflödet (F). Detta hemodynamiska förhållande kan sammanfattas med:
För blodflödet i ett blodkärl är ΔP tryckskillnaden mellan två punkter längs en given längd av kärlet. När man beskriver blodflödet för ett organ uttrycks tryckskillnaden i allmänhet som skillnaden mellan det arteriella trycket (PA) och det venösa trycket (PV). Exempelvis bestäms blodflödet för njuren av njurartärtrycket, njurvenetrycket och njurkärlmotståndet.
Blodflödet över en hjärtklaff följer samma förhållande som för ett blodkärl; tryckskillnaden är dock de två trycken på vardera sidan av klaffen. Till exempel är tryckskillnaden över aortaklaffen som driver flödet över den klaffen under ventrikelutstötning det intraventrikulära trycket (PIV) minus det aortiska trycket (PAo). Motståndet (R) är det motstånd mot flödet som till stor del är relaterat till storleken på ventilöppningen. Därför är förhållandet som beskriver flödet över aortaklaffen:
Under ideala laminära flödesförhållanden, där det vaskulära motståndet är oberoende av flödet och trycket, kan förhållandet mellan tryck, flöde och motstånd avbildas enligt figuren till höger. Eftersom flöde och motstånd är ömsesidigt relaterade, minskar en ökning av motståndet flödet vid varje givet ΔP. Dessutom, vid ett givet flöde längs ett blodkärl eller över en hjärtklaff, ökar en ökning av motståndet ΔP.
Förändringar i motståndet är det primära sättet genom vilket blodflödet regleras i organ eftersom kontrollmekanismerna i kroppen generellt sett upprätthåller det arteriella och venösa blodtrycket inom ett smalt intervall. Förändringar i perfusionstrycket, när de inträffar, kommer dock att påverka flödet.
Ovanstående förhållande visar också att det finns ett linjärt och proportionellt förhållande mellan flödet och perfusionstrycket. Detta linjära förhållande följs dock inte när patologiska förhållanden leder till turbulent flöde, eftersom turbulens minskar flödet vid ett givet perfusionstryck. Dessutom ändrar det pulserande flödet i stora artärer också detta förhållande så att det krävs högre tryck för ett givet flöde. Med andra ord ökar pulsatilitet, liksom turbulens, flödesmotståndet.
Källor:
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
Redigerat av John Sandham