007-dolasim-biyofizigi-pdf
advertisement
DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ Prof. Dr. Selmin TOPLAN 348 Selmin TOPLAN İÇİNDEKİLER 1. Dolaşımın Sisteminin Fonksiyonu 2. Hemodinamiğin Temel Prensipleri 2.1. Kan Akımında Fizik Kurallar 2.2. Dolaşımda Kinetik Enerji 3. Kalp Siklusu 3.1. Kalbin Yaptığı İş, Kalbin Gücü 3.2. Dolaşımda Hidrostatik Faktör 3.3. Kan Basıncının Ölçülmesi 3.4. Kan Debisinin Ölçüm Yöntemleri 3.5. Kan Akımının Ölçülmesi DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ Prof. Dr. Selmin TOPLAN 1. DOLAŞIM SiSTEMiNiN FONKSiYONU Dolaşım sisteminin fonksiyonu hücresel yaşam için uygun bir çevreyi sağlamaktır. Oksijen ve karbondioksit taşınması, besin ve hormonların transportu ve işe yaramayan atıkların atılması ısı ve kütle transferi, organ gereksinimlerine göre kanın yeniden dağıtılması, yabancı maddelere karşı defans yapan hücrelerin taşınmasında önemli rol oynar. Dolaşım sistemi 3 komponentten oluşur. 1-Kan 2-Kalp 3-Damarlar - Kan kompleks bir sıvı olup madde transportu için ortam hazırlar. Tüm kan hacminin %40-45’i kan hücrelerinden oluşmuştur. Kan hücreleri plazma içinde süspande durumdadır. Eritrositler O2 transportu yapan hücreler, lökositler yabancı maddelere karşı savunma yapan hücreler, trombositler ise hemostasisi koruyan kan hücreleridir. Kan hacminin fraksiyonu olan hematokrit (% Hct) önemli bir klinik parametredir. Hct=hücre hacmi/total kan hacmi’dir. Plazma elektrolit ve proteinlerin oluşturduğu kompleks bir çözeltidir. Albümin, fibrinojen ve globulin gibi farklı yapıdaki proteinler, pıhtılaşma ya da immün/defans reaksiyonlarına katılırlar. - Kalp devamlı akımı sağlayan çift yönlü bir pompa gibidir. Kalp, kimyasal enerjiyi kasılma mekanik enerjisine çevirir ve sonunda bu enerjiyi kana 350 Selmin TOPLAN hidrodinamik ve hidrostatik enerji biçiminde naklederek dolaşımı sağlar. Hidrodinamik enerji, hareketli sıvıların kinetik enerjisidir. Hidrostatik enerji, sıvının bulunduğu durumdan ötürü sahip olduğu bir potansiyel enerjidir. Kalp kana kinetik enerji sağlayarak hareket ettirir. - Damarlar seri ve paralel bağlı elektrik devrelerine benzerler. Sistemik dolaşımdaki damarların relatif boyutları ve yapıları birbirinden farklıdır (Tablo 1). Tablo 1: Damarların relatif boyutları Çap Damar kalınlığı Damar kalınlığı lümen yarıçapı Aorta 2 cm 2 mm 1/5 Büyük arterler 4 mm 1 mm 1/2 Arteriyoller 50 m 20 m >1 Kapillerler 8 m 1 m 1/4 Venüller 40 m 2 m 1/10 Büyük venler 1.5mm 5 m 1/5 3cm 1.5 mm 1/10 Damarlar Vena cava Damar elementleri; kasılması, spesifik damar fonksiyonuna bağlıdır. Temel a- Endotel hücreler: Bütün dolaşım sistemince uzanır, değiş tokuş için bir bariyer oluşturur. Damar düz kasının fonksiyonuna katılır ve vazoaktif ajanları üretir. b- Damar düz kası: Kontraktil elementtir. Damar çapının değişmesini sağlar. c- Elastin lifler: Elastisite ve enerji korunmasını sağlarlar. d- Kollajen lifler: Gerilmeye karşı direnç ve güç sağlarlar. Aorta ve büyük arterler enerji korunumu ve kan dağıtımını sağlarlar. Küçük arterler ve arterioller kan akışını ve prekapiller direnci kontrol ederler. Güçlü kas tabakası ile birkaç kat genişleyebilme özelliği sayesinde dokuların kan DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 351 gereksinimini sağlarlar. Kapillerler, çözünmüş madde ve su değiş tokuşunun, difüzyon ve ultrafiltrasyonun olduğu yerlerdir. Venüller ve venler kapasitans damarlardır. Kalbe dönecek kanın biriktirilmesi ve kapasitansı sağlarlar. Arteriyovenöz (AV) anestomozlar, arterlerden venlere direkt geçişte rol alırlar. Lenfatikler lenf toplanması, filtrasyon ve büyük lenflere lenf götürürler. 2 ayrı dolaşım sistemi vardır. Sistemik dolaşım, yüksek basınç ve yüksek direnç ile tanımlanır. Pulmoner dolaşım düşük basınç ve düşük dirençlidir. Kalp dört odacıktan oluşmuştur. Sağ atrium & ventrikül Sol atrium & ventrikül 1-Atriumlar ince duvarlı olup, dolaşımdan dönen kanı alır ve ventriküllere aktarırlar. 2-Ventriküller daha kalın duvarlıdır. Kanı dolaşıma pompalarlar. Ventrikülden dakikada pompalanan kan miktarı kardiak output (kalp çıktısı) ~5 litre/dakikadır. Dolaşımın belirli bir noktasından belirli bir zaman içinde geçen kan miktarıdır. Kalp debisi olarak da ifade edilir. Kardiak output (CO) her vurumda fırlatılan kan hacmine (SV) ve dakikadaki kalp vurumuna (HR) bağlıdır. CO = SV x HR SV = Hacim / vurum HR = Vurum /dakika CO = Hacim /dakika Sağ ve sol kalp her dakikada eşit miktarda kanı dolaşım sistemine pompalar. CO Sağ kalp = CO Sol kalp Tablo 2’de görüldüğü gibi vücuttaki bütün organların kan akımı organ ve dokuların gereksinimlerine ve aktivitelerine bağlı olarak düzenlenmektedir. Oksijen gereksinimi ve kanın paylaşılması arasında sıkı bir ilişki söz konusu değildir. Oksijen gereksinimi en fazla olan beyin hücreleridir. Kan akımı kısa bir süre kesildiğinde geri dönüşümsüz olaylar ortaya çıkar Oysa iskelet kaslarına uzun süre kan akımı kesilse bile büyük bir hasar gözlenmez. İskelet kaslarının 352 Selmin TOPLAN dinlenim durumunda aktiviteleri çok düşük olduğu için kan akımı da düşüktür. Ağır egzersizlerde metabolik aktivite arttığı için kan akımı da artar. Tablo 2: İstirahatte çeşitli organ ve dokulardaki kan dağılımı Organ ml/dak. Beyin 650 (%13) Kalp 215 ( %4) İskelet kasları 1030 (%20) Deri 430 (%9) Böbrek 950 (%20) Abdominal organlar 1200 (%24) Diğer 525 (%10) TOPLAM 5000 (%100) Tablo 3: Pulmoner ve sistemik dolaşımda kan dağılımı. Pulmoner Hacim(ml) Sistemik Hacim (ml) Pulmoner arterler 400 Aorta 100 Pulmoner kapillerler 60 Sistemik arterler 450 Venüller 140 Sistemik kapillerler 300 Pulmoner venler 700 Venüller 200 Sistemik venler 2050 Toplam pulmoner sistem 1300 Toplam sistemik damarlar 3100 Kalp 250 ml Sayılamayan 550 ml Dolaşımdaki kanın en büyük bölümü sistemik damarlarda bulunmaktadır. Bunun %63'ü venlerde, %15'i arterlerde, %10 kapiler ve arteriollerdedir. Pulmoner ve sistemik dolaşımda kan dağılımı tablo 3’de görülmektedir. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 353 2- HEMODİNAMİĞİN TEMEL PRENSİPLERİ Hemodinamik kan akımı ile ilgili fiziksel faktörler olarak tanımlanır. Bunlar herhangi bir sıvının akışı ile ilgili aynı fiziksel faktörlerdir ve temel fizik kanunlarına dayanırlar. 2.1. KAN AKIMINDA FİZİK KURALLAR: OHM KANUNU'nun analoğu Kan akımı damar sisteminin 2 bölgesi arasında bir basınç farkı olduğu zaman ortaya çıkar. Basınç farkı akımı sürdüren güçtür. Hareket eden sıvı ile damar duvarı arasında sürtünme oluşur. Damarlar sıvı hareketine direnç gösterirler. Basınç gradyanı (∆ P), akıma karşı gelen direnci yenmek için bir güç sağlar. Ohm kanununun analogu olarak; Q P yazılabilir R Q= Kan akımı(ml/dak.) ∆ P=Perfüzyon basıncı ya da effektif basınç gradyanı (mmHg) R=Direnç(mmHg.dak./ ml) 2 2 Basınç SI birimi Newton/m (veya Paskal), CGS sisteminde dyn/cm 'dir. Pratikte sıvıların hidrostatik basıncını belirtmek için mmHg kullanılmaktadır. Bu bağıntı Ohm kanununa benzer. V=I/R; I=V/R olur. Bu bağıntıda voltaj düşmesi dirence bölünür. I (iletkenlik) elektronların akışını gösterir. Şekil1: Kan damarında akım 354 Selmin TOPLAN AKIŞKAN MİKTARI =DEBİ: Bir organa giden kan akımını ifade eder. Q = v.A = v..r² v =birim zamandaki mesafe(akımın hızı) (cm/s), A=sirküler yüzey alanı (.r²)(cm²) r = damar yarıçapı (cm) 3 Q=kan akımı(cm /s) Kan akımı ve hızı aynı şey değildir. Hız; kanın akışı esnasındaki süratidir, akarken geçen miktar değildir. Akım; ortalama hızın damarın kesit alanı ile çarpımına eşittir (Debi) 2 tip akım söz konusudur. Laminer akım ve türbülan akım a- Laminer akım: Normal kan akımının büyük çoğunluğunu oluşturur. Bu akımda kanın bütün tabakaları lineer doğrultuda komşu tabakası ile paralel yön takip ederek farklı hızlarda akar. Böyle hareketli bir akışkan içinde akım hızı damar duvarında 0 iken damarın merkezine doğru hızlanır. Damar merkezinde hız maksimuma ulaşır. Bu tür akıma laminer ya da düzgün akım denir. Hız profili paraboliktir (Şekil 2). Kanın ortalama lineer hızı P.r 2 v 8..l 8 geometrik sabittir. CGS sisteminde = viskozite, l= damar uzunluğu (cm) r =damar yarıçapı (cm) 2 ∆P = basınç farkı (dyn/cm ) = hız (cm/s) DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 355 Şekil 2: Laminer akımda hız profili b -Türbülan akım (girdaplı akım): Düzensiz akımdır. Kan, akım hızının çok arttığı damarın dar bir bölgesinden geçerken ya da damarların kollara ayrıldığı, keskin dirsek bölgelerinden geçerken düzgün akımdan sapmalar oluşur. Kan girdaplı akım denilen bir akışla akar. Bu akımda damar boyunca akışın yanı sıra halka şeklinde enine dalgalanmalar da gözlenir. Bu tür akımda damardaki sürtünme kuvvetleri çok arttığı için kan akımına karşı daha büyük bir dirençle karşılaşılır. Bir damardaki akım hızı yüksekse, sıvı viskozitesi düşükse, sıvı dansitesi (yoğunluğu) büyükse ya da damar duvarı düzensiz ise akım türbülan akıma dönüşür (Şekil 3). Şekil 3: Sabit akımda yani sisteme giren ve çıkan sıvı hacmi eşit olduğunda ortalama hız tüpün yarıçapının karesi ile ters orantılı olarak artar. Laminar akımda, akım hızı merkeze olan uzaklığa bağlıdır. Akım hızı belli bir limit değere ulaşırsa sıvıda yerel girdaplar oluşur. Bu durumda akımı oluşturan kuvvetin yaptığı işin büyük bir kısmı sıvı içindeki sürtünmelere karşı harcanır. Poiseuille yasasına göre sabit uzaklıkta ve sabit yarıçaplı bir boruda 356 Selmin TOPLAN akan sıvı basıncın lineer bir fonksiyonudur. Eğer yapılan işin sabit bir miktarı girdap sürtünmesine harcanırsa akım ve basınç arasında lineer bir ilişki ortaya çıkar. Ancak eğim farklıdır. Laminer akımın girdaplı akıma dönüştüğü noktada eylemsizlik kuvvetlerinin, vizkozluk kuvvetlerine oranı sabittir. Bu sabite Reynolds sayısı (Re) denir. Re = Eylemsizlik kuvveti = d v² /r = d v r Viskozluk kuvveti v/r² v=ortalama hız r=damar yarıçapı d=yoğunluk =viskozluk katsayısı v ortalama hız olarak alındığında Re >1000 için, v maksimum hız(vmax) olarak alındığında Re >2000 için girdaplar oluşur. Reynolds sayısı laminer akımın kesildiği ve türbülan akımın gerçekleştiği durumu gösteren kritik bir sayıdır. Bir kan damarından ya da bir kalp kapağından geçerken kanın akım hızı arttığında turbülan akımdaki artış kademeli değildir. Laminer akım kritik bir Reynolds sayısına ulaşıncaya kadar devam eder ve bu noktada türbülans gelişir. İdeal koşullarda (uzun, düzgün ve engelsiz damarlarda) kritik Reynolds sayısı relatif olarak yüksektir. Dallanmış damarlarda ya da aterosklerotik plakların olduğu daralmış damar içinde türbülan akım ortaya çıkar. Kan akımını sürdürebilmek için daha fazla enerji gereklidir. Çünkü sürtünmeden dolayı enerji kayıpları artar ve ısı oluşur. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 357 Şekil 4: Basınç-Akım üzerine türbülan akımın etkisi.(Reprinted from Circulatory Physiology-the essentials 2nd ed. by J.J.Smith & J.P. Kampine, Lippincott, Williams & Wilkins. (1984)) Laminer akışta, akım ve perfüzyon basıncı arasında lineer bir bağıntı vardır. Bu bağıntı türbülan akışa yol açan şartlarda gözlenmez. Şekil 4'de görüldüğü gibi perfüzyon basıncında türbülan akım, kan akımında bir azalmaya neden olur. Alternatif olarakta türbülan akım perfüzyon basıncını arttırır. Bir arteriyal stenozda damar çapı %50 daralmışsa ortalama akım hızı 4 kat artar (Şekil 4). Net etki Re sayısında 2 kat artıştır.Türbülansın ortaya çıkması için Re kritik değere yaklaşır.Re sayısı artana kadar hızın artışı kanın kinetik enerjisini arttırır ve potansiyel enerjide azalmaya neden olur. (Bernoulli etkisi). Sonuçta flutter etkisi ortaya çıkar. Yani damar titreme biçiminde ritmik olarak açılıp kapanır. Basınç artışı kinetik enerjinin basınca dönüşmesi ile gerçekleşir. Damarda türbülan akım esnasında steteskopla ses dalgaları (murmur) duyulur. Yüksek kalp çıktısı, aortik kapaklar anatomik olarak normal olsa bile türbülans nedeniyle fizyolojik murmura neden olabilir. Bazen hamilelerde de kalp çıktısı artar. Anemi gelişebilir ve viskozite azalır. Her 2 faktör Reynolds sayısını ve türbülan olasılığını artırır. Türbülans enerji kaybının artmasına ve Poiseuille eşitliğinde tahmin edildiğinden daha yüksek basınç düşmesine neden olur. Örn: Stenozlu bir arterde kan akış hızı 2 kat artmışsa stenoza karşı basınç düşmesi 3- 4 kat artabilir. 358 Selmin TOPLAN AKIMIN SÜREKLİLİĞİ KANUNU: Bir akışkanın aktığı bir boru içinde birim zamanda aldığı yola akış hızı denir.Birimi hız birimi ile ifade edilir (m/s; cm/s….). Bir boru içindeki sıvının hacimsel akış hızı (debi) ise sıvının hacmi olarak tanımlanır. Birim zamanda belirli bir mesafeyi alan sıvının hızını v, borunun kesit alanını A ile gösterdiğimizde dV / dt=Av yazılabilir. Bu hacimsel akış hızının ünitesini cm³ /s olarak verir. Kan sıkıştırılamaz olduğu için hacim damarda herhangi bir bozulma olmadıkça korunur. Hacimsel akış hızı damarın her yerinde sabit kalır. Çünkü akış sirkülerdir. Bunun anlamı geniş bir damardan geçen kanın hızının damar daraldığı zaman daha da artacağıdır. Dolaşım sisteminin farklı bölümlerinde kesit alanı ve hız arasındaki bu bağıntı süreklilik eşitliği olarak ifade edilir. dV / dt= A aorta v aorta =Akapiller v kapiller =……… A aorta = aort’un kesit alanı Akapiller = tüm kapillerlerin toplam kesit alanlarıdır. Süreklilik eşitliğine göre kesit alanı ve hız arasında ters bağıntı vardır. Kan, kapillerlerde, büyük arter ve venlere nazaran daha yavaş akar. Eğer damarlar seri bağlı gibi yan yana dizilmiş iseler toplam akım, her bir damardaki akımın toplamına eşit olur. Q Toplam = Q1 +Q2 +…..=v 1A1 + v2A2 … = Q giren = Q çıkan Bir damar 2 kola ayrıldığı zaman ayrılan parçaların toplam kesit alanları ana damarınkinden fazla olacaktır. İdeal insan aortasının toplam kesit alanı ~ 2 2 2.5 cm , kapillerlerin ise 2500-3000 cm dir. Her 2 damardaki toplam hacimsel akım aynıdır (5000ml/dak.). Herbir kapillerdeki bireysel akış ise çok küçüktür (~0.00005 ml/dak.). Tablo 4’de dolaşım sistemindeki kan damarlarının kesit alanları verilmektedir. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 359 Tablo 4: Dolaşım sistemindeki kan damarlarının toplam kesit alanları cm 2 Aorta 2.5 Küçük arterler 20 Arterioller 40 Kapillerler 2600 Venüller 250 Küçük venler 80 Vena kava 8 Kan akımının hızı kesit alanına bağlıdır. Akımın hızı alan büyüdüğü zaman düşük, alan küçüldüğü zaman büyük olacaktır. Aynı kural damarlardaki kan akımına uygulanır (Şekil 5). Şekil 5: Hız ve akım arasındaki ilişki BERNOULLİ EŞİTLİĞİ Bernoulli prensibine göre viskoz ve sürtünmesiz sıvılar (ideal sıvı) için basınç 2 kaynaktan doğmaktadır. 360 Selmin TOPLAN 1-Sıvı sütunu üzerine yerçekimi etkisinden dolayı oluşan basınç(sıvının ağırlığı) 2-Sıvının hızındaki değişiklikler ile ilgili basınç(atalet güçleri). İlki hidrostatik basınçtır. İkinci durumda hızı arttıran basınç; hızlandırıcı basınç ve hızdaki azalmadan kaynaklanan basınç; yavaşlatıcı basınçtır. Kinetik basıncı ifade eder. Lateral basınç Yerçekiminden kaynaklanan potansiyel enerji P + Yerçekimsel d .g .h Hızlandırıcı/yavaşlatıcı Kinetik basınç d.g.h + 2 d.v = sabit 2 Eşitlikteki 3 komponentin toplamı, viskoz olmayan akış sistemlerinde sabit kalır. P=Sıvının hızlandırıcı/yavaşlatıcı basıncıdır. Eğer sıvının hareketinden dolayı hızda bir değişiklik varsa gözlenir. Kinetik ya da dinamik basınç denir. Eğer verilen bir referans noktasından yükselme varsa yerçekiminden dolayı olan basınçtır. d = sıvının yoğunluğu 2 g = yerçekimi ivmesi (9.8m/s ) h = referans düzeyden sıvının yüksekliği v = sıvının ortalama hızı (v= Q/A) Bernoulli eşitliğinde 3 terim birbirine dönüşebilir. Sıvının hızlanması, 2 lateral basıncı (P), d v /2 ye dönüştürür. Böylece P düşer. Bernoulli prensibi sıvının hızının artmasıyla o bölgedeki basıncın düşmesini ifade eder. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 361 2 Tersine olarak hızdaki azalma d.v 'yi , lateral basınca çevirir (Şekil 6). 2 Şekil 6: Kan akımının sabit olduğu bir damarda lateral ve dinamik basınç arasındaki ilişki (Badeer H S.Advences in Physiology Education: Hemodynamics for Medical Students, 2001) Bernouille eşitliği sabit (pulsativ olmayan) laminer akış koşullarında uygulanır. Bu eşitliğin en önemli kusuru sıvıların viskozitelerini dikkate almamasıdır. Daha sonra bu durum Fransız fizikçi Poiseuılle ve Alman fizikçi Hagen tarafından çalışılmıştır. Bernoulli eşitliği sıvılarda enerji dönüşümünü ifade eder. Bu eşitlikte iç sürtünmesiz akışta, enerjinin dönüşümü ilkesinin bir sonucu olarak her bir terim birim hacim başına toplam mekanik enerjinin sabit kalacağını gösterir. Akım hızının arttığı bölgelerde sıvının basıncının azaldığını damarın daralması ile akım hızı artarken basınç enerjisinin kinetik enerjiye dönüştüğünü ifade eder (Şekil 7, 8). 362 Selmin TOPLAN 1 1 P1 + dv12 + dgh1 = P2 + dv 22 + dgh2 2 2 Şekil 7: Hareketli bir akışkan içinde Bernoulli etkisi Şekil 8: Debi (Q), yarıçap , uzunluk ve viskoziteleri eşit olan 3 damarda basınç farkları parelel damarların sayısı ile tersine olarak değişir. (H. S. Badeer and D. H. Petzel. Am J Nephrol 15: 95, 1). DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 363 POISEUILLE KANUNU Kan akımına direnci 3 faktör belirler. 1-Damar yarıçapı (ya da çap) (r) 2-Damarın uzunluğu (L) 3-Kanın viskozitesi () P1 P2 Şekil 9: Silindirik bir damarda kan akımını etkileyen faktörler Damar direnci (R), damarın uzunluğu(L) ve kanın viskozitesi(η) ile doğru, 4 damar yarıçapının dördüncü kuvveti (r ) ile ters orantılıdır. R 8 L r4 Bu nedenle yarıçapları aynı olan fakat uzunluğu diğerinin 2 katı olan damarda, akıma karşı dirençte 2 katı fazla olur. Yine aynı şekilde kanın viskozitesi 2 kat artar. Tersine olarak yarıçap arttıkça direnç azalır. Yarıçaptaki değişiklikler yarıçapın 4. kuvveti ile orantılı olarak direnci değiştirir. Örn: Yarıçapta 2 katı artış direnci 16 kat azaltır. Damar uzunluğu invivo koşullarda değişmez ve genellikle sabit olarak düşünülür. Kan viskozitesi de normalde çok fazla değişmez. Ancak hematokrit, sıcaklık ve kayma hızlarına bağlı olarak değişebilir. Kan akımı, basınç ve direnç arasındaki Q P R bağıntısına göre; 364 Selmin TOPLAN P 1 P2 r 4 Q 8 L Bu eşitlik Poiseuille eşitliği olarak ifade edilir. Poiseuille eşitliği, Fransız fizikçi Poiseuille tarafından ilk defa tanımlanmıştır ve akımın, perfüzyon basıncı, yarıçap, damar uzunluğu ve viskoziteye bağlı olarak nasıl değişeceği gösterir. Vücudumuzdaki kan akımı bu bağıntıya kantitatif olarak uymaz. Çünkü bu bağıntı laminer akım koşullarında Newtoniyen sıvılarda (örn: su) uzun, düz tüpler için kabul edilmiştir. Oysa kan Newtoniyen olmayan bir sıvıdır. Bununla beraber eşitlik direnç ve akım üzerinde damar yarıçapının öneminin ne kadar fazla olduğunu göstermektedir. Fizyolojik ve patolojik olayları anlamada önemi çok büyüktür. Örn: Damar yarıçapı yarıya indiği zaman kan akımı (debi) 16 katı azalmaktadır. Tüm sıvıların viskoziteleri vardır ve laminer akımda sıvı tabakaları birbirleri üzerinden kayarak akarlar. Damar çeperlerine yakın tabakada akım daha yavaştır. Viskoz bir akışkan olan kan bir damar içinden akarken damarın uçları arasında basınçlar farklı olduğu için bu sıvı basıncı kayma kuvvetini oluşturur ve ters yönde bir sıvı basıncı oluşur. Eğer sıvının sürtünme kuvveti olmasaydı, her iki yöndeki basınçlar arasındaki fark hızlandırıcı bir kuvvet oluşturacaktı. Poiseuille eşitliğine göre sabit uzunlukta ve sabit yarıçaplı bir borudan akan sıvı miktarı basıncın lineer bir fonksiyonudur. Laminer akış için viskoz sıvıların direncini de tanımlar. Damar Yarıçapının 4. Kuvvet Yasası Kan akım hızı Poiseuılle Yasasına göre damar yarıçapının 4. kuvveti ile orantılıdır. Sistemik dolaşımda direncin ~ 2/3'ü küçük arteriyollerdedir. Arteriyollerin iç çapları 4- 25 m arasındadır. Fakat damar yapıları iç çaplarının 4-5 katı kadar genişlemesine olanak sağlar. Damar çapında 4 kat artış kan akımının 256 kat artmasını sağlar. Böylece dokulara kan akımının arttırılması veya azaltılmasında damar çaplarındaki küçük değişiklerin önemi büyüktür (Şekil 10). DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 365 Şekil 10: Kan akımı üzerine damar çapının etkisi(Guyton A C.Textbook of Medical Physiology, 1986 ). AKIŞA KARŞI VİSKOZ DİRENÇ Tüm vücut ya da organların damar anatomisi, hem seri hemde paralel damar komponentlerinden oluşmuştur. Kan kalbi aortadan terk eder ve aortadan büyük arterlerle başlıca organlara dağıtılır. Bu dağıtıcı arterler (örn: karotid, bronşial, böbrek arterleri gibi) her biri diğeri ile paralel bağlıdır. Çoğu organların damar ağları diğer organlar ile paralel bağlıdır. Örn: baş, omuzlar, gastrointestinal sistem, böbrekler ve bacaklar paralel damar ağları ile bağlanmışlardır. Gastrointestinal ve hepatik dolaşımlar kısmen seri bağlıdırlar. 366 Selmin TOPLAN Şekilde seri ve paralel bağlı elementlerden oluşmuş bir damar sistemi görülmektedir. A Büyük bir arteri, a arteriyolleri, c kapillerleri, v venüllleri ve V büyük bir veni göstermektedir. Seri bağlı olan segmentlerin her biri içinde paralel bağlı segmentler olabilir. Her damar segmenti bir Rx direncine sahiptir ve paralel bağlı damarların (özellikle kapillerler) her birinin yarıçapı ve uzunluğu ile tayin edilir Parelel bağlı damarda toplam direnç: Paralel bağlı damarlarda toplam direnç, her bir damarın kendine ait dirençten daha az olur. Seri bağlı damarlarda toplam direnç RT = RA + Ra + Rc + Rv +RV RA = 1, Ra = 70, Rc = 20, Rv = 8, RV = 1 alınırsa RT = 1 + 70 +20 +8 + 1 = 100 olur. Eğer RA 4 kat artarsa RT 104 olur. Ra 4 kat artış gösterirse (280) RT 310 olur. Toplam direnç %210 katı artar. Bu model büyük bir arterden bir organa kanın dağıtılmasında küçük arter ve arteriyollerin en büyük direnci oluşturduklarını göstermektedir. Poiseuille eşitliğine göre akışa karşı direnç yarıçapın 4. kuvveti ile ters orantılıdır. Çapta %50 azalma direnci 16 kat arttırır (%1500 artış). Fakat toplam direnç sadece %16 kadar artar. Çünkü büyük arterin direnci normalde toplam direncin %1i kadardır. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 367 2.2. DOLAŞIMDA KİNETİK ENERJİ Bernoulli denkleminde gördüğümüz gibi kinetik enerji ve basınç enerjisi birbirine dönüşebilir. Dolaşım sisteminde kan damarları dereceli olarak daralır veya genişlerler. Hastalık durumlarında örn: stenozlu damarda kanın daha dar lümenden geçerken daha hızlı akışı konstriksiyona (daralma) karşı basınç gradyanını azaltır. Kritik bir stenoza ulaşınca blok etrafında artan türbülan akış hızında keskin bir azalma gözlenir. Daralmaya karşı basınç gradyanı azalırken damarlar akışı yeterli seviyede tutmak için blokajın yanındaki damarı dilate ederler (genişletirler). Bu kompanse edici mekanizma sınırlıdır. Örn: Bir arterde damar çapının azalması, kesit alanının azalmasına neden olur. Buna karşılık kanın akım hızı artar ve kinetik enerjide hızın karesi ile artar. Sonuçta bu damarda basınç düşer. Kinetik enerjinin artması ve damar içi basıncının azalması ile birlikte damar tamamen kapanabilir. Fakat akım durunca basınç tekrar artış gösterir ve damardan kan akımı gerçekleşir. Damar ritmik biçimde açılıp kapanır. Basınç artışı kinetik enerjinin basınca dönüşümü ile gerçekleşir. Bu harekete Flutter denir. Tersine, damar kesitinin artması bir baloncuk oluşturur (anevrizma). Anevrizmada kesit alanında akış hızı azalır. Kinetik enerji basınca dönüşür. Damar içi basınç artar (Şekil 11). Anevrizmada basınç artışı Aneurizmada basınç artışı 368 Selmin TOPLAN Şekil 11: Anevrizmada basınç artışı (L Sherwood. Human Physiology: From Cells to Systems, 4th Edition. Wadsworth Publishing, 2000). Damarların gerilebilirliği ve vasküler kompliyans Dolaşım fonksiyonunda arterlerin esnek yapısı kalbin kanı pulsativ olarak pompalamasına uyum sağlamalarına olanak tanır. Örn: Arteriyollerde basınç arttığı zaman bu basınç artışı arteriyollerin dilate olmasına dirençlerinin azalmasına yol açar. Vasküler gerilebilirlik = Hacim artışı Basınç artışı x orijinal hacim Basınçtaki her bir mm Hg artışa karşılık gelen hacim artışı bu formülle hesaplanır. Örn: 1mm Hg basınç artışı önceden 10 ml'lik kan hacmine sahip bir damarda 1 ml'lik bir hacim artışına neden oluyorsa vasküler gerilebilirliğin 1mm Hg artışı için %10 olduğunu gösterir. Arterlerin duvarları venlerinkine göre daha kalındır. Bu nedenle venler arterlerden 8 kat fazla gerilebilirler. Yani venler arterlere nazaran belli bir basınç artışında 8 kat daha fazla kan biriktirebilirler. Vasküler kompliyans (C) = Hacim artışı (ΔV) Basınç artışı (ΔP) Birim basınç değişmesine karşılık depo edilebilen kan miktarı kompliyans yada kapasitans olarak ifade edilir. Bir venin bir artere nazaran kompliyansı 24 DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 369 kat daha fazladır. Çünkü venin hacmi arterden 3 kat fazladır ve gerilebilme yeteneğide 8 kat fazladır(8 x 3 = 24).Bu nedenle venler dolaşımda gerektiğinde kullanılmak üzere kan depolanmasını sağlarlar. Venlerde hafif bir basınç artışı ile 0.5-1 litre kan depolanabilir. Çok gerilebilen küçük hacimdeki bir damarın kompliyansı, çok geniş fakat az gerilebilen bir damardan daha fazla olabilir. LAPLACE YASASI Laplace yasası kan damarlarının çeperlerine ve kalbin ventriküllerine gerimi ifade eder. Gerilebilir içi, boş bir cismin germe basıncı (P), denge halinde duvardaki gerimin (T), cismin 2 temel eğriliğinin yarıçaplarına (r1 ve r2) bölümüne eşittir. 1 1 P T r1 r2 P gerçekte duvarın 2 tarafı arasındaki basınç farkı olan transmüral basınçtır. Transmüral basınç r yarıçaplı bir borunun içi ve dışı arasındaki basınç 2 farkı (P=Piç-Pdış) olarak ifade edilir. T= dyn/cm, r1 ve r2=cm, P= dyn/cm olur. Küre için r1 = r2 olduğuna göre; P 2T r olur. Kan damarı gibi silindirik yapılarda yarıçaplardan biri sonsuzdur. Böylece P= T r olur. Kan damarının yarıçapı ne kadar küçükse germe basıncını dengelemek için gerekli olan duvar gerimi o kadar azdır. Geniş damarların daha büyük gerilme basınçları olduğu için yapıları daha dayanıklıdır. Aynı şekilde kalp hipertrofiye uğradığında aynı transmüral basıncı yaratabilmesi için daha büyük gerilmeler oluşturur (Şekil 12). 370 Selmin TOPLAN r Şekil 12: Silindirik ve küresel damarda gerim (duvar gerilimi) 3. KALP SİKLUSU Bir kalp atımının başlangıcından bir sonraki kalp atımına kadar geçen sürede gerçekleşen olaylara kalp siklusu denir. Kalp bir pompa gibi çalışmaktadır. Sağ ve solda bulunan 2 adet pompanın çalışmasında sağda triküspid, solda ise mitral kapak rol oynar. Kalp siklusu esnasında başlıca 2 evre meydana gelir. Sistol Kalp kasının kasılması Diastol Kalp kasının gevşemesidir. Dolaşım sisteminde kan akımı daima yüksek basınçlı alandan düşük basınçlı alana doğru gerçekleşir. Kalbin kasılması, basıncı oluşturur. Sistolde elektriksel ve mekanik değişiklikler meydana gelir. Kan basıncı ve hacmi değişir. Diastol ise sistolden daha uzun sürer. Kalp siklusu sırasında gerçekleşen olaylar: Kalp siklusunun aktif kısmı olan sistolde ventriküler hacim değişmeden kalır. (izovolumetrik faz). Ventrikül basıncı sürekli yükselerek yaklaşık 80 mmHg’ya kadar çıkar. Fırlatma peryodunda kan ventriküllerden aorta ve pulmoner artere pompalanır. Fırlatma fazından önce kapakların hepsi kapalıdır. Ventrikül basıncı aort ve pulmoner arterin basıncını aştığı zaman ilgili semilüner DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 371 kapaklar açılır ve kan artere gönderilir. Bu anda ventrikül basıncı bir maksimum değere ulaşmıştır (120 mmHg). Daha sonra kademeli olarak azalır. Fırlatma peryodu sonunda ventrikül basıncı hızla azalır. Kalp siklusunun ikinci kısmı olan diastol başlar.İlk fazı hızlı gerçekleşen izovolumetrik gevşemedir. Tüm kapaklar kapalıdır. Ventrikül içi basınç atriumdaki basınçtan düşük olduğu zaman atrioventriküler kapaklar açılır ve kan atriuma dolar. Ventrikül gevşer ve diastolun sonuna doğru ventrikülün dolması için atrium aktif şekilde kasılır. (ventrikül dolma fazı) Ventrikülün dolmasından sonra ventrikül içi basınç artar ve diastolik dolma basıncının sonuna ulaşılır. Sol ventrikülün basınç- hacim diagramı şekil 13’de görülmektedir. Basınç – hacim diyagramı kullanarak kalbin yaptığı iş hesaplanabilir. Eğri altında kalan alan hesaplanarak kalp işi ölçülmüş olur. Şekil 13: Basınç-hacim diyagramı (L Sherwood. Human Physiology: From Cells to Systems, 4th Edition. Wadsworth Publishing, 2000). Şekilde 1- 2 diastolde dolma fazını göstermektedir. 1’de mitral kapak açıktır. 2’de mitral kapak kapanır. 2- 3 izovolumetrik kasılma fazını göstermektedir (sistol). 3- 4 fırlatma fazı (sistol) 3’de aort kapağı açılır. Aorta’ ya kan fırlatılır. 4- 1 izovolumetrik gevşeme fazını göstermektedir (diastol). 4’de aort kapağı kapanır. Bu diagram ile vurum hacmi hesaplanabilir. 372 Selmin TOPLAN Vurum hacmi= EDV- ESV EDV= diastol sonu hacim. Bu durumda ventriküle daha fazla kan giremez. ESV= sistol sonu hacim. Ventriküler fırlatma peryodunun sonu olduğu için bu noktada ventriküller daha az kan içerirler (~ 65 ml). 3.1. KALBİN YAPTIĞI İŞ, KALBİN GÜCÜ Vurum İşi: Kalbin her bir kalp vurumu sırasında arterlere kan pompalarken işe dönüştürdüğü enerjinin miktarıdır. Kalp, kanı arterlerde bulunan yüksek basınca karşı göndermek ve kana hız kazandırmak için bir iş yapar. Dakika İşi: Bir dakikada işe dönüştürülen enerjinin toplam miktarıdır. Dakika İşi = Vurum İşi X Dakika Atım Sayısı’dır Hacim İşi: Sol ventrikülün her bir kalp vurumu sırasında kanın basıncını yükseltmek için yaptığı iştir. Hacim işi = Vurum hacmi X Ortalama Sistolik ve Diastolik basınç farkı 2 Basınç dny/cm ile ifade edildiğinde, yapılan iş erg cinsindedir Sağ ventrikülün hacim işi, sol ventrikülün yaptığı işin 1/6’sı kadardır Vurum Hacmi (Atım hacmi): Her sistol sırasında ventrikül tarafından arterlere fırlatılan kan miktarına denir. Her bir ventrikülün vurum hacmi ~65-70 ml’dir. Egzersizle artış gösterir. Dakika Hacmi (Kardiak Out Put): Bir ventrikülden dakikada atılan kan miktarını belirtir. Kalp debisi de denir. Ventriküle diastolde gelen kan miktarına, kalbin kasılma kuvvetine, vurum sayısına bağlıdır. Kalp Debisi = Vurum hacmi x Vurum sayısı DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 373 Vurum sayısı 70, vurum hacmi 70 ml olan kalp için debi: 70x70= 4900 ml/dk olur Kalbin birim hacim başına kana sağladığı enerji sol ventrikül sistolü sürecinde değişen akış parametreleri (hız, basınç ve yükseklik) kullanılarak, 2 2 ∆W/∆V=(P2-P1) +d g(h2-h1)+1/2 d(v2 -v1 ) =EBasınç+EPotansiyel+EKinetik formülü ile hesaplanabilir. Her 2 ventrikül tarafından yapılan mekanik iş ~1.2 j/atım'dır. Ortalama güç olarak 1.5 Watt’a eşittir. 3. 2. DOLAŞIMDA HİDROSTATİK FAKTÖR Hidrostatik basınç şekil 14'da gösterildiği gibi damarların içinde bulunan kanın ağırlığı nedeniyle ortaya çıkar. Kişi ayakta iken sağ atrium basıncı ortalama olarak 0 mm Hg düzeyindedir. Ayağın dorsal veninde ise ortalama basınç 90 mm Hg’dır. Bu basınç ayaktan sağ atriuma kadar olan kan kolonunun ağırlığından dolayıdır. Vücudun diğer bölgelerinde basınç bu düzeyle orantılı olarak değişir. Ayaktaki pozisyonda yerçekimi basıncı kalbin aşağısında ve yukarısındaki kan damarlarının çaplarını değiştirir. Buna göre kalbin üstündeki damarlar büzülmeye ve aşağısındaki damarlar ise gerilmeye yatkındır. Yerçekimi basıncı kalbin üstünde düşer, aşağısında artar. Düşey durumda boyun venleri, boynun 374 Selmin TOPLAN dışındaki atmosfer basıncının etkisiyle büzüşmüş durumdadır. Bu durum venlerin uzunluğu boyunca basıncın sıfır olarak kalmasına yol açar. Damar içindeki sürücü kuvvetin kaynağı olan kalp referans noktası olarak alınırsa, damarın içindeki kanın hidrostatik basıncı referans noktası altında kalan bölümlerdeki basınca eklenerek, üzerinde kalan bölümlerde ise çıkarılarak mutlak basınç değerleri hesaplanabilir. Ayakta duran bir insanda yerçekiminin etkisiyle ayaktaki mutlak basınç kalp seviyesinden 90 mmHg daha yüksek, kafanın en yüksek bölümünde (örneğin sagital sinüste) ise 10 mmHg daha düşük olabilir. Hidrostatik basınç venler gibi arter ve kapiller damarlardaki basınçları da etkiler. Örn: Ayakta duran bir kişide kalp düzeyinde arterial basınç 100 mm Hg iken ayaklardaki arterial basınç 190 mm Hg kadar olur. Yatar pozisyonda ise ayaklar, baş ve kalp aynı yatay düzlem içinde bulundukları için basınçlar aynıdır. P baş = P ayak= P referans= 100 mm Hg'dır. Şekil 14: Dolaşımda hidrostatik faktör DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 375 3.3. KAN BASINCININ ÖLÇÜLMESİ Bir kalp atımı sırasında kan basıncı diastolik basınç ve sistolik basınç olmak üzere 2 değer arasında değişir. Diastolik basınç kalbin sağ atriumuna sistemik dolaşımdan, sol atriuma ise pulmoner dolaşımdan kan girerken arterlerde duyulan basınçtır. Sistolik basınç sol ventrikül kasılıp kan aorta yoluyla sistemik dolaşıma pompalandığında arterial basıncın maksimum değerine ulaştığı basınçtır. Bu basınçlar yaşa, kişiye, cinsiyete ve kişilerin psikolojik durumlarına bağlı olarak değişiklikler gösterir. Genç erişkin bir insanda sistolik basınç yaklaşık 120mm Hg, diastolik basınç 70mm Hg arasında değişir. Arterial basınç genellikle 120/70 şeklinde ifade edilir. Sistolik ve diastolik basınçlar arasındaki fark olan nabız basıncı ortalama 50 mmHg kadardır. Ortalama basınç ise tüm kalp siklusundaki basınçların ortalamasıdır. Basınç ölçmek için kullanılan aletlere manometre denilmektedir. Manometreler basıncı bir sıvının hidrostatik basıncı ile karşılaştırarak ölçerler. İnsanda ve hayvanlarda kan basıncı deneysel veya klinik araştırmalar için direkt ya da indirekt olarak ölçülür. Direkt ölçümde bir arter içine bir kanül sokulur ve kanülün serbest ucu bir basınç transdüserine (çevireç) bağlanır. Basınç transdüserleri basınç değişiklerini elektrik potansiyeli şekline çeviren aygıtlardır. Potansiyel değişiklikler bir yazdırıcıda grafiksel olarak gösterilebilir. Genellikle rutin ölçümlerde indirekt yöntem kullanılır. Bu yöntemde sadece arterial basınç ölçülebilir ve arterin derinde olmaması gerekir. OSKÜLTATUVAR YÖNTEM (SFİGMOMANOMETRE) Rutin ölçümlerde koldaki arteria brachialis’e sfigmomanometrenin manşonu bağlanır. Manşon altına ve kolun ön yüzeyine bir steteskop yerleştirilir. Amacı bazı durumlarda arterdeki kan akımı sırasında oluşan sesleri duymaktır. Normal koşullarda kan akımı laminer olduğu için ses duyulmaz. Fakat arter kapanırken veya açılırken bu bölgeden Karatkoff sesleri denilen kesikli sesler duyulur. Manşon basıncı manometre ile izlenir. Manşon kan akımını bloke etmek için pompalanır. Basınç sistolik basınçtan daha yüksek bir değere çıkarılır. Bu esnada bilekten nabız alınamaz. Arterdeki kan akımı durduktan sonra manşon basıncı yavaş yavaş azaltılır ve manşon basıncı kişinin sistolik basıncına eşit olduğu zaman kalp manşon altındaki kanı zorlayabilir. Arter kısmen açılır ve arterden bir ses duyulur (Karatkoff sesleri).Bu anda manometrenin gösterdiği basınç arterin sistolik basıncıdır. Manşon basıncı daha 376 Selmin TOPLAN düşürüldüğünde kan akımı serbest olur ve ses kaybolur. Seslerin kaybolduğu anda manometrenin gösterdiği basınç diastolik basınçtır. Şekil 15: Oskültasyon yöntemi ile kan basıncının ölçümü PALPASYON YÖNTEMİ Bilekte radial arterde nabız saptanır. Manşon nabız alınmayıncaya kadar şişirilir. Daha sonra manşon basıncı nabız hissedilinceye kadar yavaşca düşürülür. Bu nokta sistolik basıncı verir. Palpasyon yöntemi sadece sistolik basıncı belirler. Diastolik basınca geçişte herhangi bir hissedilebilecek değişiklik oluşmaz. Hipotansiyon hastaları için uygun değildir. OSİLOMETRİK KAN BASINCI ÖLÇÜMÜ Sfigmomanometrik yönteme benzer. Direkt basıncın ölçülmesi yerine basınçtaki dalgalanmalar ölçülebilir. Kan damarının titreşmesi manşon basıncında ufak değişmeler oluşturur. Basınç dalgalanmalarının ortaya çıktığı basınç seviyesi sistolik basınçla uyumlu iken dalgalanmaların ulaştığı genliğin en yüksek seviyesi ortalama arterial basınca (MAP) denk gelir. MAP kan basıncının zamana göre ortalamasıdır. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ MAP Pd 377 Ps Pd 3 Ps= Sistolik basınç Pd= Diastolik basınç (Ps ― Pd )= Puls basıncı (nabız) Kalp siklusunun 2/3'ü diastolde geçirilir. Normal MAP değeri 70-100 mmHg’dır. 3.4. KALP DEBİSİNİN ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Deney hayvanlarında bir arter içine yerleştirilen akım ölçen aletlerle (flowmeter) direkt olarak ölçülebilir. İnsanda Fick metodu ve boya veya izotop dilüsyon yöntemi ile tayin edilir. Fick Metodu: Bir dakika içinde tüketilen O2 miktarı tespit edilir. Arteriyel ve venöz kan arasındaki O2 farkı bulunduktan sonra kalbin dakika hacmi her ml kanın akciğerlerden geçerken aldığı O2 miktarından aşağıdaki formüle göre hesaplanır: Sol kalp debisi = O2tüketimi(ml/dk) x100 Arteriyel O2– Venöz O2 Boya dilüsyon metodu: Bilinen miktarda evans mavisi (Hamilton metodu) kol venasına enjekte edilir. Bir süre bekledikten sonra arterden alınan kan örneğinde dolaşım sistemine dağılmış boyanın konsantrasyonu tayin edilir. Radyoizotop metodu: P, Cr ve Fe radyoizotopları kullanılarak kan hacmi tayin edililr. 378 Selmin TOPLAN 3.5. KAN AKIMININ ÖLÇÜLMESİ Elektromanyetik akım ölçer (flowmeter) Kan akımını damarı açmadan ölçebilen aletlerden biridir. Kan damarı bir mıknatısın 2 kutbu arasına (manyetik bobin) yerleştirilir. Bobinler enerjilendiği zaman sıvı etrafında akım etkisi ile manyetik alan oluşur. 2 iletken elektrot sıvı akışına ve manyetik alana dik olarak yerleştirilmiştir. Damar içersindeki kanın hız değişimi, manyetik alanda etki yaparak değişimi elektrotlara iletir, elektrotlarda ölçü aletine sinyal gönderir. Ölçü aletinin almış olduğu sinyalle göstermiş olduğu değişim akış hızının değişimi ile lineerlik gösterir. Yani 2 elektrot arasındaki potansiyel farkı iyonların ve dolayısıyla kanın akış hızı ile orantılıdır. Şekil 16: Elektromanyetik akım ölçer DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 379 Ultrasonik akış ölçümü Damarın 2 yüzüne ultrases alıcı ve verici çevireçleri (piezoelektrik kristaller) yerleştirilir. Bu çevireçlerin birinden diğerine gönderilen ultrasesin bir yönde gidiş süresi ve hızı ile ters yönde gidiş süresi ve hızı belirlendiğinde, aradaki fark damarda kanın akış hızı ile orantılı bulunmaktadır. Verici ile alıcı arasındaki değişim süresi akış hızıyla lineer bir değişim göstermektedir. Bu değişim göstergede akış hızı olarak kalibre edilir (Şekil 17). Şekil 17: Ultrasonik akış ölçer şeması Doppler Ultrases hız ölçeri Ultrasonik dalgalar insan işitme bölgesinin üstünde (>20KHz) olan akustik (ses) dalgalarıdır. Ultrasonik dalgalar bir kristalden damara gönderilir. Kan hücrelerinden yansıyan dalgalar bir başka kristal tarafından algılanır. Yansıyan dalgaların frekansı Doppler etkisiyle ikinci kristale doğru olan akımın hızıyla orantılı şekilde yüksek olur (Şekil 18). 380 Selmin TOPLAN Şekil 18: Doppler Pletismografi Organ ve doku hacimlerini ölçme işlemlerine genel olarak pletismografi denilmektedir. Pletismografi atardamarın dalga şeklindeki basıncına benzer bir dalga üretir. Elektriksel empedans pletismografisi Kol, bacak gibi organın 2 tarafına halka biçimli elektrotlar geçirilir.100 KHz gibi frekansta sabit şiddette zayıf akım uygulanır. Kalp atımlarına bağlı olarak elektrotlar arasındaki kan hacminin değişmesi elektriksel empedans ve voltaj genliğinde değişmelere neden olur. Bu değişmeler osiloskop ile tespit edilir. Fotopletismografi Fotopletismograf aynı zamanda psödopletismograf (sözde pletismograf) diyede bilinir. Bir fotosel ve bir ışık kaynağından meydana gelir. Detektör olarak bir foto direnç kullanılır ve sabit bir akım kaynağı ile uyarılır. Işık yoğunluğundaki değişim foto direncin direncinde de orantılı değişimler meydana getirir. Foto dirence verilen akım sabit olduğundan direnç değişimi çıkış uçlarında değişken bir gerilim oluşturur. Örn: Parmak ucuna veya kulak memesine küçük bir ampulün verdiği ışık gönderilir. Dokudan veya kemikten yansıyan ışınlar bir fotosel üzerine düşürülür. Kalp atımlarına bağlı olarak parmaktaki ya da kulak memesindeki atardamar darbeleri kan hacminin değişmesini sağlayarak kanın optik yoğunluğunun değişmesine neden olur. Dolayısıyla atardamar darbesi kanın içinden geçen ışığın yoğunluğunu değiştirir. Kan hacmi değişimi bilgisi taşıyan potansiyel değişimler osiloskopta gözlenir. DOLAŞIM BİYOFİZİĞİ 381 Şekil 19: Fotopletismografi Şekil 19’da görüldüğü gibi bu ölçüm yöntemi ile bacağın hareketleri bilgisayarda simülasyon edilerek kirli kanın akışı hakkında bilgi edinilir. Bu işlem için bacağın üstüne Optik-Prob bağlanarak veriler bilgisayara aktarılır. Venöz tıkama pletismografisi Ön kol su sızdırmaz bir odacığa (pletismograf) yerleştirilir. Ön kol içerdiği kan ve doku sıvısındaki değişimleri yansıtacak şekilde suyu hareket ettirir. Bu hareket bir hacim kaydedici vastasiyla yazdırılır. Ön kolun venöz dönüşü engellenirse hacmindeki artış hızı arterial kan akımıyla orantılı olur. KAYNAKLAR Huxley V. Biophysics of the circulation. Retrieved. April 13, 2007 from http: //web. missouri. edu/~huxley V Badeer H S. Advances in Physiology Education. Hemodynamics for medical students. 25: 44- 52, 2001. Klabunde R E. Cardiovascular Physiology Concepts. Chapter 1 Cardiovascular System. Lippincott Williams & Wilkins, 2005. 382 Selmin TOPLAN Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. The McGraw Hill Companies, Inc, 2006. Bauer R. D, Buse R and Wetterer E.Biomechanics of the Cardiovascular System. Biophysics. Ed. Hoppe W, Lohmann W, Markl H, Ziegler H. Springer Verlag, 1983. Pehlivan F. Biyofizik. Hacettepe Taş Kitapçılık, 1997. House D. S. Hemodynamics. In: Human Physiology: From Cells to Systems. Ed by Sherwood L.4 th edition, chapter 9, 2001. from http: /facstaff.elon.edu. Rodriguez. J, Thompson K, and Stewart M: Fluid Mechanics of the Circulatory System. 2005.
