Kalp, kalbe bağlı damarlar ve kan

Kan akımı ve damar direnci

Kalbin dakikada pompaladığı kan miktarı venöz dönüşe; bu da dolaşımdaki kan akımına eşittir. Kan akımı; dolaşımın belirli bir noktasından belirli bir zaman içinde geçen kan miktarı (mL/dk) anlamına gelir. Erişkin bir insanda tüm dolaşımdaki kan akımı yaklaşık dakikada 5–6 litredir.

Kan akımını tanımlayan fiziksel kanunlar

Kanallardan oluşan bir sistemde sıvının hareketinde etkili olan faktörler arasındaki ilişki Poiseuille kanunu ile açıklanır. Dolaşım sistemi, kanallardan oluşan bir sistem gibi düşünülebilir. Poiseuille kanununu dolaşım sistemine uygulayacak olursak; Kan akımı (Q) = ΔP.. r⁴ / 8..l olur. (Q = Kan akımı, ΔP = Basınç farkı,  = Kanın viskozitesi, l = Damarın uzunluğu, r = Damar yarıçapı) Eşitlikteki 8..L/. r⁴ ise dirence (R) eşittir. Yani; R = 8..l / .r⁴ 'dir. R’yi eşitlikte yerine koyacak olursak; Q=ΔP/R yani; Kan akımı = Basınç / Direnç bulunur. Bu durum Ohm kanunu ile aynıdır. Bir iletkenden geçen akım, iletkenin uçları arasındaki voltaj (gerilim) ve iletkenin akıma karşı gösterdiği direnç arasındaki ilişki Ohm kanunu olarak bilinir. Buna göre I=V/R’dir (I = Akım, V = Voltaj, R = Direnç).
Görüldüğü gibi, kan akımını iki faktör belirler: Basınç farkı ve direnç. Kan akımı basınç farkıyla doğru, damar direnci ile ters orantılıdır. Kan akımını damarın iki ucu arasındaki basınç farkı saptar; kan, sistemin başlangıcı (aort) ile sonu (vena cava'nın sağ atriyumla birleştiği nokta) arasındaki basınç farkıyla akar (Şekil 1.18). Sistemik dolaşımda ortalama arteryel basınç yaklaşık 100 mmHg, sağ atriyumda ise 0 mmHg’dır. Kan akımını sağlayan kuvvet ise 100–0=100 mmHg'dır. Kan akımına karşı direnç ise; damarın uzunluğu (l) ve viskozite () ile doğru, damar yarıçapının 4. kuvveti ile ters orantılıdır (R = 8..l / .r⁴). Bu denklemden çıkarılacak sonuç şudur: Damarın uzunluğu 2 kat artarsa, direnç yalnızca 2 kat artar. Oysa diğer faktörler aynı olmak şartıyla, bir damarın yarıçapı diğer damarın yarısı ise; küçük damar büyük damardan 16 kat (2⁴) daha büyük dirence sahiptir (Şekil 1.19). Bu durumda kan akımı da 1/16 olur. Böylece dolaşım sisteminde direncin başlıca belirleyicisi damarın yarıçapıdır. Damarda kan akımını belirleyen en önemli faktör damar yarıçapıdır. Benzer şekilde, damar çapı 2 kat artarsa kan akımı 16 kat artar. Arteriyoller çaplarını 4 katı kadar artırıp azaltabilirler. (Damar çapı 4 kat artarsa kan akımı teorik olarak 256 kat artar.) Sistemik dolaşımda direncin 2/3’ü arteriyollerce oluşturulur.



Şekil 1.18 Basınç farkına bağlı olarak kanın sistemik dolaşımda akımı. (RA; sağ atriyum, RV; sağ ventrikül, LA; sol atriyum, LV; sol ventrikül. )




Şekil 1.19 Kan akımı, damar yarıçapı ve direnç arasındaki ilişki.

Viskozite

Kan akımına karşı direnç sadece damarın yarıçapı tarafından değil, aynı zamanda kanın vizkozitesi () tarafından da belirlenir. Viskozite ne kadar artarsa damarda akım o kadar azalır (Viskozite = 1/Akışkanlık). Viskozitesi yüksek olan sıvının akışkanlığı düşüktür. Viskozite; sıvıların akışa karşı gösterdikleri iç dirençtir (iç sürtünmesi). Suyun viskozitesi 1 olarak alınırsa, plazmanın viskozitesi 1,8’dir. Normal kan viskozitesi ise 3-4’dür. Dolaşımda viskoziteyi eritrositler belirler. Hematokrit değerinin artışı (polisitemide olduğu gibi) büyük damarlarda viskozitede önemli artışlara neden olur. Çapı 100 mikrondan küçük damarlarda (arteriyol, kapiller ve venüllerde) ise, hematokritteki değişime karşı ortaya çıkan viskozite değişikliği geniş çaplı damarlardakinden daha azdır (Fahraeus-Linqvist etkisi). Bunun nedeni küçük damarlarda eritrositlerin rastgele hareket yerine, damarlar boyunca sıra halinde, tek bir sütun gibi hareket etmeleridir. Hematokritin yanısıra plazma protein konsantrasyonu ve eritrositlerin şekil değiştirmeye karşı dirençleri (herediter sferositozda olduğu gibi) de viskoziteyi etkiler.

Akım hızı ve türbülans

Kan akım hızı dolaşım sisteminde farklılıklar gösterir. Aortta yaklaşık 36 cm/sn iken, kılcal damarlarda yaklaşık 0.036 cm/sn’dir. Birim zamanda yer değiştirme (cm/sn) anlamındaki akım hızı ile birim zamandaki hacim (cm³/sn) demek olan akım birbirine karıştırılmamalıdır. Akım hızı (v); akım (Q) ile doğru, kesit yüzeyi (.r²) ile ters orantılıdır. Kesit yüzeyi büyüdükçe hız azalır (Şekil 1.20). v= Akım / Kesit yüzeyi = Q / A = (mL/sn) / .r² ’dir. Dolaşım sisteminin çeşitli bölümlerindeki kesit yüzeyleri Tablo 1.7’de verilmiştir. Görüldüğü gibi kılcal damarlarda toplam kesit yüzeyi aorttan 1000 kez büyüktür. En büyük kesit yüzeyi kılcal damarlarda, en düşük kesit yüzeyi aortta bulunur. Venler arterlerden daha büyük kesit yüzeyine sahiptir. (Aortta kesit yüzeyi 2.5 cm² iken, kılcal damarlarda 2500 cm², vena cava’larda 8 cm²’dir. Akım hızı aortta 36 cm/sn, kılcal damarlarda 0.036 cm/sn, vena cava’larda 11.25 cm/sn’dir.)



Şekil 1.20 Sistemik dolaşımda kesit yüzeyi ve akım hızı arasındaki ilişki.

Tablo 1.7 Dolaşım sisteminin çeşitli bölümlerinde toplam kesit yüzeyleri.

	Kesit yüzeyi (cm^2)
Aort	2.5
Küçük arterler	20
Arteriyoller	40
Kapillerler	2500
Venüller	250
Küçük venler	80
Vena cava’lar	8

Kanın damarlardaki akımı sıvıların borulardaki akımı gibi laminar niteliktedir. Bu akımda kan tabakaları çeperden aynı uzaklıkta akmaya devam eder (Şekil 1.21). Damar duvarıyla temasta olan çok ince bir kan tabakası hareket etmez. Bir sonraki tabaka düşük bir hıza sahiptir, bir sonraki daha hızlıdır. Akımın merkezinde hız en yüksektir. Akım hızı artacak olursa, kritik bir hıza kadar laminar akım korunur. Bu hız üzerinde akım girdap yapar (türbülans). Laminar akım sessizdir, türbülan akım ise ses oluşturur. Türbülan akım oluşması aynı zamanda damar çapına ve kanın viskozitesine bağlıdır. Akımın türbülan olup olmadığı Reynold sayısı ile tahmin edilebilir. Re =  . v. D /  ‘dür. [Re; Reynold sayısı, ; dansite (g/cm³), v; hız (cm/sn), D; Damar çapı (cm), ; Viskozite (g/sn/cm²)]. Re2000 ise akım türbülan değildir, Re3000 ise her zaman türbülans vardır.

Şekil 1.21 Laminar akım.

Toplam periferik direnç

S
Pulmoner sistemde basınçlar, solunum notlarındaki ile uyuşmuyor.
istemik dolaşımdaki bütün damar dirençlerinin toplamı toplam periferik direnç olarak adlandırılır. Direnç birimi dyn.sn/cm^5'dir. Damardaki direnci doğrudan ölçme imkânı yoktur. Dolaşım sisteminde direnç; basıncın (mmHg), kan akımına (mL/sn) bölünmesiyle bulunur ve R ünitesi ile gösterilir (R=P/Q). Örneğin, damarın iki noktası arasındaki basınç farkı 1 mmHg ve akım 1 mL/sn ise; direnç 1 mmHg / 1 mL/sn = 1 R ünitesi kabul edilir. Buna göre, ortalama aort basıncı 100 mmHg, sağ atriyum basıncı 0 mmHg ve sol ventrikül debisi 100 mL/sn ise toplam periferik direnç: 100–0 mmHg / 100 mL/sn = 1 R ünitesi olur. Vücuttaki tüm kan damarları kuvvetle daraldığı zaman toplam periferik direnç 4 R ünitesine yükselebilir, damarlar çok genişlediğinde ise 0.2 R ünitesine düşebilir. Pulmoner sistemde ortalama arteryel basınç 16 mmHg ve ortalama sol atriyum basıncı 2 mmHg olduğuna göre toplam pulmoner direnç; 16–2/100 = 0.14 R ünitesidir. Bazı hastalıklarda (KOAH gibi) 1 R ünitesine kadar yükselebildiği gibi, egzersiz gibi bazı fizyolojik durumlarda 0.04 R ünitesine kadar inebilir.