Kalp, kalbe bağlı damarlar ve kan

Kalp debisi

Kalp debisi (cardiac output); herbir ventrikül tarafından bir dakikada pompalanan kan hacmidir. Kalp debisi; kalbin dakika vuru sayısı (kalp hızı) ile kalbin her vuruda fırlattığı kan hacminin (atım hacmi) çarpımına eşittir. İstirahat durumunda, yetişkinde ortalama kalp hızı dakikada 75, atım hacmi ise her vuruda 70 mililitredir (70 mililitre sol ventrikülden, 70 mililitre sağ ventrikülden). Kalp debisi ise dakikada yaklaşık 5–6 litredir ve organlara dağılımı farklıdır. İstirahatte kalp debisinin dağılımı Tablo 1.5'de verilmiştir.
Kalp debisi (mL/dk) = Kalp hızı (vuru/dk.) x Atım hacmi (mL/vuru)

Tablo 1.5 İstirahatte kalp debisinin dağılımı

Organ	Kan akımı (mL/dk)
Beyin	750
Kalp	250
İskelet kasları (inaktif)	650
Deri	500
Böbrek Karaciğer, mide, bağırsak kanalı.	1200 1900
Kalp debisi	5900

Kalp debisini etkileyen faktörler

Kan hacmi yaklaşık 5–6 litredir. İstirahat koşullarında her ventrikül dakikada toplam kan hacmine eşit miktarda kanı pompalar. Başka bir deyişle; bir damla kanın sistemik ve pulmoner dolaşımı tamamlaması bir dakika alır. Kalp, fizyolojik sınırlarda debisini 5–7 kat artırabilir.
Kalbin pompalama gücü; kalbin dakikadaki vuru sayısı (kalp hızı) ve her vuruda fırlattığı kan hacminin (atım hacmi) bir fonksiyonudur. Kalp debisindeki artış (egzersiz sırasında olduğu gibi) kalp hızı ve atım hacmini düzenleyen faktörlerce sağlanır. Kalp hızı başlıca otonom sinirler ile düzenlenir. Kalp debisinin otonom sinirlerle düzenlenmesi ekstrinsik düzenleme olarak adlandırılır. Atım hacmi ise; ventriküllerdeki kan hacmi, ventriküllerin kasılma gücü, kan akımına arter ve arteriyollerdeki direnç ile ilgilidir. Kalp debisinin kan hacmi, kasılma gücü ve dirence bağlı olarak düzenlenmesi ise intrinsik düzenleme olarak adlandırılır. Kalp debisinin düzenlenmesi Şekil 1.12’de gösterilmiştir. Şimdi kalp hızı ve atım hacminin düzenlenmesini ayrı ayrı inceleyelim.




Şekil 1.12 Kalp debisinin düzenlenmesi. (Kesik çizgiler azaltanları gösteriyor.)

KLİNİK

Ventriküler fonksiyondan bahsedilirken kastedilen genellikle sol ventrikül (LV) olmasına karşın aynı durum sağ ventrikül (RV) için de geçerlidir. Her ne kadar ventriküller fonksiyonel olarak ayrı iseler de birbirlerinden bağımsız değildir. Ayrıca, sistolik ve diyastolik fonksiyonu etkileyen faktörler birbirinden ayrılabilir; sistolik fonksiyondan kasıt ventriküler ejeksiyon iken diyastolik fonksiyon ventriküler doluşa bağlıdır.

Ventriküler sistolik fonksiyon sıklıla kalp debisi (CO) ile eşdeğer tutulur. Kalp debisi, kalbin bir dakikada pompaladığı kan hacmidir. İki ventrikül seri bağlandıklarından kalp debisileri de normalde eşittir. Kalp debisi, aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir.

CO= Stroke volüm x Hız

Vücut hacminden doğan farklılıkları kompanse etmek için de CO, sık olarak vücut yüzey alanına bölünerek kullanılır.

CI= CO / BSA

Vücut yüzey alanı (BSA), genellikle boy ve kiloyu baz alan nomogramlardan hesaplanır. Normal CI: 2.5- 4,2 L/dk/m²’dır. Normal CI, genelde geniş bir sınır aralığına sahip olduğundan ventriküler performansın değerlendirilmesinde nispeten duyarlı olmayan bir yöntemdir. Bu nedenle CI'deki anormallikler, büyük bir ventrikül fonksiyon bozukluğunu gösterir. CO'un eksersize yanıtı elde edilebilirse bu daha değerli bir yöntem olacaktır. Bu koşullarda CO'un artamayıp oksijen tüketimine ayak uyduramayışı, miks venöz oksijen satürasyonunda bir düşüş ile kendini gösterir. Artmış gereksinime karşı miks venöz oksijen satürasyonunun azalması genelde yetersiz doku perfüzyonunu gösterir. Böylece, hipoksi veya ciddi anemi olmadığı sürece miks venöz oksijen basınç (veya satürasyonu), CO'un yeterliliğinin tayininde en iyi ölçüm yöntemidir.

Kalp hızının düzenlenmesi

Medulla oblongata ve ponsun 1/3 alt bölümündeki nöron gruplarına vazomotor merkez adı verilir. Bu merkez parasempatik uyarıları kalbe nervus vagus ile ulaştırır. Kalbe ve kan damarlarına olan sempatik uyarıları (medulla spinalis T1–5 segmentlerden) ise paravertebral sempatik ganglion zincirleri ve prevertebral ganglionlardan (çöliak ve hipogastrik) gelen postganglioner nöronlar ile ulaştırır. Bu ganglionların preganglioner nöronları medulla spinalisin intermediolateral gri cevherinde bulunur. Gerçekte bu merkezler yüksek beyin bölgeleri ve özellikle aort ve karotid arterlerde yer alan basınç reseptörleri (baroreseptörler) tarafından feedback olarak etkilenirler.
Normalde kalp sinoatriyal düğümün ritmine göre çalışır. Bu ritm, istirahat membran potansiyelinin bir ateşleme seviyesine ulaşması ve iyon kanallarının açılarak aksiyon potansiyeli oluşturması ile sağlanır. Aksiyon potansiyeli süresince miyokard stoplazmasına kalsiyum girer, troponini etkileyerek kasılmaya neden olur. Bununla birlikte, kalbe gelen sempatik ve parasempatik sinirler devamlı aktiftirler ve sinoatriyal düğümün uyarı hızını değiştirirler. Parasempatik sinirler başlıca sinoatriyal ve atriyoventriküler düğümlerde, daha az olarak atriyum kasında, çok az da ventrikül kasında dağılırlar. Sempatik sinirler ise, ventrikül kasında daha belirgin olmak üzere bütün alanlara dağılırlar.
Parasempatik sinirlerin uyarılması nervus vagus uçlarından asetilkolin (ACh) salınmasına neden olur. Asetilkolin, G proteini aracılığıyla muskarinik (M₂) reseptörleri etkileyerek kas lifi membranlarının potasyuma geçirgenliğini artırır; hiperpolarizasyonla dokuyu daha az uyarılabilir duruma getirir. Asetilkolinin kalp üzerinde 2 önemli etkisi vardır. (1) Sinoatriyal düğümün ritmini yavaşlatır (- kronotrop). (2) Atriyum kasları ile atriyoventriküler düğüm arasındaki atriyoventriküler kavşak liflerinde uyarılabilmeyi azaltarak uyarının ventriküllere geçişini geciktirir (- batmotrop). Aynı zamanda asetilkolin, membranda adenil siklazın inhibisyonuna neden olur. Böylece cAMP azalır ve sonuçta membranın kalsiyuma olan geçirgenliği azalır.
Çok güçlü bir vagal uyarı sinoatriyal düğümün ritmik uyarılarını veya uyarıların atriyoventriküler düğümde geçişini tamamen durdurabilir. Her iki durumda da uyarılar ventriküllere geçemez. Ventriküller 4–10 saniye durur. Bu sırada Adam-Stokes sendromu görülebilir. Sonra Purkinje liflerinin, genellikle de atriyoventriküler demetin bir noktasından özgün bir ritm gelişerek ventriküllerin 15–40 frekansda çalışmaları sağlanır. Bu durum ventriküler kaçış olarak adlandırılır. Egzersizde nervus vagus’un sinoatriyal düğüm üzerindeki inhibisyonu azalır ve kalp hızı artar. Kalp hızındaki daha fazla artışlar sempatik sinir uyarısının artması ile sağlanır. İyi antrene atletlerde görülen istirahatteki bradikardi büyük oranda nervus vagus’un yüksek aktivitesine bağlıdır.
Sempatik sistem kalp üzerinde parasempatik sisteme zıt etkiler yapar: (1) Sinoatriyal düğümde uyarı hızını artırır (+ kronotrop). (2) Kalbin bütün bölümlerinde ileti ve uyarılabilme yeteneğini artırır (+ batmotrop). (3) Atriyum ve ventrikül kaslarının kasılma gücünü artırır (+ inotrop) ve kalp hızı yüksek olduğu zaman sistolde geçen süreyi hafifçe azaltır. Sempatik sinir uçlarından salınan norepinefrin bu etkilerini ₁ reseptörlerine bağlanarak adenil siklazı aktive etmek ve kas lifi membranlarının sodyum ve kalsiyum geçirgenliğini artırarak yapar. Adrenal medulladan salınan epinefrin de benzer etkilere sahiptir. Epinefrin ayrıca ₂ reseptörleri üzerinden koroner arterlerde dilatasyona neden olur.
SA düğümün aktivitesi, sempatik ve parasempatik sistemin zıt etkilerinin net sonucuna bağlıdır. Sinoatriyal düğümün otonom inervasyonu kalp hızının düzenlenmesinde esastır. Şekil 1.13 ve Tablo 1.6’da otonom sinirlerin kalp aktivitesine etkileri görülmektedir.

Tablo 1.6 Otonom sinirlerin kalp aktivitesine etkileri

	Sempatik sinirlerin etkisi	Parasempatiklerin etkisi
SA düğüm	Kalp hızında artma.	Kalp hızında azalma.
AV düğüm	İleti hızında artma.	İleti hızında azalma.
Atriyum kası	Kasılma gücünde artma.	Kasılma gücünde azalma.
Ventrikül kası	Kasılma gücünde artma.	Anlamlı bir etkisi yok

Şekil 1.13 Sempatik ve parasempatik sinirlerin kalp hızı üzerine etkisi. Sempatik sinirler kalp hızını artırır, parasempatik sinirler ise azaltır.

KLİNİK

CO, genellikle kalp hızı ile doğru orantılıdır. Kalp hızı, SA nodun intrensek fonksiyonudur (spontan depolarizasyon), fakat otonomik, humoral ve lokal faktörler ile modifiye edilir. SA nodun normal intrensek hızı genç erişkinlerde 90-100 vuru/dk civarındadır, yaşla aşağıdaki formüle uygun olarak azalır.

Normal kalp hızı = 118 vuru/dk - (0,57 x yaş)

Vagal aktivitenin artması, muskarinik kolinerjik M₂ resöpterlerinin stimülasyonu yoluyla kalp hızını yavaşlatır, sempatik aktivitenin artması da ₁ adrenerjik reseptörler aracılığıyla kalp hızını artırır.

Atım hacminin düzenlenmesi

Atım hacmi 3 değişken tarafından düzenlenir: (1) Kalp kası lifinin uzunluğu. (2) Toplam periferik direnç; kan akışına karşı arterlerdeki direnç. (3) Kasılabilme; miyokardın kasılma gücü.
(1) Kalp debisinin kalp kas lifi uzunluğundaki değişikliklere bağlı olarak düzenlenmesine heterometrik düzenleme denir. Kalp kasında uzunluk-gerim ilişkisi iskelet kasının aynıdır: Belli bir uzunluğa kadar kasın boyu uzadıkça kasılma gücü artar (Şekil 1.14). Kasılma gücü maksimuma ulaştıktan sonra, kasın boyu ne kadar uzatılırsa uzatılsın, kasılma gücü artmaz. Tam tersine, kasılma gücü azalır. Kalp kası lifinin uzunluğu diyastol sonu kan hacmi ile orantılıdır. Diyastol sonu kan hacmi; kasılma öncesi ventriküllerde bulunan kan hacmidir. Diyastol sonu kan hacmindeki artış, kasılma gücünde ve dolayısıyla atım hacminde artışa neden olur. Diyastol sonu kan hacmi, kasılma gücü, atım hacmi ve kalp kası arasındaki bu ilişki Frank-Starling kanunu olarak bilinir.



Şekil 1.14 Uzunluk-kasılma gücü ilişkisi.
Diyastol sırasında, kanla dolmadan önce miyokard hücrelerinin sarkomer uzunluğu 1.5 m'dir. Bu uzunlukta her iki taraftan aktin flamentleri sarkomerin ortasında myozinle üst üste binerler ve bu nedenle hücreler zayıf olarak kasılabilirler (Şekil 1.15). Ventriküller kanla dolarken miyokard gerilir, sarkomer uzunluğu artar. Böylece aktin flamentleri sadece A bantlarının kenarlarında myozinle üst üste gelirler. Bu durum kasılma süresince daha fazla kuvvetin oluşturulmasını sağlar. Aktin ve myozinin daha elverişli bir şekilde üst üste gelmeleri ventriküllerin gerilmesiyle oluşturulduğundan ve gerilmenin derecesi dolmanın derecesiyle kontrol edildiğinden, kasılmanın kuvveti diyastol sonu kan hacmi tarafından ayarlanır. İskelet kasında olduğu gibi kalp kasında da sarkomer boyu 2,2 m iken kasılma gücü en büyüktür.




Şekil 1.15 Sarkomer boyu 1,5 ve 2,2 mikrometre iken aktin ve myozin ilişkisi.

(2) Kalp kasılmalarının şiddeti, ventriküllerin kanı pompalamasına karşı koyan dirençle de belirlenir. Bu direnç pulmoner arterde düşük, aortta yüksektir. Atım hacmi toplam periferik dirençle ters orantılıdır; periferik direnç arttıkça atım hacmi azalır. Ancak, artmış periferik dirence karşı atım hacmindeki azalma sadece birkaç vuruda oluşur. Çünkü sağlıklı bir kalp artmış periferik direnci daha güçlü vuruyla kompanse edebilir. Frank-Starling kanunu kalbin toplam periferik dirençdeki artışa nasıl ayarlandığını açıklar: (a) Periferik dirençde artış atım hacminin azalmasına neden olur. (b) Böylece ventriküllerde daha çok kan kalır; bir sonraki siklus için diyastol sonu kan hacmi artar. (c) Bunun sonucu olarak sonraki siklusda ventrikül daha çok gerilir ve kanı fırlatmak için daha güçlü kasılır. Bu durum sağlıklı bir kalbin normal debisini devam ettirmesini sağlar.

Frank-Starling kanunu nedeniyle, belirli sınırlar içinde kalbin pompa gücü karşısındaki arteryel basınçda ortaya çıkan değişiklikler kalp debisini hemen hiç etkilemez. Arteryel basıncın 80–160 mmHg sınırlarında kalp debisi değişmez. Basınç ancak 160 mmHg’nın üzerine çıktığı zaman kalp yetersizliğinin başlamasına neden olur.
(3) Kalp debisinin uzunluktan bağımsız, kasılma gücüne bağlı olarak düzenlenmesine homeometrik düzenleme denir. Herhangi bir uzunlukta ventrikülün kasılma gücü sempatoadrenal sistemin aktivitesine bağlıdır. Katekolaminler (norepinefrin ve epinefrin) kalp kasının uzunluğunu değiştirmeden kasılma gücünü artırırlar. Katekolaminlerin + inotrop etkisi olarak bilinen bu etki ₁-adrenerjik reseptörler ve cAMP ile düzenlenir. cAMP, kalsiyumun ekstrasellüler sıvıdan hücre içine akışını artırır. Böylece Troponin C'ye bağlanabilecek kalsiyum miktarı artar. Bu da kasılma gücünü artırır. Aynı zamanda cAMP, bir protein kinaz yardımıyla kalsiyum iyonlarının sarkoplazmik retikuluma aktif taşınmasını da arttırır. Böylece gevşeme hızlanır ve sistol süresi kısalır. Bu durum kalp hızı arttığında önemlidir. Çünkü yeterli diyastoluk doluma imkân sağlar.

Venöz dönüş

Diyastol sonu kan hacmi, dolayısıyla atım hacmi ve kalp debisi venöz dönüşü etkileyen faktörlerce kontrol edilir (Şekil 1.16). Venöz kanla dolan atriyum ve ventriküllerdeki hız, toplam kan hacmi ve kanın kalbe dönüşünü sağlayan venöz basınca bağlıdır. Venler ince ve daha az musküler yapıya sahip olduklarından daha büyük kompliyansa sahiptirler. Bunun anlamı belli bir basınçda arterlerden daha çok genişleyebilecekleridir. Toplam kan hacminin yaklaşık %75’i ven ve venüllerde, %20’si arter ve arteriyollerde, %5’i ise kılcal damarlarda bulunur. Bu nedenle venler kapasitans damarlar olarak adlandırılır. Arterler ve arteriyoller daha az kompliyansa sahip olduklarından rezistans damarlar olarak adlandırılır.
Venöz basınç venüllerde yüksektir (10 mmHg) ve vena cava'nın sağ atriyumla birleştiği yerde düşüktür (0 mmHg). Venler toplam kan hacminin %70’ini içermelerine rağmen ortalama venöz basınç 2 mmHg’dır, ortalama arteryel basınç ise 90–100 mmHg'dır. Arteryel ve venöz basınç farkı venöz dönüşü sağlar. Venlerdeki düşük basınç; arter ve kılcal damarlar arasındaki basınç düşmesine ve yüksek venöz kapasitansa bağlıdır.



Şekil 1.16 Diyastol sonu kan hacmi ve venöz dönüşü etkileyen faktörler. (Kesik çizgiler azaltanları gösteriyor.)
Basınç farkına ek olarak şu faktörler kalbe venöz dönüşe katkıda bulunurlar: (1) Sempatik sinir aktivitesi; venöz duvarlardaki düz kas kasılmasını uyarır ve kompliyansı azaltır. (2) İskelet kas pompası; kas kasılması sırasında venöz basıncı artırarak diyastol sonu kan hacmini artırır. Venlerde bulunan kapaklar (venöz kapaklar) geriye doğru kapanır, ileri doğru açılırlar (Şekil 1.17). Bu nedenle venlerde kanın hareketi daima kalbe doğrudur. İskelet kasları kasıldığı zaman venlerde bulunan kanı kalbe doğru hereket ettirirler ve kalbe dönen kan hacmini artırırlar. (3) Torasik ve abdominal boşluklar arasındaki basınç farkı; kanın kalbe geri dönüşünü artırır. İnspirasyon esnasında diyaframın kasılması torasik hacimde artmaya, abdominal hacimde azalmaya neden olur. Toraks boşluğunda bir vakum ve abdominal boşlukta bir yüksek basınç oluşur. Bu basınç farkı kanın abdomenden torasik venlere akışına neden olur.




Şekil 1.17 İskelet kas pompası.