2015.11.26.
A kardiovaszkuláris rendszer élettana IV. 43. Az egyes érszakaszok hemodinamikai jellemzése 44. Az artériás rendszer működése Domoki Ferenc, November 20 2015.
Az erek: elasztikus és elágazó csövek A Hagen-Poiseuille törvény alapján a cső hossza és sugara alapvetően befolyásolja a hidraulikus ellenállást. A keringési rendszer rugalmas falú, elágazó, és nemcsak hengeres csöveket tartalmaz, szemben a törvény kritériumaival. A teljes perifériás ellenállást az egymással sorban és párhuzamosan kapcsolt vaszkuláris elemek komplex módon alakítják ki. A rugalmasság miatt a vérnyomás emelkedésével változik a csövek sugara, keresztmetszete, és térfogata is. Fontos alapfogalmak: transmuralis nyomás, kritikus záródási nyomás, vaszkuláris compliance, falfeszülés (Laplace törvény)
1
2015.11.26.
Transmuralis nyomás: az eret feszítő nyomás: Ptm=Pvér-Pinst „transmuralis” : a falon át A vérnyomás és az érfalat körülvevő intestitium nyomásának különbsége Az interstitialis nyomás rendszerint nem játszik szerepet a nagyvérköri artériák transmuralis nyomásában (kivéve az összehúzódó izomzatban), jelentősebb viszont az alacsony nyomású rendszerben (vénás keringés)
VASZKULÁRIS COMPLIANCE: EGYSÉGNYI NYOMÁSVÁLTOZÁSRA ESŐ TÉRFOGATVÁLTOZÁS. FÜGG AZ EREK TÁGULÉKONYSÁGÁTÓL ÉS KEZDETI TÉRFOGATÁTÓL. Compliance: a V-P görbe meredeksége. V
Vénás rendszer
tgα=
∆V ∆P Artériás rendszer α ∆P
∆V
Nyomás (Hgmm)
P A VÉNÁS COMPLIANCE 20-24-SZER NAGYOBB, MINT AZ ARTÉRIÁS COMPLIANCE
2
2015.11.26.
Az erek összeesnek ha a transmuralis nyomás a kritikus záródási nyomás alá csökken
véráramlás
Szimp gátlás
Nyugalmi áll.
Kritikus záródási nyomás
Szimp. aktiválás
Az artériákban a kritikus záródási nyomás magasabb, mint a halál után kialakuló átlagos keringési töltőnyomás (~7 Hgmm). Ezért az artériák összeesnek, majd a boncoláskor levegővel telnek fel. Ez félrevezette a tudósokat ezer éven át, azt képzelve, hogy az artériák levegőt szállítanak. Görög nevüket nevüket is innen kapták: arteria= légszállító cső.
Artériás nyomás
r T= Px h
Laplace törvény Falfeszülés = Transmuralis nyomás x
T P
érsugár érfalvastagság
Az érfal feszülése: az eret szétfeszítő nyomás hatására az érfalban keletkező erő, amely az érfalat felszakítaná. Laplace törvénye megmutatja, mely érszakaszoknál van nagy kockázat vénák – alacsony (nagy sugár – alacsony nyomás) kapillárisok – alacsony (kis sugár – alacsony nyomás) arteriolák – alacsony (kis sugár – magas nyomás + vastag fal) muszkuláris artériák – alacsony (közepes sugár + vastag fal – magas nyomás) aorta/ nagy elasztikus artériák –magas (nagy sugár– relatív vékony fal – magas nyomás) A magas falfeszülés által kiváltott érszakadás tehát az aortában a legvalószínűbb, a falgyengülés által létrehozott aneurizma circulus vitiosus-t indít el!
3
2015.11.26.
A Laplace törvény és a Bernouilli törvény megmagyarázzák az aorta-aneurizma progresszióját TE = PE + KE + hőveszteség
A vér teljes energiája (TE) = potenciális energia (PE) + mozgási (kinetikus) energia (KE) + súrlódási hőveszteség Minthogy Q=A·v, az aneurizmában az áramlási sebesség (és így a kinetikus energia) csökken, az eret szétfeszítő nyomás komponens nő. Ahogy az aorta tágul, egyre jobban csökken a sebesség, egyre jobban nő a nyomás ÉS a sugár, valamint vékonyodik a fal növelve a falfeszülést. Erre a károsodott fal tovább tágul, amíg…
r T= Px h
Daniel Bernoulli (1700-1782) 8 jelentős matematikus és fizikus származott a családból Daniel legfontosabb felfedezése, amikor a sebesség nő, a nyomás csökken
4
2015.11.26.
Néhány kísérlet otthonra a Bernouilli törvény bemutatására
Ping-pong labdák!
Hogyan lehet az elágazó érrendszer ellenállását meghatározni? Az erek egymással vagy sorba vagy párhuzamosan kapcsoltak. A nagyvérkör szervei egymással párhuzamosan kapcsoltak. Az egyes értípusok erei egymással szintén párhuzamosan kapcsoltak ( artériák, arteriolák, kapillárisok, vénák) Az egyes értípus csoportok egymáshoz képest viszont sorosan helyezkednek el (artériák az arteriolákkal, azok a kapillárisokkal, azok a venulákkal etc)
5
2015.11.26.
Eredő ellenállás párhuzamosan kapcsolt csövekben
Az eredő ellenállás mindig KISEBB, mint a legkisebb egyedi ellenállás!
Tüdő Bal szívfél
Jobb szívfél koszorúserek agy vázizomzat máj
GIS vese bőr
A nagyvérkör szervei egymással párhuzamosan kapcsoltak. Ezt a rendszert könnyebb leírni, ha a rezisztencia helyett reciprokát, a konduktanciát használjuk K = 1/R, Ktotal= 1/TPR Ktotal=Kkoszorúserek+Kagy + Kvázizomzat +… Az ábra a teljes perifériás konduktanciához viszonyított %-os értékeket mutatja a nagyvérkörben A TPR KISEBB, mint BÁRMELY szerv keringési ellenállása a nagyvérkörben. Például, a koszorúsérkeringés részesedése a teljes konduktancia 5%-a, ez azt jelenti, hogy ellenállása a TPR 20-szorosa! Rkoszorúserek=1/Kkoszorúserek= 1/0.05 Ktotal=20 TPR
6
2015.11.26.
Eredő ellenállás párhuzamosan kapcsolt érszegmentumokban Rszegmentális= R=1/K !!! vagy
(
1 1 1 1 1 + ...+ + + R1 R2 R3 Rn
)
Kszegmentális= K1+K2+K3+K4+ …. Kn Az eredő ellenállás annál nagyobb, minél nagyobb az R (az individuális) ellenállás, és minél kisebb n (a párhuzamosan kapcsolt erek száma). Talán könnyebb átlátni, hogy a szegmentális konduktancia annál kisebb, minél kisebbek az erek individuális konduktanciái és minél kevesebb a párhuzamosan kapcsolt erek száma. Fentieket alkalmazva az egyes szegmentumok közül legnagyobb ellenállással az arteriolák rendelkeznek (nagy R, relatíve kis n).
Eredő ellenállás sorosan kapcsolt csövekben
Rtotal= R1+ R2 + R3 + … Rn TPR= Raorta + Rartériák + Rarteriolák + Rkapillárisok + Rvénák Az eredő ellenállás mindig NAGYOBB, mint a legnagyobb egyedi ellenállás!
7
2015.11.26.
A VÉRNYOMÁS/ SZEGMENTÁLIS ELLENÁLLÁS ALAKULÁSA A KERINGÉSI RENDSZERBEN
Tüdő vénák
Venulák
Kapillárisok
Arteriolák
Tüdő artériák
Venae cavea
Nagy vénák
Kis vénák
Venulák
Kapillárisok Arteriolák
Kis artériák
Muszkuláris artériák
Aorta
Nyomás (Hgmm)
TPR= Raorta + Rartériák + Rarteriolák + Rkapillárisok + Rvénák
Rarteriolák =∆Parteriolák / Q (Q= perctérfogat
Szisztémás nagyvérkör
Kisvérkör
• Rarteriolák >> Rkapillárisok > Rvénák > Rartériák > Raorta
• A legnagyobb a nyomásesés az arteriolákban: ez a szakasz képviseli a legnagyobb ellenállást, amely meghatározza a teljes perifériás ellenállást (TPR). •Az artériás vérnyomás és a helyi vérátáramlás szabályozása az arteriolákban történik.
KERESZTMETSZET ÉS SEBESSÉG Sebesség Keresztmetszet
Véna
Kapilláris
Arteriola
Muszkuláris art.
Aorta Artériák Arteriolák Kapillárisok Venulák Vénák V. cavae
cm² cm/s 4 22.5 20 40 3000 0.03 250 80 8 11.0
Elasztikus. art.
Q= A·v
8
2015.11.26.
VÉRTÉRFOGAT ELOSZLÁSA
Vénák
Kapillárisok
Arteriolák
Elasztikus art.
Szív Aorta Artériák Arteriolák Kapillárisok Vénák Tüdő
% 7 6 6 2 6 64 9
Muszkuláris art.
A vértérfogat 2/3-a a tágulékony vénákban található.
Az erek szövettani jellegei és fő funkciói Elasztikus Muszkuláris Arteriola Kapilláris a. a. Prekapilláris Venula sphincter
Véna
Vena cava
Endoth. Elaszt. sz. Simaizom Rostos sz. Átmérő Falvastag.
25 mm 2 mm
4 mm 1 mm
Szélkazán Elosztás működés: Folyamatos áramlás
30 µm 25 µm
8 µm 20 µm 1 µm 2 µm
5 mm 0.5 mm
30 mm 1.5 mm
Ellenállás Kicserélés Nagy mol. Vénás visszaáramlás filtrálása szabályozása Vérnyomás vérgáz Gyulladás Perctérfogat szabályozása stb. szabályozása
9
2015.11.26.
Harvey könyve a keringésről, a modern orvostudomány kezdete:
Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis (in Animalibus) (1628)
William Harvey (1578 – 1657)
Az artériás rendszer működése
Starling szív- tüdő preparátuma
SZÉLKAZÁN! ellenállás
vénás rezervoir
tüdő
aorta nyomás
kamrai térfogat pitvari töltőnyomás
10
2015.11.26.
A SZÉLKAZÁN MŰKÖDÉSE ÁRAMLÁS
Tol
NYOMÁS
Szélkazán nélkül Tol-Húz
Húz
Tol-Húz
Levegőtartály: szélkazán Tol Szélkazánnal Tol-Húz
Húz
Tol-Húz
AZ ELASZTIKUS ARTÉRIÁK SZÉLKAZÁN FUNKCIÓJA
Systole alatt az elasztikus artériák vért tárolnak. Perifériás ellenállás
Perifériás ellenállás
Diastole alatt az artériák elasztikus összehúzódása (nem izomkontrakció!) továbbítja a tárolt vért.
11
2015.11.26.
AZ ARTÉRIÁS VÉRNYOMÁS Systolés nyomás
Vérnyomás (Hgmm)
Pulzusnyomás közép nyomás
Diastolés nyomás
Artériás középnyomás ≈ Pd + 1/3(Ps - Pd) (MABP: mean arterial blood pressure) pulzusnyomás fogalma Az artériás középnyomás a keringés hajtóereje (a nyomásgrádiens fő meghatározó szabályozott tényezője).
A SYSTOLÉS ÉS DIASTOLÉS NYOMÁST MEGHATÁROZÓ FAKTOROK
• Pulzustérfogat emelkedése • Elasztikus erek rugalmasságának csökkenése • Teljes perifériás ellenállás (TPR) növekedése
12
2015.11.26.
Starling szív- tüdő preparátuma ellenállás vénás rezervoir
tüdő
aorta nyomás
kamrai térfogat pitvari töltőnyomás
A PULZUSTÉRFOGAT EMELKEDÉSÉNEK HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA
VS2 VD2
• PS jelentősen emelkedik. • PD mérsékelten emelkedik. •Pulzusnyomás nő
VS1 VD1
PD1 PS1 PD2
PS2
Aorta nyomás-térfogat diagramja!
13
2015.11.26.
Térfogatváltozás (%)
A KORRAL CSÖKKEN AZ AORTA RUGALMASSÁGA
Nyomás (Hgmm) A compliance elsősorban a magas nyomástartományban csökken.
AZ AORTA CSÖKKENT RUGALMASSÁGÁNAK HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA Rugalmas aorta
VS1
Rugalmatlan aorta
VD1
PD2 PD1 PS1PS2
• Systolés nyomás (PS) emelkedik. • Diastolés nyomás (PD) csökken. •Pulzusnyomás nagymértékben nő!
14
2015.11.26.
FOKOZOTT TPR HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA
Fokozott TPR
Fokozott TPR + csökkent compliance
VS2 VD2 VS1 VD1
PD1 PS1
PD2 PS2
PD1 PS1
PD2
PS2
• PS jelentősen emelkedik • PS igen jelentősen emelkedik • PD jelentősen emelkedik • PD jelentősen emelkedik
A VÉRNYOMÁS VÁLTOZÁSA A KORRAL
Férfi Nő 4 év 88/60 88/60 20 év 118/71 118/70 40
év
126/77 131/81
50
év
150/88 156/90
év
A korral elsősorban a systolés nyomás növekszik.
15
2015.11.26.
A VÉRNYOMÁSVÁLTOZÁSOK ÖSSZEFOGLALÁSA Normális Fokozott pulzustérfogat 120 140 Hgmm 80 90 120 80 120 80 120 80 Normális
Csökkent compliance 140 Hgmm 60 Fokozott TPR 150 Hgmm 110 Fokozott TPR + csökkent compliance 180 Hgmm 110
Megváltozott
ÁRAMLÁSI SEBESSÉG ÉS A NYOMÁSPULZUS TERJEDÉSE
A golyó által megtett távolság = X A nyomáspulzus által megtett távolság: Y
A nyomáspulzus sebessége (Y/t) sokkal gyorsabb, mint a részecskék mozgása (X/t).
16
2015.11.26.
A NYOMÁSPULZUS TERJEDÉSE • Terjedési sebesség - aortában: 3-5 m/sec; - kis artériákban: 15-30 m/sec. • Az átlagos áramlási sebesség 30 cm/sec az aortában és csökken a periféria felé. • A nyomáspulzus terjedési sebességét fokozó tényezők: - az érfal csökkent rugalmassága - nagyobb falvastagság
PERIFÉRIÁS ÁRAMLÁSI ÉS NYOMÁSPULZUSOK
A nyomáspulzus növekszik a periférián. Az áramlási pulzus csökken a periférián.
17
2015.11.26.
A NYOMÁSPULZUS VÁLTOZÁSA A TERJEDÉS FOLYAMÁN A periféria felé: • Systolés nyomás nő • Az incisura eltűnik • Új diastolés csúcs • Késés A változás okai: • Csillapítás • Visszaverődés • Nyomásfüggő terjedés • Rezonáció
Az artériás pulzus Az aortanyomás változásai a szívciklus alatt tovavezetődnek az artériákon mint nyomáspulzus- térfogati pulzust hozva létre, amely tapintható, ha az artériát nekinyomjuk egy lapos felületnek. a pulzus mind a szív mind az artériás rendszer állapotáról hordoz információt!
18
2015.11.26.
Pulzuskvalitások (latinul) pulsus frequens pulsus regularis pulsus altus pulsus celer pulsus durus pulsus aequalis
pulsus rarus (frekvencia) pulsus irregularis (ritmus) pulsus parvus (amplitúdó) pulsus tardus (meredekség) pulsus mollis (elnyomhatóság) pulsus inaequalis (hasonlóság)
19
2015.11.26.
PULZUS VIZSGÁLATA TAPINTÁSSAL 1. FREKVENCIA Rarus (ritka)
Frequens (szapora) 2. RITMUS Regularis (szabályos)
Irregularis (szabálytalan)
3. AMPLITÚDÓ Altus (magas)
Parvus (alacsony)
4. MEREDEKSÉG Tardus (lassú)
Celer (gyors)
Az artériás pulzus: példák
Pulsus celer et altus
Pulsus frequens, parvus et mollis = pulsus filiformis
20
