2016.12.01.
Összevont szeminárium Hemoreológia,, Hemoreológia hemodinamika,, vérnyomás hemodinamika
Karcsúné Dr. Kis Gyöngyi Szeged, 2016. november 29.
Hemoreológia TT: 36. „vér folyékonyságának vizsgálata”
Jean-Léonard Marie Poiseuille Isaac Newton
Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen
Robin Sanno Fahraeus Georg Simon Ohm
1
2016.12.01.
Áramlásdinamika / keringésdinamika
Soros és párhuzamos kapcsolások Áramlás intenzitásának folyamatossága (térfogat/idő)
Szükséges hemodinamikai ismeret • vérnyomás: a vérnek az erek falára kifejtett nyomása. Értéke a szívfunkciótól és az ér szívhez viszonyított pozíciójától is függ. Jele P, SI mértékegysége Pa, de az élettanban a Hgmm-t használják. • Áramlás az érrendszer két pontja között akkor jön létre ha az eret kitöltő vér nyomásában a két pontnál különbség van. Ezt nyomásfőnek (perfúziós nyomás) nevezzük. Jele ΔP (=P1-P2) A szív szívó-nyomó pumpa aktivitása alakítja ki. • Áramlás: a cső keresztmetszetén időegység alatt átáramló folyadékmennyiség (∆V/∆t), a szisztémás vérkeringésre vonatkoztatva a teljes áramlás neve keringési perctérfogat (PTF). Jele Q, mértékegysége térfogat/idő (pl. liter/perc). Vigyázat! áramlás ≠ áramlási sebesség (v), utóbbi alatt az áramló folyadék részecskéinek átlagos sebessége értendő (m/s). Q=A∙v, ahol A a cső keresztmetszete. • Hidraulikus ellenállás: adott nyomásfő mellett mekkora áramlás jön létre a csőben. Nagyvérkörre vonatkoztatva teljes perifériás ellenállásnak/rezisztenciának (TPR) nevezzük. Jele R (TPR), mértékegysége nyomás∙idő/térfogat (Hgmm∙perc/liter)
2
2016.12.01.
Ohm törvénye az áramló folyadékok hidrodinamikájában a) Elektromos áramkörökben: R=U/I R: elektromos ellenállás U: feszültségkülönbség I: áram intenzitása
Ohm törvénye az áramló folyadékok hidrodinamikájában a) Perfúziós nyomás~ nyomásfő (N/m2 (területegységre eső erő)) áramlás (Paorta-Pjobb pitvar ; Pa. Pulm- Pbal pitvar) 1kPa=7,5 Hgmm; 1 Hgmm=0,133 kPa Hidraulikus ellenállás = perfúziós nyomás/áramlás intenzitása R=(P1-P2)/Q ; Q = ΔP/R ; „Bulk flow Law”
Vér összenyomhatatlan Súrlódás Hő (szív öh. energia disszipálódik)
3
2016.12.01.
TPR teljes perifériás ellenállás • TPR=(P1-P2)/perctérfogat PRU (perifériás rezisztencia egység) 100g szervre vonatkoztatva: PRU100 = (P1-P2)/Q.100
A hidraulikus ellenállást befolyásoló tényezők: Az áramló folyadék saját anyagi tulajdonsága: viszkozitás (η) (folyadék belső súrlódása) A cső geometriájától: a hosszúsággal (L) egyenesen arányos, a cső sugarának (r) a negyedik! hatványával fordítva arányos Hagen-Poiseuille törvény: Q= ∆P x π/8 x r4/L x 1/η
R= 8/π x L/r4 x η
4
2016.12.01.
Hagen-Poiseuille törvény hossz
Q∝
Átmérő (sugár!)
nyomás
1 L
Q ∝ r4
Q ∝ ∆P
Hagen-Poiseuille törvény viszkozitás
Q = ∆P
r4 π Lη 8
1 Q∝η
R=
Lη 8 r4 π
5
2016.12.01.
A Hagen-Poiseuille törvény teljesülésének kritériumai összevetve a keringési rendszer tényeivel Hengeres nem elágazó, merev csövek newtoni folyadék stacioner áramlás lamináris viszonyok
Rugalmas, elágazó csövek, a vénák nem hengeresek nem-newtoni folyadék (a vér) pulzáció néha turbulens áramlás
Az egyenlőség tehát nem állhat fenn, mégis a törvény kijelöli a fontos faktorokat…
Hétköznapi anyagok viszkozitása • Hétköznapi nyelven: minél ellenállóbb a folyadék a folyással szemben, annál viszkózusabb • Pl. krém vs. víz
6
2016.12.01.
Viszkozitás
• •
Különböző anyagok eltérően deformálódnak ugyanolyan feszültség hatására A folyás a deformáció irreverzibilis része, nem nyeri vissza eredeti alakját az anyag az erőhatás megszűnésekor (a munka hővé alakul) F
• •
•
• •
Alakváltozással szemben a folyadékok is tanúsítanak ellenállást, ezt nevezzük súrlódásnak Folyadék belső súrlódása – a folyadékon belüli rétegek egymáshoz viszonyított mozgása minél nagyobb a súrlódás, annál nagyobb erő szükséges a mozgáshoz; shear („nyírás”) shear stress (F/A ~ τ): nyíráshoz szükséges erő egységnyi felületre vonatkoztatva (nyírófeszültség) (a lassabb folyadék réteg lassítja, a gyorsabb gyorsítja a szomszédját, nyírófeszültségek keletkeznek) shear rate (ϒ ~ dv/dx): folyadékon belüli sebességkülönbségek (gradiens) (nyírási sebesség) Poise (η) F/A = η dv/dx x
…kémiában… Különböző anyagok viszkozitása • Newtoni folyadékok vs. nem newtoni folyadékok • Különböző modellek (elasztikus (Hooke-test) viszkózus (Newtontest) plasztikus (Saint-Venant-test) shear stress
Rheogram
Zselatin, tej, vér (nyírásra vékonyodó)
Nedves homok, keményítős víz (nyírásra vastagodó) (n= folyási index) shear rate
7
2016.12.01.
Relatív viszkozitás • • • •
Ostwald-féle viszkoziméter Referencia folyadék: víz Poiseuille törvény alapján Befolyásoló tényezők: – Hőmérséklet – Nyomás
A véráramlás és profilja Nyírási sebesség („shear rate”): dv/dx V0 Vátl Vmax
max. lin. seb.
csőfal Lamináris áramlás
sebességprofil
Nyírófeszültség (mozgást létrehozó erő) „shear stress”/ nyírási sebesség „shear rate”
megadja a viszkozitást (Newton törvénye)
8
2016.12.01.
A vér viszkozitása • A vérplazma newtoni folyadék (csak a hőmérséklettől függ (pl. méz)), viszkozitása a plazmafehérjék összetételétől és koncentrációjától függ (kiszáradás!) A vér azonban nem newtoni folyadék (sejtes elemek jelenléte!) (η≠τ/γ), viszkozitása a nyíróerőktől is függ, és a csőgeometria is befolyásolja.
• 1. A hematokrit növekedése növeli a vér viszkozitását. • 2. A nyírási sebesség növelése drasztikusan csökkenti a vér viszkozitását . • 3. Az érátmérő csökkenése csökkenti a vér viszkozitását.
Relatív viszkozitás
1. A vér viszkozitásának hematokrit-függése
Normál érték Plazma viszkozitása Víz viszkozitása
Hematokrit
9
2016.12.01.
A legtöbb jelenségre magyarázat a vörösvértest membrán különleges, nem rugalmas, hanem folyadékszerű (viszkózus) deformálhatósága, amely az áramláshoz való alkalmazkodást teszi lehetővé.
VVT citoszkeleton
Sejt válasza az áramlásra mechanikai lánctalp
bukfenc
forgás
nyúlás
Kémiai szignál
Alison M. Forsyth et al. PNAS 2011;108:10986-10991
©2011 by National Academy of Sciences
10
2016.12.01.
Vörösvérsejt áramlása
„folyadékcsepp folyadékban” a vvt-k legnagyobb tengelyükkel az áramlás irányában rendezetten helyezkednek el Lassú áramlás esetén folyamatos rotáció
2. Vörösvérsejt aggregátumok (≠ alvadék) Alacsony nyírási sebesség viszkozitás ↑ oka: globulinok ↑ (!szedimentáció ↑!)
„pénztekercsképződés”
Nyírási sebesség ↑ viszkozitás ↓ Oka: nyíróerő vvt-k passzív rotációja áramvonalas alakváltozás, „pénztekercs” megszűnése
11
2016.12.01.
Nyírási sebesség vs. vér viszkozitása Newtoni
Vér viszkozitása
Nem newtoni
3. Az érátmérő hatása a vér viszkozitására
érátmérő < 300µm vér viszkozitása ↓ ~7-10 µm ~ a plazma viszkozitás
Relatív viszkozitás
Fåhraeus-Lindquist effektus
plazmaviszkozitás
érátmérő (µm)
12
2016.12.01.
Fåhraeus-Lindquist effektus tényezői 1.
Kapillárisok vvt egy sejtsorban folyadékcsepp adaptáció, (lövedék forma > 7 μm, papucs forma > 3 μm) nem érintkeznek, paraboloid sebességprofil fehérvérsejtek viszkozitás ↑
2 & 3. Axiális migráció & plazma skimming: Nagyobb mikroerekben (30-300 μm) tengelyáram közepén, gyorsan haladnak, a szélen lassabb, sejtmentes plazmaáram alakul ki hematokrit ↓ viszkozitás ↓ Stanford.edu
13
2016.12.01.
Fåhraeus-Lindquist effektus
http://www.lehigh.edu/~yal310/papers/JCP_2006.pdf
Turbulens áramlás Lamináris áramlás
• Reynolds-féle szám: NR=ρ x v x d /η ρ: foly. sűrűség (g/cm3) v: lin. áramlás seb. (cm/s) d: érátmérő (cm) η: foly. viszkozitása (poise)
Lamináris: < 2000 Turbulens: > 2000
14
2016.12.01.
Turbulens áramlás Fiziológiás előfordulása: szív, nagyobb artériák NR=ρ x v x d /η Szűkület lin. sebesség ↑ (átmérőtől függ, v= Q (áramlás) /πr2 (keresztmetszet)) NR ↑ Anaemia hematokrit↓ viszkozitás ↓ NR ↑ perctérfogat ↑ lin. sebesség ↑ NR ↑ Diagnosztikában: vérnyomásmérés, auscultatios módszer
Erek anatómiája
15
Felépítés
Nyomás (Hg mm)
2016.12.01.
Az áramlás intenzitása (ml/idő) minden egyes keresztmetszetén azonos
Erek osztályozása • nyomás: magas és alacsony nyomású rendszerek • Rugalmasság/compliance: elasztikus (szélkazán) erek, muszkuláris (vezető funkció, disztribútorok), rezisztencia erek (perifériás ellenállás, kis artériák - arteriolák), kicserélési erek, kapacitás erek (venae cavae)
16
2016.12.01.
Mi a vérnyomás? Az az erő, melyet a bal kamrából kikerült vér az erek rugalmas falára kifejt szisztolés & diasztolés érték A vérnyomás életkoronkénti alakulása (Hg mm): • Újszülött: 65-85/45-55 • csecsemő 6-12 hó: 80-100/55-65 • kisgyermek 3-6 éves: 95-110/60-75 • gyermek 12 éves: 100-120/60-75 • gyermek 14 éves: 110-135/65-85 • Felnőtt: 120-140/80-90 • • •
normál:100-140/60-90 Hgmm hypertónia: 140/90 felett hypotónia: 100/60 alatt hidrosztatikus statikus
áramlási
1 P = Ps + ρ v 2 + ρ g h 2
Miért mérjük a vérnyomást? • Hipertónia & szövődményei: aneurizma vese elégtelenség atherosclerosis trombózis szívinfarktus, tüdőembólia kb. 20 %-a a lakosságnak
stroke,
17
2016.12.01.
Egy kis történelem ☺ 1.-2. század: római orvosi Galen (Hippokratész): szívről ő írt először: „a testhőmérséklet forrása”, köpölyözés ~1500: Leonardo Da Vinci 1511: Szervét Mihály: kis vérkör 1543: Andreas Vesalius: De Humani Corporis Fabrica, 4 üregű szív 1628: William Harvey (Descartes): szív pumpa funkciója, a keringés önmagába visszatérő zárt rendszer, egy irányú áramlás, billentyűk (!köpölyözés!)
Hales:: első invazív mérés, 1733 Hales
Carl Ludwig (1847): kymograph első humán invazív mérés
18
2016.12.01.
Karl Vierordt (1855): megfelelő nyomással az artériás pulzálás megszüntethető, felfújható mandzsetta nem invazív mérés 1863, É-J Marey, hordozható verzió
1880 Basch, majd Scipione Riva-Rocci (1896): higanyos sphygmomanometer, csak szisztolé mérése tapintással Nikolai Korotkoff (1905): sztetoszkóppal szisztolé és diasztolé meghatározása
MAP az egy szívciklusra vonatkozó átlagos artériás nyomás
1 mm magasságú higanyoszlop hidrosztatikai nyomása: 1 Hgmm = 13600 kg /m3∙9,81 ms2 ∙ 0,001 m = 133,4 Pa A centrális vénás nyomás vagy a koponyaűri nyomás kifejezéséhez gyakran alkalmaznak kisebb mértékegységet, a vízoszlop-centimétert (H2Ocm): 1 H2Ocm = 1000 kg/m3 ∙ 9,81 ms2 ∙ 0,01 m = 98,1 Pa. A fentiek összehasonlításával látható, hogy a Hgmm és a H2Ocm közötti átszámítási képlet a következő: 1 Hgmm = 1,36 H2Ocm
19
2016.12.01.
Pulzushullám 1: szisztolés csúcsnyomás 2: visszaverődés (aorta billentyű zárása) 3: diasztolés nyomás (csökkenés, a visszavert hullám befolyásolja) (*mitrális billentyű zárása) 4: aorta billentyű nyitása / ejekció A visszavert hullám amplitúdója összefügg a teljes perifériás ellenállással
A közvetlen és a visszavert hullám között eltelt idő megegyezik azzal az idővel, mialatt a közvetlen hullám eljut a combartériákig és vissza
Pulzushullám amplifikáció
Csak a centrális pulzus alkalmas a billentyűk működésének vagy a kontraktilitás meghatározásához
20
*
2016.12.01.
Nyomás, ellenállás és áramlás Autoreguláció
21
2016.12.01.
Artériás compliance, disztenzió, stiffness Compliance: az érátmérő abszolút változása adott nyomásváltozás mellett (∆V/∆P) Disztenzió: az érátmérő relatív változása adott nyomásváltozás mellett (∆V/(∆PxV0)) Stiffness: merevség: nem specifikus elnevezés, az előző kettő antonimája, pulzushullám elemzése pulzushullám terjedési sebessége (PWV) elasztikus modulus: azt a nyomást jelenti, amely szükséges az érfal 100%-os kitágításához augmentációs index (Aix): azt a többletnyomást fejezi ki, amelyet a perifériáról visszaverődő hullám okoz, azaz a visszaverődés mértékét definiálja.
Érfali merevség (stiffness) Csökkent compliance centrális: sys ↑, dias ↓ (nő az utóterhelés, csökkent koronária perfúzió) – Merev falú artériákban gyorsan verődik vissza pulzushullámra rakódva fokozza a szisztolés nyomást (augmentáció)
(Következményei: hipertónia, stroke, vese, BK, myocardiális ischaemia …)
22
2016.12.01.
Pulzushullám terjedési sebesség Szisztolés volumen keltette pulzushullám 2 pont között mért „utazási ideje” a pontok közötti távolsággal osztva Befolyásoló tényezők:
Ált.: a. carotis + femoralis Minél merevebb a fal, annál nagyobb a sebesség Normál: 4-9 m/s Hipertónia akár: 16 m/s
Arteriosclerosis - Atherosclerosis
Koncentrikus megvastagodás, merevség, kalcium
Degeneratív intima eltérés, lokális, szűkület, zsír
23
2016.12.01.
Érfal merevsége és hipertónia aorta rugalmassága & szélkazán funkciója ↓ pulzushulIám-sebesség és az aorta centrális szisztolés csúcsnyomása ↑& aorta centrális diasztolés nyomása ↓ Hypertonia artériák falára ható fokozott nyíróerők kollagén felszaporodása, az elasztin megfogyatkozása, az extracelluláris mátrix megváltozása, a t. media hypertrophiája atherosclerosis artériák merevsége ↑ egymással kölcsönhatásban álló tényezők!
Vérnyomás mérése • Non invazív: (vértelen, közvetett) – Szfigmomanométer – Ellennyomást gyakorolunk, ezt a nyomást határozzuk meg a Korotkoff hangokkal – Egy mérés nem mérés – Gyakori méréstechnikai és műszerhiba – A napszakok szerint változhat
• Invazív: artéria vagy véna kanülálása és a nyomás átalakítása elektromos jellé
24
2016.12.01.
Nem invazív módszerek 1. • Palpatiós – tapintásos módszer – Csak szisztolés értéket ad meg
Nem invazív módszerek 2. • Auscultatio - Korotkov:
25
2016.12.01.
Nem invazív módszerek 3. • Oszcillometriás módszer: – Modern digitális vérnyomásmérők
Nem invazív módszerek 4. • Pletizmográfiás módszer
– vérnyomás folyamatos monitorozására – infravörös fény hemoglobin vértérfogat – Peňaz-elv: akkor tapasztalható a legnagyobb amplitúdójú vértérfogatváltozás, amikor a véredény falának külső és belső oldalán megegyezik a nyomás, azaz a transzmurális nyomás zérus – a mandzsettában lévő nyomást szabályozó visszacsatolásos rendszer állandó értéken tartja a pletizmográfiás jelet (és ezáltal zérus értéken tartja a transzmurális nyomást), a mandzsettában lévő, egyszerűen monitorozható nyomás követni fogja az artériás nyomást
26
2016.12.01.
Nem invazív módszerek 5. • Doppler-vizsgálat: Ultrahangos módszer, áramlás mérése! Néhány 100 000/perc vvt-k visszaverik, alacsonyabb frekvenciával (vvt mozog – vonatfütty ☺)
Alacsony nyomásértékeknél
ABPM 24 órás ambuláns vérnyomásmérés (Ambulatory blood pressure monitoring ) - fehér köpeny szindróma, napszaki változások
27
2016.12.01.
Invazív mérés (Carl Friedrich Wilhelm Ludwig, 1847 (Kymograph)) Általános indikációk • Sokkállapotok (pl.: súlyos sepsis, septicus sokk, vérzéses sokk, stb.) • Keringést érintő betegségek • Acut coronaria syndromák (instabil angina, myokardiális infarctus) • Kongesztív szívbetegségek • Szívritmuszavarok Sebészeti indikációk • Szív- és nagyérsebészet • Idegsebészet • Nagyobb, jelentős vér- vagy folyadévesztéssel járó sebészi beavatkozások Aneszteziológiai és intenzív terápiás indikációk • Intenzív ellátást igénylő súlyos, életveszélyes állapotok • Kontrollált hipotenziós eljárások • Ha nem-invazív vérnyomásmérés nem lehetséges, de indikált • Gyakori artériás vérvétel (pl.: vérgázellenőrzés) szükséges a műtét alatt és/vagy a posztoperatív szakban
Invazív mérés a. brachialis, femoralis, radialis, dorsalis pedis Kanül, folyadékkal teli összekötőcső, nyomsátalakító (transzducer), jelfogó monitor Kalibrálás-referenciapont: légköri nyomás Alapelve: a kanül végén a csőben levő folyadékoszlop (pl. sóoldat) közvetlenül érintkezik az érben áramló véroszloppal Pascal törvénye: a nyomás gyengítetlenül terjed tovább a folyadékban a vérnyomásjel a kanül belsejében lévő folyadékoszlop közvetítésével érintkezik a testen kívül elhelyezett szenzor membránjával elektromos jel Mechanikus energia hajlékony merev falú cső közvetíti transzducer konvertálja elektromos energiává monitor Allen teszt: Az ulnáris és a radiális artéria elszorítása kéz leenged, kinyit, szorítás megszüntetése kéz színének visszatérését mérik < 15 mp kontra indikáció
28
2016.12.01.
CVP • Centrális vénákban mért nyomás jobb pitvari nyomás jobb oldali vénás visszaáramlás a: pitvari összehúzódás, tricuspidalis nyitás. Hiánya pitvarfibrillációt jelez, míg a tricuspidalis vagy a pulmonalis billentyű szűkülete és a pulmonalis hipertenzió alatt jelentősen megnő. c: a tricuspidalis billentyű bedomborodása a jobb pitvarba és az artéria carotisról áttevődő pulzáció x: a pitvari relaxáció v: emelkedő pitvari nyomás, mielőtt a tricuspidalis billentyű kinyílna (tricuspidalis elégtelenség – regurgitatio – esetén megnő) Y: a pitvari ürülés
Normál értéke fekvő helyzetben, a jobb pitvar szintjében: 0-8 vízcm
CVP mérése Milyen esetben? • Hypotenzió • Hypovolémia • Inotróp infúzió esetén Hol? • v. jugularis interna, v. clavicularis, v. femoralis Hogyan? • Seldinger-technika: a véna megszúrására használt tű lumenében drót (Seldinger-drót) tű el a vezetődrótra katéter (kanül ellenőrzés!) Szövődmény lehetőségek • Mellhártya sérülése – légmell (pneumothorax) kialakulása • Mellkasi vérgyülem (haemothorax) kialakulása • Érsérülés • Idegsérülés • Szívritmuszavarok • Szívsérülés • Légembolia (a nyitott katéteren keresztül levegő kerülhet a keringésbe, leginkább belégzéskor, a negatív mellűri nyomás szívóhatása miatt) • Gyulladás, fertőzés a szúrás helyén
29
