A kardiovaszkuláris rendszer élettana IV.

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

Transmuralis nyomás: az eret feszítő nyomás: P tm =P vér -P inst 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 tgα= V P Vénás rendszer Artériás rendszer α P V P Nyomás (Hgmm) A VÉNÁS COMPLIANCE 20-24-SZER NAGYOBB, MINT AZ ARTÉRIÁS COMPLIANCE 2

Az erek összeesnek ha a transmuralis nyomás a kritikus záródási nyomás alá csökken véráramlás Szimp gátlás Kritikus záródási nyomás Nyugalmi áll. 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 T = P x r h Laplace törvény Falfeszülés = Transmuralis nyomás x 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! P T 3

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 T = P x r h Daniel Bernoulli (1700-1782) 8 jelentős matematikus és fizikus származott a családból Daniel legfontosabb felfedezése, amikor a sebesség nő, a nyomás csökken 4

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

Eredő ellenállás párhuzamosan kapcsolt csövekben Az eredő ellenállás mindig KISEBB, mint a legkisebb egyedi ellenállás! Tüdő Jobb szívfél koszorúserek agy vázizomzat máj GIS vese bőr Bal szívfél A nagyvérkör szervei egymással párhuzamosan kapcsoltak. Ezt a rendszert könnyebb leírni, ha a rezisztencia helyett reciprokát, a konduktanciát használjuk K = 1/R, K total = 1/TPR K total =K koszorúserek +K agy + K vázizomzat + 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! R koszorúserek =1/K koszorúserek = 1/0.05 K total =20 TPR 6

Eredő ellenállás párhuzamosan kapcsolt érszegmentumokban R=1/K!!! R szegmentális = 1 1 1 1 1 + + +... + R1 R2 R3 Rn ( ) vagy K szegmentális = 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 R total = R 1 + R 2 + R 3 + R n TPR= R aorta + R artériák + R arteriolák + R kapillárisok + R vénák Az eredő ellenállás mindig NAGYOBB, mint a legnagyobb egyedi ellenállás! 7

A VÉRNYOMÁS/ SZEGMENTÁLIS ELLENÁLLÁS ALAKULÁSA A KERINGÉSI RENDSZERBEN TPR= R aorta + R artériák + R arteriolák + R kapillárisok + R vénák Nyomás (Hgmm) Aorta Muszkuláris artériák Kis artériák Arteriolák Kapillárisok Venulák Kis vénák Nagy vénák Venae cavea Tüdő artériák Arteriolák Kapillárisok Venulák R arteriolák = P arteriolák / Q (Q= perctérfogat Tüdő vénák Szisztémás nagyvérkör Kisvérkör R arteriolák >> R kapillárisok >R vénák > R artériák > R aorta 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 Q= A v cm² cm/s Aorta 4 22.5 Artériák 20 Arteriolák 40 Kapillárisok 3000 0.03 Venulák 250 Vénák 80 V. cavae 8 11.0 Elasztikus. art. Muszkuláris art. Arteriola Kapilláris Véna 8

VÉRTÉRFOGAT ELOSZLÁSA A vértérfogat 2/3-a a tágulékony vénákban található. % Szív 7 Aorta 6 Artériák 6 Arteriolák 2 Kapillárisok 6 Vénák 64 Tüdő 9 Elasztikus art. Muszkuláris art. Arteriolák Kapillárisok Vénák Elasztikus a. Az erek szövettani jellegei és fő funkciói Muszkuláris a. Arteriola Prekapilláris sphincter Kapilláris Venula Véna Vena cava Endoth. Elaszt. sz. Simaizom Rostos sz. Átmérő 25 mm 4 mm 30 µm 8 µm 20 µm 5 mm 30 mm Falvastag. 2 mm 1 mm 25 µm 1 µm 2 µm 0.5 mm 1.5 mm Szélkazán Elosztás Ellenállás Kicserélés Nagy mol. Vénás visszaáramlás működés: filtrálása szabályozása Folyamatos Vérnyomás vérgáz Gyulladás Perctérfogat áramlás szabályozása stb. szabályozása 9

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 pitvari töltőnyomás kamrai térfogat 10

Tol A SZÉLKAZÁN MŰKÖDÉSE ÁRAMLÁS NYOMÁS Szélkazán nélkül Húz Tol Szélkazánnal Levegőtartály: szélkazán Tol-Húz Tol-Húz Húz Tol-Húz Tol-Húz AZ ELASZTIKUS ARTÉRIÁK SZÉLKAZÁN FUNKCIÓJA Perifériás ellenállás Systole alatt az elasztikus artériák vért tárolnak. Perifériás ellenállás Diastole alatt az artériák elasztikus összehúzódása (nem izomkontrakció!) továbbítja a tárolt vért. 11

AZ ARTÉRIÁS VÉRNYOMÁS Systolés nyomás Pulzusnyomás Vérnyomás (Hgmm) közép nyomás Diastolés nyomás Artériás középnyomás P d + 1/3(P s -P d ) (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

Starling szív- tüdő preparátuma ellenállás vénás rezervoir tüdő aorta nyomás pitvari töltőnyomás kamrai térfogat A PULZUSTÉRFOGAT EMELKEDÉSÉNEK HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA V S2 V D2 V S1 V D1 P S jelentősen emelkedik. P D mérsékelten emelkedik. Pulzusnyomás nő P D1 P S1 P D2 P S2 Aorta nyomás-térfogat diagramja! 13

A KORRAL CSÖKKEN AZ AORTA RUGALMASSÁGA Térfogatváltozás (%) Nyomás (Hgmm) A compliance elsősorban a magas nyomástartományban csökken. AZ AORTA CSÖKKENT RUGALMASSÁGÁNAK HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA Rugalmas aorta V S1 V D1 Rugalmatlan aorta P D1 P D2 P S1 P S2 Systolés nyomás (P S ) emelkedik. Diastolés nyomás (P D ) csökken. Pulzusnyomás nagymértékben nő! 14

FOKOZOTT TPR HATÁSA A VÉRNYOMÁSRA Fokozott TPR Fokozott TPR + csökkent compliance V S2 V D2 V S1 V D1 P D1 P S1 P D2 P S2 P D1 P S1 P D2 P S2 P S jelentősen emelkedik P D jelentősen emelkedik P S igen jelentősen emelkedik P D 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

A VÉRNYOMÁSVÁLTOZÁSOK ÖSSZEFOGLALÁSA Normális 120 80 Fokozott pulzustérfogat 140 90 Hgmm Csökkent compliance 120 80 140 60 Hgmm Normális Megváltozott 120 80 120 80 Fokozott TPR 150 Hgmm 110 Fokozott TPR + csökkent compliance 180 Hgmm 110 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

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

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

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

PULZUS VIZSGÁLATA TAPINTÁSSAL 1. FREKVENCIA Frequens (szapora) 2. RITMUS Regularis (szabályos) Rarus (ritka) Irregularis (szabálytalan) 3. AMPLITÚDÓ Altus (magas) Parvus (alacsony) 4. MEREDEKSÉG Celer (gyors) Tardus (lassú) Az artériás pulzus: példák Pulsus celer et altus Pulsus frequens, parvus et mollis = pulsus filiformis 20