Regulacja krążenia krwi
advertisement
Regulacja krążenia krwi Układ krwionośny jest złożony z pompy – serca – i naczyń krwionośnych, które rozprowadzają krew z tlenem i substancjami odżywczymi do każdej komórki ciała. Zasady dotyczące przepływu krwi podlegają tym samym prawom fizyki, co zasady przepływu płynu przez rury. Na przykład jednym z najbardziej podstawowych praw tego zagadnienia jest to, że szybkość przepływu płynu przez rurę jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnień na końcach rury (gradient ciśnienia) oraz odwrotnie proporcjonalna do oporu rury (określenie, do jakiego stopnia rura podtrzyma przepływ płynu). Przepływ = gradient ciśnienia / opór = ΔP/R To podstawowe prawo znajduje zastosowanie także w przypadku przepływu krwi. Płynem jest krew, a rurą jest naczynie krwionośne. Gradientem ciśnienia jest różnica pomiędzy ciśnieniem w tętnicach, a ciśnieniem w żyłach, która to różnica powstaje, gdy krew jest pompowana w tętnice. Szybkość przepływu krwi jest wprost proporcjonalna do gradientu ciśnienia i odwrotnie proporcjonalne do oporu naczynia. Przepływ krwi jest objętością krwi przepływającą przez cały układ krążenia w danej jednostce czasu. Całkowity przepływ krwi jest określany przez objętość minutową serca (ilość krwi, którą serce jest w stanie przepompować w ciągu minuty). Przepływ krwi do określonych obszarów ciała może znacząco się zmieniać w czasie. Zapotrzebowanie narządów jest różne w różnym czasie i dlatego naczynia krwionośne mają różną średnicę i światło. Przepływ krwi w różnych obszarach ciała zależy od doraźnych potrzeb tkanek. W związku z tym przepływ krwi może się zwiększać do niektórych obszarów i obniżać do innych w tym samym czasie. Opór jest miarą stopnia, do jakiego naczynie krwionośne może podtrzymać przepływ krwi. Głównymi czynnikami, które wpływają na opór, są: 1. promień naczynia krwionośnego, 2. długość naczynia krwionośnego, 3. lepkość krwi. Promień. Im mniejszy promień naczynia krwionośnego, tym większy opór. Jest to związane z tarciem pomiędzy krwią, a ścianą naczynia krwionośnego. Skurcz mięśni gładkich naczynia krwionośnego skutkuje zmniejszeniem promienia naczynia krwionośnego. Osady tłuszczu mogą również powodować zmniejszenie promienia naczynia krwionośnego, nie dopuszczając by krew dotarła do komórek mięśnia sercowego, co prowadzi do zawału serca. Rozluźnienie mięśni gładkich naczynia krwionośnego powoduje z kolei zwiększenie promienia naczynia krwionośnego. Promień naczynia krwionośnego jest najważniejszym czynnikiem w określeniu oporu przepływu krwi. Długość. Im dłuższe naczynie – tym większy opór. Jest to znów związane z tarciem pomiędzy krwią, a ścianą naczynia krwionośnego. Długość naczyń krwionośnych danej osoby zmienia się tylko w trakcie wzrostu tej osoby. W innym wypadku naczynia krwionośne pozostają raczej stałej długości. Lepkość. Lepkość określana jest głównie przez hematokryt – stosunek objętości czerwonych krwinek do całkowitej objętości krwi. Im wyższy hematokryt, tym większa lepkość. W większości przypadków fizjologicznych hematokryt nie zmienia się zbytnio i lepkość krwi pozostaje mniej więcej stała. Wpływ ciśnienia krwi i oporu naczynia na przepływ krwi. Przepływ krwi jest wprost proporcjonalny do ciśnienia krwi. Jest to związane z różnicą ciśnień (ΔP) pomiędzy dwoma końcami naczynia, która jest siłą napędową przepływu krwi. Opór peryferyczny jest tarciem, które przeciwdziała przepływowi krwi przez naczynie krwionośne. Tą zależność można zaprezentować następującym równaniem: Przepływ krwi (ml/min) = ΔP / opór peryferyczny Trzy czynniki, które mają wpływ na opór peryferyczny to: lepkość krwi (η), długość naczynia krwionośnego (L) oraz promień naczynia krwionośnego (r). Te zależności można wyrazić następującym wzorem : Opór peryferyczny = 8Lη / πr4 Z tego wzoru można wywnioskować, że lepkość krwi i długość naczynia krwionośnego są wprost proporcjonalne do oporu peryferycznego. Opór peryferyczny jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi promienia naczynia. Jeśli połączyć te dwa wzory, to otrzymamy: Przepływ krwi = ΔP πr4/8 Lη Można z tego wzoru wywnioskować, że przepływ krwi jest wprost proporcjonalny do czwartej potęgi promienia naczynia, co oznacza, że małe zmiany w promieniu naczynia powodują ogromne zmianami w przepływie krwi. Kontrola średnicy naczynia krwionośnego jest podstawową metodą kontroli przepływu krwi. Kontrola długości promienia naczynia krwionośnego jest osiągana poprzez skurcz lub rozluźnienie mięśni gładkich w ścianie naczynia krwionośnego. Im większa lepkość płynu, tym większy opór. Dlatego też szybkość przepływu będzie wolniejsza w bardziej lepkich roztworach. Krew posiada określoną lepkość. Jest to związane z obecnością białek i elementów morfotycznych krwi, w tym krwinek białych (leukocytów), krwinek czerwonych (erytrocytów) i płytek krwi (trombocytów). Elementy morfotyczne i białka krwi przesuwają się obok siebie zwiększając opór przepływu krwi. Krew ma 3-5 krotnie większą lepkość niż woda. Czynniki takie jak odwodnienie i zmieniona liczba elementów morfotycznych krwi wpływają na lekkość krwi. Na przykład czerwienica (zwana również nadkrwistością, jest przypadłością, w której ilość czerwonych krwinek jest zwiększona) lub określone rodzaje anemii, w których zmniejszona jest ilość czerwonych krwinek. Zwiększając ilość czerwonych krwinek, zwiększa się lepkość krwi, a obniżając ich liczbę – lepkość krwi się zmniejsza. Naczynia krwionośne rosną, aż do osiągnięcia dojrzałości przez organizm. Im dłuższe naczynie, tym większy opór, ponieważ jest duża powierzchnia styczna dla komórek krwi. Dlatego też, im bardziej długość naczynia rośnie, tym bardziej tarcie wzrasta. Długość naczyń krwionośnych jest względnie stała, gdy jesteśmy już dorośli, chyba, że przytyjemy lub stracimy na wadze. Jeśli przytyjemy, naczynia krwionośne mogą zwiększyć swoją długość, a jeśli stracimy na wadze – mogą ulec skróceniu. Różnica ciśnień pomiędzy dwoma końcami naczynia krwionośnego jest siłą napędową przepływu krwi. Ta różnica ciśnień jest nazywana gradientem ciśnienia. W układzie krwionośnym siła skurczu serca dostarcza pierwsze ciśnienie i opór układu krwionośnego wpływa na gradient ciśnienia. Jeżeli serce zmieni siłę skurczu naczynia krwionośne muszą być w stanie na tą zmianę odpowiedzieć. Duże tętnice znajdujące się blisko serca mają bardziej elastyczną tkankę w związku z przystosowaniem do tych zmian. W ludzkim ciele serce wykonuje około 70 (HR) uderzeń na minutę. Każde uderzenie serca wymaga przerwy na napełnienie, kiedy krew przepływa do komór serca. Następnie krew jest aktywnie wypompowywana tętnicami (aortą i pniem płucnym). Aktywność tłocząca serca może być opisana jako fazy cyklu pracy serca. Komory serca napełniają się podczas rozkurczu i pompują krew podczas skurczu. Jak można sobie wyobrazić, czas trwania rozkurczu jest jednym z czynników określających ilość krwi w sercu pod koniec napełniania komór serca. Do pewnego momentu, zwiększanie napełnienia komór skutkuje zwiększeniem objętości komór. Objętość komór pod koniec fazy rozkurczu, tuż przed skurczem końcową nazywamy objętością rozkurczową (EDV). Objętość wyrzucona pojedynczym skurczem komór jest określana objętością wyrzutową, a objętość pozostająca w komorze po skurczu – końcową objętością skurczową (ESV). Ludzkie serce jest złożonym, czterokomorowym organem, złożonym z 2 współdziałających pomp (prawa i lewa strona). Prawa strona serca tłoczy krew przez płuca do lewej strony serca. Z kolei lewa strona serca rozprowadza krew po ciele. Krew wraca do prawej strony serca i zamyka obieg. Aby określić ilość krwi wypompowanej z serca, mnożymy częstotliwość pracy serca (HR) przez objętość wyrzutową (SV). CO = HR * SV Z równania na przepływ (przepływ = ΔP/R) można wyliczyć ciśnienie krwi: ΔP = przepływ * R Podstawiając równanie dla CO na przepływ, otrzymujemy: ΔP = HR * SV * R W związku z tym, aby utrzymać ciśnienie krwi uklad krwionośny może zmienić częstotliwość pracy serca, objętość wyrzutową lub opór. Na przykład, jeżeli opór się zmniejszy, częstotliwość pracy serca może wzrosnąć, by utrzymać stałą różnicę ciśnień.
