Hemodinamika, otpor i Poiseuilleov zakon

Pritisak pokreće, otpor ograničava

Krv teče kada postoji odgovarajuća razlika pritiska između povezanih područja. Apsolutna vrijednost pritiska na jednom mjestu nije dovoljna da odredi tok. Važni su uzvodni i nizvodni pritisak i osobine puta između njih. Otpor opisuje koliko je razlike pritiska potrebno za određeni zapreminski protok. Tako se mehanička funkcija srca povezuje sa raspodjelom krvi kroz vaskularnu mrežu.

Otpor nije sila koja postoji odvojeno od suda, nego opis njegovog odnosa pritiska i toka u konkretnim uslovima. Promjena tonusa, geometrije, viskoznosti i režima protoka može promijeniti taj odnos. U pulsirajućem arterijskom sistemu značaj imaju i elastičnost i vremenska dinamika, pa jednostavan srednji odnos ne opisuje svaki trenutak ciklusa.

Poiseuilleov model

Za dugu, ravnu, krutu cilindričnu cijev sa laminarnim tokom njutnovske tečnosti Poiseuilleov zakon povezuje otpor sa dužinom, viskoznošću i poluprečnikom. Model jasno pokazuje veliku osjetljivost protoka na promjenu lumena. To pomaže razumijevanju značaja arteriolarnog glatkog mišića, iako stvarni sudovi ne ispunjavaju potpuno sve pretpostavke.

Veća viskoznost i duža cijev povećavaju otpor, dok veći poluprečnik snažno smanjuje otpor. Promjena poluprečnika u ovom modelu djeluje kroz četvrti stepen. To je matematička osobina modela, a ne univerzalno pravilo da svaki stvarni sud pri svakoj promjeni mora dati potpuno isti odnos. Krv je suspenzija ćelija, a vaskularni zid se pomjera i mijenja tonus.

Protok nije brzina

Zapreminski protok opisuje koliko krvi prolazi u jedinici vremena. Srednja linearna brzina opisuje koliko se brzo sadržaj pomjera uzduž puta. Njihov odnos zavisi od ukupne površine presjeka. Veliki broj paralelnih kapilara daje veliku zbirnu površinu, pa krv kroz njih može prolaziti sporije iako cijela mreža prenosi odgovarajući ukupni protok.

Serijske i paralelne veze

U serijskoj vezi isti protok prolazi kroz uzastopne dijelove, a padovi pritiska se sabiraju. Dio sa većim otporom pri tom protoku daje veći pad pritiska. Arterije, arteriole, kapilare i vene određenog puta zato treba posmatrati kao povezanu cjelinu, uz posebnu regulatornu ulogu malih arterija i arteriola.

U paralelnoj vezi različiti putevi imaju zajedničke granične pritiske, a protoci se sabiraju. Otvaranje dodatnog paralelnog puta povećava ukupnu provodljivost i može smanjiti ukupni otpor. Promjena otpora jednog organa mijenja njegov doprinos ukupnom protoku i sistemskom otporu. Paralelna organizacija omogućava različitu raspodjelu krvi prema različitim tkivnim potrebama.

Laminarni i složeniji tok

Pri laminarnom toku slojevi imaju uređen raspored, uz brzinu koja se razlikuje između zida i središta. Pri uslovima koji podstiču vrtloženje dio energije troši se na složenije kretanje. Velika brzina, promjena geometrije i naglo suženje mogu povećati takvu sklonost. Odnos pritiska i toka tada nije potpuno opisan Poiseuilleovim modelom.

U veoma sitnim sudovima eritrociti imaju značajnu ulogu u efektivnoj viskoznosti i lokalnoj geometriji toka. Pulsiranje i elastičnost dodatno mijenjaju arterijski odgovor. Modeli ostaju korisni ako se njihove pretpostavke jasno navedu. Najvažnije je prepoznati pravac uticaja promjenljivih i granice pri njihovom prenošenju na živi sistem.

Zapamti

Protok zavisi od razlike pritiska i otpora. Poiseuilleov zakon naglašava poluprečnik uz stroge pretpostavke. Linearna brzina, ukupni protok i vaskularna komplijansa predstavljaju različite, povezane veličine.