Fizikalna načela cirkulacije

1. Fizikalna načela toka krvi
FIZIKALNA NAČELA
KRVNOG OPTOKA
Prof. dr. Milan Taradi
Katedra za fiziologiju i imunologiju
Medicinskog fakulteta Zagreb
Arterijski sustav
Venski sustav

2. M. Taradi
PREGLED PREDAVANJA
Upoznati temeljnu
zadaću cirkulacije
Upoznati dijelove
cirkulacije (srce, žile, krv)
Upoznati temeljna
hemodinamska načela
(zatvoren, elastičan sustav)
Upoznati fizičke
principe cirkualacije (P,
Q, R, Poiseuilleov zakon,
serijsko, paralelno spajanje)
Upoznati temeljna
načela regulacije
(autoregulacija, centralna
regulacija)

3. M. Taradi
POVIJESNI PREGLED
1200 p.n.e.
stari Egipćani
opisuju plućni
krvotok
17. stoljeće,
William
Harvey:
Exercitatio
Anatomica de
Motu Cordis et
Sanguinis in
Animalibus

4. KRVOŽILNI I LIMFNI SUSTAV
Kardiovaskularni
sustav je zatvoren
kružni sustav cijevi
kroz koje protječe krv
djelovanjem pumpe,
tj. srca.
Limfni sustav je
dodatni jednosmjerni
linearni put kojim se
međustanična
tekućina vraća u krv.

5. M. Taradi
OTVOREN I ZATVOREN
CIRKULACIJSKI SUSTAV
Cirkulacijski sustav miješa izvanstaničnu tekućinu.

6. M. Taradi
VISOKO SHEMATSKI MODEL
ZATVORENE CIRKULACIJE
Temeljna funkcija
* mješanje
izvanstanične
tekućine
Sastavni dijelovi
* pumpa
* žile
* krv

7. M. Taradi
JEDAN ILI DVA KRUGA
 a) Cirkulacija u jednom krugu
 b) Cirkulacija u dva kruga s djelomičnim miješanjem arterijske i venske
krvi
 c) Cirkulacija u dva kruga bez miješanja arterijske i venske krvi

8. OPĆA SHEMA KARDIOVASKULARNOG
SUSTAVA
Dvije pumpe spojene serijski s dvije cirkulacije.
LIJEVO SRCE
TKIVO
PLUĆA
DESNO SRCE
LA LV
DV DA
PLUĆNA
CIRKULACIJA
SISTEMNA
CIRKULACIJA
Plućna arterija
Plućne vene Aorta
Šuplje vene
Oksigenirana
krv
Deoksigenirana
krv

9. M. Taradi
TRI SASTAVNICE KRVOŽILNOG SUSTAVA
1. SRCE - pulzirajuća, četverokomorna, dvostepena pumpa
* lijevo srce - sistemska (velika, periferna) cirkulacija pod visokim tlakom
* desno srce - plućna (mala) cirkulacija pod niskim tlakom
2. KRVNE ŽILE - razgranati sustav elastičnih cijevi
* arterije - pod visokim tlakom, velika brzina protoka
* arteriole - otporničke žile, kontrolni ventili za regulaciju protoka
* kapilare - izmjena tvari između krvi i međustanične tekućine
* venule - vraćanje krvi u srce
* vene - vraćanje krvi, spremnik za krv
3. KRV - složena suspenzija stanica u koloidnoj otopini
* krvne stanice - eritrociti, leukociti, trombociti
* krvna plazma - elektroliti, bjelančevine

10. ANIMACIJA CIRKULACIJE

11. M. Taradi
1. SRCE
Srce je šuplja,
mišićna,
dvostepena,
četverokomorna,
pulzacijska
pumpa, koja
prebacuje krv iz
područja niskog
tlaka u područje
visokog tlaka i
tako održava
cirkulaciju.

12. M. Taradi
2. KRVNE ŽILE
Većina žila vodi krv u ili od kapilara.

13. M. Taradi
GRAĐA KAPILARA
Najvažniji proces u cirkulaciji zbiva se u kapilarama,
iako krv ostaje u nima samo 1 do 3 sekunde.

14. M. Taradi
OPĆI PLAN CIRKULACIJE
 1. Sistemska cirkulacija
 2. Plućna cirkulacija
 Najvažniji pojedinačni
hemodinamski parametar je srčani
minutni volumen (MV).
 MV = f xUV
MV = AT/PO

15. M. Taradi
3. KRV
Krv je složena suspenzija stanica
Vađenje krvi
1 2 Centrifugiranje
Plazma
(55% krvi)
Formirani
elementi
Leukociti i
trombociti
(<1% krvi)
Eritrocti
(45% krvi)

16. M. Taradi
TEMELJNA NAČELA CIRKULACIJE
 Sustav je zatvoren i kružni, a ne otvoren ili linearan. Svaka je
točka istodobno uzvodno i nizvodno u odnosu na druge točke.
Sustav je elastičan, a ne rigidan.
Sustav je prepunjen krvlju i rastegnut.
Dvije pumpe su spojene u seriju s malim i velikim krvotokom.
Srce radi na mahove, ali krv teče stalno zbog elastičnosti žila.
Srce ima rezervu pumpanja kad tijelo miruje.
Srce se puni pasivno, a ne može aktivno usisavati.
Regulaciju obavljaju periferni vaskularni faktori, a ne srce.
Učinak povećanog otpora jako ovisi o položaju otpora u
krvnom optoku. Daleko je veći učinak otpora u venskom dijelu.

17. M. Taradi
TEMELJNA NAČELA REGULACIJE
 Protok kroz pojedina tkiva uglavnom nadziru lokalni
tkivni mehanizmi autoregulacije.
Srčani minutni volumen određen je zbrojem lokalnih
protoka. Srce ispumpa sve što do njega dođe.
Arterijski tlak se neovisno održava stalnim pa svaka
periferna dilatacija može povećati lokani protok.
Centralni mehanizmi regulacije nadvladavaju lokanu
autoregulaciju u iznimnim stanjima (primjerice,
krvarenje).

18. SRCE NIJE USISNA PUMPA

19. Zapamtiti 2 temeljna uvjeta za cirkulaciju
 venski priljev ovisi o gradijentu tlaka
između perifernih žila (STP~1 kPa) i tlaka u
desnom atriju (~0 kPa) i otporu venskom
priljevu
 srce izbacuje svu krv koja venskim
priljevom stigne tj. održava tlak u desnom
atriju na 0 kPa
 preduvijet za cirkulaciju krvi je:
* funkcionalno zdravo srce
* razlika između sistemskog tlaka punjenja i
tlaka u desnom atriju
1. funkcionalna sposobnost
srca da prebacuje krv iz
vena u arterije
2. periferni čimbenici
određuju dotok krvi u
srce VP SMV

20. M. Taradi
FIZIKALNE KARAKTERISIKE
KRVNE STRUJE
 BRZINA (v) - linearna (cm/s)
 PROTOK (Q) - volumni (cm3/s )
 POPREČNI PRESJEK (A) (cm2)
TLAKOVI (P) (dinamični, statični) (kPa)
VISKOZNOST (h) (poaz)
REYNOLDOV BROJ (NR) (laminarni ili
turbulentni tok)

21. M. Taradi
ODNOS PROTOKA, PRESJEKA I BRZINE
Q = A x v

22. M. Taradi
UKUPAN BROJ POJEDINAČNIH ŽILA U CIRKULACIJI

23. M. Taradi
PROMJER
POJEDINAČNIH ŽILA
PROMJER ŽILNOG
KORITA
VOLUMEN KRVI
PROMJER I VOLUMEN
POJEDINIH VRSTA
ŽILA

24. M. Taradi
POVRŠINE POPREČNIH PRESJEKA
KRVNA ŽILA PRESJEK (cm2)
 AORTA 2,5
 MALE ARTERIJE 20
 ARTERIOLE 40
 KAPILARE 2 500
 VENULE 250
 MALE VENE 80
 ŠUPLJE VENE 8

25. M. Taradi
ODNOS POVRŠINE PRESJEKA ŽILNOG
KORITA I BRZINE TOKA
Krv teče najbrže u aoti
(33 cm/s).
Krv teče najsporije u
kapilarama (0,03 cm/s),
jer je tu žilno korito
najširije.
Kroz kapilaru krv
protekne za 1 do 3 s.

26. M. Taradi
OVISNOST PROTOKA O RAZLICI TLAKOVA
Protok (Q) je proporcionalan razlici između ulaznog (Pu) i
izlaznog (Pi) tlaka.
Q ~ Pu - Pi

27. M. Taradi
OVISNOST PROTOKA O DULJINI CIJEVI
Protok (Q) je obrnuto proporcionalan duljini cijevi (l).
Q ~ 1/l

28. M. Taradi
OVISNOST PROTOKA O POLUMJERU CIJEVI
Protok je razmjeran polumjeru cijevi 4 .
Q ~ r4

29. M. Taradi
OVISNOST PROTOKA O VISKOZNOSTI
Protok je obrnuto razmjeran viskoznosti (h).
Q ~ 1/ h

30. M. Taradi
PROTOK (Q) KROZ CIJEV OVISI O:
ULAZNOM TLAKU - Pu
IZLAZNOM TLAKU - Pi
PROMJERU CIJEVI - r4
DUŽINI CIJEVI - l
VISKOZNOSTI - h
p (Pu - Pi) r4
 Q = -----------------------
8 h l
Poiseuilleov zakon

31. M. Taradi
OVISNOST PROTOKA O TLAKU I OTPORU
PROTOK - Q [mL/s]
RAZLIKA TLAKOVA - P [kPa]
OTPOR - R [kPa/(mL/s)]
VODLJIVOST = 1 / R [(mL/s)/kPa]
R = P / Q
Q = P / R
P = Q x R

32. M. Taradi
SERIJSKO SPAJANJE ŽILA (OTPORA)
Ru = R1 + R2 + R3 + Rn

33. M. Taradi
PARALELNO SPAJANJE ŽILA (OTPORA)
1/Ru = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/Rn

34. M. Taradi
PROTOK KROZ POJEDINE VRSTE
KRVNIH ŽILA
Kroz sve paralelno spojene istovrsne žile u sistemskoj ili
u plućnoj cirkulaciji teče jednak volumen tj. minutni
srčani volumen (5 L/min u mirovanju).

35. M. Taradi
ODNOS
TLAKOVA I
VOLUMENA U
SISTEMSKOJ
CIRKULACIJI
Najviši su tlakovi
u aorti i njezinim
velikim
ograncima, a
najveći je volumen
pohranjen u
venskom bazenu.
U kapilarama je
samo oko 5 %
krvi.

36. M. Taradi
ODNOS TLAKA I VOLUMENA KRVI
Prikazana je sistemska i plućna cirkulacija
VOLUMEN KRVI 5 L
kapilare venule
plućna cirkulacija
šuplje vene
d.ventrikul
arterija p.
vene
arterije
l. ventrikul
aorta
arteriole
T
L
A
K
0 kPa
16

37. M. Taradi
7
13
2
5
64
9
srce 7
arterije 13
arteriole 2
kapilare 5
vene 64
pluća 9
VOLUMEN POJEDINIH DIJELOVA
CIRKULACIJE
U sistemskoj cirkulaciji je 84% ukupne krvi.

38. M. Taradi
OBLIK TOKA KROZ CIJEVI
Laminarni tok
Turbulentni tok
Oblik toka može se predvidjeti na temelju
Reynoldovog broja (NR)
NR = (r 2r v) / h
NR < 2000 - laminaran tok
NR > 3000 - turbulentan tok
Turbulenciji pogoduje
* veliki polumjer žile (r)
* velika brzina toka (v)
* mala viskoznost (h)
* pulzirajući tok
* nagle promjene polumjera
* nepravilnost stijenki

39. M. Taradi
LAMINARNI TOK Laminarni tok je tok u
strujnicama, tj.
koncentrični slojevi se
ne mješaju.
 Brzina toka ima
parabolički profil.
Sloj uz stijenku miruje,
a središnji se sloj giba
brznom koja je
dvostruko veća od
prosječne brzine.
Pad tlaka uzduž cijevi
je linearno
proporcionalan brzini
protoka.
U većini žila krv teče
laminarno.
2 v
DP ~ v
0

40. M. Taradi
TURBULENTNI TOK
DP ~ v2
Tekućina teče uz brzo radijalo
miješanje.
Pad tlaka je razmjeran
kvadratu brzine.
Često se javlja šum.
Sklonost turbulenciji
povećava veliki promjer,
velika brzina i mala
viskoznost.
U početnom dijelu aorte i
plućne arterije u brzom
izbacivanju krv teče
turbulentno.
Pri turbulentnom toku
povećava se opasnost
stvaranja tromba.

41. M. Taradi
OVISNOST VISKOZNOSTI KRVI O
HEMATOKRITU
Viskoznost plazme je 1,5 puta
veća od vode.
Viskoznost krvi je 3 puta
veća od vode.
Prividna viskoznost krvi
povećava se s hematokritom i
može biti i 10 puta veća od
vode.
Prividna viskoznost krvi
znatno je manja u živom
tkivu, nego li viskozimetru !

42. M. Taradi
RASTEGLJIVOST I POPUSTLJIVOST
POPUSTLJIVOST AORTE OVISNO O DOBI
Rastegljivost je prirast
jediničnog volumena po
jediničnom prirastu tlaka
DV
Rast = -------
DP V
 Vene su 8 puta rastegljivije od
arterija.
Popustljivost (kapacitet, C) je
omjer prirasta volumena po
prirastu tlaka.
DV
C = ----- = Rast x V
DP
Vene su 24 puta popustljivije
od odgovarajućih arterija (3 x
veći volumen x 8 puta
rastegljivije).

43. M. Taradi
ODNOS VOLUMENA I TLAKA U
ARTERIJAMA I VENAMA
 Kad volumen arterijskog stabla padne samo za 0,25 L tlak padne na 0 kPa.
 Kad volumen venskog stabla padne čak za 1 L tlak se gotovo ne promijeni.
 Kasna popustljivost (stres-relaksacija) je postupno prilagođavanje žile
novom volumenu, a temelji se na svojstvu glatkog mišića.
20
0
Tlak
(kPa)
Volumen (L)
arterije
13 kPa
750 mL
vene
1 kPa
3000 mL
0,5
2 3,5
simpatička inhibicija
simpatička stimulacija

44. M. Taradi
UČINAK TLAKA NA OTPOR I
PROTOK
 Povećanje arterijskog tlaka povećava protok ne samo zbog porasta sile
protiskivanja, već i zbog jakog smanjenja otpora.
 Pri kritičnom tlaku zatvaranja krvne žile kolabiraju i unatoč tlaku,
protoka nema.
7
0
Protok
krvi
(mL/min)
Arterijski tlak (kPa)
8 24
simpatička inhibicija normalno
simpatička stimulacija
kritični tlak zatvaranja

45. M. Taradi
AORTA I
VELIKE
ARTERIJE
Shematski
prikaz
arterijskog
stabla.

46. M. Taradi
ARTERIJSKI
SUSTAV
dovodi krv u
kapilare
djeluje kao
hidraulični filtar

47. M. Taradi
DJELOVANJE TLAČNE KOMORE
Elastičnost arterijskog stabla djeluje kao tlačna
zračna komora u starinskom vatrogasnom
aparatu, gdje se voda pumpa na mahove, ali
istječe kontinuirano.

48. M. Taradi
ARTERIJSKI SUSTAV KAO HIDRAULIČNI FILTAR
osigurava
kontinuirani tok
krvi u kapilarama,
iako srčana pumpa
radi na mahove
jako smanjuje radno
opterećenje srca

49. M. Taradi
KRIVULJE CIKLUSA ZA
DESNO I LIJEVO SRCE
DESNO SRCE
LIJEVO SRCE

50. M. Taradi
SISTOLIČNI (Ps), DIJASTOLIČNI (Pd),
SREDNJI TLAK (Pa) I TLAK PULSA (Pp)
Grafički prikazane definicije arterijskih tlakova
Pd
Ps
Pa
Pp

51. M. Taradi
TLAKOVI U AORTI I NJEZINIM VELIKIM OGRANCIMA
Sistolični tlak (Ps) je maksimalan tlak (16 kPa).
Dijastolični (Pd) je minimalan tlak (10,5 kPa).
Tlak pulsa (Pp) je razlika između maksimalnog i
minimalnog tlaka (5,5 kPa).
Srednji arterijski tlak (Pa) je integriran prosječni tlak i
otprilike je jednak zbroju dijastoličnog tlaka i jedne
trećina tlaka pulsa (Pa = Pd + 1/3 Pp) (13 kPa).

52. M. Taradi
FAKTORI O KOJIMA OVISI SREDNJI
ARTERIJSKI TLAK (Pa)
FIZIKALNI FAKTORI
* volumen krvi
* popustljivost arterijskog sustava
FIZIOLOŠKI FAKTORI
* srčani minutni volumen (MV)
* ukupni periferni otpor (UPO)

53. M. Taradi
FAKTORI KOJI UTJEČU NA ARTERIJSKE TLAKOVE
Minutni volumen i periferni otpor utječu s fiziološke strane, a
udarni volumen i arterijska popustljivost s fizikalne strane.

54. M. Taradi
OVISNOST MV, Pa I UPO
MV = Pa / UPO
13 kPa
2,6 kPa/(L/min)

55. M. Taradi
OVISNOST
MV, Pa I UPO
Udvostručenje
minutnog volumena
(MV) udvostručuje i
srednji arterijski
tlak (Pa).

56. M. Taradi
UČINAK POVEĆANJA SRČANOG MINUTNOG
VOLUMENA NA ARTERIJSKI TLAK
 Udvostručenje minutnog volumena (MV) udvostručuje arterijski tlak (Pa),
bez obzira na arterijsku popustljivost (Ca). (Pa = MV / UPO)
 Brzina kojom će se postići novi Pa obrnuto je proporcionalna Ca.

57. M. Taradi
TLAK PULSA
Razlika između sistoličnog i dijastoličnog tlaka
Na njega utječe:
* udarni volume
* arterijska popustljivost
* način izbacivanja krvi tijekom sistole

58. M. Taradi
PRIJENOS TLAKA PULSA NA PERIFERIJU
brzina raste
* aorta 5 m/s
* veliki arterijski ogranci 7 - 10 m/s
* male arterije 15 - 35 m/s
brzina prijenosa je veće od brzine toka krvi
incizura se prigušuje i nestaje
sistolični dio postaje viši i uži
u dijastoličnom dijelu pojavljuje se grba
pulzacije prestaju u kapilarama
prigušivanje je razmjerno umnošku otpora i
popustljivosti

59. M. Taradi
METODE MJERENJA KRVNOG TLAKA
izravna (krvava) metoda
posredno sfingomanometrom
* palpacijska metoda
* auskultacijska metoda

60. M. Taradi
POSREDNA METODA MJERENJA KRVNOG
TLAKA
Auskultacijska metoda mjerenja krvnog tlaka

61. M. Taradi
MJERENJE KRVNOG
TLAKA POSREDNOM
METODOM
Padom tlaka u manžeti
pojavljuju se Korotkovljevi
šumovi na razini sistoličkog
tlaka. Na arteriji radijalis
javljaju se pulzacije.
Na razini dijastoličkog tlaka
šumovi nestaju ili mijenjaju
svoj karakter.

62. M. Taradi
VENSKI
SUSTAV
 Vene
sistemske
cirkulacije


63. M. Taradi
VENSKI SUSTAV
 vraća krv iz kapilara u srce
 služi kao spremište krvi
 određuje glavninu otpora
venskom priljevu
pomaže kružnom toku krvi
djelovanjem venske crpke

64. M. Taradi
TLAK U DESNOM ATRIJU
 TDA ili središnji venski tlak iznosi
normalno 0 kPa.
 Tlak ovisi o rastezanju atrija tj. o volumenu
krvi u atriju.
 Volumen ovisi o dolaženju krvi (venskom
priljevu, VP) i odlaženju krvi (srčani
minutni volumen).
 Dakle, taj tlak nadzire normalno srce,
budući da ono ispumpa svu krv koja do
njega dođe.
 Tlak raste ( do 4 kPa), ako srce zakazuje, ili
je obilan VP (npr. transfuzija).
 Tlak pada (do -0,7 kPa), ako je srce jako
stimulirano ili VP oskudan (npr. krvarenje).

65. M. Taradi
UČINAK HIDROSTATSKOG TLAKA
 Tlakovi u različitim
dijelovima venskog
sustava pri mirnom
stajanju.
 Za svakih 10,2 cm visine
tlak se mijenja za 1 kPa.
 Vene su kolabirane na
ulasku u prsni koš, u
vratu i ako su pritisnute
organima u trbuhu. To
su glavna mjesta otpora.
 Povisi li se TDA iznad
0,8 kPa raste
retrogradno i tlak u
perifernim venama.
- 1,3 kPa sagitalni sinus
0 kPa vratne vene
5 kPa femoralna vena
12,0 kPa vene stopala
4,7 kPa vene šake
0,8 kPa vena subklavija
pri hodanju zbog rad venske crpke samo 3,5 kPa
0 kPa razina srca

66. M. Taradi
VENSKA PUMPA
Kontrakcija mišića
pritišće vene koje, zbog
zalistaka, odvode
jednosmjerno krv.

67. M. Taradi
REFERENTNA RAZINA TLAKOVA
Nulti se tlak bez obzira na
položaj tijela nalazi na razini
trikuspidalnog ušća.
Nadzor nad tim tlakom
provodi srce, budući da ono
ispumpa svu krv koja do
njega dođe.

68. M. Taradi
VENE KAO SPREMIŠTE KRVI
Venski sustav je skladište jer ima
* velik volumen (60% volumena krvi)
* veliku popustljivost
Posebni spremnici:
* slezena (spremište i eritrocita)
* jetra
* velike trbušne vene
* potkožni spletovi
* srce
* pluća
Funkcija cirkulacije je gotovo
normalna i nakon gubitka 1 L
krvi.