Hemodinamik

“Hemodinamik” terimi Yunanca “haima” (kan anlamına gelir) ve “dynamis” (kuvvet veya güç anlamına gelir) kelimelerinden türemiştir. Hemodinamik, kan akışının ve kardiyovasküler sistem içindeki dolaşımda yer alan güçlerin incelenmesini ifade eder. Bu alan, kan akışının hem fizyolojik hem de patolojik yönlerini kapsar ve kalbe, kan damarlarına ve doku ve organların yeterli perfüzyonunu sağlayan mekanizmalara odaklanır.

Annales

William Harvey’in kanın sistemik dolaşımı üzerine çığır açan çalışması hemodinamik alanının temelini oluşturmaktadır. Harvey 1628’de “Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus” (Hayvanlarda Kalp ve Kanın Hareketi Üzerine Anatomik Bir Alıştırma) adlı eserini yayınladı ve bu eserde kanın kalp tarafından vücuda nasıl pompalandığını anlattı. Bu çalışma modern kardiyovasküler fizyolojinin temellerini atmış ve dolaşım sistemi anlayışını dönüştürmüştür.

Jean Leonard Marie Poiseuille’in küçük tüplerdeki akışkan dinamikleri üzerine yaptığı araştırmalar Poiseuille Yasası‘nın formüle edilmesine yol açmıştır. Bu yasa, bir sıvının silindirik bir borudan akış hızını ölçer ve kılcal damarlar ve küçük kan damarları yoluyla kan akışını anlamada temeldir. 1835 yılında “Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l’Académie des Sciences” dergisinde yayınladığı makalede bu deneysel bulguları ayrıntılı olarak açıklamıştır.

Otto Frank, Frank-Starling kalp yasasını geliştirerek kalp fizyolojisine önemli bir katkıda bulunmuştur. Bu ilke, atım hacmi ile diyastol sonu hacmi arasındaki ilişkiyi tanımlamakta ve kalbin venöz dönüşteki değişikliklere yanıt olarak kasılma gücünü ayarlama yeteneğini vurgulamaktadır. Frank’ın 1895 yılında “Zeitschrift für Biologie “de yayımlanan “Zur Dynamik des Herzmuskels” adlı çalışması kalp fizyolojisinde bir köşe taşı olmaya devam etmektedir.

Otto Frank’ın çalışmalarını temel alan Ernst Starling, Frank-Starling mekanizması olarak bilinen miyokardiyal gerilme ile kasılma kuvveti arasındaki ilişkiyi aydınlatmıştır. “The Lancet” dergisinde yayınlanan 1918 tarihli Linacre Dersi, bu mekanizmanın kalp debisini korumadaki ve değişen fizyolojik taleplere uyum sağlamadaki önemini vurgulamıştır.

Adolph Fick, oksijen tüketimine ve arteriyel ve venöz oksijen içeriğine dayalı kalp debisini ölçme yöntemi olan Fick Prensibi ile tanınır. “Über die Messung des Blutquantums in den Herzventrikeln” adlı 1870 tarihli makalesinde ortaya koyduğu bu ilke, kardiyovasküler fizyoloji ve klinik uygulamada temel bir araç haline gelmiştir.

Carl Ludwig’in kimografı icat etmesi, kan basıncı ve akışının hassas ölçümlerine olanak tanıyarak deneysel fizyolojide devrim yaratmıştır. “Beiträge zur Kenntnis des Einflusses der Resorption und Excretion auf die Blutbewegung” başlıklı 1847 tarihli yayını, “Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin “de kardiyovasküler dinamiklerin anlaşılmasını geliştirmiştir.

Stephen Hales kan basıncının ölçülmesinde öncü olmuştur. Çalışması, “Statical Essays: Containing Haemastaticks” adlı eseri 1733 yılında yayınlanmış olup, kan basıncının in vivo olarak kaydedilen ilk ölçümünü içermekte ve hemodinamiklerin anlaşılmasını önemli ölçüde ilerletmektedir.

Modern Katkılar ve Teknikler

Michael E. DeBakey’in kardiyovasküler cerrahiye, özellikle de aort anevrizmaları ve diseksiyonlarının tedavisine yaptığı katkılar hemodinamik durumların yönetimini derinden etkilemiştir. Denton A. Cooley ile birlikte 1953 yılında “Journal of the American Medical Association” dergisinde yayınlanan “Successful resection of aneurysm of thoracic aorta and replacement by graft” başlıklı makalesi bu gelişmeleri gözler önüne sermiştir.

Dennis M. Kruskal’ın kan akışının matematiksel modelleri üzerine yaptığı çalışmalar, çeşitli fizyolojik koşullar altında kan akışı ve basıncının tahmin edilmesine yönelik değerli bilgiler sağlamıştır. “Journal of Applied Physiology” dergisinde 1957 yılında yayınlanan “On the mathematical theory of blood flow and its applications to cardiovascular problems” başlıklı makalesi teorik hemodinamiğe önemli bir katkıdır.

Eugene Braunwald’ın kardiyoloji alanındaki kapsamlı araştırmaları, hemodinamik yönleri vurgulayarak kalp yetmezliği ve koroner arter hastalığının anlaşılmasını büyük ölçüde etkilemiştir. “The American Journal of Cardiology “de 1964 yılında yayınlanan “The control of myocardial oxygen consumption: physiologic and clinical considerations” başlıklı yayını, hemodinamiğin klinik uygulamadaki öneminin altını çizmektedir.

Hemodinamik, kardiyovasküler sistem boyunca kan dolaşımında yer alan kuvvetlerin incelenmesidir. Kan akışını, basıncı ve direnci yöneten ilkeleri kapsar ve yeterli doku perfüzyonunu sağlamak için kalbin, kan damarlarının ve kanın kendisinin nasıl etkileşime girdiğini anlamayı içerir. Burada, kan akışını düzenleyen temel parametrelere ve kardiyovasküler homeostazı koruyan mekanizmalara odaklanarak hemodinamiğin fizyolojik yönlerini inceleyeceğiz.

Hemodinamiğin Temel Prensipleri

Kan Akışı (Q)

Kan akışı, belirli bir süre içinde bir damar, organ veya tüm dolaşım boyunca hareket eden kan hacmini ifade eder ve tipik olarak dakikada litre (L/dk) olarak ifade edilir. Kan akışı iki nokta arasındaki basınç gradyanı tarafından yönlendirilir ve vasküler direnç ile karşı karşıya kalır.

Sıvılar için Ohm Yasası: Kan akışı (Q), basınç farkı (ΔP) ve direnç (R) arasındaki ilişki şu şekilde ifade edilebilir:

Q=(ΔP​)/R

ΔP iki nokta arasındaki kan basıncı farkıdır ve 𝑅, akışa karşı dirençtir.

Kan Basıncı (BP)

Kan basıncı, dolaşımdaki kanın kan damarlarının duvarlarına uyguladığı kuvvettir. Genellikle milimetre cıva (mmHg) cinsinden ölçülür ve dolaşım sistemi boyunca değişir, arterlerde en yüksek ve venlerde en düşüktür.

• Sistolik ve Diyastolik Basınç: Sistolik basınç ventriküler kasılma sırasındaki maksimum basınçtır, diyastolik basınç ise ventriküler gevşeme sırasındaki minimum basınçtır.
• Ortalama Arter Basıncı (MAP): MAP, bir kardiyak döngü sırasında arterlerdeki ortalama basınçtır ve doku perfüzyonu için kritik bir parametredir. Yaklaşık olarak şöyle hesaplanabilir:

MAP= Diyastolik Kan Basıncı+1/3​(Kan Basıncı−Diyastolik Kan Basıncı)

Vasküler Direnç (R)

Vasküler direnç, damar çapı, kan viskozitesi ve damar uzunluğundan etkilenen, damarlardaki kan akışına karşı olan dirençtir. Tek bir damardaki direnç Poiseuille Yasası ile verilir:

𝑅= 8𝜂𝐿 / (πr⁴)

η kan viskozitesidir, 𝐿 damarın uzunluğudur ve r damarın yarıçapıdır. Damar çapındaki küçük değişiklikler, dördüncü kuvvet ilişkisi nedeniyle dirençte önemli değişikliklere yol açabilir.

Kardiyak Fonksiyon ve Çıkış

Kalp, kanı dolaşım sistemi boyunca ilerleten bir pompa görevi görür. Kardiyak fonksiyonla ilgili temel parametreler arasında atım hacmi, kalp hızı ve kalp debisi bulunur.

İnme Hacmi (SV)

Strok hacmi, her kasılma sırasında sol ventrikül tarafından dışarı atılan kan miktarıdır ve tipik olarak mililitre (mL) cinsinden ölçülür. Ön yük, ard yük ve kontraktiliteden etkilenir.

• Ön yük: Ön yük, diyastol sonu hacmi (EDV) veya kasılma öncesinde kardiyak miyositlerin ilk gerilmesini ifade eder. Venöz dönüş ve dolum süresinden etkilenir.
• Art yük: Ard yük, sol ventrikülün kanı dışarı atmak için üstesinden gelmesi gereken dirençtir ve esas olarak arteriyel basınç ve vasküler direnç tarafından belirlenir.
• Kontraktilite: Kontraktilite, sempatik stimülasyon ve inotropik ajanlar gibi faktörlerden etkilenen, kalp kasının belirli bir ön yük ve son yükte kasılma yeteneğini ifade eder.

Kalp Atış Hızı (KAH)

Kalp atış hızı, dakikadaki kalp atışı sayısıdır. Otonom sinir sistemi girdileri tarafından düzenlenir, sempatik stimülasyon KH’yi artırır ve parasempatik stimülasyon KH’yi azaltır.

Kardiyak Çıktı (CO)

Kardiyak output, kalp tarafından dakikada pompalanan toplam kan hacmidir ve atım hacmi ile kalp hızının bir ürünüdür:

CO =S V × HR

Dokulara oksijen ve besin iletiminin çok önemli bir belirleyicisidir.

Hemodinamiğin Düzenlenmesi

Kardiyovasküler sistem, homeostazı korumak amacıyla kan basıncını, kan akışını ve vasküler direnci düzenlemek için çeşitli mekanizmalar kullanır.

Sinirsel Düzenleme

Otonom sinir sistemi (ANS) kardiyovasküler fonksiyonun düzenlenmesinde hayati bir rol oynar. Sempatik sinir sistemi (SNS) kalp hızını, kontraktiliteyi ve vazokonstriksiyonu artırırken, parasempatik sinir sistemi (PNS) öncelikle kalp hızını azaltır.

• Baroreseptör Refleksi: Aort ve karotid arterlerdeki baroreseptörler kan basıncındaki değişiklikleri tespit eder ve kan basıncını sabit tutmak için kalp hızı ve damar çapında refleksif ayarlamaları tetikler.

Hormonal Düzenleme

Aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli hormonlar kardiyovasküler dinamikleri etkiler:

• Renin-Anjiyotensin-Aldosteron Sistemi (RAAS): Bu sistem, renin, anjiyotensin II ve aldosteronun etkileri yoluyla kan hacmini ve sistemik vasküler direnci düzenler.
• Antidiüretik Hormon (ADH): ADH böbreklerde su geri emilimini teşvik ederek kan hacmini ve basıncını artırır.
• Atriyal Natriüretik Peptit (ANP): ANP vazodilatasyona neden olur ve sodyum ve su atılımını teşvik ederek kan hacmini ve basıncını azaltır.

Yerel Düzenleme

Dokulardaki yerel faktörler de kan akışının dokuların metabolik ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde ayarlandığı otoregülasyon gibi mekanizmalar yoluyla kan akışını düzenler.

• Metabolik Düzenleme: Dokularda artan metabolik aktivite, vazodilatasyona neden olan ve lokal kan akışını artıran metabolitlerin (örn. CO2, H+, adenozin) birikmesine yol açar.
• Miyojenik Yanıt: Vasküler düz kas, transmural basınçtaki değişikliklere yanıt verir; artan basınç vazokonstriksiyona neden olurken, azalan basınç vazodilatasyona neden olur.

Patofizyolojik Değerlendirmeler

Hemodinamikteki bozulmalar çeşitli kardiyovasküler hastalıklara yol açabilir. Örneğin:

• Hipertansiyon: Kronik yüksek kan basıncı art yükü artırarak sol ventrikül hipertrofisine ve kalp yetmezliğine yol açar.
• Şok: Kalp debisinin veya vasküler direncin azalması nedeniyle yetersiz perfüzyon, doku hipoksisi ve organ yetmezliği ile sonuçlanır.
• Ateroskleroz: Arterlerdeki plak birikimi vasküler direnci artırır ve kan akışını bozarak potansiyel olarak iskemik olaylara yol açar.

Hemodinamik, verimli kan dolaşımını ve doku perfüzyonunu sağlamak için çeşitli fizyolojik prensipleri entegre eden karmaşık ve dinamik bir alandır. Kardiyovasküler sistemin düzenleyici mekanizmalarının yanı sıra basınç, akış ve direnç arasındaki etkileşimi anlamak, kardiyovasküler sağlığı korumak ve hastalık durumlarını yönetmek için çok önemlidir.

İleri Okuma

1. Harvey, W. (1628). Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus. Frankfurt: William Fitzer.
2. Poiseuille, J. L. M. (1840). “Recherches expérimentales sur le mouvement des liquides dans les tubes de très-petits diamètres.” Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l’Académie des Sciences, 11, 961-967.
3. Frank, O. (1895). “Zur Dynamik des Herzmuskels.” Zeitschrift für Biologie, 32, 370-437.
4. Starling, E. H. (1918). “The Linacre Lecture on the Law of the Heart.” The Lancet, 1918(I), 507-514.
5. Fick, A. (1870). “Über die Messung des Blutquantums in den Herzventrikeln.” Sitzungsberichte der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft zu Würzburg, 2, 16.
6. Ludwig, C. (1847). “Beiträge zur Kenntnis des Einflusses der Resorption und Excretion auf die Blutbewegung.” Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin, 13, 242-302.
7. Hales, S. (1733). Statical Essays: Containing Haemastaticks. London: W. Innys and R. Manby.
8. DeBakey, M. E., & Cooley, D. A. (1953). “Successful resection of aneurysm of thoracic aorta and replacement by graft.” Journal of the American Medical Association, 152(8), 673-676.
9. Kruskal, D. M. (1957). “On the mathematical theory of blood flow and its applications to cardiovascular problems.” Journal of Applied Physiology, 10(3), 389-396.
10. Braunwald, E. (1964). “The control of myocardial oxygen consumption: physiologic and clinical considerations.” The American Journal of Cardiology, 13(4), 518-523.
11. Berne, R. M., & Levy, M. N. (2001). Cardiovascular Physiology (8th ed.). St. Louis, MO: Mosby.
12. Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2006). Textbook of Medical Physiology (11th ed.). Philadelphia, PA: Elsevier Saunders.
13. Katz, A. M. (2010). Physiology of the Heart (5th ed.). Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins.
14. Braunwald, E., Zipes, D. P., Libby, P., & Bonow, R. O. (2011). Braunwald’s Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine (9th ed.). Philadelphia, PA: Elsevier Saunders.
15. Klabunde, R. E. (2012). Cardiovascular Physiology Concepts (2nd ed.). Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins.
16. Pappano, A. J., & Weir, E. K. (2012). Cardiovascular Physiology (10th ed.). Philadelphia, PA: Mosby.
17. Boron, W. F., & Boulpaep, E. L. (2017). Medical Physiology (3rd ed.). Philadelphia, PA: Elsevier Saunders.
18. Mohrman, D. E., & Heller, L. J. (2018). Cardiovascular Physiology (9th ed.). New York, NY: McGraw-Hill Education.
19. Nichols, W. W., O’Rourke, M. F., & Vlachopoulos, C. (2011). McDonald’s Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles (6th ed.). London: Hodder Arnold.
20. Levick, J. R. (2018). An Introduction to Cardiovascular Physiology (6th ed.). Boca Raton, FL: CRC Press.