Prof. Dr. Selmin TOPLAN

Transkript

1 HEMOREOLOJİ Prof. Dr. Selmin TOPLAN

2 384 Selmin TOPLAN İÇİNDEKİLER 1 Kanın Reolojik Özellikleri 1.1. Kanın Viskoz Özelliği 1.2. Kan Elemanlarının Reolojik Özellikleri 1.3. Eritrosit Süspansiyonun Dar Tüplerde Akışı ve Fahraeus-Lindqvist Etkisi 2. Kapiller Yapı 3. Kanın Viskozitesini Etkileyen Faktörler

3 HEMOREOLOJİ Prof. Dr. Selmin TOPLAN Hemoreoloji, kan ve kanı oluşturan elemanların akışını ve deformasyonunu inceleyen bir bilim dalıdır. Kan ile temas eden damarların akımı etkileyen reolojik özelliklerini, ayrıca kanın ve damarların yabancı maddeler ile etkileşimlerini inceler. Deformasyon maddelerin bir kuvvet etkisi altında şekil değiştirmesidir. Sıvılar devamlı olarak deforme olurlar ya da akarlar. Bir maddenin deformasyonu ya da akışında birim alana uygulanan kuvvet düşünülür. Bu deforme edici kuvvet stres ile ifade edilir. Kayma gerilimi yüzeyde birim alana parelel (teğet olarak) etki eden kuvvettir. Kayma gerilimi denilen bu kuvvetin etkisi altında sıvı harekete geçer. Normal stres ise yüzeyde birim alana dik olarak etki eden kuvvettir ve sıvının basıncı olarak tanımlanır. Kanın reolojik özellikleri kayma hızına (shear rate) bağlıdır. Kayma hızı, sıvı içinde komşu iki tabaka arasındaki hız gradyanıdır (hız farkı). (Şekil 2). Hemoreolojinin amaçlarından biri kan akışı üzerine çeşitli paremetrelerin direkt ya da indirekt etkilerini araştırmaktır. Bir kan damarındaki akım 2 faktör tarafından belirlenir (Şekil 1). 1- Damarın 2 ucu arasındaki basınç farkı (basınç gradyanı): Bu kanı damarda iten kuvvettir. 2- Damar direnci: Damar boyunca kan akımına karşı oluşan dirençtir. Basınç-direnç ve kan akımı arasındaki ilişkiler: Q= Kan akımı P 1 = Damarın başlangıcındaki basınç, P 2 = Diğer uçtaki basınç R= Akıma karşı direnç

4 386 Selmin TOPLAN Direnç damarın bütün iç yüzeyi boyunca oluşan sürtünme sonucu ortaya çıkar. Damar içindeki akım Ohm kanununa göre hesaplanabilir. Direnç= Damarın geometrisi x Kanın viskozitesi 1 P2 Q P P R Kan akımı basınç farkı ile doğru direnç ile ters orantılıdır. Kanın akımı arterlerden venlere basınç düşmesiyle tayin edilir. Direnci damarsal engel (damarın geometrisi) ve kanın akış özelliklerini etkileyen viskozite belirler. Kan viskozitesindeki artış akış direncinde bir artışa sebep olur ve böylece kan akımında azalmaya yol açar. Şekil 1: Kan akımı basınç ve direnç arasındaki bağıntı (Elsevier, Guyton&Hall: Textbook of Medical Physiology) 1. KANIN REOLOJİK ÖZELLİKLERİ Kanın damarlardaki akımı normalde dar ve rijit borulardaki sıvıların akışı gibi laminer niteliktedir. Kan damarının iç yüzünde damar tabakasıyla temasta olan ince bir kan tabakası hareket etmez. Bir sonraki tabaka düşük bir hıza sahiptir. Sonraki tabaka daha hızlı olmak üzere bu böylece devam eder. Kan akımının hızı merkezde en yüksektir. Akışkan içinde hareket eden bir cisim ters yönde bir sürtünme kuvvetine maruz kalır. Benzer şekilde üst üste tabakalardan oluşan bir akışkanda alttaki tabaka üsteki tabakanın hareketini engellemeye çalışır. Tabakalardan biri kayma gerilimi denilen yüzeye teğet olarak etki eden bir kuvvetle harekete geçer. Hız tabakalardan içerilere doğru ilerledikçe artar. Tabandan içeriye doğru hız bir gradyana sahiptir. Kayma gerilimi akışkanlarda

5 HEMOREOLOJİ 387 hız gradyanı ile doğru orantılıdır. Newton tarafından tarif edildiği gibi laminer sıvı akışında viskozite, sıvı tabakalarını ya da laminayı hareket ettiren gücün (shear stress), sıvıdaki hız gradyanına (shear rate) oranıdır ve laminalar arasındaki iç direnci gösterir. (Şekil 2) Laminer akışta kayma gerilimi tabakalar arası hız gradyanı ile doğru orantılıdır ve Newton bağıntısı F A dv dx ile ifade edilir. Bu bağıntıda A= Tabakanın temas alanı, F= Temas alanına hareket doğrultusunda uygulanan kuvvet, A F = Kayma gerilimi, =viskozluk katsayısı, dv = hız gradyanıdır. dx Şekil 2: Viskoz sıvının akışında hız gradyanı Viskozluk katsayısı çözücünün cinsine, çözeltideki taneciklerin büyüklüğüne, cins ve konsantrasyonuna, tanecikler arasındaki çekim kuvvetlerine ve sıcaklığa bağlıdır. SI sisteminde N.s/ m 2 = Pascal.s, CGS sisteminde ise dyn.s / cm 2 = Poise şeklinde ifade edilir.viskozluk katsayısı akışkanın akışa karşı gösterdiği direnci belirtir.tersi ise akıcılığı ifade eder.

6 388 Selmin TOPLAN KANIN VİSKOZ ÖZELLİĞİ Reolojik bakımdan sıvılar başlıca 2 gruba ayrılırlar. 1- Newtoniyen sıvılar: Viskozite, kayma hızı ya da kayma gerilimindeki (kuvvet) değişikliklerden bağımsızdır. Bu sıvılar için kayma gerilimi ve kayma hızı arasındaki eğim sabittir ve böylece viskozite de sabit olur. 2- Non-Newtoniyen (Newtoniyen olmayan) sıvılar: Viskozite sabit değildir. Kayma gerilimi ve kayma hızının şiddetine bağlı olarak, kayma hızının kayma gerilimine oranı hesaplanır. Newtoniyen olmayan sıvılarda görünür viskozite kayma hızına bağlı olarak azabilir ya da artabilir. Ayrıca bu sıvıların akış davranışı zamana bağlı değişkenlik de gösterebilir. Viskozluk katsayısı tüm akışkanlarda sabit olmayıp kayma gerilimi ile değişmektedir. Hava, su gibi bu bağlılığın önemsiz olduğu akışkanlara Newtoniyen, bağımlılığın önemli olduğu akışkanlara Newtoniyen olmayan akışkan denilir. Kan böyle bir akışkandır. Akış şartları değiştikçe kanın viskozitesi de değişir. Kayma gerilimi küçüldükçe kanın viskozitesi artar. Şekil- 3 de Newtoniyen ve Newtoniyen olmayan sıvıların kayma hızına bağlı olarak viskozite değişimleri gösterilmektedir. Şekil 3: Newtoniyen ve non- Newtoniyen sıvılarda viskozite değişimi

7 HEMOREOLOJİ 389 KAN ELEMANLARININ REOLOJİK ÖZELLİKLERİ Reolojik açıdan kan 2 fazlı bir likit olarak düşünülür. 1- Solid-Likit faz (Süspansiyon): Süspansiyonda solid fazı hücresel elemanlar oluşturur. 2- Likit-Likit faz (Emülsiyon): Kayma gerilimi altında eritrositler likit gibi davranış gösterirler. Bu nedenle akış şartlarına bağlı olarak kan dokusu bir süspansiyon ya da emülsiyon gibi düşünülebilir. Kan toplam hacminin %45-50 kadarını oluşturan hücresel elemanlarla, elektrolit olmayan diğer bazı maddeleri içeren sulu bir çözeltidir. Kan santirüfüj edildiğinde hücreler ve plazma olmak üzere 2 kısma ayrılır. Kanın hücresel elemanları eritrositler, lökositler ve trombositlerdir. Eritrositler: Eritrositlerin en önemli fonksiyonu akciğerlerden dokulara oksijen, dokulardan akciğerlere C0 2 taşımaktır. Eritrosit membranı lipid tabaka, protein ve karbonhidratlardan oluşur. Hücre iskeletini oluşturan spektrin, aktin ve ankrin gibi proteinler, eritrosit membranının iç yüzünde, membranın hemen altında yer alırlar. Bu proteinler viskoelastik bir ağ oluştururlar. Hücre bütünlüğünü korumaktan sorumludurlar. Lipit tabaka membran yüzey alanının korunmasından sorumludur. Son araştırmalar hücre iskelet ağının moleküler özellikleri ve hücre iskeleti-membran etkileşmesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Eritrosit membranın çevrelediği sıvı kompartımanı Newtoniyen özellik gösterir. Eritrositler belli makro proteinlerin etkisi altında agrege olmaya yatkındırlar. Örn: Bir plazma proteini olan fibrinojen etkisiyle bir boyutlu yapıdan 3 boyutlu yapıda agregatlar oluşur (Şekil 4).

8 390 Selmin TOPLAN Şekil 4: Normal bir eritrosit boyutu. Anemi ve polisitemide hematokrit değerleri ve eritrositin rulo yapısı (Circulatory Physiology-the essentials 2nd ed., (1984) by J.J.Smith & J.P. Kampine, Lippincott, Williams & wilkins.) Kan plazmasının yoğunluğu 1030kg/ m 3, hücrelerin yoğunluğu 1100 kg/m 3 civarındadır. Alınan kan bir tüp içinde bir süre bekletilirse kan içindeki hücresel

9 HEMOREOLOJİ 391 elemanlar dibe çökerler. Bu çökme hızına sedimantasyon hızı denir (ESR). Stokes Yasası ile hesaplanabilir. v= 2/9 (d-d ) g r 2 / d ve d eritrosit ve plazmanın yoğunlukları r = küresel sayılan eritrosit yarıçapı = viskozite katsayısı g= yerçekimi ivmesi Sedimantasyon hızı, eritrositlerin gruplaşma ve yapışma eğiliminin bir ölçüsüdür. Eritrosit bileşiminde hemoglobin (Hb) bulunması nedeniyle özgül ağırlıkları diğer hücrelerin özgül ağırlıklarından daha fazladır. Eritrositler, kan dolaşımında pasif olarak hareket ederler. Yumuşak ve esnek oldukları için dış etkilerle bikonkav disk şekli kolayca değişebilir. Bu özellikleri nedeniyle kendi çaplarından daha küçük olan kılcal damarlardan kolayca geçebilirler. Lökositler: Lökositlerin bir kısmı immün sistemin elemanlarıdır. İnflamasyonla ya da yabancı partiküllerin varlığıyla aktive olurlar ve kan akımında dolaşırlar. Diğer lökositler doku hücreleri arasındaki interstisyel boşlukta bulunurlar. Bir plasma membranı ve altında kortikal tabaka bulunur. En önemli komponenti aktindir. Çekirdek hücre istirahatte iken sabittir. Aktive olduğu zaman şekli, iskelet yapısı ve mekanik özellikleri değişir. Lökositler diğer hücrelerle özellikle endotel hücrelerin adhezyon molekülleri ve hücre yüzey reseptörleri ile etkileşirler. Trombositler: Kan pıhtılaşmasında rol alırlar. Çeşitli yüzey reseptörleri ve adhezyon molekülleri ile etkileşirler. Trombositler de bir membrana ve 3 boyutlu hücre iskeletine sahiptirler. Aktive oldukları zaman şekillerini değiştirirler. İskelet yapısı ve mekanik özellikleri değişir. Bu değişiklikler kanın pıhtılaşmasında önemli rol oynar. Hematokrit (Hct): Kan hücrelerinin hacminin toplam kan hacmine oranına Hct denir. Hücreler yerçekimi yerine daha büyük santrifüj kuvvetinde çöktürülür. Saptanan % Hct değerine, santrifüjün hızı, tüpün büyüklüğü, şekli ve kullanılan antikoagülanın cinsi etki eder. Plazma ve Serum: Plasma ağırlıkça % 90 su, %7 plazma proteinleri, ve % 3 kadarı da organik ve anorganik maddelerden oluşmuştur. Kılcal damarların membranları su, elektrolitler ve şeker gibi küçük organik moleküllere geçirgen,

10 392 Selmin TOPLAN protein gibi büyük moleküllere geçirgen değildir. Su geçişinde rolü olan osmotik basınç, plazma proteinlerinden kaynaklanan kolloidal osmotik basınçtır. Kolloidal osmotik basınçları nedeniyle kan ve dokular arasındaki su alışverişinde plasma proteinleri rol alırlar. Plazma proteinlerinin konsantrasyonu 7 g/100ml'dir. Albumin ve globulinler kan ve dokular arasında su geçişini kontrol ederler. Fibrinojen kan pıhtılaşmasında, lipoproteinler lipitlerin hücreye taşınmasında rol alırlar. Ayrıca proteinler kan ph'sının düzenlenmesinde tampon görevi yaparlar ERİTROSİT SÜSPANSİYONUNUN DAR TÜPLERDE AKIŞI VE FAHRAEUS-LİNDQVİST ETKİSİ Küçük kan damarlarında kan akımı büyük damarlardaki kan akımından farklı bir davranış gösterir. Küçük kan damarlarında kan akımı viskoziteden daha çok etkilenir. Fahraeus ve arkadaşları farklı çaplardaki tüplerde kan akışı ile ilgili olarak yaptıkları deneylerde kanın viskozitesinin çapın 300 m'den daha az olduğu zaman düştüğünü gördüler. 5-7 m'lik minumum çaptaki tüplerde (kapiller kan damarlarının çapına uyan) ise keskin bir azalma saptadılar (Şekil- 5). Bu etki Fahraeus Lindqvist etkisi olarak adlandırılır. Görünür ya da efektif viskozite =. P. r 4 / 8.Q.L P= Basınç gradyanı (basınç düşmesi) r= Tüp yarıçapı L= Tüp uzunluğu Q= Volumetrik akış hızı (debi) Bu bağıntı Newtoniyen bir sıvı için Poiseuille Kanunudur. Fahraeus etkisi diğer konsantre süspansiyonlarda da (deformabil partikül içeren) gözlenir. Eritrositlerin damar duvarından uzaklaşarak göçü duvar yakınında hücrelerden yoksun bir tabakanın olması ortalama kan hızından daha yüksek olan bir eritrosit hızıyla sonuçlanır. Hücreden yoksun tabakanın viskozitesi konsantre eritrosit süspansiyonunun viskozitesinden daha düşük olur. Kanın viskozitesi viskozimetrede ölçüldüğü zaman üniform süspansiyonun toplam viskozitesinden daha düşük bulunur. Tüpün çapı ne kadar olursa olsun tüpün periferindeki bu hücreden yoksun bölgenin genişliği sabittir ve dar tüplerin büyük bir kısmını kapsar hipotezi ortaya atılmıştır. Bu da relatif viskozitenin daha düşük olması

11 HEMOREOLOJİ 393 anlamına gelmektedir. Fahraeus-Lindqvist etkisi kapillerdeki akışa uyar. Eritrositler tek sıra akış halinde hareket ederler (arka arkaya). İki eritrosit arasında hapsedilmiş plazma sıvısı dönmeli hareketler yapar. Bu esnada plazma sıvısı karışarak çeperlerden madde alışverişini hızlandırır. Kanın bu hareketine topak biçimi akış (bolus flow) adı verilir. Damar duvarındaki hücreden yoksun bölge ye plazma bakımından zengin akım bölgesi denir (Şekil 6). Şekil 5: Fahraeus-Lindqvist etkisi Şekil 6: Damar duvarının iç kısmındaki plazmadan zengin bölge ve eritrositlerin merkez akım bölgesine göçü.

12 394 Selmin TOPLAN 2. KAPİLLER YAPI Kanın akış özellikleri kapiller ağın geometrisine bağlıdır. Bir kapiller ağ, birkaç damar ya da birkaç bin damardan oluşmuş olabilir. Ağ tipik olarak 3 boyutludur. Yüksek damar sayısı, düşük damar çapı ve uzunluğu bir basınç gradyanına yol açar. Küçük arterlerde ve arteriyolerde bu çok önemlidir (Dirençli damarlar). Bu anatomik yapı çap değişikliği ile kan akımı arasında bir bağıntının oluşmasına yol açar (vasodilatasyon ya da vasokonstriksiyon).çap değişiklikleri hidrodinamik dirençte de değişikliğe neden olur. Direnç, basınç gradyanının debiye oranı olarak ifade edilir. Poiseuille kanununa göre 2 kat vazodilatasyon dirençte ~ 16 kat değişikliğe neden olur. Kapiller ağ içinde basınç düşmesi 5-10 mm Hg arasında değişir. Kapillerlerin çapına, sayısına ve uzunluğuna bağlıdır (arteriyollerde olduğu gibi). Kapillerlerde düz kas yoktur ve böylece aktif şekilde dilate ya da kontrakte edilemezler. Oysa kapillerlerin yüzey alanı değiş tokuş için yeterlidir. İnsanlarda periferal sirkülasyonda yüzey alanı 70 m 2 dir. Kapillerler kandan dokulara minimal bir difüzyon mesafesi sağlarlar. Endotel glikokaliks içeren yüzey tabakası ile kaplıdır. Glikokaliks hemodinamik dirençte ve kapillerlerde damar geçirgenliğinde etkin rol oynar. Kan ve doku arasında sıvı dengesi kapillerlerde dar sınırlar içinde hidrostatik basıncı koruyan düzenleyici mekanizmalarla sağlanır. Kapiller ve venülde makromolekülerin transferi endositoz ve transsitoz ile meydana gelir. 3. KANIN VİSKOZİTESİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1. Hematokrit (Hct) 2. Eritrosit deformabilitesi 3. Eritrosit agregasyonu 4. Trombosit agregasyonu 5. Lökosit agregasyonu 6. Plazma viskozitesi 7. Kan akım hızı

13 HEMOREOLOJİ HEMATOKRİTİN KAN VİSKOZİTESİNE ETKİSİ Kanda hücrelerin yüzde oranı ne kadar artarsa (Hct nin) kanın yan yana tabakaları arasındaki sürtünmede o kadar artar. Bu sürtünmede viskoziteyi belirler. Bu yüzden Hct artarken kanın viskozitesi de aşırı biçimde artar. Normal Hct değerinde tüm kanın viskozitesinin ~ 3 cp olduğunu kabul edersek, tüm kanın aynı tüpte akışını sağlamak için suya göre 3 kat fazla bir kuvvet gerektiği anlamına gelir. Özellikle polisitemide Hct % e yükseldiği zaman kanın viskozitesi suyun viskozitesinden 10 kat daha fazla olabilir. Kanın damarlardaki akışı çok güçleşir. Hct değeri ve kan viskozitesi arasında eksponansiyel bir bağıntı vardır. Hct yükseldikçe kanın viskoziteside artar (Şekil 7). Yüksek kayma hızı olan ortamda kan viskozitesi Hct nin 1 ünite artışına % 4 artışla karşılık verir. (Örn: Hct değeri %45'den %46 ya çıkarsa kanın viskozite değeri %4 artış gösterir. Şekil 7: Hematokritin kan viskozitesine etkisi.

14 396 Selmin TOPLAN 2. ERİTROSİT DEFORMABİLİTESİ Eritrositler son derece özelleşmiş hücrelerdir. Ergin eritrositler ~ 8 m çap ve 2 m kalınlığında bikonkav disk şeklindedirler. Eritrositlerin bu yapısı onlara özel mekanik özellikler sağlar. Uygulanan bir kuvvet etkisi altında şekillerini değiştirebilme yeteneğine sahiptirler. Bu özelliklerine eritrosit deformabilitesi denir. Kuvvet etkisi ortadan kalktıktan sonra tekrar eski şekillerine dönerler. Büyük kan damarlarında deformabil eritrositler akış doğrultusunda hareket ederler ve böylece kanın viskozitesini azaltırlar. Daha küçük damarlarda eritrosit deformabilitesi üzerinde Fahraeus-Lindqvist etkisi gözlenir. Damar boyutu birkaç yüz mikrondan az olduğu zaman damar merkezine göç nedeniyle oluşan faz ayrımı akış direncini etkiler. Merkeze göç eritrosit deformabilitesi ile tetiklenir ve hücrenin rijit hale gelmesi azaltılır. Eritrositler ayrıca viskoz davranışta gösterirler. Membranın iskelet yapısı hücrenin dinamik ve mekanik davranışlarını da belirler. Membranın lipit tabakası viskozdur. Eritrosit membranının elastik davranışına katılmaz. Lipit tabaka membran yüzey alanının korunmasından sorumludur. Hücrenin iskelet yapısı, bikonkav disk şeklinin korunmasını sağlar. Eritrosit membranının iskelet yapısı bir protein ağıdır. Spektrin bu ağın en önemli komponentidir. Spektrin ağı membranın integral proteinlerine yapışmıştır. Eritrositlerin bikonkav disk yapısı membranın yüzey alanını arttırmaksızın şekil değiştirebilmelerini sağlar. Hücrenin hidratasyon derecesinde alan- hacim bağıntısı en önemli belirleyicidir. Hipertonik çözeltilerde hücreler su kaybederek büzülürler. Hemoglobinin stoplazmadaki konsantrasyonu ve viskozitesi artacağı için, hücre deformabilitesi azalacaktır. Hipotonik çözeltiler içinde ise hücreler ortamdan su alarak şişerler. Hacimleri artar. Hücreler küre biçimine dönüşürler. Yüzey alanları değişmeyecek, fakat hacim değiştiği için deformabilite yine azalacaktır. Eritrosit deformabilitesi ayrıca metabolik yollara ve yeterli ATP'ye bağlıdır. Eritrositler kılcal damarların çoğundan büyük çapa sahiptirler. Bu dar alanlardan geçebilmeleri için kesinlikle şekil değiştirebilmeleri gerekir (Şekil -8). Bu güç ATP miktarına bağlıdır. ATP yeterli olmadığı zaman hücre şeklini değiştiremez. Kapillerlerden geçemez ve dokulara yeterli miktarda kan gidemez. Oksijen taşınamaz. Bütün biyolojik reaksiyonlarda enerji sağlayan ve eritrosit içinde de enerji sağlanmasında çok büyük payı olan ATP'dir. ATP eritrositin membranındaki katyon pompaları içinde gereklidir. Na-K ATP az ve Ca ATPaz intra selüler katyon ve H 2 O içeriğini düzenlemeden sorumludurlar. K + ve Na + akışını düzenlerler. Böylece hücre hacmi ve hücre yüzeyinin hacme oranı korunur. Hücre içindeki ATP'nin kaynağı glikolizdir. ATP miktarı düşükse eritrosit

15 HEMOREOLOJİ 397 bikonkav şeklini kaybeder ve küresel şekil alır. Eritrositlerin bikonkav şekli O 2 / CO 2 alışverişi için gerekli olan en büyük yüzey alanını veren şekildir. Küresel cisimlerde ise yüzeyin hacme oranı düşüktür. Bu nedenle küresel bir eritrosit esnekliğini kaybeder. Mikrosirkulasyonda kılcal damarlardan geçmesi olanaksız hale gelir. Aktif katyon pompaları eritrositlerin intraselüler hacimlerini kontrol ederler. Eritrosit membranındaki aktif ATP'ye bağımlı Ca pompası ile sitozolik Ca seviyesi korunur. Sitozolik Ca seviyesi arttığında iskelet ağını sertleştirdiği gösterilmiştir. Bu etkileşmenin tam yeri açık olmamakla beraber spektrin aktin bandının bu etkileşmede rol oynadığı düşünülmektedir. Hücre membranındaki iskelet yapısının bozulması eritrosit deformabilitesininin bozulmasına yol açmaktadır. Şekil 8: Eritrositlerin deformabil özellikleri sayesinde kapillerlerden geçişleri 3- ERİTROSİT AGREGASYONU Sağlıklı kişilerde eritrositler rulo yapı denilen agregatlar oluştururlar. Bu agregatlar sıvı kuvvetlerinin etkisiyle disperse olurlar (ayrılırlar). Sıvı kuvvetleri kaldırıldığı zaman tekrar hızla birleşirler. Birçok patolojik olayda agregatlar, hem morfolojik olarak hem de reolojik özelliklerine bakılarak çok kompleks yapı oluştururlar (Şekil 9). Agregat boyutu, geometrisi değişir. Süspansiyon ortamındaki makromoleküllerin konsantrasyon ve tipine bağlı olarak eritrosit agregasyonu artar. Özellikle plazmadaki globüler yapıda proteinlerin fibroz yapıda olanlara göre eritrosit agregasyonunu daha fazla etkilediği gösterilmiştir. Başta fibrinojen konsantrasyonu olmak üzere diğer makromoleküller, yüksek molekül ağırlığına sahip dekstran ya da suda çözünen polimerler de eritrosit agregasyonunu tetiklerler. Eritrosit agregasyonu agrege edici güçler ile disagrege edici güçler arasındaki dengenin sonucu olarak düzenlenir. Fizikokimyasal görüşe göre

16 398 Selmin TOPLAN eritrosit agregasyon enerjisi hücreler arası makromoleküler köprülerin oluşumuyla üretilir. Disagregasyon enerjisi, hücreler birlikte çok yakın hareket ettikleri zaman bitişik hücre yüzeyleri arasında elektrostatik itmenin sonucu oluşur. Gözlenen itme enerjisi eritrosit yüzeyinde bulunan N-Asetil nöraminik asit (sialik asit) in neden olduğu negatif elektrik yükünden oluşur. Kayma gerilimi etkisi altında eritrositler mekaniksel zorlama ile disagrege olurlar. Hücrelerarası köprü modeli hücre yüzeyine absorbe olan makro molekülden dolayı köprü kuvvetlerinin disagregasyon güçlerini aştığı zaman meydana gelir. Eritrosit agregasyonu başlıca eritrositler arasındaki zeta potansiyel olarak bilinen elektrostatik itici güçlere bağlıdır. Bu zeta potansiyeli eritrosit membranındaki negatif yükleri değiştirmekle ya da süspansiyon ortamındaki serbest katyonların konsantrasyonlarını değiştirmekle değişebilir. Plazmadaki proteinler özellikle fibrinojen ve immün globulinler zeta potansiyelini azaltırlar. Bunun sonucu olarak eritrosit agregasyonu tetiklenir. Zeta potansiyeli eritrositleri ayrı tutar. Fibrinojenin + yükü eritrositin zeta potansiyelini azaltır. Eritrosit agregasyonu eritrosit sedimantasyon hızı (ESR ) testi ile ya da eritrosit süspansiyonundan ışık geçişi ya da ışığın yansıması ile ölçülür. Agregat boyutu, sayısı, agregasyon oluşma süresi, hızı ve uzunluğu tespit edilebilir. Şekil 9: Eritrosit agregasyonu 4- LÖKOSİT AGREGASYONU Lökositlerin büyük kan damarlarında tam kan viskozitesi üzerine etkileri sayılarının azlığı nedeniyle ihmal edilebilir. Fakat mikrovasküler kan akımında ve çeşitli patolojik durumlarda doku haraplanmasında hemoreoloji üzerine etkileri gösterilmiştir. İn vitro deneylerde lökosit deformabilitesi, lökositlerin sabit basınç

17 HEMOREOLOJİ 399 altında cam kapillerlerden stenozla geçmeleri sırasında deformasyon olmaları için geçen zamanın ölçülmesiyle tayin edilmektedir. Kapillerlerde eritrositleri takiben lökositlerinde (özellikle granülositler) deformasyonu gösterilmiştir. Granülositler aktive oldukları zaman mikrosirkülasyonda belli kanalları kapatarak kısmende olsa kan akışını bloke edebilirler ya da ciddi infeksiyonlarda rijit bir granülosit tamamen akışı bloke edebilir. 5- TROMBOSİT AGREGASYONU Kanın en küçük elemanı olan trombositler disk şeklinde olup normal şartlarda dolaşımda birbirlerinden ayrıdırlar ve agregasyon eğilimi göstermezler. Damar endotel tabakasında bir hasar oluştuğu zaman, açığa çıkan kollajen, laminin ve VonWillebran faktörünün etkisiyle trombositler bu bölgeye hareket ederler. Endotel tabakasına yapıştıkları gibi birbirlerine de yapışırlar. Gittikçe yığılan hücre sayısı artar ve agregasyondan dolayı bir trombosit tıkacı oluşur. Trombosit agregasyonu başlayınca tıpkı eritrosit agregasyonunda olduğu gibi kanın viskozitesi artar. Trombositlerin agregasyona uğradığı sahada akım bozukluğu akımın yavaşlamasına rulo yapısı oluşumuna ve viskozite artışına neden olur. 6- PLAZMA VİSKOZİTESİ Plazma viskozitesinin normal değeri 37 0 C'de cp arasındadır. Hastalık ve doku hasarı gibi patolojik durumlarda daha yüksek değerlere çıkar. Albumin, globulin ve fibrinojen gibi plazma proteinleri plazmanın viskozitesini etkiler. Albumin gibi küçük proteinlerin viskozite üzerindeki etkileri çok azdır. Albumine göre globulinlerin etkisi daha fazladır. Özellikle fibrinojen konsantrasyonu eritrositler arasındaki karşılıklı ilişkiye etki eder. Fibrinojenin etkisinin diğer plazma proteinlerine kıyasla büyük olmasının nedeni, asimetrik yapıda olması ve molekül ağırlığının büyük olmasıdır. Eritrositler üzerinde bir tabaka oluşturur. Bu tabaka eritrositlerin agregasyonunu hızlandırarak kanın viskozitesini arttırır. Ayrıca fibrinojen kanın pıhtılaşmasında rol oynar ve kanın reolojisini değiştirir.

18 400 Selmin TOPLAN 7- KANIN AKIM HIZI Düşük akış hızlarında eritrositlerin agregasyonu plazmadaki proteinlerin konsantrasyonlarına bağlı olarak değişir. Akış hızına bağlı olarak kan viskozitesindeki değişiklikler fibrinojen konsantrasyonu yüksek olduğu zaman gözlenir. Ayrıca düşük akış hızlarında lökositlerde kapiller damarların endotel hücrelerine yapışırlar ve bu nedenle viskoziteyi arttırırlar. Akış hızı artarken kanın viskozitesi azalır. Eritrositler damar merkezine hareket ederek bu bölgede birikirler. Non-Newtoniyen davranış gösterirler. Daha önemli bir faktör çok düşük akış hızlarında hücreler agregat oluştururlar ve viskoziteyi artırırlar. Kan akım hızı artarken agregasyon azalır ve viskozite de azalır. Dolaşımın etkili olması için tüm bu bahsedilen faktörlerin bozulmaması gerekir. Dolaşım bozulunca dokunun oksijenlenmesi de zarar görür. Sadece arterlerdeki patolojik değişiklikler değil kan viskozitesindeki değişikliklerde dolaşımı bozabilir. Örn: Eritrosit deformabilitesinin azalması kanın viskozitesini artırır. Kanın viskozitesi artınca kan akımı yavaşlar. Eritrositlerin agregasyonu artar. Bu da kanın viskozitesinin artmasına neden olur. Böylece eritrosit deformabilitesinin azalması ile bir kısır döngü meydana gelir. KAYMA HIZI-VİSKOZİTE İLİŞKİSİ Kayma hızına bağlı olarak kanın viskozite değeri değişir. Düşük kayma hızlarında kanın viskozitesi artarken, yüksek kayma hızlarında azalır. Bunun nedeni düşük kayma hızlarında eritrositlerin bir araya gelerek kümeleşmesi, agregasyonun artmasıdır. Yüksek kayma hızlarında ise eritrosit deformabilite yeteneğinin artmasıdır (Şekil 10 ve 11) s -1 üstünde yüksek kayma hızında normal kan viskozitesi 37 0 C de, yaklaşık 4-5 cp olarak ölçülür. Relatif olarak kayma hızının daha da fazla artmasına karşı duyarsızdır. 100 s -1 altındaki kayma hızında çok duyarlıdır. Kayma hızı azalırken viskozite eksponansiyel olarak artar. Normal kan viskozitesinin değerleri 10 s -1' de 10 cp, 1 s -1 'de 20cP, 0.1 s -1 de 100cP dır. Düşük kayma hızlarında kan viskozitesi kayma gerilimine daha duyarlı olmaktadır.

19 HEMOREOLOJİ 401 Şekil 10: Düşük ve yüksek kayma hızlarında viskoziteyi etkileyen faktörler (Chien S.Biophysical behavior of red cells in suspensions. In: Red blood cell. Ed by Surgenor DM. 2 nd. Academic Press. New York 1975). Şekil 11: Kayma hızı viskozite ilişkisi

20 402 Selmin TOPLAN PATOLOJİK DURUMLARDA KANIN REOLOJİSİ Polisitemide kan reolojisi: Eritrosit konsantrasyonu çok artığı için % Hct değeride artar, eritrosit rijiditesi artar. Bu eritrosit deformabilitesinin bozulması demektir. Kanın viskozitesi hem düşük hemde yüksek kayma hızlarında artmıştır. Ayrıca polisitemide plazma viskoziteside artar. Eritrosit agregasyonunda anlamlı bir değişiklik saptanmaz. Bütün bu faktörler kanın reolojisinin bozulmasına yol açar Orak hücre anemisi: Eritrosit rijiditesi artar. Eritrosit agregasyonu azalır. Bu anemi türünde eritrosit sayısı az ve eritrosit deformabilitesi bozulmuştur. Ateroskleroz: Kan akımı bozulur. Eritrosit agregasyonu artar. Kanın viskozitesi artar. Eritrositler esnekliğini kaybeder. Mikrosirkülasyon bozulur. Diabet: Basal membran kalınlaşması gelişir. Trombosit, lökosit, eritrosit ve plazmada reolojik değişiklikler gözlenir. Kanın viskozitesi artar. Eritrosit agregasyonu artar. Eritrosit deformabilitesi azalır. Damar hastalıkları: Serebrovasküler hastalıklar ve periferik damar hastalıklarında kan damarlarındaki değişikler sonucu kan akımı güçleşir ya da tamamen durur. Dokunun oksijenlenmesi bozulur. Hipertansiyon: Damar hasarı sonucu reolojik değişikler gözlenir. Yüksek kan basıncı ve yüksek periferik direnç eritrosit reolojisini etkiler. KAYNAKLAR Chien S. Biophysical behavior of red cells in suspensions. In: Red blood cell. Ed by Surgenor DM. 2 nd. Academic Press. New York Başkurt O. K, Meiselman H.J. Blood rheology and hemodynamics. Sem. Thromb Hemostas 29: , West J. B. Best and Taylor s Physiological Basis of Medical Practice, Williams & Wilkins, 12 th ed, Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. The McGraw Hill Companies İnc, Pehlivan F. Biyofizik. Hacettepe Taş Kitapçılık, J. J. Smith and J.P. Kampine. Circulatory Physiology-the essentials 2nd ed., Lippincott, Williams & wilkins Popel S. A and Johnson P.C. Microcirculation and Hemorheology. Annu. Rev. Fluid Mech. 37: 43-69, 2005.