Fisiologi Pembuluh Darah Oleh Deriyan Sukma Widjaja, Widjaja , 0906554270 Sirkulasi tubuh dibagi menjadi sirkulasi sistemik, yang berasal dari output jantung bagian kiri, dan paru, yang berasal dari output jantung bagian kanan. Arah aliran darah pada sirkulasi adalah sebagai berikut1 : Paru vena pulmonalis atrium kiri katup mitral ventrikel kiri katup aorta aorta arteri sistemik dan jaringan sistemik vena sistemik vena kava atrium kanan katup tricuspid ventrikel kanan arteri pulmonalis paru. Komponen pembuluh darah yang berperan dalam hemodinamik 2: - Arteri : mengirimkan mengirimkan darah ke jaringan di bawah tekanan yang tinggi - Arteriol : cabang-caba cabang-cabang ng kecil kecil yang terakhir dari sistem sistem arteri dan dan berfungsi berfungsi sebagai sebagai kendali untuk menentukan menentukan darah yang akan dilepaskan ke kapiler (memiliki dinding otot yang kuat) - Kapiler : berfungsi berfungsi untuk pertukaran cairan, zat makanan, makanan, elektrolit, hormon, dan bahan-bahan lainnya antara darah dan cairan interstisial i nterstisial - Venule : mengumpulkan darah dari kapiler dan bergabung menjadi vena - Vena : mengangkut mengangkut darah dari venula ke jantung dan menampung menampung darah (dindingnya yang tipis mempunyai otot yang cukup untuk berkontraksi atau melebar). Vena memiliki katup-katup di sepanjang pembuluhnya untuk mencegah aliran balik
Aliran Darah Aliran darah merupakan jumlah darah yang mengalir melalui suatu titik tertentu di sirkulasi dalam periode waktu tertentu. Satuan dari aliran darah adalah milliliter per menit atau atau liter per menit . Aliran darah yang melalui pembuluh darah ditentukan oleh dua faktor, yaitu perbedaan tekanan darah di antara kedua ujung pembuluh dan resistensi pembuluh darah. Aliran darah dirumuskan sesuai dengan hukum Ohm2:
(F adalah aliran darah, ΔP adalah perbedaan tekanan antara kedua ujung pembuluh, R adalah resistensi) Aliran darah laminar Bila darah mengalir dengan kecepatan tetap melalui pembuluh darah yang panjang dan licin, darah akan mengalir dengan setiap lapisan darah tetap berjarak sama dari dinding pembuluh darah (misalnya lapisan darah bagian tengah tetap berada di bagian tengah pembuluh darah ketika darah sudah mengalir).2 Ketika darah mengalir secara laminar, kecepatan aliran di tengah pembuluh jauh lebih besar daripada daerah pinggirannya. Hal ini disebabkan karena molekul cairan yang mengenai dinding hampir tidak dapat bergerak karena menempel menempel dengan dinding pembuluh, sementara sementara lapisan cairan di bawahnya tergelincir di 2 atas lapisan sebelumnya. Karena darah adalah cairan yang memiliki viskositas tinggi, gerakan darah pada pembuluh darah menimbulkan gesekan ( shear stress) stress) pada dinding pembuluh darah. Pada aliran laminar, shear stress stress yang terjadi pada dinding pembuluh darah sebanding dengan laju aliran darah di dalamnya. Endotel pembuluh darah dapat mendeteksi perubahan laju darah dengan mendeteksi perubahan shear perubahan shear stress stress yang diterimanya.3
Aliran darah turbulen
Gambar 2. Laminar Flow and Turbulent Flow4 Aliran turbulen merupakan fenomena dimana darah mengalir melintang (“menyebrangi”) pembuluh darah sekaligus memanjang (mengalir secara longitudinal), biasanya membentuk pusaran / spiral pada darah yang disebut eddy current . Ketika kecepatan aliran darah menjadi terlalu besar, ketika aliran darah melewati suatu obstruksi, ketika aliran darah berbelok tajam, ketika ketika darah mengalir melalui permukaan kasar, aliran darah dapat menjadi turbulen dan terganggu.2 Jika terjadi eddy current / aliran turbulen, darah mengalir dengan resistensi yang lebih tinggi daripada aliran darah secara laminar dan lebih tinggi dengan yang diprediksikan oleh persamaan Poiseuille. 2,3 Kecenderungan untuk terjadinya aliran turbulen ditentukan oleh bilangan Reynold , yang dirumuskan sebagai berikut :
(Re adalah bilangan Reynold , v adalah kecepatan aliran darah (cm/detik), d adalah diameter
pembuluh darah, adalah massa jenis, dan adalah viskositas).2 Berdasarkan persamaan di atas, Re meningkat ketika kecepatan meningkat dan viskositas menurun. Oleh karena itu, pada keadaan anemia (kecepatan tinggi dan viskositas rendah), lebih mudah terjadi aliran turbulen. Peningkatan diameter tanpa penurunan kecepatan juga meningkatkan Re, tetapi kecepatan pada pembuluh darah biasanya menurun dengan tidak sebanding ketika diameter meningkat. Hal ini disebabkan karena kecepatan berbanding terbalik dengan kuadrat diameter (berdasarkan rumus (F merupakan aliran darah / debit, v adalah kecepatan, dan A adalah luas penampang pembuluh darah, yang sebanding dengan kuadrat diameter)).4 Bila Re meningkat di atas 200 sampai 400, biasanya akan terdapat aliran turbulen di beberapa percabangan pembuluh, tetapi akan berhenti pada pembuluh yang lurus dan licin. Namun, jika Re meningkat sampai hampir 2000, maka akan terjadi aliran turbulen di pembuluh yang licin sekalipun.2 Pada bagian proksimal aorta dan arteri pulmonalis, Re dapat mencapai angka ribuan pada saat ejeksi ventrikel sehingga terjadi aliran yang sangat turbulen di pembuluh tersebut. Namun, pada pembuluh kecil, Re hampir tidak pernah cukup tinggi untuk dapat menimbulkan aliran turbulen.2
Resistensi Aliran Darah Hambatan terutama ditimbulkan akibat friksi dari pergerakan darah dengan dinding pembuluh darah. Ada tiga faktor yang menentukan besar resisten yang timbul yaitu5: (1). Viskositas darah Ditentukan oleh banyaknya eritrosit. Namun faktor ini tidak terlalu diperhatikan dalam perhitungan karena relatif konstan pada seluruh bagian tubuh. Kecuali pada kondisi patologis yang mempengaruhi jumlah eritrosit. (2). Panjang pembuluh darah Semakin panjang pembuluh darah, semakin besar hambatan yang ditimbulkan dari gesekan dengan sepanjang dinding. Namun faktor ini juga tidak terlalu diperhatikan dalam perhitungan karena panjang pembuluh darah konstan. (3). Radius pembuluh darah Semakin lebar pembuluh darah (semakin besar radiusnya), semakin sedikit darah yang bersinggungan dengan dinding sehingga semakin kecil gesekan dan hambatan yang timbul. Faktor ini adalah penentu
utama hambatan pembuluh darah dan perbandingannya adalah ⁄ . Perbandingan ini diperoleh melalui persamaan Poiseuille, yaitu
:
.
Arteri Arteri berperan untuk saluran untuk transportasi darah secara cepat dari jantung ke dalam organ (karena radiusnya yang besar) dan sebagai pressure reservoir (“penyimpan” tekanan) untuk menyediakan gaya pendorong pada darah ketika jantung berelaksasi. Sifat arteri sebagai pressure reservoir ini disebabkan oleh distensibilitas arteri akibat dinding arteri yang elastis.5 Tekanan darah adalah gaya yang dihasilkan oleh darah terhadap setiap satuan luas dinding pembuluh. Biasanya dinyatakan dalam millimeter air raksa (mmHg). Kenaikan tekanan arteri dapat menyebabkan kenaikan pada aliran darah yang melalui berbagai jaringan tubuh. Namun, peningkatan tersebut tidak memiliki fungsi linier, sebab kenaikan tekanan arteri tidak hanya menaikkan kekuatan yang mendorong darah melalui pembuluh, tetapi juga menyebabkan pelebaran pembuluh sehingga resistensi menurun (berdasarkan persamaan Poiseuille). 2 Faktor yang mempengaruhi tekanan nadi adalah volume darah dalam pembuluh dan compliance (sifat ini menggambarkan jumlah total darah yang dapat ditampung oleh pembuluh darah) atau distensibility (kemudahan meregang). Tekanan sistolik adalah tekanan arteri maksimum ketika darah dipompa oleh jantung. Tekanan diastolik adalah tekanan arteri minimum ketika darah mulai memasuki cabang arteri lainnya ketika fase diastole.2,5 Mean arterial pressure : nilai rata-rata tekanan arteri yang diukur milisekon demi milisekon selama periode waktu tertentu. Nilai ini tidak sama dengan rata-rata tekanan sistolik dan diastolik karena tekanan arteri lebih mendekati nilai tekanan diastolik daripada tekanan sistolik 2 (hal ini adalah akibat fase diastol yang lebih lama (2/3 siklus jantung) daripada fase sistol (1/3 siklus jantung) pada setiap siklus jantung normal yang sedang beristirahat).5 Pulse pressure (tekanan nadi) : perbedaan antara tekanan sistolik dan diastolik. Perbedaan tekanan ini adalah denyut yang dapat dirasakan pada arteri yang berada di bawah kulit. 5
Arteriol Arteriol merupakan pembuluh darah dengan resistensi terbesar (2/3 resistensi sistemik) karena radiusnya yang kecil sehingga terjadi resistensi yang tinggi. Akibat resistensi yang tinggi ini, tekanan rata-rata arteri berkurang secara bermakna setelah melewati arteriol. Perbedaan tekanan yang tinggi membantu pergerakan darah. Selain itu, hambatan pada arteriol mengubah tekanan arteri yang fluktuatif menjadi tekanan nonfluktuatif pada kapiler.5 Arteriol memiliki struktur otot polos tebal yang diinervasi oleh banyak saraf simpatis. Vasokonstriksi terjadi jika otot polos arteriol berkontraksi, sementara vasodilatasi terjadi jika otot polos arteriol berelaksasi. Vasodilatasi mengakibatkan penurunan resistensi dan peningkatan aliran darah.5 Pada keadaan normal, otot polos arteriol berkontraksi secara parsial (kondisi ini disebut tonus vaskular). Ada dua faktor yang memengaruhi tonus vaskular, yaitu otot polos pada arteriol memiliki sangat banyak kanal Ca2+ yang tetap terbuka bahkan saat potensial istirahat. Selain itu, serat simpatis yang mensuplai arteriol secara terus menerus menyekresikan NE. 5 Selain pengaruh dari sistem saraf, vasokonstriksi dan vasodilatasi dipengaruhi oleh faktor lokal seperti1,5:
-
aktivitas myogenic (otot polos arteriol berkontraksi ketika meregang dan sebaliknya) kondisi metabolik lokal (kadar O2, CO2, asam, K +, osmolaritas, adenosin, dan prostaglandin) zat vasoaktif (misalnya histamin, NO, dan endothelin)
Vena dan Fungsinya Vena memiliki fungsi lain di samping sebagai aliran darah balik menuju jantung. Salah satunya adalah penyimpanan darah dalam jumlah besar maupun kecil (sebab vena dapat berkonstriksi dan berdilatasi). Komplians dari vena besarnya sekitar 24 kali komplians arteri yang berukuran sebanding dengan vena karena distensibilitas dan volume vena lebih besar.2 Beberapa faktor yang memengaruhi aliran darah balik vena ke dalam atrium kanan 2: - peningkatan volume darah - peningkatan tonus pembuluh darah besar di seluruh tubuh - dilatasi arteriol Tekanan vena dipengaruhi oleh tekanan gravitasi, akibatnya tekanan vena pada tubuh manusia pada saat berdiri bervariasi antara 0-90mmHg. Terdapat faktor-faktor yang mendukung terdorongnya darah ke atrium kanan. Faktor-faktor ini sangat penting, terutama pada vena-vena yang terletak pada ekstremitas bawah (jika tidak terdapat faktor-faktor tersebut, tekanan vena pada ekstremitas bawah akan selalu sebesar 90mmHg). 2 Faktor-faktor tersebut adalah5,6: - pompa otot rangka – ketika setiap orang menggerakkan tungkai, ia akan menegangkan ototnya dan menekan vena dekat otot tersebut atau daerah sekitarnya. Siklus kontraksi dan relaksasi yang bergantian ini menyebabkan tertekannya vena secara periodik. Dengan adanya katup vena, gerakan pemompaan yang terjadi akan menyebabkan darah hanya akan bergerak ke arah jantung. - pompa respiratorik – pada saat inspirasi, dinding dada akan mengembang dan diafragma turun. Akibatnya tekanan intrapleura menjadi negatif, sehingga paru, atrium jantung, dan vena kava superior serta inferior menjadi mengembang. Pengembangan atrium kanan menyebabkan gradien tekanan untuk aliran balik vena meningkat. - Perangsangan simpatis – menyebabkan vasokonstriksi vena - Efek cardiac suction terjadi ketika kontraksi ventrikel yang juga menarik katup AV sehingga menyebabkan kenaikan volume dan penurunan tekanan pada atrium. Akibatnya terjadi perbedaan tekanan yang menarik darah vena ke j antung. Selain itu, ketika ventrikel berelaksasi, terjadi kenaikan volume dan penurunan tekanan ventrikel. Pada kondisi itu, dengan katup AV yang terbuka, penurunan tekanan ventrikel juga akan menarik darah vena masuk ke atrium.
Pengaturan Tekanan Arteri
1
Dua mekanisme terpenting dalam pengaturan tekanan darah adalah mekanisme baroreseptor yang diperantarai sistem saraf (cepat) dan mekanisme renin-angiotensin-aldosteron yang diperantarai hormon (lambat). Refleks baroreseptor Baroreseptor adalah reseptor regang yang terdapat pada dinding sinus karotis yang terletak dekat percabangan arteri karotis komunis (terdapat juga baroreseptor tambahan pada arkus aorta, tetapi baroreseptor ini hanya berespon terhadap peningkatan tekanan darah, tetapi tidak sebaliknya). Refleks baroreseptor merupakan sistem feedback negatif yang berperan dalam pengaturan tekanan darah secara cepat. Langkah-langkah pada refleks baroreseptor : - Penurunan tekanan arteri penurunan keregangan dinding sinus karotis - Penurunan keregangan menurunkan firing rate dari nervus pada sinus karotis (nervus Hering, n. IX) yang membawa informasi ke pusat vasomotor di batang otak - Titik standar rata-rata tekanan arteri diatur sebesar 100mmHg oleh pusat vasomotor, akibatnya jika terdapat penurunan rata-rata tekanan arteri, akan terjadi respon otonomik
-
Respon otonom tersebut mencakup penurunan sinyal parasimpatis ke jantung dan peningkatan sinyal simpatis ke jantung dan pembuluh darah. (respon otonomik yang terjadi adalah peningkatan laju denyut jantung, peningkatan kontraksi dan stroke volume output (curah isi sekuncup), peningkatan vasokonstriksi arteriol dan vena venokonstriksi menyebabkan stroke output meningkat dengan mekanisme Frank-Starling )
Sistem Renin-Angiotensin-Aldosteron Merupakan pengaturan tekanan darah jangka panjang (akibat mekanisme hormonal yang lambat) dengan memodifikasi volume darah. Ada beberapa hal yang perlu diketahui sebelum mengetahui mekanismenya: - Renin adalah enzim yang mengubah angiotensinogen menjadi angiotensin - Angiotensin I tidak aktif - Angiotensin II aktif - Angiotensin II didegradasi oleh angiotensinase Langkah-langkah pada mekanisme sistem renin-angiotensin-aldosteron : - Penurunan perfusi renal mengakibatkan sel juxtaglomerular pada arteriol aferen menyekresikan renin - Kemudian renin akan mengubah angiotensinogen menjadi angiotensin I di plasma - Angiotensin-converting-enzyme (ACE) mengkatalisis perubahan angiotensin I menjadi II (terutama terjadi di paru) - Angiotensin II memiliki banyak efek, yaitu menstimulasi sekresi aldosteron (aldosteron meningkatkan reabsorpsi Na+ di tubulus distal, tetapi kerjanya lambat), meningkatkan pertukaran Na+-H+ di tubulus kontortus proksimal, meningkatkan rasa haus, dan menyebabkan vasokonstriksi arteriol sehingga resistensi perifer meningkat dan tekanan arteri meningkat. Mekanisme Lain : meliputi iskemia cerebral, kemoreseptor pada carotid dan aortic bodies, vasopressin, dan ANP.
Daftar Pustaka 1. Costanzo LS. Physiology. 4th ed. USA : Lippincott Williams & Wilkins; 2006. p. 68-9, 90-4. 2. Guyton AC, Hall JE. Textbook of Medical Physiology. 11th ed. Philadelphia : Elsevier Inc.; 2006. p. 164-80. 3. Mohrman DE, Heller LJ. Cardiovascular Physiology. 7th ed. USA : McGraw-Hill; 2010. ch. 6. 4. Klabunde RE. Turbulent Flow. [internet]. 2011 [updated 2007 Oct 04; cited 2011 May 10]. Available from : http://www.cvphysiology.com/Hemodynamics/H007.htm 5. Sherwood L. Human Physiology From Cells to Systems. 7 th ed. Canada : Brooks/Cole Cengange Learning; 2010. p. 347-56, 372-6. 6. Klabunde RE. Factor Promoting Venous Return. [internet]. 2011 [updated 2008 Jan 12; cited 2011 May 10]. Available from : http://www.cvphysiology.com/Cardiac%20Function/CF018.htm
