Di bidang kesehatan, kita memiliki kemajuan menarik mengenai studi dan penerapan tekanan hidrostatik dan fungsi yang kembali ke masalah yang terkait dengan kesehatan.
Namun, sebelum memasuki pokok bahasan hubungannya dengan bidang kesehatan dan kedokteran, mari kita definisikan secara singkat ciri-ciri umum dari apa itu tekanan hidrostatik dan terdiri dari apa. Ayo lihat…
Apa itu tekanan hidrostatik?
Tekanan hidrostatik mengacu pada tekanan yang diberikan oleh cairan apa pun dalam ruang terbatas. Jika zat cair berada dalam suatu wadah, maka akan terjadi tekanan pada dinding wadah tersebut.
Tekanan hidrostatik adalah tekanan yang dihasilkan oleh berat cairan di atas titik pengukuran, ketika cairan dalam keadaan diam.
Ketinggian kolom cairan, kepadatan seragam, berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik.
Sifat hidrostatik cairan tidak konstan dan faktor utama yang mempengaruhinya adalah massa jenis cairan dan gravitasi lokal.
Mengetahui kedua kuantitas diperlukan untuk menentukan tekanan hidrostatik cairan tertentu.
Tekanan hidrostatik adalah gaya yang diberikan oleh molekul-molekul fluida satu sama lain karena gaya tarik gravitasi bumi.
Gaya ini terjadi jika fluida bergerak atau berhenti total, dan memaksa fluida maju atau keluar ketika menghadapi area dengan hambatan paling kecil di bidangnya.
Energi inilah yang mendorong air dari lubang di cangkir kertas, gas dari kebocoran di pipa, dan darah dari pembuluh ke jaringan di sekitarnya.
Peningkatan elevasi meningkatkan jumlah tekanan hidrostatik
Fluida yang mengalir ke bawah juga meningkatkan tekanan, menyebabkan air yang mengalir ke bawah air terjun mengalir lebih cepat daripada air yang mengalir ke bawah sungai ke drop.
Suhu adalah faktor lain yang mempengaruhi tekanan karena ketika suhu meningkat, molekul bergerak lebih cepat, meningkatkan tekanan.
Industri biasanya menggunakan metode uji tekanan hidrostatik untuk memastikan bahwa cairan tetap berada di lingkungan terbatas.
Pengujian tidak hanya memastikan bahwa pipa dan jenis wadah lainnya tidak bocor, tetapi juga memverifikasi bahwa bahan dapat menahan tekanan yang lebih besar dari kemungkinan perubahan lingkungan.
Bukan hal yang aneh bagi perusahaan untuk mengerahkan kekuatan internal 150 kali lebih banyak dari biasanya sambil mengendalikan perubahan tekanan dengan instrumentasi.
Jika kita membayangkan sebuah wadah berbentuk kolom, kita dapat melihat bahwa tekanan yang mendorong dindingnya lebih besar di bagian bawah daripada di bagian atas. Hal ini terkait sebagian dengan gaya gravitasi.
Kapiler adalah setara dengan wadah berbentuk kolom, diputar di sisinya. Tekanan yang diberikan darah di kapiler dikenal sebagai tekanan darah.
Kekuatan tekanan hidrostatik berarti bahwa darah bergerak melalui kapiler, cairan bergerak melalui pori-porinya dan masuk ke ruang interstisial.
Gerakan ini berarti tekanan yang diberikan oleh darah akan lebih rendah, darah bergerak sepanjang kapiler, dari ujung arteri ke ujung vena.
Statika fluida atau hidrostatik adalah cabang mekanika fluida yang mempelajari fluida tak termampatkan dalam keadaan diam.
Ini mencakup studi tentang kondisi di mana fluida diam dalam keseimbangan stabil melawan dinamika fluida, studi tentang fluida yang bergerak.
Hidrostatika diklasifikasikan sebagai bagian dari statika fluida, yang merupakan studi tentang semua cairan, tidak dapat dimampatkan atau tidak, dalam keadaan diam.
Hidrostatika sangat penting untuk hidrolika, peralatan teknik untuk menyimpan, mengangkut, dan menggunakan cairan.
Hal ini juga relevan dengan geofisika dan astrofisika (misalnya, dalam memahami tektonik lempeng dan anomali medan gravitasi bumi), meteorologi, kedokteran (dalam konteks tekanan darah), dan banyak bidang lainnya.
Hidrostatika menawarkan penjelasan fisik untuk banyak fenomena dalam kehidupan sehari-hari, seperti mengapa tekanan atmosfer berubah dengan ketinggian, mengapa kayu dan minyak mengapung di atas air, dan mengapa permukaan air selalu datar dan horizontal, apa pun bentuk wadah Anda.
Tekanan zat cair dalam keadaan diam
Karena sifat dasar fluida, fluida tidak dapat tetap diam di bawah adanya tegangan geser. Namun, cairan dapat memberikan tekanan normal ke permukaan kontak apa pun.
Jika suatu titik di dalam fluida dianggap sebagai kubus yang sangat kecil, maka berdasarkan prinsip-prinsip keseimbangan, tekanan pada setiap sisi unit fluida ini harus sama.
Jika tidak, fluida akan bergerak searah dengan gaya resultan.
Jadi, tekanan pada fluida yang diam adalah isotropik; Artinya, ia bertindak dengan besaran yang sama ke segala arah.
Karakteristik ini memungkinkan cairan untuk mengirimkan gaya melalui panjang pipa atau tabung; Artinya, gaya yang diterapkan pada fluida dalam pipa ditransmisikan, melalui fluida, ke ujung pipa yang lain.
Prinsip ini pertama kali dirumuskan, dalam bentuk yang sedikit diperluas, oleh Blaise Pascal, dan sekarang disebut Hukum Pascal.
Dalam fluida yang diam, semua tegangan gesek dan tegangan inersia menghilang dan keadaan tegangan sistem disebut hidrostatik.
Ketika kondisi V = 0 ini diterapkan pada persamaan Navier-Stokes, gradien tekanan menjadi fungsi dari gaya benda saja.
Untuk fluida barotropik dalam medan gaya konservatif seperti medan gaya gravitasi, tekanan yang diberikan oleh fluida pada kesetimbangan menjadi fungsi dari gaya yang diberikan oleh gravitasi.
Tekanan hidrostatik di bidang medis
Pembuluh darah memiliki cara unik untuk mempertahankan tekanan yang tepat di seluruh tubuh. Tekanan hidrostatik kapiler arteri biasanya berukuran 35 milimeter air raksa, atau 35 mm Hg. Tekanan kapiler vena biasanya berukuran 15 mm Hg.
Kekuatan di belakang kontraksi jantung bersama dengan gravitasi yang menarik darah menjauh dari jantung menyebabkan peningkatan tekanan.
Sifat kapiler vena yang keropos juga menurunkan tekanan darah yang mengalir.
Komponen cair darah secara alami mengalir melalui pori-pori ke jaringan interstisial karena tekanan ini, meninggalkan lipid, protein, dan partikel yang terlalu besar untuk lolos.
Ini biasanya menurunkan tekanan vena. Sebaliknya, peningkatan tekanan di dalam jaringan memberikan gaya ke arah kapiler, yang disebut tekanan osmotik hidrostatik .
Saat tekanan osmotik mendorong cairan ke dalam pori-pori kapiler, muatan listrik padatan di dalam pembuluh menyebabkan molekul-molekul saling menempel saat mereka mengalir melalui darah.
Reaksi ini disebut efek Gibbs-Donnan.
Tekanan osmotik dan efek Gibbs-Donnan bekerja sama menarik cairan dari jaringan interstisial ke dalam plasma, yang dikenal sebagai tekanan osmotik koloid.
Ketika tubuh merasakan jumlah tekanan vena yang rendah secara abnormal, arteri umumnya mengkompensasi dengan menyempit.
Ketika terjadi kerusakan pembuluh darah, plasma mengandung jumlah padatan yang tidak mencukupi, atau tekanan darah turun, kemudian terjadi edema atau pembengkakan.
Tekanan hidrostatik kapiler:
Tekanan ini mendorong cairan keluar dari kapiler (yaitu kebocoran), dan tertinggi di ujung arteriol kapiler dan terendah di ujung venula.
Tergantung pada organnya, tekanan dapat turun di sepanjang kapiler sebesar 15-30 mmHg (gradien tekanan aksial atau longitudinal).
Gradien aksial mendukung filtrasi di ujung arteriol dan reabsorpsi di ujung venular kapiler.
Tekanan jaringan (interstisial):
Tekanan hidrostatik ini ditentukan oleh volume cairan interstisial dan kesesuaian celah jaringan, yang didefinisikan sebagai perubahan volume dibagi dengan perubahan tekanan.
Semakin banyak cairan bocor ke dalam celah, semakin besar volume ruang interstisial dan tekanan hidrostatik di dalam ruang itu. Pada beberapa organ, komplians interstisial rendah, yang berarti bahwa peningkatan kecil pada volume interstisial menyebabkan peningkatan tekanan yang besar.
Contohnya termasuk otak dan ginjal, yang dilapisi oleh tulang kaku (otak) atau oleh kapsul (ginjal).
Sebaliknya, jaringan lunak seperti kulit, otot, dan paru-paru sangat komplians, dan oleh karena itu ruang interstisial dapat mengalami ekspansi besar dengan peningkatan tekanan yang relatif kecil.
Ketika volume pori meningkat, tekanan pori meningkat, yang dapat membatasi jumlah kebocoran dalam rongga karena tekanan ini menentang tekanan hidrostatik kapiler.
Dengan kata lain, karena gradien tekanan hidrostatik menurun karena peningkatan tekanan pori, rembesan fluida akan menipis. Namun, peningkatan besar dalam tekanan pori jaringan dapat menyebabkan kerusakan jaringan dan kematian sel.
Biasanya tekanan pori mendekati nol. Di beberapa jaringan itu sedikit subatmosfer, sementara di jaringan lain itu sedikit positif.
Tekanan onkotik plasma kapiler:
Karena sawar kapiler mudah permeabel terhadap ion, tekanan osmotik di dalam kapiler ditentukan terutama oleh protein plasma yang relatif impermeabel.
Oleh karena itu, alih-alih berbicara tentang tekanan “osmotik”, tekanan ini disebut tekanan “onkotik” atau “osmotik koloid” karena dihasilkan oleh koloid.
Albumin menghasilkan sekitar 70% dari tekanan onkotik. Tekanan ini biasanya 25-30 mmHg.
Tekanan onkotik meningkat di sepanjang kapiler, terutama di kapiler yang memiliki filtrasi bersih tinggi (misalnya, di kapiler glomerulus ginjal), karena cairan penyaringan meninggalkan protein yang menyebabkan peningkatan konsentrasi protein.
Biasanya, ketika tekanan onkotik diukur, itu diukur melalui membran semi-permeabel yang permeabel terhadap cairan dan elektrolit, tetapi tidak untuk molekul protein besar.
Namun, di sebagian besar kapiler, dindingnya (terutama endotelium) memiliki permeabilitas terbatas terhadap protein.
Permeabilitas sebenarnya terhadap protein tergantung pada jenis kapilaritas serta sifat protein (ukuran, bentuk, muatan).
Karena permeabilitas yang terbatas ini, tekanan onkotik aktual yang dihasilkan melintasi membran kapiler kurang dari yang dihitung dari konsentrasi protein.
Pengaruh permeabilitas protein hingga pada tekanan onkotik fisiologis dapat ditentukan dengan mengetahui koefisien refleksi (σ) dinding kapiler.
Jika kapiler tidak permeabel terhadap protein maka sama dengan 1.
Ketika nilai sangat rendah, tekanan onkotik plasma dan jaringan mungkin memiliki pengaruh yang dapat diabaikan pada kekuatan pendorong bersih.
Jaringan (interstisial):
Tekanan onkotik cairan interstisial bergantung pada konsentrasi protein interstisial dan koefisien refleksi dinding kapiler.
Semakin permeabel penghalang kapiler terhadap protein, semakin tinggi tekanan onkotik interstisial.
Tekanan ini juga ditentukan oleh banyaknya rembesan fluida ke dalam celah. Misalnya, peningkatan filtrasi kapiler menurunkan konsentrasi protein interstisial dan mengurangi tekanan onkotik.
Penurunan tekanan onkotik interstisial meningkatkan tekanan onkotik bersih di seluruh endotel kapiler, yang melawan kebocoran dan meningkatkan reabsorpsi, sehingga berfungsi sebagai mekanisme untuk membatasi kebocoran kapiler.
Pada jaringan “tipikal”, tekanan onkotik jaringan kira-kira 5 mmHg (yaitu, jauh lebih rendah daripada tekanan onkotik plasma kapiler).
Apa perbedaan antara tekanan onkotik dan hidrostatik?
Tekanan hidrostatik meningkatkan filtrasi dengan mendorong cairan dan zat terlarut keluar dari kapiler, sedangkan tekanan onkotik kapiler (juga dikenal sebagai tekanan koloidosmotik) menarik cairan ke dalam kapiler dan/atau mencegah tekanan hidrostatik.
Tekanan hidrostatik didasarkan pada tekanan yang diberikan oleh tekanan darah terhadap dinding kapiler, sedangkan tekanan onkotik terjadi karena protein, seperti albumin, globulin, dan fibrinogen, yang tidak meninggalkan kapiler dan menarik air.
Gaya yang sama juga bekerja pada cairan interstisial.
Arteri membawa darah beroksigen dan nutrisi ke jaringan metabolisme tubuh. Darah beroksigen ini berjalan melalui jaringan kapiler di dalam jaringan.
Pertukaran cairan dalam kapiler darah disebut mikroperedaran. Tekanan hidrostatik dan onkotik adalah dua jenis kekuatan pendorong yang terlibat dalam pergerakan cairan selama mikroperedaran.
Perbedaan utama antara tekanan hidrostatik dan onkotik adalah bahwa tekanan hidrostatik adalah kekuatan yang mendorong cairan keluar dari kapiler darah, sedangkan tekanan onkotik adalah kekuatan yang mendorong cairan ke dalam kapiler darah.
Interaksi umum antara tekanan hidrostatik dan tekanan onkotik dijelaskan oleh prinsip Starling .