Regionální oběh (plicní, kožní, svalový, mozkový, splanchnický) doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita •Tato prezentace obsahuje pouze stručný výtah nejdůležitějších pojmů a faktů. V žádném případně není sama o sobě dostatečným zdrojem pro studium ke zkoušce z Fyziologie. •Jeden orgán může mít i dvojí přítok krve, jeden orgán vyživuje a druhý tvoří funkční oběh. •různé formy anatomické a funkční adaptace řečiště zajišťující optimální funkci orgánu •různý význam jednotlivých forem regulace cévního tonu a tedy krevního průtoku v jednotlivých orgánech Specifika oběhu orgány Např. v plicích: aa. bronchiales, a. pulmonalis Plicní oběh Plicní oběh •Průtok plícemi je prakticky téměř stejný jako průtok všemi ostatními orgány. •Funkce: -zprostředkování výměny dýchacích plynů -rezervoár krve -mechanický, chemický a imunologický filtr Plicní oběh – vysoká poddajnost (diskutováno dále) – funkce rezervoáru krve (krev je zde v klidových podmínkách uskladněna amůže být přemístěna do systémového krevního oběhu v případě potřeby, např. při zátěži či krvácení). Plíce jsou v těsném kontaktu s vnějším prostředím – mechanický, chemický a imunologický filtr. Plicní oběh •Tepny (rozdíly oproti tepnám velkého oběhu) -větší celkový průřez všech plicních tepen -velká poddajnost (compliance) -arterioly mají malé množství svaloviny ® nižší odpor (1/10 odporu ve velkém oběhu; nejmenší při mírném vdechu), menší pokles TK v jejich oblasti -menší tloušťka stěn Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition ~ 1/3 24 9 Vysoká poddajnost plicního řečiště je klíčová pro udržení nízkého krevního tlaku při významně kolísajícím přítoku krve do plic během srdečního cyklu. Nízký krevní tlak v plicním oběhu je důležitý coby prevence filtrace tekutiny do intersticia (viz dále), což by mohlo způsobit otok, a tedy narušit hlavní funkci plic, výměnu plynů. Plicní oběh •Kapiláry -široké, bohaté anastomózy, vytváří síť obklopující alveoly -plocha perfundovaných kapilár: v klidu ~60 m2, při těžké práci ~90 m2 -čas průtoku ~0,75 s (výměna dýchacích plynů) •Žíly -velká poddajnost http://www.percussionaire.com/historyreview.asp Čas průtoku krve plicními kapilárami klesá z 0,75 s v klidu na 0,3 s (nebo i méně) za fyzické zátěže. Část plicních kapilár je v klidu uzavřena (rezerva). Plocha perfundovaných kapilár může být proto zvětšena ze zhruba 60 m^2 v klidu až na 90 m^2 při intenzivní zátěži s cílem navýšit kapacitu výměny plynů. Objem krve v plicním řečišti kolísá mezi 200 a 900 ml (v průměru 450 ml) např. během ortostatické reakce, Valsalvova manévru (kašel, defekace, porod) apod. Klinická poznámka: Při selhání levého srdce se hromadění krve v plicním řečišti zvyšuje, což snižuje vitální kapacitu plic u těchto pacientů, zejména vleže. Proto mají tito pacienti obvykle tendenci spát v sedě (ortopnoe). Tak v levé síni i v plicním řečišti postupně stoupá, což může vést až k selhání pravého srdce. Tím, že jsou systémový a plicní oběh zapojeny v sérii, jsou na sobě významně závislé. Plicní oběh •Výživový oběh -aa. bronchiales, vv. bronchiales , vv. pulmonales •Lymfatické cévy -rychlý transport bílkovin a různých částic z peribronchiálního a perivaskulárního prostoru ® ¯ tvorba tkáňového moku ~ předcházení vzniku otoku plic (fyziologický A-V zkrat spolu s částí krve z koronárních arterií® saturace krve kyslíkem ve velkém oběhu 98%, tepový objem levé komory o 1-2% větší než pravé komory) Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition 15 Plicní oběh •Krevní tlak v plicním řečišti -plicní kapilární tlak – měřen jako tzv. obturační tlak neboli tlak v zaklínění katetrizací (~7,5 mmHg) 24 9 0 1 2 3 (mmHg) (s) -tlak v plicních žilách pulsuje mezi 1 a 6 mmHg (jako tlak v levé síni) -tlak v a. pulmonalis Plicní oběh •Plicní otok brání efektivní výměně dýchacích plynů. •Faktory ovlivňující filtraci tekutiny do intersticia: 1.tlakové poměry v intersticiu a plicních kapilárách 2.permeabilita plicních kapilár Fyziologicky v plicních kapilárách k filtraci nedochází! kapilární tlak cca 10 mmHg, onkotický tlak 25 mmHg ® tlakový gradient více než 15 mmHg do lumen cév Ad 1. onkotických tlak krevních bílkovin je v plicních kapilárách 2,5x větší než kapilární tlak (10 mmHg) – fyziologicky tedy nedochází k filtraci tekutiny do intersticia. Patologicky však k ní může dojít, obvykle při vzestupu kapilárního tlaku v důsledku selhání levého srdce, kdy dochází k městnání krve v plicním řečišti – filtrace ale až při tlaku 25 mm Hg (u pacientů s hypoproteinémii (např. s cirhózou jater) a tedy s nižším onkotickým tlakem může k filtraci v plicích dojít i při nižších hydrostatických tlacích). Při pomalu se rozvíjejícím selhání se současně postupně rozvíjí lymfatické cévy, což urychluje odvod tekutiny a edém nastává až při vyšších tlaku (45 mmHg). Ad 2. permeabilita plicních kapilár (a tedy i tendence ke vzniku otoku plic) může být zvýšena, např. vlivem bakteriálního endotoxinu při infekci plic. Plicní oběh •Regulace plicního oběhu A.Systémové mechanismy B.Lokální mechanismy Plicní oběh •Regulace plicního oběhu A.Systémové mechanismy -sympatická vlákna přes a1 rec. – kontrakce -parasympatická vlákna (M3 receptory ® relaxace - NO) (málo ovlivňují odpor a tedy i tlak, ale snižují kapacitu plicního řečiště, tedy vyprazdňují plicní rezervoár krve) 2)Humorální regulace (cirkulující působky) přes a2 a b2 rec. – relaxace - NO kontrakce: adenozin (A1), endotelin (ETA), angiotenzin II, aj. relaxace: adenozin (A2), endotelin (ETB), histamin (H1,H2), aj. 1)Nervová regulace Vazokonstrikce přes alpha1 receptory – přesun nahromaděné krve z plicního rezervoáru do systémového oběhu při hypotenzi (např. v důsledku krvácení). Vazodilatace přes beta2 receptory – zvýšená výměna plynů při zátěži. Humorální regulace – obdobné jako bylo popsáno obecně u regulace krevního průtoku; vliv jednotlivých látek na průměr cév se může lišit, takže stejná látka může působit vazodilataci na jednom místě (nebo za určitých okolností), avšak vazokontrikci jinde/y,často v závislosti na přítomnosti specifického typu receptoru. Plicní oběh •Regulace plicního oběhu B.Lokální mechanismy -chemická (metabolická) autoregulace reakce opačná než ve velkém oběhu (¯ pO2 – i systémová hypoxie, pCO2 , ¯ pH , histamin ® vazokonstrikce ® odklon perfúze od neventilovaných alveolů během 5-10 min) funguje i naopak: obstrukce perfúze v určité části plic ® ¯ pCO2 ® konstrikce zásobujícího bronchu (zajištění optimálního poměru ventilace a perfúze) Chemická regulace je v plicních cévách opačná než v jiných částech těla!!! Pokud není alveolus ventilován (např. díky blokádě bronchu v důsledku zánětu), nemá smysl ho perfundovat (navíc by to vedlo k navýšení zkratu a nižšímu nasycení arteriální krve kyslíkem). Lokálně je proto v konkrétní části plicního řečiště navozena vazokonstrikce při zvýšení pCO2 a poklesu pO2, naopak než je tomu v ostatních částech těla. Plicní oběh •Regulace plicního oběhu C.Pasivní faktory -srdeční výdej tělesná námaha ® srdečního výdeje ® saturace hemoglobinu je stabilní, otvírají se dříve málo perfundované kapiláry ® průtoku krve plícemi a celkového množství O2 dodaného do těla -gravitace Plicní oběh •Distribuce krve v plicích - gravitace -nerovnoměrná, působení hydrostatického tlaku -plicní hroty – cca 15 cm nad odstupem a. pulmonalis, hydrostatický a arteriální tlak je zhruba stejný ® minimální průtok - celkového průtoku (např. fyzická zátěž) ~ ekvivalentní průtoku jednotlivými oblastmi -těžká fyzická práce ® srdečního výdeje až 6x ® otvírání kapilár, které v klidu nebyly perfundovány ® tlak v a. pulmonalis roste nepatrně -průtok lineárně narůstá od hrotu k bázi apex báze (šetření práce pravého srdce + zábrana vzniku plicního otoku v důsledku zvýšení kapilárního tlaku) Distribuce krve v plicích je nepravidelná, zejména ve stoje, díky vlivu hydrostatického tlaku – nejlépe jsou perfundovány báze plic a nejhůře plicní hroty (viz také následující snímek). Plicní oběh Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Ventilace / perfúze Běžně je tlak krve v plicnici dostatečný na zajištění perfúze. Pokud však tento klesne nebo pokud stoupne alveolární tlak, některé kapiláry mohou kolabovat – neprobíhá zde ventilace a jde tedy o novou část mrtvého prostoru. Ve střední části plic běžně arteriální i kapilární tlak převyšují tlak alveolární. Při výdechu však tento může převýšit tlak v plicních venulách a tyto pak kolabují. Za místem konstrikce krev „padá“ do plicních žil (velmi poddajné). Dolní část plic – alveolární tlak nižší než tlak v plicním řečišti. POMĚR VENTILACE / PERFÚZE: v klidu za fyziologických okolností průměrně cca 0,8; Výrazné rozdíly tohoto poměru v různých částech plic (vysoký poměr v horních částech plic ve vzpřímené poloze – tbc často zde – vysoký pO2 vhodný pro růst bakterií). Lokální změny často nastávají při nemoci (může dojít ke vzniku retence CO2 a poklesu arteriálního pO2) pokles ventilace alveolu beze změny perfúze – pokles pO2 (méně dodáváno) a vzestup pCO2 (méně vydechováno) a naopak (snížení perfúze beze změny ventilace – snížení pCO2 (méně dodáváno) a vzestup pO2 (méně odebíráno krví)) Plicní oběh •Poruchy poměru ventilace a perfúze -v klinice nejčastější příčinou hypoxické hypoxie -průtok krve neventilovanými alveoly ® pravo-levý zkrat (neokysličená krev přímo do levého srdce) ® ¯ saturace arteriální krve O2 -obsah CO2 obvykle není změněn (kompenzační hyperventilace v ostatních alveolech) Ventilace / perfúze Kompenzační hyperventilace nedokáže udržet saturaci krve O2 na fyziologické úrovni, protože ani hyperventilace a zvýšený pO2 v alveolech nemůže zvýšit množství přenášeného O2 hemoglobinem, to je již na maximu běžně. Ale pCO2 je díky hyperventilaci fyziologické. Mozková cirkulace Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mozková cirkulace Mozek dospělého člověka spotřebuje 20% klidové spotřeby O2, ačkoliv tvoří jen 2% tělesné hmotnosti! Mozková cirkulace •musí zajistit: 1)konstantní dostatečný přísun krve 2)dynamickou redistribuci krve neuronová aktivita a tedy i rychlost metabolismu jednotlivých oblastí šedé hmoty výrazně kolísá (metabolická hyperémie) intenzivní oxidativní metabolismus šedé hmoty (40 % hmoty mozku), je metabolicky aktivnější – šedá hmota je velmi citlivá na hypoxii ! (ztráta vědomí během několika sekund mozkové ischemie, ireverzibilní poškození během několika minut) http://observatory.cz/static/vystavy/castice/p2_PET-tomogram.jpg Spotřeba O2 je nerovnoměrná – šedá hmota (40% hmoty mozku) má spotřebu větší, je metabolicky aktivnější. Místo maximální spotřeby se navíc přesunuje podle aktuálně plněných úkolů (mechanismus: metabolická vazodilatace), jak umožňuje zjistit např. vyšetření funkce mozku pozitronovou emisní tomografií (PET; vychytávání radioaktivně značené 2-deoxyglukózy ve více prokrvených a tedy aktivnějších oblastech) nebo funkční magnetickou resonancí. Mozková cirkulace •musí zajistit: 1)konstantní dostatečný přísun krve 2)dynamickou redistribuci krve Zajištění těchto specifických nároků mozku, zejména jeho šedé hmoty, vyžaduje jak anatomickou, tak funkční adaptaci mozkové cirkulace. Mozková cirkulace •Anatomické zvláštnosti mozkové cirkulace: 1)circulus arteriosus cerebri (propojení hlavních mozkových tepen anastomózami) (téměř 1/2 cévního odporu připadá na artérie, které jsou bohatě inervovány) 3)velmi krátké arterioly 2)velmi vysoká kapilarizace (3000 – 4000 kapilár / mm2 šedé hmoty) ~ minimalizace difúzní dráhy pro plyny i jiné látky Willisův okruh Cévní zásobení pravé a levé poloviny mozku je poměrně odděleno (stejný tlak na obou stranách, anastomózy nedovolují významný průtok) a uzávěr jedné z karotid, zejména u starších osob, obvykle vede k vážné mozkové ischémii. Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mozková cirkulace •Funkční adaptace mozkové cirkulace: 1)vysoký a stabilní průtok krve (šedá hmota: 1 l/kg/min) 2)vysoká extrakce kyslíku (35 %) 3)dobře vyvinutá autoregulace (myogenní i metabolická) sympatikus Při extrémních stavech celkového oběhu (např. při hypotenzi z důvodu krvácení) je průtok krve v ostatních orgánech kromě srdce omezen ve prospěch průtoku mozkem. Velmi dobře vyvinutá myogenní autoregulace udržuje stálý průtok v širokém rozmezí arteriálního tlaku (při vyšších tlacích navíc udržení stálého průtoku napomáhá aktivita sympatiku). CBF na obrázku v dl/kg/min. Mozková cirkulace •Funkční adaptace mozkové cirkulace: 5)lokální vs. celková hypoxie 6)inervace sympatická vazokonstr. vlákna (noradrenalin, neuropeptid Y) parasympatická cholinergní vlákna (acetylcholin, VIP) senzorická vlákna (substance P, CGRP; migréna) 1)vysoký a stabilní průtok krve (šedá hmota: 1 l/kg/min) 2)vysoká extrakce kyslíku (35 %) 3)dobře vyvinutá autoregulace (myogenní i metabolická) 4)vysoká reaktivita na změny koncentrace CO2 Jako v jiných tkáních, hyperkapnie působí vazodilataci, zatímco hypokapnie vazokonstrikci. Mozkové cévy jsou však k hladině pCO2 velmi citlivé. Hypokapnie se proto může projevit až mdlobou či křečemi v důsledku extrémní vazokonstrikce, např. při hysterické hyperventilaci (Pozn.: Proto můžete v televizi často vidět, že hysterické lidi nechávají dýchat do papírového pytlíku, čímž se omezí vznik hypokapnie zpětným vdechováním vydechnutého CO2). Při lokální hypoxii mozkové cévy dilatují (jako v jiných tkáních), avšak při celkové hypoxii se kontrahují (stimulace ventilace hypoxií vede k hypokapnii, na kterou jsou mozkové cévy extrémně citlivé, jak již bylo řečeno výše)! Účast mozkových cév na baroreflexu je zanedbatelná, primárně musí sloužit zajištění potřeb mozkové tkáně (málo alfa receptorů). Sympatická vlákna uvolňují kromě noradrenalinu i další vazokonstrikční látky: neuropeptid Y – zřejmě se podílí na vazokonstrikci při náhlém vzestupu arteriálního tlaku – ochrana hematoencefalické bariéry; 5-OH-tryptamin neboli serotonin – podílí se zřejmě na vazospasmu při subarachnoidálním krvácení. Parasympatická zakončení uvolňují kromě acetylcholinu také vazoaktivní intestinální peptid (VIP). Funkce je nejasná. Mozkové cévy obsahují také senzorická vlákna uvolňující vazodilatační neuropeptidy (substanci P, CGRP) – zprostředkují cévní bolest hlavy, např. při migréně. Dotyk či tah na mozkové cévy je vnímán bolestivě. Mozková cirkulace •Zvláštní fyzikální podmínky mozkové cirkulace: 1)pevný obal mozku lebkou Sumární hodnota aktuálního objemu krve v mozku, mozkové tkáně a likvoru je konstantní (Monro-Kelliova teorie). ® zvýšení průtoku se může uskutečnit pouze zrychlením krevního toku, nikoliv zvětšením kapacity řečiště ® Cushingův reflex (nádor, krvácení) 2)gravitace ortostáza (snížený centrální venózní tlak + snížený tepový objem ® hypotenze ® posturální synkopa) Celkové zvýšení průtoku krve v krátkém časovém období se nemůže realizovat zvětšením celkové kapacity mozkového řečiště, ale jen prostřednictvím zrychlení krevního proudu. Každý proces zaujímající prostor v dutině lebeční (nádor, krvácení) zvyšuje intrakraniální tlak a tlačí mozkový kmen do foramen occipitale magnum. To vede ke zvýšení sympatické vazomotorické aktivity a periferního tlaku (Cushingův reflex). Zvýšený krevní tlak udrží průtok krve mozkem i při zvýšeném intrakraniálním tlaku. Současně dochází k bradykardii (baroreflex) – akutní hypertenze provázená bradykardií jsou tedy charakteristickými příznaky intrakraniálního expandujícího procesu. Ortostáza – reakce organismu na změnu polohy z lehu do sedu či do stoje. Opak - klinostáza. Mozková cirkulace Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition •Hematoencefalická bariéra mozkové kapiláry – těsné interendotelové spoje Endotelie mozkových kapilár jsou k sobě těsně přiloženy a propojeny prostřednictvím tight junctions (jejich vznik je indukován astrocyty), jde tedy o nefenestrované kapiláry. Transport přes tyto spoje je minimální + i transport přes stěnu endotelií je malý (jen málo vezikul v endoteliích), ale určité transportní mechanismy tu samozřejmě jsou (např. glukóza). Mozkové kapiláry jsou obklopeny výběžky astrocytů. Tyto výběžky těsně přiléhají k bazální membráně kapilár, ale nepokrývají kapilární stěnu zcela, mezi výběžky zůstávají cca 20 nm mezery. Není plně vyvinutá u plodu a novorozenců (vstup volného bilirubinu do mozku, poškození bazálních ganglií – jádrový ikterus). Nově vytvořené cévy zásobující nádorovou tkáň nejsou obklopeny astrocyty, tím pádem nemají tight junctions (běžně indukované astrocyty, jak již bylo uvedeno) a mohou být dokonce fenestrované. Tím pádem umožňují snadnější a rychlejší vstup látek, čehož se využívá v diagnostice (značení radioaktivně značeným albuminem, který do běžné tkáně vstupuje velmi pomalu). Mozková cirkulace •Hematoencefalická bariéra ® látky rozpustné v tucích (O2, CO2, xenon; nevázané formy steroidních hormonů) Volně difundují: ® voda (aquaporiny; osmolalita krve a mozkomíšního moku je stejná!) ® ionty (např. H+, HCO3- vs. CO2 !) Transcelulárním transportem (regulovaně): ® glukóza – hlavní zdroj energie pro nervové buňky (volná difúze pomalá - urychleno díky GLUT) ® dále transportéry pro hormony štítné žlázy, některé organické kys., cholin, prekurzory nukleových kys., aminokyseliny, … Mozková cirkulace •Hematoencefalická bariéra •Funkce: -udržení konstantního složení prostředí obklopujícího neurony -ochrana mozku před endogenními i exogenními toxiny -prevence úniku neurotransmiterů do cirkulace Mozková cirkulace •Mozkomíšní mok Mozkomíšní mok má stále složení odlišné od krevní plazmy. -vyplňuje mozkové komory a subarachnoidální prostor -objem ~150 ml, rychlost tvorby ~550 ml/d (výměna 3,7x/den) Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Tvorba moku v chorioidních plexech probíhá ve dvou fázích: 1. pasivní filtrace plazmy přes endotelie kapilár v této oblasti, 2. sekrece vody a iontů přes chorioidní epitelie (kontrola složení mozkomíšního moku; HCO-, Cl- a K+ přes kanály v apikálních membránách epitelií, aquaporiny – transport vody vyrovnávající osmotický gradient). Složení mozkomíšního moku je obecně stejné jako složení extracelulární tekutiny mozku (volná difúze), ta tvoří cca 15 procent objemu mozku. Určité oblasti mohou mít přechodně složení mírně jiné, než dojde k vyrovnání difúzí. Mozkomíšní mok z komor teče přes foramina Magendii a Luschka do subarachnoidálního prostoru a je absorbován arachnoidálními klky do mozkových žilních sinusů. Nejdůležitější rozdíl ve složení oproti plazmě – nízký obsah bílkovin. Mozková cirkulace •Mozkomíšní mok Funkce: -ochrana mozku (spolu s mozkovými plenami) Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Mozek je v subarachmoidálním prostoru vyplněném mozkomíšním mokem upevněn mozkovými cévami a nervy a mnohými jemnými fibrózními arachnoidálními trabekulami. Leží jako „na polštáři“. Váha mozku na vzduchu cca 1400 g, v mozkomíšním moku jen 50 g (nedostatek mozkomíšního moku, např. po lumbální punkci, vyvolá prudkou bolest hlavy – mozek pak není dostatečně podepřen a „visí“ na mozkových cévách a nervech, trakce na ně stimuluje senzorická vlákna vnímající bolest; doplnění tekutiny bolest ukončí). Úrazy mozku díky ochraně plenami a mozkomíšním mokem nastávají až při značných nárazech. Poranění mozku může nastat např. přímo vpáčenou kostí při zlomenině některé z lebečních kostí, nebo nepřímo, nárazem do opačném strany lebeční dutiny (contrecoup). Také může dojít k natržení cév přemosťujících kortex a kosti (při prudkém posunu mozku) a vylití krve do subdurálního prostoru. Mozková cirkulace •Mozkomíšní mok Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Průměrný tlak mozkomíšního moku je 112 mmH2O (rozsah: 70 – 180 mmH2O), při něm je filtrace a absorpce v rovnováze. Absorpce se zastavuje kolem 68 mmH2O. Pokud je absorpce snížena, vzniká vnější hydrocefalus (komunikující). Pokud jsou blokována foramina Magendii a Luschka nebo je obstrukce v mozkových komorách, vzniká vnitřní hydrocefalus (nekomunikující). Mozková cirkulace •Paraventrikulární orgány ~ oblasti mozku, kde chybí hematoencefalická bariéra (fenestrované kapiláry) -zadní lalok hypofýzy + přilehlá ventrální část eminentia medialis -area postrema (AP) -organum vasculosum laminae terminalis (OVLT) -subfornikální orgán (SFO) - Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition. Jde o oblasti secernující polypeptidy do oběhu (oxytocin, vazopresin, hypothalamické hypofýzotropní hormony), chemorecepční zóny (AP), osmorecepční zóny (OVLT). AP - chemoreceptor vyvolávající zvracení při změnách složení plazmy. OVLT – osmorecepční zóna řídící sekreci vazopresinu. Šišinka a přední lalok hypofýzy mají fenestrované kapiláry, leží vně hematoencefalické bariéry – jde o endokrinní žlázy. Mozková cirkulace •Měření průtoku krve mozkem Ketyho metoda -Fickův princip, metoda indikátorového plynu -oxid dusný N2O N2O extrahovaný mozkem z krve / čas průměrný arteriovenózní rozdíl N2O průtok krve mozkem = množství N2O ve venózní krvi ® průměrný průtok všemi perfundovanými oblastmi ! Metoda indikátorového plynu umožňuje měřit krevní průtok různými orgány. Například průtok krve mozkem či koronárními tepnami může být měřen tzv. Ketyho metodou, která využívá jako indikátor oxid dusný N[2]O. Vdechneme-li malé množství N[2]O, je tento plyn přijímán mozkem a koncentrace N[2]O v mozku se vyrovnává s koncentrací v krvi během zhruba 10 minut. Po vyrovnání je koncentrace N[2]O ve venózní krvi stejná jako v mozku, protože koeficient rozdělení N[2]O mezi mozkem a krví je 1. Tedy množství N[2]O ve venózní krvi po vyrovnáni koncentrací dělené průměrnou arteriovenózní diferencí N[2]O během vyrovnávání dává průtok krve mozkem na jednotku mozkové tkáně. (Ke sledování dynamických změn průtoku krve různými oblastmi mozku (což nelze Ketyho metodou) jsou dnes využívány jiné metody, zejména zobrazovací techniky jako PET nebo fMRI.) Mozková cirkulace •Měření průtoku krve mozkem - regionální http://observatory.cz/static/vystavy/castice/p2_PET-tomogram.jpg PET (pozitronová emisní tomografie) -látka označena radionuklidy s krátkou životností -látku injikujeme, její přibývání a následné ubývání sledujeme scintilačními detektory umístěnými kolem hlavy -např. označená 2-deoxyglukóza – spotřeba dobrým ukazatelem průtoku Sledování regionálního průtoku u bdělých osob Diagnostika mnohých neurologických a psychiatrických chorob (překrvení epileptických ložisek během záchvatu; pokles průtoku krve u Alzheimerovy choroby – nejdříve v horní parietální kůře, později se šíří do spánkové a frontální kůry; schizofrenie, deprese, migréna apod.) Mozková cirkulace •Měření průtoku krve mozkem - regionální PET (pozitronová emisní tomografie) -látka označena radionuklidy s krátkou životností -látku injikujeme, její přibývání a následné ubývání sledujeme scintilačními detektory umístěnými kolem hlavy -např. označená 2-deoxyglukóza – spotřeba dobrým ukazatelem průtoku fMRI (funkční magnetická rezonance) -lepší rozlišení -redukovaný hemoglobin se stává paramagnetickým, mění signál emitovaný krví, lze tak měřit množství oxy- a deoxyhemoglobinu jako ukazatel průtoku krve Sledování regionálního průtoku u bdělých osob Diagnostika mnohých neurologických a psychiatrických chorob (překrvení epileptických ložisek během záchvatu; pokles průtoku krve u Alzheimerovy choroby – nejdříve v horní parietální kůře, později se šíří do spánkové a frontální kůry; schizofrenie, deprese, migréna apod.) Cirkulace splanchnikem Cirkulace splanchnikem •průtok GIT včetně jater a slinivky •Hlavní funkční role: -metabolické funkce trávicího ústrojí -rezervoár krve •průtok slezinou -speciální (např. slezina – odstraňování a degradace starých/poškozených erytrocytů) I další funkce – např. degradace starých erytrocytů ve slezině •Rezervoár krve Cirkulace splanchnikem •v klidu zhruba 20 % celkového objemu krve •bohatá inervace sympatickými vazokonstrikčními vlákny - α rec. ® vazokonstrikce při ↑ aktivitě sympatiku či ↑ koncentrace cirkulujících katecholaminů ® přesun až 350 ml krve do systémového oběhu během několika minut ! ® stabilizace tepového objemu i tlaku (hypotenze – krvácení, těžká práce, …) •kapacitní schopnosti splanchnických cév – velký význam pro systémovou regulaci krevního oběhu U zvířat zaujímá významnou roli rezervoáru krve slezina – její obal obsahuje hladké svalové buňky – stah – vypuzení velkého množství erytrocytů – vzrůst objemu krve i hematokritu. U člověka toto neexistuje. Cirkulace splanchnikem •Střevní oběh (a. coeliaca, a. mesenterica superior a inferior) •drobné arterioly vytváří v submukóze pleteň, ze které vystupují větve do svaloviny i do klků •protiproudová výměna látek mezi arteriolou a venulou v klku (voda, Na+, O2) Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Cirkulace splanchnikem •Střevní oběh (a. coeliaca, a. mesenterica superior a inferior) •regulace krevního průtoku: -metabolická vazodilatace (mediátory: adenosin, ↓ [K+]e a ↑ osmolarity) -nervová regulace – téměř výlučně sympatikus, více α než β rec. ® převažuje vazokonstrikce (během obranné reakce je krev odkloněna vazokonstrikcí z GIT do svalů a srdce) (funkční hyperémie po požití potravy: vyvoláno GIT hormony – gastrinem a cholecystokininem – a vlivem resorbovaných látek – glukóza a mastné kyseliny) Cirkulace splanchnikem •Střevní oběh (a. coeliaca, a. mesenterica superior a inferior) •regulace krevního průtoku: -metabolická vazodilatace (mediátory: adenosin, méně [K+]e a ↑ osmolarity) -nervová regulace – téměř výlučně sympatikus, více α než β rec. ® převažuje vazokonstrikce Při ischémii dojde k metabolické vazodilataci bez ohledu na případné vazokonstrikční působení sympatiku (tzv. autoregulační únik). Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •portální oběh - dvě kapilární řečiště v sérii: 1)v oblasti střevních klků – resorpce ve vodě rozpustných látek ze střeva 2)v oblasti jaterních sinusů – vysoká propustnost pro bílkoviny syntetizované v játrech a vylučované do oběhu •krev přitékající do jater – 25 % srdečního výdeje (~1,5 l/min) -¾ v. portae, ¼ a. hepatica Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •krev přitékající do jater – 25 % srdečního výdeje (~1,5 l/min) -¾ v. portae, ¼ a. hepatica Co se týká přísunu O2, je poměr opačný! •portální krev, která již prošla první kapilární sítí ve střevě, má snížený obsah O2 ® nutriční jaterní oběh představuje a. hepatica (zastavení průtoku ® letální nekróza jater) •portální oběh - dvě kapilární řečiště v sérii Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •terminální portální venuly a jaterní arterioly ústí v jaterních lalůčcích do sítě sinusů, smíšená krev opouští lalůčky centrální vénou Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition •funkční jednotka - acinus Jaterní sinusy jsou vysoce propustné díky velkým mezerám mezi endoteliemi. Funkční jednotkou jater je acinus, který je zásobován konečnou větví v. portae, a. hepatica a žlučového kanálku. Centrální část acinu je nejlépe zásobena kyslíkem, zatímco periferní zóna (kolem centrální vény) je velmi citlivá k hypoxii. Lidská játra obsahují cca 100 000 acinů. Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •tlaky odlišné od jiných tkání: -a. hepatica: 90 mmHg -v. portae: 10 mmHg -sinusy: 2.25 mmHg (velká redukce tlaku díky velkému odporu ve větvích a. hepatica) -v. hepatica: 5 mmHg Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Tlak v sinusech je nižší než tlak ve v. portae! Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) -mezi jídly: mnoho sinusů kolabováno, průtok v. portae malý, adenosin tvořen konstantně a nyní je méně odplavován ® dilatace terminálních jaterních arteriol) -po jídle: průtok v. portae roste, adenosin rychleji odplavován ® konstrikce jaterních arteriol, větší průtok ve v. portae ale otvírá doposud kolabované sinusoidy (díky tomu tlak ve v. portae výrazně neroste – ochrana před ztrátami tekutin ve vysoce permeabilní jaterní tkáni) •díky prudkému ↓ tlaku v průběhu a. hepatica ® inverzní regulace toku ve v. portae a a. hepatica: •vzrůst jaterního tlaku (cirhóza) ® ascites Portální tlak tedy neroste lineárně s portálním průtokem, dokud nejsou všechny sinusy otevřené! Pokud jaterní tlak roste (při onemocněních jater – cirhóza), dochází k výrazné filtraci tekutiny a vzniku ascitu. Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •průtok a. hepatica a průtok v. portae se doplňují - vzájemná kompenzace změn, ale neúplná vzhledem k odlišnému způsobu autoregulace -a. hepatica – schopná autoregulace -v. portae - ne •Pro funkci jater je nezbytný dostatečný přísun O2! - při ↓ průtoku ® ↑ extrakce O2 (rezerva pro možné ↑ extrakce O2 – anatomické uspořádání, arterie a žíly vzdáleny ® nedochází k ochuzení arteriální krve o O2 protiproudovou výměnou) Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •Regulation of blood flow: -nervová: sympatická vazokonstrikční vlákna – α rec. ® vazokonstrikce -metabolická: adenosin ® vazodilatace -pasivní: ↑ TK ® pasivní dilatace větví v. portae ® ↑ objem krve v játrech městnavé srdeční selhání ® extrémní překrvení jater difúzní aktivace sympatiku díky ↓ TK ® zúžení větví portální vény ® ↑ portálního tlaku ® krevní průtok obchází většinu jater a vstupuje do systémového oběhu Při vážném šokovém stavu může být průtok krve játry díky vazokonstrikci natolik snížený, že může dojít k rozvoji nekrózy, zpočátku zejména kolem centrálních žil. Cirkulace splanchnikem •Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) •jaterní lymfatický oběh -tvorba téměř ¾ tělesné lymfy -lymfa bohatá na bílkoviny (řada plazmatických bílkovin je tvořena v hepatocytech + bílkoviny z plazmy díky vysoké propustnosti stěny sinusů) Kožní oběh Kožní oběh •Průtok krve kůží velmi kolísá (0,02 až 5 l/min). -Sympatickými nervy (histamin ® vazodilatace, serotonin ® vazokonstrikce) -Humorálně – lokální faktory •Průtok krve kůží je řízen: Průtok krve kůží je obecně řízen sympatickými nervy a je primárně podřízen udržování teploty tělesného jádra (mozek, hrudní a břišní orgány). Kožní oběh •Metabolické potřeby kůže – malé (decubitus) •Udržování teploty tělesného jádra -přísun tepla z jádra (závislé na přítoku krve) -ztráty tepla (kondukce, konvekce, radiace, evaporace) poikilotermní tkáň (tolerance velkých výkyvů teplot mezi 0 a 45°C) Arteriovenosní anastomosy •Ochrana proti prostředí •Udržení středního arteriálního tlaku Samotné metabolické nároky kůže jsou velmi malé. Dlouhodobý útlak kůže však může vést k lokální ischémii kůže a ke vzniku dekubitů (prevence – polohování ležících pacientů). Bílá akra lze pozorovat u pacientů při ztrátě krve, srdečním selhání, šoku – centralizace oběhum díky vazokonstrikci – významný kompenzační mechanismus, pokud není organismus vystaven přehřátí (konstrikce arteriol napomáhá udržení TK, konstrikce venul zvyšuje venózní návrat; přehřátí pacienta v šoku prohlubuje šok a není tedy žádoucí!). Extrémní vazodilatace (např. v horku) může vést až k mdlobě. Specifické kožní oblasti sloužící termoregulaci obsahují arteriovenosní anastomosy – jejich prokrvení se mění v širokém rozmezí. Vyskytují se zejména v oblastech těla s vysokým poměrem povrch/objem (prsty, dlaně, plosky nohou, rty, uši; u některých živočichů, např. u psa, i jazyk). Kožní oběh •Arteriovenosní anastomosy -jde o svinuté svalové cévy přímo spojující arterioly a venuly (nízkoodporový zkrat) -řízené sympatickými vazokonstrikčními nervy (aktivita regulována centrem pro řízení tělesné teploty umístěným v hypotalamu) Honzíková N - Poznámky k přednáškám z fysiologie (1992) Představují specifickou strukturální adaptaci kožního řečiště. AVA jsou mnohem širší než terminální arterioly a kapiláry a představují tedy nízkoodporový zkrat, který při dilatovaném průměru značně zvyšuje průtok krve kůží. Krví se naplní venulární pleteně, což zvýší přenos tepla do okolí bez výrazného zvýšení kapilárního tlaku (omezení tendence k tvorbě otoků). Při vysokých teplotách okolí už se ale zvýšený venulární tlak na kapiláry zpětně přenáší – otoky v létě (nohy, „malý“ prstýnek). Kůže je červená – jde o oxygenovanou krev, protože obešla kapiláry (pokud chlad a průtok krve kůží snížen – barva promodralá – deoxygenace krve). V chladu se AVA naopak kontrahují. Kožní oběh •Odpověď na změny teploty: 1)přímé ovlivnění cévního tonu okolní teplotou reflexní modulace sympatické vazokonstrikční aktivity 2)dráždění kožních teplotních receptorů 3)dráždění teplotních receptorů v mozku Chlad – přímá indukce vazokonstrikce, teplo – přímá indukce vazodilatace Teplotní receptory v mozku (v předním hypotalamu) registrují změny teploty tělesného jádra – ovlivňují aktivitu sympatických vasomotorických neuronů v mozkovém kmeni i sympatických cholinergních sudomotorických neuronů (řízení pocení). Maximální krevní průtok kůží (5 l/min) značně zatěžuje krevní oběh, dochází k růstu srdečního výdeje a kompenzační vazokonstrikci ve splanchnické, renální a svalové oblasti krevního oběhu. Každá další zátěž disponuje k hypotenzi a mdlobě (voják na stráži). Kožní oběh •Axonový reflex Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mechanické podráždění kůže – typicky bílý dermografismus (vazokonstrikce) při slabším podnětu, při silnějším trojí reakce – zčervenání, pupen a zčervenání okolí. Jde vlastně o obrannou reakci. Nociceptivní vlákna C uvolní vazodilatační substanci P (i zvyšuje extravasaci tekutiny), nejdříve v místě podráždění a později i v okolí – antidromní vedení vzruchů v postranních větvích. Tato reakce přetrvává po kompletní sympatektomii. Bolest – reaktivní vazokonstrikce daná účinky uvolněných katecholaminů. Svalový oběh •Guyton and Hall. Textbook of Medical Physiology, 12th edition nestimulovaný sval pravidelně stimulovaný sval Svalový oběh •Funkce: 2)Regulace krevního tlaku 1)Krevní zásobení svalu přísun O2 a živin, zejména glukózy odvod produktů metabolismu (CO2) a tepla klidový průtok – 18 % srdečního výdeje vs. až 90 % při maximální práci (lokální průtok se ↑ až 20x) kosterní svaly – 40 % hmotnosti těla ® cévní odpor svalového řečiště má velký vliv na celkový periferní odpor V klidu je otevřena jen menší část svalových kapilár zatímco při maximální svalové práci se otvírají všechny. Svalový oběh •Průtok během svalové práce je intermitentní. Guyton and Hall. Textbook of Medical Physiology, 11th edition Proti průtoku krve působí komprese cév vyvolaná svalovým stahem. Během kontrakce průtok krve klesá a zvyšuje se mezi kontrakcemi. Po skončení práce zvýšený průtok krve svalem (aktivní hyperémie v důsledku metabolické vazodilatace) exponenciálně klesá zpět ke klidové hodnotě průtoku. Svalový oběh •Průtok během svalové práce je intermitentní. •Během tetanického stahu se může průtok téměř zastavit. Zásoba O2 v myoglobinu stačí na cca 5-10 s ischemie. Následuje anaerobní glykolýza s tvorbou a hromaděním laktátu (únava, bolest). •Svalová pumpa (masáž hlubokých žil během kontrakcí, zvýšení žilního návratu) Svalový oběh •Regulace krevního průtoku ve svalech: 1)Nervová regulace převládá v klidu 2)Lokální chemická regulace převládá během cvičení Svalový oběh •Regulace krevního průtoku ve svalech: 1)Nervová regulace převládá v klidu bohatá inervace tonicky aktivními sympatickými vazokonstrikčními vlákny (noradrenalin) ® vysoký tonus arteriol v klidu ~ velká dilatační rezerva aktivita řízena reflexně z baroreceptorů – významný podíl na řízení celkového periferního odporu (ortostáza, hypovolémie – pokles průtoku až na pouhou 1/5 klidového) noradrenalin – při nízké dávce vazodilatace (dráždění baroreceptorů), při vyšších dávkách vazokonstrikce (α rec.) adrenalin – vazodilatace (více β receptorů) Svalový oběh •Regulace krevního průtoku ve svalech: 1)Nervová regulace převládá v klidu sympatická cholinergní vazodilatační vlákna (odporové cévy ve svalech a kůži) ® zvýšení průtoku ještě před započetím svalové aktivity ~ anticipace svalové aktivity během stresu (+ vazokonstrikce jinde – prevence náhlého poklesu krevního tlaku) Tento systém nebyl u člověka nepotvrzen. 2)Lokální chemická regulace převládá během cvičení Svalový oběh •Regulace krevního průtoku ve svalech: téměř lineární vzestup průtoku se vzrůstající metabolickou aktivitou uvolňování K+ z kontrahujících se svalů ® ↑ koncentrace K+ v intersticiu + ↑ osmolarity (i laktát) + ↓ pO2 (živin) + ↑ pCO2 + ↓ pH (i laktát) ® metabolická vazodilatace Zvýšenému průtoku svalstvem se přizpůsobuje celý kardiovaskulární systém. Zvyšuje se srdeční výdej (zvýšený venózní návrat - zvýšení průtok krve svalstvem + venokonstrikce; zvýšení srdeční frekvence a kontraktility díky poklesu vagového a zvýšení sympatického tonu). Fyzický výkon není limitován jen svalstvem, ale významně i výkonností kardiovaskulárního systému, konkrétně schopnosti navýšit srdeční výdej a udržet dostatečnou koronární perfúzi. Svalový oběh •Dostatečné uvolňování energie pro svalovou práci je závislé na: 1)zvýšeném průtoku krve (zvýšený přísun O2) 2)zvýšené extrakci O2 (z 25 na 80 %) •Anaerobní glykolýza Svalový oběh Množství vytvořeného laktátu je mírou deficitu O2 (kyslíkového dluhu). laktát ® acidóza ® metabolická vazodilatace + bolest (nociceptivní C vlákna) – ta ukončuje usilovnou svalovou práci hyperémie přetrvává po skončení práce ® laktát odplaven a z většiny metabolizován v játrech na glykogen + primární zdroj energie pro srdce ® ↑ kapilárního tlaku + ↑ osmolarita (K+, laktát) •Lokální vazodilatace v pracujících svalech Svalový oběh ® ↑ průtoku krve ® ↑ filtrace ® otok v pracujících svalech Je-li aktivní svalstvo celého těla, může díky filtraci tekutiny do intersticia poklesnout objem plasmy až o 20 %. Ztráta intravasální tekutiny je částečně (cca z 50 %) kompenzována absorpcí intersticiální tekutiny v neaktivních tkáních.