Lab z hipoxyjną vasokonstrikcją płuca

Dlaczego płuca naruszają zasady

W krążeniu systemowym niskie stężenie tlenu w tkance spowoduje vasostrykację. Przyspieszenie krążenia krwi do hypoksydującego mięśnia lub organu wynika z rozszerzenia lokalnych żył, które powiększa zapas tlenu, reagując głównie na build-up metabolitów vasostrykujących i bezpośrednie działanie niskiego stężenia tlenu na mięśnie krążenia krwi. Krążenie płuca napotkuje podstawowo inny problem. Jego zadaniem nie jest dostarczanie tlenu do samej tkanki płucnej, ponieważ większość pożywienia tej tkanki pochodzi z krążenia bronkowego, ale polega na przyniesieniu krwi w bliską kontakt z powietrzem, aby mogło tam miejsce wymiany gazów. Jeśli grupa alveoli staje się słabo ventilowana, może to wynikać z bloku ślinowego, częściowej kolapsu drogi oddechowej lub lokalnej choroby, krążenie krwi przepływające obok tych alveoli zbiera mało lub żaden tlen. Przyspieszenie tego krążenia, jakby to było zasady systemu, tylko pogorszyłoby sytuację, wracając większą ilością niskotlenowanych krwi do serca lewego i reszty ciała.Zamiast tego, płukszczyk wyczuwa spadek tlenu w alveoli i strykuje małe arteriole dostarczające krwi do tej konkretnej części. Ta vasostrykacja przekierowuje krążenie ku alveolom, które nadal są dobrze ventilowane i mogą nadal efektywnie tlenować. Wynikiem jest ciągła, samonaprawiająca się optymalizacja dopasowania prądu powietrza do przepływu krwi w milionach alveoli obu płuców, nazywanej dopasowaniem ventilacji-perfuzji. Tego lokalnego, regionalnego reflexu nie ma gdzie indziej w systemie krążenia, ponieważ działa on niezależnie na różnych częściach płuc jednocześnie, co oznacza, że jedna lobus może strykuje swoje żyły jako reakcję na zablokowane drogi oddechowe, podczas gdy obecny, zdrowy lobus kontynuuje normalne, niskopręzytowe przepływ krwi. To lokalne, samonaprawiające się charakterystyka sprawia, że reflex jest tak różny od wszystkiego, co widzimy w innym systemie krążenia, i tak kluczowy dla utrzymania poziomu tlenu we krwi tętnicy jak najwyżej nawet wtedy, gdy części płuc nie działają prawidłowo.

Mechanizm komórkowy: wykrywanie tlenu w mięśniach mchu

Zapicze hipoxyjnej konstrikcji płuca znajduje się w komórkach mięśniowych, które otaczają małe arterioli pulmonarne, szczególnie te najbliżej alveol. Te komórki pełnią rolę niezwykle bezpośrednich czujników tlenu, a obecna wiedza centruje się na zachowaniu mitochondriów i konkretnych kanałów potasowych zainstalowanych w błonie komórkowej mięśniowego mchu, szczególnie kanałów drgających potasu. W normalnych warunkach, dobrze utlenionych, te kanały pozostają otwarte, co pozwala na regularny przepływ potasowych jonów wzdłuż błony komórkowej. Ten przepływ utrzymuje wnętrze komórki względnie ujemne w porównaniu z zewnątrz, stan nazywany napędem membranowym, który pozostawia kanały drgające kalika zamknięte i mięśń w rozluźnionej formie. Gdy ciśnienie tlenu w alveolach spada, mitochondria w tych komórkach mięśniowych zmieniają produkcję substancji ożywiających tlenu i przesuwają stan redoks w sposób, który jest zauważany przez kanały potasowe. W odpowiedzi na to, kanały zamknięte są. Zmniejszona ilość potasu able do wyjścia z komórki powoduje, że napęd membranowy staje się mniej ujemny, zmiana nazywana depolarizacją. Ta depolarizacja otwiera kanały drgające kalika na błonie komórkowej, co pozwala na przepływ kalika zewnętrznego do komórki. Znaczne wzrost kalika wewnątrzkomórkowego napędu jest bezpośrednim stimulatorem kontrakcji mięśniowego mchu, ponieważ kalik wiąże się z regulacyjnymi proteinami aktywującymi maszynę kontrakcyjną filamentów aktyna i myosyn. Dodatkowy kalik może również być wydzielany z wewnętrznego zapasu wewnątrz komórki, powiększając sygnał kontrakcyjny. Efekt netto polega na zmniejszeniu średnicy interna arterioli, co powoduje wzrost oporu przepływu krwi przez to konkretne drzewko i zwiększa część wydania sercowego dostarczanego do alveol niedobrze wietrzonych za jego pleśnie. Cała ta łańcuchowość – od spadku tlenu, zamknięcia kanałów, przepływu kalika i kontrakcji – zwykle rozgrywa się w sekundy lub minuty, co sprawia, że jest szybka do śledzenia zmian w regionalnej ventilacji płuca drukującym się oddechem.

Ochranną reflexową reakcję, zastosowaną lokalnie

Pod normalnymi warunkami hypoksydacyjna konstrikcja płuca jest cicha i ciągła tło, o którym większość ludzi nigdy nie myśleć. Mały obszar płuc może być niewentylowany ze względu na lekki zasypianie się muk, krótkotrwałe oddechy głębokie, lub pozostanie w konkretnym położeniu przez dłuższy czas. W każdym przypadku spadek stężenia tlenu we wrzodach wywołuje lokalną konstrikcję naczyń, które dostarczają krwi do tego określonego obszaru tkaniny, podczas gdy reszta płuc działa normalnie. Ponieważ reflex jest zrównomierzny, czyli stopień konstrkcji jest proporcjonalny do intensywności hypoksydacji, a odwracalny, czyli powraca do normy po poprawie wentylacji tego obszaru, pełni funkcję regulującego mecanizmu, który utrzymuje wysoką efektywność wymiany gazowej bez konieczności dowolnego świadomego kontroli ani wprowadzenia systemu nerwowego. Ta lokalna skala jest to, co sprawia, że reflex jest tak wartościowy diagnostycznie i fisiologicznie. Oznacza to, że płuca nie są jednolitą jednostką z jednolitym przepływem krwi, ale mosaika tysięcy mikrocytatów, każdy regulujący własną opor na podstawie warunków tlenu w wrzodach, które on serwisuje. W chorobach, które niesymetrycznie wpływają na płuca, takich jak pneumonii ograniczonej do jednego lobu lub częściowego zablokowania ścieżki oddechowej, ta lokalna konstrikcja pomaga ograniczyć szkodę dla wymiany gazowej, którą by przyniosła chorobliwa obszar, utrzymując krążenie krwi preferencyjnie w częściach płuc, które nadal funkcjonują dobrze. Bez tego reflexu krążenie krwi kontynuuje się bezbłędne przez zarówno zdrowe, jak i chore obszary proporcjonalnie do wielkości naczyń, a krążenie krwi przechodzącej przez chory, słabo wentylowany wrzód powróciłby do serca niebyło poprawnie tlenu, spadając stężenia tlenu we krwi dostarczonej do reszty ciała. Reflex, w jego lokalnej formie, jest więc cichym, ale stałą kontrubentem utrzymania stabilnych poziomów tlenu w tętnicach.

Gdy Reflex Zabiera Wędrówce

Ten sam mechanizm, który chroni wymianę gazów lokalnie, staje się szkodliwy, gdy hipoksja dotyka całości płuca zamiast jednej małej obszary. To zachodzi najbardziej klasycznie na wysokościach wyższych, gdzie zmniejszone ciśnienie atmosferyczne spowalnia ciśnienie tlenu we wszystkich alveolach jednocześnie, a także w chorobach trąciłych płuca, takich jak zaprzecza oddechowej zespół trąciłych lub poważne apnea spanie, gdzie szeroko rozszerzona niewypuszczenie lub zaburzenia wymiany gazów utrzymuje niskie ciśnienie tlenu w alveolach na dużych obszarach płuca przez długoterminowe okresy. W tych sytuacjach hipoksydowa zmyszlenia tętnic płuca już nie jest docelowym, korektoryjnym reakcją na mały lokalny problem; staje się rozpraszonym, globalnym zmyszleniem, które wpłynie na dużą część tkaniny tętnic płuca naraz. Ponieważ prawie cała tkanina tętnic płuca ustaża się wraz z zmyszleniem, a nie tylko mały sekcji, ogólne opor przepływu krwi przez płuca znacząco wzrasta. Prawy serce, który normalnie pompuje przeciwko bardzo niskiemu oporowi w porównaniu do lewego serca, musi teraz wygenerować wyższe ciśnienia, aby przewectionszła tętnica zmyszlenia płuca taką samą objętość krwi. Sustaniowana wzrosłego ciśnienia w tętnicy pulmonarnej nazywa się hipertenzja pulmonarna. Na początku prawy serce kompensuje się poprzez podciśnienie swojej ścianki mięśniowej, proces nazywany hypertrofią, próbując wygenerować dodatkową siłę potrzebną. Jednak w dłuższej perspektywie ciągłe przekazanie ciśnienia może przewyżsić zdolność prawego serca do kompensacji, co prowadzi do nacisku na prawy serce i ostatecznie do porażenia prawego serca, często nazywanego cor pulmonale, gdy jest spowodowane specyficznie chorobą płuca. Osoby, które szybko podnoszą się na wysokości bez odpowiedniej akclimatyzacji, lub które żyją lata z długoterminowymi stanami hipoksji płuca, są grupami najbardziej zagrożonymi tym nieadaptacyjnym skutkiem, ilustrując, jak korzystny lokalny reflex może stać się źródłem istotnych chorób naczyń krwiowych, gdy sygnał staje się szeroko rozszerzony i trwa dłużej niż ograniczone i tymczasowe.

Symulowanie reflexu: co szukać

Użyteczny sposób na budowanie intuicji dotyczącej hipoxyjnej vasokonstrikcji polega na porównaniu jej zachowania w różnych warunkach, od pojedynczego hypoksycznego alviolu otoczonego zdrową tissuem, do powolnie rosnących obszarów niskiej stężenia tlenu, aż do sytuacji przypominającej wysokogórskie ekspozycje lub długoterminowe choroby płuc odcinające całe organy. W przypadku lokalizowanym, można się spodziewać zauważalnej konstrikcji arterioli dostarczających narażone alviola, z przekierowaniem krwi w stronę niezarażonych, dobrze ventilowanych obszarów, oraz niewielkiej zmiany naczyń pulmonarnych generalnej ciśnienia, ponieważ większość sieci krewnosnej pozostaje otwarta i mało oporu. Gdy obszar hypoksyczny rozszerza się, obraz się zmienia. Ze względu na większą część naczynia krewnosnego pulmonarnego konstrkujących jednocześnie, jest mniej wolnych, niskodrzewnych ścieżek do przetrzymania przekierowanej krwi, a opór generalny naczyń pulmonarnych zaczyna szybko wzrastać. Obserwacja tej przełomowej zmiany pomaga wyjaśnić, dlaczego taka sama mechanizm cellularny, zamknięcie kanałów potasu zależnych od tlenu i przepływ jodu w mięśni liscistnych, powoduje tak różne konsekwencje na różnych skalach. Model pokazujący tylko jedno naczynie konstrkujące nie może wyjaśnić, dlaczego hipoxygenizacja globalna jest zagrożeniem, a model pokazujący tylko ogólny ciśnienie naczyń pulmonarnych nie może wyjaśnić, dlaczego reflex jest korzystny w codziennej sytuacji lokalnej. Obserwacja zarówno mikroskopii, widoku na pojedynczą arteriolę, jak i całościowego płucnego, agregaty ciśnienia naczyń pulmonarnych, pozwala najwyraźniej zrozumieć, dlaczego taki sam reflex jest jednocześnie jednym z najpiękniejszych mechanizmów ochronnych w fizjologii oddychania, a pod niezgodnymi warunkami bezpośrednim przyczyną hipoenzymii pulmonarny i naczyń prawego serca.

Często zadawane pytania