A kardiovaszkuláris rendszer élettana II.

A kardiovaszkuláris rendszer élettana II. 42. Az artériás rendszer működése 43. A mikrocirkuláció: kapilláris anyagkicserélődés 44. A mikrocirkuláció: nyirokkeringés és ödémaképződés 45. A vénás keringés jellegzetességei Domoki Ferenc, November 12 2018. Harvey könyve a keringésről, a modern orvostudomány kezdete: Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis (in Animalibus) (1628) William Harvey (1578 1657) Az artériás rendszer működése 1

AZ ARTÉRIÁS VÉRNYOMÁS Systolés nyomás Pulzusnyomás Vérnyomás (Hgmm) közép nyomás Diastolés nyomás Artériás középnyomás P d + 1/3(P s - P d ) (MABP: mean arterial blood pressure) pulzusnyomás fogalma Az artériás középnyomás a keringés hajtóereje (a nyomásgrádiens fő meghatározó szabályozott tényezője). Starling szív- tüdő preparátuma SZÉLKAZÁN! ellenállás vénás rezervoir tüdő aorta nyomás pitvari töltőnyomás kamrai térfogat 2

Tol A SZÉLKAZÁN MŰKÖDÉSE ÁRAMLÁS NYOMÁS Szélkazán nélkül Húz Tol Szélkazánnal Levegőtartály: szélkazán Tol-Húz Tol-Húz Húz Tol-Húz Tol-Húz AZ ELASZTIKUS ARTÉRIÁK SZÉLKAZÁN FUNKCIÓJA Perifériás ellenállás Systole alatt az elasztikus artériák vért és a kamrakontrakció energiájának egy részét tárolják. Perifériás ellenállás Diastole alatt az artériák elasztikus összehúzódása (nem izomkontrakció!) továbbítja a tárolt vért. 3

A KORRAL CSÖKKEN AZ AORTA RUGALMASSÁGA Térfogatváltozás (%) Nyomás (Hgmm) A compliance elsősorban a magas nyomástartományban csökken. AZ ARTÉRIÁS VÉRNYOMÁST BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK Pulzustérfogat(SV): NÖVEKEDÉSEKOR a pulzus nő, tehát a szisztolés, közép és diasztolés nyomás mind nő, ÉS a pulzusnyomás IS nő. Aorta rugalmassága (compliance): életkorral CSÖKKEN, hatására a középnyomás VÁLTOZATLAN, a szisztolés nyomás nő, a diasztolés nyomás csökken, a pulzusnyomás NAGYMÉRTÉKBEN nő. Teljes perifériás rezisztencia (TPR) : NÖVEKEDÉSE növeli a vérnyomást, de nincs hatással a pulzációra, tehát a szisztolés a közép és a diasztolés nyomás egyaránt nő, DE a pulzusnyomás nem változik. 4

A VÉRNYOMÁSVÁLTOZÁSOK ÖSSZEFOGLALÁSA Normális 120 80 Fokozott pulzustérfogat 140 90 Hgmm Csökkent compliance 120 80 140 60 Hgmm Normális Megváltozott 120 80 120 80 Fokozott TPR 150 Hgmm 110 Fokozott TPR + csökkent compliance 180 Hgmm 110 A NYOMÁSPULZUS VÁLTOZÁSA A TERJEDÉS FOLYAMÁN A periféria felé: Systolés nyomás nő Az incisura eltűnik Új diastolés csúcs Késés A változás okai: Csillapítás Visszaverődés Nyomásfüggő terjedés Rezonáció 5

A NYOMÁSPULZUS TERJEDÉSE Terjedési sebesség - aortában: 3-5 m/sec; - kis artériákban: 15-30 m/sec. Az átlagos áramlási sebesség 30 cm/sec az aortában és csökken a periféria felé. A nyomáspulzus terjedési sebességét fokozó tényezők: - az érfal csökkent rugalmassága - nagyobb falvastagság ÁRAMLÁSI SEBESSÉG ÉS A NYOMÁSPULZUS TERJEDÉSE A golyó által megtett távolság = X A nyomáspulzus által megtett távolság: Y A nyomáspulzus sebessége (Y/t) sokkal gyorsabb, mint a részecskék mozgása (X/t). 6

PERIFÉRIÁS ÁRAMLÁSI ÉS NYOMÁSPULZUSOK A nyomáspulzus növekszik a periférián. Az áramlási pulzus csökken a periférián. Az artériás pulzus Az aortanyomás változásai a szívciklus alatt tovavezetődnek az artériákon mint nyomáspulzus- térfogati pulzust hozva létre, amely tapintható, ha az artériát nekinyomjuk egy lapos felületnek. a pulzus mind a szív mind az artériás rendszer állapotáról hordoz információt! 7

Pulzuskvalitások (latinul) pulsus frequens pulsus regularis pulsus altus pulsus celer pulsus durus pulsus aequalis pulsus rarus (frekvencia) pulsus irregularis (ritmus) pulsus parvus (amplitúdó) pulsus tardus (meredekség) pulsus mollis (elnyomhatóság) pulsus inaequalis (hasonlóság) 8

Az artériás pulzus: példák Pulsus irregularis et inaequalis = arrhythmia absoluta Pulsus celer et altus Pulsus frequens, parvus et mollis = pulsus filiformis Malpighi fedezte fel a kapillárisokat. Nevéhez fűződik a vörösvérsejtek felfedezése is. Malpighi számos szövet mikroszkópos anatómiájának első leírója. Marcello Malpighi (1628 1694) 9

Artériák Véna Venula Arteriola Prekapilláris szfinkter Metarteriola Kapilláris Venula AV anastomosis Prekapilláris szfinkter Mikrocirkuláció Arteriola Venula Relaxált prekapilláris szfinkter Kapilláris METARTERIOLÁK ÉS PREKAPILLÁRIS SZFINKTEREK Kontrahált prekapilláris szfinkter Kapilláris toborzás (recruitment) 10

A mikrocirkuláció rezisztenciaerei Arteriolák+metarteriolák+prekapilláris szfinkterek A KERINGÉSSZABÁLYOZÁS szempontjából legfontosabb erek: Simaizomelemeik kontrakciója/relaxációja állítja be átmérőjüket és így az ellenállást, szabályozzák a teljes perifériás rezisztenciát, az artériás vérnyomást, a lokális véráramlást, és a lokális kapilláris nyomást. Ezekben az erekben a vaszkuláris simaizom folyamatos (tónusos) kontrakcióban van, amely mindkét irányban változtatható (vazokonstrikció vagy vazorelaxáció), ezt a tónust az erek nyugalmi tónusának nevezzük. Néhány adat az emberi mikrokeringésről Nyugalomban ~ 10 000 000 000 perfundált kapilláris ~ 300 m 2 kicserélődési felszín nagy metabolikus aktivitású szövetekben (miokardium, agy) akár 4000 kapilláris-átmetszet/ mm 2 szövet 11

A kapillárisok típusai Minden szerv kapillárisainak alapfeladata a metabolikus igények kielégítése Sok szervben a szerv funkciójához speciálisan alkalmazkodott kapillárisok találhatók (lsd. következő ábra) Az általános kapilláris működés leírása a szervezetben legnagyobb mennyiségben található ún. folyamatos kapillárisokra igaz csak, a speciális kapillárisok tárgyalására az adott szervek keringésénél lesz szó! KAPILLÁRIS-TÍPUSOK FOLYAMATOS vázizom, szívizom, bőr, tüdő FENESZTRÁLT Vese, GIS, mirigyek MEGSZAKÍTOTT Máj, lép, csontvelő SZOROSAN ILLESZKEDŐ (BARRIER) agy 12

Kapilláris anyagkicserélődés A folyamatos kapillárisokban szinte kizárólag DIFFÚZIÓ, a légzési gázok transzcellulárisan, a vízoldékony molekulák paracellulárisan diffundálnak Fick diffúziós törvényének megfelelően, Az ionok, kis molekulák reflexiós koefficiense σ=0 (szabad permeabilitás) A plazmafehérjék átjutása nehéz, részben aktív vezikuláris transzport, a σ=1 (gyakorlatilag impermeabilis), nagy koncentrációgrádiens a vérplazma (60-80 g/l) és az interstitium (15-20 g/l) között FOLYADÉKFILTRÁCIÓ a kapillárisokban, a Starling-féle KÖZEL egyensúly Ernest Starling (1866-1927) Frank-Starling szívtörvény (apóssal) Starling hipotézis: a kapilláris folyadékcsere egyensúlya Bayliss-Starling béltörvény (sógorával) Bayliss WM, Starling EH (1902). The mechanism of pancreatic secretion. J Physiol 28, 325-353. 13

FOLYADÉKFILTRÁCIÓ a kapillárisokban, a Starling-féle KÖZEL egyensúly A plazmafehérjékre impermeabilis kapillárisfal, amelynek két oldalán fehérjekoncentráció-grádiens van, olyan rendszert képez, ahol egy szemipermeabilis membránon keresztüli ozmotikus vízáramlás várható. Másrészt az ereken belül és kívül lévő nyomás különbsége egy nyomásgrádiesn hajtotta vízáramlást tételez fel Starling hipotézis: az ellentétesen ható erők egyensúlyban vannak A következtetés helytelennek bizonyult, de az erők felismerése helyes volt, ezeket mind a mai napig Starling erőknek (Starling forces) nevezzük. Ernest Starling (1866-1927) A STARLING-ERŐK 1. Kapilláris hidrosztatikus (vér) nyomás: kihajtja a folyadékot. 25-40 Hgmm 10-15 Hgmm Átlag: 15-25 Hgmm 2. Intersticiális hidrosztatikus nyomás Szövetenként változik 4 és + 8 Hgmm között, de mindig elenyészően kicsi a P c -hez képest. Negatív P i folyadékot szív az intersticiumba. Pozitív P i folyadékot hajt a kapillárisba. 14

STARLING-ERŐK 3. Plazma kolloidozmotikus nyomás: az egyetlen jelentős erő, amely folyadék visszaszívását szolgálja. ~5000 Hgmm a plazma teljes ozmotikus nyomása Albumin Globulin g/l 45 25 Hgmm 21.8 6.0 28 Hgmm Fibrinogén 3 0.2 a plazma kolloidozmotikus nyomása TELJES 7.3 28.0 A plazma kolloidozmotikus nyomása nagyobb, mint amit a molekulaszám alapján várunk. A kolloidozmotikus nyomást a protein anionok + társult kationok együtt határozzák meg. 4. Intersticiális kolloidozmotikus nyomás: kifelé ható kis nyomás. 20 g/l fehérje ~ 8 Hgmm STARLING- (KÖZEL) EGYENSÚLY TELJES Erők Átlagos kapilláris nyomás Negatív intersticiális nyomás Intersticiális kolloidozmotikus ny. Plazma kolloidozmotikus ny. Filtrációs nyomás 17.3 3.0 8.0 28.3 Abszorbciós nyomás 28.0 28.0 A feltüntetett adatokból kiszámítva a nettó filtrációs nyomás 0.3 Hgmm. 15

A Starling-féle egyenlet J = K [(P c P i ) σ(π c - π i )] J a filtrációs ráta (ml/min) K filtrációs koefficiens (ml/min/hgmm) σ reflexiós koefficiens (ideálisan 1) P c, P i, π c, π i : A Starling erők, kapilláris és interstitialis hidrosztatikai (P) ill kolloidozmotikus (π) nyomások Az átlagos K érték alapján a filtrációs nyomás ~ 2ml/min filtrációt hoz létre. Ez a ~ 3000 ml/min plazmaáramlásnak kevesebb mint 0.1%-a. Ennyivel nem teljesül az egyensúly. Ez azonban 3-4 liter folyadék naponta, melyet a keringésbe a NYIROKKERINGÉS juttat vissza! A NYIROKKAPILLÁRISOK A MIKROCIRKULÁCIÓ SZERVES RÉSZEI arteriola venula Nettó filtráció Nettó reabszorpció nyirokkapilláris 16

INTERSTICIUM Szabad folyadék Kapilláris Szabad folyadék Proteoglycan rostok Kollagén rostok A folyadék GÉLben van. NYIROKRENDSZER Funkció: 1. Intersticiális fehérje eltávolítása: alapvető, vitális funkció! 2. Filtrátumfelesleg felvétele. 3. Lipidek abszorpciója. 4. Limfociták transzportja. Funkcionális jellemzők: A nyirokkapillárisok vakon végződnek. A kapilláris-endothelsejtek billentyűket képeznek. Az erekben billentyűk vannak. A nyirokerek simaizomzata saját pumpaaktivitással rendelkezik. pórus Nyirokkapilláris endothelsejt rögzítő rost billentyű nyirokér billentyű 17

NYIROKRENDSZER D. Lymphaticus d. V. jugularis Ductus thoracicus V. subclavia A nyirokerek igen permeabilisak, bármilyen idegen anyag, fertőző mikroorganizmus, áttétképző tumorsejtek leggyakrabban a regionális nyirokcsomókban jelennek meg, ezért ezek funkcionális anatómiája igen fontos a gyakorlati orvostudomány szempontjából! INTERSTICIÁLIS COMPLIANCE ÉS NYIROKÁRAMLÁS Compliance Nyirokáramlás Normálérték Ödéma Ödéma Intersticiális nyomás Intersticiális nyomás A filtráció növekedésekor az interstitialis nyomás növekedésével a nyirokáramlás is megnő, így lépést tart az elvezetés a képződéssel, a nyirokerek elvezetőképességének telítődésekor a folyadék gyorsan növelni kezdi az interstitium térfogatát (megnő a compliance), a gélstruktúra felbomlik, ödéma keletkezik, mely a nyirokerek kompressziójával tovább rontja az ödémát. 18

ÖDÉMA: A FILTRÁCIÓ REABSZORPCIÓ EGYESÚLYZAVARA J = K [(P c P i ) σ(π c - π i )] 1. Fokozott intrakapilláris hidrosztatikai nyomás (P c ) fokozott vénás nyomás: pl. szívelégtelenség, mozdulatlanság visszér, billenyű-elégtelenség 2. Csökkent plazma kolloidozmotikus nyomás, (π c ) pl. albuminvesztés (vesebetegségek) albuminszintézis zavara (májbetegségek) fokozott fehérjebontás (éhezés) 3. Fokozott permeábilitás (K nő, σ csökken, π i nő) GYULLADÁS, égés 4. Lymphoedema. (J nem nő, hanem a nyirokáramlás csökken) Nyirokcsomók és erek sebészi eltávolítása (tumorműtét) elephanthiasis +1. Ozmotikusan aktív anyag felszaporodása az intersticiumban hypothyreosis (mixödéma) nem igazi ödéma, mert a gél szaporodik fel Posztkapilláris venulák Fontos immunfunkció: gyulladáskor az endotéliumsejtek adhéziós molekulákat expresszálnak, amelyek fokozzák a fehérvérsejtek kitapadását, majd átvándorlásukat az interstíciumba (diapedezissel). (A nyirokcsomók speciális HEV venulái folymatosan expresszálják ezeket a fehérjéket, fontos szerepük van a limfocita őrjárat megszervezésében). Gyulladáskor a venulák fokozott fehérje és folyadék permeabilitása lerombolja a kolloidozmotikus grádienst, és hozzájárul a gyulladásos ödéma kialakulásához. 19

A VÉNÁS RENDSZER Általános jellemzők A kapillárisoktól a jobb pitvarig az áramlást fenntartó nyomásfő csupán ~ 10 Hgmm alacsony vénás ellenállás. A magas vaszkuláris compliance miatt, a vértérfogat 2/3-a van a vénákban, a vénákra jellemző a stressz-relaxáció (késleltetett compliance). A vékony, tágulékony érfal valamint az alacsony vérnyomás miatt, egy sor külső faktor képes a transzmurális nyomás és a véráramlás befolyásolására. Az ember függőleges testhelyzete kihívások elé állítja a vénás keringést. 20

STRESSZ RELAXÁCIÓ: a véna simaizmok tulajdonsága nyomás Volumen beadása A vénák simaizmai aktív relaxációval alkalmazkodnak a megnövekvő volumen által létrehozott feszüléshez. Ilyen tulajdonsággal más üreges szervek simaizmai is rendelkeznek (húgyhólyag, gyomor etc). Volumen nyomás + sugár FESZÜLÉS Relaxáció A HIDROSZTATIKUS NYOMÁS ÉS VÉNÁS KERINGÉS A hidrosztatikai nyomás - csökkenti a vérnyomást a szív felett - emeli a vérnyomást a szív alatt. Az eltérő compliance miatt az artériák nem (24x kevesebbet), de a vénák dilatálnak, amikor a hidrosztatikai nyomás emelkedik. Felálláskor 500 ml-rel csökken a vénás visszaáramlás. 21

VÉNÁS ELLENÁLLÁS Vénák összeesnek a nyakon Bordák komprimáló hatása Hónalj komprimáló hatása Mellűri nyomás Abdominális kompresszió A környező szövetek komprimáló hatása miatt a vénás ellenállás a harmadik legnagyobb ellenállás a keringési rendszerben. A VÉNÁS VISSZAÁRAMLÁST ELŐSEGITŐ TÉNYEZŐK 1. A SZIV PUMPA a nyomásfő fenntartása emeli a posztkapilláris nyomást (vis a tergo) csökkenti a jobb pitvari nyomást (vis a fronte) 2. IZOMPUMPA + BILLENTYŰK 3. A COMPLIANCE SZABÁLYOZÁSA SZIMPATIKUS VENOKONSTRIKCIÓVAL 4. Légzési pumpa 22

IZOMPUMPA: A JÁRÁS HATÁSA A VÉNÁS NYOMÁSRA Felállás Állás Vénás nyomás (Hgmm) Járás Ülés A VÉNÁS BILLENTYŰK JELENTŐSÉGE AZ IZOMPUMPÁBAN Véna Véna Varicositás Izom Relaxált izom Zárt billetyű Kontrahált izom A visszér billentyűelégtelenséggel jár ELÉGTELEN IZOMPUMPA. 23

VÉNÁS COMPLIANCE SZABÁLYOZÁSA VÉRTÉRFOGAT Sympathicus ingerlés Térfogat (ml) Vénás rendszer Artériás rendszer VÉNÁS NYOMÁS Nyomás (Hgmm) A nagyvérkör vénáit szimpatikus noradrenerg vazokonstriktor rostok idegzik be. A noradrenalin a vénás simaizmot α1-adrenerg receptorok közvetítésével kontrahálja. A VENOKONSTRIKCIÓ az ellenállást csak kismértékben növeli, viszont jelentősen csökkenti a compliance-t azaz az adott nyomáson fenntartott térfogatot. Igy növeli a vénás visszaáramlást, és mobilizálja a vénákban tárolt vért a keringés más részeibe. VÉRRAKTÁRAK ÁLTALÁBAN VÉR MOBILIZÁLHATÓ: 1. Vénás rendszerből (65%) 2. Tüdő érhálózatából (9%) 3. Szívből (fokozott ürülés) (7%) SPECIFIKUS VÉRRAKTÁRAK: 1. Bőr vénás plexusai (300-500 ml) 2. Nagy abdominális vénák (300 ml) 3. Máj (200-300 ml) 4. Lép (150 ml) 24

LÉGZÉSI PUMPA (mmhg) (ml) (ml) (ml) BELÉGZÉS KILÉGZÉS VÁLTOZIK: Intrathoracalis nyomás Bal kamra pulzustérfogata Jobb kamra pulzustérfogata Vénás visszaáramlás jobb pitvar LÉGZÉSI PUMPA Negatívabb Kitágult pulmonáris kapilláris ágy több vért vesz fel Fokozott vénás beáramlás (Hgmm) (ml) (ml) (ml) Mellűri nyomás Bal kamrai pulzustérfogat Jobb kamrai pulzustérfogat Vénás visszaáramlás BELÉGZÉS KILÉGZÉS Kevésbé negatív Pulmonáris ágy összenyomódik, Csökkent vénás beáramlás 25

A LÉGZÉSI PUMPA MI a mechanizmusa a kamraizomzat kontraktilitás szívciklusról szívciklusra történő adaptációjának, amit a légzés miatt folyamatosan ingadozó telődés tesz szükségessé? A Frank- Starling mechanizmus. VALSALVA manőver: erőltetett kilégzési erőfeszítés zárt hangrés mellett: amikor a thoracohumeralis izomzatot használjuk, vagy a kismedencéből kívánunk valamit eltávolítani (hasprés). Vérnyomás és szívfrekvencia Vénás áramlás Doppler-szonogram A Valsalva manőver komplex keringési válaszokat hoz létre, melynek alapja a nagyvérkörből GÁTOLT vénás beáramlás a szívbe a manőver alatt. A vénás keringés nagy ingadozásai thrombust mobilizálhatnak. 26