Regionální oběhy (plieni, kožní, svalový, mozkový, splanchnický, renální, fetální) 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. Specifika oběhu orgány • 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 Plieni oběh Plieni oběh Průtok plícemi je prakticky téměř stejný jako průtok všemi ostatními orgány. Funkce: - zprostředkování výměny dýchacích plynů - rezervoár krve - filtr Plieni oběh • TGpny (rozdíly oproti tepnám velkého oběhu) - větší celkový průřez - menší tloušťka stěn, tenká svalová vrstva - velká poddajnost (compliance) • Kapiláry - široké, bohaté anastomózy, síť obklopující alveoly - čas průtoku, plocha perfundovaných kapilár v klidu a při zatezi • Žíly - velká poddajnost (rezervoár krve; ortopnoe) Krevní tlak v plicním řečišti Plieni oběh Výživový oběh fyziologický A-V zkrat Lymfatické cévy - rychlý transport bílkovin a různých částic z peribronchiálního a perivaskulárního prostom ->• 4-tvorba tkáňového moku ~ předcházení vzniku otoku plic Fyziologicky v plieních kapilárách k filtraci nedochází! 1. tlakové poměry v intersticiu a plieních kapilárách 2. permeabilita plieních kapilár $ Plieni oběh Regulace plicního oběhu A. Systémové mechanismy 1) Nervová regulace (sympatikus a parasympatikus) 2) Humorální regulace (cirkulující působky) B. Lokální mechanismy - chemická (metabolická) autoregulace reakce opačná než ve velkém oběhu (vazokonstrikce) C. Pasivní faktory - srdeční výdej - gravitace (distribuce krve v plicích) Plieni oběh Poměr ventilace a perfúze - snaha zachovat konstantní (lokální metabolická autoregulace) E 50|-E A neventilovaný alveolus - vazokonstrikce neperfundovaný alveolus - bronchokonstrikce pokles poměru - v klinice nejčastější příčinou hypoxické hypoxie (pravo-levý zkrat) -»i saturace arteriální krve 02 obsah C02 obvykle není změněn (kompenzační hyperventilace v ostatních alveolech) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Decreasing VA/G Norma| n creasing VA/Q 0 50 100 Po2 (mm Hg) 150 Kožní oběh Kožní oběh • Průtok krve kuží velmi kolísá (0,02 až 5 l/min). Funkce: Metabolické potřeby kůže - malé (decubitus) Udržování teploty tělesného jádra poikilotermní tkáň Arteriovenosní anastomosy Ochrana proti prostředí Udržení středního arteriálního tlaku Kožní oběh Arteriovenosní anastomosy - jde o svinuté svalové cévy přímo spojující arterioly a venuly (nízkoodporový zkrat) capillaries AVA / v. Honzíkova N - Poznámky k přednáškám z fysiologie (1992) průtok řízen sympatickými vazokonstrikčními nervy Skin Circulation Regulace průtoku krve kůží: - Sympatická nervová vlákna - Humorální - lokální faktory (histamin, serotonin) Kožní oběh • Odpověď na změny teploty: 1) přímé ovlivnění cévního tonu okolní teplotou 2) dráždění kožních teplotních receptoru 3) dráždění teplotních receptoru v mozku reflexní modulace sympatické vazokonstrikční aktivity Kožní oběh Axonový reflex near arteriole Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Svalový oběh Svalový oběh • Funkce: 1) Krevní zásobení svalu klidový průtok - 18 % srdečního výdeje vs. až 90 % při maximální práci (lokální průtok se t až 20x) 2) Regulace krevního tlaku kosterní svaly - 40 % hmotnosti těla -»• cévní odpor svalového řečiště má velký vliv na celkový periferní odpor • Průtok během svalové práce je intermitentní, během tetanického stahu až nulový (kyslíkový dluh). Svalový oběh Regulace krevního průtoku ve svalech: 1) Nervová regulace převládá v klidu (vazokonstrikce přes sympatikus -velká dilatační rezerva) 2) Lokální chemická regulace převládá během cvičení (metabolická vazodilatace) téměř lineární vzestup průtoku se vzrůstající metabolickou aktivitou zvýšený průtok + zvýšená extrakce 02 současně | kapilárního tlaku + | osmolarita -» t filtrace -> otok v pracujících svalech Mozková cirkulace Mozková cirkulace TABLE 34-1 Resting blood flow and 02 consumption of various organs in a 63-kg adult man with a mean arterial blood pressure of 90 mm Hg and an 02 consumption of 250 mL/min. Blood Flow Arteriovenous Oxygen Consumption Resistance (R units}0 Percentage of Total Region Mass (kg) mL/min mL/100 g/min uxygen Difference (mL/L) mL/min mL/100 g/min Absolute per kg Cardiac Output Oxygen Consumption Liver 2.6 1500 57.7 34 51 2.0 3.6 9.4 27.8 20.4 Kidneys 0.3 1260 420.0 14 18 6.0 4.3 13 23.3 7.2 Brain 1.4 750 54.0 62 46 3.3 7.2 10.1 13.9 18.4 Skin 3.6 462 12.8 25 12 0.3 11.7 42.1 8,6 4.8 Skeletal muscle 31.0 840 2.7 60 50 0.2 6 4 198.4 15.6 20.0 Heart muscle 0.3 250 84.0 114 29 9.7 21.4 6.4 4,7 11.6 Rest of body 23.8 336 1.4 129 44 0.2 16.1 383.2 6.2 17.6 Whole body 63.0 5400 8.6 46 250 0.4 1,0 63.0 100.0 100,0 aR units are pressure (mm Hg) divided by blood flow [mUs). Reproduced with permission from Bard P (editor!: Medical Physiology, 11th eel. Mos by, 1961. Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mozková cirkulace musí zajistit: 1) konstantní dostatečný přísun krve (ztráta vědomí během několika sekund mozkové ischemie, ireverzibilní poškození během několika minut) 2) dynamickou redistribuci krve (metabolická hyperémie) Mozková cirkulace • Anatomické zvláštnosti mozkové cirkulace: 1) circulus artehosus cerebri (propojení hlavních mozkových tepen anastomózami) 2) velmi vysoká kapilarizace (3000 - 4000 kapilár / mm2 šedé hmoty) ~ minimalizace difúzni dráhy pro plyny i jiné látky 3) velmi krátké arterioly (téměř 1/2 cévního odporu připadá na artérie, které jsou bohatě inervovány) Mozková cirkulace Funkční adaptace mozkové cirkulace: vysoký a stabilní průtok krve vysoká extrakce kyslíku dobře Vyvinutá autoregulace (myogenní i metabolická) vysoká reaktivita na změny koncentrace C02 lokální vs. celková hypoxie inervace Mozková cirkulace 100 LL CD O 50 sympatikus 70 140 Arterial pressure (mm Hg) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mozková cirkulace • Zvláštní fyzikální podmínky mozkové cirkulace: 1) pevný obal mozku lebkou Monro-Kelliova teorie -» zvýšení průtoku se může uskutečnit pouze zrychlením krevního toku, nikoliv zvětšením kapacity reciste Cushingův reflex (nádor, krvácení) 2) gravitace ortostáza (posturální synkopa) Mozková cirkulace Hematoencefalická bariéra mozkové kapiláry - těsné interendotelové spoje Nucleus ^ Mitochondrion Glucose, etc Tight junction Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Z Mozková cirkulace • Hematoencefalická bariéra Volně difundují: -> látky rozpustné v tucích (02, C02, xenon; nevázané formy steroidních hormonů) -> voda (aquaporiny; osmolalita krve a mozkomíšního moku je stejná!) -> glukóza - hlavní zdroj energie pro nervové buňky (volná difúze pomalá - urychleno díky GLUT) Transcelulárním transportem (regulovaně): -> ionty (např. H+, HCO3" vs. C02 !) 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 - lokalizace - složení - objem -150 ml, rychlost tvorby -550 ml/d (výměna 3,7x/den) Ratio Substance CSF Plasma CSF/Plasma Na+ (meq/kg H20) 147.0 150.0 0.98 K+ (meq/kg H20) 2.9 4.6 0.62 Mg2+ (meq/kg H20) 2.2 1.6 1.39 Ca2+ (meq/kg H20) 2.3 4.7 0.49 cr (meq/kg H20) 113.0 99.0 1.14 HC03" (meq/L) 25.1 24.8 1.01 Pco2 (mm Hg) 50.2 39.5 1.28 pH 7.33 7.40 Osmolality (mosm/kg H20) 289.0 289.0 1.00 Protein (mg/dL) 20.0 6000.0 0.003 Glucose (mg/dL) 64.0 100.0 0.64 Inorganic P (mg/dL) 3.4 4.7 0.73 Urea (mg/dL) 12.0 15.0 0.80 Creatinine (mg/dL) 1.5 1.2 1.25 Uric acid (mg/dL) 1.5 5.0 0.30 Cholesterol (mg/dL) 0.2 175.0 0.001 Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Mozková cirkulace Mozkomíšní mok Funkce: - ochrana mozku (spolu s mozkovými plenami) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition , Outer table of skull trabecular bone Inner table of skull Dura mater Subdural (potential) space Arachnoid Subarachnoid space Arachnoid trabeculae Artery Pia mater Perivascular spaces Brain z Mozková cirkulace Mozkomíšní mok 1.6 _ 1.2 £ E, 0.8 o ^ 0.4 0 0 68 100 112 200 Outflow pressure (mm CSF) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Mozková cirkulace Paraventrikulární orgány ~ oblasti mozku, kde chybí hematoencefalická bariéra (fenestrované kapiláry) - sekrece polypeptidů do oběhu (oxytocin, vazopresin, ...), - chemorecepční zóny (AP) - osmorecepční zóny (OVLT) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Mozková cirkulace Měření průtoku krve mozkem Ketyho metoda - Fickův princip, metoda indikátorového plynu - oxid dusný N20 množství NoO ve venózní krvi průtok krve mozkem - N20 extrahovaný mozkem z krve / čas průměrný arteriovenózní rozdíl N20 -> průměrný průtok všemi perfundovanými oblastmi ! Mozková cirkulace • Měření průtoku krve mozkem - regionální PET (pozitronová emisní tomografie) fMRI (funkční magnetická rezonance) Cirkulace splanchnikem Cirkulace splanchnikem průtok GIT včetně jater a slinivky průtok slezinou Hlavní funkční role: - metabolické funkce trávicího ústrojí - rezervoár krve - speciální (např. slezina - odstraňování a degradace starých/poškozených erytrocytu) Cirkulace splanchnikem Rezervoár krve v klidu zhruba 20 % celkového objemu krve bohatá inervace sympatickými vazokonstrikčními vlákny - a rec. (přesun až 350 ml krve do systémového oběhu během několika minut!) Cirkulace splanchnikem Střevní oběh (a. coeliaca, a. mesenterica superior a inferior) submukózní pleteň, větve do svaloviny i do klků protiproudová výměna látek Simple columnar epithelium Lacteal Capillary network Goblet cells Intestinal crypt Lymph vessel Arteriole Venule Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Cirkulace splanchnikem • Střevní oběh (a. coeliaca, a. mesenterica superior a inferior) • regulace krevního průtoku: - metabolická vazodilatace (mediatory: adenosin, I [K+]e a t osmolarity) - nervová regulace - téměř výlučně sympatikus, více a než (3 rec. -> převažuje vazokonstrikce Cirkulace splanchnikem • Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) • 25 % srdečního výdeje - V^v^portae^ a. hepatica přísun 02 • portální oběh: - dvě kapilární řečiště v sérii (střevní klky, jaterní sinusy) - snížený obsah 02 -» nutriční jaterní oběh - a. hepatica Cirkulace splanchnikem Jaterni obeh (v. portae, a. hepatica) Sinusoids Branch of the portal vein Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Cirkulace splanchnikem • Jaterní oběh (v. portae, a. hepatica) Sinusoids • tlaky: - a. hepatica: 90 mmHg - v. hepatica: 5 mmHg - v. portae: 10 mmHg - sinusy: 2.25 mmHg Branch of the portal vein Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Cirkulace splanchnikem • Jaterní oběh (v. portae, a. hepaticá) • inverzní regulace toku ve v. portae a a. hepatica: - mezi jídly: průtok v. portae malý, adenosin tvořen konstantně, méně odplavován -»• dilatace terminálních jaterních arteriol - po jídle: průtok v. portae roste, adenosin rychleji odplavován ->• konstrikce jaterních arteriol, větší průtok ve v. portae otvírá doposud kolabované sinusoidy • vzrůst jaterního tlaku (cirhóza) -> ascites Cirkulace splanchnikem Jaterní oběh (v. portae, a. hepaticá) Regulace průtoku: - nervová: symp. vazokonstrikční vlákna - a rec. - metabolická: adenosin vazodilatace - pasivní: | TK pasivní dilatace větví v. portae t objem krve v játrech městnavé srdeční selhání difúzni aktivace sympatiku při l TK Pro funkci jater je nezbytný dostatečný přísun 02! -při l průtoku -> t extrakce 02 Cirkulace splanchnikem • Jaterní oběh (v. portae, a. hepaticá) • jaterní lymfatický oběh - tvorba téměř 3A tělesné lymfy - lymfa bohatá na bílkoviny (plazmatické bílkoviny tvořené v hepatocytech + bílkoviny z plazmy -vysoká propustnost stěny sinusů) Renální cirkulace Renální cirkulace hlavní funkce ledvin Vysoký filtrační výkon vyžaduje adekvátní prokrvení! - ledviny tvoří cca 0,4 % hmotnosti těla - průtok 1,2 l/min, -25 % srdečního výdeje rozložení průtoku nerovnoměrné, většina protéká kůrou (glomeruly- filtrace) Renální cirkulace Cortical radiate vein Cortical radiate artery Arcuate vein Arcuate artery Interlobar vein Interlobar artery Segmental arteries Renal vein Renal artery Renal pelvis Ureter Renal medulla Renal cortex (a) Frontal section illustrating major blood vessels O 2013 Bearson Education Inc Aorta I Renal artery I Segmental artery Interlobar artery I Arcuate artery I Cortical radiate artery I- 1 Afferent arteriole i , I Inferior vena cava í Renal vein í Interlobar vein í Arcuate vein í Cortical radiate vein 4 Peritubular capillaries -or vasa recta Efferent arteriole ■*■ Glomerulus (capillaries) J Nephron-associated blood vessels (see Figure 25.7) (b) Path of blood flow through renal blood vessels http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio211/chap25/chap25.htm z Cortical nephron Juxtamedullary nephron • Short nephron loop • Long nephron loop • Glomerulus further from the cortex-medulla junction • Glomerulus closer to the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies peritubular capillaries * Efferent arteriole supplies vasa recta - Cortical radiate vein - Cortical radiate artery - Afferent arteriole - Collecting duct - Distal convoluted tubule - Afferent arteriole Efferent arteriole © 2013 Pearson Education. Inc. F renal cortical tissue (180X) z http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio211/chap25/ch • v. aff., v. eff. t Bowman's capsule pressure (18 mm Hg) průtok krve glomerulem = P - P 1 v.a. 1 v.e. Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology Rv.a. + Rv.e. + • vzestup odporu ve vas aff. či vas eff. sníží průtok ledvinou (pokud je stabilní arteriální tlak) • řídí glomerulární filtrační tlak: /-\ konstrikce vas aff. -> i tlaku v glomerulu -> i filtrace konstrikce vas eff. -> t tlaku v glomerulu -> t filtrace v. Renální cirkulace • Řízení průtoku krve ledvinami: 1) Myogenní autoregulace 2) Nervová regulace 3) Humorální regulace Renální cirkulace Řízení průtoku krve ledvinami: 1) Myogenní autoregulace - dominuje - zajišťuje stabilní filtrační činnost ledvin udržováním stabilního krevního průtoku ledvinami při kolísajícím systémovém krevním tlaku Renální cirkulace • Řízení průtoku krve ledvinami: 2) Nervová regulace - podřízena potřebám systémového oběhu - sympatikus - noradrenalin lehká zátěž/vzpřímená polohy těla ->• t sympatického tonu -> t tonu v. aff. i eff. -> 4- průtoku ledvinami, ale bez snížení GFR (t FF) sympatický tonus významně t během anestézie a vlivem bolesti - GFR pak může 4- Renální cirkulace • Řízení průtoku krve ledvinami: 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - noradrenalin, adrenalin konstrikce aff. a eff. arterioly -> i průtok krve ledvinami a GFR v souladu se t aktivitou sympatiku (význam tedy malý s výjimkou vážných stavů, např. závažného krvácení) Renální cirkulace Řízení průtoku krve ledvinami: 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - noradrenalin, adrenalin konstrikce aff. a eff. arterioly -> i průtok krve ledvinami a GFR - endotelin -> konstrikce aff. a eff. arterioly -> I průtok krve ledvinami a GFR uvolňován lokálně z poškozeného endotelu (fyziologicky význam při hemostáze; patologicky je jeho hladina zvýšena např. při íYfY preeklampsii, akutním selhání ledvin, chronické urémii) °'"v*V' Renální cirkulace Řízení průtoku krve ledvinami: 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - NO kontinuální bazálni produkce -> vazodilatace v ledvině -> stabilní úroveň průtoku krve ledvinami a GFR - prostanglandiny (PGE2, PGI2), bradykinin —>■ vazodilatace omezují vliv vazokonstrikčních působků, což zabraňuje velkému i průtoku krve ledvinou a GFR nesteroidní antiflogistika během stresu (chirurgický výkon, i objemu/ tekutin) může -» významný i GFR Renální cirkulace • Řízení průtoku krve ledvinami: 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - Renin-anqiotensinovv „ * Gomerulus systém Ví Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Renální cirkulace Renin-angiotensinový systém i Na+ v plazmě i TK t aktivita sympatiku (P rec.) Juxtaglomerular 'r^c^b apparatus \ * Angiotensinogen i- Increased renal arterial mean pressure, decreased discharge of renal nerves Renin Angiotensin I Increased extracellular fluid volume I Angiotensin- converting enzyme Angiotensin II Aldosterone vazokonstrikce žízeň, ADH Adrenal cortex Decreased Na+ (and water) excretion Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Renální cirkulace PPAH = 0.01 mg/ml - Stanovení rychlosti průtoku plazmy ledvinami (RPF) Clearance látky, která je v glomerulotubulárním aparátu nefronu plně očištěna z plazmy. PAH (paraaminohippurová kyselina) - očištěna z 90% RPF = 5,85 x 1 mg/min 0,01 mg/ml = 585 ml/min Renal plasma flow >- Renal venous PAH = 0.001 mg/ml UPAH = 5.85 mg/ml V = 1 ml/min Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Korekce na extrakční poměr PAH (EPAH): p _ PpAH " VpAH _ n Q izPAH - - u,y ^ r^r- 585 ml/min . RPF =-= 650 ml/min PAH 0,9 Fetální cirkulace Fetální cirkulace Left atriu Superior vena cava 62°/c o Ductus arteriosus Foramen ovale Pulmonary artery Left ventricle placenta, pupeční žíla játra, ductus venosus crista dividens, foramen ovale krevní zásobení hlavy a horních končetin dolní a horní dutá žíla pravá komora ductus arteriosus aorta - zásobení dolní poloviny těla + 60 % srdečního výdeje do placenty Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. To placenta Fetální cirkulace fetální hemoglobin krátkodobá hypoxie delší hypoxie silná svalová stěna pupečních cév Fetus 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Po2 (mm Hg) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Fetální cirkulace Left atrium Změny po porodu Uzavření pupeční žíly - náhlé zvýšení periferního odporu a krevního tlaku - stah svaloviny ductus venosus a jeho uzavření První nádech (vlivem asfyxie a ochlazení těla) - pokles odporu plicního řečiště - do plic mnohem více krve Superior vena cava Foramen ovale Ductus arteriosus Right ventricle Ductus venosus Portal vein Umbilical vein a From placental. Pulmonary artery Left ventricle Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition. Fetální cirkulace Left atrium Změny po porodu Pokles tlaku v pravé síni a jeho navýšení v síni levé díky: - t plnění levé síně krví z plic - I žilní návrat do pravé síně díky uzávěru pupeční žíly - levá komora čerpá proti zvýšenému odporu v aortě Uzávěr formanen ovale Uzávěr ductus arteriosus Superior vena cava Foramen ovale Ductus arteriosus Right ventricle Ductus venosus Portal vein Umbilical vein a From placental. Pulmonary artery Left ventricle Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition.