6.3 Regulace krevního oběhu
Perfuze se musí neustále vyrovnávat s nejrůznějšími změnami polohy nebo metabolismu tkání. Například při svalové práci vyžadují svaly přísun živin krví zvýšit (asi 60krát), při spánku se metabolismus naopak snižuje. Perfuze je proto na mnoha úrovních složitě regulována. Regulace se týká průtoku krve tkání a tlaku krve, protože právě tlak krve zajišťuje dostatečnou perfuzi. Obě regulace mají krátkodobé a dlouhodobé mechanismy.
6.3.1 Lokální řízení perfuze tkání
Lokální regulace zajišťuje dostatečný objem krve přicházející do tkáně v závislosti na jejích aktuálních potřebách. Může být akutní – zprostředkovaná rychlými změnami průsvitu cév (vazokonstrikcí nebo vazodilatací), arteriol, prekapilárních svěračů a případně venul. Probíhá v sekundách až minutách. Naproti tomu dlouhodobá regulace je výrazně pomalejší, protože je zprostředkovaná novotvorbou cév. Probíhá v řádu dnů až měsíců.
Krátkodobé řízení perfuze
Základním mechanismem regulace průtoku krve tkání či orgánem je regulace změnou periferního odporu na úrovni arteriol.Hladké svaly v jejich stěně mají bazální tonus, který je ovlivňován několika základními způsoby. Podílí se na něm metabolická autoregulace, řízená aktivitou tkáně, která spotřebováním živin nebo zvýšením koncentrace katabolitů (draslík, ADP, adenozin, zvýšní pCO2) signalizuje potřebu zvýšit prokrvení a způsobuje vazodilataci. Důležitou funkci hraje také endotelová výstelka. Endotel produkuje látky, které vyvolávají vazokonstrikci (endotelin) nebo vazodilataci cév (NO), zejména na úrovni metaarteriol a prekapilárních svěračů. Myogenní autoregulace (myogenní reflex) je aktivována zvýšeným objemem nebo tlakem krve na stěnu cévy. Při zvýšení tlaku reaguje svalovina na své protažení kontrakcí (Baylissův reflex).
Dlouhodobé řízení perfuze
Dlouhodobé změny v perfuzi tkání jsou zajišťovány novotvorbou cév – angiogenezí. Rychle vznikají cévy při tvorbě nové tkáně během hojení (vznik granulační tkáně) nebo při růstu nádoru. Pro jejich vznik jsou nutné tzv. angiogenní faktory ( VEGF- Vascular Endothelial Growth Factor, FGF- Fibroblast Growth Factor, angiogenin). Angiogeneza se aktivuje také snížením normálního průtoku krve na 75 procent a snížením parciálního tlaku kyslíku. Popsaným způsobem mohou vznikat i kolaterální řečiště – vznik více malých kolaterálních cév.
Lokální regulace perfuze speciálních orgánů
Ve většině tkání a orgánů probíhá lokální regulace shora popsaným způsobem. Přesto existují některé orgány se speciální autoregulací. Jsou to srdce, ledviny a mozek.
Srdce
Průtok krve věnčitým (koronárním) řečištěm kolísá během srdečního cyklu. V průběhu srdeční systoly jsou stahem svaloviny věnčité cévy stlačeny a prokrvení komory tak probíhá pouze během diastoly. Srdeční sval spotřebovává i v klidu 60 – 80 % kyslíku obsaženého v krvi. Při zvýšené práci je srdce závislé na vazodilataci, která může průtok krve zvýšit 4 – 5x (tzv. koronární rezerva). Na regulaci průsvitu věnčitých cév se podílí především metabolické a humorální faktory. Je to snížení PaO2, pokles pH, vyplavení buněčného K+, prostaglandiny, histamin, a endotelem produkovaný NO, případně další látky. Hlavní vazodilatační látkou věnčitého řečiště je adenozin, produkt defosforylace ATP. Nervová regulace věnčitých cév je až druhotná. To je potvrzeno i dobrou adaptací transplantovaného srdce, které je bez nervového napojení.
Ledviny
Autoregulací průtoku krve ledvinami je současně regulována i glomerulární filtrace, hlavní funkce glomerulů. Regulace musí být přesná a odpovídat metabolickým i funkčním požadavkům. Proto je cílená na obě arterioly glomerulu. Vas afferens je při zvýšeném tlaku přitékající krve zúžena myogenním reflexem, při poklesu tlaku dilatována prostaglandiny produkovanými mesangiem (intersticiální tkání glomerulu). Vas efferens je při potřebě zvýšit filtraci zúžena angiotenzinem (součást systému RAAS – viz Metabolismus vody nebo Vylučovací systém). Mesangiem produkované prostaglandiny mají na vas efferens jen omezený vazodilatační účinek.
Mozek
Průtok krve mozkem je autoregulací udržován konstantní při změnách systémového krevního tlaku mezi 60 – 140 mmHg systolického tlaku. Je řízen především lokálně produkovanými katabolity, především parciálním tlakem CO2 a koncentrací H+. Zvýšení CO2 a H+ vyvolá vazodilataci mozkových cév.
| U pacienta s otokem mozku a na dýchacích přístrojích se možnosti regulace průtoku krve pomocí pCO2 využívá. Řízenou hyperventilací se pCO2 sníží, vzniklá vazokonstrikce zrychlí proudění, ale sníží tlak v cévách. Snížený tlak se přenese i do kapilár, které mohou nasávat tekutinu z intersticia a omezit otok. Mozkové kapiláry mají velmi málo propustnou stěnu a jsou v těsném kontaktu s astrocyty (gliovými buňkami). Toto uspořádání vytváří hematoencefalickou a hemato-likvorovou bariéru. Bariéry brání za fyziologických okolností tvorbě tkáňového moku. |
Regulace perfuze mozku poklesem kyslíku je stejná, jako v ostatních tkáních organismu, jen méně účinná. Dokonalá regulace dovolí pracujícím oblastem mozku zvýšit průtok 2x až 2,5x. (Sympatikus se podílí na mozkové perfuzi jen zprostředkovaně, zvýšením systémového tlaku).
6.3.2 Celková regulace perfuze tkání
je velice úzce provázaná s regulací krevního tlaku. Podílí se na ní opět především vazokonstrikce (sympatikus, stresem spuštěná sekrece ADH – vazopresinu), ale také retence tekutin v ledvinách (ADH, aldosteron) a funkce srdce.
Vždy je nejdůležitější lokální regulace účinkem katabolitů, protože přímo odpovídá na požadavky dané tkáně. Je nadřazena i celkovým regulacím.
6.3.3 Řízení tlaku krve
Tlak krve je řízen mnoha systémy a na mnoha úrovních, některé mechanismy byly již popsány při regulaci perfuze. Tlak krve (P) závisí přímo úměrně na srdečním výdeji (Q) a na periferním odporu (R) – analogie Ohmova zákona: P= Q x R
Pokud se zvýší srdeční výdej (tepový objem x tepová frekvence), tlak krve stoupá. Stejně tak, pokud stoupne periferní odpor, tlak stoupá. Proto jeho řízení úzce souvisí s regulací činnosti srdce i perfuze.
- Krátkodobé řízení krevního tlaku (během desítek sekund a minut) je důležité pro zachování dostatečné perfuze. Baroreceptorový reflex je rychlé (asi v 10 sekundových intervalech) udržování TK a perfuze všech tkání v úzkém rozmezí. Tento reflex udržuje také dostatečné hodnoty tlaku pro perfuzi mozku. Jeho součástí je ortostatický reflex, který udržuje perfuzi mozku při změnách polohy těla.
Ve stěnách velkých cév, hlavně v oblouku aorty (glomus aorticum) a ve větvení společných krkavic (glomi carotici), jsou uloženy baroreceptory. Zvýšeným tlakem se baroreceptory aktivují a prostřednictvím senzorických nervů (n. vagus a n. glossopharyngeus) aktivují v mozkovém kmeni centra parasympatických neuronů a sníží tlak krve, protože se sníží síla srdeční kontrakce i periferní odpor. Při snížení tlaku v tepnách se aktivuje sympatikus, zesílí srdeční kontrakce a vazokonstrikcí zvýší periferní odpor. Tlak krve se zvyšuje.
- Dlouhodobé řízení krevního tlaku je zajišťováno systémy, které udržují objem řečiště a souvisí s funkcí ledvin. Jsou to systémy renin – angiotenzin – aldosteron (RAAS), natriuretický faktor a tlaková natriuréza v ledvinách (blíže viz kapitola Homeostáza).
6.3.4 Řízení funkce srdce
Funkce i řízení činnosti srdce a cév jsou anatomicky i funkčně propojeny, proto se každá změna v aktivitě srdce projeví v celém oběhovém systému a naopak. Během dne mění tkáně těla svůj metabolismus a tím i potřeby prokrvení podle aktuální situace. Srdce i cévy musí na změny reagovat, aby byly tyto potřeby zabezpečeny.
Řízení srdečního výdeje (minutový srdeční výdej – MSV) závisí na tepovém objemu (SV) a srdeční frekvenci (SF). Změna (nejčastěji zvýšení) MSV, může nastat dvojím mechanismem: zvýšením kontraktility srdce, nebo zvýšením žilního návratu (preloadu, předtížení). Srdeční výdej může být řízen přímo srdcem (vnitřní, intrakardiální regulace), nebo regulací zevní – nervovou a hormonální. Vliv má i centrální regulace (CNS).
Vnitřní regulace srdečního výdeje je dána schopností měnit sílu svalové kontrakce (tuto schopnost si srdce zachovává i v těle příjemce po transplantaci, kdy je zbaveno nervových pletení) a frekvence.
- Nejdůležitějším mechanismem jsou reakce srdce na změny žilního návratu. Frankův-Starlingův zákon říká, že čím větší je náplň srdeční komory před začátkem stahu, tím větší je množství krve (tepový objem) vypuzené tímto stahem. Tím je ve fyziologických mezích zachována rovnováha žilního návratu a minutového srdečního výdeje každé srdeční komory. Tento zákon však platí pouze do té chvíle, dokud není náplň komory tak velká, že se již nepřekrývají sarkomery. V tom případě komora dilatuje a selhává.
- Dalším mechanismem je Bainbridgeův reflex – zvýšená náplň srdečních síní aktivuje jejich volumoreceptory a cestou dostředivých vláken n. vagus vede tuto informaci do mozkového kmene. Výsledkem je aktivace sympatiku a zvýšení srdeční frekvence.
- Na podráždění volumoreceptorů reagují síně také vyplavením atriálního natriuretického peptidu, hormonu produkovaného srdcem. Tvoří se jako reakce na zvýšené napětí ve stěně myokardu v důsledku tlakového či objemového přetížení. V současné době je známo několik typů natriuretických peptidů, všechny zvyšují diurézu a snižují objem plazmy, čímž snižují žilní návrat.
| ANP (atriální natriuretický peptid) je produkovaný kardiomyocyty pravé síně při zvýšení žilního návratu. Zvýšené napětí ve stěně aktivuje sekreci a vyloučený ANP se dostává krví do ledvin, kde v tubulech zvyšuje vylučování sodíku a vody a snižuje tak žilní návrat a chrání srdce před přetížením. Kromě toho způsobuje vazodilataci a snižuje sekreci ADH a aldosteronu.BNP (brain natriuretic peptide) byl nejdříve popsán v mozku prasete. Dnes víme, že je produkován také při zvýšeném napětí stěny především levé komory na konci systoly. Je to signál, že nebyl vypumpován dostatečný objem krve (srdce selhává). Účinek BNP je stejný jako ANP, BNP však zvyšuje diurézu účinněji než ANP.Byl popsán také CNP (natriuretický peptid C), který je produkován endotelem cév a reaguje na endoteliální stres. |
Zevní regulace srdečního výdeje
je řízení na celkové úrovni. Může být nervová nebo humorální a většinou nemění jen funkci srdce a oběhu.
Nervová regulace srdce a oběhu
(především při zátěži nebo stresu) závisí na aktivitě autonomního systému. Sympatikus vysílá svá vlákna k SA uzlu a do srdečních komor. Stimulace sympatiku zvyšuje frekvenci (chronotropii), stažlivost myokardu (inotropii), vodivost (dromotropii) i vzrušivost (bathmotropii). Stimulací sympatiku (beta 1 receptory) se může srdeční minutový výdej zvýšit i o více než 100 %. Sympatikus ovlivňuje nejen činnost srdce, ale i cévního řečiště: prostřednictvím β2 receptorů vyvolává v tepnách kosterních svalů vazodilataci, prostřednictvím α1 receptorů vyvolává vazokonstrikci v cévách kůže, trávicího systému a ledvin. Vazokonstrikce většiny tepen a arteriol zvyšuje periferní odpor a zvyšuje krevní tlak.
Parasympatikus vysílá svá vlákna prostřednictvím větví n. vagus do srdečních síní a k sinoatriálnímu a atrioventrikulárnímu uzlu (do komor nedosáhnou). Působí negativně na výše uvedené vlastnosti srdce tím, že antagonizuje činnost sympatiku. Zpomaluje depolarizaci buněk v SA a AV uzlu a snižuje srdeční frekvenci i rychlost vedení vzruchu. V klidových podmínkách ovlivňuje aktivitu SA uzlu více než sympatikus (normální frekvence srdce v klidu je kolem 70 tepů za minutu, SF srdce zbaveného jakékoliv inervace by byla kolem 100 tepů za minutu). Silná stimulace parasympatiku, např. cestou n. vagus, může zablokováním aktivity SA nebo AV uzlu srdce výrazně zpomalit až zastavit (tzv. vagová reakce, nejčastěji při silné bolesti nebo úleku). Kromě pohlavních orgánů nemají cévy parasympatickou inervaci
Humorální (endokrinní) regulace srdce a oběhu
je zprostředkovaná některými hormony. Hormon dřeně nadledvin – adrenalin, působí na stejné β-adrenergní receptory jako sympatikus. Je vyplavován v rámci aktivace stresové osy hypotalamus – hypofýza – dřeň nadledvin, jejíž reakci potencuje. Při jeho patologickém zvýšení (např. feochromocytom) vzniká hypertenze a poruchy srdečního rytmu.
Hormon štítné žlázy, thyroxin, vyvolává hypertrofii srdce zvýšením proteosyntézy a kromě toho zvyšuje denzitu a senzitivitu β-adrenergních receptorů v kardiomyocytech, čímž zvyšuje účinek sympatiku na srdce. Hypertrofie srdce zvyšuje systolický tlak. Thyroxin však zvyšuje v periferii bazální metabolismus, což zvyšuje nároky na perfuzi a vede lokální regulací k vazodilataci. Proto se diastolický tlak snižuje. Vliv tyroxinu na funkci srdce a oběhu se projeví mnohdy jako první příznak při nadbytku i při nedostatku tyroxinu.
Velice důležitými hormony s nepřímým podílem na regulaci činnosti srdce a krevního oběhu jsou hormony, které ovlivňují objem tekutiny v cévách: aldosteron a ADH.
Centrální regulace
V mozku existují centra řídící činnost srdce a oběhu: V mozkovém kmeni je v retikulární formaci oblast zvaná vazomotorické centrum, které je ovlivňováno vlákny nervus vagus (z baroreceptorů o tlaku krve nebo z chemoreceptorů o parciálních tlacích dýchacích plynů a pH krve) a z dalších oblastí CNS (například hypotalamu, orbitální oblasti frontální kůry, hippokampu a dalších). Všechny tyto oblasti mohou ovlivnit vazomotorické centrum excitačně i inhibičně.
Činnost oběhového systému je ovlivněna i teplotou těla, parciálními tlaky dýchacích plynů a iontovým složením plazmy (změny koncentrace draslíku a vápníku způsobují poruchy rytmu, změny retence sodíku mění krevní tlak).
Všechny mechanismy řízení jsou vzájemně propojeny a navzájem regulovány tak, aby jejich účinnost byla co nejvyšší.