REGULACJA

Ogólne zasady miejscowej regulacji przepływu krwi

Głównym obszarem regulacji przepływu są tętniczki oraz zwieracze przedwłośniczkowe, ponieważ one decydują o wielkości dopływu krwi do sieci naczyń włosowatych.
Wysoka wartość stosunku grubości ściany do wewnętrznego promienia w tętniczkach powoduje, że nieznaczne procentowo skrócenie (skurcz) lub wydłużenie (rozkurcz) komórek mięśni gładkich prowadzi do znacznych zmian promienia i co za tym idzie, przepływu krwi.
W naczyniach takich narządów, jak mózg czy serce dominują mięśnie gładkie typu trzewnego jednostkowego.
- Ten typ mięśni charakteryzuje się słabą kontrolą nerwową i dużą wrażliwością na działające miejscowo chemiczne czynniki regulacji.
- Mięśnie gładkie typu trzewnego wykazują wyraźny automatyzm;
  - są one odpowiedzialne za zjawisko autoregulacji przepływu,
  - regulacja miejscowa przepływu krwi odbywa się głównie za ich pośrednictwem.

Autoregulacja przepływu

Autoregulacja przepływu – zdolność i dążność obszarów naczyniowych do stabilizacji wielkości przepływu krwi, mimo wahań ciśnienia napędowego; wynika z możliwości dostosowywania się napięcia czynnego do zmian ciśnienia.
- Występuje wszędzie, ale w niektórych obszarach jest słabo zaznaczona:
- W niektórych obszarach jest duża, wybitna autoregulacja – są to obszary o skutecznej autoregulacji (krążenie wieńcowe, nerkowe, mózgowe):

zakres autoregulacji

Autoregulacja jest wykładnią homeostazy i optymalizacji funkcji:
- zapobiega wzrostowi przepływu przy przypadkowym wzroście ciśnienia
- zapobiega niedokrwieniu przy spadku ciśnienia
Autoregulacja zachodzi w różnych obszarach, o jej przyczynach decydują inne czynniki:
- teoria miogenna autoregulacji – związana z właściwościami mięśni gładkich typu trzewnego – przy wzroście ciśnienia mięśnie przeciwstawiają się zwiększaniu promienia naczynia.
teoria metaboliczna –zależna od metabolitów

Rysunek 8 Autoregulacja miogenna

Autoregulacja metaboliczna

Istota miejscowej regulacji przepływu polega na zapewnieniu wielkości dopływu krwi odpowiednio do natężenia przemiany materii.
- Produkty metabolizmu działają na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego.
- Rozluźniają one mięśnie gładkie naczyń i powodują odpowiednio wzrost przepływu, który zwrotnie redukuje stężenie tychże metabolitów w przestrzeni zewnątrznaczyniowej.

Neurogenne napięcie naczyń krwionośnych

Wszystkie naczynia krwionośne z wyjątkiem naczyń włosowatych oraz naczyń łożyska, unerwione są przez zazwojowe włókna współczulne zwężające naczynia.
W większości naczyń włókna te wykazują spoczynkową aktywność toniczną i zapewniają neurogenne napięcie zwężające naczynia.
Gęstość splotu podstawnego oplatającego zewnętrzną część mięśni gładkich ściany naczyń jest różna w różnych naczyniach — od bardzo obfitego unerwienia współczulnego naczyń skórnych, zwłaszcza zespoleń tętniczo-żylnych, do bardzo skąpego unerwienia współczulnego naczyń mózgu i naczyń wieńcowych serca.
- Najobficiej są unerwione tętniczki, w mniejszym stopniu większe tętnice oraz żyłki.
- Naczynia oporowe przedwłośniczkowe mają znacznie silniejszą toniczną współczulną kontrolę nerwową niż naczynia oporowe pozawłośniczkowe.
- Duże żyły są słabo unerwione.
- Do zwieraczy przedwłośniczkowych docierają bardzo nieliczne zakończenia współczulne.
  - Ta część mikrokrążenia zależy głównie od miejscowej regulacji metabolicznej.

Neurogenne rozszerzenie naczyń krwionośnych

Neurogenne rozszerzenie większości naczyń krwionośnych odbywa się przez zahamowanie tonicznej aktywności współczulnej.
Tylko nieliczne naczynia rozszerzane są w sposób czynny przez włókna układu autonomicznego rozluźniające mięśnie gładkie.
Włókna nerwowe rozszerzające naczynia nie wykazują aktywności spoczynkowej.
Włókna przywspółczulne unerwiają:
- naczynia ślinianek przez część przywspółczulną nerwu twarzowego (struny bębenkowej) i nerwu językowo-gardłowego, gdzie transmitterem jest VIP,
- naczynia opon mózgowych i mózgu przez włókna przywspółczulne nerwu twarzowego, gdzie transmitterem jest acetylocholina,
- naczynia wieńcowe serca oraz naczynia krwionośne przewodu pokarmowego przez przywspółczulne cholinergiczne włókna nerwu błędnego,
- naczynia miednicy mniejszej oraz narządów płciowych zewnętrznych przez włókna nerwów miednicznych uwalniające ATP, tlenek azotu (NO).
Odrębną grupę nerwów rozszerzających naczynia stanowią włókna współczulne, wydzielające w swych zakończeniach nie noradrenalinę, lecz acetylocholinę, histaminę lub dopaminę.

Przepływ krwi w mięśniach szkieletowych

Ze względu na masę mięśni (około 30 kg), stanowiącą u szczupłej osoby około 40% całkowitej masy ciała, a ponad 60% masy tkanek miękkich, około 20% pojemności minutowej serca przepływa w spoczynku przez mięśnie szkieletowe a 30% całkowitego obwodowego oporu naczyniowego
- Opór całkowity (TPR) zależy od naczyń mięśni szkieletowych.
- Zmiany oporu naczyniowego w mięśniach szkieletowych odgrywają główną rolę w regulacji ciśnienia tętniczego krwi.
W spoczynku miejscowy rozkład przepływu krwi w poszczególnych mięśniach zależy od gęstości mikrokrążenia:
- jest ona większa w mięśniach czerwonych, pracujących bardziej na koszt fosforylacji tlenowej niż w mięśniach białych, korzystających w większym stopniu z metabolizmu anaerobowego.
Miogenna aktywność mięśni zwieraczy przedwłośniczkowych, naprzemiennie wyłącza lub włącza do krwiobiegu różne obszary mikrokrążenia, nadając mu dynamiczny obraz mozaikowy.
- Średnio w spoczynku przez mięśnie szkieletowe przepływa od 1,4 do 4,5 mL krwi/100 g/min.
Podczas maksymalnych skurczów dynamicznych całkowity przepływ mięśniowy zwiększa się 20-krotnie i sięga 80-85% pojemności minutowej serca.
- W pojedynczych pracujących mięśniach przepływ krwi może powiększyć się nawet 100-krotnie.
Napięcie naczyń oporowych w mięśniach szkieletowych zależy od aktywności współczulnej oraz od własnej aktywności miogennej ściany naczyniowej.
Regulacja nerwowa krążenia w mięśniach szkieletowych i zmniejsza przepływ mięśniowy mimo zwiększenia ciśnienia tętniczego.
Pobudzenie baroreceptorów hamuje odruchowo toniczną aktywność włókien współczulnych i rozszerza naczynia w mięśniach szkieletowych.
Hamowanie takie szybko „wymyka się‘” ale rozszerzenie naczyń i spadek ciśnienia utrzymują się dłużej.
- Zależy to być może od odruchowego pobudzenia przez baroreceptory tętnicze włókien współczulnych typu NANC nitrergicznych lub histaminergicznych, rozszerzających naczynia krwionośne.
- Odruch z mechanoreceptorów sercowo-płucnych hamuje toniczną aktywność włókien współczulnych zwężających w spoczynku naczynia mięśni szkieletowych.
Pracujące mięśnie szkieletowe, a także stawy dostarczają pobudzeń dla odruchów krążeniowych.
- W mięśniach znajdują się receptory, zwane ergoceptorami, pobudzane przez produkty metabolizmu mięśni, jony K+ i H+, eikonazoidy, lub przez mechaniczne odkształcenie zakończeń mechanoreptorowych, głównie w stawach.
  - W ergoreceptorach rozpoczynają się cienkie mielinowe włókna grupy II i III oraz bezmielinowe włókna trzewnoczuciowe typu C.
  - Pobudzenie ergoceptorów wywołuje odruchy somatyczno-współczulne.
  - Efektem jest odruchowe zwiększenie aktywności współczulnej w obszarze trzewnym i w mięśniach nie pracujących, zwiększenie ciśnienia tętniczego i wentylacji płuc.
  - Odruchowe przyspieszenie rytmu serca zależy w większym stopniu od zwiększonego napięcia mięśniowego (wysiłek statyczny).
  - Zwiększenie ciśnienia tętniczego zwiększa perfuzję przez rozszerzone na drodze metabolicznej naczynia krwionośne, a pobudzenie ruchów oddechowych zapewnia zwiększoną dostawę krwi i tlenu do pracujących mięśni.
- Odruchy z ergoceptorów mają zróżnicowany wzorzec hemodynamiczny.
  - Wysiłek statyczny jednego przedramienia powoduje odruchowe zwężenie naczyń w kończynach dolnych i rozszerzenie naczyń w niepracującym przedramieniu po drugiej stronie.

Przekrwienie czynnościowe w mięśniach szkieletowych

Przepływ czynnościowy krwi zwiększa się w wyniku rozszerzenia naczyń przedwłośniczkowych.
- Stosunek oporu przedwłośniczkowego do pozawłośniczkowego z wartości spoczynkowej około 4:1 zmniejsza się podczas maksymalnego wysiłku mięśniowego ponad dwukrotnie do wartości około 2: 1.
- W rezultacie zwiększa się ciśnienie w naczyniach włosowatych i współczynnik filtracji włośniczkowej.
- Zwiększona filtracja sprzyja dyfuzji substancji odżywczych do pracujących mięśni
- Zwiększa się odpowiednio objętość pracującej kończyny i odpływ chłonki.
- Rozluźnienie mięśni zwieraczy przedwłośniczkowych włącza do mikrokrążenia naczynia włosowate nieczynne w spoczynku.
- Gęstość czynnych naczyń włosowatych zwiększa się 20-krotnie i odpowiednio zwiększa się powierzchnia dyfuzyjna.
- Zwiększenie przepływu krwi przez mięśnie szkieletowe i zwiększenie pojemności minutowej serca wyprzedzają skurcz mięśni w oczekiwaniu na wysiłek jeszcze przed skurczem mięśni, jako tzw. faza ośrodkowa lub reakcja wyprzedzająca (antycypacyjna — feedforward response).
  - Mechanizm reakcji antycypacyjnej polega na ośrodkowym zahamowaniu aktywności włókien współczulnych skierowanych do naczyń mięśni szkieletowych, na wydzielaniu adrenaliny i rozszerzeniu naczyń mięśniowych przez receptory beta-adrenergiczne oraz, u niektórych gatunków, na pobudzeniu cholinergicznych włókien współczulnych, rozszerzających naczynia w mięśniach szkieletowych.
  - Wzorzec odpowiedzi przypomina reakcję emocjonalno-obronną.
- Z chwilą rozpoczęcia pracy mięśni pojawia się wczesna faza zwiększenia przepływu krwi, narastająca z okresem połowicznym 2-10 s.
  - Zależy ona od pompy mięśniowej.
  - Skurcz mięśni i zwiększenie ciśnienia śródmięśniowego uciska głębokie żyły mięśniowe i przesuwa z nich krew w stronę serca.
  - Ruch odwrotny uniemożliwiają zastawki żylne. Podczas rozkurczu żyły rozciągają się i pobierają krew z mikrokrążenia.
  - Z chwilą następnego skurczu mięśni zwiększone ciśnienie śródmięśniowe ponownie wyciska z nich krew żylną w stronę serca
W późniejszej fazie przekrwienia roboczego zaczynają działać miejscowe czynniki chemiczne rozszerzające naczynia, ale i wtedy przepływ odbywa się naprzemiennie w rytm skurczów mięśniowych.
- Wiele substancji gromadzących się miejscowo w wyniku wzmożonego metabolizmu (jony K+, kwas mlekowy, CO2, miejscowe zwiększenie ciśnienia osmotycznego, miejscowa hipoksja itp.) rozszerza naczynia.
- Głównym czynnikiem chemicznym rozszerzającym arteriole i mięśnie zwieracze przedwłośniczkowe podczas przekrwienia roboczego jest adenozyna, działająca przez receptor A,.
  - Powoduje ona otwarcie kanałów potasowych KATP w miocytach mięśni gładkich naczyń, hiperpolaryzację i rozluźnienie napięcia mięśniowego.
- Wzmożone uwalnianie tlenku azotu odgrywa mniejszą rolę w przekrwieniu roboczym w obrębie mikrokrążenia.
  - Tlenek azotu uwalnia się ze śródbłonka tętniczek o średnicy co najmniej 50 μm lub większej, a nie w naczyniach mikrokrążenia.
  - NO jest czynnikiem tonicznie rozszerzającym tętnice, ale w spoczynku.
  - Tym niemniej, uwalnianie tlenku azotu z komórek śródbłonka większych tętnic wspomaga przekrwienie robocze.
  - Przyspieszenie prądu krwi w tętnicach zaopatrujących pracujące mięśnie zwiększa bowiem napięcie ścinające, uwalnia NO i powoduje rozszerzenie tętnicy.
  - Dzięki temu krew kieruje się do tętnic zaopatrujących pracujące mięśnie kosztem przepływu w tętnicach zaopatrujących mięśnie nie pracujące.
  - Rozszerzenie wstępujące większych tętnic, nie kontaktujących się bezpośrednio z metabolitami pracujących mięśni zależy m.in. od NO.
  - Jest ono sprzężeniem zwrotnym kierującym krew do tych obszarów, które mają wzmożone zapotrzebowanie na tlen i na substraty energetyczne.
  - Pewnym magazynem NO jest mioglobina.
    - Odtlenowanie mioglobiny, podobnie jak oksyhemoglobiny, powoduje uwalnianie NO i sprzyja rozszerzaniu naczyń.
Podczas przekrwienia roboczego zwiększa się aktywność włókien współczulnych.
- Nie zwężają one jednak naczyń w pracujących mięśniach, ponieważ zapobiega temu efekt sympatykolityczny i adrenolityczny skurczu mięśni: uwalnianie noradrenaliny hamowane jest przez adenozynę działającą przez receptor presynaptyczny A2.
- Także tlenek azotu hamuje uwalnianie noradrenaliny.
W trzeciej, poskurczowej fazie intensywnego wysiłku zwiększony przepływ krwi utrzymuje się jeszcze przez wiele minut.
- Zależy on od powolnego tempa wypłukiwania metabolitów i powolnego zmniejszania ich stężenia w miarę spłacania długu tlenowego.
- Utrzymuje się zwiększone wytwarzanie prostaglandyn, zwłaszcza prostacykliny i uwalnia się tlenek azotu z komórek śródbłonka większych tętnic.
- Efekt ten powoduje napięcie ścinające wytwarzane przez szybki prąd krwi oraz zwiększenie wrażliwości receptora acetylocholinowego M, utrzymujące się długo po pracy mięśniowej.

Szybkie reakcje i odruchy

Wzrost ciśnienia tętniczego wywołuje reakcję układu baroreceptorów hamującą aktywność współczulną i pobudzającą aktywność nerwu błędnego ośrodka naczynioruchowego w pniu mózgu, co powoduje:

zmniejszenie stymulacji współczulnej tętniczek i w następstwie spadek oporu obwodowego
zmniejszenie stymulacji współczulnej żył i w następstwie spadek ciśnienia napełniania komór serca
zmniejszenie stymulacji współczulnej serca, a w następstwie spadek częstotliwości rytmu serca i zmniejszenie, kurczliwości mięśnia sercowego
zwiększenie stymulacji przywspółczulnej serca, a w następstwie spadek częstotliwości rytmu serca i zmniejszenie kurczliwości
niewielkie zmiany w wydzielaniu hormonu antydiuretycznego (ADH)
1. w prawidłowych warunkach baroreceptory tonicznie hamują wydzielanie ADH
2. podczas hipopotonii zmniejsza się toniczna stymulacja, co prowadzi do zwiększenia uwalniania ADH
3. w przypadkach ciężkiej hipotonii istotne (i szybkie) staje się działanie naczynioskurczowe ADH
4. przeciwdiuretyczne działanie ADH jest reakcją wolniejszą; nie ma znaczenia dla szybkich mechanizmów sprzężenia zwrotnego

Chemoreceptory również oddziałują na ośrodek naczynioruchowy, są jednak wrażliwe nie tylko na ciśnienie tętnicze, lecz również na ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla.

Spadek ciśnienia tętniczego, spadek ciśnienia parcjalnego tlenu lub wzrost ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla powoduje:

zwiększenie stymulacji współczulnej tętniczek mięśni szkieletowych
zwiększenie napięcia nerwu błędnego, prowadzące do zwolnienia akcji serca

Ośrodkowy układ nerwowy rejestruje niedotlenienie lub wzrost ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla w dużej mierze w ten sam sposób, co chemoreceptory, i różnymi drogami może wpływać na ośrodek naczynioruchowy.

Reakcje o pośrednim czasie trwania (minuty-godziny)

Układ renina-angiotensyna
1. baroreceptor tętniczki doprowadzającej - jego pobudzenie powoduje uwolnienie reniny z aparatu przykłębkowego
2. mechanizm plamki gęstej – wydzielanie reniny zmienia się przeciwnie do stężenia jonu chlorkowego w kanalikach dystalnych nefronu
3. wzrost aktywności nerkowych nerwów współczulnych zwiększa uwalnianie reniny (przez receptor β) i często towarzyszy wzmożonemu pobudzeniu współczulnemu z innych pętli sprzężenia zwrotnego
4. renina przekształca angiotensynogen (wytwarzany w wątrobie) w angiotensynę
5. angiotensyna I zostaje przekształcona w angiotensynę II przez konwertazę angiotensyny (ACE; wytwarzana w śródbłonku naczyń płucnych)
6. Angiotensyna II:
  - silnie kurczy naczynia (działa od kilku minut do godzin)
  - pobudza wytwarzanie aldosteronu w nadnerczach (w ciągu następnych kilku godzin), aldosteron zaś powoduje retencję sodu, prowadząc do zwiększenia wolemii
Wazopresyna (ADH)
1. wydzielanie ADH wzrasta w odpowiedzi na zmniejszenie objętości krwi, spowodowane zmniejszeniem tonicznego hamowania podwzgórza poprzez baroreceptory - wzrost ciśnienia tętniczego powoduje zmniejszenie wydzielania ADH
2. zwiększone wydzielanie ADH następuje w odpowiedzi zarówno na wzrost osmolalności osocza, jak i zmniejszenie objętości wewnątrznaczyniowej, jednak reakcja na wzrastającą osmolalność zachodzi szybciej, natomiast reakcja na obniżone ciśnienie (objętość) krwi jest większa
3. ADH powoduje zatrzymywanie wody w cewce zbiorczej nefronu.
Filtracja włośniczkowa

Przy wyższych wartościach ciśnienia tętniczego pewna ilość płynu przesiąka przez włośniczki do przestrzeni śródmiąższowej, co prowadzi do zmniejszenia objętości krwi

Mechanizmy długo działające (dni-tygodnie)

Nerkowa regulacja przestrzeni płynowych ustroju (godziny - dni):

wzrost ciśnienia tętniczego prowadzi bezpośrednio do zwiększonego wydalania sodu i wody (diureza ciśnieniowa)
ADH bierze udział w reakcji natychmiastowej na ciężką hipotonię - kurcząc naczynia, w reakcji o pośrednim czasie trwania - utrzymując objętość krwi, a także w reakcji długo- trwałej - zatrzymując wodę tak długo, jak długo utrzymuje się hipotonia

Fizjologia układu krążenia 3 regulacja 11