Regulace krevního oběhu

Úvod Slidy z přednášky Vzhledem k autorským právům nebylo možno v této veřejně šířené verzi zachovat obrazovou dokumentaci, která byla součástí přednášky. Uvítám jakékoliv připomínky, nejasnosti se pokusím osvětlit a dotazy zodpovědět, to vše na mailu: yamamoto@lf3.cuni.cz. © 2005, doc. RNDr. Anna Yamamotová, CSc.

Řízení krevního tlaku: přehled mechanizmů krátkodobé Baroreflex srdce cévní odpor & poddajnost objem krve Hypertrofie Angiotensin II Vazopresin NO ANP Endotelin Sympatický nervový systém Příjem tekutin Renální exkrece Příjem Na dlouhodobé In short-term regulation we are concerned mostly with short-term effects on the heart and peripheral vascular phenomena like resistance and compliance. The baroreflex dominates. CLICK to bring on Blood Volume In long-term regulation We are still concerned with the heart and peripheral vasculature, But also with blood volume The reason is that blood volume affects venous pressure and Venous pressure affects preload And cardiac preload affects cardiac function CLICK to bring on hypertrophy Long-term considerations of cardiac function involve mostly the area of hypertrophy And that will be the subject of another lecture. I’m going to look at the other 2 here. CLICK to bring on angiotensin II etc. Factors that influence vascular smooth muscle and, therefore, resistance and compliance of blood vessels are angiotensin II, vasopressin and so on. CLICK to bring on drinking etc. Factors that influence blood volume relate to Drinking, renal excretion and so on NEXT

Regulace cévního tonu Vazodilatace Vazokonstrikce Stimulací tvorby cGMP Stimulací tvorby cAMP Inhibicí tvorby cAMP Stimulací tvorby IP3 NO ANP adenosin A2 histamin H2 adrenalin b2 VIP serotonin adrenalin a2 angiotensin II adrenalin a1 vazopresin cGMP a cAMP v hladkém svalu stimuluje Ca2+ pumpu sarkoplazmatického retikula pokles koncentrace Ca2+ v buňce Pomalejší „odklízení“ Ca2+ IP3 uvolňuje Ca2+ ze sarkoplazma-tického retikula

Regulace krevního průtoku: přehled Myogenní autoregulace Napětí cévní stěny aktivuje kationtové kanály - depolarizace - vazokonstrikce Metabolická Produkty metabolizmu vyvolávají vazodilataci „shear“ dependentní Vazodilatace zprostředkovaná působením NO, který se tvoří v cévním endotelu nervová Sympatické vazokonstrikční nervy ve většině tkání Parasympatické vazodilatační nervy v sekrečních a spongiformních tkáních humorální Vazokonstrikční účinek angiotensinu II, noradrenalinu, vazopresinu, serotoninu Vazodilatační účinek ANP, histaminu, mediátorů zánětu

Myogennní autoregulace Při zvýšení tlaku v cévě reagují arterioly na zvýšené napětí cévní stěny kontrakcí (mozek, ledviny, srdce) Mechanizmus protažením aktivovatelnéné Na+ a Ca2+ kanály hladké svaloviny cévy depolarizace membrány aktivace L-typu Ca2+ kanálů svalová kontrakce

Metabolická regulace Adenosin pO2 pCO2 Vyvolává vazodilataci (kromě ledvin a pulmonální artérie) Aktivace adenosinových A2A membránových receptorů – stimulace tvorby cAMP pO2 Snížení pO2 zvyšuje tvorbu látek s vazodilatačními účinky (PGI2 and NO) pCO2 Zvýšení pCO2 zvyšuje H+ v extracelulární tekutině acidóza vyvolává hyperpolarizaci membrány (K+) – vazodilatace (neuplatňuje se v plicích)

„Shear“-dependentní regulace Endoteliální buňka reaguje na řadu fyziologických podnětů tvorbou látek, které ovlivňují svalovou buňku cévní stěny Protažení Střižné napětí vyvolané tokem krve Hladiny hormonů Látky uvolněné z krevních elementů (trombocyty, makrofágy) syntéza NO and PGI2 (vazodilatace)

Syntéza oxidu dusnatého Střižné napětí (shear stress) a řada agonistů vážících se na receptory zvyšuje koncentraci [Ca++] ve cévním endotelu, Ca++ se váže na kalmodulin - tvorbou Ca++-kalmodulinového komplexu je aktivována endotheliální nitric- oxid syntáza (eNOS). NO se tvoří z aminokyseliny L-argininu NO je plyn, který difunduje do buněk hladké svaloviny, kde aktivuje solubilní guanylátcyklázu, tvoří se cGMP a vyvolává vazodilataci

Nervová regulace Sympatický nervový systém Vazokonstrikční nervy – mediátor noradrenalin - a1 adrenoreceptory zvýšení Ca++ prostřednictvím aktivace systému fosfolipázy C s následnou tvorbou IP3 Parasympatický nervový systém V tkáních, které si vyžadují náhlé zvýšení krevního průtoku (slinné žlázy, vnější pohlavní orgány) Mediátor acetylcholin má nepřímý účinek inhibicí uvolňování noradrenalinu produkcí NO

Hormonální regulace Renin-angiotensin, vazopresin, ANP Adrenalin (epinefrin) Vyšší afinita k b-adrenergním receptorům (srdce, splanchnická oblast, kosterní svalstvo) – vazodilatace – stimulace tvorby cAMP Menší afinita k a-adrenergním receptorům (vazokonstrikce) – pokles tvorby cAMP, tvorba IP3 Serotonin Uvolňován z krevních destiček při zástavě krvácení, zvýšení Ca2+ vyvolá vazokonstrikci Histamin Vazodilatační efekt zprostředkovaný tvorbou NO

Chemoreceptory glomus caroticum a oblouku aorty Chemoreceptory – vysoká spotřeba O2 , citlivě reagují na pokles pO2 Aferentace do kardiovaskulárních center v prodloužené míše – zvýší se působení sympatiku na srdce a cévy – zvýší se krevní tlak a dodávka O2 Chemoreceptory jsou také citlivé na pCO2 a pH, ale v porovnání se změnou pO2 je reflexní odpověď mnohem slabší

Baroreceptory Mechanoreceptory – citlivé na tlak a protažení Receptory v karotickém sinu reagují při nižších tlacích Receptory v oblouku aorty reagují při vyšších tlacích Nejvíce reagují na změnu tlaku Reagují změnou membránového potenciálu, depolarizace – akční potenciál Vzestup TK zvyšuje frekvenci generovaných akčních potenciálů v aferentních nervech U chronické hypertenze není citlivost baroreceptorů snížená, ale regulace probíhá na jiné úrovni

BAROREFLEX Rychlá regulace – zprostředkovaná změnou aktivity sympatického a parasympatického nervového systému Baroreceptory – Sinus caroticum – (reagují na změny arteriálního tlaku) – aferentní vlákna IX. hlavový nerv n. glossopharyngeus Arcus aortae – (reagují na nárůst arteriálního tlaku) – aferentní vlákna X. hlavový nerv n. vagus Kardiovaskulární vazomotorická centra v mozkovém kmeni

Kardiovaskulární centra v mozkovém kmeni Lokalizovaná v retikulární formaci prodloužené míchy a dolní 1/3 mostu Informace přicházejí IX. a X. nervem je integrována nucleus tractus solitarius a předávána do Kardioinhibičního centra – nc. ambiguus (PNS) – n. vagus – SA uzel – zpomalení tepové frekvence Kardioexcitačního centra – SNS – SA uzel (zvýšení tepové frekvence, rychlosti vedení přes AV uzel, kontraktility) Vazomotorického centra – SNS – vazokonstrikce arteriol a venul

Oblasti CNS regulující krevní oběh Area postrema Rostrální ventrolaterální prodloužená mícha Nucleus tractus solitarius Nucleus ambiguus Kaudální ventrolaterální prodloužená mícha

Centrální chemoreceptory Chemoreceptory v prodloužené míše nejcitlivěji reagují na pCO2 a pH, na změny pO2 jsou méně citlivé Reflexní řízení při sníženém průtoku krve mozkem: zvýšení pCO2 a pokles pH aktivuje chemoreceptory Nárůst aktivity jak sympatiku, tak i parasympatiku Zvýšní kontraktility, zvýšení periferního odporu, ale snížení tepové frekvence (převládající vliv parasympatiku) Intenzivní arteriolární vazokonstrikce přesměruje krev přednostně do mozku

Řízení arteriálního tlaku TK (mmHg) = srdeční výdej (SV ml/min) x celkový periferní odpor (TPR mmHg/ml/min) SV = tepový objem (TO) x tepová frekvence (TF) Srdeční výdej a periferní odpor nejsou nezávislé proměnné Když se zvýší TRP, srdeční výdej se kompenzačně snižuje Regulace TK – porovnávání TK se „set-pointem“ (100 mm Hg) Krátkodobá regulace – řízená nervově - baroreflex Dlouhodobá regulace – řízená hormonálně

Aktivita sympatického nervu a TK Pokles tlaku je následován vzestupem aktivity v sympatickém nervu vazokonstrikce cév zvýší TK

KEC – kardioexcitační centrum, VMC – vazomotorické centrum vzestup TK aktivace baroreceptorů nárůst aktivity IX., X. n. kardioinhibiční centrum pokles tepové frekvence aktivace parasymp. nárůst aktivity nc. ambiguus snížení aktivity KEC VMC stimulace NTS snížení TF a kontraktility utlumení sympatiku vazodilatace KEC – kardioexcitační centrum, VMC – vazomotorické centrum

Odhad barorecepční citlivosti Barorecepční citlivost = PI/SBP (ms/mmHg) Udává, o kolik ms se prodlouží srdeční cyklus, když se tlak zvýší o 1 mmHg

Vztah barorecepční citlivosti a hypercholesterolemie Osoby s vyšší hladinou LDL cholesterolu mají sníženou citlivost baroreceptorů Koskinen et al. 1995

Ortostatická reakce Mechanizmus ortostatické hypotenze Při změně polohy těla z leže do stoje (ortostáza) se krev hromadí ve venózním řečišti dolních končetin Přechodný uzávěr venózních chlopní pokračující přítok krve Venózní návrat se snižuje, klesá tepový objem (ze 70 ml na 45 ml), klesá srdeční výdej (Frank-Starlingův mechanizmus) Střední arteriální klesá Snížená aktivace baroreceptorů Snížená aferentní aktivita v ncl. tractus solitarius – snížená aktivita n. vagus – vzestup TF Zvýšená sympatická stimulace – zvýšení srdečního výdeje

Systém renin - angiotensin II - aldosteron Reguluje krevní tlak řízením objemu krve Pokles TK – pokles renálního perfuzního tlaku Mechanoreceptory v aferentních arteriolách Juxtaglomerulární buňky uvolňují renin (proteolytický enzym) V plazmě renin katalyzuje přeměnu angiotensinogenu na angiotensin I (dekapeptid) V plicích je angiotensin I konvertován na angiotensin II (oktapeptid) katalyzovaný angiotenzin konvertujícím enzymem (ACE) Použití inhibitorů ACE při léčbě hypertenze

Úloha angiotensinu II V buňkách zona glomerulosa kůry nadledvin stimuluje tvorbu aldosteronu Aldosteron: v distálních tubulech ledvin a ve sběracích kanálcích zvyšuje reabsorpci Na+ – zvýšení objemu ECT a objemu krve V arteriolách vyvolává vazokonstrikci – zvýšení periferního odporu V proximálních tubulech ledvin stimuluje Na+-H+ výměnu – zvýšení objemu ECT V CNS vyvolává pocit žízně (dipsogenní účinek) a ovlivňuje příjem tekutin

Antidiuretický hormon Tvořený v hypotalamu, uvolňovaný zadním lalokem hypofýzy při nárůstu osmolarity (jsou stimulovány centrální osmoreceptory) Poklesu krevního tlaku (např. krvácení), jsou stimulovány atriální volumoreceptory) Regulace osmolarity tělních tekutin 2 typy vazopresinových receptorů: V1: v hladké svalovině cév – vyvolává vazokonstrikci arteriol, zvyšuje celkový periferní odpor V2: v ledvinových sběracích kanálcích, zvýšení reabsorpce vody, regulace osmolarity

Atriální natriuretický peptid ANP se uvolňuje z buněk myokardu síní v odpověd na mechanické roztažení síní při zvýšení objemu ECT a nárůstu atriálního tlaku Mechanizmus účinku: Relaxace cévní hladké svaloviny – vazodilatace, pokles periferního odporu V ledvinách – zvýšená exkrece Na+ a vody = snížení objemu ECT a krevního tlaku

Zvláštnosti krevního oběhu v některých orgánech Plícemi proteče stejné množství krve jako velkým oběhem, průtok krve plícemi je stejný jako srdeční výdej Ledviny, GIT, kosterní svaly – 25% srdečního výdeje Rozdíly v cévním odporu Rozdíly v metabolických požadavcích Lokální mechanizmy řízení (vnitřní) Hormonální mechanizmy řízení (vnější)

Krevní oběh mozkem 15 % klidového srdečního výdeje Velká spotřeba kyslíku mozek - 2% tělesné hmotnosti spotřebuje 20% celkové spotřeby kyslíku, víc šedá hmota, citlivá na hypoxii Uplatňují se především metabolické mechanizmy Vzestup pCO2 (H+) – hyperkapnie - vazodilatační účinky CO2 difunduje do buněk cév, kde se tvoří H2 CO3 (H+) Intracelulární H+vyvolává vazodilataci Zvýšeným průtokem krve se odstraní přebytek CO2 Hypokapnie –(při hyperventilaci) – vazokonstrikce - mdloby Lokální pokles pO2 zvyšuje průtok krve mozkem Mnoho látek s vazoaktivními účinky mozkovou cirkulaci neovlivňuje, protože neprochází HEB Málo a adrenergních receptorů

Koronární cirkulace 5 % srdečního výdeje Lokální metabolické faktory Hypoxie: zvýšená kontraktilita myokardu – zvýšená spotřeba O2 – lokální hypoxie Hypoxie vyvolá vazodilataci koronárních arteriol – kompenzačně se zvýší průtok krve a přísun O2 Adenosin (vzniká defosforylací z ATP) působí vazodilatačně Mechanické stlačení cév při srdeční systole – krátkodobá okluze a omezení průtoku krve Při vysoké TF se zkracuje trvání diastoly a proto se ještě víc omezuje průtok krve srdcem

Plicní krevní oběh 100% srdečního výdeje proteče plicním oběhem Nízkotlakové řečiště, nízký cévní odpor arteria pulmonalis (střední tlak 13 mmHg) plicní kapiláry (6.5 mmHg) Řízení lokálními metabolity, především pO2 pod 70 mmHg, norma 100 mmHg Opačný účinek než v jiných tkáních – hypoxie vyvolává vazokonstrikci Mechanizmus – inhibice tvorby NO v endoteliálních buňkách cévní stěny Význam - redistribuce krve ze špatně ventilované oblasti do lépe ventilované části plic

Průtok krve ledvinami 25 % srdečního výdeje Glomerulární řečiště – vysokotlaké (filtrace) 60 mmHg Konstrikce vas afferens – pokles tlaku v glomerulu Konstrikce vas efferens – zvýšení tlaku v glomerulu Peritubulární řečiště – nízkotlaké (reabsorpce) 15 mmHg Autoregulace renálního průtoku Průtok krve ledvinou je konstantní v širokém rozmezí tlaků (80-180 mmHg) Angiotensin II – vazokonstrikční účinky na obou arteriolách, ale efferentní je více citlivá Prostaglandin (E2, I2 – lokálně tvořené) – vazodilatační účinky na obě arterioly autoregulace je nezávislá na sympatiku (transplantace ledvin) Tonus sympatiku roste při bolesti a při anestezii – vazokonstrikce, pokles průtoku krve i glomerulární filtrace

Krevní oběh kosterním svalem 25 % klidového srdečního výdeje (stoupá až na 90% při maximální práci) Sympatická inervace V klidu: aktivace a1 adrenergních receptorů (noradrenalin) vyvolává vazokonstrikci, zvyšuje cévní odpor a snižuje průtok krve aktivace b2 adrenergních receptorů (adrenalin) vyvolává vazodilataci Lokální metabolity Při cvičení: vazodilatační účinky – laktát, adenosin, K+

Krevní oběh kůží 5 % klidového srdečního výdeje hustá sympatická inervace – regulace průtoku krve kůží je podřízena udržování teploty tělesného jádra (řízeno z hypotalamu) Arteriovenózní anastomózy – dovolují obcházet kapilární řečiště Zvýšení tělesné teploty – pokles tonu sympatiku inervujícího A-V anastomózy, pokles vazomotorického tonu, zvýšený průtok krve kůží – ztráta tepla Lokální humorální faktory Vazodilatační: histamin, bradykinin Vazokonstrikční: serotonin

srdcem mozkem kosterním svalem kůží - plícemi ledvinou Oběh krve Metabolická regulace Regulace sympatickým NS Mechanické účinky srdcem hypoxie adenosin nejméně významná komprese cév při systole mozkem pCO2 H+ vzestup intrakraniálního tlaku snižuje CBF kosterním svalem při cvičení laktát K+ v klidu a vazokonstrikce b vazodilatace během kontrakce průtok klesá tetanus - 0 kůží - plícemi hypoxie vazokonstrikce rozpětí plic ledvinou myogenní hormonální