Václav Hampl
Ústav fysiologie Druhé lékařské fakulty University Karlovy
Pokud byste chtěli větší kusy tohoto textu někde použít, nejdřív se mě prosím prosím zeptejte.
Vyhledávání v tomto dokumentu:
Plíce zásobují prostřednictvím krve kyslíkem všechny ostatní orgány. Proto mají z hlediska krevního oběhu jedinečné postavení. Zatímco každý ze systémových orgánů přijímá větší nebo menší část srdečního výdeje, plícemi protéká srdeční výdej celý. Odlišný je i způsob regulace. Ve velkém oběhu se průtok krve dělí mezi jednotlivé orgány vazomotorikou řízenou vegetativním nervovým systémem. V plicním oběhu není meziorgánová distribuce krve možná. V zájmu optimálního okysličení krve je však nezbytné perfundovat přednostně dobře ventilované alveoly a omezit průtok tam, kde je ventilace nedokonalá. Hlavním způsobem regulace plicního oběhu je proto vazokonstrikce, která není vyvolaná nervovým systémem, nýbrž lokálním působením hypoxie. Tato hypoxická plicní vazokonstrikce (HPV) je jednou z hlavních vlastností odlišujících plicní cévy od cév systémových. Ty totiž odpovídají na hypoxii vazodilatací (Obr. 1-1A).
Od konce minulého století je známo, že se při asfyxii zvyšuje tlak krve v plícnici [3]. Plumier [4] zjistil v roce 1904, že vlastním podnetem je hypoxie plic. Přesto jsou za objevitele HPV považováni až von Euler a Liljestrand [5]. V roce 1946 totiž ukázali, že na zvýšení tlaku v plícnici při hypoxii nemá vliv denervace plic a že jde o aktivní vazokonstrikci a ne o pasivní důsledek zvýšeného průtoku krve plícemi či zvýšení tlaku v levé síni. Důležitá je zejména jejich stále platná interpretace funkčního významu HPV. Jejich závěry potvrdil Nisell [6] vyvoláním HPV v izolovaných plicích kočky perfundovaných konstantním průtokem.
Při katetrizaci plícnice byl růst tlaku v plícnici při dýchání hypoxické směsi prokázán u intaktních zvířat [7, 8, 9] i u lidí [10]. Jinou možností sledování HPV je vystavit hypoxii pouze jedno plicní křídlo a přitom bránit přílišné hypoxémii ventilací druhé plíce hyperoxickou směsí. Pak lze měřit snížení průtoku hypoxickou plící ve prospěch plíce kontralaterální [11, 12, 13, 14]. Pro poznání mechanismu HPV je však třeba méně komplexního modelu. Běžně používaným preparátem jsou izolované perfundované plíce nebo plicní lalok za podmínek buď konstantního průtoku [6, 15, 16, 17, 18] nebo stálého tlaku [19, 18]. V prvním případě při HPV roste perfúzní tlak (Obr. 1-1), ve druhém klesá průtok.
Snaha o vyvolání hypoxické konstrikce izolovaných cév in vitro byla dlouho bez úspěchu [20, 21]. Úplná anoxie vede sice ke stahu izolovaných plicních artérií, ale ta má asi málo společného s HPV. Chybí totiž pro HPV typická závislost na stupni hypoxie [22]. Navíc se stejně (na rozdíl od situace in vivo) chovají i artérie systémové. Až v roce 1985 se J. Maddenové, D. Harderovi a C. Dawsonovi podařilo vyvolat v izolovaných plicních artériích in vitro hypoxické stahy, jejichž síla závisela na stupni hypoxie [23, 24] a stejně jako HPV na vstupu Ca2+ do buněk [23]. Tyto pokusy jsou považovány za první úspěšné vyvolání HPV v izolovaných cévách [25]. Tyto technicky velmi obtížné pokusy byly později nezávisle zopakovány [26, 27] (Obr. 2-1). Skupině Dr. Maddenové se také poprvé podařilo vyvolat hypoxickou kontrakci cévního hladkého svalu izolovaneho z periferních plicních arteriol a kultivovaného in vitro [28].
Plicní vazokonstrikce začíná po několika desítkách sekund až po několika minutách trvání hypoxie [29] a maxima dosahuje během 5-15 minut (Obr. 1-1A a 2-1). Při silné hypoxii může vazokonstrikce po dosažení maxima poněkud ochabnout [30, 31, 17, 32]. Při mírnější hypoxii zustává plicní cévní odpor zvýšen stále stejně po několik hodin [30, 33, 34, 35]. In vivo může ovšem tlak v plícnici jestě poněkud stoupat v důsledku rostoucího srdečního výdeje [35]. Po ukončení akutní hypoxie vazokonstrikce ihned rychle ustupuje (Obr. 1-1A).
Velikost plicní vazokonstrikce závisí na stupni hypoxie [36, 12, 13, 19, 37, 38, 31, 24, 39, 14] (Obr. 1-1B). Průbeh této závislosti je esovitý s prahem při hodnotě parciálního tlaku kyslíku (PO2) kolem 80 az 100 Torr (1 Torr = 0.133 kPa), se strmou částí mezi PO2 = 40-80 Torr a s oploštěním (případně i poklesem) kolem PO2 = 20 Torr. Tyto hodnoty ovšem do značné míry závisí na použité metodice [18].
Většina fyziologických dějů je tlumena nedostatkem kyslíku, hlavně asi v důsledku snížené dostupnosti energie. Kontrakce hladkého svalu plicních cév hypoxií tvoří jednu z mála výjimek z tohoto pravidla. Další výjimky souvisí, podobně jako HPV, se zásobováním organismu kyslíkem. Jedná se o stimulaci krvetvorby a ventilace nedostatkem kyslíku. Zajímavá je vzájemná podobnost závislosti tvorby erytropoetinu [40], objemu červených krvinek [41], aktivity karotických tělísek [42], plicní ventilace [43] a tlaku v plícnici na stupni hypoxie (Obr. 3-1). Všechny tyto závislosti se podobají disociační křivce hemoglobinu pro kyslík [44].
HPV je velmi labilní. Mohou ji snadno oslabit anebo i zrušit nevhodné pokusné podmínky či špatný stav pokusného zvírete [42, 48].
Z metodického hlediska je důležitou vlastností HPV nestálost její velikosti při opakování hypoxického podnětu. V izolovaných plicích laboratorního potkana perfundovaných krví bylo pozorováno progresivní zesilování HPV během několika prvních opakování stejného podnětu [16, 49, 50]. S dalším opakováním se síla HPV po nějakou dobu nemění a nakonec (cca po 2 hodinách) začne slábnout. Podobně u psů roste HPV během prvních opakování [30, 33, 51, 52, 53, 54]. U psů byl ovšem pozorován i opak: nezměněná [55] nebo i klesající [56] HPV během několika prvních opakování. HPV neměnící se během 7 opakování v průbehu 90 minut byla popsána také u králíka [58]. U lidí v celkové anestézii je podle Bindsleva a spolupracovníků [57] síla tří po sobě jdoucích odpovědí na akutní hypoxii nezměněná.
Chceme-li tedy srovnávat velikost odpovědí jednoho preparátu na různé hypoxické podněty, je důležité, aby odpovědi nebyly ovlivňovány počtem opakování. Proto je obvyklé v takových situacích nejprve vyvolat 2-3 odpovědi, jejichž velikost není nutno brát v úvahu, a pak teprve zahájit vlastní měření.
1. Hampl V, Weir EK, Archer SL: Endothelium-derived nitric oxide is less important for basal tone regulation in the pulmonary than the renal vessels of adult rat. J Vasc Med Biol 1994; 5: 22-30.
2. Hampl V, Herget J: Acute pneumonia reversibly inhibits hypoxic vasoconstriction in isolated rat lungs. Physiol Res 1992; 41: 147-150.
3. Bradford JR, Dean HP: The pulmonary circulation. J Physiol 1894; 16: 34-96.
4. Plumier L: La circulation pulmonaire chez le chien. Arch intern physiol 1904; 1: 176-213.
5. von Euler US, Liljestrand G: Observations on the pulmonary arterial blood pressure in the cat. Acta Physiol Scand 1946; 12: 301-320.
6. Nisell O: Effects of oxygen and carbon dioxide on the circulation of isolated and perfused lungs of the cat. Acta Physiol Scand 1949; 16: 121-127.
7. Kuida H, Brown AM, Thorne JL, Lange RL, Hecht HH: Pulmonary vascular response to acute hypoxia in normal, unanesthetized calves. Am J Physiol 1962; 203: 391-396.
8. Thilenius OG, Hoffer PB, Fitzgerald RS, Perkins JF: Response of pulmonary circulation of resting, unanesthetized dogs to acute hypoxia. Am J Physiol 1964; 206: 867-874.
9. Stanbrook HS, Morris KG, McMurtry IF: Prevention and reversal of hypoxic pulmonary hypertension by calcium antagonists. Am Rev Respir Dis 1984; 130: 81-85.
10. Motley HL, Cournand A, Werko L, Himmelstein A, Dresdale D: Influence of short periods of induced acute anoxia upon pulmonary artery pressures in man. Am J Physiol 1947; 150: 315-320.
11. Lanari-Zubiar FJ, Hamilton WF: Effect of unilateral anoxia on pulmonary circulation. Circ Res 1958; 6: 289-293.
12. Barer GR, Howard P, Shaw JW: Stimulus-response curves for the pulmonary vascular bed to hypoxia and hypercapnia. J Physiol 1970; 211: 139-155.
13. Durand J, Ladurie ML, Ranson-Bitker B: Effects of hypoxia and hypercapnia on the repartition of pulmonary blood flow in supine subjects. In: Widimsky J, Daum S, Herzog H, Eds. Pulmonary Circulation. Basel, Karger, 1970; 156-165. (Herzog H, ed. Progress in Respiration Research; vol 5).
14. Hambraeusjonzon K, Bindslev L, Mellgard AJ, Hedenstierna G: Hypoxic pulmonary vasoconstriction in human lungs: a stimulus-response study. Anesthesiology 1997; 86: 308-315.
15. Hall PW: Effects of anoxia on postarteriolar pulmonary vascular resistance. Circ Res 1953; 1: 238-241.
16. Hauge A: Conditions governing the pressor response to ventilation hypoxia in isolated perfused rat lungs. Acta Physiol Scand 1968; 72: 33-44.
17. Peake MD, Harabin AL, Brennan NJ, Sylvester JT: Steady-state vascular responses to graded hypoxia in isolated lungs of five species. J Appl Physiol 1981; 51: 1214-1219.
18. Suggett AJ, Mohammed FH, Barer GR, Twelves C, Bee D: Quantitative significance of hypoxic vasoconstriction in the ferret lung. Respir Physiol 1981; 46: 89-104.
19. Howard P, Barer GR, Thompson B, Warren PM, Abbott CJ, Mungall IPF: Factors causing and reversing vasoconstriction in unventilated lung. Respir Physiol 1975; 24: 325-345.
20. Souhrada JF, Dickey DW: Mechanical response of pulmonary artery under aerobic and hypoxic conditions. J Appl Physiol 1977; 42: 438-443.
21. Ohe M, Mimata T, Haneda T, Takishima T: Time course of pulmonary vasoconstriction with repeated hypoxia and glucose depletion. Respir Physiol 1986; 63: 177-186.
22. DeMey JG, Vanhoutte PM: Contribution of the endothelium to the response to anoxia in the canine femoral artery. Arch Int Pharmacodyn Ther 1981; 253: 325-326.
23. Harder DR, Madden JA, Dawson C: Hypoxic induction of Ca2+-dependent action potentials in small pulmonary arteries of the cat. J Appl Physiol 1985; 59: 1389-1393.
24. Madden JA, Dawson CA, Harder DR: Hypoxia-induced activation in small isolated pulmonary arteries from the cat. J Appl Physiol 1985; 59: 113-118.
25. McMurtry IF, Raffestin B: Potential mechanisms of hypoxic pulmonary vasoconstriction. The pulmonary circulation in health and disease 1987: 455-468.
26. Leach RM, Robertson TP, Twort CHC, Ward JPT: Hypoxic vasoconstriction in rat pulmonary and mesenteric arteries. Am J Physiol 1994; 266: L223-L231.
27. Archer SL, Huang JMC, Reeve HL, Hampl V, Tolarová S, Michelakis E, Weir EK: Differential distribution of electrophysiologically distinct myocytes in conduit and resistance arteries determines their response to nitric oxide and hypoxia. Circ Res 1996; 78: 431-442. (abstrakt)
28. Madden JA, Vadula MS, Kurup VP: Effects of hypoxia and other vasoactive agents on pulmonary and cerebral artery smooth muscle cells. Am J Physiol 1992; 263: L384-L393.
29. Jensen KS, Micco AJ, Czartolomna J, Latham L, Voelkel NF: Rapid onset of hypoxic vasoconstriction in isolated lungs. J Appl Physiol 1992; 72: 2018-2023.
30. Lloyd T: Effect of alveolar hypoxia on pulmonary vascular resistance. J Appl Physiol 1964; 19: 1086-1094.
31. Sylvester JT, Harabin AL, Peake MD, Frank RS: Vasodilator and constrictor responses to hypoxia in isolated pig lungs. J Appl Physiol 1980; 49: 820-825.
32. Stanbrook HS, McMurtry IF: Inhibition of glycolysis potentiates hypoxic vasoconstriction in rat lungs. J Appl Physiol 1983; 55: 1467-1473.
33. Unger M, Atkins M, Briscoe WA, King TKC: Potentiation of pulmonary vasoconstrictor response with repeated intermittent hypoxia. J Appl Physiol 1977; 43: 662-667.
34. Domino KB, Chen L, Alexander CM, Williams JJ, Marshall C, Marshall BE: Time course and responses of sustained hypoxic pulmonary vasoconstriction in the dog. Anesthesiology 1984; 60: 562-566.
35. Carlsson ?J, Bindslev L, Santesson J, Gottlieb I, Hedenstierna G: Hypoxic pulmonary vasoconstriction in the human lung: the effect of prolonged unilateral hypoxic challenge during anaesthesia. Acta Anaesthesiol Scand 1985; 29: 346-351.
36. Barer GR: Reactivity of the vessels of collapsed and ventilated lungs to drugs and hypoxia. Circ Res 1966; 18: 366-378.
37. Lewis AB, Heymann MA, Rudolph AM: Gestational changes in pulmonary vascular responses in fetal lambs in utero. Circ Res 1976; 39: 536-541.
38. McMurtry IF, Petrun MD, Reeves JT: Lungs from chronically hypoxic rats have decreased pressor response to acute hypoxia. Am J Physiol 1978; 235: H104-H109.
39. Brimioulle S, Lejeune P, Naeije R: Effects of hypoxic pulmonary vasoconstriction on pulmonary gas exchange. J Appl Physiol 1996; 81: 1535-1543.
40. Bauer C, Kurtz A: Oxygen sensing in the kidney and its relation to erythropoietin production. Annu Rev Physiol 1989; 51: 845-856.
41. Weil JV, Jamieson G, Brown DW, Grover RF, Balchum OJ, Murray JF: Red cell mass-arterial oxygen relationship in normal man. J Clin Invest 1968; 47: 1627.
42. Barer GR: The physiology of the pulmonary circulation and methods of study. Pharmacol Ther 1976; 2: 247-273.
43. Weil JV, Byrne-Quinn E, Sodal IE, Frisen WO, Underhill B, Filley GF, Grover RF: Hypoxic ventilatory drive in normal man. J Clin Invest 1970; 49: 1061.
44. Barer GR: Active control of the pulmonary circulation. In: Cumming G, Bonsignore G, Eds. Pulmonary Circulation in Health and Disease. New York, Plenum Press, 1979; 81-99.
45. Reeves JT, Wagner WW, McMurtry IF, Grover RF: Physiological effects of high altitude on the pulmonary circulation. Int Rev Physiol 1979; 20: 289-309.
46. Harris P: Evolution, hypoxia and high altitude. In: Heath D, Ed. Aspects of Hypoxia. Liverpool, Liverpool University Press, 1986; 207-216.
47. Eckhardr K-U, Boutellier U, Kurtz A, Schopen M, Koller EA, Bauer C: Rate of erythropoietin formation in humans in response to acute hypobaric hypoxia. J Appl Physiol 1989; 66: 1785-1788.
48. Fishman AP: Hypoxia on the pulmonary circulation. How and where it acts. Circ Res 1976; 38: 221-231.
49. McMurtry IF, Hookway BW, Roos SD: Red blood cells but not platelets prolong vascular reactivity of isolated rat lungs. Am J Physiol 1978; 234: H186-H191.
50. Tucker A, Greenlees KJ, Wright ML, Migally N: Altered vascular responsiveness in isolated perfused lungs from aging rats. Exp Lung Res 1982; 3: 29-35.
51. Miller MA, Hales CA: Stability of alveolar hypoxic vasoconstriction with intermittent hypoxia. J Appl Physiol 1980; 49: 846-850.
52. Pirlo AF, Benumof JL, Trousdale FR: Potentiation of lobar hypoxic pulmonary vasoconstriction by intermittent hypoxia in dogs. Anesthesiology 1981; 55: 226-230.
53. Benumof JL: Intermittent hypoxia increases lobar hypoxic pulmonary vasoconstriction. Anesthesiology 1983; 58: 399-404.
54. Orchard CH, Leon de RS, Sykes MK: The relationship between hypoxic pulmonary vasoconstriction and arterial oxygen tension in the intact dog. J Physiol 1983; 338: 61-74.
55. Chen L, Miller FL, Williams JJ, Alexander CM, Domino KB, Marshall C, Marshall BE: Hypoxic pulmonary vasoconstriction is not potentiated by repeated intermittent hypoxia in closed chest dogs. Anesthesiology 1985; 63: 608-610.
56. Alexander JM, Nyby MD, Jasberg KA: Prostaglandin synthesis inhibition restores hypoxic pulmonary vasoconstriction. J Appl Physiol 1977; 42: 903-908.
57. Bindslev L, Jolin A, Hedenstierna G, Baehrendtz S, Santesson J: Hypoxic pulmonary vasoconstriction in the human lung: effect of repeated hypoxic challenges during anesthesia. Anesthesiology 1985; 62: 621-625.
58. Deem S, Swenson ER, Alberts MK, Hedges RG, Bishop MJ: Red-blood-cell augmentation of hypoxic pulmonary vasoconstriction: hematocrit dependence and the importance of nitric oxide. Am J Respir Crit Care Med 1998; 157: 1181-1186.