XI. Transport kyslíku do tkání a jeho poruchy, typy hypoxie

1 Termíny

2, 3 DPG 2,3difosfoglycerát je molekula obsažená v erytrocytech, která usnadňuje uvolňování kyslíku z hemoglobinu. Zvyšuje se při chronické hypoxii tkání (ve vysoké nadmořské výšce, při anémii, atd.)
afinita hemoglobinu ke  kyslíku snadnost, s níž se kyslík váže na hemoglobin, nebo se z něj uvolňuje. Závisí na vlastnostech krve: pH, teplotě, pCO2 a koncentraci 2,3 DPG. Afinita hemoglobinu ke kyslíku se zvyšuje v chladu a při nižší teplotě, 2,3DPG a  nižším pH.
arteriovenózní diference

kyslíku

rozdíl mezi parciálními tlaky kyslíku v arteriích a vénách, závisí na aktivitě tkání a na jejich perfuzi
CO oxid uhelnatý: jedovatý plyn, který má přibližně 200 krát větší afinitu k hemoglobinu než kyslík. U zdravého člověka jsou 2% Hb vázána s CO, u kuřáků až 10 procent. Vazba CO na hemoglobin zvyšuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku a nedovoluje uvolnit navázaný kyslík do tkání. Otrava CO tak způsobuje tkáňovou hypoxii.
cyanóza modravé zbarvení tkání nebo sliznic způsobené přítomností redukovaného hemoglobinu (víc než 50 g na 1 litr krve)
deoxyhemoglobin hemoglobin po uvolnění kyslíku (deoxygenovaný hemoglobin)
disociační křivka kyslíku křivka, s charakteristickým sigmoidálním průběhem, vyjadřuje procento saturovaného hemoglobinu při daném parciálním tlaku kyslíku.
hematokrit poměr objemu červených krvinek a plné krve. Je různý u žen a mužů
hyperkapnie zvýšený parciální tlak CO2 ve tkáních
hypoxémie snížený obsah kyslíku v krvi
hypoxie snížený obsah kyslíku ve tkáních
ischemie snížený přísun kyslíku a živin a zpomalený odsun produktů látkové přeměny ve tkáních způsobený poruchou perfuze. Ischemie je také označována jako ischemická hypoxie.
karbaminohemoglobin Transportní forma CO2, který se naváže na aminoskupiny hemoglobinu a v plicích (v místech se sníženým pCO2) se snadno uvolní
karboanhydráza (nově karbonát dehydrogenáza)  – enzym přítomný téměř ve všech tkáních, který katalyzuje reakci mezi CO2 a vodou za vzniku H+ a HCO3
karboxyhemoglobin CO vázaný na Hb
kurare „šípový jed“, směs alkaloidů rostlinného původu, které se vážou na acetylcholinové receptory nervosvalové ploténky a blokují přenos informace
myoglobin Endogenní pigment s molekulou podobnou hemoglobinu, obsažený ve svalech. Na jednu molekulu myoglobinu se váže jedna molekula kyslíku (na rozdíl od hemoglobinu).
oxyhemoglobin hemoglobin (Hb) saturovaný kyslíkem
pCO2 parciální tlak oxidu uhličitého. Tlak rozpuštěného CO2, závisí na pCO2 ve vdechovaném vzduchu, ventilaci, perfuzi a aktivitě tkání.
paO2 parciální tlak kyslíku v arteriální krvi
PAO2 parciální tlak kyslíku v alveolech
přepočty jednotek tlaku 1 torr = 0,133 kPa, 1kPa = 7,5 torr, 1 torr = 1mmHg (100mmHg = 13,3 kPa, 40mmHg = 5,32 kPa)
saturace hemoglobinu vazby kyslíku oxygenací na molekulu železa v hemoglobinu
vazebná kapacita hemoglobinu 1g hemoglobinu váže 1,34 ml kyslíku. Zdravý člověk, který má 15 g hemoglobinu ve 100 ml krve, má kapacitu 20,1 ml kyslíku na 100 ml krve

2 Úvod

Lidský organismus spotřebuje každou minutu 250 mililitrů kyslíku, za 24 hodin to je kolem 360 litrů. Kyslík je v organismu nutný v aerobním metabolismu na výrobu energie. 80 až 95 procent využitelné energie je spotřebováno na udržování iontových gradientů, svalovou práci a metabolismus.

Do plicních sklípků přichází ventilací vzduch (směs plynů) včetně kyslíku, který difuzí přestupuje po koncentračním gradientu do krve (z krve do alveolů po koncentračním gradientu difunduje oxid uhličitý). V krvi se větší část kyslíku naváže na hemoglobin (oxygenace hemoglobinu – asi 98% transportovaného kyslíku) a část se rozpouští v plazmě jako paO2 (2%). Perfuze plic zajišťuje transport oxygenované krve do levého srdce a odtud do celého těla. V periferních kapilárách difunduje na základě gradientu rozpuštěný kyslík do intersticia a jeho parciální tlak v plazmě je udržován uvolňováním ze zásob vázaných na hemoglobinu. Ve tkáních je kyslík spotřebováván podle její metabolické aktivity. Vzniká při tom oxid uhličitý, který difunduje na venózním konci kapiláry do krve a je krví odváděn do plic, kde se vydýchá.

OBR. 11.1: TRANSPORT KYSLÍKU

 pIOparciální tlak kyslíku v inspirovaném vzduchu, pICOparciální tlak oxidu uhličitého v inspirovaném vzduchu; podobně pEO2,  pECO2 parciální tlaky v exspirovaném vzduchu.

Nedostatek kyslíku ve tkáních je označován jako hypoxie. Hypoxie může vzniknout několika mechanizmy.

3 Hypoxie a její typy

Hypoxie je definována jako nedostatek kyslíku ve tkáni. Může být způsobena nedostatečným množstvím kyslíku v krvi kvůli malému obsahu kyslíku ve vdechovaném vzduchu nebo kvůli poruše v respiračním systému. V tomto případě mluvíme o hypoxické (hypoxemické) hypoxii. Pokud je porucha v množství nebo kvalitě hemoglobinu, jedná se o transportní neboli anemickou hypoxii. Hypoxii může způsobit i porucha prokrvení  – vzniká buď zpomaleným průtokem při onemocnění srdce nebo stagnací krevního proudu překážkou v řečišti (zúžení, trombus) – cirkulační (ischemická, stagnační) hypoxie. Histotoxická hypoxie má příčinu přímo ve tkáni: tkáň není schopna odebírat kyslík, protože je blokován dýchací řetězec nějakými léky nebo jedy (kyanid, vysoká koncentrace kyseliny mléčné v plazmě).

Jednotlivé typy hypoxií se liší příčinou, parciálními tlaky kyslíku v arteriální a venózní krvi, spotřebou kyslíku ve tkáni a tím, jestli způsobují cyanózu. Spotřebu kyslíku ve tkáni můžeme určit arterio–venózním rozdílem (a–v rozdíl), který je ve zdravé tkáni 60 mmHg (paO2 – pvO2 = 100 – 40 = 60 (mmHg)). Cyanóza je modravé zbarvení kůže a případně sliznic způsobené zvýšenou koncentrací redukovaného hemoglobinu. (Větší než 50 g hemoglobinu na 1 litr krve.)

Při hypoxické hypoxii je nízký parciální tlak kyslíku v arteriální krvi (viz dále). Tkáně si při konstantní spotřebě odebírají z protékající krve stejný podíl kyslíku jako za normálních okolností, takže ve venózní krvi zůstane kyslíku méně. (Jestliže bude při hypoxické hypoxii paO2 80 mmHg, odeberou si tkáně svých 60 mmHg a ve venózní krvi zbude 20 mmHg.) U tohoto typu hypoxie bude cyanóza centrálního typu. Příčina je ještě „před srdcem“ (nižší pO2 ve vdechovaném vzduchu nebo v plicích) a hemoglobin se nemůže normálně sytit.

Anemická – transportní hypoxie je způsobena nedostatkem hemoglobinu při sníženém počtu erytrocytů nebo jeho změněnými vlastnostmi – neschopností vázat nebo uvolňovat dostatečné množství kyslíku. Parciální tlaky paO2   i  pvO2 budou v normě, při velké námaze se sníží pvO2. Při tomto typu anémie nevzniká cyanóza, protože je sice nedostatek hemoglobinu, ale jeho saturace je normální.

Cirkulační hypoxie (ischemická – ischemie) vzniká poruchou prokrvení. paO2 je normální, ale tkáně si z pomalu protékající krve odebírají větší množství kyslíku, proto je venózní pO2 nízký. Ze stejného důvodu bude zvýšený i arterio – venózní rozdíl. Při větším odběru kyslíku se více redukuje hemoglobin, bude tedy přítomna cyanóza – tentokrát periferního typu. Někteří autoři mluví ještě o stagnačním typu hypoxie, ale její princip je stejný jako u ischemické hypoxie, liší se jen příčinou (viz nahoře).

Histotoxická hypoxie se rozvíjí při neschopnosti tkání odebírat a spotřebovávat kyslík. Parciální tlak v arteriální krvi bude normální, ve venózní krvi vyšší. Arterio – venózní rozdíl se sníží, protože tkáně neodebraly kyslík, a cyanóza nevzniká. Příčinou může být otrava kyanidem, který zablokuje dýchací řetězec v mitochondriích. Tento typ hypoxie může vzniknout i u pacientů v těžkém stavu, kteří mají vysokou koncentraci laktátu v plazmě.

TAB. 11.1: SROVNÁNÍ RŮZNÝCH TYPŮ HYPOXIE

4 Příčiny hypoxické hypoxie

Hypoxická hypoxie vzniká při nízkém parciálním tlaku kyslíku ve vdechovaném vzduchu nebo při poruše v plicích, tedy při změnách, které probíhají „před srdcem“.

4.1 Vdechovaný vzduch

Vdechovaný vzduch obsahuje 21 % kyslíku, 78 % dusíku  a zbytek je tvořen vzácnými plyny (helium, argon), oxidem uhličitým (CO2<0,03%) a vodními parami. V nadmořské výšce nula je tlak vzduchu kolem 760 mmHg. S nadmořskou výškou se nemění procentuální zastoupení jednotlivých plynů (nemění se FIO2 – inspirovaná frakce kyslíku ani ostatních plynů), ale snižuje se celkový tlak a proporcionálně i tlaky parciální.

Nadmořská výška

(m/ nm)

Tlak vzduchu (mmHg) FIO2

(%)

pIO2

(mmHg)

pAO2

(mmHg)

paO2

(mmHg)

paCO2

(mmHg)

0 760 0,21 150 105 100 40
2000 610 0,21 120 90 80
8848 253 0,21 43 35 28 7,5

 

Tab. 11.2: Parciální tlaky vzduchu v různých nadmořských výškách. FIO2 = frakce inspirovaného kyslíku (21%), pIO2 = parciální tlak kyslíku v trachei, paCO2 = parciální tlak kyslíku v artériích (předpokládá se stejný jako v alveolu), pAO2 = parciální tlak kyslíku v alveolech (počítaná hodnota), paO2 = parciální tlak kyslíku v arteriích

Zvýšení parciálního tlaku některé ze složek vdechovaného vzduchu znamená snížení parciálních tlaků ostatních složek, protože celkový tlak musí být stejný. Jestliže se zvýší pCO2  ve vdechovaném vzduchu (například ve starém, vinném sklepě, kde kvasí mladé víno, může být smrtelné se shýbat. U moderních kvasných nádob toto již nehrozí.), sníží se parciální tlak kyslíku i ostatních plynů.

4.2 Ventilace

Ventilace je výměna vzduchu mezi okolím a plicními sklípky. Závisí na mnoha faktorech:

  • regulaci dýchání (nervové i humorální)
  • dostředivých a odstředivých drahách, funkci nervosvalových plotének (otrava kurare)
  • kvalitě dýchacích cest
  • stavu dýchacích svalů, hrudní dutiny
  • stavu plicní tkáně

Snížení ventilace vede vždy ke zvýšení parciálního tlaku oxidu uhličitého v alveolech. Sníží se proto parciální tlak alveolárního kyslíku (tlak směsi plynů musí být konstantní, proto při zvýšení parciálního tlaku jednoho plynu se musí snížit parciální tlak jiného plynu ve směsi) a vyvíjí se hypoxie, protože do krve se díky sníženému gradientu mezi parciálním tlakem kyslíku v alveolu a v protékající krvi dostane difuzí méně kyslíku. Může vzniknout také hyperkapnie (díky sníženému gradientu parciálních tlaků CO2 se zmenšuje jeho přestup ze tkání do alveolů).

4.3 Poměr ventilace – perfuze (V/Q)

Nejčastější příčinou hypoxické hypoxie je porucha poměru ventilace – perfuze v plicích. Pro normální funkci plic musí být prokrveny ventilované části nebo naopak, musí být ventilovány prokrvené části plic. Ideálně by měla být ventilace (V) a perfuze (Q) v rovnováze (ventilovaný vzduch musí být distribuován do perfundovaných oblastí plic a perfuze musí být distribuována do ventilovaných oblastí). Plíce však obsahují mnoho oblastí s různými poměry ventilace/perfuze (V/Q), není jen jeden V/Q pro celou plíci.

Jako příklad může posloužit rozložení ventilace a perfuze ve zdravé plíci, kde je fyziologicky více prokrvena baze plic a více ventilovány plicní hroty. Ve zdravé plíci je  průměrný poměr V/Q = 0,8, zvýšení perfuze v plicních hrotech a ventilace při bazích umožňuje aktivace sympatiku. Jedná se o funkční rezervu, aktivovanou zvýšenými nároky při zátěži.

vlivem gravitace je dolní třetina plic více perfundována a současně je normálně ventilována: fyziologická ventilace /zvýšená perfuze = snížený poměr ventilace/perfuze (V/Q < 1)

horní třetina plic je fyziologicky méně prokrvena a přitom nejvíce ventilována: normální ventilace a snížená perfuze = zvýšený poměr ventilace /perfuze (V/Q > 1)

střední třetina má stejnou ventilaci i perfuzi, proto má ideální poměr V/Q (V/Q = 1)

OBR. 11.2 KREV VTÉKAJÍCÍ DO LEVÉHO SRDCE BUDE MÍT NORMÁLNÍ HODNOTY PARCIÁLNÍCH TLAKŮ PLYNŮ

(PAO2 = parciální tlak kyslíku v alveolu, PaO2 = v arteriální krvi)

Tělo má za fyziologických okolností regulační mechanizmy, které lokální změny ventilace nebo perfuze kompenzují. Za patologických okolností se na základě poruch ventilace nebo perfuze mění poměr ventilace/perfuze.

4.3.1 Kompenzace poruch poměru ventilace/perfuze

Jestliže se při normální perfuzi zvyšuje ventilace, snižuje se alveolární pACO2 (vzniká alveolární hypokapnie) a plíce reagují reflexní bronchokonstrikcí. Vzniká hypokapnická bronchokonstrikce: původně zvýšený poměr ventilace/perfuze se tak změní směrem k normě – sníží se ventilace a tím i poměr V/Q.

Jestliže je v plicích lokálně snížený alveolární pAO2, dojde v této oblasti reflexně k vazokonstrikci. Vzniká hypoxická vazokonstrikce: původně snížený poměr V/Q se tak snížením perfuze změní směrem k normě. (POZOR: hypoxie vyvolává vazokonstrikci pouze v plicích, v periferii způsobuje vazodilataci!)

Jestliže je změna ventilace nebo perfuze příliš velká a kompenzační mechanizmy nestačí, poměr ventilace/perfuze se změní. V/Q je nejdůležitější faktor, který řídí parciální tlak kyslíku v arteriální krvi.

Rozhodující je převládající situace v obou plicích a tím míra okysličení krve, která vstupuje do levého srdce.

Nepoměr ventilace a perfuze je nejčastější příčinou hypoxémie a hypoxie tkání.

OBR. XI.3 PORUCHA POMĚRU VENTILACE-PERFUZE

příměs méně okysličené krve ke krvi s normálním paO2 sníží celkový parciální tlak kyslíku v arteriální krvi.

4.3.2 Typy poruch ventilace/perfuze:

Jestliže je část plíce normálně perfundovaná, ale není ventilovaná, jedná se o plicní venózní zkrat. Poměr ventilace/perfuze se v této části blíží nule. Parciální tlaky plynů v alveolu jsou stejné jako parciální tlak v přitékající venózní krvi (pAO2 = 40 mm Hg, pACO2 = 46 mm Hg). Tato krev se mísí s normálně oxygenovanou krví z ostatních částí plic. Výsledkem je krev s nižším parciálním tlakem kyslíku a normálním parciálním tlakem oxidu uhličitého (ostatní části plic reflexně hyperventilují).

Jestliže je část plíce normálně ventilovaná, ale snížila nebo zastavila se plicní perfuze, vzniká funkční mrtvý dýchací prostor. Krev obtéká jinými cévami, teče proto větší rychlostí a pod větším tlakem. Hemoglobin se nestačí všechen saturovat a poměr V/Q se zvyšuje. Parciální tlaky plynů v alveolu se blíží tlakům ve vdechovaném vzduchu (pAO2 = 150 mm Hg, pACO2 = 0 mm Hg). Krev z této oblasti plic se opět mísí s krví z ostatních částí a výsledkem je hypoxémie.

OBR.11.4. TYPY PORUCH VENTILACE/PERFUZE NA ALVEOLÁRNÍM DIAGRAMU PAO2 A PACO2.

Obr. 11.5: Poruchy ventilace – perfuze se dají znázornit také pomocí Fehn – Rahnova diagramu: jednotlivé body jsou vymezeny parciálními tlaky dýchacích plynů A) v arteriální krvi, B) ve venózní krvi, C) ve vdechovaném vzduchu

4.4 Difuze

Difuze je děj popisující přestup plynů přes alveolokapilární membránu tvořenou výstelkou alveolů (pneumocyty), bazální membránou a výstelkou kapilár (endotel). Plyny přestupují i vrstvou surfaktantu, ale ta je zanedbatelná.

Difuzi může poškodit:

  • prodloužení difuzní dráhy způsobené otokem plic (postkapilární plicní hypertenze při levostranném srdečním selhávání) nebo zánětem (otok a infiltrace imunokompetentních buněk),
  • zmenšení difuzní plochy (např. zánikem alveolárních sept při emfyzému)

 

O kvalitě difuze vypovídá alveolokapilární rozdíl pAO2 minus paO2.

Parciální tlak kyslíku v arteriích se dá změřit, tlak kyslíku v alveolech se počítá rovnicí alveolárních plynů. Závisí na inspirované frakci kyslíku, tlaku vzduchu v trachei (tlak vzduchu v dané nadmořské výšce minus tlak vodních par) a parciálním tlaku CO2 v alveolech.

Zjednodušená verze rovnice, použitelná v klinice vypadá takto:

pAO2 = FIO2 (P- 47)  -  1,2 (paCO2)

pAO2  … parciální tlak kyslíku v alveolu
FIO2 …inspirovaná frakce kyslíku (0,21)
PB   …tlak vzduchu v dané nadmořské výšce 
47 … tlak vodních par v nasofaryngu při tělesné teplotě 37°C (tlak závisí jen na teplotě těla)
1,2 … konstanta zohledňující respirační kvocient (tvorbu CO2 v těle vlivem metabolismu živin) 
paCO2  - parciální tlak oxidu uhličitého v arteriální krvi (je stejný jako v alveolu)
pAO2 = PIO2  -  1,2 (paCO2)
PIO2 ...... parciální tlak kyslíku ve vdechovaném vzduchu (v nadmořské výšce 0 kolem 150 mmHg)

Normální alveolo – kapilární rozdíl (diference) parciálních tlaků kyslíku v alveolu a plicních arteriolách závisí na věku:

            pAO2 – paO=  (věk + 10) / 4

Srovnáním alveolo – kapilárního rozdílu vypočítaného a normálního pro daný věk se zjistí, jestli je difuze v plicích odpovídající nebo porušená. Jestliže je vypočítaný rozdíl pAO2 – paOvyšší než norma, znamená to, že je poškozena difuze, nebo je přítomna porucha poměru ventilace/perfuze.

Transportní (anemická) hypoxie

Za normálních okolností je v krvi je 150 g hemoglobinu na 1 litr krve. Hemoglobin v arteriích je téměř ze 100% saturován, ve vénách je hemoglobin saturován ještě ze 75 %. Hemoglobin je složen ze 4 podjednotek a každá z nich nese 1 molekulu kyslíku. Odpovídá to 1,33 ml kyslíku na 1g hemoglobinu.

Nejčastější příčinou anemické hypoxie je nedostatek hemoglobinu způsobený nedostatečnou tvorbou (anémie z nedostatku substrátů pro tvorbu erytrocytů nebo zničením kostní dřeně či jejím útlakem při leukocytózách), zrychleným rozpadem (hemolytické anémie) nebo kompenzačním naředěním krevního objemu vodou při masivním krvácení. Další příčinou může být snížená schopnost hemoglobinu vázat kyslík:

karboxyhemoglobin – vzniká vazbou CO: oxid uhelnatý má vyšší afinitu k hemoglobinu než kyslík a obsadí vazby určené pro kyslík. Pokud některé zůstanou volné, zvýší se vlivem navázaného CO afinita hemoglobinu ke kyslíku a ten se ve tkáních špatně uvolňuje

methemoglobin – je hemoglobin s třímocným železem, které vzniká oxidací vlivem kyslíkových radikálů přítomných v krvi. Normálně se odbourává methemoglobin reduktázou, ale pokud ho vzniká větší množství, odbourávání není dostatečné. Methemoglobinémie může být získaná (vlivem kouření, některých léků nebo chemikálií, například nitrátů v pitné vodě), nebo vrozená při deficitu methemoglobin reduktázy (každý kojenec do 6 měsíců věku má nedostatek methemoglobin reduktázy, proto se k přípravě nápojů pro ně používá voda bez nitrátů).

Cirkulační hypoxie (ischemická, stagnační)

6.1 Řízení průtoku krve tkáněmi                                    

Průtok krve cévami je podle Hagen – Poiseuillova zákona při konstantním tlaku určován poloměrem cévy. Vazokonstrikce průtok sníží, vazodilatace průtok zvětší. Změna průsvitu nejdůležitějších odporových cév – arteriol mění také celkový cévní odpor (periferní rezistenci), proti kterému srdce pracuje. Periferní rezistence a srdeční výdej jsou dvě veličiny, které vytvářejí krevní tlak (viz kapitola krevní tlak). Průsvit arteriol ve tkáních a orgánech tak současně slouží k řízení průtoku krve tkáněmi a orgány a k řízení krevního tlaku.

Za fyziologických okolností má arteriolární hladký sval stálý tonus, udržovaný aktivitou sympatického nervového systému. Hladká svalovina cév je většinou částečně kontrahovaná. Tento základní tonus cév může být dále ovlivňován lokálními a vnějšími mechanizmy.

6.1.1 Lokální mechanizmy řízení cévního tonu

Dovolují tkáním, aby si samy regulovaly průtok krve pomocí lokálních faktorů. Mezi tyto mechanizmy se počítá aktivní hyperémie, autoregulace průtoku a reaktivní hyperémie. Všechny jsou ovlivňovány lokálními metabolickými poměry, které se změní, jestliže prokrvení tkáně neodpovídá její aktivitě.

Aktivní hyperémie: za fyziologických podmínek zvyšuje zvýšená metabolická aktivita tkáně průtok krve. Příčinou zvýšení průtoku jsou lokální změny, vedoucí k vazodilataci arteriol např.: snížení pO2, zvýšení  pCO2 nebo zvýšení koncentrace ostatních katabolitů: ADP, draslíku, případně snížení pH). Tento mechanizmus je výrazně vyvinutý hlavně ve tkáních s vysokým stupněm metabolické aktivity (mozek).

Autoregulace průtoku krve se uplatňuje při změnách průměrného arteriálního tlaku (např. v ledvinách nebo mozku), kdy je potřeba udržet relativně stálý průtok. Podílí se na tom dva odlišné mechanizmy:

na jednu stranu mají vliv stejné metabolické faktory jako nahoře: snížený krevní tlak sníží průtok orgánem, změní se metabolické poměry, např. se sníží pO2, nebo zvýší pCO2, případně koncentrace katabolitů (laktátu, K+  nebo adenosinu)    vazodilatace

kromě toho se uplatňuje také myogenní mechanizmus (Baylissův reflex): zvýšení krevního tlaku podráždí mechanicky hladké svalové buňky ve stěně cév a tím způsobí jejich depolarizaci a kontrakci vazokonstrikce

Pokud zvýšená aktivita hladké svaloviny přetrvává několik týdnů, svalovina hypertrofuje. Přestavěná cévní stěna pak intenzivněji reaguje na nervové podněty vazokonstrikcí. (Tento mechanizmus se uplatňuje při rozvoji hypertenzní choroby.)

Reaktivní hyperémie je zvláštní forma autoregulace krevního průtoku za patologických podmínek: Ve tkáních, ve kterých se zastavil krevní průtok díky uzávěru cévy (ischemie), se po uvolnění okluze přechodně průtok výrazně zvýší.

6.1.2 Vnější mechanizmy

Jsou zprostředkovány nervovými a humorálními podněty.

Nervové podněty: většinou aktivita sympatiku, která mění bazální tonus arteriol (zvýšením nebo snížením sekrece noradrenalinu na sympatických synapsích). Sympatikus tak může zvýšit nebo snížit bazální tonus cév a způsobit vazokonstrikci nebo vazodilataci. Parasympatikus nemá na arterioly přímý vliv.

Humorální vlivy:

noradrenalin ve většině tkání noradrenalin způsobuje vazokonstrikci (centralizace oběhu při stresové reakci). Výjimkou je kosterní sval, kde aktivace sympatiku způsobí vazodilataci. Účinek závisí na typu a množství přítomných receptorů.

angiotenzin II – celková vazokonstrikce, nejcitlivější je vas efferens v glomerulu

vazopresin (ADH) – vazokonstrikce

 6.1.4 Endotel 

Má při regulaci průtoku krve tkáněmi také významnou úlohu: mnoho látek (např. bradykinin) stimuluje endotel k výdeji vazoaktivních parakrinních substancí. Tyto substance působí na hladkou svalovinu cév a působí buď vazodilataci (oxid dusnatý) nebo vazokonstrikci (endotelin).

 6.1.4 Vápník

Velikost kontrakce stěny hladkého svalu cév závisí také na množství vápníku v cytoplazmě buněk. Přestup vápníku do buněk hladkého svalu je ovlivňován mnoha faktory: podporuje ho například nabídka v extracelulárním (EC) prostředí (zvýšená kalcémie při hyperparathyreóze) nebo otevření vápníkových kanálů při depolarizaci buňky (např. mechanickým podrážděním při zvýšení tlaku protékající krve, nebo aktivací a1 receptoru noradrenalinem).

POZOR:

v plicích vede snížení pO2 v alveolech k vazokonstrikci, pro zachování poměru ventilace/perfuze !

Ve všech případech má metabolická regulace přednost před regulací nervovou!

6.2 Regulace průtoku krve některými tkáněmi

V různých tkáních převažuje různá regulace, podle toho, co je výhodnější pro funkci.

Průtok kůží je většinou řízen nervově sympatikem. Při stresu se vazokonstrikcí přesune krev z kůže do ostatních částí řečiště a zvýší se tak jejich náplň. Regulace průtoku krve kůží závisí také na termoregulačních mechanismech, ale i v tomto případě je prostředníkem sympatikus. Svůj podíl má však také lokální cévní složka: lokální chlad způsobí lokální vazokonstrikci, lokální teplo vazodilataci.

Příčně pruhovaný sval má řízení závislé na funkci: zatímco v klidu je v něm lehká vazokonstrikce udržovaná tonem sympatiku, při zátěži se projeví aktivní hyperémie vyvolaná zvýšením koncentrace katabolitů. Při stresové reakci nastává vazodilatace působením noradrenalinu, zvýší se přísun okysličené krve do svalů  a svaly jsou připraveny k „útěku nebo boji“. Při šoku (během kompenzované fáze), kdy se dále výrazně zvýší koncentrace adrenalinu v plazmě, se aktivují α receptory a kontrahuje se svalovina cév i ve svalech. Krev je tak přesunuta do životně důležitých orgánů.

V srdci (koronární arterie) je řízení perfuze závislé především na lokálních metabolických faktorech, protože srdce má neustále vysoký aktivní metabolismus. Na regulaci průtoku se podílí také sympatikus, ale jen velmi málo.

Průtok krve mozkem je řízen především autoregulací (v rozmezí 60-180 mmHg systolického tlaku) pomocí lokálních faktorů. Proti ostatním tkáním mozek výrazněji reaguje na změnu pCO2 (zvýšení pCO2 způsobí vazodilataci a tím umožní rychlejší průtok krve) než pO2. Lokální distribuce krve v mozku je řízena mechanizmem aktivní  hyperémie. Nervové řízení je zanedbatelné.

Autoregulace průtoku krve ledvinami je o něco složitější. Je nutná pro udržování glomerulární filtrace a ochranu nefronů před vysokým tlakem. V rozmezí 80 až 180 mmHg systolického tlaku dokážou ledviny udržovat stejný průtok krve a filtrační glomerulární tlak. Zvýšená perfuze ledvinami aktivuje ve vas afferens myogenní reflex a vede k vazokonstrikci, na regulaci se podílí i mesangium glomerulu tvorbou prostaglandinů, které ovlivnují vas afferens (vazodilatace) při snížené perfuzi ledvin. Angiotenzin II reguluje hlavně vas efferens (vazokonstrikce) zvýší se však i glomerulární filtrační tlak a při zvýšeném cirkulujícím objemu způsobí tlakovou polyurii (při sníženém cirkulujícím objemu zvýší nabídku pro reabsorpci v distálním tubulu). Snížená perfuze aktivuje systém RAAS (renin-angiotenzin-aldosteron) a zvyšuje retenci sodíku a vody v distálním tubulu. (Jestliže je perfuze snížená výrazně, může poškodit tubulární funkce, protože druhé kapilární řečiště (portální sytém v glomerulu), začínající vas efferens, přivádí kyslík a živiny k tubulům. Více postižen bude proximální tubulus, protože má výrazně vyšší aktivní metabolismus. Může se rozvinout až akutní renální selhání – akutní tubulární nekróza, která vzniká například při šoku (šoková ledvina).

6.3 Příčiny ischemické hypoxie

Hypoxie ischemická vzniká poruchou průtoku krve tkání. Příčinou může být:

pokles srdečního výdeje při srdečním selhávání nebo kardiogenním šoku

pokles systémového tlaku (hypovolemický nebo distribuční šok)

lokální ischemie tkáně zástavou přívodu krve (útlak, trombóza, embolie)

lokální porucha difuze ve tkáních způsobená poruchou mikrocirkulace a otokem

7 Důsledky hypoxie

Nedostatek kyslíku v krvi nebo ve tkáních je pro organismus nevýhodná, ale je to pravděpodobně jedna z nejčastějších patologických situací, proto je na ni organismus do určité míry připraven.

7.1 Kompenzace hypoxémie a hypoxie

Akutně spouští hypoxémie stresovou odpověď, která zrychluje srdeční frekvenci, zvyšuje krevní tlak a  zvětšuje ventilaci. Tím se zabezpečí větší přívod kyslíku tkáním. Kromě toho existuje ve všech buňkách tkání senzor (transkripční faktor HIF 1), který při hypoxii aktivuje expresi genů, potřebných pro produkci speciálních bílkovin. Tyto bílkoviny jsou enzymy a zvyšují intenzitu glykolýzy a produkci ATP anaerobní cestou, zvyšují vaskularizaci tkáně (angiogenní faktory) a zvyšují produkci erytrocytů (erytropoetin) a pravděpodobně také zvyšují aktivitu sympatiku.

Pokud je však hypoxie kritická nebo příliš dlouhá, způsobuje smrt buněk nekrózou nebo apoptózou.

7.2 Ischemie

Ischemie je důsledek ischemické hypoxie: poruchou perfuze se sníží  přísun kyslíku a živin a zpomalí odsun produktů látkové přeměny ve tkáních. Zpočátku je tento stav kompenzován vazodilatací (zvýšení katabolitů – pCO2, K+, ADP a snížení pH). Snížení pH ještě zvyšuje uvolňování kyslíku z hemoglobinu (snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku). Pokud však kompenzační mechanismy nestačí, vede ischemie v počátečních fázích ke změně funkce a metabolismu buněk a pokud situace přetrvává, může způsobit jejich i morfologické poškození a tím ireverzibilní poškození tkání.

Změny, které se vyvíjejí, poškodí zpočátku hlavně energetický metabolismus: nevytváří se ATP, proto přestává fungovat Na/K pumpa a na buněčné úrovni se začíná hromadit sodík intracelulárně (IC). Tím se v IC zvyšuje osmotický tlak a nasává se voda. Vzniká otok buněk, extracelulárně se hromadí draslík (například při ischemii myokardu může způsobit lokální změnu EKG). V buňkách se postupně rozvíjí otok organel, zvyšuje se IC koncentrace vápníku a aktivují se různé enzymy (např. kaspázy), které mění metabolismus buněk a později zmohou způsobit až jejich zánik.

Protože je v extracelulární tekutině (ECT) kolem buněk málo kyslíku, aktivuje se v nich anaerobní metabolismus, vzniká laktát a rozvíjí se acidóza. Vlivem změn (snížení pO2 a pH, zvýšení pCO2, koncentrace K+ a ADP v ECT) vznikne v ischemické tkáni vazodilatace, což dále zpomalí perfuzi a zvýší tlak v kapilárách. V kapilárách převáží hydrostatický tlak nad ostatními tlaky a začne se filtrovat tekutina do intersticia. Tím se podporuje otok tkání, prodlužuje se difuzní vzdálenost a mimo jiné zvyšuje vikozita krve, která v kapilárách zůstala, a dál se zhoršuje ischemické poškození (toto je například mechanismus poškození tkání při dekompenzovaném šoku).

Ischemie má v některých orgánech specifické důsledky: V plicích brání otok tkáně difuzi plynů,  v mozku se při zvýšené intracelulární koncentraci vápníku zvyšuje vyplavování transmiterů (hlavně glutamátu) a protože je tento mediátor excitační, zvyšuje aktivitu okolních neuronů a zvyšuje jejich potřebu energie a tím je dále poškozuje. Kromě toho se mění funkce mozku jako celku. V srdci se k obecným lokálním změnám přidávají změny vodivosti a dráždivosti (mohou vznikat arytmie) a vlivem změn rozložení iontů na membránách se mění i  EKG. Ve střevě hrozí riziko přestupu bakterií na peritoneum (zvýšením prostupnosti střevní stěny – např. při vazogenním ileu) a ruptury střeva.

SCHÉMA ZMĚNY ZPŮSOBENÉ ISCHEMIÍ