6.4 Nyomáseloszlás a mikrovaszkuláris ágyakban
A nyomásgradiens a mikrovaszkuláris ágyakban bizonyítottan az egyik legkritikusabb folyadékparaméter az áramlás szabályozásában ezekben az erekben (a folyadék sebessége olyan lassú ezekben az erekben, hogy a nyomás kis változásai nagy változásokat okozhatnak az áramlási viszonyokban, beleértve a sebességet, a nyírófeszültséget és a nyírási sebességet). A mikrovaszkuláris ágyakon keresztüli nyomásgradienst kísérletileg mértük a hálózat különböző ágaiba behelyezett két áramlásszondával. A szondák közötti távolság és a szondák által mért nyomásértékek ismeretében kiszámítható a nyomásgradiens. Ahogy az ér átmérője csökken az érhálózaton keresztül (pl. az arterioláktól a kapillárisokig), a nyomásgradiens jelentősen megnő. Ahogy az ér átmérője növekszik (a kapillárisoktól a vénákig), a nyomásgradiens ismét csökken. Ez a prekapilláris arteriolákon belüli hidrosztatikus nyomás gyors változásával magyarázható, amelyet a prekapilláris sphincter szűkülése vagy tágulása okoz.
Ezzel szemben az arteriolákon belüli hidrosztatikus nyomás viszonylag állandó, amíg az erek megközelítik a kb. 40 μm átmérőt. Ezért a nyomásgradiens ezekben az erekben viszonylag alacsony (lásd az 5.26. ábrát, amely azt mutatja, hogy az artériás középnyomás viszonylag stabil a kapillárisoknál nagyobb erekben mind az artériás, mind a vénás oldalon). A 40 μm átmérőjű erek jellemzően a metarteriole/prekapilláris sphincterektől egy-két bifurkációval feljebb találhatók. A 15-40 μm átmérőjű arteriolák esetében gyors nyomáscsökkenés következik be körülbelül 30 mmHg-ra, ami az érben a nyomásgradiens gyors növekedésével jár együtt. Ez a gyors csökkenés azért következik be, hogy a vér sebessége elég lassú legyen ahhoz, hogy a tápanyag- és salakanyagcsere a kapillárisokon belül megtörténjen, ugyanakkor a vér gyorsan a kapillárisokba áramlik. Figyeljük meg, hogy a kapillárisokban és vénákban az artériás középnyomás ingadozása sokkal kisebb, mint a prekapilláris arteriolákban (lásd az 5.26. ábrát). A kapillárisokban (5 és 10 μm közötti átmérőjűek) a nyomás normál körülmények között körülbelül 25 mmHg-ról legfeljebb 20 mmHg-ra csökken. A kapillárisokba vért hajtó nyomásgradiens azonban viszonylag nagy, így a vér mozgása ezeken az ereken keresztül hatékony. A vénás keringésen belül a nyomás folyamatosan csökken (a jobb pitvarban körülbelül 0 mmHg-ig), de ez ismét sokkal fokozatosabb, és a vénás rendszer teljes hosszát igénybe veszi. Ezért a nyomásgradiens sokkal kisebb a vénákon/vénás rendszeren belül. A posztkapilláris vénákban (átmérője akár 50 μm is lehet) a nyomás normális körülmények között nem több, mint 15 mmHg.
A nyomásgradiens tárgyalását folytatva a mikrovaszkuláris ágyakban, a kis kapilláris szegmensekben (100-300 μm hosszúság) körülbelül nyolcszor nagyobb a nyomásgradiens, mint az arteriolákban és vénákban (körülbelül 2000 μm hosszúság, körülbelül 40 μm átmérő). A metarteriolák és posztkapilláris vénák (kb. 15 μm átmérőjűek) esetében a nyomásgradiens a teljes kapillárisokban mért nyomásgradiens 50%-a. Ez arra utal, hogy az áramlás a kapillárisokba irányul, majd lelassul, hogy elegendő idő álljon rendelkezésre a tápanyagcseréhez. Emlékezzünk arra, hogy a gradiens lehet nagy, de az áramlás sok kis kapillárisba terelődik, hogy a teljes érágyat perfundálja.
A mikrovaszkuláris ágyak nyomásváltozásait hipertóniás és hipotenzív körülmények között is vizsgálták. Érdekes módon mindkét körülmények között a kapillárisokon belüli átlagos hidrosztatikus nyomás, valamint a kapillárisokon keresztüli nyomásgradiens megegyezett a normál körülmények között tapasztaltakkal. A posztkapilláris vénákon belüli nyomás (hidrosztatikus és nyomásgradiens) is ugyanolyan volt ezekben a körülmények között, mint normál körülmények között. A legnagyobb változás az arterioláris érrendszerben volt megfigyelhető, ahol a nyomásgradiens szignifikánsan nagyobb volt hipertóniás körülmények között, illetve szignifikánsan kisebb hipotenzív körülmények között. Ez arra utal, hogy a metarteriolák (és a prekapilláris záróizmok) szabályozzák a kapilláris véráramlást, hogy azt a normál szinten tartsák, így a tápanyagcsere optimális szinten marad. Ez arra is utal, hogy a keringési rendszer úgy van kialakítva, hogy az átlagos artériás nyomástól függetlenül állandó áramlást tartson fenn a mikrocirkulációban. Ez meglehetősen jelentős, és olyan mechanizmusnak tekinthető, amely tompítja a nyomásváltozásokat az érrendszerben a csere helye előtt.
A nyomás utolsó jelentős változása a mikrovaszkuláris ágyakban a szív nyomásimpulzusából származó időbeli változásokon és a hullámterjedésen alapul az érrendszerben. Az eddig tárgyalt nyomásértékeket a szívciklus során átlagoltuk, a teljes szívciklus alatt többszörös leolvasással. A szívciklus során azonban a hidrosztatikus nyomás a mikrovaszkuláris ágyakon belül 2 mmHg nagyságrendben ingadozik. Korábban megállapítottuk, hogy a hidrosztatikus nyomás a kapillárisokban körülbelül 25 mmHg. Ez azt jelenti, hogy a nyomás a szívciklus során körülbelül 24 és 26 mmHg között változna. Ezek az időbeli változások nem olyan jelentősek, ha összehasonlítjuk az ereken keresztüli viszonylag stabil nyomásgradienssel. Az ebben a fejezetben tárgyalt adatok nagy részét B. Zweifach és kutatócsoportja gyűjtötte össze az 1970-es években.