6.4 Pressure Distribution Through the Microvascular Beds
Het is aangetoond dat de drukgradiënt over microvasculaire bedden één van de meest kritische vloeistofparameters is in het regelen van de stroming door deze vaten (de vloeistofsnelheid is zo traag in deze vaten dat kleine veranderingen in de druk grote veranderingen kunnen veroorzaken in de stromingscondities, inclusief snelheid, afschuifspanning, en afschuifsnelheid). De drukgradiënt in microvasculaire bedden is experimenteel gemeten met twee stromingssondes die in verschillende takken van het netwerk zijn ingebracht. Door de afstand tussen deze sondes en de drukmetingen van de sondes te kennen, kan een drukgradiënt worden berekend. Naarmate de diameter van het bloedvat in het vaatnetwerk afneemt (b.v. van arteriolen tot haarvaten), neemt de drukgradiënt aanzienlijk toe. Naarmate de diameter van het bloedvat toeneemt (haarvaten naar venulen) neemt de drukgradiënt weer af. Dit kan worden verklaard door de snelle veranderingen in hydrostatische druk binnen de precapillaire arteriolen, veroorzaakt door vernauwing of verwijding van de precapillaire sluitspier.
In tegenstelling hiermee is de hydrostatische druk binnen de arteriolaire zijde betrekkelijk constant totdat de bloedvaten een diameter van ongeveer 40 μm naderen. Daarom is de drukgradiënt in deze vaten relatief laag (zie figuur 5.26, die laat zien dat de gemiddelde arteriële druk relatief stabiel is in vaten groter dan capillairen aan zowel de arteriële als de veneuze zijde van de circulatie). Vaten met een diameter van 40 μm worden typisch aangetroffen één tot twee bifurcaties stroomopwaarts van de metarteriole/precapillaire sluitspieren. Voor arteriolen met een diameter van 15-40 μm is er een snelle drukdaling tot ongeveer 30 mmHg, die gepaard gaat met een snelle stijging van de drukgradiënt in het gehele vat. Deze snelle daling vindt plaats zodat de bloedsnelheid traag genoeg is om uitwisseling van voedingsstoffen en afvalstoffen binnen de haarvaten mogelijk te maken, terwijl het bloed tegelijkertijd snel naar de haarvaten wordt geleid. Merk op dat de gemiddelde slagaderlijke drukvariatie in capillairen en venulen veel lager is dan die in de precapillaire arteriolen (zie figuur 5.26). Binnen de haarvaten (diameter tussen 5 en 10 μm) daalt de druk onder normale omstandigheden van ongeveer 25 mmHg tot ten hoogste 20 mmHg. De drukgradiënt die het bloed in de haarvaten stuwt, is echter relatief groot, zodat de bloedbeweging door deze vaten efficiënt is. Binnen de veneuze circulatie daalt de druk voortdurend (tot ongeveer 0 mmHg in de rechterboezem), maar ook hier is de drukgradiënt veel geleidelijker, namelijk over de gehele lengte van het veneuze systeem. Daarom is de drukgradiënt veel lager in de venen/het veneuze systeem. In postcapillaire venulen (diameter zo groot als 50 μm) bedraagt de druk onder normale omstandigheden niet meer dan 15 mmHg.
Om de discussie over de drukgradiënt in microvasculaire bedden voort te zetten, er is ongeveer een achtvoudige toename van de drukgradiënt in kleine capillaire segmenten (100-300 μm lengte) in vergelijking met arteriolen en venulen (ongeveer 2000 μm lengte, ongeveer 40 μm diameter). Voor metarteriolen en postcapillaire venulen (ongeveer 15 μm diameter) bedraagt de drukgradiënt 50% van de drukgradiënt in de capillairen. Dit wijst erop dat de stroom in de haarvaten wordt geleid en vervolgens vertraagt om voldoende tijd te laten voor de uitwisseling van voedingsstoffen. Vergeet niet dat de gradiënt groot kan zijn, maar de stroom zal worden omgeleid in vele kleine haarvaten om het gehele vaatbed te perfuseren.
De drukvariatie in microvasculaire bedden onder hypertensieve en hypotensieve omstandigheden is ook onderzocht. Interessant is dat onder beide omstandigheden de gemiddelde hydrostatische druk in de capillairen en de drukgradiënt over de capillairen gelijk waren aan die onder normale omstandigheden. Ook de druk (hydrostatische druk en drukgradiënt) in de postcapillaire vaten was onder deze omstandigheden gelijk aan die onder normale omstandigheden. De grootste verandering werd waargenomen in de arteriolaire vasculatuur, waar de drukgradiënt significant groter was onder hypertensieve omstandigheden of significant kleiner onder hypotensieve omstandigheden. Dit suggereert dat de metarteriolen (en de precapillaire sluitspieren) de capillaire bloedstroom reguleren om deze op het normale niveau te handhaven, zodat de uitwisseling van voedingsstoffen op het optimale niveau wordt gehandhaafd. Dit wijst er ook op dat het bloedvatenstelsel is ontworpen om een constante doorstroming van de microcirculatie te handhaven, onafhankelijk van de gemiddelde arteriële druk. Dit is tamelijk significant en kan worden beschouwd als een mechanisme om eventuele drukvariaties voorafgaand aan de plaats van uitwisseling binnen de vasculatuur te dempen.
De laatste belangrijke variatie in druk door de microvasculaire bedden is gebaseerd op de temporele veranderingen van de cardiale drukpuls en de golfvoortplanting door de vasculatuur. De tot dusver besproken drukwaarden zijn gemiddeld over de hartcyclus, door gedurende de gehele hartcyclus meerdere metingen te verrichten. Echter, tijdens de hartcyclus, de hydrostatische druk veranderingen binnen de microvasculaire bedden oscilleren op de orde van 2 mmHg. Wij hebben eerder verklaard dat de hydrostatische druk in de haarvaten ongeveer 25 mmHg bedraagt. Dit betekent dat de druk zou variëren tussen ongeveer 24 en 26 mmHg tijdens de hartcyclus. Deze temporele veranderingen zijn niet zo significant in vergelijking met de relatief stabiele drukgradiënt over de bloedvaten. De meeste gegevens die in dit hoofdstuk zijn besproken, zijn in de jaren zeventig verzameld door B. Zweifach en zijn onderzoeksgroep.