6.4 Rozkład ciśnienia w łożyskach mikronaczyniowych
Ukazano, że gradient ciśnienia w łożyskach mikronaczyniowych jest jednym z najbardziej krytycznych parametrów płynu w regulacji przepływu w tych naczyniach (prędkość płynu jest tak wolna w tych naczyniach, że małe zmiany ciśnienia mogą powodować duże zmiany w warunkach przepływu, w tym prędkości, naprężenia ścinającego i szybkości ścinania). Gradient ciśnienia w łożyskach mikronaczyniowych został zmierzony eksperymentalnie przy użyciu dwóch sond przepływowych wprowadzonych do różnych rozgałęzień sieci. Znając odległość pomiędzy tymi sondami oraz odczyty ciśnienia uzyskane z sond, można obliczyć gradient ciśnienia. W miarę zmniejszania się średnicy naczynia krwionośnego w sieci naczyniowej (np. od tętniczek do kapilar) gradient ciśnienia znacznie się zwiększa. Wraz ze wzrostem średnicy naczynia krwionośnego (od naczyń włosowatych do żył) gradient ciśnienia ponownie się zmniejsza. Można to wyjaśnić szybkimi zmianami ciśnienia hydrostatycznego w obrębie tętniczek przedkapilarnych, spowodowanymi zwężeniem lub rozszerzeniem zwieracza przedkapilarnego.
W przeciwieństwie do tego, ciśnienie hydrostatyczne w obrębie tętniczek jest względnie stałe, dopóki naczynia krwionośne nie zbliżą się do średnicy około 40 μm. Dlatego gradient ciśnienia w tych naczyniach jest stosunkowo niski (patrz rysunek 5.26, który pokazuje, że średnie ciśnienie tętnicze jest stosunkowo stabilne w naczyniach większych niż kapilary zarówno po stronie tętniczej, jak i żylnej krążenia). Naczynia o średnicy w zakresie 40 μm znajdują się zwykle jedno do dwóch rozwidleń powyżej zwieraczy metarteriole/przedkapilarnych. W tętniczkach o średnicy 15-40 μm dochodzi do szybkiego spadku ciśnienia do około 30 mmHg, co wiąże się z szybkim wzrostem gradientu ciśnienia w całym naczyniu. Gwałtowny spadek ciśnienia powoduje, że prędkość przepływu krwi jest wystarczająco mała, aby w naczyniach włosowatych mogła zachodzić wymiana składników odżywczych i odpadów, a jednocześnie krew jest szybko kierowana do naczyń włosowatych. Zauważ, że zmiany średniego ciśnienia tętniczego w kapilarach i żyłach są znacznie mniejsze niż w tętniczkach przedwłośniczkowych (patrz rysunek 5.26). W naczyniach włosowatych (o średnicy od 5 do 10 μm) ciśnienie spada w normalnych warunkach z około 25 mmHg do co najwyżej 20 mmHg. Jednak gradient ciśnień kierujący krew do naczyń włosowatych jest stosunkowo duży, dzięki czemu ruch krwi w tych naczyniach jest wydajny. W krążeniu żylnym ciśnienie stale spada (do około 0 mmHg w prawym przedsionku), ale znów jest to spadek znacznie bardziej stopniowy, obejmujący całą długość układu żylnego. Dlatego też gradient ciśnień w obrębie żył/układu żylnego jest znacznie mniejszy. W postkapilarnych żyłach (średnica tak duża jak 50 μm), ciśnienie nie jest więcej niż 15 mmHg w normalnych warunkach.
Aby kontynuować dyskusję o gradiencie ciśnienia przez mikronaczyniowe łóżka, jest w przybliżeniu ośmiokrotny wzrost gradientu ciśnienia w małych segmentach kapilarnych (100-300 μm długość) w porównaniu do tętniczek i żył (około 2000 μm długość, około 40 μm średnica). Dla metarterioli i żyłek postkapilarnych (ok. 15 μm średnicy) gradient ciśnienia wynosi 50% gradientu ciśnienia w całych kapilarach. Sugeruje to, że przepływ jest kierowany do kapilar, a następnie zwalnia, aby zapewnić wystarczający czas na wymianę składników odżywczych. Przypomnijmy, że gradient może być duży, ale przepływ zostanie skierowany do wielu małych kapilar, aby perfuzja całego łożyska naczyniowego.
Zmienność ciśnienia w łóżkach mikronaczyniowych w warunkach nadciśnienia i hipotensji również została zbadana. Interesująco, w obu warunkach, średnie ciśnienie hydrostatyczne w kapilarach, jak również gradient ciśnienia przez kapilary był równoważny z tamtym zobaczonym w normalnych warunkach. Również ciśnienie (hydrostatyczne i gradient ciśnienia) w obrębie żył postkapilarnych było w tych warunkach takie samo jak w warunkach prawidłowych. Największe zmiany obserwowano w obrębie naczyń tętniczych, gdzie gradient ciśnienia był istotnie większy w warunkach nadciśnienia lub istotnie mniejszy w warunkach hipotensyjnych. Sugeruje to, że metarteriole (i zwieracze przedkapilarne) regulują przepływ krwi w kapilarach, aby utrzymać go na normalnym poziomie, dzięki czemu wymiana składników odżywczych jest utrzymywana na optymalnym poziomie. Sugeruje to również, że układ krążenia jest zaprojektowany tak, aby utrzymać stały przepływ przez mikrokrążenie, niezależnie od średniego ciśnienia tętniczego. To jest dość znaczące i może być uważane za mechanizm tłumienia wszelkich zmian ciśnienia przed miejscem wymiany w obrębie vasculature.
Ostatnia główna zmiana ciśnienia w całym mikrokrążeniu jest oparta na czasowych zmianach z impulsu ciśnienia serca i propagacji fali w całym naczyniu. Wartości ciśnienia omówione do tej pory zostały uśrednione w całym cyklu serca, poprzez wielokrotne odczyty podczas całego cyklu serca. Jednakże, podczas cyklu serca, ciśnienie hydrostatyczne zmienia się w obrębie łożysk mikronaczyniowych oscylując na poziomie 2 mmHg. Wcześniej stwierdziliśmy, że ciśnienie hydrostatyczne w kapilarach wynosi około 25 mmHg. Oznacza to, że podczas cyklu sercowego ciśnienie wahałoby się między około 24 a 26 mmHg. Te czasowe zmiany nie są tak znaczące w porównaniu z relatywnie stabilnym gradientem ciśnień w naczyniach krwionośnych. Większość danych, które zostały omówione w tym rozdziale, została zebrana przez B. Zweifacha i jego grupę badawczą w latach 70-tych.