Mekanisme
Flere mekanismer regulerer og bidrager til pulmonal vaskulær modstand. De brede kategorier omfatter pulmonalt vaskulært tryk, lungevolumen, tyngdekraft, glat muskeltonicitet og alveolær hypoxi.
Pulmonalt intravaskulært tryk
Når hjertets input øges, f.eks. under træning, skal det pulmonale kredsløb tilpasse sig for at imødekomme denne øgede fremadrettede strømning. Derfor er pulmonalt intravaskulært tryk og pulmonal vaskulær modstand omvendt relateret. Eksperimenter har vist, at en forøgelse af det pulmonale arterietryk, mens venstre atrialtryk holdes konstant, resulterer i et fald i den pulmonale vaskulære modstand. Dette fald sker via to mekanismer: kapillær rekruttering og kapillær distension.
Den første mekanisme, der opstår, er kapillær rekruttering. Ved baseline er nogle af de pulmonale kapillærer helt eller delvist lukkede og tillader ingen blodgennemstrømning. Kapillær rekruttering er åbningen af disse lukkede kapillærer under tilstande med øget blodgennemstrømning. Fordelingen af strømmen over et større tværsnitsareal reducerer den samlede vaskulære modstand. Rekruttering sker normalt i zone 1 i lungen (apicer), hvor kapillærtrykket er lavest.
Kapillær distension er den anden mekanisme og indebærer udvidelse af kapillærerne for at imødekomme den øgede blodgennemstrømning. De ovulære kar bliver mere cirkulære, hvilket er den fremherskende mekanisme til at opretholde en lav PVR ved højere pulmonale arterietryk.
Lungevolumen
Alveolære tryk og volumener har stor indflydelse på den pulmonale vaskulære modstand. Virkningen af lungevolumen afhænger af kartypen. Ekstra-alveolære kar løber gennem lungeparenkymet. Disse kar har glatte muskler og elastisk væv, som i sagens natur reducerer karomfanget ved at modvirke distension. Når lungen udvider sig, øges diameteren af disse kar via radial trækkraft på karvæggene. Derfor er den vaskulære modstand lav ved store lungevolumener. Under lungekollaps er der øget modstand gennem karrene på grund af den uimodståede virkning af karelasticiteten. Det kritiske åbningstryk er det lufttryk, der er nødvendigt for at tillade blodgennemstrømning gennem ekstra-alveolære kapillærer. Dette begreb er anvendeligt ved modellering af vaskulær modstand i en kollapset lunge.
Alveolære kapillærer omfatter kapillærer og kar i hjørnet af alveolevæggene. Det afgørende for størrelsen af distension i disse kar er deres transmurale tryk (Figur 3).
Alveolært tryk er højest i zone 1 (nær apicerne) og lavest i zone 3 (nær baserne). Under inspiration stiger det alveolære tryk, hvilket komprimerer de omkringliggende alveolære kapillærer. Selv med det øgede højre hjertereturnering i forbindelse med inspiration reducerer strækningen og udtyndingen af de alveolære vægge kapillærkaliberet og fører i sidste ende til en stigning i PVR ved store lungevolumener. PVR er højest ved total lungekapacitet (TLC), højest ved residualvolumen (RV) og lavest ved funktionel residualkapacitet (FRC) (Figur 4).
Tyngdekraft
Figur 5 illustrerer de forskellige zoner i lungen. PVR er størst ved zone 1, da det forhøjede alveolære tryk øger det indadgående transmurale tryk på alveolær-kapillæret. Kapillæret bliver sammenklappeligt, og modstanden stiger. PVR er lavest ved zone 3, hvor det arterielle tryk er højere end det alveolære tryk, hvilket medfører et øget udadgående transmuralt tryk og øget karkaliber.
Alveolær hypoxi
Hypoxi i alveolerne inducerer vasokonstriktion i lungevaskulaturen. Denne homeostatiske mekanisme gør det muligt for lungerne at shunte blodet til mere iltede lungesegmenter, hvilket giver mulighed for forbedret ventilation/perfusionsmatching, hvilket igen forbedrer ilttilførslen i hele kroppen. Denne mekanisme får stor betydning, når lungerne udsættes for forstyrrende processer som f.eks. konsolidering (f.eks. lungebetændelse) eller blokering af blodkarrene (f.eks. lungeemboli), hvilket giver mulighed for passende kompensation. Teorien er, at denne reaktion begynder på molekylært niveau, hvor en mitokondriel sensor udnytter redox-koblingsreaktioner til at ændre elasticiteten i lungearteriernes glatte muskelceller (PASMC). Redoxreaktionerne fører til depolarisering af PASMC via aktivering af spændingsaktiverede calciumkanaler og hæmning af kaliumkanaler, hvilket fører til nedsat elasticitet i arterioler i hypoxiske lungesegmenter. Hvis der er vedvarende hypoxi, kan alternative veje desuden blive aktiveret (f.eks. rho kinase), og frigivelse af kemokiner (f.eks, hypoxi-inducerbar faktor (HIF)-1alpha) kan forekomme, hvilket forstærker de vasokonstriktive virkninger samt remodellering af vaskulaturen.
Smooth Muscle Tonicity
Generelt har lungekredsløbet en lav vaskulær tone; dette skyldes, at lungekarrene har forholdsmæssigt mindre glat muskulatur sammenlignet med kar med tilsvarende diameter i andre organer. Sammenlignet med systemiske kar er det glatte muskelvæv i lungekarrene mindre jævnt fordelt i tunica intima. Lungekarrene er også mere eftergivelige end systemiske arterier på grund af manglende væv omkring de små kar, færre elastin- og kollagenfibre og mindre indhold af glat muskulatur. Et fænomen, der påvises af den observerede trykgradient mellem højre og venstre ventrikel.
Lungearterierne er både elastiske og muskuløse. Disse arterier indeholder glat muskel i tunica media, der er omgivet af indre og ydre elastiske laminae. De omfatter pulmonalarterie-stammen, hovedforgreninger og ekstra-alveolære kar. Større, peri-bronchiale arterier er mere muskuløse (>2 mm). Peri-bronchiale arterier ligger inden for lungelobuli. Disse ekstra-alveolære arterier styrer PVR gennem neural, humoral eller gasformig kontrol. Efterhånden som karrene bliver mindre, falder indholdet af glat muskulatur. Den glatte muskel får en spiralform og bliver til de pulmonale arterioler, der forsyner alveolerne og alveolærgangene. Hvis den glatte muskulatur overstiger 5 % af den ydre diameter, betragtes den som patologisk.
Lungearterierne har mere glat muskulatur i forhold til venerne og udgør de primære steder for indsnævring ved vasoaktive mediatorer. Kapillærer er blottet for vasomotorisk kontrol. Faktorer, der forårsager øget tone og dermed øget PVR, omfatter serotonin, epinephrin, noradrenalin, histamin, ATP, adenosin, neurokinin A, endothelin, angiotensin, thromboxan A/prostaglandiner/leukotriener (LTB). De fleste af disse faktorer virker gennem en G-proteinkoblet vej, som aktiverer myosinkontraktion. Neuronalt er lungekonstriktion under formidling af det sympatiske nervesystem gennem stimulering af a1-adrenerge receptorer.
Faktorer, der nedsætter glat muskeltonicitet og nedsætter PVR, omfatter acetylcholin og isoproterenol, prostacyclin (PGI), bradykinin, vasopressin, ANP, substans P, VIP, histamin (under adrenalinrespons). De fleste af faktorerne virker gennem aktivering af cyklisk adenosin 3′,5′-monofosfat (cAMP). cAMP de-fosforylerer myosin og reducerer calciumniveauet, hvilket medfører afslapning af glatte muskler. Pulmonale endothelceller forårsager afslapning gennem produktion af nitrogenoxid (NO). NO diffunderer gennem glatte muskelceller og aktiverer cyklisk guanosin 3′, 5′ monofosfat (cGMP), som forårsager afslapning af glatte muskler gennem de-fosforylering af myosin. Desuden stimulus fra det parasympatiske nervesystem via vagusnerven på M-muskarinreceptorer i vaskulaturen tilfælde NO-afhængig vasodilatation.