Mekanismi
Moninaiset mekanismit säätelevät ja vaikuttavat keuhkovaskulaariseen vastukseen. Laajoja kategorioita ovat keuhkovaskulaarinen verisuonipaine, keuhkotilavuus, painovoima, sileän lihaksen toonisuus ja alveolaarinen hypoksia.
Pulmonaalinen intravaskulaarinen paine
Kun sydämen tulo lisääntyy esimerkiksi liikunnan aikana, keuhkoverenkierron on sopeuduttava tähän lisääntyneeseen eteenpäin suuntautuvaan virtaukseen. Siksi keuhkojen verisuonensisäinen paine ja keuhkovaskulaarinen vastus ovat käänteisessä suhteessa toisiinsa. Kokeet ovat osoittaneet, että keuhkovaltimopaineen nousu vasemman eteisen paineen pysyessä vakiona johtaa keuhkovaltimovastuksen pienenemiseen. Tämä lasku tapahtuu kahden mekanismin kautta: kapillaarirekrytointi ja kapillaaridistenssi.
Ensimmäinen mekanismi, joka tapahtuu, on kapillaarirekrytointi. Lähtötilanteessa osa keuhkokapillaareista on osittain tai kokonaan suljettu eivätkä ne päästä verenkiertoa. Kapillaarirekrytointi on näiden suljettujen kapillaarien avautumista verenkierron lisääntyessä. Virtauksen jakautuminen suuremmalle poikkipinta-alalle vähentää verisuonten kokonaisvastusta. Rekrytointi tapahtuu yleensä keuhkojen vyöhykkeellä 1 (kärjissä), jossa kapillaaripaineet ovat alhaisimmat.
Kapillaarien laajentuminen on toinen mekanismi, ja siihen liittyy kapillaarien laajentuminen lisääntyneen verenkierron vuoksi. Ovulaariset verisuonet muuttuvat pyöreämmiksi, mikä on vallitseva mekanismi alhaisen PVR:n ylläpitämiseksi korkeammilla keuhkovaltimopaineilla.
KEUHKOTILAVUUDET
Alveolaariset paineet ja tilavuudet vaikuttavat suuresti keuhkovaskulaariseen vastukseen. Keuhkotilavuuden vaikutus riippuu verisuonityypistä. Extra-alveolaariset verisuonet kulkevat keuhkoparenkyymin läpi. Näissä verisuonissa on sileää lihasta ja elastista kudosta, joka luonnostaan pienentää verisuonen ympärysmittaa vastapainona laajentumiselle. Keuhkojen laajentuessa näiden verisuonten halkaisija kasvaa verisuonten seinämien säteittäisen vetovoiman kautta. Tämän vuoksi verisuoniresistanssi on alhainen suurilla keuhkotilavuuksilla. Keuhkojen luhistumisen aikana verisuonten läpi kulkeva vastus kasvaa verisuonten kimmoisuuden vastustamattoman vaikutuksen vuoksi. Kriittinen avautumispaine edustaa sitä ilmanpainetta, joka tarvitaan, jotta veri pääsee virtaamaan keuhkorakkuloiden ulkopuolisten kapillaarien läpi. Tätä käsitettä voidaan soveltaa mallinnettaessa verisuoniresistanssia romahtaneessa keuhkossa.
Alveolikapillaareihin kuuluvat kapillaarit ja verisuonet alveolien seinämien kulmassa. Näiden verisuonten sisällä tapahtuvan paisumisen määrän määräävä tekijä on niiden transmuraalinen paine (kuva 3).
Alveolaarinen paine on korkein vyöhykkeellä 1 (lähellä latvoja) ja matalin vyöhykkeellä 3 (lähellä tyviä). Sisäänhengityksen aikana alveolipaine nousee, mikä puristaa ympäröiviä alveolikapillaareja. Vaikka sisäänhengitykseen liittyvä oikean sydämen paluu lisääntyykin, alveolien seinämien venyminen ja oheneminen pienentää kapillaarien kaliiperia ja johtaa lopulta PVR:n kasvuun suurilla keuhkotilavuuksilla. PVR on suurimmillaan keuhkojen kokonaiskapasiteetin (TLC) kohdalla, suurimmillaan jäännöstilavuuden (RV) kohdalla ja pienimmillään funktionaalisen jäännöskapasiteetin (FRC) kohdalla (kuva 4).
Painovoima
Kuvassa 5 havainnollistetaan keuhkojen eri vyöhykkeet. PVR on suurin vyöhykkeellä 1, koska kohonnut alveolaarinen paine lisää sisäänpäin suuntautuvaa transmuraalista painetta alveolikapillaariin. Kapillaari romahtaa, ja vastus kasvaa. PVR on pienin vyöhykkeellä 3, jossa valtimopaine on korkeampi kuin alveolaarinen paine, mikä aiheuttaa kohonneen ulospäin suuntautuvan transmuraalisen paineen ja suurentuneen verisuonikaliberin.
Alveolaarinen hypoksia
Alveolien sisällä tapahtuva hypoksia aiheuttaa verisuonten supistumista keuhkoverisuonistossa. Tämän homeostaattisen mekanismin ansiosta keuhkot pystyvät ohjaamaan verta hapekkaampiin keuhkosegmentteihin, mikä mahdollistaa paremman ventilaatio/perfuusion yhteensovittamisen, mikä puolestaan parantaa hapen saantia koko elimistöön. Tämä mekanismi on erittäin tärkeä, kun keuhkot altistuvat häiriöprosesseille, kuten konsolidaatiolle (esim. keuhkokuume) tai verisuoniston tukkeutumiselle (esim. keuhkoveritulppa), ja mahdollistaa siten asianmukaisen kompensaation. Teorian mukaan tämä vaste alkaa molekyylitasolta, jossa mitokondriaalinen anturi käyttää redox-kytkentäreaktioita keuhkovaltimon sileiden lihassolujen (PASMC) kimmoisuuden muuttamiseen. Redox-reaktiot johtavat PASMC:n depolarisaatioon jänniteohjattujen kalsiumkanavien aktivoitumisen ja kaliumkanavien estymisen kautta, mikä johtaa vähentyneeseen elastisuuteen hypoksisten keuhkosegmenttien valtimoiden sisällä. Lisäksi, jos hypoksia jatkuu, vaihtoehtoiset reitit voivat aktivoitua (esim. rho-kinaasi) ja kemokiinien vapautuminen (esim, hypoksia-indusoituva tekijä (HIF)-1alfa) voi tapahtua, mikä lisää verisuonia supistavia vaikutuksia sekä verisuoniston uudelleenmuodostusta.
Sileän lihaksen tonus
Kaiken kaikkiaan keuhkoverenkierrossa on matala verisuonten tonus; tämä johtuu siitä, että keuhkoverisuonissa on suhteessa vähemmän sileää lihasta kuin halkaisijaltaan samankaltaisissa verisuonissa muissa elimissä. Systeemisiin verisuoniin verrattuna keuhkoverisuonten sileälihaskudos on jakautunut epätasaisemmin tunica intimaan. Keuhkoverisuonet ovat myös taipuisampia kuin systeemiset valtimot, koska pienten verisuonten ympärillä ei ole kudosta, elastiini- ja kollageenikuituja on vähemmän ja sileän lihaksen osuus on pienempi. Ilmiö, joka näkyy oikean ja vasemman kammion välillä havaittavana painegradienttina.
Kammiovaltimot ovat sekä elastisia että lihaksikkaita. Nämä valtimot sisältävät sileää lihasta tunica mediassa, jota ympäröi sisäinen ja ulkoinen elastinen laminae. Niihin kuuluvat keuhkovaltimon runko, päähaarat ja ekstra-alveolaariset verisuonet. Suuremmat, peribronkiaaliset valtimot ovat lihaksikkaampia (>2 mm). Peribronkiaaliset valtimot sijaitsevat keuhkolohkojen sisällä. Nämä extra-alveolaariset valtimot säätelevät PVR:ää neuraalisen, humoraalisen tai kaasumaisen kontrollin avulla. Kun verisuonet pienenevät, sileän lihaksen osuus vähenee. Sileä lihas saa spiraalimaisen muodon ja muuttuu keuhkoarterioleiksi, jotka syöttävät alveoleja ja alveolikanavia. Jos sileän lihaksen osuus on yli 5 % ulkohalkaisijasta, sitä pidetään patologisena.
Keuhkovaltimoissa on enemmän sileää lihasta suhteessa laskimoihin, ja ne ovat ensisijaisia vasoaktiivisten välittäjäaineiden aiheuttaman supistumisen paikkoja. Kapillaareilla ei ole vasomotorista kontrollia. Tekijöitä, jotka aiheuttavat lisääntynyttä tonusta ja siten lisääntynyttä PVR:ää, ovat muun muassa serotoniini, adrenaliini, noradrenaliini, histamiini, ATP, adenosiini, neurokiniini A, endoteliini, angiotensiini, tromboksaani A / prostaglandiinit / leukotrieenit (LTB). Useimmat näistä tekijöistä vaikuttavat G-proteiinikytkentäisen reitin kautta, joka aktivoi myosiinisupistusta. Neuraalisesti keuhkojen supistuminen on sympaattisen hermoston välittämää a1-adrenergisten reseptorien stimulaation kautta.
Tekijöitä, jotka vähentävät sileän lihaksen tonisuutta ja pienentävät PVR:ää, ovat mm. asetyylikoliini ja isoproterenoli, prostasykliini (PGI), bradykiniini, vasopressiini, ANP, substanssi P, VIP, histamiini (adrenaliinivasteen aikana). Useimmat tekijät vaikuttavat syklisen adenosiini-3′,5′-monofosfaatin (cAMP) aktivaation kautta. cAMP de-fosforyloi myosiinia ja alentaa kalsiumtasoja aiheuttaen sileän lihaksen relaksaation. Keuhkojen endoteelisolut aiheuttavat relaksaatiota tuottamalla typpioksidia (NO). NO diffundoituu sileälihassolujen läpi, aktivoi syklisen guanosiini-3′,5′-monofosfaatin (cGMP), joka aiheuttaa sileän lihaksen relaksaatiota myosiinin defosforylaation kautta. Lisäksi parasympaattisesta hermostosta vagushermon kautta verisuonistossa oleviin M-muskariinireseptoreihin tuleva ärsyke aiheuttaa NO-riippuvaista vasodilataatiota.