Mechanizmus
Sokféle mechanizmus szabályozza és járul hozzá a tüdő érrendszeri ellenálláshoz. A tágabb kategóriák közé tartozik a pulmonális érnyomás, a tüdőtérfogat, a gravitáció, a simaizomzat tónusossága és az alveoláris hipoxia.
Tüdő intravaszkuláris nyomás
Amint a szív bemenete megnő, például testmozgás során, a pulmonális keringésnek alkalmazkodnia kell ehhez a megnövekedett előremenő áramláshoz. Ezért a pulmonális intravaszkuláris nyomás és a pulmonális érellenállás fordítottan arányos egymással. Kísérletek kimutatták, hogy a pulmonális artériás nyomás növelése a bal pitvari nyomás állandó szinten tartása mellett a pulmonális érellenállás csökkenését eredményezi. Ez a csökkenés két mechanizmuson keresztül történik: a kapilláris rekrutáció és a kapilláris tágulás.
Az első mechanizmus, amely bekövetkezik, a kapilláris rekrutáció. Alaphelyzetben a pulmonális kapillárisok egy része részben vagy teljesen zárva van, és nem engedi át a véráramlást. A kapilláris rekrutáció ezeknek a zárt kapillárisoknak a megnyílása a megnövekedett véráramlás állapotaiban. Az áramlás nagyobb keresztmetszeti felületen való eloszlása csökkenti a teljes érellenállást. A rekrutáció általában a tüdő 1. zónájában (apiciumok) történik, ahol a kapillárisok nyomása a legalacsonyabb.
A kapillárisok tágulása a második mechanizmus, és a kapillárisok tágulását jelenti a megnövekedett véráramlás befogadására. Az ovuláris erek körkörösebbé válnak, ami a domináns mechanizmus az alacsony PVR fenntartására magasabb pulmonális artériás nyomás mellett.
Tüdőtérfogatok
Az alveoláris nyomások és térfogatok nagyban befolyásolják a pulmonális érellenállást. A tüdőtérfogat hatása az ér típusától függ. Az extraalveoláris erek a tüdőparenchimán keresztül futnak. Ezek az erek simaizomzatúak és rugalmas szövetekkel rendelkeznek, amelyek a tágulás ellensúlyozásával eredendően csökkentik az érkörfogatot. A tüdő tágulásával ezen erek átmérője az érfalak sugárirányú húzódása révén megnő. Ezért az érellenállás nagy tüdőtérfogat esetén alacsony. A tüdő összeomlása során az erek ellenállása megnő az ereken keresztül, az erek rugalmasságának ellenállás nélküli hatása miatt. A kritikus nyitási nyomás azt a légnyomást jelenti, amely ahhoz szükséges, hogy a vér az extraalveoláris kapillárisokon keresztül áramolhasson. Ez a fogalom alkalmazható az érrendszeri ellenállás modellezésekor az összeesett tüdőben.
Az alveoláris kapillárisok közé tartoznak az alveoláris falak sarkában lévő kapillárisok és erek. Az ezeken az ereken belüli tágulás mértékének meghatározója a transzmurális nyomás (3. ábra).
Az alveoláris nyomás az 1. zónában (a csúcsok közelében) a legmagasabb, a 3. zónában (a bázisok közelében) a legalacsonyabb. Belégzéskor az alveoláris nyomás emelkedik, ami összenyomja a környező alveoláris kapillárisokat. Még a belégzéssel járó megnövekedett jobb szívvisszatérés mellett is, az alveoláris falak megnyúlása és elvékonyodása csökkenti a kapillárisok kaliberét, és végül a PVR növekedéséhez vezet nagy tüdőtérfogatoknál. A PVR a legmagasabb a teljes tüdőkapacitás (TLC), magas a reziduális térfogat (RV) és a legalacsonyabb a funkcionális reziduális kapacitás (FRC) esetén (4. ábra).
Gravitáció
Az 5. ábra a tüdő különböző zónáit szemlélteti. A PVR az 1. zónában a legnagyobb, mivel az emelkedett alveoláris nyomás növeli az alveoláris-kapillárisra ható befelé irányuló transzmurális nyomást. A kapilláris összeomlik, és az ellenállás megnő. A PVR a 3. zónában a legkisebb, ahol az artériás nyomás magasabb, mint az alveoláris nyomás, ami megnövekedett kifelé irányuló transzmurális nyomást és megnövekedett érkalibert okoz.
Alveoláris hipoxia
Az alveolákon belüli hipoxia a tüdő érrendszerében vazokonstrikciót idéz elő. Ez a homeosztatikus mechanizmus lehetővé teszi a tüdő számára, hogy a vért az oxigéndúsabb tüdőrészletekbe söntölje, így javul a szellőzés/perfúzió összhangja, ami viszont javítja az oxigénszállítást az egész szervezetben. Ez a mechanizmus rendkívül fontossá válik, amikor a tüdő olyan zavaró folyamatoknak van kitéve, mint a konszolidáció (pl. tüdőgyulladás) vagy az érrendszeri elzáródás (pl. tüdőembólia), lehetővé téve ezzel a megfelelő kompenzációt. Az elmélet szerint ez a válasz a molekuláris szinten kezdődik, ahol egy mitokondriális szenzor redoxkapcsolási reakciókat használ a tüdőartéria simaizomsejtjeinek (PASMC) rugalmasságának megváltoztatására. A redoxireakciók a PASMC depolarizációjához vezetnek a feszültségkapcsolt kalciumcsatornák aktiválásán és a káliumcsatornák gátlásán keresztül, ami a hipoxiás tüdőszakaszok arterioláiban csökkent rugalmassághoz vezet. Továbbá, ha tartós hipoxia áll fenn, alternatív útvonalak aktiválódhatnak (pl. rho kináz), és kemokinek felszabadulása (pl, hypoxia-indukálható faktor (HIF)-1alfa) léphet fel, ami fokozza az érszűkítő hatásokat, valamint az érrendszer átalakulását.
Simaizomzat tónusa
A tüdőkeringés általában alacsony vaszkuláris tónussal rendelkezik; ez annak köszönhető, hogy a tüdőerekben arányosan kevesebb a simaizomzat, mint más szervek hasonló átmérőjű ereiben. A szisztémás erekhez képest a tüdőerek simaizomszövete kevésbé egyenletesen oszlik el a tunica intimában. A tüdőerek a kis erek körüli szövethiány, a csökkent elasztin- és kollagénrostok, valamint a csökkent simaizomtartalom miatt is engedékenyebbek, mint a szisztémás artériák. Ezt a jelenséget mutatja a jobb és bal kamra között megfigyelhető nyomásgradiens.
A tüdőartériák egyszerre rugalmasak és izmosak. Ezek az artériák simaizmot tartalmaznak a tunica medián belül, amelyet belső és külső rugalmas laminae vesz körül. Ide tartoznak a tüdőartéria törzse, fő ágai és az extraalveoláris erek. A nagyobb, peri-bronchialis artériák izmosabbak (>2 mm). A peribronchiális artériák a tüdőlobulákon belül helyezkednek el. Ezek az extra-alveoláris artériák neurális, humorális vagy gázos szabályozással szabályozzák a PVR-t. Ahogy az erek kisebbek lesznek, a simaizomtartalom csökken. A simaizomzat spirális alakot vesz fel, és az alveolusokat és az alveoláris csatornákat ellátó tüdőartériolákká alakul. Ha a simaizomzat meghaladja a külső átmérő 5%-át, kórosnak tekintik.
A tüdőartériákban több a simaizomzat a vénákhoz képest, és a vazoaktív mediátorok által okozott szűkület elsődleges helyét jelentik. A kapillárisok nélkülözik a vazomotoros kontrollt. A fokozott tónust és ezáltal fokozott PVR-t okozó tényezők közé tartozik a szerotonin, adrenalin, noradrenalin, hisztamin, ATP, adenozin, neurokinin A, endotelin, angiotenzin, tromboxán A/Prosztaglandinok/Leukotriének (LTB). E faktorok többsége egy G-fehérjéhez kapcsolt útvonalon keresztül hat, amely aktiválja a miozin összehúzódását. Neuronálisan a tüdőszűkület a szimpatikus idegrendszer közvetítése alatt áll az a1 adrenerg receptorok stimulálásán keresztül.
A simaizomzat tónusát és a PVR-t csökkentő tényezők közé tartozik az acetilkolin és az izoproterenol, a prosztaticiklin (PGI), a bradikinin, a vazopresszin, az ANP, a substance P, a VIP, a hisztamin (adrenalinválasz során). A legtöbb faktor a ciklikus adenozin 3′,5′ monofoszfát (cAMP) aktiválásán keresztül hat. A cAMP de-foszforilálja a miozint és csökkenti a kalciumszintet, ami a simaizomzat relaxációját okozza. A tüdő endotélsejtjei a nitrogén-oxid (NO) termelésén keresztül okoznak relaxációt. Az NO diffundál a simaizomsejteken keresztül, aktiválja a ciklikus guanozin-3′,5′ monofoszfátot (cGMP), amely a miozin de-foszforilációján keresztül simaizomrelaxációt okoz. Ezenkívül a paraszimpatikus idegrendszerből a vagus idegen keresztül az érrendszerben lévő M muskarin receptorokon keresztül érkező stimulus NO-függő vazodilatációt okoz.