Meccanismo
Molti meccanismi regolano e contribuiscono alla resistenza vascolare polmonare. Le grandi categorie includono la pressione vascolare polmonare, il volume polmonare, la gravità, la tonicità della muscolatura liscia e l’ipossia alveolare.
Pressione intravascolare polmonare
Quando l’input cardiaco aumenta, per esempio, durante l’esercizio, la circolazione polmonare deve adattarsi per accogliere questo flusso aumentato. Pertanto, la pressione intravascolare polmonare e la resistenza vascolare polmonare sono inversamente correlate. Gli esperimenti hanno dimostrato che aumentando la pressione arteriosa polmonare e mantenendo costante la pressione atriale sinistra si ottiene una diminuzione della resistenza vascolare polmonare. Questa diminuzione avviene attraverso due meccanismi: reclutamento capillare e distensione capillare.
Il primo meccanismo che si verifica è il reclutamento capillare. Al basale, alcuni dei capillari polmonari sono parzialmente o interamente chiusi e non consentono alcun flusso di sangue. Il reclutamento capillare è l’apertura di questi capillari chiusi durante gli stati di aumento del flusso sanguigno. La distribuzione del flusso su una maggiore superficie trasversale riduce la resistenza vascolare complessiva. Il reclutamento avviene di solito nella zona 1 del polmone (apici), dove le pressioni capillari sono le più basse.
La distensione capillare è il secondo meccanismo e comporta l’allargamento dei capillari per accogliere un aumento del flusso sanguigno. I vasi ovali diventano più circolari, che è il meccanismo predominante per mantenere bassa la PVR a pressioni arteriose polmonari più alte.
Volumi polmonari
Le pressioni e i volumi alveolari influenzano notevolmente la resistenza vascolare polmonare. L’effetto del volume polmonare dipende dal tipo di vaso. I vasi extra-alveolari attraversano il parenchima polmonare. Questi vasi sono dotati di muscolatura liscia e tessuto elastico, che riduce intrinsecamente la circonferenza dei vasi contrastando la distensione. Quando il polmone si espande, il diametro di questi vasi aumenta attraverso la trazione radiale delle pareti dei vasi. Pertanto, la resistenza vascolare è bassa a grandi volumi polmonari. Durante il collasso polmonare, c’è un aumento della resistenza attraverso i vasi a causa dell’azione non contrastata dell’elasticità dei vasi. La pressione critica di apertura rappresenta la pressione dell’aria necessaria per permettere il flusso di sangue attraverso i capillari extra-alveolari. Questo concetto è applicabile quando si modella la resistenza vascolare in un polmone collassato.
I capillari alveolari includono capillari e vasi nell’angolo delle pareti alveolari. Il determinante della quantità di distensione all’interno di questi vasi è la loro pressione transmurale (Figura 3).
La pressione alveolare è massima nella zona 1 (vicino agli apici) e minima nella zona 3 (vicino alle basi). Durante l’inspirazione, la pressione alveolare aumenta, il che comprime i capillari alveolari circostanti. Anche con l’aumento del ritorno del cuore destro associato all’inspirazione, lo stiramento e l’assottigliamento delle pareti alveolari riducono il calibro dei capillari e in definitiva portano ad un aumento della PVR a grandi volumi polmonari. La PVR è più alta alla capacità polmonare totale (TLC), alta al volume residuo (RV) e più bassa alla capacità funzionale residua (FRC) (Figura 4).
Gravità
La Figura 5 illustra le diverse zone del polmone. La PVR è maggiore nella zona 1 poiché l’elevata pressione alveolare aumenta la pressione transmurale verso l’interno del capillare alveolare. Il capillare diventa collassabile e la resistenza aumenta. Il PVR è più basso nella zona 3, dove la pressione arteriosa è più alta della pressione alveolare, causando un aumento della pressione transmurale verso l’esterno e un aumento del calibro dei vasi.
Ipossia alveolare
L’ipossia negli alveoli induce la vasocostrizione all’interno della vascolarizzazione polmonare. Questo meccanismo omeostatico permette ai polmoni di deviare il sangue verso segmenti polmonari più ossigenati, permettendo così una maggiore corrispondenza tra ventilazione e perfusione, che a sua volta migliora l’erogazione di ossigeno in tutto il corpo. Questo meccanismo diventa abbondantemente importante quando i polmoni sono esposti a processi dirompenti, come il consolidamento (ad esempio, la polmonite) o il blocco all’interno della vascolarizzazione (ad esempio, emboli polmonari), permettendo così una compensazione adeguata. La teoria è che questa risposta inizia a livello molecolare in cui un sensore mitocondriale utilizza reazioni di accoppiamento redox per alterare l’elasticità delle cellule muscolari lisce dell’arteria polmonare (PASMC). Le reazioni redox portano alla depolarizzazione delle PASMC attraverso l’attivazione dei canali del calcio voltaggio-gated e l’inibizione dei canali del potassio, che porta alla diminuzione dell’elasticità nelle arteriole dei segmenti polmonari ipossici. Inoltre, se c’è ipossia sostenuta, percorsi alternativi possono essere attivati (ad esempio, rho kinase), e il rilascio di chemochine (ad es, HIF -1alfa), che aumenta gli effetti vasocostrittivi e il rimodellamento della vascolarizzazione.
Tonicità della muscolatura liscia
Generalmente, la circolazione polmonare ha un basso tono vascolare; ciò è dovuto al fatto che i vasi polmonari hanno proporzionalmente meno muscoli lisci rispetto ai vasi di diametro simile in altri organi. Rispetto ai vasi sistemici, il tessuto muscolare liscio nei vasi polmonari è distribuito meno uniformemente nella tunica intima. Le vene polmonari sono anche più cedevoli delle arterie sistemiche a causa della mancanza di tessuto intorno ai piccoli vasi, della riduzione delle fibre di elastina e collagene e del ridotto contenuto di muscolo liscio. Un fenomeno che è dimostrato dal gradiente di pressione osservato tra i ventricoli destro e sinistro.
Le arterie polmonari sono sia elastiche che muscolari. Queste arterie contengono muscolo liscio all’interno della tunica media che è circondata da lamine elastiche interne ed esterne. Queste includono il tronco dell’arteria polmonare, i rami principali e i vasi extra-alveolari. Le arterie peri-bronchiali più grandi sono più muscolari (>2mm). Le arterie peri-bronchiali si trovano all’interno dei lobuli polmonari. Queste arterie extra-alveolari controllano la PVR attraverso il controllo neurale, umorale o gassoso. Man mano che i vasi diventano più piccoli, il contenuto di muscolo liscio diminuisce. La muscolatura liscia assume una forma a spirale e diventa le arteriole polmonari che riforniscono gli alveoli e i dotti alveolari. Se la muscolatura liscia supera il 5% del diametro esterno, è considerata patologica.
Le arterie polmonari hanno più muscolatura liscia rispetto alle vene e rappresentano i principali siti di costrizione da parte dei mediatori vasoattivi. I capillari sono privi di controllo vasomotorio. I fattori che causano un aumento del tono e quindi un aumento della PVR includono serotonina, epinefrina, norepinefrina, istamina, ATP, adenosina, neurochinina A, endotelina, angiotensina, trombossano A/Prostaglandine/Leucotrieni (LTB). La maggior parte di questi fattori agisce attraverso un percorso accoppiato alla proteina G, che attiva la contrazione della miosina. Neuronalmente, la costrizione polmonare è sotto la mediazione del sistema nervoso simpatico attraverso la stimolazione dei recettori adrenergici a1.
I fattori che diminuiscono la tonicità della muscolatura liscia e diminuiscono la PVR includono acetilcolina e isoproterenolo, prostaciclina (PGI), bradichinina, vasopressina, ANP, sostanza P, VIP, istamina (durante la risposta adrenalinica). La maggior parte dei fattori agisce attraverso l’attivazione dell’adenosina 3′,5′ monofosfato ciclico (cAMP). cAMP de-fosforila la miosina e riduce i livelli di calcio, causando il rilassamento del muscolo liscio. Le cellule endoteliali polmonari causano il rilassamento attraverso la produzione di ossido nitrico (NO). NO si diffonde attraverso le cellule muscolari lisce, attiva la guanosina ciclica 3′, 5′ monofosfato (cGMP), che causa il rilassamento della muscolatura liscia attraverso la de-fosforilazione della miosina. Inoltre, lo stimolo dal sistema nervoso parasimpatico attraverso il nervo vago sui recettori muscarinici M nei casi vascolarizzazione NO-dipendente.