Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

13. fejezet - Egyes érterületek vérkeringési sajátosságai

13. fejezet - Egyes érterületek vérkeringési sajátosságai

A vérkeringés általános jellemzőit a 9. fejezetben, a szabályozási elveket a 12. fejezetben ismertetettük. Az egyes szervek és szervrendszerek vérellátásának azonban egyedi jellegzetességei is vannak, amelyek az érterület különleges felépítésére és/vagy szabályozására vezethetők vissza. Különlegességek jellemzik a szív, a splanchnicus érterület, a vázizomzat, a bőr és az agy keringését; ezeket a jelen fejezetben ismertetjük. A vese vérkeringése, összefüggésben a vese működésével a 14. fejezetben szerepel.

A szív vérellátása (coronariakeringés)

A szív obligát aerob szerv, ezért a működő szívnek folyamatos vérellátásra (oxigén- és tápanyagellátásra) van utalva. A mioglobinhoz kötött O2 csak egészen rövid időre fedezheti az oxidációt, és a szívizom felhasználható tápanyagraktára, a glikogén is minimális. A szívet az aortabillentyűk tasakjai mögül kiinduló arteria coronariák látják el vérrel (13-1. ábra). A jobb a. coronaria elsősorban a jobb kamrát és pitvart, a bal a. coronaria – amely röviddel eredése után az elülső descendens és circumflexa ágakra oszlik – főként a bal kamrát és pitvart látja el. Az emberek 50%-ában a jobb a. coronaria domináns, 20%-ban a bal, míg 30%-ban a két ér egyenlő mértékben vesz részt a vérellátásban. A szív folyamatos vérellátása az ember esetében rendkívül veszélyeztetett. Az artériák ágai között normálisan nincs, vagy alig van anasztomózis: az emberi halálokok között a szív vérellátásának helyi megszűnése az arteria coronariák megbetegedése (atherosclerosis) következtében az első helyek egyikén áll. A coronariák radiológiai vizsgálata (coronarographia) a kardiológiai diagnosztika napi eszköze (13-2. ábra), az elzáródott vagy beszűkült erek tágítása (percutan transluminalis angioplastica) helyreállíthatja a vérellátást, és ha ez a beavatkozás akadályba ütközik, az elzáródott eret a beteg valamelyik venájának beültetésével hidalják át (coronaria-bypassműtét).

Az arteriolákból kiinduló kapillárishálózat annyira bőséges, hogy minden izomrostra átlagosan egy kapilláris jut. A kapilláris/izomrost arány kedvezőtlenebbé válik, ha az egyik kamra krónikusan nagyobb terheléssel működik, és a kamrafal megvastagodik (kamrahypertrophia). Ebben az esetben a kapillárisok száma nem tart lépést a kamraizomzat megvastagodásával, és a szívizom O2- és tápanyagellátása romlik.

A kapillárisokból összeszedődő venulák/vénák nagy része a sinus coronariusban egyesülve a jobb pitvarba ömlik, a vénás vér kisebb hányada kisebb vénákon keresztül jut el részben a jobb és a bal pitvarba, részben a bal kamrába (a két utóbbiból származó vér csökkenti az aortába jutó vér O2-tenzióját és O2-szaturációját).

A coronariakeringés a vérkeringésnek az a területe, ahol az oxigénkihasználás a legnagyobb mértékű. Míg a legtöbb érterületen a szervet elhagyó vénás vér oxigénszaturációja nyugalmi körülmények között kb. 75%, a sinus coronarius vérében ez az érték kb. 25% (ami 20 Hgmm körüli PO2-t jelent!). Ilyen mértékű deszaturáció tovább alig fokozható, az oxigénellátás növelésének egyetlen lehetősége a coronariaáramlás fokozódása.

13-1. ábra . Az arteria coronariák lefutása az emberi szív felszínén

13-2. ábra . Normális emberi coronarogram. A Semmelweis Egyetem Ér- és Szívsebészeti Klinikáján prof. Merkely Béla felvétele

A coronariaáramlás függése a szív teljesítményétől

Nyugalmi körülmények között a coronariák véráramlása 180–240 ml/min, azaz 60–80 ml × 100 g–1 × min–1: ez a perctérfogat 5%-a. A véráramlás a szívre háruló munka fokozódásával együtt nő, a maximális áramlás emberben 900–1200 ml/min-re emelkedhet (300–400 ml × 100 g–1 × min–1). Edzett atlétáknál az áramlás a nyugalmi érték hétszeresét is elérheti. Az emelkedés mértékének lehetősége jelzi, hogy a coronariák nyugalmi miogén tónusa magas. A szívre háruló munka növekedésével az érellenállás ötödére vagy még ez alá csökken.

A vasodilatatio egyik legfontosabb kiváltó tényezője a szöveti PO2 csökkenése. Lehetséges, hogy a szöveti PCO2, valamint a [H+] emelkedése is hozzájárul az értágulathoz. A szöveti hypoxia közvetetten szerepelhet még további kémiai szabályozó mechanizmusok aktiválásában. Az egyik szabályozó tényező az adenozin. Az ATP–felhasználás jelentős növekedése a nukleotid sejten belüli bomlásával, adenozinná alakulásával jár. Az adenozin elhagyja a sejtet, és az érfalban lévő adenozinreceptorokon keresztül vasodilatatiót hoz létre. Egy további valószínű értágító a nitrogén-monoxid. Amennyiben az arteriolák az anyagcsere gyorsulása következtében kitágulnak, és bennük a véráramlás fokozódik, az odavezető coronariaágakban az endotheliumból NO szabadul fel, és a NO tágítja az artériákat (retrográd vasodilatatio).

Idegi szabályozás a coronariaereken

A coronariaereken mind α1-, mind β2-adrenergreceptorok találhatók. A szimpatikus idegek ingerlése – kísérletes körülmények között, átáramoltatott szíven – α1-receptorokon keresztül érszűkítő hatású, és β2-receptor-blokkolók jelenlétében akár 30%-os áramláscsökkenést is eredményezhet. A β2-receptorok ingerlése – ugyancsak átáramoltatott szíven – képes az α1-receporok ingerlését követő vasoconstrictiót kompenzálni.

Fiziológiás körülmények között a szimpatikus idegek coronariatágító hatásában közvetett mechanizmus érvényesül. A β1-receptorok ingerlése következtében fokozódik a szívösszehúzódások frekvenciája és ereje (pozitív chrono- és inotrop hatás, l. a 10. fejezetet), és a megnövekedett anyagcsereigény az előzőekben ismertetett módon fokozza a véráramlást. Hasonló következménye van az emocionális izgalomnak is (ennek kóros jelentőségét l. a továbbiakban).

A coronariaáramlás változásai a szívciklus folyamán

A ritmikusan összehúzódó szívizom kívülről nyomást gyakorol a coronariákra, ami befolyásolja azok transmuralis nyomását. Ennek következtében a coronariák véráramlását egyfelől a coronariák belső nyomása (ami az aortanyomással azonos), másfelől az összehúzódó szívizom által az érfalra kifejtett külső nyomás határozzák meg. A kívülről ható nyomás azonban nem egyformán érvényesül a jobb és a bal kamrában, és ezért különbözőképpen érinti a bal és a jobb szívfél véráramlását. A bal kamrafalban az áramlás fázisos (13-3. ábra): az ereken kívüli nyomás szisztolé alatt 120–130 Hgmm-ig emelkedik, és ebben a szakaszban teljesen össze is nyomja a bal kamrafalban futó artériákat. A coronariaáramlás ezekben az erekben erre az időre teljesen megszűnik, sőt egy rövid ideig a coronariaágakból visszafelé, az aorta felé áramlik a vér („negatív áramlás”). A bal kamra falában a coronariaáramlás csak a diasztolé alatt lesz teljes intenzitású.

A jobb kamra vérellátásában a fázisos áramlás kisebb jelentőségű (l. a 13-3. ábrát). A jobb kamrában a nyomás a szisztolé alatt csak kb. 24 Hgmm-re emelkedik, és ez a nyomás a kamrafalban futó artériák tágasságát csak kismértékben csökkenti. A szisztolé alatt magasabb artériás nyomás következtében a jobb kamra véráramlása szisztolé alatt magasabb lehet, mint a diasztolé időszakában.

Nyugalomban, percenként 70-es szívfrekvencia esetén egyetlen szívciklusban a ≈0,3 s szisztolés periódusra ≈0,5 s diasztolés szakasz esik. A diasztolés periódusra – ez jelenti a bal kamra vérellátásának 80-85%-át – percenként ≈40 másodperc jut (kerekített értékek, a 13-1. táblázatban szerepelnek a pontos adatok). Ha a szív frekvenciája nagymértékben (pl. 150/min-re) emelkedik, főként a diasztolé időtartama csökken, és a perfúzió rendelkezésére álló időtartam percenként csak kb. 20 másodperc. Ezalatt kell a szívnek megkapnia a megnövekedett véráramlás nagy részét. Ép coronariák mellett ez az időtartam elégséges az oxigénellátásra, beszűkült coronariák esetén azonban oxigénhiány lép fel.

13-3. ábra. A bal és a jobb arteria coronaria véráramlása a szívciklus alatt. A felső görbe az aortanyomás (ez jelzi a szívműködés szakaszait), a középső görbe a bal, az alsó a jobb kamrai coronaria véráramlása

5.20. táblázat - 13-1. táblázat. A szívfrekvencia növekedésének hatása az összegezett szisztolés időtartamra. Greger, R., Windhorst, U. (szerk.) (1996): Comprehensive Human Physiology, Springer, Berlin, 90-1. táblázat alapján

Szívfrekvencia/min

Szisztolé időtartama (s)

Diasztolé Időtartama (s)

Összegezett szisztolés időtartam (s/min)

Összegezett diasztolés időtartam (s/min)

70

0,28

0,58

19,6

40,6

150

0,25

0,15

37,5

22,5


Áramlási autoreguláció a coronariákban

Az áramlási autoreguláció a coronariák áramlásában is érvényesül. Állatkísérletekben (emberi adatok nem állnak rendelkezésre) a perfúziós nyomás 50%-os csökkentése, ill. növelése egy átmeneti szakasz után a véráramlásnak csak 20%-os csökkenésével, ill. növekedésével járt. (Egy rövid átmeneti szakaszban az áramlás többé-kevésbé lineárisan változik a perfúziós nyomással, ezt követi az ellenállás változása.) Az artériás vérnyomásnak az autoregulációs tartományon túl történő csökkenése azonban a perfúzió jelentős csökkenésével jár: elsősorban a subendothelialis perfúzió csökken, és ezeken a területeken helyi myocardialis ischaemia fejlődik ki.

A coronariakeringés elégtelensége

Az angina pectoris jellegzetes mellkasi fájdalom, amelynek oka szívizom-ischaemia, a szükséglethez képest csökkent coronariaáramlás. A betegség hátterében valamelyik (egy vagy több) coronariaág atheroscleroticus szűkülete áll; a szűkült éren keresztül nyugalomban még megfelelő lehet a szívizom vérellátása, de fizikai munka, hideg környezet hatására jelentkezik a fájdalom („effort angina”).

A szűkült coronariaágban a kedvezőtlen áramlásdinamikai körülmények és a megváltozott endothelialis felszín következtében gyakori a thrombusképződés (coronariathrombosis), az elzáródás következtében az érintett területen a szívizomsejtek elhalnak (myocardialis infarctus). Az infarctus gyakran jár az ingerképzés és az ingerületvezetés zavarával (l. a 11. fejezetet), ezek legsúlyosabbika a kamrafibrilláció, ami beavatkozás nélkül halálos kimenetelű. Nagyobb ágak elzáródása után az ellátott kamrafal kontrakciója megszűnik, a szív pumpafunkciója károsodik. Szerencsés körülmények között az elzáródás lassan alakul ki, és van idő bizonyos kollaterális keringés kialakulására.

Emocionális izgalom hatására jelentősen emelkedik a szívizom oxigénigénye. Ebben nagy valószínűséggel a mellékvesevelőből a keringésbe kerülő katecholaminoknak van szerepe. Szűkült coronariák mellett a nagyobb oxigénigény anginás fájdalom jelentkezésével járhat, és esetenként végzetes lehet.

A splanchnicus terület vérkeringése

A splanchnicus érterület magába foglalja a gyomor-bél rendszer, pancreas, máj és lép ereit: az érterület szimpatikus vasoconstrictor beidegzése a nervus splanchnicusból származik. A terület teljes véráramlása a felszívást követő (posztabszorptív) fázisban, nyugalomban (hanyatt fekvő helyzetben) a perctérfogat mintegy 25%-a. A véráramlás azonban rendkívül változékony, kifejezett a funkcionális hyperaemia, továbbá a terület nagy szerepet játszik a vészhelyzetekhez való keringési alkalmazkodásban.

A cardiovascularis szabályozás szempontjából a splanchnicus keringés különleges aspektusa, hogy az említett nyugalmi körülmények között ezen terület ereiben helyezkedik el a vértérfogat ötöde, ez felnőttben kb. 1 liter vért jelent. Ebből a térfogatból jelentős hányad van a májban. A splanchnicus érpálya, főként a máj, emberben fontos vérraktár; vészhelyzetben vértartalmának mintegy harmada/fele áramolhat a vénás rendszerbe.

A máj vérellátása

A kettős vérellátású máj központi helyet foglal el a splanchnicus keringésben. Nyugalmi körülmények között a máj teljes vérellátása 1,5 l/min.

A vérellátás egy része az arteria hepaticán keresztül jön: ez szolgáltatja a máj véráramlásának negyedét (350-400 ml/min), továbbá a máj O2-fogyasztásának felét. (Az 1,5 kg tömegű máj a szervezet nyugalmi O2-felvételének 1/5-részét használja fel.) Az arteria hepatica nyomása megfelel a hasi aortában uralkodó nyomásnak.

A máj vérellátásának mintegy 3/4 része a hasi szervekből, a gyomor-bél rendszer, pancreas és lép vénás véréből származik. Ezen szervek vénái a vena portaeban egyesülnek: az ebben uralkodó nyomás 10–12 Hgmm. Az arteria hepaticából és a vena portaeból származó vér a májsejtek közötti sinusoidokban keveredik. Az arteriolák szakaszán jelentős nyomásesés van: a sinusoidokban a nyomások kiegyenlítődnek, így ott a nyomás 8–9 Hgmm. A sinusoidokban a vér a májsejtekből (hepatocytákból) kialakult lemezek körül áramlik. A sinusoidokból összeszedődő vér a májvénákon (venae hepaticae) keresztül hagyja el a májat, és a vena cava inferiorba ömlik. A máj így egyrészt az arteria hepaticán keresztül a nagy vérkör párhuzamosan kapcsolt érterülete, másrészt a vena portaen keresztül sorosan kapcsolódik a gyomor-bél rendszerhez.

A májnak az arteria hepaticából származó vérellátása aránylag állandó. A vena portaeból származó hányad változó: a felszívási (abszorptív) fázisban bekövetkező funkcionális hyperaemia alatt az áramlás akár 50%-kal magasabb lehet. Ha a perctérfogat újraelosztása során az életfontosságú szervek vérellátásának biztosítása szükségessé teszi, a májhoz áramló vér a nyugalmi érték törtrészére csökken.

Nyugalmi körülmények között a máj ereiben 350 ml vér van; ennek nagy része a mikrocirkulációs szakaszt követő kapacitáserekben foglal helyet. A májban tárolt vér izommunka során vagy vérvesztést követően jelentősen csökkenhet: az utóbbi esetben a máj vérleadása hozzájárul a perctérfogat fenntartásához. Kóros állapotokban, mint pl. a jobb szívfél elégtelenségét kísérő centrális vénás nyomás fokozódás során a májban több vér tárolódik, és a máj (a hasfalon keresztül tapinthatóan) megduzzad.

A gyomor-bél rendszer vérellátása

A gyomor-bél rendszer véráramlása mind keresztmetszetében, mind hosszanti irányban heterogén. A keresztmetszet tekintetében a nyálkahártya egységnyi tömegre számított véráramlása sokszorosa az izomrétegek véráramlásának. Hosszanti irányban a táplálékfelvételt követően az éppen aktív szakaszok véráramlása jelentősen fokozódik.

A tápcsatorna aktív szakaszán nagymértékű folyadékszekréció, valamint folyadékfelszívás megy végbe. A folyadékmozgások hátterét a véráramlás biztosítja: a nyugalmi áramláshoz képest a véráramlás az aktív szakaszon helyileg akár 7–8-szorosára is fokozódhat. Az áramlásnövekedés a bélfal egyes rétegei között nem oszlik meg egyenlően: a nyálkahártya véráramlása sokkal nagyobb mértékben fokozódik, mint az izomrétegé.

A funkcionális hyperaemia keletkezésében az enteralis idegrendszernek van szerepe (l. a 19. fejezetet). Az effektor- (szekretomotoros) neuronokban az ACh és a VIP (vazoaktív intestinalis peptid) kotranszmitterekként vannak jelen: együttesen szabadulnak fel, és felelősek a szekrécióért és vasodilatatióért. Az ACh vasodilatator hatását az endothelsejtekből felszabaduló NO közvetíti, a VIP pedig közvetlenül értágító hatású neurotranszmitter.

Bár helyileg igen nagyfokú véráramlás-fokozódás jön létre, a splanchnicus érterület teljes áramlásnövekedése az abszorptív fázisban nem haladja meg az 50%-ot. Az áramlásfokozódás nem jár együtt más szervek véráramlásának csökkenésével.

A splanchnicus érterület szerepe a cardiovascularis alkalmazkodásban

A perctérfogat újraelosztása (keringési redisztribúció) annyit jelent, hogy a nagy vérkör perctérfogatának megoszlása egyes érterületek javára, de más érterületek kárára megváltozik. Az újraelosztásra akkor lehet szükség, ha a megnövekedett perctérfogat nem képes biztosítani egyes időlegesen aktív szervek megnövekedett perfúziós igényét, vagy a perctérfogat csökkent.

A perctérfogat újraelosztásában a splanchnicus érterület kiemelten fontos szerepet játszik. Potenciális fontosságát több tényező magyarázza: nyugalmi körülmények között ez az érterület 25%-ban részesül a szív perctérfogatából, itt helyezkedik el nyugalomban a keringő vértérfogat ötöde (rezervoárfunkció), végül a hasi szervek alapszinten csökkent perfúzió mellett is képesek működni. Vészhelyzetben az agy és a szív megfelelő mértékű vérellátását a hasi szervek csökkent véráramlása és vértartalma teszi lehetővé. Ilyen helyzetben a gyomor-bél rendszer véráramlása a nyugalmi véráramlás negyedére csökkenhet.

A perctérfogat átrendezésben a splanchnicus érterület két módon vesz részt. Az első a prekapilláris rezisztenciaerek általános vasoconstrictiója. Ez azért jelentős, mert a párhuzamosan kapcsolt érterületek közül a splanchnicus erek nagy hányadát képezik a teljes perifériás ellenállásnak. A bél vasoconstrictiójában jelentős szerepet játszik a szimpatikus purinerg beidegzés (a transzmitter ATP). A második tényező a splanchnicus terület kapacitásereinek kiürítése. A vénák kiürítésében egy passzív és egy aktív mechanizmus szerepel. A passzív tényező a prekapilláris rezisztenciaerek vasoconstrictiójának másodlagos következménye: a prekapilláris vasoconstrictio csökkenti a vénákban a nyomást, és ezen a csökkent belső nyomáson a vénák kollabálnak (l. a 9. fejezetet). Erre tevődik rá az aktív mechanizmus, a szimpatikus noradrenerg eredetű venoconstrictio (α1-receptorokon keresztül). Mind a passzív, mind az aktív tényező a splanchnicus terület vénáiból a jobb szívfél felé tereli a vért.

A vázizom vérkeringése és az izomtevékenységet kísérő cardiovascularis alkalmazkodás

Az izomzat tömege fiatal felnőtt férfiban a testtömeg 40–50%-a. Az izomzat véráramlása teljes nyugalomban, hanyatt fekve (amikor az izomtónus minimális) kevesebb, mint 1 l/min, azaz a perctérfogatból kevesebb, mint 20% jut a vázizomzathoz. Maximális izomteljesítménynél, edzett emberekben a véráramlás 20 l/min fölé emelkedhet: ebben az állapotban a perctérfogat 80%-a kerül az aktív izmokhoz. A keringési változás a működő izomzat és a szív ereinek tágulását, a perctérfogat növelését, valamint a perctérfogat-frakciók átrendeződését igényli; ez utóbbit a párhuzamosan kapcsolt érszakaszok ellenállásai közötti arány megváltozása teszi lehetővé. (Az agy véráramlása állandó marad, de a perctérfogat fokozódása miatt az agy részesedése a perctérfogatból csökken.)

A szervezet izmai – a 7. fejezetben foglaltaknak megfelelően – két nagyobb csoportba sorolhatók. Az egyik típust a lassan összehúzódó, tartós (tónusos) kontrakciót végző izmok alkotják; ezek anyagcseréje főként aerob jellegű, az izmok a bennük található nagy mioglobinkoncentráció miatt sötétvörös színűek. A másik típus gyorsan húzódik össze, az összehúzódás rövid ideig tart (fázisos); az anyagcsere főként glikolitikus (anaerob) jellegű. Az izmok alacsony mioglobintartalmuk miatt világosabb színűek („sápadt” izmok). A két izomtípus vérellátási igénye, erekkel való ellátottsága is eltér: az anaerob anyagcseréjű izomrostok távolabb esnek az ellátó kapillárisoktól, mint az aerob anyagcseréjű rostok, amelyekben a kapillarizáció fejlettebb.

A vázizmok keringésének szabályozása

Az izomszövet vérellátása tökéletesen illeszkedik a szövet aktuális anyagcsere-igényéhez. Inaktív izmokban a véráramlás intenzitása alacsony, azonban izomtevékenység alatt 15–20-szorosára is fokozódhat. Az izomzat ereinek magas miogén és neurogén tónusa van.

A helyi anyagcseretermékek szerepe

A helyi, az összehúzódó izomrostokból kilépő anyagcseretermékek oldják a magas nyugalmi miogén tónust. Az anyagcseretermékek koncentrációja nemcsak az izomműködés során emelkedik, hanem az oxigénkínálat és oxigénszükséglet aránytalansága miatt bekövetkező helyi oxigénhiányban is; ez a szöveti perfúzió jelentős csökkenése vagy időleges megszűnése esetén jöhet létre. A perfúzió újraindulása után az izom véráramlása jelentősen fokozódik (reaktív hyperaemia, l. a 12. fejezetet). Ha a csökkent perfúzió alatt az izom munkát is végez, akkor a keringés helyreállását követően a reaktív hyperaemia jóval nagyobb és tartósabb, mint munkavégzés nélkül. A csökkent vagy elzárt keringésű végtagban a tartós izom-összehúzódás rendkívül fájdalmas, ezt nevezzük ischaemiás fájdalomnak.

Mind a munkahyperaemia, mind a reaktív hyperaemia keletkezésében szerepet játszhatnak az arachidonsavból keletkezett prosztaglandinok (főként a PGE2).

A katecholaminok szerepe

Nyugalomban a vázizomzat prekapilláris rezisztenciaereit folyamatosan érik tónusos szimpatikus vasoconstrictor impulzusok (α1-receptor-hatás). Izomtevékenység alatt a vasoconstrictor impulzusok csökkennek. A szimpatikus vasoconstrictor tónus teljes kikapcsolása (sebészi vagy gyógyszeres módon) azonban csak mintegy kétszeresére fokozza a véráramlást, és ez a fokozódás távolról sem közelíti meg a funkcionális vagy a reaktív hyperaemiában megfigyelt áramlásnövekedést, a bekövetkező vasodilatatio mértékét.

A vázizomzat azon ritka érterületek egyike, amelyben az α1-receptorokon kívül β2-receptorok is vannak (β2-receptorokat az emberi coronariaereken is találtak). A β2-receptorok ingerlése vasodilatatióval jár. A β2-receptorok különösen érzékenyek adrenalinra. Infúzióban adott kis mennyiségű adrenalin a vázizomzat prekapilláris rezisztenciaereinek vasodilatatióját váltja ki. Intenzív izomtevékenység alatt (nehéz munka vagy sport) a mellékvesevelőből adrenalin szabadul fel, és ennek vasodilatator hatása hozzájárul az izomerek tágulásához.

Az „izompumpa” keringési jelentősége

A fázisosan összehúzódó izmokban a véráramlás szakaszos. Az összehúzódó izom összenyomja a rostok között futó ereket; az artériás beáramlás az összehúzódás alatt csökken vagy megszűnik. A fázisos izomtevékenység (összehúzódás, amelyet ellazulás követ, pl. járáskor) azonban, amellett, hogy a beáramlást az összehúzódás tartamára megakadályozza, a vénás visszaáramlás elősegítésével is befolyásolja a vérkeringést. Az összehúzódó izmok az izomszövetbe ágyazott kapillárisokból, venulákból és vénákból kipréselik a vért. Minthogy a vénákban billentyűk vannak, a vér az izomból csak a szív irányába távozhat, és az izom ellazulásakor sem áramolhat vissza. Az izomtevékenységnek ez a pumpáló hatása szerepel a vénás visszaáramlás fenntartásában, és része van az izomaktivitás során a perctérfogat növelésében. A tónusosan összehúzódó izom tartós összehúzódása gátolja az artériás beáramlást.

Az izomtevékenység jelentősen elősegíti a nyirokkeringést is; valamelyik végtag tartós immobilizálása – a nyirokáramlás csökkenése miatt – a végtag oedemájával jár.

A cardiovascularis rendszer alkalmazkodása az izommunkához

A rendszeres napi tevékenység során az alapszintű O2-szükséglet feletti O2-igényt legnagyobb részben az izomtevékenység szabja meg (l. a 24. fejezetet). Az izmok nagyobb véráramlása együtt jár a szív perctérfogatának fokozódásával, és – szükség esetén – az egyes érterületek véráramlásának átrendeződésével, a perctérfogat újraelosztásával.

A perctérfogat változásai

A perctérfogat növekedésének egyik tényezője mechanikus: a működő izom kipréseli a kapacitáserekből a vért, ezzel a vénás visszaáramlás fokozódik, és a szív több vért továbbíthat. A szabályozás másik összetevője idegi: az izomműködést kezdeményező és koordináló központi idegrendszeri areák aktiválják a szívhez vezető szimpatikus pályát. A szívműködés változásának részletei azonban edzett és nem edzett egyénekben jelentősen különböznek.

Edzett egyénekben a szimpatikus aktiválás főként pozitív inotrop hatást vált ki: a perctérfogatot elsősorban a homeometriás szabályozás növeli, és közepes teljesítménynél a szív kisebb végdiasztolés térfogat mellett működik. A szívfrekvencia nem, vagy csak kevéssel növekszik. Nagy teljesítmény esetén edzett egyénekben is érvényesül a szimpatikus aktivitás pozitív chronotrop hatása, a szívfrekvencia akár 180/min értéket is elérhet.

Gyakorlatlan, nem edzett egyéneken már kis terheléskor a pozitív inotrop hatás mellett pozitív chronotrop hatás, a szívfrekvencia növekedése is jelentkezik: ebben azonban szerepet játszik a vagushatás csökkenése is. A perctérfogat fokozódásában a homeometriás szabályozás mellett a heterometriás szabályozás, a Frank–Starling-mechanizmus is érvényre jut: a végdiasztolés kamratérfogat nagyobb.

A megnövekedett perctérfogat nagy része a működő izomzat tágult ereibe áramlik. A perctérfogat újraelosztását az idegrendszer szabályozza. A szimpatikus rendszer aktiválódása először a splanchnicus érterületen, majd – különlegesen erőteljes munka esetében – a vesében hoz létre vasoconstrictiót. Közben a coronariaerek tágulnak, a coronariaáramlás a perctérfogattal arányosan nő; az agyi véráramlás változatlan. A bőr véráramlásának fokozódása lehetővé teszi a megnövekedett hőleadást (l. alább). Az artériás középnyomás egyrészt a teljesítmény, másrészt az előzetes edzettségi állapot szerint változik: edzett fiatal egyénben többszörösére fokozódott perctérfogat mellett is változatlan lehet a középnyomás, azaz a teljes perifériás ellenállás jelentősen csökken.

Egy-egy izomcsoportot szelektíven működtetve megmérhető az adott érterület maximális véráramlása. Ha az egész szervezet kényszerül maximális erőkifejtésre, az egész vázizomzat véráramlása jelentősen elmarad az egyes izmok maximális áramlása alapján számított értéktől. Az izomzat véráramlásának felső határát nem az izom maximálisan lehetséges vasodilatatiója, hanem a perctérfogat maximális értéke (ez 20–25 l/min) korlátozza. A szervezet egész izomzatának teljes vasodilatatiója még a maximális teljesítmény elérésekor sem jöhet létre.

Az oxigénextrakció és az „oxigénadósság”

Az izomaktivitás során a működő vázizom O2-felvétele nagyobb mértékben fokozódik, mint a véráramlás: ez a hemoglobin nagyobb mértékű deszaturálódását jelenti. A nagyobb mértékű deszaturálódást több mechanizmus segíti. Az aktív izomban a szöveti PO2 alacsonyabb, mint a nyugvó szövetben, és az oxigéntelítési görbéből leolvasható (l. a 8-10. ábrát), hogy ez önmagában deszaturálódáshoz vezet. Ezen kívül a helyi PCO2, H+-koncentráció és hőmérséklet magasabb az aktív szövetben, a telítési görbe jobbra tolódik. Minhogy a vér több oxigént ad le, a vénás PO2, O2-szaturáció és O2-tartalom alacsonyabb, az arteriovenosus O2-különbség nagyobb, mint a nyugvó izmokban.

Nagyon nagy izomteljesítmény esetén az izom rövid ideig több energiát használ fel, mint amennyit az egyidejű oxidációs folyamatok fedezni képesek (oxigénadósság). Az aktuálisan szükséges energiát ilyenkor anaerob folyamatok szolgáltatják: ezek közé tartozik az izomban jelen lévő foszfokreatin bomlása, továbbá a tejsavképződés. Az oxigénadósság határát egyrészt az ATP- és foszfokreatinkészlet nagysága, másrészt az izomban maximálisan elviselhető tejsav-koncentráció jelenti. Az izomaktivitás végeztével a foszfokreatin az izomban reszintetizálódik, míg a tejsav a májban alakul vissza glukózzá: mindkét folyamat többlet-oxigénfelhasználással jár; a szervezet az izomtevékenységet követően „fizeti vissza” az oxigénadósságot.

A bőr vérkeringése

A legtöbb szövetben a véráramlás a szövet aktuális anyagcseréjének függvénye; a bőr azonban kivétel ezen általános szabály alól. A bőr anyagcsereigényét viszonylag alacsony, az egész bőrfelületre számítva 100 ml/percnél kevesebb véráramlás is fedezné. A bőr véráramlása elsősorban a szervezet hőszabályozásának szolgálatában áll: a hőleadás csaknem teljesen a bőr vérellátásától függ. Egyébként azonos körülmények között nagyobb véráramlás több, kisebb véráramlás kevesebb hő leadását teszi lehetővé.

Semleges környezeti hőmérsékleten (termoneutrális zóna, felöltözött emberben kb. 22 °C) az emberi bőr nyugalmi véráramlása 100 és 300 ml/min között van; ez kevesebb, mint a nyugalmi perctérfogat 5%-a. Ha hideg környezetben a keletkezett hőt vissza kell tartani, a bőr véráramlása 100 ml/min alá csökken. Ennek tükörképeként, ha akár a hőtermelés fokozott, akár a külső környezet meleg, a bőr véráramlása fokozódik. Szélsőségesen nagy hőterhelés mellett a perctérfogat megnő, és 13 literes perctérfogat mellett a bőr véráramlása akár 8 l/min is lehet, azaz a perctérfogat mintegy 60%-a a bőr ereibe áramlik.

Az emberi bőr véráramlásának regionális szabályozásában neurogén-pszichés reakciók is szerepelnek. Emocionális tényezők, mint izgalom, félelem, öröm vagy bánat a fejen, a nyakon és a mellkas felső részén mind vasoconstrictiót (elsápadás), mind pedig vasodilatatiót (elpirulás, flush) kiválthatnak.

Az arteriovenosus anasztomózisok szerepe

A bőr véráramlásán voltaképpen a bőr (cutis) és az alatta elhelyezkedő subcutis együttes áramlását értjük. A bőr vastagsága kb. 1–1,5 mm: alatta helyezkednek el a bőr kapillárisaiból összeszedődő subcutan vénás plexusok. A plexusok kapacitása meglepően nagy, akár 1 l vért is képesek befogadni. A hőkicserélésben a plexusok vértartalma szerepel: ez azért lehetséges, mert a plexusok feletti cutis vékony és jó hővezető. (A szervezet hőszigetelő rétege a subcutan zsírszövetréteg.)

A vérkeringés szempontjából a bőrnek két területét különböztetjük meg. Az acralis, más néven apicalis területeken (az ujjak, a kéz tenyéri felszíne, a lábujjak, a talp, a fej területén az orr, fülkagyló és az ajkak), ahol a felszín/térfogat arány viszonylag nagy, az artériák és a vénás plexusok között arteriovenosus anasztomózisok vannak. Ezek egyenes vagy kanyargós lefutásúak lehetnek, vastag faluk sok simaizmot tartalmaz. Az anasztomózisok a kis artériák vérét, a kapillárishálózatot megkerülve, közvetlenül a subcutan vénás plexusokba vezetik. Az anasztomózisok méreteiknél fogva sokkal nagyobb subcutan véráramlást képesek biztosítani, mint amennyit a prekapilláris rezisztenciaerek és a kapilláris hálózat lehetővé tenne. Minthogy a hőleadás/hővisszatartás kritikus tényezője a subcutan vénás plexusok véráramlása, az arteriovenosus anasztomózisok nyitott/zárt állapota jelentős mértékben szabályozza a hőleadás/hővisszatartás mértékét.

Az acralis bőrterületeken mind a rezisztenciaerek, mind az arteriovenosus anasztomózisok kaliberét kizárólag szimpatikus vasoconstrictor impulzusok szabályozzák (adrenerg α1-receptorok). Ezeken a bőrterületeken a nagyobb véráramlás a szimpatikus ingerületleadás frekvenciájának csökkenése útján következik be.

A nem acralis bőrterületek keringése

A testfelület legnagyobb részén, a nem acralis területeken nincsenek arteriovenosus anasztomózisok: a bőr érhálózata csak kis artériákból, arteriolákból, kapillárisokból, valamint a subcutan vénás hálózatból áll. Ilyen az érrendszer felépítése mindenütt, ahol a térfogat a felülethez képest viszonylag nagy (törzs, nyak, végtagok proximalis része). A nem acralis bőrterület rezisztenciaereinek jelentős miogén tónusa van.

A nem acralis bőrterületeken a véráramlás szabályozása összetettebb, mint az acralis bőrterületeken. A hőterhelésnél jelentkező vasodilatatiónak van egy azonnali, latenciaidő nélkül bekövetkező szakasza: ebben a szakaszban – az acralis bőrterülethez hasonlóan – a választ a szimpatikus aktivitás csökkenése hozza létre. Ez a lehetséges teljes vasodilatatiónak azonban csak mintegy negyedéért felelős.

A meleg környezet, ill. nagy hőterhelés lényegesen nagyobb véráramlás-fokozódást vált ki a nem acralis erekben, mint amennyit a szimpatikus beidegzés kikapcsolásával el lehet érni. Ennek hátterében egy másik, aktív vasodilatator mechanizmus áll, amely ellazítja az erek miogén tónusát. Bár az értágulat aktív volta sokszorosan igazolt, mechanizmusa még nem véglegesen tisztázott. Az értágulatban közbeiktatott szerepet játszik egy kolinerg mechanizmus, amely a verejtékmirigyek működésével kapcsolatos. A verejtékmirigyeket a szimpatikus idegekben futó kolinerg rostok idegzik be. A verejték szekréciójával párhuzamosan a mirigysejtekből egy enzim, kallikrein válik szabaddá, amely a bőr interstitiumában jelen lévő prekurzorfehérjéből (kininogén) bradikinint képez. A peptid hatásos értágító, és a prekapilláris rezisztenciaerek miogén tónusát képes oldani.

Az acralis és a nem acralis bőrterületek eltérő vazomotor szabályozását a 13-4. ábrán tüntettük fel.

13-4. ábra . Az acralis és a nem acralis bőrterületek ereinek szabályozása. A) Az acralis rezisztenciaerek szabályozása: passzív vasodilatatio. B) A nem acralis rezisztenciaerek szabályozása: a vasodilatatio kettős mechanizmusa. α1-R: α1-receptor; m-ACh-R: muszkarinos acetil-kolin-receptor; BK-R: bradikininreceptor

A verejték elválasztása

Egy adott hőtermelésen túl a sugárzásos, vezetéses és áramlásos hőleadás még maximális bőrvéráramlás esetén sem képes a szervezetet a hőtöbblettől megszabadítani; ugyanilyen helyzet áll elő, ha a környezet hőmérséklete közel van a köpenyhőmérséklethez (M34–35 °C). Ilyen körülmények között a hőleadás egyetlen lehetősége a verejtékelválasztás és a verejték elpárologtatása. Extrém körülmények között a verejtékelválasztás elérheti az óránkénti 1 litert, bár ezt a magas értéket nem lehet hosszú időn keresztül fenntartani. A verejtékmirigyek szekréciója idegi szabályozás alatt áll: a kolinerg szekretomotoros rostok a szimpatikus idegekben futnak, a hatást m-ACh-receptorok közvetítik. Atropin megakadályozza a verejtékelválasztást (atropinmérgezésben a hyperthermia állandó tünet.)

A bőr felszínére kerülő verejték fehérjementes hipozmotikus folyadék, amelyet a merokrin verejtékmirigyek választanak el. A verejték elválasztása két szakaszban folyik. Az első szakaszban egy közel izozmotikus primer szekrétum képződik, és a második szakaszban ebből a folyadékból elektrolitek szívódnak vissza. A 13-2. táblázat tünteti fel a primer szekrétum összetételét: ebben az elektrolit-összetétel megközelíti az interstitialis folyadék elektrolitkoncentrációját, azzal a különbséggel, hogy a laktát koncentrációja magas. A laktát a szekretoros sejtek anyagcsere-folyamatai során keletkezik.

Minden egyes merokrin verejtékmirigy egyetlen tubulusból áll, amelynek a bőr mélyebb rétegei felé eső felcsavarodott (gombolyagszerű) szegmentuma mélyen behatol a bőrbe, és vakon végződik (szekretoros tekercsként is említik, angolul secretory coil). A primer szekrétum a szekretoros tekercsben képződik. A primer szekréció a lumen felé irányuló, másodlagosan aktív Cl-transzport eredménye: egy jelenleg még nem jellemzett basolateralis Na+–Cl-kotranszporter és a Na+–K+-pumpa együttesen magas intracelluláris Cl-koncentrációt alakítanak ki, míg a luminalis membránban egy kalciummal szabályozott Cl-csatorna teszi lehetővé a Cl-ok kilépését a szekretoros tekercs lumenébe. A Na+ és a víz paracellulárisan jutnak a lumenbe.

A primer szekrétum a szekretoros tekercset a bőr felszínével összekötő kivezetőcsőben módosul. A lumenből az interstitium felé irányuló reabszorpcióban a Na+- és a Cl-ok transzcellulárisan transzportálódnak. A kivezetőcsövek vízre nagymértékben impermeábilisak, ezért a végső szekrétum a Na+- és a Cl-ok reabszorpciója miatt hipozmotikus lesz. Ha a primer szekrétum mennyisége megnövekszik, a korlátozott reabszorbeáló kapacitás egyre kisebb mértékben képes a szekrétum összetételét megváltoztatni, a végső szekrétum összetétele (ozmolalitás, Na+- és Cl-koncentráció) egyre inkább megközelíti a primer szekrétum, azaz a vérplazma elektrolit-összetételét. A kivezetőcső sejtjeiben aktív K+-szekréció folyik, ezért a végső verejtékben a K+-koncentráció magasabb, mint a primer szekrétumban.

5.21. táblázat - 13-2. táblázat . A hőterhelést követő keringési változások. [Rowell, L.B. (1974): Physiol. Rev. 54. 75-79 alapján]

Paraméter

Hőterhelés előtt l/min

Hőterhelés alatt l/min

Különbség l/min

Perctérfogat

6,4

13,0

+ 6,6

Splanchnicus érterület véráramlása

1,5

0,9

– 0,6

Vese véráramlása

1,3

0,9

– 0,4

Izomzat véráramlása

0,8

0,6

– 0,2

Bőr véráramlása

<0,3

8,1

+ 7,8


A vérkeringés alkalmazkodása meleg külső környezethez

Nagyon meleg külső környezetben (M34 °C) vagy jelentősen megnövekedett hőtermelés esetén a hőszabályozás a hőleadást mindenképpen biztosító bőrvéráramlást igényel; ugyanakkor – a bőrerek maximális tágulatának ellenére – az artériás középnyomást is olyan szinten kell tartani, amely mellett az agyi és a coronariaáramlás megtartott, és a működő izomzat elegendő vért kap.

A nagy hőterheléshez való keringési alkalmazkodásnak két tényezője van. A perctérfogat többszörösére emelkedik (ennek határa 25 l/min). A megnövekedett perctérfogat lehetővé teszi a bőrben a fokozott véráramlást (13-3. táblázat). A perctérfogat megoszlása az egyes szervek és szervrendszerek között megváltozik: a splanchnicus érterülethez és a veséhez jutó perctérfogat-frakció csökkenhet, nyugalomban pedig az izomzat véráramlása is csökken. Egészséges egyénekben sem az artériás középnyomás, sem az agy és a szív vérellátása nem változik.

Az izomműködés mindenképpen hőtermeléssel jár, ami magában hordozza a lehetőséget, hogy az egésze szervezet felmelegszik. Ennek kompenzálására a bőrerek tágulnak, ami a hőleadás előfeltétele. Meleg környezetben végzett intenzív izomtevékenység alatt konfliktus alakulhat ki a hőszabályozás igénye (azaz a bőr vasodilatatiója), az aktív izmok fokozott véráramlás-szükséglete (azaz az izomerek tágulása), valamint az artériás középnyomás fenntartása között: ez utóbbit a TPR jelentős csökkenése (több érterület egyidejű vasodilatatiója) veszélyezteti. Az izomtevékenység kezdetén a bőrerek szűkülnek. A vasoconstrictio a perctérfogat újraelosztásának része: a működő izom nagyobb részt kap a perctérfogatból. Ez a helyzet azonban megváltozik, amint az izomműködés következtében felmelegedett vér eljut a központi idegrendszer termoreceptoraihoz, és ott megindítja a hőleadási folyamatokat. Ezt követően a bőrben vasodilatatio lép fel, és a bőr véráramlása a vér-/testhőmérséklet emelkedésének arányában fokozódik.

A bőrerek és a működő izmok ereinek egyidejű tágulata mindaddig fenntartható, amíg a környezet nem túlságosan meleg. A meleg/forró környezetben mind a működő vázizmok, mind a bőr közel maximális perfúziót igényelnek; a perctérfogat a lehetséges maximális értékre növekszik. Nagyon meleg környezetben végzett munkának/sportteljesítménynek már az az izomvéráramlás szab határt, ami a hőleadáshoz szükséges megnövekedett bőrvéráramláson felül rendelkezésre áll. A szabályozásban abszolút elsőbbséget élvez a testhőmérséklet állandó értéken tartása. Túlságosan meleg külső környezetben végzett nehéz munka/sporttevékenység esetén a perctérfogat az egyidejű bőr- és izomértágulat miatt nem képes fenntartani az artériás középnyomást, akut keringési elégtelenség alakulhat ki.

5.22. táblázat - 13-3. táblázat . A. A verejték összetétele. Bijman, J. (1987): Kidney Int. 32. Suppl. 21., S109-S110 adatai alapján. A primer szekrétum ionkoncentrációi

Ion

Koncentráció mmol/l

Na+

147 ± 11

Cl

123 ± 4

K+

5 ± 1

HCO3

17 ± 2

Laktát

20


5.23. táblázat - 13-3. táblázat . B. A verejték összetétele. Bijman, J. (1987): Kidney Int. 32. Suppl. 21., S109-S110 adatai alapján. A végső szekrétum összetételének változása a szekréció intenzitása szerint

Ion

Koncentráció mmol/l

4,4 nl/mirigy/perc

10,6 nl/mirigy/perc

Na+

27

65

Cl

24

36

K+

7,5

8,4

HCO3

0,4

16

Laktát

7

16


Az értékek 9 vizsgálati személyen végzett mérés középértékei

Az agyi vérkeringés és a cerebrospinalis folyadék

Az agy számára fontosabb a vérellátás folyamatossága, mint bármely más szerv esetében:ha a vérellátás megszűnik (agyi ischaemia), akkor az agy működésében 5 másodpercen belül súlyos zavar következik be. A vérellátás 3 percig tartó szünetelése még csak reverzíbilisen függeszti fel az idegsejtek működését. Ha a vérellátás 3–6 perc között szünetel, akkor helyreállása után is működési zavarok maradnak vissza. Hat percnél hosszabb vérellátási szünet a féltekékben irreverzíbilis idegrendszeri károsodást okoz (agyhalál).

Az emberi agyvelő tömege átlagosan 1400 g, a testtömeg 2%-a. Az agyi véráramlás percenként 750-800 ml, a nyugalmi perctérfogat mintegy 15%-a. (A 100 g szövetre normalizált érték mintegy 50 ml × 100 g-1 × min-1.) A központi idegrendszer működésének fenntartásához az áramlásnak minimálisan 550–600 ml/min értéket kell elérnie. Az áramlás eloszlása nem homogén, a szürkeállomány véráramlása nagyobb, mint a fehérállományé. Az agy a teljes nyugalmi oxigénfelvétel 25%-át fogyasztja el. Az agyszövet oxigén- (3 ml O2 × 100 g-1 × perc-1) és glukózfelhasználása (27 μmol × 100 g-1 × perc-1) – a többi szervvel összehasonlítva – rendkívül magas.

Az agy vérellátását a két arteria carotis interna és a két arteria vertebralis biztosítja (az utóbbi erek az agyalapon az arteria basilarisban egyesülnek). Az említett erek az agyalapon a circulus arteriosus Willisit képezik (13-5. ábra). Emberben a carotis artériák főként az azonos oldali féltekék vérrellátását biztosítják. A két arteria carotis interna a féltekék elülső kétharmadát, a vertebrobasilaris rendszer a hátsó agyterületeket látja el vérrel.

Az agy vérkeringésének van néhány olyan jellegzetessége, ami más keringési területen nem észlelhető.

  • Az agy keringése nem vesz részt az autonóm idegrendszer által közvetített általános érszűkítő (presszor) és értágító (depresszor) reakciókban. Nyugalmi körülmények között emberben az agyi rezisztenciaereknek nincs kimutatható szimpatikus vasoconstrictor tónusa: a szimpatikus beidegzés kikapcsolását nem követi az agyi erek tágulata.

  • Az agyi kapillárisok endothelsejtjei közötti junkciók szorosan zárnak (a „vér-agy gát” fogalmát alább ismertetjük).

  • Az agyi extracelluláris folyadék nem a vérplazma ultrafiltrátuma, hanem a kapillárisok endotheljének szekréciós terméke.

  • A felnőtt agy a zárt csontos koponya terében helyezkedik el. A koponyán belüli nyomás csak akkor maradhat állandó, ha az agyszövet, a cerebrospinalis folyadék és az erekben lévő vér térfogatának összege állandó.

13-5. ábra. Az agy vérellátásának vázlata. A) Az agyat ellátó artériák. B) A circulus arterious Willisi nagyított ábrázolása

Az agyi véráramlás követése

A Doppler-jelenségen alapuló ultrahangos mérési módszerek a véráramlás lineáris sebességéről tájékoztatnak: ezt a módszert alkalmazzák az artériás elzáródások felismerésére. Az emberi agy teljes véráramlását KETY és SCHMIDT módszerével – a Fick-elv alapján – lehet mérni. A meghatározás során szubnarkotikus koncentrációban dinitrogén-oxid (N2O) gázt lélegeztetnek be; amikor a vér és az agy között koncentrációegyenlőség áll be, kiszámítják az agy N2O-felvételét. A felvételi periódus alatt sorozatban meghatározzák az artériás vér és a vena jugularis interna vérének N2O-koncentrációit. Az átlagos koncentrációkülönbségből és a felvett N2O mennyiségéből a 10. fejezetben ismertetett Fick-képlet alapján lehet a véráramlást kiszámítani. A mérés 10 perces periódus időátlagát adja meg, gyors változásokat nem lehet vele követni.

Az elmúlt néhány évtizedben fizikai módszerek alkalmazásával lehetővé vált emberben a helyi véráramlás és változásainak mérése is. A helyi véráramlás-változásokat – így a funkcionális hyperaemiát – a pozitronemissziós tomográfia (PET), valamint a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) alkalmazásával követhetjük; a PET alkalmas a helyi anyagcsere-változások kimutatására is (l. a 33. fejezetet). Ezek a módszerek ma a korszerű neurobiológiai és pszichológiai kutatások, a funkciólokalizáció nélkülözhetetlen segédeszközei.

Az agyi keringés autoregulációja

Az agy véráramlását biztosító artériás középnyomás átlagosan 80–100 Hgmm közötti érték; minthogy a centrális vénás nyomás 5 Hgmm alatt van, a perfúziós nyomás mintegy 75–95 Hgmm. Az áramlás független az artériás középnyomástól (autoreguláció): az autoregulációs tartomány 60–160 Hgmm artériás középnyomásértékek közé esik (13-6. ábra). Az artériás vérnyomás esése esetén az agyi érellenállás csökken: ez mindaddig biztosítja az állandó áramlást, amíg a középnyomás 60 Hgmm alá nem esik. 60 Hgmm-es középnyomás alatt a prekapilláris érellenállás ugyan tovább csökken, de ez nem elegendő a megfelelő agyi perfúzióhoz, és az agy működésében komoly zavar jelentkezik.

Az agyi perfúziós nyomás számításaiban tekintetbe kell vennünk, hogy álló vagy ülő testhelyzetben a koponyaüregen belüli artériás középnyomás 10–15 Hgmm-rel kevesebb a szív szintjére vonatkoztatott középnyomásértéknél. Ez a középnyomás biztosítja a megfelelő perfúziót. Ha azonban az artériás középnyomás a szív szintjén 70 Hgmm, akkor álló vagy ülő testhelyzetben a perfúziós nyomás még akkor sem biztosítja az agy vérellátását, ha az agyi ellenálláserekben maximális vasodilatatio következik be: ez ájuláshoz (eszméletvesztéshez) vezethet.

Az artériás középnyomás emelkedésének következménye az agyi erek ellenállásának növekedése. Ha ez az utóbbi nem következne be, a nyomás emelkedése áttevődne a mikrocirkuláció ereire, és kóros permeabilitásfokozódást okozna. Ezt előzi meg az érellenállásnak a perfúziós nyomással párhuzamos emelkedése. Kóros körülmények között, akutan vagy krónikusan fokozott artériás középnyomás esetén a normálisan „csendes” szimpatikus vasoconstrictor beidegzés aktiválódik, és a szimpatikus eredetű vasoconstrictio csökkenti az agyi erekre nehezedő terhelést.

A nyomásnövekedésre bekövetkező vasoconstrictiót közvetítő mechanizmusok között szerepelhetnek a miogén válasz (Bayliss-effektus, l. a 9. fejezetet), anyagcsere-tényezők és a simaizomsejtek K+-csatornáinak aktiválódása.

13-6. ábra . Az agy áramlási autoregulációja. Az ábra vízszintes tengelyén az artériás középnyomás (Hgmm), a függőleges tengelyén az agyi véráramlás (ml × 100 g-1 × min-1) szerepel

Az agyi véráramlás kémiai szabályozása

Az agyi ellenálláserek tónusa jelentős mértékben függ az artériás, továbbá a helyi CO2-tenziótól: a PCO2 emelkedésére az erek vasodilatatióval reagálnak, az agyi véráramlás növekszik. A fiziológiás Pa CO2-érték fölött (M40 Hgmm) minden Hg-milliméternyi Pa CO2-emelkedés 5%-kal növeli meg az agyi áramlást. A fiziológiásnál alacsonyabb PCO2-értéken az agyi erekben vasoconstrictio, véráramlás-csökkenés jön létre. Akaratlagos hyperventilatio akár 35%-kal is csökkentheti az agyi véráramlást; ilyen mértékű csökkenés már központi idegrendszeri tünetekkel (szédülés, zavart tudat) jár. Ezek a tünetek lépnek fel nagy tengerszint feletti magasságon a hegyi klímához nem alkalmazkodott hegymászókban. (Az agyi vasoconstrictio lehet az oka az esetleges eszméletvesztésnek.)

Az artériás PO2 hat ugyan az agyi véráramlásra, de a fiziológiás tartományon belüli változások kisebbek, mint a magas vagy alacsony Pa CO2-változások következményei. 50 Hgmm alatti Pa O2 jelentősen csökkenti az agyi erek tónusát, és még súlyosabb hypoxia (Pa O2 = 20 Hgmm) maximálisan kitágítja az agyi ellenállásereket.

A Pa CO2 hatása az autoregulációra

Az agyi erek autoregulációs képessége csak a fiziológiás artériás CO2-tenzió-tartományban érvényesül. Ha a Pa CO2 a normális fölött van, az autoregulációért felelős mechanizmus nem működik megfelelően. A fiziológiásnál nagyobb Pa CO2 mellett az erek eleve tágult állapotban vannak: a perfúziós nyomás csökkenésekor az érellenállás tovább már nem, vagy alig csökkenhet. Az autoregulációs tartomány felső zónájában a vasoconstrictio nem képes kompenzálni a normálisnál magasabb Pa CO2 értágító hatását, és az áramlás a nyomásemelkedéssel párhuzamosan nő. Ilyen körülmények között az autoregulációs tartomány beszűkül. Hypercapniás állapotban az artériás nyomásemelkedés áttevődik a mikrocirkuláció ereire, és ennek veszélyes következményei lehetnek. Hypocapniás állapotban, az eleve fokozott agyi értónus miatt az autoregulációs tartomány mindkét irányban kiszélesedik.

Funkcionális hyperaemia az agyi keringésben

Csak az agyi véráramlás folyamatos nem invazív követésével (PET, fMRI, l. a 33. fejezetet) lehetett kimutatni, hogy a helyi agyi aktivitást (szenzoros, motoros vagy kognitív) a helyi véráramlás fokozódása kíséri, azaz az idegszövetben is jelentkezik a funkcionális hyperaemia. A helyi véráramlás-fokozódás nem jár a teljes agyi véráramlás kimutatható változásával; az éppen aktív terület véráramlás-fokozódása a teljes agyi véráramlás egészen kis hányada. Jelenleg a központi idegrendszeri működések lokalizációjának legfontosabb eszköze az agyi véráramlás helyi változásainak kimutatása.A funkcionális hyperaemiát eredetileg az aktív terület mikrocirkulációjában mutatták ki; az arteriolák tágulata a kapillárisok nagyobb véráramlását biztosította. Azonban a hyperaemia alatt az aktív területhez vezető kisebb artériákban, így a pia mater kis ereiben is kimutatható a kalibernövekedés (retrográd vasodilatatio), és az ezzel járó fokozott áramlás.

A hyperaemia mechanizmusa valószínűleg nem azonos minden egyes agyi régióban. Létrejöttét helyi anyagcsere-tényezőkre vezetik vissza. Az idegtevékenység fokozódásakor kimutatható a PCO2 helyi növekedése, az extracelluláris H+- és K+-koncentráció helyi emelkedése, végül pedig az adenin-nukleotidok (ATP és ADP) bomlásából származó adenozin felszabadulása. Mindezen anyagok tágítják az agyi ereket.

A funkcionális hyperaemia kiváltásának egyik mechanizmusa a nitrogén-monoxid által okozott értágulat lehet. A NO magukból az aktív idegsejtekből szabadulhat fel: ezekből a NO diffúzióval jut el az erekhez. Valószínűleg ennél fontosabb, hogy az aktív idegsejtek nitroxiderg neuronokat aktiválnak; ezek axonjai az erek simaizmain végződnek, és értágulatot okoznak. (Az endothelsejtekből és az idegvégződésekből felszabaduló nitrogén-monoxidnak (NO) szerepe van az alapszintű agyi véráramlás fenntartásában is.) Az agyi keringés lokális szabályozásában további tényező az agyi erek nem adrenerg, nem kolinerg (NANC) értágító beidegzése.

Az agyi vérkeringés ischaemiás válasza (Cushing-reflex)

Az agy a koponyaüregen belül zárt térben helyezkedik el, perfúzióját a koponyán belüli (intracranialis) nyomás változásai is befolyásolhatják. Az intracranialis nyomás normálisan megközelíti a vénás nyomást, kevesebb, mint 10 Hgmm. Kóros körülmények között a koponyaüregen belüli nyomás értéke emelkedhet, ami az erek kívülről való kompressziójával és a perfúzió romlásával jár. Ez jellemző minden olyan állapotra, amelyben valamely koponyaüregen belüli térfoglaló folyamat, daganat, aneurysma vagy vérömleny jelenléte megnöveli az intracranialis nyomást. A csökkent agyi véráramlás váltja ki az agyi ischaemiás reakciót, más néven Cushing-reflexet: az artériás középnyomás nagymértékben emelkedik, az emelkedés kompenzálja a kompresszió hatását. A reflex során csökken a szívfrekvencia. A Cushing-reflex valószínűleg a nyúltvelő hypoxiájának vagy ischaemiájának következménye.

Az agyi extracelluláris folyadék és a vér-agy gát

A koponyaüregben négy folyadékkompartmentet tartunk számon: az ideg- és gliasejtek intracelluláris folyadékkompartmentje mellett jelen van az intravascularis folyadéktér (vérplazma), az agyi interstitialis folyadék és az agyat a subarachoidalis térben körülvevő, ill. az agykamrákat kitöltö cerebrospinalis folyadék (CSF, liquor cerebrospinalis). Ellentétben a szervezet legtöbb szervével, az agyi interstitialis folyadék nincs diffúziós kapcsolatban a vérplazmával, a két folyadék eltérő összetételű. Az agyi interstitialis folyadék és a CSF hasonló összetételű szekréciós termék, amelyek összetevői kicserélődnek, diffúziós kapcsolatban állnak.

Az idegsejteknek – a többi sejthez viszonyítva – nagyobb környezeti stabilitásra van szükségük. Az extracelluláris környezet állandóságát az agyi interstitialis folyadék és a vérplazma közötti vér-agy gát biztosítja. A vér-agy gátat az agyi kapillárisokat bélelő endothelsejtek képezik. Az agyi erekben az egyes endothelsejtek közötti kapcsolat szorosan záró.A kapillárisendothelium ezzel izolálja az ideg- és gliasejteket a vérplazmától. A gát megakadályozza az anyagok szabad kicserélődését a kompartmentek között; ez alól kivételt képeznek a gázok és néhány lipidoldékony anyag. A circumventricularis szervek területén nem működik vér-agy gát, ott az agyi kapillárisok permeabilitása lehetővé teszi az anyagok kétirányú transzportját.

Az agyi erekben található endothelsejtek aszimmetrikus, polarizált sejtek; luminalis és abluminalis (az agyi interstitium felé néző) membránjuk különbözik. Barrierfunkciójuk mellett az endothelsejteknek specifikus transzportfunkcióik is vannak, amelyek szükségesek az agy tápanyagokkal való ellátásához. Transzportfunkcióik tekintetében az endothelsejtek a hámsejtekre emlékeztetnek.

Fiziológiás körülmények között az idegsejtek egyedüli tápanyaga a glukóz; az agy teljes oxigénfogyasztása a glukóz oxidációjára fordítódik. A glukóz – a többi szervtől eltérően – nem jut át szabadon a kapillárismembránon, hanem a vérplazmából az endothelsejt két membránjában jelen lévő glukóztranszporter (GLUT-1) közreműködésével jut az agyi interstitiumba. Hasonló módon a neutrális aminosavak – amelyek az idegsejtekben a neurotranszmitter- és fehérjeszintézishez szükségesek – is csak specifikus transzportereken keresztül jutnak az agy állományába.

Az agyi interstitialis folyadék keletkezése

Az agyi interstitialis folyadék nem a vérplazma ultrafiltrátuma, hanem az aszimmetrikus endothelsejtek szekréciós terméke. A plazmamembrán Na+–K+-pumpája az interstitialis felszínen lokalizált, és Na+-okat juttat az interstitialis folyadékba (13-7. ábra). A vérplazma Na+-jai gradiensük mentén vagy a luminalis Na+-csatornán keresztül, vagy az ugyancsak luminalis Na+–Cl-kotranszporter közreműködésével lépnek az endothelsejt belsejébe. A Na+-ok transzcelluláris transzportját anionok és víz paracelluláris transzportja követi: ezt a kb. 7 nm átmérőjű pórusok lehetővé teszik. Az agyi interstitialis folyadék és a vérplazma Na+-koncentrációja közel azonos; az interstitialis folyadék alacsony fehérjeanion-koncentrációja – és ezért a diffúzíbilis ionok Gibbs−Donnan-megoszlása – következtében az interstitialis folyadék Cl-koncentrációja az agyi interstitiumban kismértékben magasabb, mint a vérplazmában.

Az agyi interstitialis folyadék K+-koncentrációja (2,8 mmol/l) alacsonyabb, mint a vérplazmáé (4,0–4,2 mmol/l). Az agyi K+-koncentrációt párhuzamos mechanizmusok tartják alacsony szinten. Az egyik tényező a Na+–K+-pumpa, amely az interstitalis folyadékból K+-okat juttat az endothelsejtek belsejébe. A másik stabilizáló mechanizmus az idegsejtek közelében elhelyezkedő gliasejtek működése. Ezek plazmamembránja átjárható a K+-ok, de sokkal kevésbé átjárható egyéb ionok részére. Ezért a gliasejtek membránpotenciálja csaknem megegyezik a K+-ok egyensúlyi potenciáljával. Ha az idegsejt-aktivitás következményeként az extracelluláris K+-koncentráció helyileg megnövekszik, akkor a K+-ok – elektrokémiai gradiensük mentén – belépnek a gliasejtek belsejébe, így a gliasejtek lokális K+-pufferként működnek. A stabilizáló működésre azért van szükség, mert az idegtevékenység során a neuronokból K+-ok lépnek ki, az extracellularis [K+] helyileg emelkedik: az említett mechanizmusok minimalizálják az emelkedést. (Az interstitialis folyadék K+-koncentrációja nem követi a vérplazma K+-szintjének változásait, ez az oka annak, hogy a hyperkalaemia nem befolyásolja az idegi funkciókat.)

13-7. ábra . Transzport az agyi kapillárisok endothelsejtjeiben

A cerebrospinalis folyadék

Az agy kamrarendszerének részei a két oldalkamra, az ezeket összekötő 3. agykamra és a 4. agykamra, amely a Silvius-vezetéken keresztül közlekedik a 3. agykamrával (13-8. ábra). Ezt az üregrendszert cerebrospinalis folyadék (CSF, liquor cerebrospinalis) tölti ki. A 4. agykamra három nyíláson keresztül közlekedik az arachnoidea és a pia mater között elhelyezkedő subarachnoidealis térrel. A subarachnoidealis folyadék körülveszi az egész agyat (13-9. ábra). A kamrák plexus chorioideusaiban keletkező CSF az agykamrákból a subarachnoidealis tér felé áramlik: a subarachnoidealis tér a nyúltvelő alatt a gerinccsatornában folytatódik, és a CSF ilyen módon körülveszi a gerincvelőt is. A CSF teljes mennyisége kb. 140 ml. Az agyat és gerincvelőt körülvevő CSF mechanikai védelmet nyújt az érzékeny idegszövet számára hirtelen fellépő gyorsulás, ill. traumák alkalmával bekövetkező sérülésekkel szemben.

13-8. ábra . Az agykamrák vázlata. A) Sagittalis metszet. B) Frontalis metszet. A féltekék belsejében lévő két oldalkamra a foramen Monroin keresztül közlekedik a diencephalonban lévő páratlan harmadik agykamrával. A 3. agykamrát az aquaeductus cerebri (Sylvius-vezeték) köti össze az agytörzsben lévő 4. agykamrával. (A 4. agykamra a gerincvelő csökevényes központi csatornájában folytatódik, amit az ábra nem tüntet fel). A 4. agykamra három nyíláson keresztül közlekedik a subarachnoidealis térrel (a páratlan foramen Magendie és a kétoldali foramina Luschka útján)

13-9. ábra . A cerebrospinalis folyadék és a subarachnoidealis tér (frontalis metszet). Az ábrán az egyes feltüntetett képletek nem méretarányosak!

A cerebrospinalis folyadék keletkezése

A CSF keletkezésének fő forrásai a kamrák üregében lévő plexus chorioideusok, amelyek ependymasejtekkel borított erekből állnak. A plexusok kapillárisainak endotheliuma különbözik a többi agyi kapilláris endotheliumától: a sejtek közötti intercelluláris junkciók nem zárnak szorosan, átengedik a kis molekulákat és ionokat, és csak a makromolekulákat tartják vissza. Ezzel éles ellentétben a kapillárisokat fedő ependymasejtek közötti junkciók szorosan zárnak, és permeabilitási gátat képeznek a CSF és a vérplazma között: ezt vér-liquor gátnak nevezzük.

Az aszimmetrikus (polarizált) ependymasejtek választják el a CSF legnagyobb részét. A Na+–K+-pumpa a sejtek liquortér felé eső membránjában helyezkedik el. A pumpa a kamrák lumenébe választ ki Na+-okat, és onnan K+-okat vesz fel a sejtek belsejébe (13-10. ábra). Az átellenes (a kapillárisok felé eső) membránban két transzporter helyezkedik el: ezek pótolják a vérből a CSF-be kiválasztott Na+-okat. Az egyik transzporter a Na+/H+-antiporter, amely extracelluláris Na+-okat cserél intracelluláris H+-okra. A cseréhez szükséges intracelluláris H+-ok a víz disszociációjából származnak: az intracelluláris OH-okat – a 4. fejezetben ismertetett módon – HCO3-ok képződése mellett CO2 semlegesíti. Minden ilyen neutralizációs mechanizmusban a szénsavanhidráz enzim működik közre: az enzim bénítása acetazolamiddal gátolja a Na+/H+-kicserélődést, ezzel a CSF-elválasztást. A másik transzporter egy Na+–Cl-kotranszporter. A CSF összetételét a 13-4. táblázat tartalmazza.

A CSF a kamrákon belüli lazán záró ependymasejtek között összeköttetésben áll az agyi interstitialis folyadékkal. (Figyelem: különbség van a plexus chorioideusokat fedő és az egyéb ependymasejtek között!) A CSF ezért – bár csak kisebb részében – az agyi kapillárisendotheliumnak is szekréciós terméke. A CSF összetétele közel áll az agyi interstitialis folyadék összetételéhez.

Az anionok (Cl és HCO3) szekréciójának mechanizmusáról keveset tudunk. A víz passzívan követi az ionok szekréciójával keletkezett ozmotikus gradienst.

Naponta mintegy 500 ml CSF képződik, és a villi arachnoidealeseken keresztül ugyanannyi vissza is szívódik a dura mater és a csont között elhelyezkedő vénás sinusokba. A CSF az oldalkamrákból folyamatosan áramlik a 3. agykamra, az aquaeductus Silvii, a 4. agykamra irányába, majd a 4. agykamra három kivezető nyílásán (foramina Magendie et Luschka) keresztül éri el a subarachnoidealis teret. A subarachnoidealis tér helyenként ciszternákká tágul. A CSF az arachnoidea granulációin keresztül (villi arachnoidales, Pacchioni-granulációk) a dura mater és a csont között elhelyezkedő agyi vénás sinusokba szívódik fel. A szekrécióval ellentétben a felszívódás nem igényel specifikus transzportereket; a felszívás hajtóereje a hidrosztatikai nyomáskülönbség. A liquortérben a hidrosztatikai nyomás kb. 5 Hgmm (ez kb. 7 vízcm-nek felel meg); ez a nyomás kevéssel meghaladja az agyból elvezető nagy vénák (v. jugularis int.) nyomását.

13-10. ábra . A cerebrospinalis folyadék szekréciója a plexus chorioideus ependymasejtjeiben

5.24. táblázat - 13-4. táblázat . A vérplazma és a cerebrospinalis folyadék (CSF) egyes ionjainak koncentrációi

Ion

Vérplazma (mmol/l)

Vérplazma (mmol/kg víz)

CSF (mmol/kg víz)

Na+

(143,0)

153,7

149,0

K+

(4,0)

4,3

3,0

Cl

(105,0)

112,9

128,0

HCO3

(26)

28

26


A vérplazma víztartalma 93%, a CSF-é 99%. A két folyadék összehasonlításának az alapja ezért a molális koncentráció (mmol/kg víz). A vérplazma fehérjekoncentrációja 70 000 mg/liter, a CSF-é 350 mg/liter

Fokozott koponyaűri nyomás

A CSF nyomása minden olyan kóros esetben emelkedik, amelyben a CSF keletkezése meghaladja a CSF-felszívást; ez következik be pl. gyulladásos folyamatokban (vírusos vagy bakteriális eredetű fertőzések, agyhártyagyulladás következtében). A CSF nyomása fokozódik, ha a koponyán belüli tartalom megnő, ez fordul elő koponyaűri daganatok vagy vérzés következtében. A CSF nyomása akkor is emelkedett, ha a liquoráramlásban (többnyire a kamrákon belül) akadály keletkezik, és a keletkezett CSF nem juthat el a felszívás helyszínére. Ezen utóbbi állapot következménye, hogy a folyamatosan fokozódó nyomás tönkreteszi az idegszövetet, és hydrocephalus fejlődik ki.

Mérföldkövek

1885: Paul Ehrlich megállapítja, hogy kísérleti állatoknak intravénásan befecskendezett tripánkék festék nem jut be az agyba, és felhívja a figyelmet a lehetséges vér-agy gát létezésére.

1890: C. S. Sherrington felveti, hogy összefüggés van az agy működése és anyagcseréje között. Ugyanebben az évben C. W. Roy és Sherrington feltételezi, hogy az agyban a helyi anyagcsere-termékek váltják ki a funkcionális hyperaemiát.

1948: S. S. Kety és C. F. Schmidt kidolgozza az agyi véráramlás meghatározásának Fick-elven alapuló módszerét (N2O-belélegeztetési módszer).

1990: J. A. Gally és munkatársai feltételezik, hogy az agy funkcionális hyperaemiáját NO-felszabadulás hozza létre.