SYSTEEMINEN VERENKIERTO JA VERENPAINE L2/H L Peltonen

Transkriptio

1 SYSTEEMINEN VERENKIERTO JA VERENPAINE L2/H L Peltonen

2 VERENKIERTOELIMISTÖN TOIMINNAN PERUSPERIAATTEITA 1. Veren virtaus kudoksiin sovitetaan niiden aineenvaihdunnan edellyttämän vähimmäistarpeen mukaan 2. Kudoksista sydämeen palaava virtaus säätelee sydämen toimintaa kaikki palaava veri pumpataan takaisin kudoksiin niiden tarpeita vastaavasti 3. Verenkierrossa keskeisin säädeltävä muuttuja on valtimopaine laaja säätelyjärjestelmä paineen ylläpitoon yleensä riippumatonta verenkierron paikallisesta, tai sydämen minuuttivolyymin säätelystä 2

3 VERENKIERTOJÄRJESTELMÄ painepumppu volyymipumppu 3

4 Veren jakaantuminen VERENKIERTOJÄRJESTELMÄ elimistöön Sircar,

5 VERENKIERTOON VAIKUTTAVAT TEKIJÄT 1. Sydämen pumpputoiminta (minuuttitilavuus; syke x iskutilavuus, CO) 2. Verisuonten hierarkinen järjestäytyminen ja ominaisuudet 3. Luustolihasten toiminta ( lihas ja hengityspumppu ) 4. Laskimoiden läppäjärjestelmä 5. VERENPAINE (KESKIVALTIMOPAINE, MAP) keskeinen säädeltävä muuttuja verenkierrossa pyritään pitämään vakiona ja toisaalta tarpeeksi korkeana verenpainetasoon vaikuttavat suoraan a) Sydämen minuuttitilavuus (Systolinen vp: vasemman kammion iskutilavuus) b) Systeemisen verenkierron keskimääräinen vastus (ääreisvastus) (Systolinen ja diastolinen) c) Aortan ja suurten valtimoiden myötäävyys l. komplianssi (Systolinen ja diastolinen) d) Suurten valtimoiden loppudiastolinen verimäärä (Diastolinen) 5

6 1 Sydän sysää liikkeelle virtaus ja paineaallon MAP Paineaallon profiili muuttuu mentäessä kohti perifeerisia valtimoita Amplitudi suurenee dia sys dia sys dia sys dia Virtausaallon profiili muuttuu myös mentäessä kohti perifeerisia valtimoita Amplitudi pienenee Schmidt and Thews,

7 1 Sydämen pumpputoiminta saa aikaan virtauksen Kokonaisverenvirtaus järjestelmässä = F(low) = Q = CO siirtyvä veritilavuus aikayksikössä, esim. l/min tai cm 3 /s 70 kiloisella ihmisellä keskimäärin 5 l/min aortta kapillaarit onttolaskimot Virtaus (Q) on vakio verenkierron eri segmenteissä (jatkuvuuden laki) Virtausnopeus (v) = veren partikkelin kulkema matka aikayksikössä; cm/s 7

8 Virtausnopeus vaihtelee suuresti eri segmenteissä Q = 10 ml/s Q = 10 ml/s Jotta virtaus olisi vakio, tulee virtausnopeuden olla käänteisesti verrannollinen kunkin verenkiertojärjestelmän segmentin (kokonais)poikkileikkauspinta alaan (v = Q/A) Bernoullin effekti: kapeassa segmentissä virtausnopeus kasvaa kun potentiaalienergia (paine ) muuntuu kineettiseksi (liike ) energiaksi (Boron, kuva 17 10) 8

9 9

10 Poiseuille Hagen in kaava kuvaa virtausta jäykissä sylinterin muotoisissa putkissa Q = P r 4 / 8ηL (Ohmin laki Q = P /R) = 1/R Q = keskimääräinen virtaus P = paine ero suonen pituudella (L) r η = säde (ref. suonen läpimitta) = veren viskositeetti 10

11 Huomioita 1) jos suonen läpimitta kasvaa kaksinkertaiseksi kasvaa virtaus 16 kertaiseksi kudosten hiussuoniverkkoja ruokkivien arteriolien läpimittaa voidaan säädellä neuraalisesti ja humoraalisesti suuri merkitys hiussuonten virtaukselle vasokonstriktio supistuminen vasodilataatio laajeneminen normaali vasodilataatio vasokonstrikitio 11

12 2) pikkuvaltimoiden ja hiussuonten paradoksi: miksi virtausvastus on hiussuonissa pienempi? 12

13 1 Sydän sysää liikkeelle virtausaallon Sydämen ejektiovaiheessa virtaus aortan kaaressa on voimakasta (jopa 30 l/min) virtaus painottuu systoleen diastolen aikana samassa segmentissä virtaus pysähtyy Virtaus hidastuu (vaan ei lopu), kun aortan paine nousee yli kammion paineen (kuva 22 2) Syynä veren inertia ja siihen liittyvä kineettisen energian komponentti Aorttaläppä kiinni Virtausaallon muoto muuttuu sydämestä poispäin mentäessä madaltuu suonten haaroittuessa Virtaus (l/min) Time (s) Boron ja Boulpaep, 2012, Fig

14 1 Sydän sysää liikkeelle virtausaallon Suurten valtimoiden virtausaalloissa on diastolinen komponentti Suonten elastisuuden ja myötäävyyden toiminnallisia etuja: sykäyksittäinen virtaus voi muuntua jatkuvaksi virtaukseksi kudoksissa sydämen työtaakka pienenee kun afterloadia voidaan alentaa Virtaus (l/min) Windkessel malli (B&B, s.536)

15 Windkessel toimintamalli Schmidt and Thews, 1987

16 1 Sydän sysää liikkeelle paineaallon (=pulssiaalto) Paine: veren suonen seinämään kohdistama voima pintaalayksikköä kohti (pascal, N/m 2 ) Systolen aikana veri aorttaan, sekä systolen että diastolen aikana ääreisverenkiertoon paineaalto on kaksiosainen Tuntuu valtimopulssina (mm. radialis, carotispulssi) Etenee veren virtausaaltoon nähden yli 15 kertaisella nopeudella Pulssiaalto on yhdistelmä kohti periferiaa etenevää aaltoa ja verenkierron vastuksesta (suonten haarautuminen, mutkittelu, supistuminen) johtuvaa, aorttaan päin heijastuvaa aaltoa 16

17 1 Sydän sysää liikkeelle paineaallon Mitä elastisemmat suonet, sitä hitaampi ja matalampi heijasteaalto on näkyy pulssiaallossa diastolen aikana Mitä jäykemmät suonet, sitä nopeampi ja korkeampi heijasteaalto on näkyy systolen aikana koho aa systolista paine a 17

18 1 Sydän sysää liikkeelle paineaallon Pulssiaallon muoto muuttuu mentäessä poispäin sydämestä Incisuran kohdalla aorttaläppä sulkeutuu Aorttastenoosi; aalto matala ja leveä (alentunut virtaus) Aorttaläpän vuoto, hyperkinesia; aalto korkea ja kapea (diastolessa veri takaisin kammioon) 18

19 Miten veri virtaa? Reynoldsin numero: Re 2rvρ η r = kuvaa suonen läpimittaa, v = keskimääräinen virtausnopeus, ρ (rho) = nesteen tiheys (kg/m 3 ), η (eta) = veren viskositeetti (sisäinen kitka) Downloaded from: StudentConsult (on 15 October :36 PM) 2005 Elsevier

20 2 Verisuonten ominaisuudet VALTIMO LASKIMO

21 2 Verisuonten ominaisuudet Suonten seinämän sidekudoselemen t passiivinen seinämäjännitys Sileälihassolut ak ivinen seinämäjännitys (ja läpimitan säätely, vasomotoriikka) Downloaded from: StudentConsult (on 15 October :36 PM) 2005 Elsevier

22 Positiivinen korrelaatio korkean seinämäjännityksen ja elastisen kudoksen määrän välillä Transmuraalipaine P = paine suonen sisällä paine suonen ulkopuolella (positiivinen P pyrkii laajentamaan suonta) 22

23 LAPLACEN LAKI T = P x r T = onton sylinterin seinämän jännitys (wall tension); P = transmuraalipaine (paine sylinterin sisällä paine ulkopuolella); r = säde Suonten läpimitta ei ole vakio (vasokonstriktio ja dilataa o) seinämäjännitys muuttuu läpimitan muuttuessa (elastic wall tension) Mikäli T ei mukautuisi paineen muutoksiin suonen repeämä tai kasaanpainuminen (aneyrysmat; kylmäsormisuus l. Raynaud in syndrooma) Katso Boron & Boulpaep, kuva &

24 This image cannot currently be displayed. Downloaded from: StudentConsult (on 1 November :27 PM) 2005 Elsevier

25 Ikääntyminen alentaa valtimoiden komplianssia eli myötäävyyttä (C= V/ P) 1. Tarvitaan suurempi voima siirtämään sama veri lavuus aor aan suurempi pulssipaine 2. Keskivaltimopaineen nousu kasvattaa pulssipainetta entisestään 3. Suonten läpimitta kasvaa 4. Seinämäjännitys kohoaa suhteessa enemmän läpimitan kasvaessa (kollageenisäikeiden 25 rekrytointi)

26 Laskimoiden ja valtimoiden komplianssi Myötäävyys l. komplianssi = V/ P Verenkierron täyttöpaine 7 mmhg sydämen ollessa pysähdyksissä 125 ml Cunningham, 1992 (transmuraalipaine P in P out ) Samansuuruiseen tilavuuden muutokseen vaaditaan valtimoissa noin 20 kertaa suurempi paineen muutos (7 98 mmhg) kuin laskimoissa (7 3 mmhg) fysiologisissa olosuhteissa laskimot 20 kertaa myötäävämpiä kuin valtimot. 26

27 2 Verisuonten ominaisuudet vastaavat hyvin niiden toimintaa valtimot ovat kulkuväyliä kapillaarit vaihtoväyliä laskimot verivarastoja 27

28 2 Missä veri on? 28

29 3 & 4 Luustolihasten toiminta ja laskimoläpät Hengityspumppu hengityslihakset aikaansaavat laskevan painegradientin rintaontelon suuntaan sisäänhengityksen aikana, mikä edesauttaa laskimopaluuta Fysiologinen merkitys? 29

30 Hengityspumppu Sekä rintakehän sisäinen paine, oikean eteisen paine (RAP) että kaulalaskimon paine (JVP) laskevat normaalin sisäänhengityksen aikana Virtaus yläonttolaskimossa vastaavasti lisääntyy (SVCF) Paine mm H 2 O (1 cm H 2 O ~ mmhg) Berne & Levy,

31 3 & 4 Luustolihasten toiminta ja laskimoläpät Lihaspumppu 31

32 Lihaspumppu Laskimopaine alaraajoissa paikallaan seisten, kävellessä ja juostessa (n=18, Stick et al., 1992) 32

33 5 Verenpaine Verenpainetasoon vaikuttavat suoraan Sydämen minuuttitilavuus (Systolinen: vasemman kammion SV) Systeemisen verenkierron keskimääräinen vastus (ääreisvastus) (Systolinen ja diastolinen) Aortan ja suurten valtimoiden myötäävyys (Systolinen ja diastolinen) Suurten valtimoiden loppudiastolinen verimäärä (Diastolinen) 33

34 5 Verenpaine systolinen verenpaine korkein paine suurissa valtimoissa kammiosystolen aikana vaikuttaa 1) vasemman kammion iskutilavuus, 2) systeemisen verenkierron ääreisvastus ja 3) aortan ja suurten valtimoiden myötäävyys diastolinen verenpaine matalin paine suurissa valtimoissa kammiodiastolen aikana vaikuttaa 1) suurten valtimoiden loppudiastolinen verimäärä, johon vaikuttaa 2) ääreisvastus ja 3) jossain määrin aortan ja suurten valtimoiden myötäävyys 34

35 pulssipaine 5 Verenpaine systolisen ja diastolinen paineen erotus iskutilavuus / valtimoiden myötäävyys Kun valtimoiden myötäävyys on vakio: Iskutilavuuden suureneminen[(v 4 V 3 ) > (V 2 V 1 )] kohottaa pulssipainetta [(P 4 P 3 ) > (P 2 P 1 )] ja keskivaltimopaineetta (P B > P A ) pulssipaine : esim. urheilija levossa (fysiologinen), aorttaläppä vuoto (kliininen) pulssipaine : sydämen pumpputoiminnan häiriöt, verenvuodot 35

36 pulssipaine 5 Verenpaine iskutilavuus / valtimoiden myötäävyys Kun iskutilavuus, minuuttitilavuus ja ääreisvastus ovat vakioita: Valtimoiden myötäävyyden aleneminen kohottaa pulssipainetta [(P 4 P 1 ) > (P 3 P 2 )] Vasemman kammion työtaakka (afterload) kasvaa, vaikka keskivaltimopaine (P a ), iskutilavuus ja ääreisvastus pysyisivät vakioina ikääntyminen 36

37 Keskivaltimopaine MAP MAP = Paineaallon alle jäävä pinta ala jaettuna sydämen toimintasyklin kestolla P a = Kohtuullinen arvio: diastolinen paine + 1/3 pulssipaine 37 Downloaded from: StudentConsult (on 10 October :24 PM) 2005 Elsevier

38 5 Verenpaine 38

39 Vasomotoriikka muuttaa ääreisvastusta 39

40 Verenpaineen hermostollinen säätely Kardiovaskulaariset refleksit suurten valtimoiden baroreseptorirefleksi korkeapainereseptorit (venytysreseptoreita) lisääntynyt venytys nettoeffekti verenpaineen lasku tilavuusreseptorirefleksit matalapainereseptorit (venytysreseptoreita) lisääntynyt venytys nettoeffekti nesteen poiston tehostuminen Psykogeeniset refleksit ärsyke emotionaalinen esim. vasovagaalinen synkopee (pyörtyminen) 40

41 BAROREFLEKSI negatiivinen feedback mekanismi 41

42 Baroreseptorit aistivat venytystä, eivät painetta per se (TRPC kanavaperhe) Säätelykeskus medullassa reagoi muutokseen afferentin hermon aktiivisuudessa Vasteessa dynaaminen ja staattinen komponentti Reseptori on herkkä sekä paineaallon muodolle että amplitudille 42

43 43

44 Kardiovaskulaarinen säätelykeskus on moniosainen Viesti afferenttien (CN IX ja X) sensorisista ganglioista NTS:ään (nucleus tractus solitarius, kerää informaatiota useista afferenteista ja mahdollistaa tiedon yhdistämisen ja integroidut vasteet) Inhibitoriset välineuronit vasomotoriselle alueelle C1 alue välittää pääosin verisuonivasteen Toonisesti aktiivinen, ylläpitää normaalia keskivaltimopainetta mahd. rooli essentiaalisen hypertonian synnyssä Eksitatoriset välineuronit kardioinhibitoriselle alueelle n. ambiguus ja vaguksen motorinen tumake Vagus välittää pääosin sydänvasteen Downloaded from: StudentConsult (on 1 November :27 PM) 2005 Elsevier

45 Vaste verenpaineen Vasteet laskuun Adrenal medulla Humoral adrenalin TPR CO = ääreisverenkierron vastus, total peripheral resistance = sydämen minuuttitilavuus (pumppaustuotos), cardiac output negatiivinen feedback 45

46 Barorefleksin herkkyys Barorefleksin herkkyys voi alentua hypertensiossa Ns. resetting palautuva normaali hypertensio Voidaan tutkia esim. injisoimalla koe eläimeen sympatomimeettia ja tutkimalla RR intervallia (kahden EKG:n R aallon väli) Mitä suurempi RR intervalli, sitä matalampi syke Downloaded from: StudentConsult (on 1 November :27 PM) 2005 Elsevier

47 Sekundaarinen hermostollinen säätely Vasteet (kemoreseptorit) aortan kaaren ja karotispoukaman kemoreseptorit ärtyvät, kun hapen osapaine on alentunut, hiilidioksidin noussut ja ph alentunut NTS BP virtaus reseptorien ohi Suora vaikutus medullaan aiheuttaa bradykardiaa kardioinhibitorinen alue How ever: lisääntyneen ventilaation seurauksena elimistön integroitu vaste hypoksialle ja hyperkapnialle on takykardia ja BP:n nousu Mekanismin merkitys kasvaa verenpaineen laskiessa alle 80 mmhg 47

48 TILAVUUSREFLEKSIT sydämen eteisten, onttolaskimoiden, keuhkolaskimon ja sydämen kammioiden tilavuuden muutoksista aiheutuvat heijasteet, jotka johtavat muutoksiin sydämen toiminnassa ja verisuonten läpimitassa Säätelyn kohteena on effektiivinen kiertävä (veri)volyymi (ECV, effective circulating blood volume) funktionaalinen verivolyymi, joka kuvaa kudoksen läpi tapahtuvaa veren virtausta (= perfuusiota) verisuonten täyteys (fullness) tai paine Tilavuusrefleksit vaikuttavat verenpaineeseen epäsuorasti Matalapainereseptorit ärtyvät venytyksestä 48

49 Missä matalapainereseptoreja on? A säikeet monitoroivat sykettä (hermoaktiivisuus ajoittuu eteissystoleen) B säikeet monitoroivat eteisten tilavuutta ja sentraalista laskimopainetta (CVP) laskimopaluuta ja effektiivistä kiertävää verivolyymiä Afferentit vagusta pitkin NTS:ään Vaste poikkeaa muista hermosäikeistä; merkitys pieni 49

50 Vasteet matalapainereseptorien aktivaatiolle B säikeiden aktivaatio effektori: SA solmuke (Bainbridge refleksi) effektori: munuaisten verisuonet lisääntynyt laskimopaluu saa aikaan sykkeen nousun autonomisten efferenttien kautta sympaattisen tonuksen alenemisen spesifisesti munuaisten verisuonissa, seurauksena vasodilataatio ja munuaisten suodatusnopeuden (Glomerular Filtration Rate) kasvu vasteet yhdessä johtavat kiertävän verivolyymin laskuun ja epäsuorasti verenpaineen alenemiseen Neuraalinen vaikutus hypotalamuksen paraventrikulaariseen tumakkeeseen Arginiinivasopressiinin (AVP) eli antidiureettisen hormonin (ADH) erityksen väheneminen hypotalamuksesta Veden takaisinimeytyminen munuaisista elimistöön vähenee 50

51 Myosyytin hormonaalinen vaste venytykselle Myosyytti itsessään voi toimia matalapainereseptorina Myosyytit vapauttavat ns. eteispeptidiä eli ANP:tä (atrial natriuretic peptide) Saa aikaan vasodilataatiota ja natriureesia munuaisissa On reniini angiotensiini aldosteroni järjestelmän vastavaikuttaja Estää ADH:n vapautumista aivolisäkkeen takalohkosta ja sen vaikutuksia munuaisessa Nettoeffektinä munuaisten verenkierto, suodatus sekä natriumin eritys virtsaan lisääntyy ja kiertävä verivolyymi alenee tilanteita, jossa ANP:tä vapautuu: suola ja nestekertymä, immersio (veteen meno), makuuasento 51

52 Yhteenvetoa ECV:n muutosten vaikutuksista sydämen minuuttitilavuuteen 52

53 Ei yksin autonominen hermosto Baro ja kemoreseptorirefleksien aktivoituessa lisääntyy samanaikaisesti hermoaktiivisuus varsinkin vatsan alueen luustolihaksia hermottavissa efferenteissä Lihasten supistuminen edesauttaa alueen laskimoissa olevaa verta siirtymään kohti sydäntä Ns. abdominaalinen kompressiorefleksi Liikunnan aikana lisääntynyt luustolihasten tonus ja lihaspumpun toiminta lisäävät laskimopaluuta CO:n kasvua vastaavasti Check slide 32 & 33 53

54 Psykogeeniset refleksit AVP hypotalamus (pyörtyminen) Kts. Boron kuva

55 Verenpaineen pitkäaikaiskontrolli Kytkeytyy tiiviisti elimistön nestetasapainon ylläpitoon Munuaisten toiminta keskeisessä asemassa suolan ja veden retentio (kts. munuaisfysiologian luento) 55

56 Reniini angiotensiini aldosteroni järjestelmä Reniiniä vapautuu glomeruluksen afferentin One kidney Goldblatt hypertensio arteriolin muuntuneista sileälihassoluista (granulaari eli jukstaglomerulaarisolut) Granulaarisolut toimivat korkeapainereseptoreina Reniiniä vapautuu, kun paine munuaisvaltimossa laskee (kuvastaa ECV:n laskua) 56

57 Reniinin vapautumista stimuloidaan kolmella mekansimilla: Alentunut munuaisten perfuusio (munuaisten baroreseptorit) Alentunut NaCl konsentraatio munuaisten distaalitiehyeissä (macula densa) Sympaattisen hermoston aktivaatio 57

58 Reniini angiotensiini aldosteroni järjestelmä 58

59 INTEGROITUJA VASTEITA Ortostaattinen vaste Nouseminen pystyasentoon aiheuttaa hetkellisen oikean eteisen paineen (RAP) laskun, josta aiheutuva CO:n lasku voi johtaa pyörtymiseen Vaste on yksilöllinen veri kertyy alaruumiin laskimoihin, jonne se siirtyy pääasiassa keskeisestä verenkierrosta Fysiologiset vasteet pyrkivät ylläpitämään laskimopaluuta Lihaspumput Paikallaan seisominen ja ympäristön lämpötilan vaikutus! Barorefleksi 59

60 Verenvuoto Hypovoleeminen sokki on vakava tila, joka kehittyy mikäli ihminen menettää verivolyymistaan 30% Seurauksena laskimopaluun, CO:n ja verenpaineen lasku Kompensaatiomekanismit 1. Kardiovaskulaariset refleksit (baro, tilavuus, ja kemoreseptorirefleksit) 2. Verivolyymin korvaaminen 75% menetetystä volyymistä korvataan interstitiaalinesteellä kapillaareissa Proteiinisynteesi (albumiini) 3. Suolan ja veden retentio 4. Jano 60

61 Irreversiibeli sokki Refleksivasteet heikkenevät (reseptorien desensitisaatio, välittäjäaineiden loppuminen) Paikallinen iskemia aiheuttaa vasodilataatiota AVP vaste heikkenee Suonten sfinkterit menettävät tonustaan, joka johtaa hydrostaattisen paineen kasvuun kapillaareissa johtaa nesteen virtaamiseen kudokseen ( transcapillary refill estyy Sydämen toimintakyky heikkenee (mm. asidoosin vaikutus kontraktiliteettiin, toksiinit) Aivojen hapenpuute heikentää kardiovaskulaarisen säätelykeskuksen toimintaa 61

62 Noidankehä 62

63 Circulatory system 63