Blutflussverteilung in der Lunge

Der Blutfluss ist in der Lunge nicht gleichmäßig verteilt. Da der Lungenkreislauf mit niedrigem Druck arbeitet, führt das lokale Gleichgewicht zwischen arteriellem, alveolärem und venösem Druck – zusammen mit der vaskulären Architektur der Lunge – zu ausgeprägten regionalen Unterschieden in der Perfusion, die klassisch als Gradient von der Spitze zum Boden der aufrechten Lunge beschrieben werden.

Definition

Die Blutflussverteilung in der Lunge ist das regionale Muster der pulmonalen Perfusion, das hauptsächlich durch die Beziehungen zwischen pulmonalarteriellem, alveolärem und pulmonalvenösem Druck sowie durch die Verzweigungsgeometrie des pulmonalen Gefäßbaums bestimmt wird.

Scope

Der Eintrag behandelt, wie der regionale pulmonale Blutfluss verteilt ist, das druckbasierte Zonenmodell, das den Gravitationsgradienten erklärt, den Beitrag der vaskulären Struktur zur nicht-gravitativen Heterogenität und wie sich die Verteilung mit Haltung und Belastung ändert. Es handelt sich um ein Referenzthema der Physiologie; es erklärt Mechanismen, anstatt klinische Anleitungen zu geben.

Core questions

• Warum ist die Perfusion an der Basis größer als an der Spitze der aufrechten Lunge?
• Wie definieren arterielle, alveoläre und venöse Drücke Flusszonen?
• Wie viel der Heterogenität ist gravitativ und wie viel strukturell bedingt?
• Wie ändert sich die Verteilung mit der Körperhaltung und bei Belastung?

Key concepts

• Zone 1 (alveolärer > arterieller Druck)
• Zone 2 (arterieller > alveolärer > venöser Druck)
• Zone 3 (arterieller > venöser > alveolärer Druck)
• Gravitativer Perfusionsgradient
• Fraktale vaskuläre Verzweigung
• Strukturelle (nicht-gravitative) Heterogenität
• Posturale und belastungsbedingte Umverteilung

Mechanisms

Im klassischen Modell definiert die Beziehung zwischen alveolärem, pulmonalarteriellem und pulmonalvenösem Druck drei Zonen von der Spitze zum Boden der aufrechten Lunge: wo der alveoläre Druck den arteriellen Druck übersteigt, werden Kapillaren komprimiert und der Fluss kann aufhören (Zone 1); weiter unten übersteigt der arterielle Druck den alveolären Druck, der wiederum den venösen Druck übersteigt, sodass der Fluss von der arteriell-alveolären Differenz abhängt (Zone 2); und an der Basis übersteigen sowohl der arterielle als auch der venöse Druck den alveolären Druck, sodass der Fluss durch den üblichen arteriell-venösen Gradienten bestimmt wird (Zone 3) (West, Dollery & Naimark, 1964). Die Schwerkraft erzeugt diese Druckunterschiede in der Lunge. Spätere Arbeiten zeigten, dass die Schwerkraft nicht die ganze Geschichte ist: Die fraktale Verzweigungsgeometrie des pulmonalen Gefäßsystems erzeugt eine erhebliche Heterogenität, die unabhängig von der Körperhaltung bestehen bleibt, sodass die Verteilung sowohl gravitative als auch strukturelle Determinanten widerspiegelt (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016). Bei Belastung und dem damit verbundenen Druck- und Flussanstieg macht die Rekrutierung die Verteilung gleichmäßiger.

Clinical relevance

Die regionale Verteilung der Perfusion ist Teil dessen, wie die Lunge den Blutfluss an die Ventilation anpasst, und bildet die Grundlage für die Interpretation des regionalen Gasaustauschs und der Perfusionsbildgebung. Dieser Eintrag beschreibt die normale Physiologie und wie sie untersucht wird; er dient der Bildung und ist keine Grundlage für klinische Entscheidungen über eine einzelne Person.

Evidence & guidelines

Das Zonenmodell leitet sich von den Experimenten an isolierten Lungen von West und Kollegen ab, die den Fluss mit vaskulären und alveolären Drücken in Beziehung setzten (West et al., 1964). Nachfolgende hochauflösende Messungen verfeinerten das Bild und zeigten eine große strukturelle Komponente der Flussheterogenität, wie in speziellen Übersichten zusammengefasst (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016).

History

Die druckbasierte Erklärung des Perfusionsgradienten der Lunge wurde durch die Experimente an isolierten Lungen von West, Dollery und Naimark aus dem Jahr 1964 etabliert, die den regionalen Fluss mit dem Zusammenspiel von vaskulären und alveolären Drücken in Beziehung setzten und das seitdem gelehrte Zonenmodell hervorbrachten. Ab dem späten 20. Jahrhundert zeigten Mikrosphären- und Bildgebungsstudien, dass die Verzweigungsstruktur eine Heterogenität jenseits der Schwerkraft erzeugt, wodurch die Verteilung als Produkt beider Kräfte neu gefasst wurde (Glenny & Robertson, 2011).

Debates

Ist der Perfusionsgradient der Lunge primär gravitativ bedingt?

Das klassische Zonenmodell schreibt regionale Unterschiede hauptsächlich der Schwerkraft zu, aber hochauflösende Studien zeigen, dass die vaskuläre Verzweigungsstruktur eine erhebliche Heterogenität unabhängig von der Körperhaltung erzeugt, sodass das relative Gewicht von gravitativen versus strukturellen Determinanten diskutiert wird.

Key figures

• John B. West
• Robert W. Glenny
• H. Thomas Robertson

Seminal works

• west-1964
• glenny-2011

Frequently asked questions

Warum erhält die Lungenbasis im aufrechten Zustand mehr Blutfluss als die Lungenspitze?

Die Schwerkraft erhöht die vaskulären Drücke in Richtung der Basis, sodass der arterielle Druck dort den alveolären Druck vollständiger übersteigt; Kapillaren sind besser gedehnt und rekrutiert, was zu einem größeren Fluss als an der Spitze führt.

Was sind West's Zonen?

Es sind drei Regionen der aufrechten Lunge, die durch die Beziehung zwischen alveolärem, arteriellem und venösem Druck definiert sind: Zone 1 (wenig oder kein Fluss, alveolärer Druck am höchsten), Zone 2 (Fluss bestimmt durch die arteriell-alveoläre Differenz) und Zone 3 (Fluss bestimmt durch den üblichen arteriell-venösen Gradienten).