Hypoxische pulmonale Vasokonstriktion

Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion (HPV) ist die charakteristische Reaktion der Lunge, bei der ein Abfall des alveolären Sauerstoffpartialdrucks die kleinen Lungenarterien, die diese Region versorgen, verengt. Indem sie Blut von schlecht belüfteten Bereichen zu besser belüfteten umleitet, trägt sie dazu bei, die Perfusion an die Ventilation anzupassen und so die Oxygenierung des Blutes, das die Lunge verlässt, zu erhalten.

Definition

Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion ist die aktive Kontraktion der glatten pulmonalarteriellen Muskulatur als Reaktion auf einen niedrigen alveolären (und in geringerem Maße gemischt-venösen) Sauerstoffpartialdruck, eine Reaktion, die für den Lungenkreislauf einzigartig ist, da Hypoxie diese Gefäße eher verengt als erweitert.

Scope

Der Eintrag behandelt das Phänomen der HPV, ihre Rolle bei der Anpassung von Perfusion an Ventilation, die zellulären Sauerstoff-Sensing- und Signalmechanismen, die ihr zugrunde liegen sollen, sowie die systemischen Folgen einer generalisierten Hypoxie, wie sie in der Höhe auftritt. Es handelt sich um ein physiologisches Referenzthema, das Mechanismen erklärt; es gibt keine klinischen oder Behandlungsanweisungen.

Core questions

• Welcher Stimulus löst die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion aus?
• Wie verbessert sie die Anpassung von Perfusion an Ventilation?
• Wie nehmen pulmonalarterielle glatte Muskelzellen Sauerstoff wahr und wandeln das Signal in Kontraktion um?
• Was geschieht, wenn Hypoxie global statt lokal ist, wie z.B. in großer Höhe?

Key concepts

• Alveoläre Hypoxie als Stimulus
• Ventilations-Perfusions-Anpassung
• Sauerstoffwahrnehmung der pulmonalarteriellen glatten Muskulatur
• Reaktive Sauerstoffspezies und Redox-Signalübertragung
• Kaliumkanalhemmung und Membrandepolarisation
• Kalziumeintritt und Sensibilisierung
• Globale Hypoxie und pulmonale Hypertonie

Mechanisms

Wenn der alveoläre Sauerstoffgehalt sinkt, verengen sich die kleinen Lungenarterien, die diese Alveole versorgen, sodass Blut in besser oxygenierte Regionen umgeleitet wird und der gesamte Gasaustausch geschützt wird (Sylvester et al., 2012). Die Reaktion ist der pulmonalarteriellen glatten Muskelzelle eigen: Das vorherrschende Modell geht davon aus, dass die Zelle Sauerstoff über mitochondriale und Redox-Signalwege wahrnimmt, dass die resultierende Veränderung der reaktiven Sauerstoffspezies spannungsgesteuerte Kaliumkanäle hemmt und dass die daraus resultierende Depolarisation spannungsgesteuerte Kalziumkanäle öffnet; steigendes intrazelluläres Kalzium führt zusammen mit der Kalziumsensibilisierung des kontraktilen Apparats zur Kontraktion (Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016). Wenn Hypoxie die gesamte Lunge betrifft – in der Höhe oder bei chronischen Lungenerkrankungen – wird die Reaktion generalisiert, was den pulmonalarteriellen Druck erhöht und, wenn sie anhält, zur vaskulären Umgestaltung beiträgt (Sylvester et al., 2012; Suresh & Shimoda, 2016).

Clinical relevance

Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion ist ein normaler Regulationsmechanismus, dessen generalisierte Form dem Anstieg des Lungendrucks zugrunde liegt, der bei anhaltender Ganzlungenhypoxie auftritt. Dieser Eintrag beschreibt die Physiologie und ihre Mechanismen; er dient der Bildung und ist keine Grundlage für die Diagnose, Überwachung oder Behandlung einer Einzelperson.

Evidence & guidelines

Das Verständnis der HPV beruht auf umfangreichen experimentellen Arbeiten, die in wichtigen Übersichtsartikeln zusammengefasst sind. Die Monographie in Physiological Reviews bleibt die umfassendste Darstellung des Phänomens und seiner vorgeschlagenen Mechanismen (Sylvester et al., 2012), und spezielle Übersichtsartikel beschreiben die Sauerstoffwahrnehmungs- und Signaltransduktionsschritte in der pulmonalarteriellen glatten Muskulatur (Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016).

History

Dass alveoläre Hypoxie die Lungengefäße verengt, wurde Mitte des 20. Jahrhunderts festgestellt – klassischerweise den Beobachtungen von von Euler und Liljestrand zugeschrieben – und als das Gegenteil der Reaktion des systemischen Gefäßsystems auf Hypoxie erkannt. Jahrzehntelange nachfolgende Arbeiten, zusammengefasst in umfassenden Übersichtsartikeln, haben versucht, den Sauerstoffsensor und die Signalkette zu identifizieren, die ihn mit der Kontraktion der glatten Muskulatur verbindet (Sylvester et al., 2012; Sommer et al., 2008).

Debates

Was ist der Sauerstoffsensor, der der HPV zugrunde liegt?

Ob der unmittelbare Sensor das Mitochondrium ist, das über reaktive Sauerstoffspezies wirkt, eine NADPH-Oxidase oder ein anderes Redoxsystem – und wie dessen Output mit der Kaliumkanalhemmung gekoppelt ist – bleibt ungeklärt und wird als offene Frage behandelt.

Key figures

• J. T. Sylvester
• Norbert Weissmann
• Larissa A. Shimoda

Seminal works

• sylvester-2012
• sommer-2008

Frequently asked questions

Warum verengt die Lunge ihre Gefäße als Reaktion auf niedrigen Sauerstoff, während andere Organe ihre erweitern?

In der Lunge leitet die Verengung von Gefäßen in einem schlecht oxygenierten Bereich Blut zu besser belüfteten Bereichen um, was den Gasaustausch verbessert; in systemischen Organen erhöht die Dilatation als Reaktion auf niedrigen Sauerstoff stattdessen die lokale Blutversorgung. Die pulmonale Reaktion dient der Ventilations-Perfusions-Anpassung und nicht der lokalen Versorgung.

Was passiert mit der hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktion in großer Höhe?

Da die gesamte Lunge hypoxisch ist, wird die Reaktion generalisiert statt regional, was den pulmonalarteriellen Druck insgesamt erhöht; anhaltende globale Hypoxie kann daher zur pulmonalen Hypertonie beitragen.