Распределение кровотока в легких

Кровоток в легких распределяется неравномерно. Поскольку легочный кровоток функционирует при низком давлении, локальный баланс между артериальным, альвеолярным и венозным давлением — наряду с сосудистой архитектурой легкого — создает выраженные региональные различия в перфузии, классически описываемые как градиент от верхушки к основанию легкого в вертикальном положении.

Definition

Распределение кровотока в легких — это региональный характер легочной перфузии, определяемый главным образом взаимосвязью между легочным артериальным, альвеолярным и легочным венозным давлением, а также геометрией ветвления легочного сосудистого русла.

Scope

Статья охватывает вопросы распределения регионального легочного кровотока, зональную модель, основанную на давлении и объясняющую гравитационный градиент, вклад сосудистой структуры в негравитационную гетерогенность, а также изменения распределения при изменении позы и физической нагрузке. Это справочная физиологическая тема; она объясняет механизмы, а не предлагает клинические рекомендации.

Core questions

• Почему перфузия больше у основания, чем у верхушки легкого в вертикальном положении?
• Как артериальное, альвеолярное и венозное давление определяют зоны кровотока?
• Какова доля гравитационной и структурной гетерогенности?
• Как изменяется распределение при изменении позы и при физической нагрузке?

Key concepts

• Зона 1 (альвеолярное > артериальное давление)
• Зона 2 (артериальное > альвеолярное > венозное давление)
• Зона 3 (артериальное > венозное > альвеолярное давление)
• Гравитационный градиент перфузии
• Фрактальное ветвление сосудов
• Структурная (негравитационная) гетерогенность
• Постуральное перераспределение и перераспределение при физической нагрузке

Mechanisms

В классической модели взаимосвязь между альвеолярным, легочным артериальным и легочным венозным давлением определяет три зоны от верхушки до основания легкого в вертикальном положении: там, где альвеолярное давление превышает артериальное давление, капилляры сжимаются, и кровоток может прекратиться (зона 1); ниже артериальное давление превышает альвеолярное давление, которое, в свою очередь, превышает венозное давление, поэтому кровоток зависит от артериально-альвеолярной разницы (зона 2); и у основания как артериальное, так и венозное давление превышают альвеолярное давление, поэтому кровоток регулируется обычным артериовенозным градиентом (зона 3) (West, Dollery & Naimark, 1964). Гравитация создает эти различия в давлении по всей длине легкого. Более поздние работы показали, что гравитация — это не вся история: фрактальная геометрия ветвления легочных сосудов создает существенную гетерогенность, которая сохраняется независимо от позы, поэтому распределение отражает как гравитационные, так и структурные детерминанты (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016). При физической нагрузке и сопутствующем повышении давления и кровотока рекрутирование делает распределение более равномерным.

Clinical relevance

Региональное распределение перфузии является частью того, как легкое сопоставляет кровоток с вентиляцией, и лежит в основе интерпретации регионального газообмена и перфузионной визуализации. Эта статья описывает нормальную физиологию и методы ее изучения; она носит образовательный характер и не является основой для принятия клинических решений относительно какого-либо конкретного человека.

Evidence & guidelines

Зональная модель основана на экспериментах Веста и его коллег на изолированных легких, связывающих кровоток с сосудистым и альвеолярным давлением (West et al., 1964). Последующие измерения с высоким разрешением уточнили картину, показав большой структурный компонент гетерогенности кровотока, что было обобщено в специализированных обзорах (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016).

History

Объяснение градиента перфузии легких, основанное на давлении, было установлено в экспериментах Веста, Доллери и Неймарка на изолированных легких в 1964 году, которые связали региональный кровоток с взаимодействием сосудистого и альвеолярного давления и привели к созданию зональной модели, преподаваемой с тех пор. С конца двадцатого века исследования с использованием микросфер и методов визуализации показали, что ветвящаяся структура вносит гетерогенность помимо гравитации, переосмысливая распределение как продукт обеих сил (Glenny & Robertson, 2011).

Debates

Является ли градиент перфузии легких преимущественно гравитационным?

Классическая зональная модель приписывает региональные различия главным образом гравитации, но исследования с высоким разрешением показывают, что структура ветвления сосудов создает существенную гетерогенность независимо от позы, поэтому относительный вес гравитационных и структурных детерминант является предметом дискуссий.

Key figures

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

Seminal works

• west-1964
• glenny-2011

Frequently asked questions

Почему основание легкого получает больше кровотока, чем верхушка, когда человек находится в вертикальном положении?

Гравитация повышает сосудистое давление к основанию, поэтому артериальное давление там в большей степени превышает альвеолярное давление; капилляры лучше растягиваются и рекрутируются, обеспечивая больший кровоток, чем на верхушке.

Что такое зоны Веста?

Это три области легкого в вертикальном положении, определяемые взаимосвязью между альвеолярным, артериальным и венозным давлением: зона 1 (незначительный или отсутствующий кровоток, самое высокое альвеолярное давление), зона 2 (кровоток определяется артериально-альвеолярной разницей) и зона 3 (кровоток определяется обычным артериовенозным градиентом).