Местная метаболическая регуляция

Местная метаболическая регуляция — это соответствие кровотока метаболической активности ткани посредством локальных сигналов, независимо от нервов и циркулирующих гормонов. Когда клетки работают интенсивнее и потребляют больше кислорода, метаболические побочные продукты, которые они выделяют, расслабляют питающие их артериолы, увеличивая кровоток; при снижении активности артериолы возвращаются к своему исходному тонусу. Эта внутренняя обратная связь поддерживает соответствие поступления кислорода и питательных веществ спросу.

Definition

Местная метаболическая регуляция — это внутренняя адаптация тонуса артериол и, следовательно, местного кровотока в ответ на метаболическую активность перфузируемой ткани, опосредованная главным образом локально продуцируемыми вазодилатирующими сигналами.

Scope

Эта тема охватывает метаболическую вазодилатацию и активную (функциональную) гиперемию, предполагаемые метаболические сигналы, расширяющие артериолы, вклад эндотелия и проводимых (распространяющихся) ответов, а также то, как эти механизмы в совокупности регулируют микрососудистый кровоток. Тесно связанный миогенный ответ и более широкое понятие ауторегуляции упоминаются, но подробно здесь не рассматриваются.

Core questions

• Как усиленный метаболизм тканей приводит к увеличению местного кровотока?
• Какие метаболические побочные продукты и эндотелиальные сигналы расширяют артериолы?
• Как координируются вазодилатирующие сигналы вдоль артериолы для задействования вышележащих сегментов?
• Как метаболическая регуляция связана с миогенными и другими местными механизмами контроля?

Key concepts

• Активная (функциональная) гиперемия
• Вазодилатирующие метаболиты (например, аденозин, углекислый газ, калий, ионы водорода)
• Парциальное давление кислорода в тканях как регуляторный сигнал
• Эндотелиальные вазодилататоры (оксид азота и другие)
• Проводимая вазодилатация вдоль артериол
• Интеграция с миогенным ответом

Key theories

Метаболическая гипотеза регуляции кровотока

Активная ткань выделяет вазодилатирующие метаболиты (и потребляет кислород) пропорционально своей скорости метаболизма; эти сигналы расслабляют близлежащие гладкие мышцы артериол, увеличивая кровоток до тех пор, пока поступление не будет соответствовать спросу, обеспечивая внутренний механизм обратной связи для контроля перфузии.

Проводимая (распространяющаяся) вазодилатация

Вазодилатирующий сигнал, инициированный в капилляре или дистальной артериоле, электрически распространяется вдоль эндотелия и гладких мышц к вышележащим питающим артериям, координируя дилатацию по всей длине сети сопротивления, так что кровоток эффективно увеличивается в активной области.

Mechanisms

При повышении скорости метаболизма ткани увеличивается потребление кислорода и накапливаются вазоактивные побочные продукты в интерстиции. К предполагаемым сигналам относятся аденозин, углекислый газ, ионы водорода и внеклеточный калий, наряду со снижением местного парциального давления кислорода; они действуют, часто избыточно, расслабляя гладкие мышцы артериол и увеличивая кровоток. Эндотелий выделяет вазодилататоры, такие как оксид азота, которые интегрируются с метаболическими сигналами, и Хеллстен с коллегами подчеркивают, что эти вазодилататоры взаимодействуют, а не действуют изолированно. Поскольку расширение только самых мелких артериол было бы ограничено сопротивлением вышележащих сосудов, вазодилатирующий сигнал проводится вдоль эндотелия и гладких мышц, чтобы задействовать вышележащие питающие артерии, как описано Багером и Сигалом, координируя ответ по всей сети сопротивления, чтобы перфузия соответствовала спросу.

Clinical relevance

Местная метаболическая регуляция объясняет, как активные ткани, такие как работающие мышцы, увеличивают свой собственный кровоток, и как нарушенные вазодилатирующие механизмы могут ограничивать перфузию. Здесь она представлена как фоновая физиология и не является основой для диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Описание основано на физиологических обзорах, а не на клинических рекомендациях; обзор Сигала регуляции микрососудистого кровотока, работы Багера и Сигала по проводимой вазодилатации, Хеллстена и коллег по взаимодействиям вазодилататоров и Питтмана по регуляции микрососудистого транспорта кислорода в совокупности представляют собой текущее понимание.

History

Идея о том, что ткани регулируют собственное кровоснабжение в соответствии с метаболическими потребностями, восходит к классическим наблюдениям гиперемии при физической нагрузке, а работы двадцатого века выявили предполагаемые вазодилатирующие метаболиты. Более поздние физиологические исследования подчеркнули избыточность и взаимодействие этих сигналов, роль эндотелия и проведение вазодилатирующих ответов вдоль артериол для координации кровотока по всей микрососудистой сети.

Debates

Какой сигнал является основным метаболическим вазодилататором?

Ни один метаболит не оказался единственным медиатором активной гиперемии; аденозин, углекислый газ, калий, ионы водорода и парциальное давление кислорода — все они вносят свой вклад, и современное мышление подчеркивает их избыточные, взаимодействующие роли, а не одного единственного регулятора.

Key figures

• Steven Segal
• Ylva Hellsten
• Roland Pittman
• Pooneh Bagher

Seminal works

• segal-2005
• bagher-segal-2011
• hellsten-2012

Frequently asked questions

Что такое активная (функциональная) гиперемия?

Увеличение местного кровотока, сопровождающее усиление активности тканей; по мере увеличения метаболизма локально продуцируемые сигналы расширяют питающие артериолы, так что доставка кислорода и питательных веществ увеличивается, чтобы соответствовать спросу.

Почему ни один метаболит не считается главным вазодилататором?

Несколько сигналов — включая аденозин, углекислый газ, калий, ионы водорода и сниженное парциальное давление кислорода — вносят избыточный вклад и взаимодействуют с эндотелиальными вазодилататорами, поэтому регуляция кровотока отражает их комбинированное действие, а не одного доминирующего медиатора.