Перфузия и оксигенация тканей

Перфузия тканей — это доставка крови через капиллярную сеть к клеткам ткани, а оксигенация — это последующий перенос кислорода из этой крови в митохондрии. Адекватная оксигенация зависит не только от объема кровотока, но и от его распределения между капиллярами, а также от расстояния диффузии между перфузируемыми сосудами и клетками, которые они снабжают.

Definition

Перфузия и оксигенация тканей относятся к доставке крови к капиллярному руслу ткани и диффузионному переносу кислорода из этой крови к клеткам, что совместно определяется кровотоком, содержанием кислорода, геометрией капилляров и расстоянием диффузии.

Scope

Эта тема охватывает движение кислорода из капиллярной крови в ткани, геометрическую связь между капиллярами и обслуживающими их клетками (модель Крога), детерминанты доставки кислорода и такие понятия, как плотность капилляров, время транзита и рекрутирование. Она рассматривает локальный контроль артериолярного тонуса, регулирующий кровоток, как родственную тему.

Core questions

• Как кислород перемещается из капиллярной крови в митохондрии клеток ткани?
• Какое геометрическое соотношение между капиллярами и клетками определяет, адекватно ли оксигенирована ткань?
• Что определяет доставку кислорода, и как кровоток и содержание кислорода влияют на нее?
• Как плотность капилляров, время транзита и рекрутирование влияют на оксигенацию?

Key concepts

• Диффузия кислорода из капилляров в митохондрии
• Цилиндр Крога и межкапиллярное расстояние
• Доставка кислорода (кровоток, умноженный на содержание кислорода в артериальной крови)
• Экстракция кислорода и напряжение кислорода в тканях
• Плотность капилляров и площадь поверхности
• Время транзита в капиллярах и гетерогенность кровотока
• Рекрутирование капилляров

Key theories

Цилиндрическая модель оксигенации тканей Крога

Крог смоделировал ткань как цилиндры клеток, каждый из которых снабжается одним центральным капилляром, при этом кислород диффундирует радиально наружу по убывающему градиенту парциального давления; модель связывает расстояние между капиллярами, потребление кислорода и диффузию с напряжением кислорода, достигаемым в наиболее удаленных клетках.

Mechanisms

Кислород, переносимый гемоглобином, высвобождается в капиллярах по мере снижения напряжения кислорода в крови, затем диффундирует по градиенту парциального давления через стенку капилляра и интерстиций к митохондриям. Анализ Крога рассматривает каждый капилляр как снабжающий окружающий цилиндр ткани, так что напряжение кислорода в клетках, наиболее удаленных от капилляра, зависит от межкапиллярного расстояния, потребления кислорода и коэффициента диффузии. Общая доставка кислорода к ткани является произведением кровотока и содержания кислорода в артериальной крови; доля экстрагированного кислорода возрастает по мере увеличения потребности. Помимо общего объема доставки, важно распределение кровотока: гетерогенное время транзита в капиллярах и рекрутирование дополнительных перфузируемых капилляров изменяют эффективную площадь поверхности и эффективность, с которой доставляемый кислород достигает клеток.

Clinical relevance

Принципы перфузии и оксигенации лежат в основе понимания того, как ткани реагируют на повышенную потребность или снижение кровоснабжения, и почему простое увеличение общего кровотока может не гарантировать адекватную оксигенацию, если его распределение нарушено. Это справочная физиология и не является основой для диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Материал основан на классической и современной физиологии, а не на клинических рекомендациях; диффузионная модель Крога является исторической основой, а обзоры Питтмана по микрососудистому транспорту кислорода вместе со столетней переоценкой капиллярного рекрутирования Остергаарда представляют собой современный синтез.

History

Исследование Августа Крога 1919 года по диффузии газов через ткани и связанная с ним цилиндрическая модель заложили основу количественного изучения оксигенации тканей и способствовали его работе по регуляции капилляров, отмеченной Нобелевской премией. Физиология двадцатого века уточнила измерения напряжения и доставки кислорода, а обзоры Питтмана консолидировали микрососудистый транспорт кислорода; столетие спустя после Крога Остергаард переосмыслил роль гетерогенности времени транзита в капиллярах и рекрутирования в определении оксигенации тканей.

Debates

Увеличивает ли рекрутирование капилляров оксигенацию, или перераспределение кровотока имеет большее значение?

Вопрос о том, увеличивают ли ткани подачу кислорода в основном за счет рекрутирования ранее неперфузируемых капилляров или за счет изменения распределения и гетерогенности кровотока через уже перфузируемые сосуды, обсуждается со времен Крога; недавние анализы подчеркивают гетерогенность времени транзита наряду с классическим рекрутированием.

Key figures

• August Krogh
• Roland Pittman
• Leif Ostergaard

Seminal works

• krogh-1919
• pittman-2013

Frequently asked questions

Что такое цилиндрическая модель Крога?

Модель, которая представляет ткань как цилиндры клеток, каждый из которых снабжается одним центральным капилляром, при этом кислород диффундирует наружу по убывающему градиенту парциального давления; она связывает расстояние между капиллярами и потребление кислорода с напряжением кислорода, достигаемым наиболее удаленными клетками.

Что определяет доставку кислорода к ткани?

Доставка кислорода является произведением кровотока и содержания кислорода в артериальной крови; насколько эффективно этот доставленный кислород достигает клеток, также зависит от плотности капилляров, расстояния диффузии и распределения кровотока между капиллярами.