การกระจายตัวของการไหลเวียนเลือดในปอด

การไหลเวียนเลือดในปอดไม่ได้สม่ำเสมอทั่วทั้งปอด เนื่องจากวงจรหลอดเลือดปอดทำงานภายใต้ความดันต่ำ ความสมดุลเฉพาะที่ระหว่างความดันหลอดเลือดแดง ความดันถุงลม และความดันหลอดเลือดดำ—รวมถึงโครงสร้างหลอดเลือดของปอด—ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างชัดเจนในการไหลเวียนเลือดในแต่ละภูมิภาค ซึ่งโดยทั่วไปอธิบายว่าเป็นความชันจากส่วนบนลงล่างของปอดในท่ายืน

Definition

การกระจายตัวของการไหลเวียนเลือดในปอดคือรูปแบบการไหลเวียนเลือดในปอดตามภูมิภาค ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างความดันหลอดเลือดแดงปอด ความดันถุงลม และความดันหลอดเลือดดำปอด และโดยเรขาคณิตการแตกแขนงของต้นไม้หลอดเลือดปอด

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงการกระจายตัวของการไหลเวียนเลือดในปอดตามภูมิภาค แบบจำลองโซนที่อิงตามความดันซึ่งอธิบายความชันที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง การมีส่วนร่วมของโครงสร้างหลอดเลือดต่อความไม่สม่ำเสมอที่ไม่ขึ้นกับแรงโน้มถ่วง และการเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวตามท่าทางและการออกกำลังกาย เป็นหัวข้อสรีรวิทยาอ้างอิงที่อธิบายกลไกการทำงานมากกว่าการให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• เหตุใดการไหลเวียนเลือดที่ฐานปอดจึงมากกว่าที่ยอดปอดในท่ายืน?
• ความดันหลอดเลือดแดง ถุงลม และหลอดเลือดดำ กำหนดโซนของการไหลเวียนได้อย่างไร?
• ความไม่สม่ำเสมอส่วนใหญ่เกิดจากแรงโน้มถ่วงและส่วนน้อยเกิดจากโครงสร้างเท่าใด?
• การกระจายตัวเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเปลี่ยนท่าทางและเมื่อออกกำลังกาย?

Key concepts

• โซน 1 (ความดันถุงลม > ความดันหลอดเลือดแดง)
• โซน 2 (ความดันหลอดเลือดแดง > ความดันถุงลม > ความดันหลอดเลือดดำ)
• โซน 3 (ความดันหลอดเลือดแดง > ความดันหลอดเลือดดำ > ความดันถุงลม)
• ความชันของการไหลเวียนเลือดที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง
• การแตกแขนงของหลอดเลือดแบบแฟร็กทัล
• ความไม่สม่ำเสมอเชิงโครงสร้าง (ไม่ขึ้นกับแรงโน้มถ่วง)
• การกระจายตัวใหม่ตามท่าทางและการออกกำลังกาย

Mechanisms

ในแบบจำลองคลาสสิก ความสัมพันธ์ระหว่างความดันถุงลม ความดันหลอดเลือดแดงปอด และความดันหลอดเลือดดำปอด กำหนดสามโซนจากส่วนบนลงล่างของปอดในท่ายืน: ในบริเวณที่ความดันถุงลมสูงกว่าความดันหลอดเลือดแดง หลอดเลือดฝอยจะถูกบีบอัดและการไหลเวียนอาจหยุดลง (โซน 1); ต่ำลงมา ความดันหลอดเลือดแดงสูงกว่าความดันถุงลม ซึ่งสูงกว่าความดันหลอดเลือดดำ ดังนั้นการไหลเวียนจึงขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างหลอดเลือดแดง-ถุงลม (โซน 2); และที่ฐาน ทั้งความดันหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำสูงกว่าความดันถุงลม ดังนั้นการไหลเวียนจึงถูกควบคุมโดยความชันปกติระหว่างหลอดเลือดแดง-หลอดเลือดดำ (โซน 3) (West, Dollery & Naimark, 1964) แรงโน้มถ่วงทำให้เกิดความแตกต่างของความดันเหล่านี้ตลอดแนวปอด งานวิจัยต่อมาแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่ปัจจัยทั้งหมด: เรขาคณิตการแตกแขนงแบบแฟร็กทัลของหลอดเลือดปอดทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมออย่างมากที่ไม่ขึ้นกับท่าทาง ดังนั้นการกระจายตัวจึงสะท้อนทั้งปัจจัยที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงและโครงสร้าง (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016) เมื่อออกกำลังกายและมีการเพิ่มขึ้นของความดันและการไหลเวียน การเปิดหลอดเลือดฝอยใหม่ทำให้การกระจายตัวสม่ำเสมอมากขึ้น

Clinical relevance

การกระจายตัวของการไหลเวียนเลือดตามภูมิภาคเป็นส่วนหนึ่งของวิธีการที่ปอดปรับการไหลเวียนเลือดให้เข้ากับการระบายอากาศ และเป็นพื้นฐานสำหรับการตีความการแลกเปลี่ยนก๊าซในภูมิภาคและการถ่ายภาพการไหลเวียนเลือด บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาปกติและวิธีการศึกษา เป็นการให้ความรู้และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจทางคลินิกเกี่ยวกับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Evidence & guidelines

แบบจำลองโซนมาจากผลการทดลองปอดแยกส่วนของ West และคณะที่เชื่อมโยงการไหลเวียนกับความดันหลอดเลือดและถุงลม (West et al., 1964) การวัดความละเอียดสูงในภายหลังได้ปรับปรุงภาพให้ชัดเจนขึ้น โดยแสดงให้เห็นถึงองค์ประกอบเชิงโครงสร้างขนาดใหญ่ต่อความไม่สม่ำเสมอของการไหลเวียน ดังที่สรุปไว้ในการทบทวนเฉพาะเรื่อง (Glenny & Robertson, 2011; Suresh & Shimoda, 2016)

History

คำอธิบายความชันของการไหลเวียนเลือดในปอดที่อิงตามความดันได้รับการยืนยันโดยการทดลองปอดแยกส่วนของ West, Dollery, และ Naimark ในปี 1964 ซึ่งเชื่อมโยงการไหลเวียนตามภูมิภาคกับการทำงานร่วมกันของความดันหลอดเลือดและถุงลม และก่อให้เกิดแบบจำลองโซนที่สอนกันมาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 20 การศึกษาด้วยไมโครสเฟียร์และการถ่ายภาพเผยให้เห็นว่าโครงสร้างการแตกแขนงมีส่วนทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอที่นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง โดยปรับเปลี่ยนการมองการกระจายตัวว่าเป็นผลผลิตของทั้งสองแรง (Glenny & Robertson, 2011)

Debates

ความชันของการไหลเวียนเลือดในปอดส่วนใหญ่เกิดจากแรงโน้มถ่วงหรือไม่?

แบบจำลองโซนคลาสสิกอธิบายความแตกต่างตามภูมิภาคส่วนใหญ่เกิดจากแรงโน้มถ่วง แต่การศึกษาความละเอียดสูงแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างการแตกแขนงของหลอดเลือดทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมออย่างมากที่ไม่ขึ้นกับท่าทาง ดังนั้นน้ำหนักสัมพัทธ์ของปัจจัยที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงเทียบกับปัจจัยเชิงโครงสร้างจึงยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

Key figures

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

Seminal works

• west-1964
• glenny-2011

Frequently asked questions

เหตุใดฐานปอดจึงได้รับเลือดมากกว่ายอดปอดเมื่ออยู่ในท่ายืน?

แรงโน้มถ่วงทำให้ความดันหลอดเลือดเพิ่มขึ้นไปทางฐาน ดังนั้นความดันหลอดเลือดแดงจึงสูงกว่าความดันถุงลมอย่างเต็มที่ในบริเวณนั้น หลอดเลือดฝอยจะขยายตัวและเปิดใช้งานได้ดีขึ้น ทำให้มีการไหลเวียนเลือดมากกว่าที่ยอดปอด

โซนของ West คืออะไร?

เป็นสามบริเวณของปอดในท่ายืนที่กำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างความดันถุงลม ความดันหลอดเลือดแดง และความดันหลอดเลือดดำ: โซน 1 (มีการไหลเวียนน้อยหรือไม่ไหลเลย ความดันถุงลมสูงสุด), โซน 2 (การไหลเวียนกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างหลอดเลือดแดง-ถุงลม), และโซน 3 (การไหลเวียนกำหนดโดยความชันปกติระหว่างหลอดเลือดแดง-หลอดเลือดดำ)