การหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจน

การหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจน (Hypoxic pulmonary vasoconstriction - HPV) เป็นการตอบสนองที่โดดเด่นของปอด ซึ่งการลดลงของความดันออกซิเจนในถุงลมปอดจะทำให้หลอดเลือดแดงพัลโมนารีขนาดเล็กที่เลี้ยงบริเวณนั้นหดตัวลง การตอบสนองนี้ช่วยเบี่ยงเบนเลือดออกจากบริเวณที่มีการระบายอากาศไม่ดีไปยังบริเวณที่มีการระบายอากาศดีขึ้น จึงช่วยปรับสมดุลระหว่างการไหลเวียนเลือดกับการระบายอากาศ และรักษาการได้รับออกซิเจนของเลือดที่ออกจากปอด

Definition

การหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจน คือการหดตัวอย่างแข็งขันของกล้ามเนื้อเรียบในหลอดเลือดแดงพัลโมนารี เพื่อตอบสนองต่อความดันออกซิเจนต่ำในถุงลมปอด (และในระดับที่น้อยกว่าคือในเลือดดำผสม) ซึ่งเป็นการตอบสนองที่เฉพาะเจาะจงต่อระบบไหลเวียนเลือดในปอด เนื่องจากภาวะขาดออกซิเจนทำให้หลอดเลือดเหล่านี้หดตัว แทนที่จะขยายตัว

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมปรากฏการณ์ HPV บทบาทในการปรับสมดุลระหว่างการไหลเวียนเลือดกับการระบายอากาศ กลไกการรับรู้และส่งสัญญาณออกซิเจนระดับเซลล์ที่เชื่อว่าเป็นพื้นฐานของปรากฏการณ์นี้ และผลกระทบต่อระบบของภาวะขาดออกซิเจนทั่วไป เช่น ที่เกิดขึ้นในที่สูง เนื้อหานี้เป็นหัวข้อสรีรวิทยาอ้างอิงและอธิบายกลไกต่างๆ โดยไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิกหรือการรักษา

Core questions

• สิ่งกระตุ้นใดที่ทำให้เกิดการหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจน?
• กลไกนี้ช่วยปรับปรุงการจับคู่ระหว่างการไหลเวียนเลือดกับการระบายอากาศได้อย่างไร?
• เซลล์กล้ามเนื้อเรียบในหลอดเลือดแดงพัลโมนารีรับรู้ออกซิเจนและส่งสัญญาณไปสู่การหดตัวได้อย่างไร?
• จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อภาวะขาดออกซิเจนเป็นแบบทั่วร่างกายแทนที่จะเป็นแบบเฉพาะที่ เช่น ในที่สูง?

Key concepts

• ภาวะขาดออกซิเจนในถุงลมปอดเป็นสิ่งกระตุ้น
• การจับคู่การระบายอากาศ-การไหลเวียนเลือด
• การรับรู้ออกซิเจนของกล้ามเนื้อเรียบในหลอดเลือดแดงพัลโมนารี
• ชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยาและการส่งสัญญาณรีดอกซ์
• การยับยั้งช่องโพแทสเซียมและการลดขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์
• การเข้าของแคลเซียมและการเพิ่มความไว
• ภาวะขาดออกซิเจนทั่วร่างกายและความดันโลหิตสูงในปอด

Mechanisms

เมื่อออกซิเจนในถุงลมปอดลดลง หลอดเลือดแดงพัลโมนารีขนาดเล็กที่เลี้ยงถุงลมปอดนั้นจะหดตัว ทำให้เลือดถูกเปลี่ยนทิศทางไปยังบริเวณที่มีออกซิเจนดีกว่า และการแลกเปลี่ยนก๊าซโดยรวมได้รับการปกป้อง (Sylvester et al., 2012) การตอบสนองนี้เป็นคุณสมบัติภายในของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบในหลอดเลือดแดงพัลโมนารี: แบบจำลองที่แพร่หลายระบุว่าเซลล์รับรู้ออกซิเจนผ่านกลไกการส่งสัญญาณของไมโทคอนเดรียและรีดอกซ์ การเปลี่ยนแปลงของชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา (reactive oxygen species) ที่เกิดขึ้นจะยับยั้งช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า และการลดขั้วที่ตามมาจะเปิดช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมภายในเซลล์ ร่วมกับการเพิ่มความไวของแคลเซียมต่อกลไกการหดตัว ทำให้เกิดการหดตัว (Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016) เมื่อภาวะขาดออกซิเจนส่งผลกระทบต่อปอดทั้งหมด—ในที่สูงหรือในโรคปอดเรื้อรัง—การตอบสนองจะกลายเป็นแบบทั่วไป ทำให้ความดันหลอดเลือดแดงพัลโมนารีสูงขึ้น และหากเป็นต่อเนื่อง อาจนำไปสู่การปรับโครงสร้างของหลอดเลือด (vascular remodelling) (Sylvester et al., 2012; Suresh & Shimoda, 2016)

Clinical relevance

การหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจนเป็นกลไกการควบคุมตามปกติ ซึ่งรูปแบบทั่วไปของกลไกนี้เป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของความดันในปอดที่พบในภาวะขาดออกซิเจนทั่วทั้งปอดที่ยั่งยืน เนื้อหานี้อธิบายสรีรวิทยาและกลไกต่างๆ เป็นข้อมูลเพื่อการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การติดตาม หรือการรักษาบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Evidence & guidelines

ความเข้าใจเกี่ยวกับ HPV อาศัยงานทดลองที่กว้างขวางซึ่งสังเคราะห์ในบทวิจารณ์ที่สำคัญ บทความวิชาการ Physiological Reviews ยังคงเป็นรายงานที่ครอบคลุมที่สุดเกี่ยวกับปรากฏการณ์และกลไกที่เสนอ (Sylvester et al., 2012) และบทวิจารณ์เฉพาะทางได้ให้รายละเอียดขั้นตอนการรับรู้ออกซิเจนและการส่งสัญญาณในกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดแดงพัลโมนารี (Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016)

History

การที่ภาวะขาดออกซิเจนในถุงลมปอดทำให้หลอดเลือดในปอดหดตัวนั้นได้รับการยืนยันในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเชื่อว่ามาจากการสังเกตของ von Euler และ Liljestrand และได้รับการยอมรับว่าเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการตอบสนองของระบบหลอดเลือดทั่วร่างกายต่อภาวะขาดออกซิเจน งานวิจัยหลายทศวรรษต่อมา ซึ่งสรุปไว้ในบทวิจารณ์ที่ครอบคลุม ได้พยายามระบุตัวรับรู้การเปลี่ยนแปลงออกซิเจนและห่วงโซ่การส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงกับการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ (Sylvester et al., 2012; Sommer et al., 2008)

Debates

ตัวรับรู้ออกซิเจนที่เป็นพื้นฐานของ HPV คืออะไร?

ยังคงเป็นคำถามที่เปิดกว้างและมีการทบทวนว่าตัวรับรู้เบื้องต้นคือไมโทคอนเดรียที่ทำงานผ่านชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา, NADPH-oxidase หรือระบบรีดอกซ์อื่น ๆ และผลลัพธ์ของมันเชื่อมโยงกับการยับยั้งช่องโพแทสเซียมได้อย่างไร

Key figures

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

Seminal works

• sylvester-2012
• sommer-2008

Frequently asked questions

ทำไมปอดจึงหดตัวของหลอดเลือดเพื่อตอบสนองต่อออกซิเจนต่ำ ในขณะที่อวัยวะอื่นขยายหลอดเลือด?

ในปอด การหดตัวของหลอดเลือดในบริเวณที่มีออกซิเจนไม่ดีจะเบี่ยงเบนเลือดไปยังบริเวณที่มีการระบายอากาศดีขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงการแลกเปลี่ยนก๊าซ ในขณะที่ในอวัยวะทั่วร่างกาย การขยายตัวเพื่อตอบสนองต่อออกซิเจนต่ำจะเพิ่มการไหลเวียนเลือดในท้องถิ่นแทน การตอบสนองของปอดมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับสมดุลการไหลเวียนเลือด-การระบายอากาศ มากกว่าการส่งเลือดไปยังบริเวณเฉพาะที่

จะเกิดอะไรขึ้นกับการหดตัวของหลอดเลือดแดงในปอดจากภาวะขาดออกซิเจนในที่สูง?

เนื่องจากปอดทั้งหมดอยู่ในภาวะขาดออกซิเจน การตอบสนองจึงกลายเป็นแบบทั่วไปแทนที่จะเป็นแบบเฉพาะภูมิภาค ทำให้ความดันหลอดเลือดแดงพัลโมนารีสูงขึ้นโดยรวม ดังนั้นภาวะขาดออกซิเจนทั่วร่างกายที่ยั่งยืนจึงอาจนำไปสู่ความดันโลหิตสูงในปอดได้