แรงสตาร์ลิงและการแลกเปลี่ยนของเหลว

แรงสตาร์ลิงคือแรงดันที่ขับเคลื่อนน้ำผ่านผนังหลอดเลือดฝอย: แรงดันอุทกสถิตของพลาสมาและของเหลวในเนื้อเยื่อ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะผลักของเหลวออกไป และแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ (อองโคติก) ของพลาสมาและเนื้อเยื่อ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะกักเก็บหรือดึงของเหลวกลับเข้ามา ความสมดุลสุทธิของแรงเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าของเหลวจะถูกกรองออกจากหลอดเลือดฝอยหรือถูกดูดซึมกลับเข้าไปในหลอดเลือดฝอย และดังนั้นจึงควบคุมการกระจายตัวของน้ำในร่างกายระหว่างเลือดและเนื้อเยื่อ

Definition

หลักการของสตาร์ลิงระบุว่าการเคลื่อนที่สุทธิของของเหลวข้ามผนังหลอดเลือดฝอยเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างการไล่ระดับแรงดันอุทกสถิตข้ามหลอดเลือดฝอยและการไล่ระดับแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ที่มีประสิทธิภาพ โดยปรับขนาดตามคุณสมบัติการกรองของผนัง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแรงดันสตาร์ลิงทั้งสี่, สมการการกรองที่รวมแรงดันเหล่านี้เข้าด้วยกัน, และการปรับปรุงหลักการสมัยใหม่ที่วางตำแหน่งการไล่ระดับออสโมติกคอลลอยด์ข้ามไกลโคคาลิกซ์ของเซลล์บุผนังหลอดเลือดแทนที่จะเป็นข้ามผนังทั้งหมด หัวข้อนี้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับภาพโครงสร้างของหลอดเลือดฝอยที่ครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง และมุ่งเน้นไปที่แรงและผลสุทธิของแรงเหล่านั้น

Core questions

• แรงดันทั้งสี่ที่กระทำข้ามผนังหลอดเลือดฝอยคืออะไร?
• สัมประสิทธิ์การกรองและสัมประสิทธิ์การสะท้อนเข้าสู่สมการของสตาร์ลิงได้อย่างไร?
• เหตุใดแบบจำลองคลาสสิกของการกรองที่ปลายหลอดเลือดแดงและการดูดซึมกลับที่ปลายหลอดเลือดดำจึงต้องได้รับการปรับปรุง?
• ไกลโคคาลิกซ์ของเซลล์บุผนังหลอดเลือดเปลี่ยนแปลงความเข้าใจเกี่ยวกับการไล่ระดับอองโคติกได้อย่างไร?

Key concepts

• แรงดันอุทกสถิตในหลอดเลือดฝอย
• แรงดันอุทกสถิตในเนื้อเยื่อ
• แรงดันออสโมติกคอลลอยด์ (อองโคติก) ในพลาสมา
• แรงดันออสโมติกคอลลอยด์ในเนื้อเยื่อ
• สัมประสิทธิ์การกรองและสัมประสิทธิ์การสะท้อน
• ช่องว่างใต้ไกลโคคาลิกซ์และกฎการไม่ดูดซึมกลับ
• บทบาทของการไหลกลับของน้ำเหลือง

Key theories

หลักการสตาร์ลิงแบบคลาสสิก

สตาร์ลิงเสนอว่าแรงดันอุทกสถิตขาออกและแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ขาเข้าของโปรตีนในพลาสมามีความสมดุลกันข้ามผนังหลอดเลือดฝอย โดยมีการกรองสุทธิที่ปลายที่มีแรงดันสูง (หลอดเลือดแดง) และการดูดซึมกลับสุทธิที่ปลายที่มีแรงดันต่ำ (หลอดเลือดดำ)

หลักการสตาร์ลิงที่ได้รับการปรับปรุง (ไกลโคคาลิกซ์)

เลวิคและมิเชลได้ปรับปรุงแบบจำลองเพื่อแสดงให้เห็นว่าการไล่ระดับอองโคติกที่เกี่ยวข้องคือระหว่างพลาสมากับช่องว่างใต้ไกลโคคาลิกซ์ขนาดเล็กใต้ชั้นผิวของเซลล์บุผนังหลอดเลือด ดังนั้นในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ หลอดเลือดฝอยจะกรองตลอดความยาวและไม่มีการดูดซึมกลับของหลอดเลือดดำในสภาวะคงที่ ของเหลวที่ถูกส่งกลับจะถูกจัดการโดยระบบน้ำเหลือง

Mechanisms

การไหลสุทธิของของเหลวข้ามหลอดเลือดฝอยถูกกำหนดโดยสมการของสตาร์ลิง: การไล่ระดับอุทกสถิตขาออก (แรงดันในหลอดเลือดฝอยลบด้วยแรงดันในเนื้อเยื่อ) ถูกต่อต้านโดยการไล่ระดับอองโคติก (แรงดันออสโมติกคอลลอยด์ในพลาสมาลบด้วยแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ในเนื้อเยื่อ) โดยแต่ละค่าจะถูกถ่วงน้ำหนักด้วยสัมประสิทธิ์การกรองของผนังและสัมประสิทธิ์การสะท้อนสำหรับโปรตีน ในมุมมองแบบคลาสสิก ความสมดุลนี้ทำให้เกิดการกรองที่ปลายหลอดเลือดแดงและการดูดซึมกลับที่ปลายหลอดเลือดดำ หลักการที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยสรีรวิทยาของไกลโคคาลิกซ์ ระบุว่าการไล่ระดับอองโคติกที่มีประสิทธิภาพจะกระทำข้ามชั้นผิวของเซลล์บุผนังหลอดเลือดและช่องว่างที่ปราศจากโปรตีนใต้ชั้นนั้น ดังนั้น การกรองจึงต่ำและต่อเนื่องไปตามหลอดเลือดฝอยส่วนใหญ่ การดูดซึมกลับของหลอดเลือดดำที่ยั่งยืนจึงเป็นข้อยกเว้นมากกว่ากฎ และของเหลวที่ถูกกรองส่วนใหญ่จะถูกส่งกลับเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตโดยระบบน้ำเหลือง

Clinical relevance

ความสมดุลของแรงสตาร์ลิงเป็นพื้นฐานความเข้าใจว่าของเหลวสะสมในเนื้อเยื่อได้อย่างไร (อาการบวมน้ำ) และความเข้มข้นของโปรตีนในพลาสมาและแรงดันในหลอดเลือดฝอยเปลี่ยนแปลงความสมดุลนั้นอย่างไร การปรับปรุงที่อิงตามไกลโคคาลิกซ์ได้ปรับเปลี่ยนวิธีที่แพทย์ทำความเข้าใจการเคลื่อนที่ของของเหลวข้ามหลอดเลือด บทความนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนาและไม่ได้ให้คำแนะนำในการรักษาหรือการจัดการของเหลว

Evidence & guidelines

แนวคิดเหล่านี้ตั้งอยู่บนทฤษฎีทางสรีรวิทยาและการศึกษาหลอดเลือดขนาดเล็กเชิงทดลองมากกว่าการทดลองทางคลินิก การสังเกตการณ์ดั้งเดิมของสตาร์ลิง การสังเคราะห์การซึมผ่านของมิเชลและเคอร์รี และการปรับปรุงของเลวิค-มิเชล (พร้อมกับการปรับปรุงใหม่ที่เน้นทางคลินิกของวูดค็อก) กำหนดกรอบปัจจุบัน

History

สตาร์ลิงได้อธิบายความสมดุลของออสโมติก-อุทกสถิตของการแลกเปลี่ยนของเหลวในปี 1896 และแลนดิสได้ให้การวัดโดยตรงของแรงดันในหลอดเลือดฝอยในภายหลังซึ่งสนับสนุนแนวคิดนี้ ตลอดศตวรรษที่ยี่สิบ แบบจำลองการกรอง-การดูดซึมกลับแบบคลาสสิกได้แพร่หลาย แต่หลักฐานที่สะสมเกี่ยวกับไกลโคคาลิกซ์ของเซลล์บุผนังหลอดเลือดนำไปสู่การที่เลวิคและมิเชลตีพิมพ์หลักการที่ได้รับการปรับปรุงในปี 2010 ซึ่งวูดค็อกและคนอื่นๆ ได้แปลเป็นคำอธิบายการแลกเปลี่ยนของเหลวข้ามหลอดเลือดที่อิงตามไกลโคคาลิกซ์

Debates

มีการดูดซึมกลับของหลอดเลือดดำในสภาวะคงที่หรือไม่?

แบบจำลองคลาสสิกคาดการณ์การดูดซึมกลับที่ปลายหลอดเลือดฝอยฝอย แต่หลักการที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งอิงตามไกลโคคาลิกซ์แย้งว่าในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ หลอดเลือดฝอยจะกรองตลอดความยาวในสภาวะคงที่ และการดูดซึมกลับเป็นเพียงชั่วคราวหรือไม่มีเลย โดยระบบน้ำเหลืองจะส่งคืนของเหลวที่ถูกกรอง

Key figures

• Ernest Starling
• Eugene Landis
• C. Charles Michel
• J. Rodney Levick
• Thomas Woodcock

Seminal works

• starling-1896
• levick-michel-2010
• michel-1999

Frequently asked questions

แรงสตาร์ลิงทั้งสี่คืออะไร?

แรงดันอุทกสถิตในหลอดเลือดฝอยและแรงดันอุทกสถิตในเนื้อเยื่อ และแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ (อองโคติก) ในพลาสมาและแรงดันออสโมติกคอลลอยด์ในเนื้อเยื่อ ความสมดุลสุทธิของแรงเหล่านี้เป็นตัวกำหนดทิศทางและอัตราการเคลื่อนที่ของของเหลวข้ามผนังหลอดเลือดฝอย

หลักการสตาร์ลิงที่ได้รับการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงแบบจำลองคลาสสิกอย่างไร?

มันแสดงให้เห็นว่าการไล่ระดับอองโคติกที่เกี่ยวข้องจะกระทำข้ามไกลโคคาลิกซ์ของเซลล์บุผนังหลอดเลือดและช่องว่างใต้ชั้นนั้น ดังนั้นหลอดเลือดฝอยโดยทั่วไปจะกรองตลอดความยาวแทนที่จะดูดซึมของเหลวกลับที่ปลายหลอดเลือดดำ โดยระบบน้ำเหลืองจะส่งคืนของเหลวที่ถูกกรอง