การปรับโครงสร้างหลอดเลือดและการสร้างหลอดเลือดใหม่

การปรับโครงสร้างหลอดเลือดคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของหลอดเลือดเพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่เปลี่ยนไป และการสร้างหลอดเลือดใหม่คือการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยใหม่จากหลอดเลือดที่มีอยู่แล้ว ในกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ การออกกำลังกายซ้ำๆ จะเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยและปรับรูปร่างของระบบหลอดเลือด เพื่อให้การส่งออกซิเจนและสารตั้งต้นสอดคล้องกับความสามารถในการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้นของเนื้อเยื่อที่ได้รับการฝึกฝน

Definition

การปรับโครงสร้างหลอดเลือดและการสร้างหลอดเลือดใหม่ในบริบทของการฝึกฝนคือการขยายโครงสร้างและการจัดระเบียบใหม่ของหลอดเลือดขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยใหม่รอบๆ ใยกล้ามเนื้อ ซึ่งพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นทางกลไกและเมตาบอลิซึมซ้ำๆ จากการออกกำลังกาย และช่วยปรับปรุงการไหลเวียนของเลือดในเนื้อเยื่อและการนำส่งออกซิเจน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการสร้างหลอดเลือดใหม่ที่เกิดจากการออกกำลังกายในกล้ามเนื้อโครงร่าง สัญญาณทางกายภาพและเคมีที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอย บทบาทของปัจจัยการเจริญเติบโตของหลอดเลือด และวิธีที่การเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยช่วยเสริมการปรับตัวของกล้ามเนื้อและไมโทคอนเดรียเพื่อรองรับความทนทาน ข้อมูลนี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกหรือการออกกำลังกาย

Core questions

• สัญญาณใดบ้างในระหว่างการออกกำลังกายที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยใหม่ในกล้ามเนื้อ?
• แรงเฉือนและการยืดตัวทางกลไกมีส่วนช่วยในการปรับโครงสร้างหลอดเลือดฝอยได้อย่างไร?
• การเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยเข้ากับการปรับตัวของกล้ามเนื้อและไมโทคอนเดรียเพื่อรองรับความทนทานได้อย่างไร?

Key concepts

• การสร้างหลอดเลือดใหม่ (Angiogenesis)
• การเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยและอัตราส่วนหลอดเลือดฝอยต่อใยกล้ามเนื้อ (Capillarization and capillary-to-fibre ratio)
• แรงเฉือนและการยืดตัวทางกลไก (Shear stress and mechanical stretch)
• ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์บุผนังหลอดเลือด (Vascular endothelial growth factor (VEGF))
• ภาวะขาดออกซิเจนในเนื้อเยื่อและการส่งสัญญาณเมตาบอลิซึม (Tissue hypoxia and metabolic signalling)
• การเพิ่มจำนวนของเซลล์บุผนังหลอดเลือด (Endothelial cell proliferation)
• การจับคู่หลอดเลือดฝอยกับไมโทคอนเดรีย (Capillary-to-mitochondria matching)

Key theories

การควบคุมการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยแบบคู่โดยกลไกและเมตาบอลิซึม

การสร้างหลอดเลือดใหม่ที่เกิดจากการออกกำลังกายถูกขับเคลื่อนโดยสิ่งกระตุ้นสองประเภทหลัก ได้แก่ สัญญาณทางกลไก เช่น แรงเฉือนที่เพิ่มขึ้นและการยืดตัวของเนื้อเยื่อ และสัญญาณทางเมตาบอลิซึม เช่น ความตึงของออกซิเจนที่เปลี่ยนไป ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อกระตุ้นปัจจัยการเจริญเติบโตของหลอดเลือดเพื่อเริ่มต้นการเจริญเติบโตและการปรับโครงสร้างของหลอดเลือดฝอยให้สอดคล้องกับความต้องการ

Mechanisms

การออกกำลังกายจะเพิ่มการไหลเวียนของเลือดและกิจกรรมเมตาบอลิซึมในกล้ามเนื้อที่ทำงาน ทำให้เกิดสิ่งกระตุ้นทางกลไก เช่น แรงเฉือนที่เพิ่มขึ้นบนเยื่อบุผนังหลอดเลือด (endothelium) และการยืดตัวของเนื้อเยื่อรอบข้าง ควบคู่ไปกับสิ่งกระตุ้นทางเมตาบอลิซึม เช่น ความตึงของออกซิเจนที่ลดลงและการสะสมของสารเมตาบอไลต์ สิ่งกระตุ้นเหล่านี้จะเพิ่มการแสดงออกและกิจกรรมของปัจจัยการเจริญเติบโตที่เกี่ยวข้องกับการสร้างหลอดเลือดใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์บุผนังหลอดเลือด (vascular endothelial growth factor) ซึ่งส่งเสริมการเพิ่มจำนวนของเซลล์บุผนังหลอดเลือดและการแตกหน่อหรือการแยกตัวของหลอดเลือดฝอยที่มีอยู่ การออกกำลังกายซ้ำๆ จะสะสมสัญญาณการสร้างหลอดเลือดใหม่ชั่วคราวเหล่านี้ให้กลายเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของจำนวนหลอดเลือดฝอยและอัตราส่วนหลอดเลือดฝอยต่อใยกล้ามเนื้อ ซึ่งช่วยลดระยะการแพร่กระจายและเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการแลกเปลี่ยน การปรับโครงสร้างหลอดเลือดฝอยนี้พัฒนาควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความสามารถในการออกซิเดชันของกล้ามเนื้อ เพื่อให้การนำส่งและการใช้ออกซิเจนสอดคล้องกัน และการศึกษาโครงสร้างของกล้ามเนื้อที่ได้รับการฝึกฝนได้บันทึกการเพิ่มขึ้นอย่างประสานงานกันของจำนวนหลอดเลือดฝอยและโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชัน

Clinical relevance

ความสามารถของระบบหลอดเลือดในการปรับโครงสร้างเป็นพื้นฐานว่าการฝึกฝนช่วยปรับปรุงการไหลเวียนของเลือดในเนื้อเยื่อได้อย่างไร และมีความเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจสุขภาพของหลอดเลือดและการตอบสนองของกล้ามเนื้อและหัวใจต่อความต้องการที่เปลี่ยนไป ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาของการปรับตัวของหลอดเลือดเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง และไม่ได้ให้คำแนะนำการออกกำลังกายหรือคำแนะนำทางการแพทย์เฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

คำอธิบายกลไกนี้อ้างอิงจากการศึกษาทางสรีรวิทยาในระดับเซลล์และแบบบูรณาการ และจากการทบทวนที่สังเคราะห์การสร้างหลอดเลือดใหม่ในกล้ามเนื้อโครงร่าง รวมถึงผลงานพื้นฐานของ Hudlicka และคณะ และการสังเคราะห์ล่าสุดโดย Olfert และคณะ; การศึกษาโครงสร้าง เช่น ของ Hoppeler และคณะ ได้บันทึกการเปลี่ยนแปลงของหลอดเลือดฝอยที่มาพร้อมกับการฝึกความทนทาน สิ่งเหล่านี้อธิบายหลักฐานทางสรีรวิทยามากกว่าแนวทางทางคลินิก

History

การศึกษาโครงสร้างของกล้ามเนื้อที่ได้รับการฝึกฝนได้ยืนยันว่าการออกกำลังกายแบบความทนทานช่วยเพิ่มความหนาแน่นของหลอดเลือดฝอย และการทบทวนในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ได้รวมการสร้างหลอดเลือดใหม่ในกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจเข้าเป็นกระบวนการปรับตัวที่แตกต่างกันซึ่งควบคุมโดยสัญญาณทางกลไกและเมตาบอลิซึม การระบุปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์บุผนังหลอดเลือด (vascular endothelial growth factor) ในภายหลังว่าเป็นตัวกลางหลัก และการปรับปรุงสิ่งกระตุ้นและพฤติกรรมของเซลล์ที่เกี่ยวข้อง ได้ก่อให้เกิดมุมมองร่วมสมัยของการสร้างหลอดเลือดใหม่ที่เกิดจากการออกกำลังกายว่าเป็นการปรับโครงสร้างของหลอดเลือดขนาดเล็กที่มีการควบคุม

Debates

อะไรคือตัวกระตุ้นหลักสำหรับการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยที่เกิดจากการออกกำลังกาย?

ความสำคัญสัมพัทธ์ของสัญญาณทางกลไก เช่น แรงเฉือนและการยืดตัว เทียบกับสัญญาณทางเมตาบอลิซึม เช่น ภาวะขาดออกซิเจน ในการเริ่มต้นการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอย และวิธีการที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กัน ยังคงเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างต่อเนื่อง

Key figures

• Olga Hudlicka
• I. Mark Olfert
• Stuart Egginton
• Ylva Hellsten
• Hans Hoppeler

Seminal works

• hudlicka-1992
• olfert-2016
• hoppeler-1985

Frequently asked questions

การสร้างหลอดเลือดใหม่ในบริบทของการฝึกออกกำลังกายคืออะไร?

คือการเจริญเติบโตของหลอดเลือดฝอยใหม่จากหลอดเลือดที่มีอยู่เพื่อตอบสนองต่อการออกกำลังกายซ้ำๆ ซึ่งจะเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยที่เลี้ยงใยกล้ามเนื้อแต่ละเส้น และปรับปรุงการนำส่งออกซิเจนและสารอาหาร

ทำไมการฝึกความทนทานจึงเพิ่มจำนวนหลอดเลือดฝอยในกล้ามเนื้อ?

การออกกำลังกายสร้างสัญญาณทางกลไก เช่น แรงเฉือนที่เพิ่มขึ้น และสัญญาณทางเมตาบอลิซึม เช่น ความตึงของออกซิเจนที่ลดลง ซึ่งกระตุ้นปัจจัยการเจริญเติบโตของหลอดเลือด เช่น VEGF ทำให้หลอดเลือดฝอยเจริญเติบโตเพื่อให้การไหลเวียนของเลือดสอดคล้องกับความสามารถในการเผาผลาญที่สูงขึ้นของกล้ามเนื้อที่ได้รับการฝึกฝน