Local control of blood flow
Het cardiovasculaire systeem van zoogdieren bestaat uit een reeks parallel en in serie geplaatste leidingen. De bloedstroom door elk circuit wordt bepaald door de perfusiedruk en de vasomotorische tonus in het doelorgaan. In het algemeen wordt de vasomotorische tonus gereguleerd door lokale mechanismen die worden gemoduleerd door autonome mechanismen om de perfusiedruk te regelen. Dit artikel behandelt myogene en metabole autoregulatie, flow-gemedieerde en geleide reacties, en de rol van rode bloedcellen in de lokale controle van de bloedstroom.
De plaats van lokale regulatie van de bloedstroom ligt op het niveau van de arteriolen en de aanvoerende slagaders. Zoals blijkt uit systematische micropunctuurmetingen in verschillende bloedvaten in de systemische vasculatuur (12), treedt de grootste drukval op tussen de doorvoerslagaders en de haarvaten (Fig. 1). Dit betekent dat de grootste weerstand tegen de bloedstroom optreedt in de arteriolen. De bloedstroom door een bloedvat wordt beheerst door fysische krachten volgens de wet van Poiseuille, als volgt: bloedstroom = ΔPπr4/8ηl, waarbij ΔP de drukgradiënt over het vat is, r de straal van het vat, η de viscositeit, en l de lengte van het vat. Vanwege de vierde macht van de straal kunnen kleine veranderingen in de vaatdiameter aanzienlijke gevolgen hebben voor de bloedstroom. Zo leidt een toename van de straal met 50% tot een toename van de bloedstroom met 406% en een afname van de straal met 50% tot een afname van de bloedstroom met 94%.
Fig. 1.Verdeling van de microdruk over de bloedsomloop in de skeletspier en het mesenterium van de kat. De waarden zijn gemiddelden ± SE; de getallen tussen haakjes zijn het aantal metingen. De centrale bloeddruk (BP) is een gemiddelde van alle experimenten. 
Het is belangrijk te erkennen dat meerdere celtypen in de vaatwand de vasomotorische toon beïnvloeden. De buitenste adventitiële laag bestaat uit perivasculaire zenuwen en de extracellulaire matrix, die eiwitten bevat waarvan nu wordt ontdekt dat ze een belangrijke rol spelen in de vasculaire gladde spierfunctie. De middelste laag bevat vasculaire gladde spiercellen die loodrecht op het lumen van het bloedvat georiënteerd zijn (fig. 2), en zo gepositioneerd zijn dat zij circumferentiële kracht leveren. De inwendige elastische lamina scheidt de gladde spierlaag van het endotheel. De binnenste laag van het bloedvat bestaat uit endotheelcellen die in de lengterichting georiënteerd zijn om schuifkrachten op te vangen die gepaard gaan met de bloedstroom (fig. 3).
Fig. 2.Confocaal beeld van een longitudinale doorsnede van een arteriole van de eerste orde (1A) van de cremester-spier. Gladde spiercellen (SMC’s) zijn omtreksgewijs in de vaatwand georganiseerd. De fijne vezels zichtbaar aan de laterale randen maken deel uit van de adventitia. De onder druk gezette arteriole werd geïncubeerd met Alexa fluor 633 hydrazide (rood) om de extracellulaire matrix (ECM) te visualiseren en Yo-Pro (propridiumjodide, groen) om SMC’s te visualiseren. 
Fig. 3.Confocal beeld van een longitudinale doorsnede van een 1A arteriole van de cremaster spier. De longitudinale oriëntatie van endotheelcellen (EC’s) in de vaatwand staat in contrast met de circumferentiële oriëntatie van SMC’s. De fijne vezels die zichtbaar zijn aan de laterale randen maken deel uit van de adventitia. De onder druk gezette arteriole werd geïncubeerd met Alexa fluor 633 hydrazide (rood) om de ECM en Yo-Pro (propridiumjodide, groen) om ECs en SMCs te visualiseren. 
Autoregulatie
Lokale controle van de bloedstroom wordt behandeld in de meeste fysiologie teksten onder de noemer van de bloedstroom autoregulatie. Deze term kan worden gebruikt om zowel myogene als metabole mechanismen te beschrijven die trachten een constante bloedstroom te handhaven bij abrupte veranderingen in de bloeddruk. Het diagram in fig. 4 toont autoregulatoir gedrag (18) waarbij acute bloeddrukverlagingen een aanvankelijke daling van de bloedstroom veroorzaken (volgens de wet van Poiseuille), gevolgd door dilatatie, waardoor de bloedstroom weer in de richting van de uitgangsstroom wordt gebracht. De terugkeer van de bloedstroom kan worden veroorzaakt door een accumulatie van metabolieten of door myogene mechanismen. Evenzo veroorzaken acute verhogingen van de bloeddruk een aanvankelijke toename van de bloedstroom, gevolgd door vernauwing, die kan worden veroorzaakt door het wegspoelen van metabolieten of door myogene mechanismen.
Fig. 4.Schematische weergave van de autoregulatie van de bloedstroom. (+), begindruk en bloedstroom; ○, stroom onmiddellijk na de opgelegde drukverandering; ●, stabiele stroomwaarden bereikt 1-3 min na de aanhoudende drukverandering.
Myogene Autoregulatie
Een typische in vitro myogene curve wordt getoond in Fig. 5. In deze nierslagader veroorzaakt een trapsgewijze toename van de intraluminale druk van 25 tot 150 mmHg een trapsgewijze afname van de diameter van het vatlumen (17). Dit is een actief proces, onafhankelijk van het endotheel en de perivasculaire zenuwen. Wanneer Ca2+ uit het bad wordt verwijderd, verwijdt de arteriole zich passief wanneer hij aan dezelfde drukstappen wordt onderworpen. Myogene vasoconstrictie omvat de volgende opeenvolging van gebeurtenissen (13):
1. Verhoogde intraluminale druk
2. Stretch-geïnduceerde gladde spier depolarisatie
3. Opening van spanningsgeactiveerde Ca2+-kanalen
4. Globale toename van de Ca2+-concentratie
5. Myosine lichte keten fosforylering
Fig. 5.Myogene responscurve. Muis interlobar slagaders (n = 9) actief vernauwen tot stijgingen van de intraluminale druk in Ca 2 +-bevattende fysiologische zoutoplossing (PSS) en passief te verwijden tot stijgingen van de intraluminale druk in PSS zonder Ca 2 +. Waarden zijn gemiddelden ± SD. #P < 0,05 vs. 25 mmHg; *P < 0,05 vs. Ca2+-vrije PSS.
Het mechanisme voor de transductie van de stijging van de intraluminale druk is een onderwerp van intens lopend onderzoek. Eén mogelijkheid is de activering van een mechanosensitief ionkanaal in het gladde spiermembraan. Een voorbeeld hiervan is te zien in fig. 6, waarop een porievormend eiwit is afgebeeld dat aan de buitenzijde van de cel aan de extracellulaire matrix en aan de binnenzijde van de cel aan het cytoskelet is vastgemaakt. Wanneer mechanische krachten op de extracellulaire matrix worden uitgeoefend, wordt de porie gewijzigd, waardoor de influx van Na+ en Ca2+ mogelijk wordt (10).
Fig. 6.Voorgesteld vasculair mechanosensormodel. Epitheliaal Na+-kanaal (ENaC) en/of zuur-sensing ion channel (ASIC) eiwitten vormen het ion-transducerende hart van de mechanotransducer. Deze eiwitten worden verankerd aan de ECM en het cytoskelet door geassocieerde koppelingseiwitten die nog moeten worden geïdentificeerd. De toepassing van een mechanische prikkel, zoals rek, activeert de kanaalactiviteit en maakt de influx van Na+/Ca2+ mogelijk.
Twee belangrijke aspecten van myogene responsiviteit moeten worden benadrukt. Het eerste is het tijdsverloop van de respons. Zoals blijkt uit de gegevens van een skeletspierarteriole in fig. 7, was er na een acute drukverhoging sprake van een mechanisch geïnduceerde toename van de diameter. Het duurde bijna 1 min voordat de diameter weer op het basisniveau was en verscheidene minuten voordat de diameter zich stabiliseerde op zijn nieuwe kleinere diameter (30). Het tweede aspect is dat de grootte van de respons verschilt tussen arteriolen van verschillende organen (9). Figuur 8 toont een vergelijking van cerebrale en skeletspier myogene reacties. Vooral opmerkelijk is het dramatische verschil in de relatie tussen membraanpotentiaal en mate van myogene tonus in deze twee vaattypes (20).
Fig. 7.Arteriolaire diameter reacties in cremaster 1A arteriolen op een toename van de intraluminale druk van 70 tot 100 mmHg op het tijdstip 0. Merk op dat de acute drukstap resulteerde in een initiële uitzetting van arteriolen gevolgd door vasoconstrictie tot een diameter aanzienlijk kleiner dan de controlediameter. Waarden zijn gemiddelden ± SE; n = 7 vaten. *P < 0.05.
Fig. 8.A: vergelijking van gegevens van cerebrale vaten (▴; heruitgezet uit Knot et al.) met skeletspierarteriolen (■) waaruit een opwaartse verschuiving in de druk-membraanpotentiaal (Em)-relatie voor skeletspierarteriolen blijkt, met het grootste verschil tussen de gegevensreeksen bij drukken lager dan 80 mmHg. B: Boven deze druk vertonen cerebrale vaten minder myogene vernauwing in vergelijking met skeletspierarteriolen. Merk op dat voor beide vaatgroepen de actieve tonus is uitgezet ten opzichte van de passieve diameter bij elke druk. De getallen tussen haakjes geven de intraluminale druk aan (in mmHg).
Metabole autoregulatie
Al meer dan een eeuw worden twee verschillende uitdagingen gebruikt om metabole autoregulatie te bestuderen: reactieve hyperemie en actieve hyperemie. Reactieve hyperemie is de bloedstroomreactie op afsluiting van de bloedstroom, terwijl actieve hyperemie de bloedstroomreactie is op verhoogde weefselmetabole activiteit. Een voorbeeld van reactieve hyperemie wordt getoond in fig. 9. Een bloeddrukmanchet rond de biceps werd gedurende verschillende perioden opgeblazen tot suprasystolische niveaus. Na het loslaten van de druk van de manchet werd de bloedstroomrespons van de arteria brachialis gemeten met ultrasone Doppler-technieken. Zoals blijkt uit fig. 9, was de piekstijging van de bloedstroom gerelateerd aan de duur van de occlusie (8). Deze waarneming is in overeenstemming met de productie en accumulatie van metabolieten door het ischemische weefsel, hoewel de identiteit van de belangrijkste metaboliet(en) onbekend blijft. Er moet echter worden opgemerkt dat de verwijding niet alleen aan metabolische factoren kan worden toegeschreven, aangezien deze in geïsoleerde vaten kan worden geproduceerd in afwezigheid van parenchymweefsel. Koller en Bagi (19) merkten op dat de occlusie van geïsoleerde gracilis-spier arteriolen veranderingen in diameter kan uitlokken die reactief hyperemisch gedrag nabootsen (Fig. 10). Er is gesuggereerd dat myogene controlemechanismen een dominante rol spelen bij reactieve hyperemie voor occlusies tot 30 s (4).
Fig. 9.Reactieve hyperemie na de opheffing van occlusie van verschillende duur in de menselijke onderarm (n = 10). De brachiale bloedstroom werd continu gemeten met Doppler-echografie. Onderarmischemie werd veroorzaakt door het opblazen van een bloeddrukmanchet rond de biceps.
Fig. 10.Originele registraties tonen de veranderingen in diameter van geïsoleerde gracilisarteriolen van ratten als reactie op drukveranderingen (van 80-10 mmHg naar terug naar 80 mmHg; druk) of op veranderingen in druk + flow als functie van perioden van 30-, 60-, en 120-s occlusie.
Actieve hyperemie kan in alle weefsels worden waargenomen als reactie op verhoogde metabolische activiteit. Het is het meest prominente kenmerk van skeletspieren, waar de veranderingen in metabolische activiteit dramatisch kunnen zijn. Zoals in fig. 11 wordt aangetoond, leidt een progressieve toename van de contractiele activiteit, veroorzaakt door een toename van de loopsnelheid, tot een stapsgewijze verhoging van de bloedstroom (21). Microsfeermetingen van de bloedstroom maken de bepaling van variaties in de bloedstroom tussen verschillende spieren mogelijk, maar wat niet kan worden gewaardeerd uit microsfeermetingen van de bloedstroom is hoe snel de bloedstroom van de skeletspieren toeneemt bij het begin van de inspanning. Zoals blijkt uit fig. 12, kan de bloedstroom binnen de eerste seconde na een enkele contractie toenemen (6)! Ten minste een deel van deze toename kan worden toegeschreven aan mechanische compressie van de vaatwand, die optreedt als gevolg van de stijging van de intramusculaire druk tijdens de contractie (7) (fig. 13). De factoren die de toename van de bloedstroom tijdens de inspanning in gang zetten, kunnen dus verschillen van de factoren die de toegenomen bloedstroom in stand houden. Hoewel bekend is dat er een lineair verband bestaat tussen bloeddoorstroming en O2-verbruik (5) (fig. 14), blijft het verband tussen veranderingen in O2-verbruik en veranderingen in bloeddoorstroming een raadsel. Er zijn ten minste vier vereisten waaraan een vasodilator moet voldoen om als verantwoordelijk voor metabole vasodilatatie te worden erkend:
1. De stof moet door parenchymweefsel worden geproduceerd en toegankelijk zijn voor weerstandsvaten.
2. Plaatselijke toepassing van de stof moet onmiddellijk vasodilatatie teweegbrengen.
3. De interstitiële concentratie van de stof moet evenredig zijn met de toename van de bloedstroom.
4. Door de productie van de stof of de interactie ervan met de vaatwand te remmen, zou de bloedstroom moeten afnemen.
Fig. 11.Gemiddelde bloedstroom in de beenspieren vóór (0 m/min) en tijdens de loopbandoefening bij progressief toenemende snelheden. GR, gracilis; P, plantaris; S, soleus; GM, gastrocnemius gemengd; TA, tibialis anterior; GW, gastrocnemius wit.
Fig. 12.Reactie van de spierdoorbloeding op een tetanische contractie van 1 seconde (boven) en op dynamische inspanning van lichte intensiteit (onder). De bloedstroom werd gemeten bij honden met geïmplanteerde ultrasone sondes. Let op de onmiddellijke toename na een enkele contractie of na het begin van een dynamische inspanning (pijlen).
Fig. 13.Reactie van een enkele voerslagader van de rat soleus op externe druk. 1 × 1, één drukpuls met een duur van 1 s; 1 × 5, één drukpuls met een duur van 5 s; 5 × 1, vijf afzonderlijke pulsen van 1 s met 1 s tussen elke puls.
Fig. 14.Bloedstroom als functie van O2-verbruik in de soleus- en gracilis-spieren. Berekende regressielijnen zijn y = -0,95 + 7,0x (r = 0,98, P < 0,001) voor de soleusspier en y = -3,3 + 11,4x (r = 0,87, P < 0,001) voor de gracilis-spier. Elk punt vertegenwoordigt één dier, behalve de punten tussen haakjes, die gemiddelde controlewaarden zijn voor alle dieren in die groep.
Er is een ware waslijst van stoffen die zijn onderzocht (6). De stof waarvoor de meeste bewijzen bestaan is K+. Tijdens de spiercontractie diffundeert K+ snel uit de spiervezel via spanningsafhankelijke K+-kanalen, wat resulteert in een verhoogde concentratie van K+ in de interstitiële vloeistof rond de vasculatuur (fig. 15) (14). De snelle toename van de K+ concentratie maakt dit ion de enige spierafgeleide vaatverwijderaar die tot op heden is bestudeerd en die mogelijk de initiële bloedstroomreactie op contracties kan verklaren. Skeletspier arteriolen vertonen dosis-gerelateerde dilatatie over het fysiologische bereik van K+ concentraties waargenomen in het spierinterstitium (Fig. 16) (23). Het belangrijkste is dat recent is aangetoond dat het remmen van de afgifte van K+ uit skeletspieren de waargenomen verwijding vroeg in de contractieperiode afzwakt (Fig. 17) (1).
Fig. 15.Veranderingen in de extracellulaire K+-concentratie in de gastrocnemiusspier van de kat, veroorzaakt door isometrische tetanische contracties met een duur van 1, 5, 10 en 20 s.
Fig. 16.Vasodilatoire reacties op cumulatieve blootstelling aan KCl in zowel 1A- als derde-orde (3A) arteriolen van de gastrocnemiusspier van de rat. De waarden zijn gemiddelden ± SE.
Fig. 17.Effect van 3 × 10-4 M 3,4-diaminopyrindine (DAP; een spanningsafhankelijke K+-kanaalantagonist) op de verandering in diameter bij 4 s over alle geteste stimulusfrequenties. *Controle verandering in diameter was significant verschillend (P < 0,01) van diameter in aanwezigheid van DAP.
Flow-Mediated Responses
Reeds in 1933 werd aangetoond dat een infusie van vaatverwijders vaatverwijding kon veroorzaken in het stroomopwaartse deel van het bloedvat dat niet aan de vaatverwijder was blootgesteld (24). Latere studies toonden aan dat een toename van de schuifspanning, veroorzaakt door de toename van de bloedstroom, wordt waargenomen door endotheelcellen, die vaatverwijding veroorzaken door het afgeven van oplosbare mediatoren aan aangrenzende gladde spiercellen (fig. 18). De grootte van de flow-gemedieerde verwijding varieert tussen vaten in verschillende organen en vaten van verschillende grootte. Figuur 19 toont de grotere verwijding in 1A arteriolen van de gastrocnemius spier dan in 1A arteriolen van de soleus spier (27). Of het waargenomen verschil in grootte van flow-gemedieerde dilatatie te wijten is aan verschillende metabolische profielen van de twee spiergroepen is niet bekend. Fig. 19 toont ook het tijdsverloop van de dilatatie opgewekt door verhoogde flow. De trage respons is vooral prominent in de arteriolen van de soleus, waar een minimale dilatatie werd waargenomen 30 s na de initiatie van de verhoogde flow. Het trage tijdsverloop van de respons wordt ook gemakkelijk waargenomen in conduit arteriën van mensen (Fig. 20) (22). Na het opheffen van de occlusie van de onderarm (stroomafwaarts), piekt de schuifspanning (voornamelijk een functie van de bloedsnelheid) vroeg met een trager evoluerende piek in diameter, die met ∼40 s vertraagd is. Het is ook vermeldenswaard dat de grootte van de verwijding ∼6% bedraagt in vergelijking met 30-60% in skeletspier arteriolen (Fig. 19), waardoor de invloed van de vaatgrootte op de grootte van de debietgemedieerde verwijding wordt benadrukt.
Fig. 18.Mechanisme van debietgemedieerde vasodilatatie. Door de schuifkracht die op de EC’s inwerkt, komen stikstofmonoxide (NO), prostacycline en EDHF vrij, die de relaxatie van vasculaire gladde spieren veroorzaken. NOS, NO synthase; PLA2, fosfolipase A2; COX, cyclooxygenase; PGIS, prostacyclinesynthase; P450, cytochroom P-450; AC, adenyl cyclase.
Fig. 19.Tijdsverloop van de door de stroming geïnduceerde verwijding voor de 1A arteriolen van de m. soleus en gastrocnemiusspier van de rat. De diameter nam in de loop van de tijd significant toe (P < 0,01) in arteriolen van beide spieren, maar de mate van verwijding was significant groter in arteriolen van de gastrocnemiusspier (P < 0,05).
Fig. 20.Gemiddelde verandering in shear rate stimulus en brachiale slagader dilaterende respons in de tijd. De ononderbroken lijn is de gemiddelde afschuifsnelheidstimulus bij acht proefpersonen; de onderbroken lijn is de gemiddelde best passende lijn van diameters die op verschillende tijdstippen bij acht proefpersonen zijn gemeten.
Gegeleide reacties
Gegeleide vasomotorische reacties (ook bekend als voortgeplantte reacties) coördineren de verdeling van de bloedstroom binnen vasculaire netwerken. Hoewel de elektrotonische verspreiding van signalen door spleetjuncties de primaire wijze van signalering langs de vaatwand lijkt te zijn, is dit wellicht niet de enige wijze. Experimenteel wordt dit principe aangetoond door micro-injectie of microiontoforese van een chemische stof in kleine hoeveelheden op een discrete plaats op de vaatwand en observatie van de vaatdiameter op een andere plaats in de stroomopwaartse richting (25). Zowel vasodilatatie als vasoconstrictie kunnen langs de vaatwand worden uitgevoerd. Figuur 21 toont aan dat de toepassing van acetylcholine op de vaatwand hyperpolarisatie van zowel endotheelcellen als gladde spiercellen initieert, wat leidt tot plaatselijke verwijding. Naast dilatatie op de geleide plaats 530 pm afstand, werd hyperpolarisatie waargenomen in zowel endotheelcellen en gladde spiercellen. Toepassing van noradrenaline aan de vaatwand (Fig. 22) geïnitieerd depolarisatie van de gladde spier met geen verandering in membraanpotentiaal in endotheelcellen op zowel de lokale en geleide sites. Aldus geven deze experimenten aan dat het signaal voor geleide reacties kan worden geleid langs de endotheelcellen, langs de gladde spiercellen, of beide (29).
Fig. 21.Representatieve tracings van Em en diameter in reactie op acetylcholine microiontophorese (pijlen) in hamster wangzak arteriolen. SMC en EC opnamen werden verkregen op de plaats van stimulatie (lokaal) en 530 pm van de stimulus (uitgevoerd).
Fig. 22.Representatieve traceringen van Em en diameter in reactie op norepinefrine microiontophorese (pijlen) in hamster wangzak arteriolen. SMC en EC opnamen werden verkregen op de plaats van stimulatie (lokaal) en 530 pm van de stimulus (uitgevoerd). Merk op dat noradrenaline de SMC’s depolariseerde, maar geen effect had op de emissie van EC’s.
Zijn geleide reacties slechts een laboratoriumcuriositeit? Om de functionele betekenis van dit mechanisme te kunnen beoordelen, moet worden aangetoond dat het uitschakelen van geleide reacties de normale bloedstroomreactie op een fysiologische uitdaging belemmert. Experimenten in twee laboratoria hebben aangetoond dat geleide responsen essentieel zijn voor de volledige expressie van actieve hyperemie. Blokkade van geleide reacties door hoge osmolaire sucrose (2) of lichte kleurstofbeschadiging van endotheelcellen (26) (Fig. 23) deed de diameterveranderingen bij spiercontractie vrijwel verdwijnen. Deze resultaten tonen de functionele betekenis aan van geleide vasodilatatie.
Fig. 23.Effect van lichtkleurstofbeschadiging van ECs op opgaande vasodilatatie en inspanningshyperemie in hamster retractor voerslagaders. De vaatdiameter en de bloedstroom werden bepaald aan de proximale zijde onder rustomstandigheden (Rust) en onmiddellijk na het stoppen van de contracties (Piek). A: Schade aan de lichtkleurstof schakelde de opwaartse vaatverwijding uit, zonder verandering van de diameter in rust. B: de hyperemische respons op spiercontracties werd gehalveerd na het verlies van opgaande vaatverwijding. *P < 0,01, piek vs. rust; +P ≤ 0,001, na vs. voor; ++P < 0,02, na vs. voor.
Rode bloedcellen
Een intrigerende hypothese die de laatste jaren naar voren werd geschoven, is dat rode bloedcellen, door het vrijkomen van een vaatverwijdende stof tijdens desoxygenatie, hun eigen distributie zouden kunnen reguleren. Dit zou theoretisch de microvasculaire perfusie moduleren in antwoord op temporele veranderingen in de metabolische vraag. Een stof waarvan de afgifte gecorreleerd is met de desaturatie van hemoglobine is ATP. Bergfeld en Forrester (3) toonden voor het eerst aan dat ATP vrijkwam uit menselijke erytrocyten als reactie op een korte blootstelling aan hypoxie. Het feit dat de toename van ATP nauwer gecorreleerd was met het percentage gereduceerd hemoglobine dan met het Po2 suggereerde dat het vrijkomen van ATP gerelateerd kan zijn aan de hemoglobine molecule (Fig. 24) (15). Het door Ellsworth e.a. (11) beschreven model wordt in fig. 25 schematisch weergegeven. Desoxygenatie veroorzaakt het vrijkomen van ATP uit de rode bloedcel via een proces dat verbonden is met G-proteïnen, adenyl cyclase, en CFTR. ATP werkt op P2Y-receptoren op het endotheel, die een tweede boodschapper afgeven om de ontspanning van gladde spieren te veroorzaken. Een analoog paradigma is door Stamler en consorten (28) naar voren gebracht voor stikstofmonoxide (NO). NO, gebonden aan hemoglobine in de vorm van nitrosohemoglobine, komt vrij tijdens desoxygenatie. Dit veroorzaakt vasodilatatie door de directe activering van guanylaatcyclase in gladde spiercellen. Bij de plaatselijke controle van de bloedstroom zouden dus stoffen (ATP of NO) betrokken kunnen zijn die door de rode bloedcellen worden afgegeven. Hoewel hiervoor geen definitieve bewijzen zijn geleverd, kan dit mechanisme bijdragen tot metabolische autoregulatie.
Fig. 24.Top: correlatie-analyse tussen plasma ATP-concentratie en hemoglobine desaturatie (rHb) in rattenbloed dat ex vivo werd blootgesteld aan hypoxische gasmengsels. Analyse werd uitgevoerd op elk individueel experiment en vervolgens gemiddeld om rekening te houden voor inter-dier variabiliteit met een resulterende r2 van 0,88. Dit staat in contrast met de resultaten onderaan, waar dezelfde analyse werd uitgevoerd met Po2 als ordinaat (r2 = 0,54).
Fig. 25.Het binnendringen van erytrocyten in weefselgebieden met een hoge O2-vraag (verlaagde Po2) resulteert in de diffusie van O2 naar het weefsel en een daling van de O2-verzadiging (So2) van Hb binnen erytrocyten in de microcirculatie. Deze daling van So2 stimuleert het vrijkomen van ATP uit de erytrocyt, waarbij de hoeveelheid die vrijkomt evenredig is met de daling van So2. Het van de erytrocyt afkomstige ATP kan vervolgens in wisselwerking treden met endotheliale purinerge receptoren, hetgeen leidt tot de productie van mediatoren die vaatverwijding in gang zetten. Deze vasodilatatie kan stroomopwaarts worden uitgevoerd, wat resulteert in een verhoogde bloedstroom (O2-toevoer) naar de gebieden met een verhoogde O2-vraag. PR, purinerge receptoren; Gi, heterotrimeïsch G-eiwit; (+), stimulatie; Endo, endotheel.
Al deze lokale controlemechanismen zijn geïntegreerd om de juiste bloedstroom te leveren om aan de behoeften van de weefsels te voldoen. Zoals Jasperse en Laughlin (16) hebben benadrukt, varieert het relatieve belang van elk van deze mechanismen in de loop van de vaatboom. Dit principe is schematisch weergegeven in fig. 26. Bijvoorbeeld, myogene en metabolische reacties zijn het grootst in de kleinste arteriolen, terwijl flow-gemedieerde dilatatie belangrijker is in grotere dan in kleinere arteriolen. Zoals eerder aangegeven, mag ook niet uit het oog worden verloren dat deze lokale controlemechanismen verschillen qua tijdsverloop en per weefsel.
Fig. 26.Relatieve gevoeligheid van elk deel van de arteriële boom (boven) voor myogene autoregulatie, flow-geïnduceerde dilatatie, metabolische dilatatie en sympathische constrictie.
Samenvatting
Lokale arteriolaire diameter beïnvloedt de bloedstroom in het orgaan en de systemische bloeddruk. Alle celtypen in de bloedvatwand kunnen de vaatdiameter beïnvloeden. De invloed van lokale controlemechanismen (waaronder myogene, metabole, flow-gemedieerde, en geleide reacties) varieert in de tijd, van weefsel tot weefsel, en tussen bloedvat generaties.
Geen belangenconflicten, financieel of anderszins, zijn verklaard door de auteur(s).
ACKNOWLEDGMENTS
De auteur erkent dankbaar Dr. Jeffrey Jasperse voor het introduceren van hem in de wereld van de microcirculatie en Dr. Michael Hill en Dr. Michael Davis voor de voortdurende instructie en waardevolle discussies over het onderwerp.
- 1. Armstrong ML , Dua AK , Murrant CL. Potassium initiates vasodilation induced by a single skeletal muscle contraction in hamster cremaster muscle. J Physiol 581: 841-852, 2007.
Crossref | PubMed | ISI | Google Scholar - 2. Berg BR , Cohen KD , Sarelius IH. Directe koppeling tussen bloeddoorstroming en metabolisme op capillair niveau in gestreepte spieren. Am J Physiol Heart Circ Physiol 268: H1215-H1222, 1995.
Link | Google Scholar - 3. Bergfeld GR , Forrester T. Release of ATP from human erythrocytes in response to a short period of hypoxia and hypercapnia. Cardiovasc Res 26: 40-47, 1992.
Crossref | PubMed | ISI | Google Scholar - 4. Bjornberg J , Albert U , Mellander S. Resistance responses in proximal arterial vessels, arterioles and veins during reactive hyperaemia in skeletal muscle and their underlying regulatory mechanisms. Acta Physiol Scand 139: 535-550, 1990.
Crossref | PubMed | Google Scholar - 5. Bockman EL. Blood flow and oxygen consumption in active soleus and gracilis muscles in cats. Am J Physiol Heart Circ Physiol 244: H546-H551, 1983.
Link | ISI | Google Scholar - 6. Clifford PS , Hellsten Y. Vasodilatoire mechanismen in samentrekkende skeletspieren. J Appl Physiol 97:393-403, 2004.
Link | ISI | Google Scholar - 7. Clifford PS , Kluess HA , Hamann JJ , Buckwalter JB , Jasperse JL. Mechanical compression elicits vasodilatation in rat skeletspier voerslagaders. J Physiol 572:561-567, 2006.
Crossref | PubMed | ISI | Google Scholar - 8. Clifford PS , Jasperse JL , Shoemaker JK. Limb position affects magnitude of reactive hyperemia. FASEB J 24: 804.12, 2010.
ISI | Google Scholar - 9. Davis MJ. Myogenic response gradient in an arteriolar network. Am J Physiol Heart Circ Physiol 264: H2168-H2179, 1993.
Link | Google Scholar - 10. Drummond HA , Grifoni SC , Jernigan NL. Een nieuwe truc voor een oud dogma: ENaC-eiwitten als mechanotransducers in vasculaire gladde spieren. Physiology 23: 23-31, 2008.
Link | ISI | Google Scholar - 11. Ellsworth ML , Ellis CG , Goldman D , Stephenson AH , Dietrich HH , Sprague RS. Erytrocyten: zuurstofsensoren en modulatoren van vasculaire toon. Physiology 24: 107-116, 2009.
Link | ISI | Google Scholar - 12. Fronek K , Zweifach BW. Microvasculaire drukverdeling in skeletspieren en het effect van vasodilatatie. Am J Physiol 228: 791-796, 1975.
Link | ISI | Google Scholar - 13. Hill MA , Davis MJ. Coupling a change in intraluminal pressure to vascular smooth muscle depolarization: still stretching for an explanation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 292: H2570-H2672, 2007.
Link | ISI | Google Scholar - 14. Hnik P , Holas M , Krekule I , Kriz N , Mejsnar J , Smiesko V , Ujec E , Vyskocil F. Werk-geïnduceerde kalium veranderingen in skeletspieren en uitstromend veneus bloed beoordeeld door vloeibare ionenwisselaar micro-elektroden. Pflügers Arch 362: 85-94, 1976.
Crossref | ISI | Google Scholar - 15. Jagger JE , Bateman RM , Ellsworth ML , Ellis CG. Role of erythrocyte in regulating local O2 delivery mediated by hemoglobin oxygenation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 280: H2833-H2839, 2001.
Link | ISI | Google Scholar - 16. Jasperse JL , Laughlin MH. Exercise and skeletal muscle circulation. In: Microvasculair Onderzoek: Biology and Pathology, edited by , Shepro D. New York: Elsevier Academic, 2006.
Google Scholar - 17. Jernigan NL , Drummond HA. Vascular ENaC proteins are required for renal myogenic constriction. Am J Physiol Renal Physiol 289: F891-F901, 2005.
Link | ISI | Google Scholar - 18. Jones RD , Berne RM. Intrinsic regulation of skeletal muscle blood flow. Circ Res 14: 126-138, 1964.
Crossref | ISI | Google Scholar - 19. Koller A , Bagi Z. On the role of mechanosensitive mechanisms eliciting reactive hyperemia. Am J Physiol Heart Circ Physiol 283: H2250-H2259, 2002.
Link | ISI | Google Scholar - 20. Kotecha N , Hill MA. Myogenic contractraction in rat skeletspier arterioles: smooth muscle membrane potential and Ca2+ signaling. Am J Physiol Heart Circ Physiol 289: H1326-H1334, 2005.
Link | ISI | Google Scholar - 21. Laughlin MH , Armstrong RB. Muscular blood flow distribution patterns as a function of running speed in rats. Am J Physiol Heart Circ Physiol 243: H296-H306, 1982.
Link | ISI | Google Scholar - 22. Pyke KE , Dwyer EM , Tschakovsky ME. Impact of controlling shear rate on flow-mediated dilation responses in the brachial artery of humans. J Appl Physiol 97: 499-508, 2004.
Link | ISI | Google Scholar - 23. Roseguini BT , Davis MJ , Laughlin MH. Rapid vasodilation in isolated skeletal muscle arterioles: impact of branch order. Microcirculation 17: 83-93, 2010.
Crossref | PubMed | ISI | Google Scholar - 24. Schretzenmayr A. Uber kreislaufregulatorische vorgange an den grossen arterien bei der muskelarbeit. Arch Ges Physiol 232: 743, 1933.
Crossref | Google Scholar - 25. Segal SS , Duling BR. Propagation of vasodilation in resistance vessels of the hamster: development and review of a working hypothesis. Circ Res 61, Suppl II: 20-25, 1987.
ISI | Google Scholar - 26. Segal SS , Jacobs TL. Role for endothelial cell conduction in ascending vasodilation and exercise hyperaemia in hamster skeletal muscle. J Physiol 536: 937-946, 2001.
Crossref | ISI | Google Scholar - 27. Shipley RD , Kim SJ , Muller-Delp JM. Time couse of flow-induced vasodilation in skeletal muscle: contributions of dilator and constrictor mechanisms. Am J Physiol Heart Circ Physiol 288: H1499-H1507, 2005.
Link | ISI | Google Scholar - 28. Stamler JS , Jia L , Eu JP , McMahon TJ , Demchenko IT , Bonzventura J , Gernert K , Piantadosi CA. Blood flow regulation by S-nitrosohemoglobin in the physiological oxygen gradient. Science 276: 2034-2037, 1997.
Crossref | PubMed | ISI | Google Scholar - 29. Welsh DG , Segal SS. Endothelial and smooth muscle cell conduction in arterioles controlling blood flow. Am J Physiol Heart Circ Physiol 274: H178-H186, 1998.
Link | ISI | Google Scholar - 30. Zou H , Ratz PH , Hill MA. Rol van myosinefosforylatie en i in myogene reactiviteit en arteriolaire tonus. Am J Physiol Heart Circ Physiol 269: H1590-H1596, 1995.
Link | ISI | Google Scholar