Вазодилатація, вазодилатація також відома як вазорелаксація, є розширенням кровоносних судин. Це явище є результатом розслаблення гладком'язових клітин у стінках судин, зокрема у великих венах, великих артеріях і дрібніших артеріолах. Якщо йти з просвіту наружу, стінки кровоносних судин складаються з шару ендотелію, базальної мембрани, концентричних гладком'язових шарів та адвентиції. Розслаблення шару гладкої мускулатури дозволяє кровоносній судині розширюватися, оскільки вона утримується в напівзвуженому стані за допомогою діяльності симпатичної нервової системи. Вазодилятація є явищем протилежним вазоконстрикції — звуженням кровоносних судин.
Коли кровоносні судини розширюються, потік крові по тканині збільшується через зменшення судинного опору і збільшення серцевого викиду. Судинний опір — це сила, яку має подолати циркулююча кров, щоб забезпечити перфузію тканин тіла. Вузькі судини створюють більший опір, тоді як розширені — менший. Вазодилятація сприяє збільшенню серцевого викиду шляхом зменшення післянавантаження, одного з чотирьох визначальних факторів серцевого викиду.
Розширюючи доступну площу для циркуляції крові, вазодилятація знижує артеріальний тиск (АТ). Реакція може бути внутрішньою (через локальні процеси в навколишніх тканинах) або зовнішньою (через гормони або нервову систему). Крім того, реакція може бути локалізована в конкретному органі (залежно від метаболічних потреб конкретної тканини, як під час інтенсивних фізичних навантажень), або вона може бути системною (спостерігатися у всьому системному кровообігу).
Речовини, що викликають розширення судин, називаються вазодилятаторами. Багато з них є нейромедіаторами, що вивільняються периваскулярними нервами вегетативної нервової системи Барорецептори сприймають кров'яний тиск і дозволяють адаптуватися за допомогою механізмів вазоконстрикції або вазодилятації для підтримки гомеостазу.
Функція Основною функцією вазодилятації є збільшення кровотоку в організмі до тканин, які цього потребують найбільше. Це явище часто відбувається у відповідь на місцеву потребу в кисні, але вазодилятація може статися, коли відповідна тканина не отримує достатньо глюкози, ліпідів або інших поживних речовин. Розширення судин, як локалізоване, так і системне, також сприяє імунній відповіді.
На місцевому рівні тканини мають кілька способів посилення кровотоку, включаючи вивільнення вазодилятаторів, насамперед аденозину, у місцеву інтерстиціальну рідину, яка дифундує до капілярного русла, викликаючи місцеву вазодилатацію. Деякі фізіологи припускають, що саме брак кисню викликає розширення судин капілярного русла через гіпоксію гладкої мускулатури судин у цій ділянці. Ця гіпотеза висувається через наявність прекапілярних сфінктерів у капілярному руслі. Вказані підходи до механізму вазодилятації не виключають один одного.
Імунна система Розширення судин відіграє важливу роль у роботі імунної системи. Розширені кровоносні судини дозволяють більшій кількості крові, що містить імунні клітини та білки, досягати місця інфекції. Розширення судин відбувається як частина процесу запалення, яке спричиняється декількома факторами, включаючи наявність збудника, пошкодження тканин або кровоносних судин та імунні комплекси. У важких випадках запалення може призвести до сепсису або дистрибутивного (розподільчого) шоку. Розширення судин також є основним компонентом анафілаксії.
Запалення викликає не лише вазодилятацію, але й підвищену проникність судин, що дозволяє нейтрофілам, білкам комплементу та антитілам досягати місця інфекції або пошкодження. Підвищена проникність судин може дозволити надлишку рідини залишати кровоносні судини та накопичуватися в тканинах, що призводить до набряку. Вазодилятація запобігає звуженню кровоносних судин для адаптації до зменшеного об'єму в судинах, що спричиняє падіння кров'яного тиску та септичний шок.
У разі запалення вазодилятація викликається цитокінами. Інтерферон гамма, TNF-α, інтерлейкін 1 бета та інтерлейкін 12 — це кілька прикладів деяких запальних цитокінів, що виробляються імунними клітинами, такими як природні кілери, B-клітини, T-клітини, мастоцити та макрофаги. Протизапальні цитокіни, які регулюють запалення та допомагають запобігти негативним наслідкам, таким як септичний шок, також виробляються цими імунними клітинами. Вазодилятація та підвищена проникність судин також дозволяють імунним ефекторним клітинам залишати кровоносні судини та слідувати за хемоатрактантами до осередка інфекції. Цей процес називається екстравазацією лейкоцитів. Вазодилятація дозволяє тому ж об'єму крові рухатися повільніше згідно з рівнянням швидкості потоку Q = A·v, де Q означає об'ємну швидкість потоку, A — площу поперечного перерізу, а v — лінейну швидкість. Імунні ефекторні клітини можуть легше прикріплюватися до селектинів — молекул, що експресуються на ендотеліальних клітинах, коли кров тече повільно, що дозволяє імунним клітинам виходити з кровоносної судини шляхом діапедезу.
Анафілаксія — це важка алергічна реакція, що характеризується підвищеною проникністю судин, системною вазодилатацією, порушенням функції шлунково-кишкового тракту та дихання. Анафілатоксини, зокрема білки комплементу C3a та C5a, зв'язуються з рецепторами на мастоцитах та базофілах, викликаючи дегрануляцію. Гранули в цих клітинах містять гістамін, фактор активації тромбоцитів та інші сполуки, що викликають клінічні прояви анафілаксії, включаючи системну вазодилятацію, що спричиняє небезпечно низький артеріальний тиск. Імуноглобулін Е, антитіло, що виробляється плазматичними клітинами, також зв'язується з рецепторами на мастоцитах і базофілах, викликаючи їх дегрануляцію.
Механізм Для розуміння причин та наслідків вазодилатації необхідне базове розуміння серцевого викиду, судинного опору та артеріального тиску. Серцевий викид визначається як кількість крові, що перекачується серцем протягом 1-ї хвилини, в літрах за хвилину, що дорівнює частоті серцевих скорочень (ЧСС), помноженій на ударний об'єм (УО). Він безпосередньо пов'язаний з ЧСС, скоротливістю міокарда та переднавантаженням, і обернено пропорційний післянавантаженню. Підвищений судинний опір через звуження кровоносних судин призводить до збільшення післянавантаження, тобто сили, проти якої працює серце. Таким чином, вазодилятація зменшує судинний опір, що зменшує післянавантаження, підвищуючи серцевий викид і посилюючи перфузію тканин.
Артеріальний тиск визначає, який тиск кров чинить на стінки кровоносних судин. Систолічний артеріальний тиск визначає тиск під час скорочення серця (систола), а діастолічний артеріальний тиск відображає тиск між скороченнями (діастола). Середній артеріальний тиск (САТ) — це середньозважене значення систолічного та діастолічного артеріального тиску, і він є кращим показником перфузії протягом серцевого циклу. Вазодилятація спрямована на зниження судинного опору та артеріального тиску шляхом розслаблення гладком'язових клітин у середньому шарі (tunica media) стінок великих артерій та дрібних артеріол. Коли вазодилатація призводить до падіння систолічного артеріального тиску нижче 90 мм рт. ст., спостерігається циркуляторний шок.
Судинний опір залежить від кількох факторів, включаючи довжину судини, в'язкість крові (визначену гематокритом) та діаметр кровоносної судини. Останній параметр є найважливішою змінною у визначенні опору, при цьому судинний опір залежить від четвертої степені радіуса. Збільшення будь-якого з цих фізіологічних компонентів (серцевого викиду або судинного опору) викликає підвищення САТ. Артеріоли створюють найбільший судинний опір серед усіх типів кровоносних судин, оскільки вони дуже вузькі та мають концентричні шари гладких м'язів, на відміну від венул та капілярів.
Вазодилятація відбувається при підвищенні температури навколишнього середовища в поверхневих кровоносних судинах теплокровних тварин. Цей процес перенаправляє потік нагрітої крові до шкіри тварини, звідки тепло може легше вивільнятися в навколишнє середовище. Протилежним фізіологічним процесом є вазоконстрикція. Ці процеси природним чином модулюються місцевими паракринними агентами з ендотеліальних клітин (наприклад, оксидом азоту, брадикініном, іонами калію та аденозином), а також вегетативною нервовою системою та наднирковими залозами, які виділяють катехоламіни, такі як норадреналін та адреналін відповідно.
Фізіологія гладких м'язів Середній шар стінок артерій, артеріол та вен складається з гладких м'язів і відповідає за вазодилятацію та вазоконстрикцію. Скорочення гладком'язових клітин викликає вазоконстрикцію, а розслаблення — вазодилятацію. Гладкі м'язи іннервуються вегетативною нервовою системою та не мають поперечно-смугастої структури (не містять саркомерів). Скорочення залежить від концентрації Ca2+ у цитозолі, або через Ca,Mg-АТФазу із саркоплазматичного ретикулуму, або через потенціалзалежні кальцієві канали з позаклітинного матриксу. Іони кальцію зв'язуються з кальмодуліном, активуючи кіназу легкого ланцюга міозину, яка фосфорилює легкий ланцюг міозину. Фосфорильований легкий ланцюг міозину взаємодіє з актиновими філаментами, утворюючи поперечний місток, що дозволяє м'язам скорочуватися та спричиняє вазоконстрикцію. Вазодилятація викликається фосфатазою легкого ланцюга міозину, яка дефосфорилює легкий ланцюг міозину, що призводить до розслаблення м'язів. Гладком'язові клітини можуть залишатися скороченими без використання АТФ завдяки дії міозин-зв'язуючої субодиниці фосфатази легкого ланцюга міозину. Фосфорилювання цієї субодиниці Rho-пов'язаною протеїнкіназою запобігає її зв'язуванню з легким ланцюгом міозину та його дефосфорилюванню, дозволяючи клітині залишатися скороченою.
Вазодилятація є результатом розслаблення гладких м'язів, що оточують кровоносні судини. Це розслаблення, у свою чергу, залежить від усунення стимулу для скорочення, який залежить від внутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію та тісно пов'язаний з фосфорилюванням легкого ланцюга скоротливого білка міозину.
Таким чином, вазодилятація працює головним чином або шляхом зниження внутрішньоклітинної концентрації кальцію, або шляхом дефосфорилювання (фактично заміщення АДФ на АТФ) міозину. Дефосфорилювання фосфатазою легкого ланцюга міозину та індукція кальцієвих симпортерів та антипортерів, які викачують іони кальцію з внутрішньоклітинного простору, сприяють розслабленню гладком'язових клітин і, отже, вазодилятації. Це досягається шляхом зворотного поглинання іонів у саркоплазматичний ретикулум через обмінники та виштовхування через плазматичну мембрану. Існує три основні внутрішньоклітинні подразники, котрі можуть призвести до вазодилатації кровоносних судин. Конкретні механізми досягнення цих ефектів варіюються від одного вазодилататора до іншого. Клас Опис Приклад Гіперполяризаційно -опосередкований (блокатор кальцієвих каналів) Зміни мембранного потенціалу спокою клітини впливають на рівень внутрішньоклітинного кальцію через модуляцію потенціалчутливих кальцієвих каналів у плазматичній мембрані. аденозин цАМФ -опосередкований Адренергічна стимуляція призводить до підвищення рівня цАМФ та протеїнкінази А, що призводить до збільшення видалення кальцію з цитоплазми. простациклін цГМФ -опосередкований (нітровазодилататор) Шляхом стимуляції протеїнкінази G. оксид азоту Інгібітори ФДЕ5 та агенти, що відкривають калієві канали, також можуть мати подібні результати.
Сполуки, що опосередковують вищезазначені механізми, можна розділити на ендогенні та екзогенні.
Причини
Ендогенні ВазодилятаториРецептор (↑ = відкриття. ↓ = закриття) На гладких м'язах судин, якщо не вказано іншеПередача сигналу (↑ = зростання. ↓ = зниження)Unless else specified in box, then ref is: Page 479EDHF?гіперполяризація → ↓ → ↓внутрішньоклітинного Ca2+активність протеїнкінази G →
фосфориляція кінази легкого ланцюга міозину (MLCK) → ↓MLCK активности → дефосфориляція MLC