היענות כלי דם
היענות, או Compliance, מתארת עד כמה כלי דם מסוגל לשנות את נפחו בתגובה לשינוי בלחץ. כלי דם עם היענות גבוהה יכול להכיל שינוי גדול בנפח בלי עלייה משמעותית בלחץ; כלי דם עם היענות נמוכה יתנגד לשינוי בנפח, ולכן אותו שינוי בנפח יעלה את הלחץ יותר.
\[\mathrm{C = \frac{\Delta V}{\Delta P}}\]כלומר, ההיענות היא היחס בין שינוי בנפח לשינוי בלחץ.
המערכת שבה ההיענות חשובה במיוחד היא המערכת הוורידית. הוורידים מכילים חלק גדול מנפח הדם בגוף, אבל הלחצים בהם נמוכים. זה אפשרי משום שהם קומפליאנטיים מאוד (צייתנים): הם מסוגלים להכיל הרבה דם בלי שהלחץ בתוכם יעלה בצורה חדה.
לעומת זאת, בעורקים ההיענות נמוכה יותר. זה לא חיסרון, אלא התאמה לתפקיד. העורקים צריכים להעביר דם בלחץ גבוה מהלב לרקמות; אם הם היו מתרחבים יותר מדי בכל פעימה, חלק מהלחץ היה ״מתבזבז״ על הרחבת הדופן במקום לדחוף את הדם קדימה.
| מאפיין | ורידים | עורקים |
|---|---|---|
| לחץ | נמוך | גבוה |
| נפח דם | גבוה | נמוך יותר |
| היענות | גבוהה | נמוכה יותר |
| אופי הזרימה | רציפה יותר | פולסטילית |
| תפקיד מרכזי | מאגר דם והחזר ורידי | הולכת דם בלחץ לפריפריה |
שינוי בהיענות הוורידית משפיע על כמות הדם שנשארת בוורידים ועל כמות הדם שחוזרת ללב. לכן היענות ורידית קשורה ישירות ל־venous return, ובהמשך גם ל־cardiac output.
קריאת גרפים של היענות
בגרף שבראש העמוד (לא זה שמתחת לכותרת), שבו הנפח נמצא בציר האנכי (y) והלחץ בציר האופקי (x), השיפוע מייצג את ההיענות ($\mathrm{C = \frac{\Delta V}{\Delta P}}$). אבל בגרף שבו הצירים הפוכים, כלומר הלחץ בציר האנכי והנפח בציר האופקי, השיפוע אינו ההיענות עצמה אלא קרוב להופכי שלה. לכן קו תלול יותר בגרף כזה משקף כלי דם פחות קומפליאנטי.
בגרף כזה אפשר לראות שני דברים בו־זמנית: גם באילו לחצים המערכת עובדת, וגם באילו נפחים:
- המערכת הוורידית נמצאת בטווח נפחים גבוה יותר ולחצים נמוכים יותר,
- המערכת העורקית עובדת בטווח לחצים גבוה יותר ונפחים נמוכים יותר.
גירוי סימפתטי גורם לרוב לכיווץ כלי דם. בוורידים, כיווץ כזה מוריד את הקיבולת הוורידית ויכול להגדיל את ההחזר הוורידי (עקומת venous pressure תזוז למעלה וימינה). בעורקיקים, כיווץ משפיע בעיקר על ההתנגדות לזרימה.
היענות באאורטה ובעורקים הגדולים
גם לעורקים הגדולים יש היענות, בעיקר לאאורטה. ההיענות הזו נמוכה מזו של הוורידים, אבל היא חיונית לשמירה על זרימה ולחץ בין פעימות הלב.
- בזמן סיסטולה (שלב התכווצות שריר הלב), החדר השמאלי מזרים דם אל האאורטה; האאורטה מתרחבת מעט וסופגת חלק מהנפח והלחץ.
- בזמן דיאסטולה (הרפיית שריר הלב ומילוי החדרים), לאחר סגירת המסתם האאורטלי, הדופן האלסטית של האאורטה חוזרת פנימה וממשיכה לדחוף דם קדימה. לכן, הלחץ באאורטה לא נופל כמו הלחץ בחדר השמאלי, אלא נשאר יחסית גבוה גם בדיאסטולה.
האלסטיות של האאורטה הופכת את הזרימה מהלב, שהיא פולסטילית מאוד, לזרימה יציבה יותר בהמשך המערכת. כשהאאורטה מתקשה עם הגיל או בתהליכים פתולוגיים, ההיענות יורדת, והלחץ העורקי נוטה לעלות (ראו נוסחה למטה).
\[\mathrm{Compliance = \frac{\Delta V}{\Delta P}}\]סרטון מומלץ: Nonstop Neuron.
מפל הלחצים במערכת הדם
הדם זורם בגלל מפל לחצים: מלחץ גבוה ביציאה מהלב אל לחצים נמוכים יותר בפריפריה ובמערכת הוורידית. המקום שבו מתרחשת ירידת לחץ משמעותית הוא בעיקר אזור העורקיקים, משום ששם ההתנגדות לזרימה גבוהה.
אפשר לחשוב על זה דרך אנלוגיה לחוק אוהם:
\[\mathrm{\Delta P = Q \cdot R}\]כאשר $\mathrm{\Delta P}$ הוא מפל הלחץ, $\mathrm{Q}$ הוא הזרימה ו־$\mathrm{R}$ היא ההתנגדות. ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך נפילת הלחץ על אותו אזור גדולה יותר.
בוורידים הלחץ נמוך לא בגלל השסתומים. השסתומים חשובים לכיווניות הזרימה ולמניעת חזרה אחורה, אבל הלחץ הנמוך קשור בעיקר להיענות הגבוהה של המערכת הוורידית ולמאפייני ההתנגדות במערכת.
Pulse Pressure
Pulse Pressure הוא ההפרש בין הלחץ הסיסטולי ללחץ הדיאסטולי במערכת העורקית:
\[\text{Pulse Pressure} = \text{SBP} - \text{DBP}\]- $\text{SBP}$ הוא הלחץ הסיסטולי (Systolic Blood Pressure) - הלחץ הגבוה ביותר במערכת העורקית בזמן התכווצות החדרים.
- $\text{DBP}$ הוא הלחץ הדיאסטולי (Diastolic Blood Pressure) - הלחץ הנמוך ביותר במערכת העורקית בזמן הרפיית החדרים.
לדוגמה, אם לחץ הדם הוא 120/80:
\[\text{Pulse Pressure} = 120 - 80 = 40 \ \text{mmHg}\]ה־Pulse Pressure הוא הביטוי של גל הלחץ שעובר בדופן העורקים בעקבות הזרקת הדם מהלב. זה למעשה מה שמרגישים כשממששים דופק: לא ״זרם דם״ ישיר, אלא גל לחץ שמתקדם בדופן כלי הדם.
בקפילרות ובמערכת הוורידית אין Pulse Pressure משמעותי. עד לשם הפולסטיליות כבר מתמתנת, והזרימה נעשית רציפה יותר.
Mean Arterial Pressure
Mean Arterial Pressure, או MAP, הוא הלחץ העורקי הממוצע לאורך מחזור הלב. זה המדד החשוב יותר מבחינת פרפוזיה לרקמות, כי הוא משקף את הלחץ הממוצע שמניע דם לפריפריה.
ה־MAP אינו ממוצע פשוט של הלחץ הסיסטולי והדיאסטולי, כי הדיאסטולה נמשכת יותר זמן מהסיסטולה, ולכן ללחץ הדיאסטולי יש משקל גדול יותר.
\[\text{MAP} \approx \text{DBP} + \frac{1}{3}\text{Pulse Pressure}\]או:
\[\text{MAP} \approx \frac{2}{3}\text{DBP} + \frac{1}{3}\text{SBP}\]לדוגמה, בלחץ דם של 120/80 (לפי הגרסה הראשונה של הנוסחה):
\[\text{MAP} \approx 80 + \frac{1}{3}(40) \approx 93 \ \text{mmHg}\]
ה־MAP תלוי בתפוקת הלב (CO) ובהתנגדות ההיקפית הכוללת (TPR):
\[\text{MAP} = \text{CO} \cdot \text{TPR}\]ותפוקת הלב עצמה תלויה בנפח הפעימה ובקצב הלב:
\[\text{CO} = \text{SV} \cdot \text{HR}\]לכן MAP מושפע גם מהלב וגם מכלי הדם: קצב לב, נפח פעימה, קונטרקטיליות, החזר ורידי, קוטר העורקיקים, טונוס סימפתטי ונפח הדם. בהמשך, כשנלמד על בקרת לחץ דם וכליה, אותו עיקרון יחזור: הגוף מגן על MAP כי הוא קובע את לחץ הפרפוזיה לרקמות.
התנגדות, רדיוס ובקרה על זרימת דם
ההתנגדות לזרימה תלויה מאוד ברדיוס כלי הדם. לפי העיקרון הפיזיולוגי שנגזר מחוק פואזיי:
\[R \propto \frac{1}{r^4}\]לכן שינוי קטן ברדיוס של עורקיק יכול לגרום לשינוי גדול מאוד בהתנגדות. זו הסיבה ש־vasoconstriction (כיווץ עורקיקים) ו־vasodilation (הרחבה של עורקיקים) הם כלים חזקים כל כך בבקרה על זרימת דם ועל MAP.
כיווץ עורקיקים מעלה התנגדות ומוריד זרימה לאזור מסוים. הרחבת עורקיקים מורידה התנגדות ומעלה זרימה לאזור. הבקרה יכולה להיות מקומית, עצבית או הורמונלית.
Hyperemia - עלייה מקומית בזרימת דם
 |  |
Hyperemia היא עלייה בזרימת הדם לרקמה. בשיעור הודגשו שני מצבים: Active hyperemia ו־Reactive hyperemia.
ב־Active hyperemia, רקמה פעילה יותר צורכת יותר חמצן ומייצרת יותר מטבוליטים. בתגובה, משתחררים חומרים ואזודילטוריים (Vasodilation) מקומיים, השריר החלק בכלי הדם נרפה, והזרימה לאזור עולה. דוגמה פשוטה היא שריר בזמן מאמץ: הצריכה המטבולית עולה, ולכן אספקת הדם לשריר גדלה.
ב־Reactive hyperemia, יש קודם חסימה זמנית של זרימה. בזמן החסימה מצטברים ברקמה חומרים ואזודילטוריים. כשפותחים את החסימה, הזרימה לא חוזרת מיד לערך הרגיל אלא עולה זמנית מעל הנורמה.
זה מצב חולף: לאחר שהחומרים שהצטברו מתפנים והחמצון המקומי משתפר, הזרימה חוזרת בהדרגה לערך הבסיס.
Norepinephrine ו־Epinephrine
שני שחקנים מרכזיים בבקרה עצבית והורמונלית על כלי הדם הם Norepinephrine (נוראפינפרין או ״נוראדרנלין״) ו־Epinephrine (אדרנלין). הם דומים כימית, אך ההשפעה שלהם תלויה בסוג הרצפטור וברקמה שבה הם פועלים.
באופן כללי, Norepinephrine גורם בעיקר לכיווץ כלי דם דרך הפעלת שריר חלק. Epinephrine יכול לגרום לכיווץ או להרחבה, לפי סוג הרצפטור ברקמה. לכן לא מספיק לדעת איזו מולקולה משתחררת; צריך לדעת גם על אילו רצפטורים היא פועלת.
בקרה ארוכת טווח על זרימת דם
בקרה מהירה משנה את הקוטר של כלי דם קיימים. בקרה ארוכת טווח יכולה לשנות את מבנה אספקת הדם לרקמה.
אם רקמה נמצאת לאורך זמן בדרישה מטבולית גבוהה, הגוף יכול לפתח כלי דם נוספים או מסלולים קולטרליים. זה קורה למשל באימון גופני קבוע, שבו השריר יכול לפתח וסקולריזציה טובה יותר. גם במצבים של היצרות כרונית בכלי דם, למשל בכלי דם קורונריים, יכולים להיווצר מסלולים עוקפים.
המשמעות היא שזרימת דם אינה נקבעת רק ״ברגע״ לפי כיווץ או הרחבה, אלא גם לפי המבנה הקבוע יותר של רשת כלי הדם ברקמה.
מיקרוסירקולציה
נושא המיקרוסירקולציה והלימפה שייך לפרק 16 בספר. כאן עוברים מהרמה של לחץ וזרימה בכלי הדם הגדולים אל המקום שבו מתרחש חילוף החומרים עצמו: הקפילרות והאינטרסטיציום.
הקפילרות הן כלי הדם שבהם מתבצע מעבר של חמצן, פחמן דו־חמצני, מים, יונים, גלוקוז וחומרים נוספים בין הדם לרקמות. מספר הקפילרות בגוף עצום, והמשמעות היא שטח פנים גדול מאוד (כ־600 מ״ר) ומרחק דיפוזיה קצר בין הדם לבין התאים.
ברקמות עם דרישה מטבולית גבוהה, כמו שריר הלב, צפיפות הקפילרות גבוהה במיוחד. המטרה היא שכל תא יהיה מספיק קרוב לקפילרה (עד 30 מיקרון), כדי שחמצן ומומסים יוכלו להגיע אליו בדיפוזיה.
המרחק המירבי בין תא לקפילרה הוא עד 30 מיקרון.
מבנה המיקרוסירקולציה
המעבר מהמערכת העורקית למערכת הקפילרית כולל:
- Arterioles - עורקיקים עם שריר חלק רציף יחסית, ולכן יכולת משמעותית לשנות קוטר.
- Metarterioles - כלי מעבר קטנים יותר, שבהם השריר החלק אינו רציף כמו בעורקיקים.
- Precapillary sphincters - טבעות של שריר חלק בכניסה לקפילרות.
- Capillaries - כלי דם דקים מאוד, בנויים משכבת אנדותל אחת.
- Venules - אוספים את הדם מהקפילרות אל הצד הוורידי.
ה־Precapillary sphincters קובעים אילו קפילרות יהיו פתוחות בכל רגע. לא כל הקפילרות פתוחות כל הזמן; ברמת קפילרה בודדת הזרימה יכולה להיות דינמית מאוד, עם פתיחה וסגירה לפי מצב הרקמה.
- $\mathrm{ \downarrow P_t \ce{O2}}$ - כאשר הלחץ החלקי של חמצן ברקמה יורד, הספינקטרים נרפים והקפילרות נפתחות.
- $\mathrm{ \uparrow P_t \ce{O2}}$ - כאשר הלחץ החלקי של חמצן ברקמה עולה, הספינקטרים יכולים להיסגר שוב.
לכן ברמת הרקמה יש פרפוזיה ממוצעת יציבה, אבל ברמת קפילרה בודדת הזרימה אינה בהכרח רציפה.
בקפילרה בודדת אין זרימה קבועה של דם; היא משתנה על בסיס רגעי לפי מצב הרקמה, לפי פתיחת הספינקטרים ולפי לחץ הדם המקומי. מבחינה ממוצעת, הזרימה הכללית ברקמה היא יציבה (כל הקפילרות), אבל ברמת קפילרה בודדת היא דינמית מאוד.
מעבר חומרים דרך דופן הקפילרה
דופן הקפילרה בנויה מאנדותל דק (0.5 מיקרומטר) על גבי Basement membrane. המבנה מאפשר מעבר חומרים, אבל סוג המעבר תלוי בסוג החומר.
| חומר | דרך מעבר עיקרית |
|---|---|
| גזים כמו $\ce{O_2}$ ו־$\ce{CO_2}$ | מעבר ישיר דרך ממברנת האנדותל (שומן) |
| יונים, גלוקוז ומומסים קטנים מסיסים במים | מעבר דרך מרווחים בין תאי האנדותל (intercellular clefts) |
| מולקולות גדולות יותר | מעבר וסיקולרי, למשל Caveolae / Transcytosis |
גזים עוברים בקלות דרך הממברנה כי הם מסיסים יחסית בשומן. לעומת זאת, מולקולות מסיסות במים אינן עוברות דרך הממברנה השומנית עצמה, ולכן הן משתמשות במרווחים בין תאי האנדותל בשם Intercellular clefts (קטנים מאוד, אלפית). חלבונים גדולים בדרך כלל אינם עוברים בקלות בקפילרות רגילות, אלא בקוויאולות או בתהליכי טרנסציטוזה.
החדירות של הקפילרות שונה מרקמה לרקמה.
- במוח, למשל, המרווחים בין תאי האנדותל מוגבלים מאוד כחלק מה־Blood-Brain Barrier (אין במוח Clefts).
- בכליה החדירות גבוהה יותר, בהתאם לתפקודה לעשות פילטרציה של מלחים מהדם. הקוטר של המלחים גדול יותר, ולכן גם המרווחים בין תאי האנדותל גדולים יותר.
- בכבד, בהתאם לתפקיד שלו לסנן חלבונים שיחסית גדולים, המרווחים בין תאי האנדותל גדולים גם כן, ויש מעבר חופשי של חלבונים דרך הקפילרה.
חדירות לחומרים שונים
מולקולות גדולות של למשל מעל 70 קילודלטון לא עוברות. מחזיקות לחצים אוסמוטיים.
זרימה איטית ותנועה בראונית
בקפילרות הזרימה איטית מאוד, וזה חיוני לחילוף חומרים. אם הדם היה זורם מהר מדי, לחומרים לא היה מספיק זמן לצאת מהקפילרה אל הרקמה.
חלק מהמעבר של מים ומומסים קטנים דרך ה־Clefts קשור לתנועה אקראית של מולקולות, כלומר לתנועה בראונית. מולקולות נעות כל הזמן בגלל האנרגיה התרמית שלהן; ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, התנועה חזקה יותר. עבור חלקיקים גדולים יותר, התנועה האקראית מוגבלת יותר.
התנועה של מים פנימה והחוצה בתנועה בראונית מהירה הרבה יותר מהזמן של הנסיעה בתוך הקפילרה (זרימה מהירה לא טובה לדיפוזיה).
ברמה הפיזיולוגית, העיקר הוא שהזרימה האיטית והמרחק הקצר בין קפילרה לתא מאפשרים דיפוזיה יעילה.
האינטרסטיציום (ג׳ל בין תאי)
החומרים שיוצאים מהקפילרות לא מגיעים ישירות לתאים, אלא קודם אל האינטרסטיציום - המרחב הבין־תאי. האינטרסטיציום אינו סתם ״מים בין התאים״; הוא בנוי כרשת ג׳לית שמכילה סיבי קולגן, פרוטאוגליקנים, חלבונים ונוזל.
ההרכב הזה חשוב כי הוא משפיע על תנועת מים ומומסים ברקמה. במצב תקין יש מעט נוזל חופשי. בבצקת, כמות הנוזל החופשי באינטרסטיציום עולה.
כניסה ויציאה של נוזלים לקפילרות
לאורך הקפילרה יש תנועה של נוזלים החוצה ופנימה.
הכוחות המרכזיים מתחלקים לשניים: לחצים הידרוסטטיים ($\mathrm{P_c,i}$), ולחצים אונקוטיים (אוסמוטיים, $\mathrm{π}$):
- הלחץ ההידרוסטטי נובע מהלחץ הפיזי של הנוזל (מים).
- בצד העורקי של הקפילרה - הלחץ ההידרוסטטי גבוה יותר ולכן יש נטייה ליציאת נוזל אל האינטרסטיציום.
- בצד הוורידי - הלחץ ההידרוסטטי נמוך יותר, והכוחות שמושכים נוזל חזרה אל הדם נעשים יחסית משמעותיים יותר.
- הלחץ האונקוטי נובע מהפרשי ריכוזי חלבונים בין הפלזמה לבין האינטרסטיציום. חלבונים גדולים בתוך התא כמו אלבומין נשארים בדם ויוצרים לחץ אוסמוטי שמושך מים פנימה, וחלבונים בתווך החוץ תאי כמו פרוטאוגליקנים יוצרים לחץ אוסמוטי שמושך מים החוצה.
| כוח | השפעה |
|---|---|
| לחץ הידרוסטטי בתוך הקפילרה ($\mathrm{P_c}$) | דוחף נוזל החוצה |
| לחץ הידרוסטטי באינטרסטיציום ($\mathrm{P_i}$) | מתנגד ליציאת נוזל |
| לחץ אונקוטי בפלזמה ($\mathrm{π_p}$) | מושך נוזל פנימה אל הקפילרה |
| לחץ אונקוטי באינטרסטיציום ($\mathrm{π_i}$) | מושך נוזל החוצה |
המאזן הכולל הוא:
\[\mathrm{Net\ Filtration\ Pressure = (P_c - P_i) - (\pi_p - \pi_i)}\]המערכת הלימפטית
הפרש כוחות בין הוורידים לעורקים
הספיגה החוזרת בצד הוורידי אינה מאזנת לחלוטין את הפילטרציה (יציאת נוזלים מהקפילרה לאינטרסטיציום) בצד העורקי. נשאר עודף קטן של נוזל באינטרסטיציום ($2.5\,\mathrm{cc}$ בכל דקה). מדובר בכמות קטנה בכל דקה, אבל לאורך זמן היא הייתה מצטברת לליטרים של נוזל אם לא הייתה מערכת ניקוז.
שזירות המערכת הלימפטית בכלי הדם הקפילריים
כאן נכנסת המערכת הלימפטית. תפקידה לנקז את עודף הנוזל מהאינטרסטיציום ולהחזיר אותו למחזור הדם. כלי הלימפה מאפשרים כניסה של נוזל מהרקמה, והזרימה בהם נשמרת בעזרת שסתומים, תנועת שרירים וכיווץ של דופן כלי הלימפה.
תאי האנדותל של כלי הלימפה נפתחים בעת עלייה בלחץ האינטרסטיציאלי, ומאפשרים כניסה של נוזל. כאשר הלחץ באינטרסטיציום יורד, השסתומים נסגרים ומונעים חזרה של נוזל.
כאשר יש עלייה גדולה מדי בפילטרציה (נוזלים עוזבים את הקפילרות לאינטרסטיציום), ירידה בספיגה החוזרת או פגיעה בניקוז הלימפטי, נוזל מצטבר באינטרסטיציום ונוצרת בצקת.
נקודות לחזרה
- היענות היא $\mathrm{\Delta V / \Delta P}$.
- הוורידים הם המערכת הקומפליאנטית ביותר ולכן הם מחזיקים נפח דם גדול בלחץ נמוך.
- העורקים פחות קומפליאנטיים כי הם צריכים לשמר לחץ ולדחוף דם לפריפריה.
- האאורטה מתרחבת בסיסטולה וחוזרת בדיאסטולה, וכך עוזרת לשמור על זרימה ולחץ בין פעימות.
- Pulse Pressure הוא $\mathrm{SBP - DBP}$, וקיים בעיקר במערכת העורקית.
- MAP אינו ממוצע רגיל; הוא קרוב יותר ל־$\mathrm{DBP + \frac{1}{3}PP}$.
- MAP נקבע לפי $\mathrm{CO \cdot TPR}$.
- רדיוס כלי הדם משפיע מאוד על התנגדות, בגלל היחס $\mathrm{R \propto 1/r^4}$.
- Hyperemia היא עלייה מקומית בזרימת דם, או עקב פעילות מטבולית מוגברת או לאחר שחרור חסימה.
- בקפילרות יש חילוף חומרים, לא רק מעבר פסיבי של דם.
- Precapillary sphincters פותחים וסוגרים קפילרות לפי מצב הרקמה.
- גזים עוברים דרך הממברנה; מומסים קטנים דרך מרווחים בין תאי האנדותל; מולקולות גדולות יותר יכולות לעבור בטרנסציטוזה.
- עודף הנוזל שלא נספג חזרה לקפילרות מנוקז דרך המערכת הלימפטית.