Микроваскулатураның беттік химиясы - Surface chemistry of microvasculature - Wikipedia

Микроваскулатура ретінде анықталады микроцельдервенулалар және капиллярлар туралы микроциркуляция, максималды орташа диаметрі 0,3 миллиметр.[1] Ыдыстар көлемінің кішіреюіне байланысты олардың беті мен көлемінің қатынасын көбейтеді. Бұл беткі қасиеттердің ыдыс қызметінде маңызды рөл атқаруына мүмкіндік береді.

Диффузия концентрация градиентіне байланысты тамырлардың қабырғалары арқылы жүреді, бұл иондардың, молекулалардың немесе қан жасушаларының қажетті алмасуына мүмкіндік береді. Капиллярлық қабырғаның өткізгіштігі капилляр типіне және эндотелий жасушалары. Үздіксіз, тығыз орналасқан эндотелий жасушасының қабаты шағын молекулалардың диффузиясына ғана мүмкіндік береді. Үлкен молекулалар мен қан жасушалары жасушалар немесе қабықтағы тесіктер арасында жеткілікті кеңістікті қажет етеді. Жасушалық мембрананың жоғары кедергісі иондардың а ақуызды мембрана. The гидрофобтылық Эндотелий жасушаларының беткі қабаты судың немесе липофильді молекулалардың капиллярлық қабат арқылы диффузияланатынын анықтайды. Мидың қан тосқауылы диффузияны кішігірім гидрофобты молекулалармен шектейді, сондықтан дәрілік диффузияға қол жеткізу қиын.

Қан ағымына дененің термодинамикасы тікелей әсер етеді. Температураның өзгеруі қанның тұтқырлығы мен беттік керілуіне әсер етіп, қан ағымының минималды жылдамдығын өзгертеді. Жоғары температурада минималды ағын төмендейді және капилляр кеңейеді. Бұл ішкі капиллярлық қабаттың ұлғаю беткі қабаты арқылы және қан ағымының жоғарылауы арқылы жылу тасымалдауға мүмкіндік береді. Төмен температурада минималды ағын жоғарылайды және капилляр тарылады. Бұл қан ағынын шектейді және жылу алмасуды төмендетіп, капиллярдың беткі қабатын азайтады.

Сұйықтық механикасына бірінші кезекте қысым, температура, жылу беру және электркинетика әсер етеді. Қысымның жоғарылауы Старлинг теңдеуімен берілген ағынның жылдамдығын арттырады. Температураның жоғарылауы сұйықтықтың ағуына ықпал етіп, беттің сулануын жоғарылатады. Жылу сонымен бірге тұтқырлығын төмендетеді люмен. Жылу беруді терморецепторлар бақылайды, олар жылу шығару үшін ашық капилляр төсектерінің мөлшерін реттейді. Эндотелий жасушасының ішкі қабатының химиясы сұйықтық ағынын да анықтайды. Зарядталған бет люмендегі иондардың ағуына кедергі болатын тоқтап тұрған диффузиялық иондардың қабатын алады. Бұл жарықтың жылдамдығын төмендетеді және капиллярлық қабат арқылы молекулалардың алмасуына ықпал етеді.

Диффузия

Диффузия - концентрация градиентіне байланысты молекулалардың қозғалысы. Молекулалар а қозғалады кездейсоқ серуендеу біркелкі шешімге қол жеткізу үшін үлгі.

Жартылай өткізгіш мембрана (қызғылт) арқылы концентрация градиенті әсерінен заттың жай диффузиясы (көк).

Эндотелий жасушаларының беттік диффузиясы

Капиллярлық қабырғаларда бір қабатты эндотелий жасушалары. Эндотелийдің бір қабаты арқылы молекулалардың диффузиялануының екі әдісі бар: жасушалар арасындағы саңылаулар арқылы немесе тікелей жасушалар арқылы. Молекулалар концентрация градиенттеріне байланысты капиллярлық қабырғалар арқылы таралады. Жасушалар арасындағы диффузия капиллярдың түріне байланысты өзгереді. Капиллярлардың үш түрлі типі бар: үзіліссіз, фенестрацияланған және синусоидалы, сонымен қатар үзілісті деп аталады. Үздіксіз капиллярларда эндотелий жасушалары тығыз орналасқан, бұл тек иондар немесе су тәрізді ұсақ молекулалардың жасушааралық саңылаулар арқылы таралуына мүмкіндік береді (эндотелий жасушалары арасындағы саңылаулар). Фенестрленген және синусоидалы капиллярларда макро-молекулалар мен кейбір ақуыздардың диффузиясына жол беріп, жасушалар арасында кеңістік бар. Синусоидалы капиллярларда қызыл және ақ қан жасушаларының өтуіне мүмкіндік беретін үлкен саңылаулар бар.[2] Газдар мен липидте еритін молекулалардың диффузиясы тікелей сипатталған эндотелий жасушалары арқылы жүруі мүмкін. Фиктің бірінші заңы:

Қайда:

  • J - ағын
  • D - диффузия
  • C - концентрация
  • х - тосқауылдың қалыңдығы
Капиллярлардың әртүрлі типтері әртүрлі молекулалардың диффузиясына жол береді.

Диффузиялық нүктелердегі эндотелий жасушаларының беттік заряды молекуланың қай типін капиллярлық қабырғалар арқылы диффузиялауға болатындығын анықтай алады. Егер беті гидрофильді болса, онда су мен зарядталған молекулалардың өтуіне мүмкіндік береді. Егер ол гидрофобты болса, зарядталмаған және липофильді молекулалар арқылы тарала алады. Бұл молекулааралық скрининг күштері ретінде белгілі Ван-дер-Ваальс арқылы анықталатын күштер Keesom, Деби және Лондонның дисперсиялық күштері. Эндотелий жасуша мембранасының липидті екі қабаты гидрофобты бет болып табылады. Полярлы емес липидтер өте жоғары электр кедергісіне әкеледі, олар:

Қайда:

  • Re бұл мембрананың кедергісі
  • Rмем бұл мембрананың меншікті кедергісі
  • А - аймақ

Бұл жоғары кедергісі иондардың жеңілдетілген диффузияны қолданып, интегралды мембраналық протеинсіз екі қабатты кесіп өтуіне жол бермейді.[3]

Дәрілік заттың диффузиясы

Препараттар эндогенді молекулалар сияқты капиллярлық қабырғалар арқылы таралады. Мұның маңызды мысалдарының бірі - есірткінің диффузиясы мидың қан кедергісі. Ми қанындағы тосқауыл үздіксіз капиллярлар төсегінен тұрады. Әдетте шағын гидрофобты молекулалар ғана мидың ми тосқауылынан диффузияға қабілетті.[4] Бұл дәрі-дәрмектерді миға инвазивті түрде тікелей миға енгізбей миға енуді өте қиын етеді. Мүмкін болатын шешімнің бірі - нанобөлшектерді қолдану. Нанобөлшектер мақсатты препаратты капсулалау үшін синтезделеді. Нанобөлшек бетінде, егер онсыз да гидрофобты болмаса, токтың полярлығын реттеу үшін бетіне бекітілген полимерлер болуы мүмкін. Лигандарды нанобөлшектің бетіне мидың ішінде орналасқан белгілі бір рецепторларға бағыттауға болады. Нанобөлшек мидың қан кедергісі арқылы миға дәрі шығарады.[5] Бұл шешімнің нақты мысалы - АҚТҚ-ға қарсы препараттарды орталық жүйке жүйесіне ТАТ-конъюгацияланған нанобөлшектермен жеткізу.[6]

Термодинамика

Дененің қоршаған ортаның температурасы микро қан тамырлары арқылы қан ағымына тікелей әсер етеді. Температураның өзгеруі қанның тұтқырлығына және беттік керілуге ​​әсер етеді. Беттік керілу температураның жоғарылауымен азаяды, минималды шығын жылдамдығын төмендетеді (қараңыз) Беттік кернеу ). Минималды ағынның жоғары температураға төмендеуі қанның көбірек ағып, бүкіл денеге жылу таралуына мүмкіндік береді. Температура ағынның диаметріне әсер ету арқылы қан ағымына қатты әсер етеді. Температураның төмендеуі мен жоғарылауы сәйкесінше вазоконстрикцияны және вазодилатацияны тудырады.

Вазоконстрикция

Вазоконстрикция тегіс бұлшықет жасушаларын қысу және ағынның диаметрін азайту арқылы микроваскулярдың ағыны мен беткі қасиеттеріне әсер етеді. Тегіс бұлшықет жасушалары сыртқы және ішкі тітіркендіргіштерден тарылуға қабілетті. Бұл механизмді қоршаған ортаның температурасы немесе автономды жүйке жүйесі тудыруы мүмкін.[7]Суық болған кезде дене микровуляр айналасындағы тегіс бұлшықет жасушаларын тарылту арқылы қандағы жылуды алуға тырысады. Бұлшықет жасушалары кальцийдің жоғарылауымен қысылады. Ағынның көлденең қимасының ауданы азаяды қан тамырларының кедергісі және аяғындағы ағынын төмендетеді. Бұл механизм тіршілік ету үшін денеге жылуды өмірлік маңызды органдардың айналасына шоғырландыруға мүмкіндік береді.

Жүйелік қан тамырларының кедергісін есептеу формуласы:

  • SVR қан тамырларының жүйелік кедергісі ретінде
  • MAP орташа артериялық қысым ретінде
  • MRAP орташа оң артериялық қысым ретінде
  • СО минутына миллилитрдегі жүрек шығысы ретінде

Типтік мәндер 100-300 дин * сек * см-5 аралығында.[8]

Вазодилатация

Вазодилатация мәні бойынша, тамырдың тарылуына қарама-қарсы.[9] Вазодилатация кезінде қан тамырлары кеңейіп, қанның көп ағуына мүмкіндік береді. Тегіс бұлшықет жасушалары тамырлардың кедергісін төмендетіп, ағынның диаметрін арттыру үшін босаңсыған. Бұл жүрек шығысы, орташа артериялық қысым мен қан тамырларының кедергісі арасындағы тікелей тәуелділіктің арқасында мүмкін болады. Вазоконстрикция сияқты вазодилатация ішкі және сыртқы факторлардың әсерінен болуы мүмкін. Мысалы, тағамда кездесетін азот оксиді өте күшті вазодилататор болып табылады. Жұлын бағанындағы нервтер екі процесті де қозғауы мүмкін екендігі анықталды. Вазодиляция жылу диссипациясын қамтамасыз ету үшін терморегуляция үшін де іске қосылады.

Салыстыру үшін қалыпты капилляр қимасының жанында көрсетілген вазоконстрикция және вазодилатация.

Сұйықтық механикасы

Жұлдызды теңдеу

The Жұлдызды теңдеу капиллярлық қабат арқылы еріткіштің ағынын сипаттайды. Теңдеуді төменде көруге болады

Тұрақтылардың сипаттамасын, сондай-ақ кейбір орташа мәндерді келесі кестеден көруге болады.

Айнымалы [10]Анықтама [10]Есептеу [11]

[12]

Шамамен қалыпты мән [11][12]
PвКапиллярлық гидростатикалық қысымPв = 0,2 х Артериялық қысым + Веноздық қысым
1.2
25мм сынап бағанасы (артериолярлық ұш)
10мм сынап бағанасы (веноздық ұш)
PменТіндердің аралық қысымыТіндердің сәйкестігі арқылы анықталады
Сәйкестік = Көлем / Δ Қысым
Орналасқан жері бойынша өзгереді
≅ -6 мм рт.ст.
ΠвКапиллярлық онкотикалық қысымЖартылай өткізгіш мембрана арқылы өлшенген
Микроваскулатураның орналасуы мен фенстрациясы бойынша өзгереді
23-30 мм рт.ст.
ΠменТіндердің онкотикалық қысымыЖоғары өткізгіштік α Жоғары Πмен
Жоғары капиллярлық фильтрация α Төмен Πмен
≈ 5 мм с.б.
ҚfСүзу коэффициентіҚf = Аудан x Гидравликалық өткізгіштік
σШағылысу коэффициентіАқуыздың мембрана арқылы ағып кетуіне түзету коэффициенті

Сүзу коэффициенті бойынша анықталады гидравликалық өткізгіштік, бұл судың бұралаң аймақ арқылы қаншалықты оңай қозғалатындығының өлшемі. Микроваскулярияда бұл капиллярдың кеуектілігімен және оның үздіксіз, фенестрацияланған немесе синусоидалы болуымен бақыланады. The шағылысу коэффициенті түзету коэффициентінің рөлін атқарады және бөлшектердің мөлшері мен кеуектер арақатынасының айырмашылығымен анықталады. Бөлшек аралық сұйықтыққа барар алдында капиллярлық қабырғалардағы тесікке өту ықтималдығы ретінде қарастырылады. Егер бөлшек ион болса, эндотелиалды төсемдердің зарядынан шағылысу коэффициентін жоғарылатуы немесе төмендетуі мүмкін әсер болады.

Температураның әсері

Тұтқырлығы салыстырмалы түрде төмен сұйықтықтарда температура мен беттік керілу арасында сызықтық, кері байланыс болады.[13] Беттік керілудің төмендеуі суланғыштық сұйықтықтың капилляр арқылы ағуын жеңілдететін капиллярлық қабырғалардың.

Жылу сонымен қатар капилляр ішіндегі сұйықтықтың тұтқырлығына әсер етеді. Жылудың жоғарылауы люменальды сұйықтықтың тұтқырлығын төмендетеді. Бұл әрекеттің жақсы үлгісін жаттығу кезінде адам денесінде байқауға болады. Адам дене жаттығуларын жасағанда, бұлшықет ішіндегі зат алмасу жылдамдығы жоғарылап, жылу өндірісі артады. Жылудың жоғарылауын дененің әр түрлі нүктелерінде орналасқан сенсорлық рецептордың түрі - терморецепторлар анықтайды. Бұл рецепторлар миға денеге қан тамырларын, оның ішінде капиллярларды кеңейту туралы сигнал жібереді. Бұл терідегі тамырлар санының көрінетін өзгерісін тудырады. Бұл конвекция арқылы жылу беруді жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Айналым бойынша жылу беру

Қан тамырлары жылу береді конвекция. Конвекция басым броундық қозғалыс және жарнама. Конвекция кезінде жүйедегі жылу жылу концентрациясы жоғары нүктеден төмен жылу концентрациясына ауысады, бұл диффузияға ұқсас ұғым. Жылу ағынының мөлшері қоршаған ортаның температурасы мен терморецепторлар анықтайтын ішкі температураның айырмашылығына тәуелді. Егер қоршаған ортаның температурасы капиллярлардағы температурадан жоғары болса, дене ашылады прекапиллярлы сфинктер капиллярлық төсектер санын көбейту үшін. Бұл конвекция арқылы жылу беруді арттыруға мүмкіндік беретін жалпы капиллярлық бетінің көлемін ұлғайтады.[14]

Электркинетикалық құбылыстар

Судағы қабырғалардағы үстіңгі зарядтар иондардың капиллярлар арқылы ағуына және сұйық механикасына микроөңілдегі әсер етеді. Зарядталған эндотелий қабаты иондардың байланысқан қабатын жасайды, онда жасуша қабырғалары мен люмен арасында диффузия пайда болады, оларды қатпарлы қабат. Бұл капиллярлардың эндотелиалды қабатында иондар зарядталған бетке қарай қозғалатын диффузиялық қабат, заряд градиентін жасайды. Зарядталған эндотелий жасушаларының әсерлері өлшенетін қашықтықта экспоненциалды түрде ыдырайды, деп аталады Қарыз ұзындығы. Диффузиялық қабаттағы иондар люмендегі басқа иондардың қозғалысына кедергі келтіреді, қоршаған диффузияның пайда болуын қамтамасыз ету үшін қоршаған ерітіндіні баяулатады. Жылдамдық профилін Гельмгольц-Смолуховский анықтай алады[13] теңдеу:

  • Қайда жылдамдық
  • εo бұл бос кеңістіктің өткізгіштігі
  • εр диэлектрлік тұрақты,
  • ζ болып табылады дзета әлеуеті
  • μ - сұйықтықтың тұтқырлығы
  • және - эндотелий жасушаларының зарядталған беткі қабатынан пайда болған электр өрісі.

Зарядталған эндотелий жасушалары тудыратын электр өрісін концептуалды қуыс цилиндрмен модельдеуге болады. Зарядталған бет цилиндрдің центріндегі бөлшекке бақыланатын цилиндрдің көлденең қимасына перпендикуляр бағытта әсер ететін электр өрісін қолданады.

Капилляр люменінде тұз концентрациясы жоғарылағанда, дебю ұзындығы азаяды. Бұл Гельмгольц-Смолуховский теңдеуімен сипатталған жылдамдықтың шамасын төмендетеді.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Микроваскулярлық» Merriam-Webster. Н.п., н.д. Желі. 21 мамыр 2012.
  2. ^ Беннетт, Х., Люфт, Дж., Хэмптон, Дж. (1959). «Омыртқалы қан капиллярларының морфологиялық жіктелімдері». Американдық физиология журналы. 196 (2): 381–390. дои:10.1152 / ajplegacy.1959.196.2.381. PMID  13627187.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  3. ^ Батт, Х., Граф, К., Каппл, М. (2006). Интерфейстер физикасы және химиясы. Вайнхайм: Вили-ВЧ. б. 277. ISBN  978-3-527-40629-6.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  4. ^ Бернакки, Дж., Добровольска, А., Ниервинска, К., Малечки, А. (2008). «Ми-қан тосқауылының физиологиясы және фармакологиялық рөлі» (PDF). Фармакологиялық есептер. 60: 600–622.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  5. ^ Бходжани, М., Ван Дорт, М., Регемтулла, А., Росс, Б. (2010). «Тераностикалық нанобөлшектерді қолдана отырып мидың қатерлі ісігін мақсатты түрде бейнелеу және терапия». Молекулалық фармацевтика. 7 (6): 1921–1929. дои:10.1021 / mp100298r. PMC  3291122. PMID  20964352.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  6. ^ Раоа, К., Реддя, М., Хорнинг, Дж., Лабасетва, В. (2008). «АИТВ-ға қарсы препараттарды ОЖЖ жеткізуге арналған TAT-конъюгацияланған нанобөлшектері». Биоматериалдар. 29 (33): 4429–4438. дои:10.1016 / j.biomaterials.2008.08.004. PMC  2570783. PMID  18760470.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  7. ^ Артур Рахимов. «Вазодилатация және вазоконстрикция: нақты оқиға». Вазодилатация және вазоконстрикция. 2011. Веб. 21 мамыр 2012.
  8. ^ Вирджиния университетінің денсаулық сақтау жүйесі. «Физиология: өкпе артериясының катетерлері»
  9. ^ «Вазодилатацияның анықтамасы - Медициналық шарттарда танымал медициналық терминдердің анықтамасы». Медтерменттер. 19 наурыз 2012. Веб. 21 мамыр 2012.
  10. ^ а б Левик, Дж. Р. & С. Мишель. (2010). Микроваскулярлы сұйықтық алмасуы және қайта қаралған жұлдызшалы қағида. Жүрек-қантамырлық зерттеулер 87.2. 198–210 бб.CS1 maint: орналасқан жері (сілтеме)
  11. ^ а б «Гидростатикалық және онкотикалық қысым». Түйіндеме физиологиясы. 11 шілде 2011. Алынған 22 мамыр 2012.
  12. ^ а б Брэндис, Керри. «4.2 Стерлингтің гипотезасы». Сұйықтық физиологиясы. Алынған 22 мамыр 2012.
  13. ^ а б Роналд Ф. Пробштейн (2003). Физика-химиялық гидродинамика Екінші басылым. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc. ISBN  978-0471458302.
  14. ^ Элейн Н.Мариеб және Катя Хоен (2010). Анатомия және физиология Төртінші басылым. Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон білімі. б. 1023. ISBN  978-0-321-61640-1.