Sepelvaltimoiden verenkierto

Abstract

Sydämen hapenkulutus kudosmassaa kohti on suurin kaikista ihmisen elimistä. Lepotilassa sepelvaltimoiden verenvirtaus on ∼250 ml min-1 (0,8 ml min-1 g-1 sydänlihasta); tämä vastaa 5 % sydämen tehosta.1 Sepelvaltimotauti syntyy, kun hapentarve ylittää tarjonnan.

Arteriaalinen hapenottokyky on 70-80 %, kun se on muualla elimistössä 25 %. Siksi lisääntynyt hapenkulutus on katettava pääasiassa sepelvaltimoiden verenkierron lisääntymisellä, joka voi viisinkertaistua liikunnan aikana. Tarjonta vastaa yleensä tarkasti kysynnän muutosta. Sepelvaltimovirtauksen lisääntyminen voi kuitenkin itsenäisesti lisätä sydänlihaksen hapenkulutusta (Gregg-ilmiö).2 Tämä saattaa selittyä sillä, että täydet sepelvaltimot halkaisevat sydäntä ja lisäävät loppudiastolisen kuidun pituutta ja supistuvuutta.

Anatomia

Kaksi sepelvaltimotiehyttä kumpuavat Valsalvan sivuontelon sivuonteloista juuri aorttaläpän yläpuolelta. Vasen sepelvaltimo jakautuu vasempaan etummaiseen laskevaan valtimoon ja ympärileikkaavaan valtimoon. Se syöttää vasemman kammion sivu- ja etuseinämiä sekä kammioväliseinän kahta etukolmannesta. Oikea sepelvaltimo syöttää oikeaa kammiota, vasemman kammion takaseinämää ja väliseinän takaosaa. Suuret sepelvaltimot jakautuvat epikardiaalisiin valtimoihin. Sydänlihaksen sisäiset valtimot läpäisevät sydänlihaksen kohtisuoraan muodostaen subendokardiaalisia valtimoverkkoja.

Vasemman kammion lihaksen veri valuu suurimmaksi osaksi sepelvaltimoiden sinukseen. Sydämen etulaskimoon kulkeutuu verta oikean kammion lihaksesta. Molemmat aukeavat oikeaan eteiseen. Sepelvaltimot laskevat pienen osan sepelvaltimoverestä suoraan sydänkammioihin ja muodostavat todellisen shuntin.

Sepelvaltimoverenkierron määräävät tekijät

Sepelvaltimoiden perfuusiopaine

Systolen aikana supistuva sydänlihas puristaa ja vääntää sepelvaltimonsisäiset verisuonet kokoon ja verenkierto vasemmanpuoleisen kammion verenkierrossa on pienimmillään. Voima on suurin subendokardiaalisissa kerroksissa, joissa se lähentelee intramyokardiaalista painetta. Systolessa intramyokardiaalinen veri työntyy eteenpäin kohti sepelvaltimoiden sinusta ja taaksepäin epikardiaalisiin verisuoniin, jotka toimivat kondensaattoreina. Virtaus jatkuu diastolen aikana, kun lihas rentoutuu. Sepelvaltimoiden perfuusiopaine on aortan diastolisen paineen ja vasemman kammion diastolisen loppupaineen (LVEDP) erotus. Oikean kammion verenkierron faasimuutokset ovat vähäisempiä, koska supistumisvoima on pienempi. Keskuslaskimopaine saattaa olla sopivampi valinta alavirtapaineeksi oikeanpuoleisen sepelvaltimon perfuusiopaineen laskemiseksi.2

Perfuusioaika

Mikä tahansa sykkeen nousu vaikuttaa diastoliseen aikaan enemmän kuin systoliseen aikaan ja lyhentää perfuusioaikaa.

Suoniseinän läpimitta

Vasomotorinen tonus ja verisuonilumenin sisällä olevat kerrostumat määräävät verisuoniseinän läpimitan. Sepelvaltimoiden vasomotorista tonusta säätelevien eri mekanismien yhteisvaikutus suosii yleensä vasodilataatiota (kuva 1).

Vasomotoriseen tonukseen vaikuttavat tekijät

Myokardiaalinen aineenvaihdunta

Vasomotorinen tonus määräytyy melkeinpä yksinomaan paikallisen aineenvaihdunnan hapentarpeen mukaan. Hypoksia aiheuttaa suoraan sepelvaltimoiden vasodilataatiota, mutta vapauttaa myös adenosiinia ja avaa ATP-herkkiä kaliumkanavia. Prekapillaariset sulkijalihakset rentoutuvat ja lisää kapillaareja rekrytoituu.

Autoregulaatio

Lepotilassa sepelvaltimoiden verenkierto pysyy vakiona 60-140 mmHg:n valtimoiden keskipaineiden välillä. Tämän alueen ulkopuolella virtaus muuttuu paineesta riippuvaiseksi. Todennäköisiä mekanismeja ovat myogeeninen vaste intraluminaalisiin paineenmuutoksiin (nopea) ja metabolinen säätely (hidas). Sydänlihaksen happijännitys ja vasokonstriktorien tai vasodilataattoreiden läsnäolo vaikuttavat sepelvaltimoiden autoregulaatioalueeseen.

Hermostollinen ohjaus

Autonomiset vaikutukset ovat yleensä heikkoja. Hermostollisen kontrollin roolia sepelvaltimoiden verenkierrossa on vaikea erottaa, koska verenpaineen, sykkeen ja supistuvuuden muutosten metaboliset vaikutukset hallitsevat myöhempää vastetta. Epikardiaalisissa verisuonissa on pääasiassa α-reseptoreita, joiden stimulaatio aiheuttaa vasokonstriktiota. Intramuskulaarisissa ja subendokardiaalisissa verisuonissa on pääasiassa β2-reseptoreita (vasodilataatio). Sympaattinen stimulaatio lisää sydänlihaksen verenkiertoa lisääntyneen metabolisen tarpeen ja vallitsevan β-reseptoriaktivaation kautta.

Alfa-stimulaatiolla voi olla merkitystä verenkierron jakautumisessa sydänlihaksen sisällä rajoittamalla metabolisesti välittyvää verenkierron lisääntymistä ja vaikuttamalla verenkiertoa estävästi. Parasympaattiset vaikutukset ovat vähäisiä ja heikosti vasodilatoivia. Asetyylikoliinin vasodilatoiva vaikutus riippuu ehjästä endoteelistä.

Humoraalinen kontrolli

Useimmat vasoaktiiviset hormonit edellyttävät ehjää verisuonten endoteelia. Peptidihormoneihin kuuluvat antidiureettinen hormoni, eteisnatriureettinen peptidi, vasoaktiivinen suolistopeptidi ja kalsitoniinigeeniin liittyvä peptidi. Antidiureettisella hormonilla on fysiologisessa pitoisuudessa vain vähän vaikutusta sepelvaltimoverenkiertoon, mutta se aiheuttaa verisuonten supistumista stressaantuneilla potilailla. Muut peptidit aiheuttavat endoteelin välittämää vasodilataatiota.

Angiotensiini II aiheuttaa sepelvaltimoiden vasokonstriktiota sympaattisesta innervaatiosta riippumatta. Se myös lisää kalsiumin sisäänvirtausta ja vapauttaa endoteliinia, joka on voimakkain ihmisillä toistaiseksi tunnistettu vasokonstriktorinen peptidi. Angiotensiinikonvertaasientsyymi inaktivoi bradykiniinin, joka on vasodilataattori.

Vaskulaarinen endoteeli

Vaskulaarinen endoteeli on viimeinen yhteinen verisuonten tonusta säätelevä reitti. Se moduloi alla olevan sileän lihaksen supistumisaktiivisuutta syntetisoimalla ja erittämällä vasoaktiivisia aineita vastauksena verenkiertoon, kiertäviin hormoneihin ja kemiallisiin aineisiin. Vasorelaksantteja ovat endoteelista peräisin oleva rentouttava tekijä, typpioksidi, prostasykliini ja bradykiniini. Vasokonstriktorisia aineita ovat endoteliini ja tromboksaani A2. Nettovaste riippuu näiden kahden vastakkaisen ryhmän välisestä tasapainosta.2

Myokardiaalinen happitasapaino

Hapenkuljetus on valtimoiden hapenkuljetuskapasiteetin ja sydänlihaksen verenkierron tulo. Diastolinen paine-aikaindeksi (DPTI) on hyödyllinen sepelvaltimoiden verenkierron mittari, ja se on sepelvaltimoiden perfuusiopaineen ja diastolisen ajan tulo. Vastaavasti hapentarvetta voidaan esittää jännitysaikaindeksillä (TTI), joka on systolisen paineen ja systolisen ajan tulo.

Suhde DPTI/TTI on endokardiaalinen elinkelpoisuussuhde (EVR), ja se edustaa sydänlihaksen hapentarjonta-tarpeen tasapainoa. EVR on yleensä 1 tai enemmän. Suhde <0,7 liittyy subendokardiaaliseen iskemiaan.

Tällaisen arvon voi saavuttaa potilas, jolla on seuraavat fysiologiset tiedot: Huomaa, että systolinen aika on tyypillisesti kiinnitetty 200 ms:iin, ja diastole vie loput ajasta.

• Verpaine = 180/95 mm Hg

• Syketaajuus = 120 min-1

• LVEDP = 15 mm Hg

• DPTI = 80 mm Hg × (60 s/syketaajuus – 0.2 s) = 24 s mm Hg

• TTI = 180 mm Hg × 0,2 s = 36 s mm Hg

• EVR = 0,67

Sepelvaltimoiden verenkiertoon vaikuttavia sairauksia

Sepelvaltimoverenkierto toimii aktiivisen verisuonten laajenemisen tilassa. Endoteelin epänormaalilla typpioksidin tuotannolla voi olla merkitystä diabeteksessa, ateroskleroosissa ja verenpainetaudissa.

Seinävaltimotauti

Lipidien kertyminen, sileän lihaksen proliferaatio ja endoteelin toimintahäiriö pienentävät lumen läpimittaa. Kriittinen ahtauma syntyy, kun sepelvaltimoiden verenkierto ei pysty vastaamaan metabolisen tarpeen lisääntymiseen, yleensä kun läpimitta on pienentynyt 50 %. Lepovirtaukseen vaikuttaa, jos läpimitta pienenee 80 %.

Stenoosin kasvaessa distaaliset arteriolit laajenevat maksimaalisesti virtauksen säilyttämiseksi siihen pisteeseen asti, jossa verisuonipohja on maksimaalisesti laajentunut. Pidemmälle menevä ahtauma johtaa virtauksen vähenemiseen, ja virtaus muuttuu paineesta riippuvaiseksi. Stenoosin proksimaaliseen laajentuneeseen rinnakkaiseen verisuonikerrokseen ohjautuvaa virtausta kutsutaan sepelvaltimoiden varkaudeksi, ja se voi pahentaa iskemiaa. Myös kollateraalien virtaus on usein paineesta riippuvaista.

Hypertensio

Vasen kammio hypertrofioituu vasteena kohonneelle jälkikuormitukselle. Myofibrillaarinen kasvu ylittää kapillaariverkoston, mikä johtaa kapillaaritiheyden vähenemiseen. Kohonnut intramyokardiaalinen paine alentaa subendokardiaalista verenkiertoa. Painekuorma lisää sydänlihaksen työtä ja hapentarvetta. Hypertrofioituneessa kudoksessa on myös heikentynyt vasomotorinen vaste hypoksiaan, mikä tekee sen alttiiksi iskemialle.

Sydämen vajaatoiminta

Heikentynyt ejektio johtaa suurempiin diastolisiin tilavuuksiin, kohonneeseen LVEDP:hen ja matalampaan sepelvaltimoiden perfuusiopaineeseen. Sympaattisvälitteinen systeeminen vasokonstriktio voi auttaa parantamaan sydänlihaksen perfuusiota, mutta se lisää painekuormitusta ja hapentarvetta.

Lääkkeet ja sepelvaltimoiden verenkierto

Trombosyyttilääkkeet, antikoagulantit ja lipidejä alentavat lääkeaineet

Nämä aineet vaikuttavat luumenin sisäpuolella estääkseen verisuonen läpimitan pienentymisen edelleen. Statiinit estävät HMG CoA -reduktaasia, joka on kolesterolisynteesiin osallistuva entsyymi. Trombosyyttilääkkeet estävät verihiutaleiden aggregaatiota, joka on usein alkuvaihe tukkeutuvan trombin muodostumisessa. Antitrombiinilääkkeet vaikuttavat hyytymiskaskadin eri kohdissa estääkseen trombiinin muodostumista.

Nitraatit

Nitraatit saavat aikaan verisuonten laajenemisen kaikissa verisuonikerroksissa typpioksidin vapautumisen välityksellä. Ne lievittävät sepelvaltimoiden vasospasmia, mutta niiden pääasiallinen hyöty on vähentää esi- ja jälkikuormitusta ja lisätä sepelvaltimoiden maksimaalista laajentumista. Refleksinen takykardia voi kumota hyödyt. Alueellinen verenkierto paranee kollateraalien laajentumisen ja pienemmän LVEDP:n vuoksi.

Kalsiumkanavan salpaajat

Ei-dihydropyridiinien (verapamiili ja diltiatseemi) verrattuna dihydropyridiinit (nifedipiini) saavat aikaan enemmän vasodilataatiota, vähemmän sinus- ja eteis-kammiosolmukkeiden estoa ja vähemmän negatiivista inotropiaa. Sydänlihaksen hapensaanti paranee sepelvaltimoiden laajentumisen ja pienemmän LVEDP:n vuoksi. Hapentarve vähenee supistuvuuden ja painekuormituksen vähenemisen vuoksi.

Angiotensiiniin vaikuttavat lääkkeet

Angiotensiinikonvertaasin estäjät vähentävät angiotensiini I:n muuntumista angiotensiini II:ksi. Nämä lääkkeet vähentävät angiotensiinivälitteistä vasokonstriktiota ja parantavat sydänlihaksen perfuusiota vasodilataation kautta ilman refleksitakykardiaa. Ajan myötä se säätelee myös kuitukudoksen muodostumista kudosvaurion jälkeen.3 Lääkkeet, kuten losartaani, ovat angiotensiinireseptoriantagonisteja ja tehostavat endoteelin typpioksidin vapautumista.

Kaliumkanavien avaajat

Nicorandil on uusi antianginaalinen aine. Kaliumin ulosvirtauksen lisääntyminen johtaa solunsisäisen kalsiumin vähenemiseen ja lihasrelaksaatioon. Se laajentaa sekä normaaleja että stenoottisia sepelvaltimosegmenttejä.

β-salpaajat

Sepelvaltimoissa on β2-reseptoreita. Kronotropia ja inotropia riippuvat β1-stimulaatiosta. Viimeaikaiset tutkimukset sepelvaltimotautia sairastavilla potilailla viittaavat siihen, että β-salpaajat eivät alenna sydämen minuuttitilavuutta niin paljon kuin alun perin luultiin. Sydämen sykkeen aleneminen pidentää diastolista perfuusioaikaa, ja ne estävät stressin aiheuttamaa sydänlihaksen supistumiskyvyn nousua. Kardioselektiivisiä β1-salpaajia saavilla potilailla vastustamaton systeeminen β2-stimulaatio vähentää jälkikuormitusta, parantaa ejektiofraktiota ja vaikuttaa ”positiivisesti inotrooppisesti”.4

Vasopressorit ja inotroopit

Nämä lääkkeet palauttavat sepelvaltimoiden perfuusiopaineen hypotensiivisillä potilailla, ja ne voivat olla erityisen hyödyllisiä niillä potilailla, jotka suuntautuvat kohti autoregulaatioalueen alapäätä. Mahdollinen aortan diastolisen paineen nousu saattaa kompensoitua sydänlihaksen hapentarpeen lisääntymisellä, joka liittyy suurempaan työkuormitukseen, supistumiskykyyn ja syketaajuuteen. Sydämen vajaatoiminnassa inotroopit alentavat myös LVEDP:tä.

Nukutus ja sydänlihaksen happitasapaino

Halogenoidut anestesia-aineet aktivoivat ATP-herkkiä kaliumkanavia ja alentavat solunsisäistä kalsiumia. Tämä johtaa negatiiviseen inotropiaan ja jäljittelee sydänlihaksen iskemian yksittäisten jaksojen suojavaikutusta ennen pitkäkestoista iskeemistä insulttia, niin sanottua ”iskeemistä esivalmistelua”. Lisäksi sepelvaltimoiden vasodilataatio ja pienentynyt jälkikuormitus johtavat yleensä suotuisaan sydänlihaksen hapen tarjonnan ja kysynnän suhteeseen.

Erityisesti isofluraani aiheuttaa sepelvaltimoiden vasodilataatiota. Arteriolit (vastusverisuonet) laajenevat enemmän kuin epikardiaaliset (johtavuusverisuonet). Teoriassa sepelvaltimoiden varkautta voi esiintyä sepelvaltimotaudin erillisessä anatomisessa kuviossa, mutta tämä ei ole osoittautunut käytännössä todeksi. Isofluraani voi kuitenkin aiheuttaa sepelvaltimotautipotilailla iskemiaa, jos takykardia ja hypotensio sallitaan. Sevofluraani ja halotaani eivät aiheuta takykardiaa tai sydänlihasperfuusion vääristynyttä jakautumista.5

Perioperatiivinen stressi aiheuttaa sympaattisesti välitettyä takykardiaa, hypertensiota, leikkausvoimien lisääntymistä ja sydänlihaksen hapentarpeen lisääntymistä. Keskusneuraksiaalinen salpaus estää tämän mahdollisesti haitallisen vasteen, mutta verenpaineen huomattava lasku alentaa sepelvaltimoiden perfuusiopainetta. Rintakehän epiduraalinen analgesia estää myös sympaattisen ulosvirtauksen sydämeen. Sympaattinen stimulaatio saa aikaan sepelvaltimoiden verisuonten laajenemisen terveillä henkilöillä, mutta verisuonten supistumisen potilailla, joilla on sepelvaltimotauti. 6