Srdce seminář Funkce Srdce je pumpa : Funkcí srdce je přečerpávání (pumpování) krve do cévního systému. Protože cévní systém je uzavřený, srdce vytváří klesající tlakový gradient na začátku a na konci cévního systému, který je hnací silou pro tok krve cévami. Srdeční aktivita •Elektrická – srdeční buňky jsou schopné vytvářet akční potenciál a vést vzruch (EKG, VKG,…) •Mechanická – pumpa, kontrakce srdečního svalu (FKG, TK, pulzová vlna, ultrazvuk) Morfologie trochu komplikovanější, než se zdá…. optimista pesimista realista Morfologie – stavba srdce Pravé a levé srdce jsou sériově zapojené pumpy. (pravé srdce – plíce – levé srdce – velký oběh – ….) pravá síň http://www.fpnotebook.com/_media/CvAnatomyHeartApicalFourChamberView.gif Horní dutá žíla Dolní dutá žíla Pravá komora Levá komora Mezikomorové septum apex Levá síň Pulmonální arterie aorta Pulmonální žíla Histologie •Vlastnosti srdečních buněk: excitabilita, kontraktilita, vodivost, automatičnost, rytmičnost •Buňky převodního systému (primárně tvorba a vedení AP, sekundárně kontrakce) •Buňky pracovního myokardu síňového a komorového (primárně kontrakce, sekundárně vedení AP) •Další pojivové tkáně, vlákna (kolagenní, elastická), cévy,… http://medcell.med.yale.edu/histology/muscle_lab/images/quiz5.jpg Myokard •Příčně pruhovaný srdeční sval (aktin a myozin, mnoho mitochondrií, sarkoplazmatické retikulum – zásobník Ca2+) •Interkalární disky - spojení svalových vláken •Nexy (gap junction) – kanály mezi buňkami, průtok iontů, vedení vzruchu - funkční syncytium Interkalární disk Metabolické nároky srdce •Jen oxidativní fosforilace – maximalizace tvorby ATP •Vysoké množství mitochondrií (zdroj 90 % ATP) •Spotřeba •Svalová kontrakce - 60 – 70 % ATP •Ca-ATPáza sarkoplazmatického retikula, další pumpy – 30 – 40 % •Srdce je jako domácí prasátko, zpracuje, co se mu dává •V klidu •60 % volné mastné kyseliny, triglyceridy •35 % sacharidy •5% ketolátky •60 – 90 % acetyl_CoA z beta oxidace (zbytek glykolýza) •Substráty pro glykolytickou dráhu (glukosa a glykogen) pocházejí z exogenních zdrojů •Za normálních okolností (mimo ischenii a max výkon) metabolizuje laktát • •Za anaerobních podmínek (ischémie) se pyruvát redukuje na laktát – anaerobní glykolýza. •Srdce během hladovění nebo špatně léčeného diabetu využívá a oxiduje ketolátky (stávají se hlavním substrátem) • Metabolické nároky srdce - ischemie •Za anaerobních podmínek (ischémie) se pyruvát redukuje na laktát – anaerobní glykolýza •Stačí malá ischemie pro narušení metabolismu •Ztráta kontraktilní funkce, arytmie, smrt buněk •Pokles pomeru ATP/ADP, •Hromadění AMP, produkty metabolismu nejsou odstraňovány (laktát, NADH+, H+), acidóza poškozuje metabolismus a kontraktilitu •Uvolnění troponinu z cytoplazmy myocytů – marker IM •Další markery •Kreatinin kynaza (CK) •Izoenzym glykogenfosforylasy (GPBB) •myoglobin Věnčité (koronární) tepny vystupují z aorty (za chlopní) a zásobují srdeční sval krví. Hustá kapilarizace – poměr počtu svalových vláken ku kapilárám je cca 1:1. Žilní krev ústí do pravé síně, některá rovnou do komor. http://4.bp.blogspot.com/-r3IsX9XBJeg/TbdnDjCoe6I/AAAAAAAAAsg/bRfw5bo6hY8/s1600/Coronary+arteries.j pg pravá koronární tepna Levá koronární tepna aorta Morfologie – koronární řečiště Srdce Koronární oběh •koronárky se plní v diastolické fázi srdečního cyklu, protože během systoly jsou cévy utlačeny kontrakcí svalu •hnací silou je tedy DBP •žilní krev ústí do pravé síně (70%) nebo rovnou do komor •větší průtok je levou koronárkou •dobře vyvinutá metabolická autoregulace C:\Users\user\Desktop\výuka\učení fyziologie\Boron - Medical Physiology\Pages\Images\IV. The Cardiovascular System\Chap 23_Special Circulations\S23283-023-f004.jpg aortální tlak průtok krve levou koronární arterií průtok krve pravou koronární arterií •pravá a levá koronární arterie odstupují z aorty hned za chlopní •hustá kapilarizace - kapiláry : svalová vlákna jsou 1:1 Koronární oběh •Spotřeba kyslíku je dána •čerpáním kyslíku v arteriální a venózní krvi: O2(Ca - Cv) •Koronárním průtokem Q •Pouze aerobní glykolýza – lineární vztah mezi spotřebou O2 a průtokem Q •O2(Ca - Cv) je i v klidu vysoká (60% O2 arteriální krve) a nelze příliš navýšit •Q = BP/R •Regulace zásobení kyslíkem je hlavně prostřednitvím změny R – může klesnout až na 20 – 25 % klidové hodnoty – Q se zvýší 4- 5 x (koronární rezerva) • •Regulace průřezu koronárních cév •Metabolická autoregulace (dominantní) - ↓O2, ↑ADP, AMP, K, adenozin (A2 recetory), ↑laktát (anaerobní gl.), ↓pH •Endotelové působky – bradykinin, histamin, acetylcholin (skrze NO) •Neurohumorálně (sekundární) - sympatikus •alfa 1 - jen epikardiálně, vazokonstrikce, méně důležité •Beta 2 – subepikaridálně, vazodilatace, důležité • Řízení a regulace srdeční aktivity Srdce pracuje automaticky, jeho činnost je pouze regulována Ovlivnění srdce Chronotropie – schopnost zvýšit srdeční frekvenci Inotropie – schopnost zvýšení síly kontrakce Dromotropie – schopnost zrychlení vedení vzruchu Luzitropie – schopnost relaxace Autonomní nervový systém Sympatikus: přímý pozitivně chronotropní, dromotropní, luzitropní a inotropní vliv ®zvýšení minutového srdečního výdeje Paraympatikus: negativně chronotropní, dromotropní a inotropní vliv (v některých případech nepřímo) ®snížení minutového srdečního výdeje Regulace chronotropie pacemakerových buněk SA uzlu •N vagus – acetylcholin (M2 receptory na pacemkerových bunkách,↓cAMP) •Zvyšuje vodivost pro K - snižuje hodnotu maximální polarity, zpomaluje pomalou depolarizaci •Sympatikus – noradrenalin, adrenalin (beta1 receptor) •Zvyšuje vodivost pro Ca – zrychluje pomalou a rychlou depolarizaci, snižuje práh pro rychlou depolarizaci •Podřízené části převodního systému – jen pod vlivem sympatiku (pro případ nefunkce SA uzlu, aby junkční rytmus nebyl dál zpomalován) • Normal AP parasympatikus sympatikus sympatikus práh Regulace inotropie (pracovní myokard) •Sympatikus - nárůst koncentrace Ca v buňce (↑cAMP) •zvýšení vodivosti pro Ca (beta1) •Parasymp. snižuje inotropii komor hlavně přes inhibici sympatiku, tedy nepřímo Výsledek obrázku pro Dropsy and Other Diseases withering Náprstník a vodnatelnost •Srdeční nedostatečnost způsobuje městnání krve před srdcem a zvýšení žilního krevního tlaku, který se propaguje až do kapilárního tlaku. Zvýšená kapilární filtrace způsobuje otoky (včetně ascitu), což bylo nazýváno jako vodnatelnost. Skotský lékař Withering v experimentoval v 18. století s odvarem z náprstníku (digitalis) a zjistil, že léčí vodnatelnost. Až později se zjistilo, že omezení otoků byl jen důsledek zlepšení funkce srdce. •Digitalis inhibuje Na/K-ATPázu, snižuje hnací sílu pro 3Ca/Na výměník a tím zvyšuje koncentraci Ca v buňce. Příčně pruhovaný srdeční sval Příčně pruhovaný kosterní sval Hladký sval Akční potenciál (AP): cca 250 ms Kontrakce svalu: cca 250 ms Elektromechanická latence (EML): do 10 ms 0 200 100 300 400 Čas od počátku AP (ms) AP: 5 ms EML: do 10 ms Trvání kontrakce: průměrně cca 20 ms (8 - 100 ms dle typu vláken) AP (hrotový potenciál): cca 50 ms Kolísavý klidový membránový potenciál, při překročení depolarizačního prahu vzniká hrotový potenciál neboli „spike“. Je více typů AP u hladkého svalu. Dlouhá refrakterní doba Délka AP a kontrakce závisí na srdeční frekvenci Délka elektromechanické latence a délka kontrakce závisí na typu kosterního svalu (typ S nebo F) EML: cca 200 ms Vrchol kontrakce cca 500 ms od AP Trvání kontrakce cca 1000 ms Napětí svalu 0 500 1000 Podání noradrenalinu při HR 60 bpm ms HR 60 bpm HR 30 bpm C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\učení fyziologie\Boron - Medical Physiology\Pages\Images\IV. The Cardiovascular System\Chap 21_Heart as a Pump\S23283-021-f009a.jpg Heterometrická autoregulace (Frank-Starlingův princip): Se zvyšující se náplní srdce (protažení srdečního svalu) roste síla stahu Principy: 1) vzájemný vztah aktinu a myozinu při různém protažení vláken, 2) protažení vlákna zvyšuje citlivost troponinu na vápník Homeometrická autoregulace (frekvenční jev): Se zvyšující se srdeční frekvencí dochází ke zvyšování síly stahu. Příčina: Zvyšuje se poměr koncentrace intracelulárního ku extracelulárnímu vápníku (převažuje vyklízení Ca do sark. retikula nad vyklízením z buňky) malá náplň srdce zvýšená náplň srdce extrémní protažení srdečního svalu čas síla stahu Bowditchovy schody Autoregulace stahu srdečního svalu Frekvenční jev je jakousi analogií časové sumace u kosterního svalu, u srdečního svalu však díky dlouhé refrakterní fázi nemůže nastat tetanický stah. Srdeční cyklus - střídání systoly a diastoly síní a komor •systola: kontrakce •diastola: relaxace •depolarizace síní ® systola síní – krev je dopumpována do stále relaxovaných komor •depolarizace komor ® systola komor •systola komor: •izovolumická kontrakce – stoupá tlak v komorách ale krev ještě není vypuzována •začíná zavřením síňokomorových chlopní (tlak v komoře větší než tlak v síni) •Končí otevřením aortální a pulmonální chlopně (tlak v komorách se vyrovná tlaku v aortální a pulmonální tepně = diastolický tlak) •ejekční fáze – krev je vypuzována do tepen (tlak v komorách větší než v tepnách) •Začíná otevřením aortální a pulmonální chlopně a končí jejich uzavřením •diastola komor: •izovolumická relaxace – klesá tlak v komorách (menší než v tepnách), ale komory se ještě neplní •Začíná uzavřením aortální a pulmonální chlopně a končí otevřením síňokomorových chlopní (komorový tlak klesne pod síňový) •fáze plnění – otevírají se síňokomorové chlopně a krev teče po tlakovém gradientu do komor •Na začátku fáze rychlého plnění komor •Ke konci depolarizace a systola síní ® doplnění komor •depolarizace a systola komor…. Chlopně jsou jednosměrné, uzavírají se, když je tlakový gradient „protisměrný“ Srdeční cyklus P-V diagram (levá komora) tlak (mmHg) objem (ml) 120 80 100 50 120 plocha = práce vykonaná srdcem plnící fáze diastoly fáze DTK - otevření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) STK (maximální tlak v komoře i aortě) uzavření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) uzavření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) otevření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) End-systolický objem End-diastolický objem systolický objem (70 ml) TK v aortě 12 Srdeční cyklus P-V diagram (levá komora) tlak (mmHg) objem (ml) 120 80 100 50 120 plocha = práce vykonaná srdcem plnící fáze diastoly fáze DTK - otevření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) STK (maximální tlak v komoře i aortě) uzavření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) uzavření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) otevření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) TK v aortě PS