Předpokladem pro zvládnutí tohoto tématu je znalost z následujících oblastí
fyziologie:
- Excitabilní membrány, iontové kanály, ATP-ázy
- Regulace transportů vápníku
- Elektrické vlastnosti kardiomyocytu
- Převodní systém srdeční
- Šíření vzruchu srdcem
- Spřažení excitace s kontrakcí
1
- Boron: kapitola 22, str. 507-532
1
Základním úkolem srdce je pumpovat krev do oběhu. Minoritní je funkce humorální
(natriuretické faktory) a homeostatická (termoregulace).
Srdce je tlakově-objemové čerpadlo, složené ze dvou hemodynamicky samostatných
jednotek - pravé a levé - zapojených v sérii. Každou z těchto částí tvoří příslušná síň a
komora. Koordinovaný stah buněk pracovního myokardu zajišťuje vypuzení krve z
příslušné srdeční dutiny.
Pumpu lze charakterizovat jejím výkonem, tj. jaký objem přečerpá za jednotku času. V
případě srdce je to přibližně 5 litrů krve za minutu. Tento parametr nazýváme srdeční
výdej (minutový objem srdeční).
Důležité pojmy a vztahy – viz. obrázek:
srdeční výdej = srdeční frekvence x systolický objem; je stejný pro pravou i levou
komoru !!!
systolický objem = enddiastolický objem – endsystolický objem (reziduální objem
– POZOR neplést si s terminem rezervní!!!), množství krve vypuzené při jedné systole
ejekční frakce (jeden z indexů kontraktility, stanoven neinvazivně, echokardiograficky) =
procentuální vyjádření, jak velká část enddiastolického objemu je vypuzena během
ejekční fáze systoly do oběhu; fyziologicky minimálně 60%, zvyšuje se např. při
stimulaci sympatikem, zvýšení teploty, apod., klesá při snížené kontraktilitě (schopnosti
myokardu se stáhnout), např. při srdečním selhání
Kromě regulace stažlivosti (kontraktility) autonomním systémem hraje důležitou úlohu
také autoregulace síly stahu (lze ji vystopovat až na subcelulární úroveň).
2
Při zvětšeném protažení sarkomer kardiomyocyt vyvine stah o větší síle
(amplitudě). Tomuto fenoménu se říká heterometerická autoregulace (na délce
sarkomery závislá). Je to skutečně autoregulace, lze to pozorovat i na
jednotlivých kardiomyocytech, kde není žádný vliv regulačních mechanismů,
např. autonomního nervového systému nebo cirkulujících katecholaminů.
Na obrázku si můžete zopakovat struktury, které se účastní stahu samotného,
zprostředkovávají pohyb vápníku mezi extra a intracelulárním prostředím a
zajišťují jeho intracelulární skladování. Tyto struktury také hrají důležitou úlohu
3
ve spřažení excitace s kontrakcí.
3
Detailní pohled na struktury, které stojí v pozadí zvýšení síly stahu při
větším protažení sarkomery.
Všimněte si především titinu, proteinu z rodiny „giant“ proteinů, který
zajišťuje správné vzájemné postavení aktinu a myosinu. Kromě zvýšené
tvorby aktinomyosinových můstků a zvýšené citlivosti troponinu C pro
vápník při protažení sarkomery je titin další strukturou, která zajistí zvýšení
síly stahu při větší startovací délce sarkomery.
U srdce in situ vidíme analogii protažení sarkomer ve velikosti náplně
srdeční dutiny na konci diastoly, tj. čím větší náplň, tím silnější stah
(nedochází k městnání krve v dutině, vše „nadbytečné“ se ihned odbaví).
4
Homeometrickou autoregulaci, také nazývanou frekvenční jev (Bowditchovy
schody, schodišťový fenomén) popsal H. P. Bowditch na základě
experimentálních dat z modelu izolovaného žabího srdce. Platí ale beze
zbytku i pro srdce savčí.
Homeometrická autoregulace není založena na změnách délky sarkomery,
ale na množství vápníku, který je dostupný pro každý stah. Jeho množství,
uvolněné z terminální cisterny SR, se nazývá recirkulační frakce.
Zvýšení srdeční frekvence znamená zkrácení diastoly (tedy zkrácení doby
plnění), a tím zmenšení enddiastolického objemu komor. Bez korekce trvání
a síly kontrakce by došlo po krátké době k zástavě oběhu. (Heterometrickou
autoregulací v takové chvíli bude síla stahu klesat!) Díky homeometrické
autoregulaci se síla stahu udrží i při vzrůstající srdeční frekvenci, kdy by
docházelo výše zmíněným mechanismem k zeslabení stahu.
Při vyšší frekvenci se sice zkracuje trvání akčního napětí na kardiomyocytu a
tím se také zkracuje doba, po kterou ve fázi plateau vtéká vápník do buňky,
ale na druhé straně je těchto vápníkových proudů více za jednotku času
(minutu) a v součtu je celkový vtok vápníku do buňky při vyšší frekvenci větší
5
než při nižší srdeční frekvenci.
5
Zároveň se zkracuje čas, který je možno využít pro odčerpání vápníku zpět do
extracelulárního prostředí (Na+/Ca2+-výměníkem, Ca2+-ATPázou na sarkolemě).
Výsledkem je vyšší intracelulární koncentrace vápníku (POZOR – intracelulární,
tj. celková uvnitř buňky, samozřejmě většina tohoto „extra“ vápníku se z
cytoplazmy „uklidí“ do sarkoplazmatického retikula, takže cytosolická
koncentrace je fyziologická).
Tato autoregulace má smysl například při komorových tachyarytmiích, kdy
výrazné zkrácení diastoly negativně ovlivňuje srdeční výdej.
Při fyzické práci se zvýší tonus sympatiku, a tím se zvýší vtok vápníku do
kardiomyocytů přes déle otevřené L-Ca2+ kanály. Frekvenční jev zde tedy
nehraje klíčovou úlohu, spíše jen modulační.
Na originálních záznamech vidíme mechanickou odpověď (stah) izolovaného
papilárního svalu z pravé komory a ouška z levé síně srdce morčete při
zvyšující se frekvenci stimulačních pulzů (jsou to izolované kousky srdce, bez
vlastní automacie). Je zřejmé, že při vyšší frekvenci je síla vybuzeného stahu
větší. Jedná se o striktně kontrolovaný experiment, bez vlivu jakékoliv regulace
– vidíme zde pouze autoregulaci, která je vlastní každému kardiomyocytu v
daném preparátu.
6
Srdeční rezerva je číslo (index), které nám udává, kolikrát je srdce schopno
zvýšit svůj čerpací výkon (měřeno srdečním výdejem) v případě potřeby.
Fyziologické hodnoty kolísají od 4 (zdravé netrénované srdce) do 7 i více
(atletické srdce).
Klíčová je pro udržení čerpací funkce srdce správná perfuze krví. Není tedy
překvapením, že jednou z dílčích rezerv je koronární rezerva (výpočet –
viz. slide). Neinvazivně, nepřímo lze tuto rezervu stanovit např. při
ergometrii (sledováním EKG záznamu, při ischemii – změny ST segmentu).
Přímo ji lze stanovit invazivně, při koronarografii, většinou jako součást
katetrizace.
Chronotropní rezerva (výpočet – viz. slide) se pohybuje od 3 do 5. Vysoká
je opět u sportovců, kteří mají nízkou klidovou SF díky vysokému tonu
parasympatiku (a díky baroreflexu klesá SF také u atletického srdce, s
hypertrofií a eventuální dilatací levé komory).
Objemová rezerva (výpočet – viz. slide) je nejmenší a nejméně
ovlivnitelnou dílčí rezervou.
7
Modelový příklad, jak vypadá odpověď organizmu na zvyšující se zátěž
(např. při ergometrickém vyšetření, kde můžeme zátěž dobře dávkovat a
měřit, existují na to standartní protokoly) – měřeno jako srdeční výdej.
Všimněte si, že zdravé srdce s fyziologickou srdeční rezervou při určitém
zatížení již srdeční rezervu využije celou a další zvyšování zátěže nevede
k navyšování srdečního výdeje (tedy výkonu pumpy).
Atletické srdce získalo – díky adaptačním mechanismům, které se projeví
po určité době pravidelného tréninku o určité zátěži (krátká doba nebo
malá zátěž k adaptaci nepovedou!) – větší rezervu, tedy může pracovat do
vyšší zátěže a stále zvyšovat výkon.
U selhávajícího srdce je srdeční rezerva velmi omezená nebo úplně
vyčerpaná. Při zátěži (i minimální) není toto srdce schopné zvýšit svůj
výkon – pacient není schopen žádné významnější fyzické aktivity.
8
Zopakujte si termíny, které využijete při celé řadě otázek při zkoušce.
Klíčové je si uvědomit, že jednotlivé typy svalů se liší tím, jak při
protahování reagují (vztah délka – tenze, viz. další slide).
Pokud sval není protažen na tzv. minimální délku, není schopen se
stáhnout, ani když ho podráždíme externím stimulem (např. „utržený“
kosterní sval, který je fyziologicky udržován na minimální délce pomocí
ligament inzerovaných na opěrný aparát).
Optimální délka je taková délka svalu (resp. sarkomery), při které je sval
schopen vyvinout po podráždění maximální odpověď.
Pro mechaniku srdeční jsou klíčové dva termíny:
Preload – tzv. předtížení, buď protažení svalu (v experimentu) nebo náplň
srdeční dutiny (většinou uvažujeme o komorách, resp. levé komoře).
Afterload – tzv. dotížení, buď si lze představit jako tlak, který musí být v
srdeční dutině dosažen (aby se otevřela chlopeň) nebo jako odpor, proti
kterému srdeční dutina čerpá krev (který musí překonat, nejčastěji se
9
skutečně pracuje s modelem levé komory).
9
Ačkoliv je srdeční svalovina (pracovní myokard) příčně pruhovaný sval, od
kosterního svalu se liší vztahem délka-tenze. Jednoduše lze hlavní rozdíl
shrnout do věty, že srdeční sval pracuje na vzestupné části křivky aktivní
tenze (vyvinutého stahu), zatímco kosterní sval na jejím vrcholu.
10
Zopakujte si základní časové vztahy mezi elektrickými ději a mechanickou
odezvou u jednotlivých typů svalů. Pro toto téma je samozřejmě klíčové
uvědomit si rozdíly mezi příčně pruhovanými svaly.
Je nutné zdůraznit, že kardiomyocyt má dlouhé trvání akčního potenciálu
(kratší u síňových, delší u komorových buněk), a tím pádem velmi dlouhou
refrakterní periodu. Nemůže tedy dojít k časové sumaci stahu a event. k
tetanické kontrakci, která by s čerpací funkcí srdce byla neslučitelná.
11
Většina svalů se stahuje auxotonně, tj. přechází v sebe stah izometrický
(nemění se délka sarkomer, sval se nezkracuje, zvyšuje se vyvíjená tenze)
a stah izotonický (tenze již nenarůstá, ale sval se zkracuje, mění se délka
sarkomer). Srdeční sval není v tomto výjimkou a je to pěkně vidět v
průběhu systoly.
Na jednoduchém experimentu na izolovaném proužku svalu je vidět, jak
srdeční sval pracuje s preloadem a afterloadem (in situ s náplní komory a
odporem za ní).
1. Sval nejprve protáhneme – černé závaží (preload). (Komora je na
konci diastoly naplněná enddiastolickým objemem, sarkomery se
protáhnou na určitou délku).
2. Pak závaží podložíme, aby se už proužek svalu dál neprotahoval
(další krev už do komory nepřitéká). Přidáme žluté závaží (afterload).
(Komora bude muset překonat určitý odpor, aby mohla krev vypudit.)
3. Sval podráždíme (AP). Začne se stahovat izometricky (narůstá tenze,
fáze izovolumické kontrakce v srdečním cyklu).
4. Až překoná afterload, začne se stahovat izotonicky (fáze ejekce) a
pohne i s žlutým závažím (preload, srdce čerpá, krev opouští komoru).
Zkuste si představit, jak zdviháte těžké břemeno: nejprve vyvinete určitou
tenzi („sílu“), abyste překonali jeho tíhu a pak se svaly zkrátí a břemeno
12
zdvihnete.
12
Srdeční cyklus lze graficky vyjádřit jako tlakově-objemový diagram (P-V
loop).
Systola: A – C
Diastola: C – A
Práce srdce je dána velikostí plochy smyčky, lze ji také vypočítat jako
součin přečerpaného objemu a vyvinutého tlaku.
Všimněte si faktu, že v ejekční fázi roste tlak uvnitř komory, ačkoliv objem v
komoře klesá. Na tuto situaci lze aplikovat Laplaceův zákon – viz. slide
(tlak P vzrůstá, tenze T se nemění – jedná se o izotonický stah, tloušťka
stěny H narůstá a poloměr komory r se zmenšuje).
13
Zde si můžete krok za krokem projít jednotlivé fáze srdečního cyklu a na
Laplaceově zákonu uvidíte základní vztahy mezi parametry, s kterými v
těchto procesech počítáme – tj. tlak, tenze, tloušťka stěny komory a
poloměr komory.
14
Následující tři slidy popisují MODELOVOU SITUACI, kdy se mění jeden z
parametrů ovlivňujících srdeční cyklus.
Červená smyčka – klidový stav. Barevná smyčka – změna parametru.
Vždy uvažujeme, že se změní dotyčný parametr jen na jeden srdeční
cyklus.
Pokud skokově naroste preload (fyziologicky se s touto situací setkáváme
například při hlubokém dýchání, předklonu, klinostatické reakci, apod.),
zvětší se enddiastolický objem, křivka se posune doprava, zvětší se plocha
P-V diagramu. Většina objemového přírůstku se „odbaví“ hned v prvním
srdečním cyklu díky heterometrické autoregulaci. (Bod B při malé změně
preloadu zůstane na stejné hodnotě tlaku – nezmění se otevírací tlak pro
aortální chlopeň; při větší změně preloadu může trvat několik srdečních
cyklů, než se zvýšený objem v komoře odbaví a to má za následek
přechodnou změnu tlaku v aortě a samozřejmě také posun bodu B nahoru
– nikdy to ale nebude velká změna a hlavně nebude trvalá, jako v případě
zvýšeného afterloadu – viz. následující slide).
15
Pokud skokově naroste afterload (takovou situaci nejspíš fyziologicky
neuvidíme, ale v experimentu můžeme třeba zatlačit na aortu, zvenčí,
mechanicky), posune se nahoru bod B (tlak, při kterém se otevře aortální
chlopeň, zvýší se tedy tlak v komoře, prodlouží se fáze izovolumické
kontrakce, což je pro sval energeticky náročné). Opět se zvětší plocha
ohraničená P-V smyčkou, jinými slovy vzroste práce srdce.
Doba trvání systoly je poměrně stabilní, při prodloužení fáze izovolumické
kontrakce se tedy zkrátí fáze ejekční. V komoře tedy zbude větší
endsystolický objem.
16
Pokud v tomto modelovém případě dojde ke změně afterloadu jen na jeden
cyklus, odbaví se přebytek objemu v komoře v následujícím cyklu díky
heterometrické autoregulaci a další cyklus již bude probíhat ve
fyziologickém rozmezí.
(Norma – zvýšený afterload – zvýšený preload – norma.)
17
Srdeční cyklus (jako odraz mechanických dějů na srdci) můžeme na
povrchu těla sledovat pomocí srdečních ozev, které slyšíme nad
jednotlivými chlopněmi, v místech s nejlepší slyšitelností (viz. praktická
cvičeni). Hlavním fyzikálním dějem, který dává vznik těmto poslechovým
fenoménům, je VIBRACE daných struktur a sloupců krve.
18
Fyziologické srdeční ozvy jsou dvě. Jsou to poslechově ohraničené
fenomény. Pokud slyšíme nějaký další zvuk mezi první a druhou ozvou
(tedy v době systoly), jedná se o šelest, a to systolický. Pokud ho slyšíme
mezi druhou a následující první ozvou, je to šelest diastolický.
Podkladem šelestů je především TURBULENTNÍ PROUDĚNÍ krve. K tomu
dochází, pokud krev protéká chlopní, která není dostatečně otevřená –
STENÓZA chlopně. Druhou možností je, že chlopeň je nedomykavá
(nedostatečná, INSUFICIENCE), dochází tedy k zpětnému toku
(regurgitaci krve) skrz tuto chlopeň v době, kdy by měla být pevně
uzavřená.
Na základě grafu na slidu snadno odvodíte, o jaký šelest se jedná.
Příklad: slyším šelest nad aortální chlopní mezi první a druhou ozvou, tedy
v době systoly, aortální chlopeň má být v tu dobu otevřená – slyším-li nad
ní šelest, jedná se o šelest systolický z důvodu aortální stenózy.
19
Polygram – současný záznam různých parametrů v čase – obvykle
registrujeme, abychom mohli studovat vzájemné souvislosti těchto dějů.
Dříve se na vybraných pracovištích dělal polygram za účelem výpočtu
indexů kontraktility – viz. praktická cvičení. S nástupem echokardiografie
toto vyšetření v rutinní klinické praxi pozbylo na významu. Využívá se
experimentálně.
Pro studium fyziologie je ovšem přínosné, na obrázku si můžete uvědomit
vzájemné časové souvislosti elektrických a mechanických dějů na srdci a
vztahu k dalším, periferním parametrům. Zkuste si takový polygram
nakreslit, například podle instrukcí v praktických cvičeních. Je to vhodné
pro opakování před zkouškou.
20
Zopakujte si, co již víte o srdeční rezervě (viz. výše).
Ztráta srdeční rezervy – tj. neschopnost zvýšit výkon srdce jako pumpy –
charakterizuje srdeční selhání. Jedná se o závažný stav, do kterého často
progredují chronická kardiovaskulární onemocnění (hypertenze, ICHS,
apod.). Může se ale jednat i o akutně vzniklé srdeční selhání.
21
Toto je nepovinný slide – zamyslete se nad tím, jak může k srdečnímu
selhání dojít (AKUTNÍ – například poinfekční komplikace chřipky,
myokarditida, CHRONICKÉ – postupná ztráta srdeční rezervy, viz.
předchozí komentář) a kam může tato situace pokračovat (náhlá smrt,
kompenzace, dekompenzace).
22
Na tomto a následujícím slide si zopakujeme, které FYZIOLOGICKÉ
mechanismy se uplatňují při korekci některých příznaků/projevů srdečního
selhání. Vždy je uveden daný mechanismus, jeho fyziologická úloha,
spouštěcí podnět za fyziologické situace a místo detekce změny parametru
(senzor) a poté signál, který v případě srdečního selhání spustí tento
fyziologický mechanismus. V případě srdečního selhání ovšem „zapnutí“
takové regulace vede k negativním dopadům na organismus a není-li včas
takový bludný kruh rozetnut (například vhodnou farmakoterapií), povede k
zhoršení situace.
Rozhodně se nemusíte učit farmakoterapii 
23
Viz. komentář k předchozímu slidu.
Ad HYPERTROFIE:
Srdce, které musí čerpat proti vysokému afterloadu (například u arteriální
hypertenze), musí vyvinout větší tenzi ve fázi izovolumické kontrakce
srdečního cyklu. To je energeticky velmi náročné. Zvýšená tenze vede ke
zvýšení spotřeby kyslíku ve tkáni. To povede k remodelaci myokardu – zde
z patologických příčin, na rozdíl třeba od remodelace „fyziologické“ u
sportovního (atletického) srdce. Tato remodelace je makroskopicky patrná
jako zvětšení tloušťky stěny komory (h).
24