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.jpg 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 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 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 200100 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 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 Izovolumickákontrakce fáze Izovolumickárelaxace 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 Izovolumickákontrakce fáze Izovolumickárelaxace 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