Fyziologie srdce 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... Morfologie - stavba srdce Pravé a levé srdce jsou sériově zapojené pumpy, (pravé srdce - plíce - levé srdce - velký oběh - ....) Pravá komora Adapted from Corel Draw 9 Library http://wwwipnotebookxom/_media/CvAnatomyHeartApicalFourChamberView.gif Morfologie - koronárni řečiště Superior vena cava Aortic semilunar valve Right atrium pravá koronárni tepna Posterior- interventricular artery Right marginal artery Right ventricle- 11 aorta Pulmonary trunk Levá koronárni tepna uoii dinům Circumflex artery Anterior interventricular artery Left ventricle Věnčité (koronárni) 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/-r3lsX9XBJeg/TbdnDjCoe6l/AAAAAAAAAsg/bRfw5bo6hY8/sl600/Coronary+arteries.jpg Morfologie - převodní systém srdeční • Tvorba a přednostní vedení akčního potenciálu • Synchronizace a koordinace vedení vzruchu srdcem Histologie • Vlastnosti srdečních buněk: excitabilita, kontraktilita, vodivost, automatičnost, rytmičnost • Buňky převodního systému (primárně tvorba a vedení AP, sekundárně kontrakce) • Buňky pracovního myokardu sinového a komorového (primárně kontrakce, sekundárně vedení AP) • Další pojivové tkáně, vlákna (kolagenní, elastická), cévy,... 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 http://medcelLmed.yale.edu/histology/muscle_lab/images/quiz5.jpg Akční potenciál - pracovní myokard Na kanál se uzavřel Fáze 1-Pomalé otevírání Ca kanálů pomalé zavírání Ca kanálů Fáze 3- Repolarizace Fáze 4 -Zavření K kanálů cas Otevření napěťově řízených kanálů vstup Na do buňky Klidový potenciál - záporné napětí na membráně (cca - 90 mV) Jedině v tomto období je možné vyvolat depolarizaci a AP Akční potenciál (AP) • V průběhu AP nelze vyvolat další depolarizaci, buňka je v refrakterní fázi, čímž brání vzniku tetanického stahu • Má několik fází • Depolarizace • Fáze plato - její hlavní funkcí je prodloužení refrakterity buňky (absolutní refrakterita, nelze vyvolat další AP) • Repolarizace - relativní refrakterita (další příchozí AP může vyvolat následnou depolarizaci, která je však patologická) Akční potenciál - pracovní myokard Akční potenciál (AP) • Depolarizace - vstup Na+ do buňky (Na je depolarizačním iontem, rychlý) • Fáze plató - vstup Ca2+ do buňky a výstup K+ z buňky (zároveň pumpování Na+ a Ca2+ z buňky) • Repolarizace - výstup K z buňky (zároveň pumpování Na+ (Na/K - ATPáza) a Ca2+ z buňky (Ca-ATPáza)) Pozn: lonty vstupují a vystupují kanálem pasivně po kone. a el. gradientu. Pumpování iontů je aktivní děj, většinou proti gradientu -l-1-1-1-h 100 200 Čas [ms Akční potenciál - pacemakerová buňka (sinoatriálního uzel) Nemá stabilní klidový potenciál (prepotenciál) • dochází k pomalé depolarizaci způsobené vstupem Ca2+ a Na+ do buňky pomalými kanály Akční potenciál (AP) • k vlastní rychlé depolarizaci dochází, když prepotenciál překročí práh (- 40 mV) • Depolarizace - vstup Ca2+ do buňly (vápnik je depolarizačním iontem, je pomalejší) • Repolarizace - výstup K z buňky (zároveň pumpování Na+ (zároveň pumpování Na+ (Na/K - ATPáza) a Ca2+ z buňky (Ca-ATPáza)) Pozn: lonty vstupují a vystupují kanálem pasivně po kone. a el. gradientu. Pumpování iontů je aktivní děj, většinou proti gradientu Pomalý depolarizační prepotenciál umožňuje rytmické vznikání AP v SA uzlu - pacemaker Podobný tvar AP má buňka AV uzlu > E 'o c CD ■4—1 O Q. r o c -nj k_ -Q E O) T3 =5 O u o ■M C o Q. _l_20 Akční potenciál SA uzlu "[nestabilní __kl. pot. g -20-- -40-- -60-- ■80-- 100 2 0 ■2 -80 •100 -I-h 200 100 200 Akční potenciál pracovní a pacemakerové buňky Pracovní myokard • Stabilní klidový potenciál (-90 mV) • Sodíkový depolarizační proud Pacemakerová buňka • Nestabilní klidový potenciál (-60 až -40 mV) • Vápníkový depolarizační proud +20 'u c CD +-> o Q. > O C -OJ i_ _Q E cu < T3 O U > O *3 >cu Q. Akční potenciál pracovního myokardu Akční potenciál SA uzlu 100 200 100 Čas [ms] 200 100 200 100 200 Čas [ms] Převodní systém srdeční - gradient srdeční automacie Rytmické vytváření AP a preferenční vedení vzruchu Síně jsou od komor oddělené nevodivou vazivovou přepážkou • Sinoatriální uzel (SA) - vlastní frekvence 100 bpm (většinou pod tlumivým vlivem parasympatiku), rychlost vedení vzruchu 0,05 m/s • Preferenční internodální sinové spoje - rychlost vedení vzruchu 0,8 - 1 m/s • Atrioventrikulární uzel - jediný vodivý spoj mezi síněmi a komorami, vlastní frekvence 40 - 55 bpm, rychlost vedení 0,05 m/s • Hisův svazek - rychlost vedení 1 - 1,5 m/s • Tawarova raménka - rychlost vedení 1 -1,5 m/s • Purkyňova vlákna - rychlost vedení 3 - 3,5 m/s Sinusový rytmus - vzruch začíná v SA uzlu Junkční rytmus - vzruch se tvoří v AV uzlu Aktivace komorového myokardu - z vnitřní strany k vnější Repolarizace komorového myokardu - opačným směrem Pozn: vlastní frekvence je frekvence vzniku AP neovlivněná nervovým a hormonálním řízením https://www.prirodovedci.cz/storage/images/410x/1611.png Gradient akčního potenciálu SA uzel Síň o vy myokard AV uzel Hisův svazek 'Tawarova raménka urkyňova vlákna Komorový myokard Komorový myokard Následná depolarizace - vznik AP v relativní refrakterní fázi - patologické (netřeba znát ke zkoušce z fyziologie) Elektrický dipól EKG: Elektrická aktivita srdce měřená z povrchu těla depolarizovaná buňka Depolarizační vlna + nedepolarizovaná buňka Elektrický dipól depolarizovaná tkáň Elektrický vektor Depolarizační vlna Dílčí elektrický vektor pro daný úsek tkáně Výsledný elektrický vektor Elektrický dipól Elektrokardiografie EKG: Elektrická aktivita srdce měřená z povrchu těla Elektrický vektor srdeční vzniká součtem dílčích elektrických vektorů v srdci Elektrický vektor má v daném čase • Velikost - určená počtem buněk, které mění svoji polaritu v daném směru Depolarizační • Směr - kolmý na depolarizační fc™— vlna vlnu Elektrokardiografie Elektrický vektor srdeční vzniká součtem dílčích elektrických vektorů v srdci Elektrický vektor má v daném čase • Velikost - určená počtem buněk, které mění svoji polaritu v daném směru • Směr - kolmý na depolarizační vlnu El. vektor je proměnlivý v čase (tak, jak se šíří depolarizační nebo repolarizační vlna) a vlákna EKG svody Záporná elektroda Q Kladná elektroda kvňova vlákna Svod měří rozdíl el. w v> potenciálů na elektrodách -napětí mezi elektrodami Napětí snímané na svodu V = 02- Ox EKG - základní, bipolární (Einthovenovy svody) EKG - základní, bipolární (Einthovenovy svody) EKG - základní (Einthovenovy svody) video EKG - základní (Einthovenovy svody) L F EKG - historie EKG - historie EKG - Wilsonova svorka Wilsonova svorka: • Vzniká spojením končetinových elektrod přes odpory • elektricky představuje střed srdce (reálně je vyvedena stranou nebo dopočítána) • Pasivní elektroda (konstantní potenciál) Aktivní elektroda: proměnný potenciál Pasivní elektroda (neaktivní): konstantní potenciál EKG - Wilsonova svorka Wilsonova svorka: • Vzniká spojením končetinových elektrod přes odpory • elektricky představuje střed srdce (reálně je vyvedena stranou nebo dopočítána) • Pasivní elektroda (konstantní potenciál) Wilsonova svorka reálně EKG - Wilsonovy svody (unipolární) R Wilsonovy svody: • Spojeni Wilsonovy svorky s aktivní končetinovou elektrodou • Aktivní elektrody mají vždy kladný náboj Wilsonova svorka VF F EKG - augmentované Golbergerovy svody (unipolární) aktivní elektroda F EKG - augmentované Golbergerovy svody (unipolární) F EKG - Wilsonovy a augmentované svody R Augmentované svody mají sice stejný směr, jako Wilsonovy svody („dívají se na srdce ze stejného směru"), ale poskytují zesílený signál aVR F Končetinové svody - frontální rovina I R aVR aVL aVF + I, II, III, aVL, aVR, aVF y+ F Vektokardiografie Elektrický vektor se pohybuje ve třech rozměrech. Křivka EKG záleží na směru svodu, na který se vektor promítá. Končetinové svody se „dívají" na srdeční elektrickou aktivitu jen ve frontální rovině. Ale co ostatní roviny? —» hrudní svody Vertikální rovina EKG - hrudní svody (unipolární) • Spojení hrudní elektrody (aktivní, kladné) s Wilsonovou svorkou (záporná, neaktivní) EKG - 12 svodové EKG aVF • 3 Einthovenovy svody (bipolární)-l, II, III • 3 Golgbergerovy augmentované svody (unipolární) - aVL, aVR, aVF • 6 hrudních svodů (unipolární) Používáme 13 elektrod.... Proč? aVR aVL aVF EKG svody podle Cabrery 120 aVL 30 I 0' aVR 30 Směry končetinových svodů jsou zachované. Jsou pouze přeskládané tak, aby se protínaly ve středu. 90' Elektrická osa srdeční 120 aVL -30' Elektrická osa srdeční: průměrný směr elektrického vektoru srdečního v průběhu depolarizace komor: QRS komplexu (lze odhadnout podle velikosti kmitu R) Srdeční osa fyziologicky směřuje dolu, doleva, dozadu Rozmezí fyziologické: Střední typ 0°-90° Levý typ -30° - 0° Pravý typ 90° -120° Deviace doprava: > 120 ° (hypetrofie LK, dextrokardie) Deviace doleva: < -30° (hypetrofie LK, těhotenství, obezita) 90 EKG křivka EKG (II svod): • P: depolarizace síní Úsek PQ: síně jsou depolarizované, komory se ještě nezačaly depolarizovat Q: první negativní kmit QRS komplexu (depolarizace komorového septa) R: první pozitivní kmit QRS komplexu (depolarizace srdečního hrotu) S: negativní kmit následující po R (depolarizace bazálni části LK) Úsek ST: komory jsou depolarizované a ještě se nezačaly repolarizovat • P: repolarizace komor Srdeční cyklus - střídání systoly a diastoly síní a komor • systola: kontrakce Chlopně jsou jednosměrné, uzavírají se, když • diastola: relaxace Je tlakovÝ gradient „protisměrný" • 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 sinový) • 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.... Srdeční cyklus P-V diagram (levá komora) tlak (mmHg) 120 + 100 " 80 " STK (maximální tlak v komoře i aorte) uzavření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) 12 " otevření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) u E o > o N plocha = práce vykonaná srdcem u E o > o N plnící fáze diastoľ DTK - otevření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) 0 systolický objem (70 ml) End-systolický End-diastolický objem objem uzavření dvojcípé chlopně (aortální je zavřená) ] objem (ml) Srdeční cyklus P-V diagram (levá komora) tlak (mmHg) 120 + 100 " 80 " 12 STK (maximální tlak v komoře i aorte) uzavření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) otevření dvojcípé J_ chlopně (aortální je zavřená) DTK - otevření aortální chlopně (dvojcípá je uzavřená) PS komora —> aorta Video PV diagram Srdeční cyklus P-V diagram (pravá komora) k (mmHg) 100 " 80 " Mechanická aktivita komor Mechanická aktivita siní Aktivace myokardu Srdeční cyklus Srdeční ozvy Tlaky v levém srdci Tlaky v pravém srdci Objem krve v levém srdci Aktivita chlopní mmHg 30 Mitrální: Aortální: RK- repolarizace síni, DK- depolarizace komor DS- depolarizace siní, R5- repolariace siní e pln K - izovolumická kontrakce, R- izovolumická relaxace Tlak aorte Jlak v levé síni Tlak v levé komore Tlak v pravé siní Tlak v pravé komoře bjem v levé komoře Mechanická aktivita komor Mechanická aktivita siní Aktivace myokardu Srdeční cyklus EKG i i • i 100 200 ]I0 400 50C SGC ola komor Systola komor i Systola s. Aktivace převodního systému srdečního Srdeční ozvy Tlaky v levém srdci Tlaky v pravém srdci Objem krve v levém srdci Aktivita chlopní 700 800 900 1000 1100 1 Diastola komor m non i ion tola komor n— 00 1600 Diastôl Diastola sín RK- repolarizace síní, DK- depolarizace komor D5- depnlarizace siní, RS- repolariace siní K - izovolumická kontrakce. R- izovolumická relaxace SA uzel Síňovy myokard -AV uzel Hisův svazek Tawarova ramérika Purkynova vlákna Komorový myokard Komorový myokard -Tlak aortě Tlak v levé síni Tlak v levé komorě Tlak v pravé síní Tlak v pravé komoře bjem v levé komore MitrálníŤení Aortální:vření T1—i-1-1-1-r^—n-1-1— 0 100 200 300 400 S00 &00 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Tlaky v komorách, síních, aortě a plicnici Systolický tlak [mmHg] Konečný diastolický tlak [mmHg] Střední tlak [mmHg] Pravá síň — — 6 Pravá komora 30 6 — Plicnice 30 12 20 V zaklínění — — 12 Levá síň — — 12 Levá komora 140 12 — aorta 140 90 105 Levé srdce Vysokotlaký systém Silná stěna komory Tlak v aortě 120/80 mmHg Větší práce komor Pravé srdce Nízkotlaký systém Tenčí stěna komory Tlak v plicnici 30/12 mmHg Menší práce komor Objem krve přečerpaný pravým a levým srdcem je téměř totožný! Objemy přečerpané srdcem Minutový objem (srdeční výdej): objem krve, který proteče srdcem za minutu Tepový objem (systolický objem): objem krve vypuzený srdcem během jednoho srdečního cyklu Srdeční index: minutový objem vztažený na jednotku plochy povrchu těla vleže vsedě vestoje Minutový objem (l/min) klid 4-8 4-7 4-6 Srdeční index (l/min/m2) klid 3-5 2,2-4,5 2-3 Tepový objem (ml) 80 -160 60-80 40-70 Minutový objem (l/min) při maximální zátěži 15-21 13-18 16-18 Srdeční index (l/min/m2) při maximální zátěži 7-11 7-8 10-12 Tepový objem (ml) při maximální zátěži 110-120 90-120 90-120 Autoregulace stahu srdečního svalu 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 malá náplň srdce zvýšená náplň srdce extrémní protažení srdečního svalu Homeometrická autoregulace (frekvenční jev): Se zvyšující se srdeční frekvencí dochází ke „ sila zvyšování síly stahu. stahu Příčina: Zvyšuje se poměr koncentrace intracelulárního ku extracelulárnímu vápníku Bowditchovy schody Frekvenční jev je jakousi analogií časové sumace u kosterního svalu, u srdečního svalu však díky dlouhé refrakterní fázi nemůže nastat tetanický stah. 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 Autonomní nervový systém Sympatikus: přímý pozitivně chronotropní, dromotropnía inotropní vliv -^►zvýšení minutového srdečního výdeje Paraympatikus: negativně chronotropní, dromotropnía inotropní vliv (v některých případech nepřímo) -^►sníženíminutového srdečního výdeje Indexy srdeční kontraktility Srdeční stažlivost (kontraktilita, schopnost stahu) ovlivňuje především tepový objem. Pozitivně inotropní účinek má noradrenalin z nervových sympatických zakončení v srdci, který je podpořen kolujícími katecholaminy. Vagus má nepřímý negativně inotropní účinek. Hyperkapnie, hypoxie, acidóza, chinidin, barbituráty a prokainamid potlačují srdeční stažlivost. Ejekční frakce: systoličky objem end - diastolický objem Fyziologicky je EF okolo 70% (někde se píše o 60%). EF menší než 40% (někde se píše 30%) hovoří o systolické dysfunkci (porucha kontrakce). Takto nízká EF diagnostikuje srdeční selhání. Ale pozor, existují srdeční selhání se zachovanou EF (u koncentrické hypertrofie srdce způsobené hypertenzí a/nebo diabetem). EF lze zjisti fonokardiograficky na základě velikostí komory na konci systoly a na konci diastoly. Také radiologicky lze měřit objemy, ale měření doprovází zátěž způsobená radioaktivními izotopy použitými (kontrastní látka). Katetrizace a angiografie je další metodou pro měření EF. Indexy srdeční kontraktility EF je ovlivněna nejen kontraktilitou ale i náplní srdce (Starling) Vztah end-diastolického tlaku (EDP) a end-diastolického objemu (EDV) v klidu a při zatezi. Systolická dysfunkce - stoupá EDV a EDP při zátěži v porovnání s klidem Diastolická dysfunkce (porucha relaxace) - při zátěži EDP stoupá, ale EDV se nemění CD >i_ O E o > fU dP/dtn STK Indexy kontraktility odvozené z izovolumické fáze systoly V praktikách jste dělali průměrnou rychlost nárůstu tlaku během izovolumické i * i j„ ia+ DTK-EDP kontrakce aP/at = —- cas IVK Častěji se však používá dP/dt max- nej vyšší rychlost nárůstu tlaku v komoře za čas Srdeční komora by měla vyvinout za krátký časový úsek dostatečný tlak, takže porucha kontraktility povede ke snižování těchto indexů. Pozn. d znamená diferenci (u nespojitých veličin) nebo derivaci (u spojitých veličin), takže dTznamená změnu tlaku, dt znamená změnu času. Často se využívá znaku delta A end-diastolickýtlak cas Metody vyšetření srdce Fonokardiografie - vyšetření srdečních ozev Echokardiografie - 2D, 3D, 4D, dopler Katetrizace - měření tlaků, teploty, průtoku, objemů, biopsie Jiné zobrazovací metody - MRI, rentgen, CT JPEG 6.32:1 Q=90 (lossy) LA Lt Atrium RV Rt Ventricle LV Lt Ventricle