Fyziologie srdce Převodní systém Srdeční buněčná elektrofyziologie Spřažení excitace s kontrakcí Doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav Lékařská fakulta Masarykova univerzita ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU Role kardiovaskulárního systému • primární role - distribuce rozpuštěných plynů a dalších živin • několik sekundárních rolí, např.: - rychlý přenos chemické signalizace k buňkám (hormony, neurotransmitery) - termoregulace (přenos tepla z tělesného jádra k povrchu těla) - imunitní reakce • role srdce: - primární role – pumpování krve - endokrinní orgán (natriuretické peptidy) PRAVÁ SÍŇ PRAVÁ KOMORA LEVÁ SÍŇ LEVÁ KOMORA PLÍCE PLICNICE PERIFERNÍ ORGÁNY AORTA PRAVÉ SRDCE LEVÉ SRDCE DVĚ SÉRIOVĚ PROPOJENÉ PUMPY ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU HORNÍ DUTÁ ŽÍLA AORTA PLICNICE DOLNÍ DUTÁ ŽÍLA PRAVÁ SÍŇ LEVÁ SÍŇ LEVÁ KOMORA PRAVÁ KOMORA PRAVÁ SÍŇ AORTA PLICNICE HORNÍ DUTÁ ŽÍLA DOLNÍ DUTÁ ŽÍLA LEVÁ SÍŇ LEVÁ KOMORA PRAVÁ KOMORA Dvě hlavní fáze srdečního cyklu DIASTOLA FÁZE PLNĚNÍ komor SYSTOLA EJEKČNÍ FÁZE JEDNOSMĚRNÉ CHLOPNĚ DIASTOLA SYSTOLA ATRIOVENTRIKULÁRNÍ (mitrální a trikuspidální) otevřené zavřené SEMILUNÁRNÍ (aortální a pulmonální) zavřené otevřené ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU - mechanická spojení - elektrická spojení - gap junctions Dva hlavní typy srdečních buněk • srdeční buňky pracovního myokardu – specializované pro kontrakci (síňové a komorové buňky) buňka 1 buňka 2 sarkomera FUNKČNÍ SYNCITIUM ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU Dva hlavní typy srdečních buněk • srdeční buňky pracovního myokardu – specializované pro kontrakci (síňové a komorové buňky) • srdeční buňky převodního srdečního systému - specializované pro: - automatickou excitaci (pacemakerová aktivita) - vedení excitace Převodní srdeční systému zajišťuje: 1) vznik automatické elektrické aktivity srdce (pacemakerové aktivity), která zahajuje jeho mechanickou aktivitu 2) optimální načasování mechanické aktivity srdce jako pumpy ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU ECG PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM SA uzel síňová svalovina AV uzel Tawarova raménka Hisův svazek Purkyňova vlákna komorová svalovina HIERARCHIE PACEMAKERŮ SA AV PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM Rychlost vedení excitace v myokardu síní a komor: 1 m/s SINOATRIÁLNÍ (SA) UZEL PRIMÁRNÍ pacemaker (60-100 impulzů/min) INTERNODÁLNÍ PREFERENČNÍ DRÁHY 1 m/s ATRIOVENTRIKULÁRNÍ (AV) UZEL SEKUNDÁRNÍ pacemaker (40-55 impulzů/min) TERCIÁRNÍ pacemaker (25-40 impulzů/min) PURKYŇOVA VLÁKNA HISŮV SVAZEK TAWAROVA RAMÉNKA (LEVÉ A PRAVÉ) 0.05 m/s 1 m/s 1 m/s 4 m/s 0.05 m/s SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí SA uzel AV uzel síňová svalovina komorová svalovina Hisův svazek Tawarova raménka Purkyňova vlákna čas SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí počáteční depolarizace (rovnováha depolarizačních a repolarizačních proudů) 0 mV 1 2 3 4 0 transpolarizace _+ -80 mV časná repolarizace fáze plató pozdní repolarizace klidové membránové napětí (Emr) SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí Na+ repolarizace INa depolarizace prahové napětí ICa -35 mV Ca2+ K+ Ito plató -65 mV Emr ENa ECa 0 mV + _ EK IK + IK1 100 ms SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí INa OTEVŘENÝ STAV (depolarizace nad prahové napětí) AKTIVACE INAKTIVACE (při přetrvávající depolarizaci membrány) KLIDOVÝ STAV (zavřený) inaktivační vrátka aktivační vrátka INAKTIVOVANÝ STAV (zavřený) SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Refrakterní perioda – pokles dráždivosti RELATIVNÍ ABSOLUTNÍ kontrakce akční napětí SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Refrakterní perioda - mechanismus INa OTEVŘENÝ STAV (depolarizace nad prahové napětí) AKTIVACE INAKTIVACE (při přetrvávající depolarizaci membrány) INAKTIVOVANÝ STAV (closed) KLIDOVÝ STAV (closed) inaktivační vrátka aktivační vrátka ZOTAVENÍ Z INAKTIVACE (při repolarizaci) ICa SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita - mechanismus SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita - mechanismus maximální diastolické napětí prahové napětí ICa-L FAKTORY URČUJÍCÍ SRDEČNÍ FREKVENCI: 1) maximální diastolické napětí 2) strmost diastolické depolarizace 3) prahové napětí pro aktivaci ICa-L SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita - mechanismus SLOŽITÝ PROCES, který je VÝSLEDKEM SOUHRY mezi • REPOLARIZAČNÍMI PROUDY, zejména IK (včetně IK,Ach) • DEPOLARIZAČNÍMI PROUDY, zejména If a ICa-T maximální diastolické napětí prahové napětí ICa-T ICa-L IK If SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita - mechanismus ICa-T ICa-L IK If STIMULACE SYMPATIKU •  cAMP  If a ICa-T  strmost diastolické depolarizace  prahové napětí pro aktivaci ICa-L ( excitabilita)    SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita - mechanismus ICa-T ICa-L IK If STIMULACE PARASYMPATIKU • aktivace IK,Ach  maximální diastolické napětí  prahové napětí pro aktivaci ICa-L ( excitabilita)  (IK,Ach) •  cAMP  If a ICa-T  strmost diastolické depolarizace     ECG SA uzel síňová svalovina AV uzel Tawarova raménka Hisův svazek Purkyňova vlákna komorová svalovina +++++ +++++ ----- ----- +++++ +++++ ----- ----- elektrické pole (velikost, směr) ŠÍŘENÍ EXCITACE SRDCEM SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Mechanismus spřažení excitace s kontrakcí Z-linie Z-linieCa2+ TERMINÁLNÍ CISTERNY SR LONGITUDINÁLNÍ TUBULY SR TRANSVERZÁLNÍ TUBULY Ca2+-ATPáza myozinová filamenta aktinová filamenta OBDOBNÉ USPOŘÁDÁNÍ U SRDEČNÍCH BUNĚK A U BUNĚK KOSTERNÍ SVALOVINY SARKOTUBULÁRNÍ SYSTÉM SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Mechanismus spřažení excitace s kontrakcí u kardiomyocytů KALSEQUESTRIN Ca2+ pufr v SR Na+/Ca2+ Ca2+-ATPáza akční napětí Ca2+-ATPáza Ca2+-ATPáza KONTRAKCE [Ca2+]i 200 ms ICa Ca2+-senzitivní kanály SR uvolňující Ca2+ napětím řízené Ca2+ kanály v buněčné membráně (jak v povrchové membráně, tak v membráně t-tubulů) EXCITACE SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Molekulární mechanismus kontrakce Z-linie Z-linie myozinová filamenta aktinová filamenta MECHANISMUS IDENTICKÝ U SRDEČNÍCH BUNĚK A U BUNĚK KOSTERNÍHO SVALSTVA TVORBA PŘÍČNÝCH MŮSTKŮ MEZI VLÁKNY AKTINU A MYOZINU Ca2+ SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Molekulární mechanismus kontrakce UVOLNĚNÝ SVAL KOMPLEX TROPONIN-TROPOMYOZIN KONTRAHUJÍCÍ SE SVAL SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Molekulární mechanismus kontrakce SPŘAŽENÍ EXCITACE S KONTRAKCÍ Molekulární mechanismus kontrakce