Cirkulační, cévní systém obratlovců FISH AMPHIBIAN REPTILE MAMMAL OR BIRD Základem cirkulačního systému jsou -arterie (tepny), vedou krev od srdce - vény (žíly), vedou krev do srdce - srdce - hlavní hnací motor/pumpa Struktura arterií a vén, velmi podobná - Arterie k danému průměru silněnsí stěna -> odolávají větším tlakům - Velké vény mají chlopně -\ 10 mm Micro vessels I-1 20 m m Diameter Aorta 25 mm Wall 2 m thickness Endothelium r? Artery 4 mm Vein Vena cava 5 mm 30 mm 1 mm 0.5 mm Terminal Arteriole arteriole 30 10 urn Ca p i Hary Venule 8 um 20 Mm 2 Lim Elastic tissue Smooth gg muscle Fibrous tissue 3 ■ ■ *W Ii1' ilĽlrJl O 0.5 um I! 0 1 \xm 0 Koeppen & Stanton: Bene and Levy Physiology, 6th Edition, Copyright © 2Q06 by Mosby, an imprint of Elsevier, Inc. All rights reserved Vždy endotel - bariéra, zdroj růstových faktorů, místo pro adhesi imunitních buněk, zdroj NO (eNOS - endoteliální NO syntáza) - vazodilatční efekt na svalovinu cév Large veins Tunica media Tunica intima Tunica adventftia Tunica media Tunica intima Tunica externa Ena ol he 11 urn Large (elastic) arteries (conducting) Tunica adventitia Tunica media (elastic) Tunica intima Tunica adventitia External elastic j)f membrane Tunica media (muscular) Smooth muscle cells Basement membrane Parabolic velocity profile Celková plocha, průtok a příslušné tlaky v cévním systému Copyright © The McGraw-Hill Compan 5,00(H 4.00CH 13.000H 3> 2,000^ < es, Jnc. Permission required for reproduction or display I Aorta Arterioles Venules Arteries | | ! I Veins Vena cava Artery Arterioles Capillaries Blood pressure (mm Hg) /' ^ Total Velocity (cm/sec) Large Small Arterioles . Venules Veins arteries arteries Capillaries Distribuce krve v jednotlivých cévách Raht Heart CO must De to Left art COt Urnin 105 0.30 100 0.45 0.65 0.16 075 0.65 a f Rest CO=5UrŮi 21% Digestive System Liver Kidneys Skin Brain Heart Muscle Skeletal Muscle Bone Other Distribution of CardiacOutput Umin 4.8% 0 60 4 4% 0.55 9% I 13 6% 170 13% J 55% 0.65 4.4% 0.65 64% 800 3.6% 0.45 Moderate Exercise CO=t25Ur*i <-Lungs Left atrium Right atrium Ventricle Spiral valve Skin «- 62% • Tissues Pulmo cutaneous 56% Pulmonary 38% Cutaneous 18% Systemic 44% 120 " °> 100 - E B D CO W CL 80 - 60 " 40 " 20 " Left ventricle Arteries Arterioles Capillaries Venules, veins Right atrium Pressure (mmHg) o T O T 4^ O Aorta Large arteries Small arteries Arterioles O T" 05 O T o o O n Capillaries Venules Small veins Large veins Venae cava e Pulmonary arteries Arterioles Capillaries Venules Pulmonary veins 14- :o - Rozdíly mezi plicním a systémovým tlakem u různých obratlovců - ieo - 160 torr 140 36 - -i-Li - 120 L Pu]monary _l_ 1 I iin^rl^-. Amphibinn Reptile (frčel <[llnVi □ - 60 - 40 - li RcptiJt Vbmmj] Bird (crocodik) ichk-kíiii Body tenip. ;0'-I5°C Body remp, 3S°C Emiothťrms Selektivní distribuce krve u potápějícího se tuleně -> hospodaření s kyslíkem Význam - distribuce živin, metabolitu, tepla Transport látek přes cévní stěnu - v důsledku vyšího tlaku = filtrace, hlavně voda a některé ionty - osmotickým tlakem plasmových koloidS (bílkoviny) - aktive transport vezikuly a membránovými transportéry (větší molekuly,..) - regulace hlavně endotelem, nervy a hormony - regulace ovlivňuje tlak, permeabilitu, aktivitu transportérů a přenašečů - změnu tlaku zprostředkovává srdeční a hladká svalovina - prekapilární svěrače Intermediate filaments vimentin and occasionally others Microvillus Stress fibre Cortical web (CW): riD;e actin, spectrin and others (luminal) ) ! Microtubule organizing center (MTOC) ions, some water, organic macro- solutes molecules, certain water solutes proteins BCOP Fluid forced out of capillary CHP « BCOP No net movement of fluid BCOP > CHP Fluid moves into capillary At the arterial end of a capillary, bicod pressure is greater than osmotic pressure, and fluid flows out of the capillary into the Interstitial fluid. At the venule end of a capillary, blood pressure is less than *-j osmotic pressure, and fluid flows from the interstitial fluid into the capillary. Endothelial Function Assessment > Vascular Tone * Vascular reactivity * Va soco n st ric to rs: ET-1 * Vasodilators: Nitric oxide products > Markers of Endothelial Activation * Adhesion molecules (VCAM, ICAM, selectin) > Markers of Coagulation/Fibrinolysis * PAI-1/t PA, fibrinogen, thrombomodulin, VWF *- Markers of Inflammation *CRP, TNF-a, IL-1, IL-6 r Hormones and Metabolic Products with Known Vascular Effects * Adiponectin, FFA Csfcsllero AE. Otws firs. £«7:11:1278-89, Normal Endothelial Function Dilatation Growth inhibition Antithrombosis An ti-inflammation Constriction Growth promotion Prethrombosis Proinflammation Luminal side Transe ellular Paracellular / IEJ I- Molecules > 3 nm M, i.e., albumin Transendothelial Fluid phase Receptor-mediated channel ~1 Water I « Molecules < 3 nm M, i.e., urea, glucose, ions o I albumin YgpSO o aquaponns i water o glucose * urea apical PM B cationic molecules CP most plasma proteins (anionic) / \ water and small solutes cav ch ■ r. ^s.sv.\\.w\.\\vvs,s\s\ss'--k * * ■ ■ ■ ba solatGra 1 PM ~ m . .-. ^ ^ x x\\\\\\Vi\\\\\\Vt ^s---- m caveolin phospholipid phospholipids with saturated fatty acid chains? glycosphingolipid cholesterol palmitoyl groups Caveolin - mediator transcytósy Platelet aggregation n sii n. &ig Et-1 Smooth muscle cells 4 4 * vascular permeability vascular tone hemostasia vs thrombosis Insulin receptor MAPK _ Big ET-l ^ ET-l Endothelial cells Insulinem řízená rovnováha ve funkcích I endotelu I Mediatory: I NO (oxid dusnatý) x ET-l (endotelin-1) j Superior vena cava Right atrium Pulmonary circuit Right ventricle inferior vena cava Aorta Systemic circuit Pulmonary artery Left atrium - Pulmonary vein Left ventricle fr) Syfiiannit capillanaa ! '■■ li ■ i cap '31 ips dvoukomorové srdce srdcem prochází jen odkyslíčená krev některé (např. Sliznatky, Myxini) pomocná srdce Sy&tůrn»c cepillgries y Respiratory Atrium capillaries Sinus V&flOSuS Vi:-Ur ::k: GoniB arl&fFůĚus 1.0 r- Srdce sliznatek Jednotlivá srdce tepou r v závislsoti na výkonu* ■ -t (oxygenated) Dorsal aorta Ventral aorta (venous) 15 min-1 Branchial ventricle \, 0.2 0.1 0 Caudal heart 78 or 39 min-1 \ Vent. jug. v. Post. card. v. -"0 Vent, aorta Portal heart Mesenteric v. Srdce pumpuje od- i okysličenou krev od obojživelníku výše - u savců a ptáků již nedochází v srdci k míchaní od- s okysličenou krví - u krokodýlů možnost přechodně kompletně oddělit 3-Chambered 3-Chambered (Septated) 4-Chambered tungs heart body Amphibians Turtles Birds and Mammals Oxygenated blood Deoxygenated ■ blood Mixed J blood Distribuce krve srdcem u dýchajícího a potápějícího se krokodýla Rozdíly v tlaku v komoře a v aort (Windkessel efekt) Left Ventricle Ventricular Pressure Arterial Compartment Cardiac Output TV Peripheral Flow Periphery Aortic Valve Volume Pressure Venous Pressure Compliance Conductance — 3 6 12 18 24 30 36 Seconds Codfish Human 1 Seconds Porovnaní dynamiky jednotlivých parametru srdeční činnosti a isovolumetrická kontrakce 20 Aortic valve Qpens^ A-V valve closes \ Aortic valve closes A-V valve y opens I 15 \ ____51 k= 3 1/5 S3 10 3 'S > O) ^Aortic pressure Ejection - v Rapid ejection phase H100 torr Isovolumetric relaxation ■-> Filling »■Isovolumetric contraction SO 170 Volume, ml 50 Atrial pressure Ventricular pressure Ventricular volume Electrocard iogra m Srovnání systolického a diastolického tlaku v arteriích s hodnotou onkotického tlaku Pres relativně velké (násobky) rozdíly v arteriálním tlaku, jsou si poměry arteriálního tlaku ku onkotickému blízké. Vyrovnáno hodnotou onkotického tlaku. Výjimka jsou ptáci - velmi nízký onkotický tlak, proč? Arteriální tlak (systola/diastola, kPa) Onkotický tlak (kPa) Arteriální tlak / omkotický tlak Člověk 16,3/10,9 3,81 3,6 Savci Ovce 18,4/15,2 2,99 5,6 Pes 15,2/7,6 2,72 4,2 Ptáci Kur 20,3/5,8 1,50 8,7 Holub 18,4/14,3 1,10 14,8 Plazi Želva 5,7/4,4 0,87 5,8 Obojživelníci Skokan 4,1/2,7 0,69 4,9 Ropucha 4,4/2,6 1,28 2,5 Ryby treska 3,9/2,5 1,13 2,8 Srovnám kardiovaskulárních parametrů v klidu a během aktivity u obratlovců V závisísti na vývojové „vyspělosti" při aktivitě stoupá tepová frekvence, oproti primitvnějším skupinám, kde se zvětšuje i tepový objem, s výjimkou obojživelníku. Possum Holub Ještěr Tep Tepový objem (1,48 kg) AV deference Tep Tepový objem (0,44 kg) AV deference Tep Tepový objem (1,03 kg) AV deference V klidu Při aktivitě Násobek zvýšení % podíl na zvýšení V02 Tep- min-1 Tepový objem - ml V02- ml 02 / min A V diference - množství 02 v arteriální oproti venózní krvi (intenzita odebrání 02 tkání) Ropucha (0,25 kg) Pstruh Tep Tepový objem AV deference Tep Tepový objem (1,00 kg) AV deference Autonomní řidiči centra srdeční činnosti - Sino-atriální uzlík (pacemaker) - Atrio-ventrikulární uzlík - Hisův svazek + Purkyňova vlákna Sinoatrial node Atrioventricular CardloragulBlary canter and chBaioreceptorft in medulla oblongata Barcreteptors In w:i\l ci4 Internal carotid artery CnroOd body chem a receptors in aorta £ A node Huart Adrenal medulla Circulation Epinephrine and norepinephrine 2. The cardioregulatory center controls the frequency of action potentials in the parasympathetic (red) neurons extending to the heart through the vagus nerves. The parasympathetic neurons decrease the heart rate. Rozsah nervové stimulace srdeční činnosti u člověka a charakter jednotlivých akčních potenciálu u iedotlivých převodních systému Zapojení baroreceptoru karotického sinu (karotická tělíska) a oblouku aorty Změny tepové frekvence a krevního tlaku v důsledku potápění u tuleně, kačeny a aligátora. S ponořením klesá frekvence, ale může i tlak. 3 2 1 Breathing ^ Dive - llWAjljjM^^^--___J-- 10 sec Seal i-—i torr 200 100 3 £ 2 1 - i Dive Dive 3 Min 10 sec Duck *-1 200 100 3 2 1 Breathing Dive 3 Min Dive 13 Min ivw\aaaaa/ alligator : 10 sec /~——---- > i ^__^ ———_ / 200 100 Přesto, že po ponoření se snižuje tepová frekvence, stresová stimulace stále funguje a je tak nadřazená. Demonstrováno na trénovaném (b) a netrénovaném potkanu (c). SWIMMING a) 200 73 Shrnutí mechanismu regulujících krevní tlak Krátkodob srdce Hypertrofie cévní odpor & oddaj no Dlouhodobé Angiotensin II Příjem tekutin Vazopresin Renální exkrece NO Příjem Na ANP Endotelin Sympatický nervový systém Regulace tlaku v cévách Vazodilatace (TD Stimulací tvorby c6MP Stimulací tvorby cAMP Inhibicí tvorby cAMP Stimulací tvorby NO ANP adenosin A2 histamin H2 adrenalin b2 VIP serotonin adrenalin a2 angiotensin II serotonin adrenalin ax vazopresin cGMP a cAMP v hladkém svalu stimuluje Ca2+ pumpu sarkoplazmatického retikula pokles koncentrace Ca2+ v buňce Pomalejší „odklízení" Ca2+ IP3 uvolňuje Ca2+ ze sarkoplazmatického retikula Regulace cévního průtoku Myogenní autoregulace Napětí cévní stěny aktivuje kationtové kanály -depolarizace - vazokonstrikce Metabolická Produkty metabolizmu vyvolávají vazodilataci „shear" dependentní Vazodilatace zprostředkovaná působením NO, který se tvoří v cévním endotelu nervová •Sympatické vazokonstrikční nervy ve většině tkání •Parasympatické vazodilatační nervy v sekrečních a spongiformních tkáních humorální •Vazokonstrikční účinek angiotensinu II, noradrenalinu, vazopresinu, serotoninu •Vazodilatační účinek ANP, histaminu, mediátorů zánětu Podíl parasympatické a sympatické regulace srdečního tepu Časová dynamika zapojení jednotlivých regulátorů a senzorů při odpovědi na změnu krevního tlaku Seconds Minutes Hours Days Tíme After a Change in Blood Pressure Úloha jednotlivých regulátorů a receptoru při odpovědi na změnu kretvního tlaku KD ■a v <1í co Renal mediated fluid retention Ischemic Brain Reflexes Baroreceptors 75 100 125 150 175 200 Mean Arterial Blood Pressure (mm Hg) Zapojení srdce v hormonální regulaci cévního systému a hospodaření s vodou Cardiac distension Sym pathetic sti m u I a ti on Angiotensin II Endothelin 2 ANP BNP 1 i Blood Pressure Atriální (A) a mozkový (B) natriuretický peptid I Renin A Vasodilation ^-4Ang II -*-ÍAIdo T 7© i Blood Volume N atriu resis Diuresis Artend Mod piUHiu________........___________ Cardiac output 1 -I ■ ■ Peripteral vascular restslarca t t SUofcc wHlmiw He«n rare Vagal and sympal hctic acnvity Sympatic AnglolflrKlrill -virr......gland mechanism Kidney