3
TEMAT III: „FIZJOLOGIA SERCA „
Elektrofizjologia serca
Mięsień sercowy składa się w istocie z 2 mięśni: 1)m. przedsionków, 2)m. komór, odgrodzone od siebie pierścieniami włóknistymi otaczającymi ujście przedsionkowo-komorowe.
M. sercowy zbudowany jest z komórek mięśniowych, które mają włókienka mięśniowe i podst. elementy kurczliwe tworzące SARKOMERY.
Błony sąsiednich komórek ściśle do siebie przylegają w miejscu występowania błony granicznej Z, tworząc pozazbianą błonkę zwaną wstawką. Dzięki wstawką, pobudzenie z jednej jednostki kurczliwej może być przenoszone na drugą. M.sercowy tworzy syncytium fizjologiczne. Odpowiada na bodziec skurczem maksymalnym zgodnie z prawem wszystko albo nic.
Potencjał spoczynkowy komórki m.sercowego wynosi ok. -90mV (do -65mV). W spoczynku jony k+ stale wychodzą z komórki m.sercowego na zew. przez tzw. kanały potasowe w bł. kom. Jednocześnie jony Na+ stale wchodzą do wew. Utrzymywanie się potencjału spoczynkowego uwarunkowane jest działaniem pompy sodowo-potasowej. Pobudzenie powoduje rozprzestrzenienie się potencjału czynnościowego, odpowiedzialnego za rozpoczęcie skurczu. Potencjał czynnościowy składa się z szeregu faz:
Faza 0 - faza depolaryzacji lub narastania potencjału, jest ona bezpośrednią odpowiedzią na bodziec i ch-zuje się odwróceniem potencjału do +10 do +25mV
Faza 1 - faza wstępnej repolaryzacji do wartości ok. 0mV
Faza 2 - pleteau potencjału: potencjał błonowy przez pewien czas wynosi ok. 0mV lub powoli staje się nieco bardziej ujemny
Faza 3 - końcowej repolaryzacji, w czasie której potencjał błonowy osiąga wyjściową wartość spoczynkową
Faza 4 - oznacza potencjał błonowy pomiędzy poszczególnymi pobudzeniami.
Refrakcja bezwzględna obejmuje depolaryzację oraz fazy 1 i 2 - jest skutkiem inaktywacji kanału Na+ powyżej wartości potencjału błonowego -55mV
Refrakcja względna - poniżej wartości potencjału -65mV inaktywacja stopniowo ustępuje. Potrzebna do ponownej aktywacji siła bodźca jest przez pewien czas większa od siły bodźca progowego w okresie spoczynku. Wobec tego pobudliwość komórki co prawda powraca, ale nie jest jeszcze pełna to nazywamy refrakcją względną.
Okres nadwrażliwości - w czasie refrakcji względnej występuje pewien okres, w którym działanie silnego bodźca może wywołać spontaniczne wielokrotne pobudzenia, przechodzące często w migotanie komór.
Struktura i elektrofizjologia układu przewodzącego serca.
Prawidłowa czynność serca zależy od wykonywania stanu czynnego w strukturach serca w sposób ściśle uporządkowany w czasie i w przestrzeni. To uporządkowanie jest zależne od ukł.przewodzącego m.przedsionków i m.komór. Układ przewodzący generuje impulsy stanu czynnego w sercu, bez dopływu jakichkolwiek bodźców spoza serca, jest więc odpowiedzialny za automatyzację serca. Składa się ze skupisk komórek, zwanych węzłami i pęczkami.
Węzeł zatokowo-przedsionkowy(u ujścia żyły gł. do prawego przedsionka) struktura w kształcie przecinka składającego się z tzw. głowy i ogona dł. 7mm, zbudowany z małych komórek tworzacych sieć i przechodzących na obwodzie w komórki m.przedsionkowego
Jest to struktura narzucająca rytm całemu sercu (PIERWSZORZĘDOWY OŚRODEK AUTOMATYZMU)
Komórki węzła z-p ch-zują się brakiem stałego potencjału spoczynkowego. Natychmiast po zakończeniu repolaryzacji po poprzedzającym pobudzeniu potencjał błonowy zaczyna się przesuwać w kierunku dodatnim. W momencie osiągania przez pot.błonowy wartości progowej występuje następne pobudzenie komórki. Zjawisko to występuje we wszystkich kom.serca, które mają właściwości automatyzmu - jest to tzw. powolna spoczynkowa repolaryzacja.
Amplituda nie przekracza poziomu 0mV. Brak wyraźnego pleteau. Po osiągnięciu szczytu depolaryzacji rozpoczyna się repolaryzacja, po której występuje natychmiast powolna spoczynkowa depolaryzacja.
Potencjały czynnościowe kom. węzła z-p są wynikiem przede wszystkim aktywacji wolnycj kanałów Ca2+, a w znacznie mniejszym stopniu kanału Na+.
Im bardziej stromy przebieg powolnej spoczynkowej depolaryzacji, tym szybszy jest rytm pobudzeń narzucony sercu przez jego rozrusznik.
ROZRUSZNIK SERCA - grupa komórek węzła z-p, która narzuca pobudzenie węzłowi, a tym samym całemu sercu, bowiem jej rytm jest najszybszy. Znajduje się w głowie węzła.
Węzeł przedsionkowo-komorowy(HISA) (dolna część przegrody międzyprzedsionkowej, ku przodowi od ujścia zatoki wieńcowej):
strefa przedsionkowo-węzłowa (złącze) - zbudowana z sieci małych komórek, które ch-zuje mały ujemny potencjał spoczynkowy, brak powolnej spoczynkowej depolaryzacji, a więc brak właściwości automatycznych, oraz powolne narastanie i mała amplituda potencjałów czynnościowych
Przewodzenie stanu czynnego na tym obszarze odbywa się bardzo wolno i nie przekracza 5cm/s
Odpowiedzialna za znaczną część opóźnienia aktywacji komór w stosunku do aktywacji przedsionków
strefa węzłowa - komórki mają swój własny automatyzm, przebieg ich powolnej spoczynkowej depolaryzacji jest wolniejszy niż w komórkach węzła z-p. Wobec tego poddają się rytmowi impulsów wysyłanych przez węzeł.
Strefa węzłowo-pęczkowa - stanowi jednocześnie początek pęczka przeds-kom (Hisa)
Impulsy stanu czynnego przewodzone są promieniście na całe przedsionki. Komórki m.przedsonkowego odznaczają się stałym potencjałem spoczynkowym o wartości ok.-85mV, szybkim narastaniem potencjału w fazie0, wyraźnym odwróceniem potencjału w kierunku dodatnim, oraz krótkim, stromym plateau.
Czas trwania potencjału czynnościowego przedsionków jest krótszy niż czas trwania potencjału m.komorowego.
W strefie granicznej i w samym węźle przed-kom zaznacza się największe zwolnienie prędkości przenoszenia się depolaryzacji z tego węzła depolaryzacja przenoszona jest do mięśnia komór za pośrednictwem PĘCZKA PRZEDSIONKOWO-KOMOROWEGO. Tu zaczyna się ukł. przewodzący komór - zbudowany jest z komórek mięśniowych przewodzących serca (włókna Purkinjego), które jak inne komórki ukł.przewodzacego są zmodyfikowanymi miocytami - mało włókien mięśniowych, brak cewk T, duża zawartość glikogenu. Odgałęzienia ukł.przewodzącego komór przecinające ich światło to ścięgna rzekome.
Komórki przewodzace:
Powolna dep. spocz.
Pot. czynnościowe komórek ukł.przewodzacego pracujący w rytmie narzuconym przez węzeł z-p, ch-zuje się dużą szybością narastania w fazie 0
Duża amplituda fazy 1, ch-zuje się dużym odwróceniem potencjału ponad poziom 0 oraz wydłużeniem
Stromo przebiegające plateau
Najdłuższy jest okres refrakcji
Cechy te są zmienne i zależą od dwóch czynników:
1 - od częstotliwości narzuconego rytmu
2 - od lokalizacji w ukł.przewodzacym komór
Skurcz mięśnia sercowego
Skurcz m.sercowego następuje zaraz po wystąpieniu depolaryzacji i trwa mniej więcej półtora raza dłużej niż potencjał czynnościowy. Siła skurczu zależy od początkowej długości miocyta m.srcowego w stosunku do całkowitego napięcia. Wraz ze wzrostem rozkurczowego wypełniania komór wzrasta siła skurczu komór (prawo Starlinga)
Energia potrzebna do skurczów - składniki odżywcze:
60% kw. tłuszczowe
35% węglowodany
aminokwasy
ciała ketonowe
kw. mlekowy
kw. pirogronowy
wszystkie procesy zapoczątkowane pobudzeniem błony komórkowej, a prowadzące ostatecznie do aktywacji skurczu nazywamy sprzężeniem elektromechanicznym. Proces sprzężenia elektromechanicznego wyobrażamy sobie następująco. Jony Ca napływające przez kanał wapniowy powodują wzrost stężenia wolnego Ca2+ w sarkoplazmie. Może on być wystarczający do częściowej przynajmniej aktywacji układów kurczliwych. Ponadto wzrost stężenia Ca2+ w otoczeniu siateczki sarkoplazmatycznej pobudza wydzielanie większych ilości Ca2+ z jej pęcherzyków końcowych. Wobec tego sprzężenie Ca2+ w sarkoplazmie nadal rośnie, przyczyniając się do pełniejszej aktywacji układów kurczliwych.
Cykl pracy serca
Skurcz i rozkurcz przedsionków i komór powtarzają się cyklicznie, w spoczynku w rytmie 1,2 Hz(72 na minutę). Jeden cykl trwa około 800 ms. Pierwszy kurczy się m.przedsionków i krew wypełniająca jamy przedsionków zostaje wtłoczona do komór przez otwarte ujście przedsionkowo-komorowe prawe i lewe. Następnie skurczem izowolumetrycznym rozpoczyna się skurcz komór. Zastawki przedsionkowo-komorowe: prawa - trójdzielna i lewa - dwudzielna
zamykają się, napięcie mięśnia komór szybko zwiększa się, czemu towarzyszy szybki wzrost ciśnienia w obu komorach.
W momencie, kiedy ciśnienie krwi w komorach przewyższy ciśnienie w zbiornikach tętniczych, zastawka pnia płucnego i zastawka aorty otwierają się i krew jest wtłaczana do zbiorników tętniczych. Otwieranie się zastawek pnia płucnego i aorty rozpoczyna skurcz izotoniczny komór.
Faza rozkurczu komór rozpoczyna się z chwilą wystąpienia krótkiego okresu protodiastolicznego, w którym ciśnienie w komorach zaczyna opadać. Potem występuje rozkurcz izowolumetryczny komór, w czasie którego zarówno zastawki pnia płucnego i aorty, jak i przedsonkowo-komorowe są zamknięte. Okres szybkiego wypełniania się komór rozpoczyna się od otworzenia się zastawek przedsionkowo-komorowych i przepływu do komór krwi nagromadzonej w przedsionkach. Następnie występuje okres przerwy, po którym kurczy się mięsień przedsionków i druga porcja krwi wypełniającej jamy przedsionków zostaje wtłoczona pod niewielkim ciśnieniem do komór. Kolejny cykl pracy serca rozpoczyna się od skurczu izowolumetrycznego komór.
Objętość wyrzutowa serca - jest to ilość krwi wtłaczanej przez jedną z komór serca do odpowiedniego zbiornika tętniczego. W końcu skurczu pozostaje w każdej komorze około 50 mL krwi stanowiącej objętość krwi zalegającej.
Frakcja wyrzutowa lewej komory serca określa stosunkiem objętości wyrzutowej (75mL) do objętości późnorozkurczowej (75mL+50mL=125mL). Frakcja ta stanowi dobry wskaźnik stanu czynnościowego mięśnia lewej komory serca.
Pojemność minutowa serca jest to ilość krwi tłoczonej przez jedną z komór serca w czasie jednej minuty i wynosi w spoczynku około 90mL/s krwi. Zwiększa się dzięki:
zwiększeniu objętości wyrzutowej serca - SV
przyspieszeniu częstości skurczów serca.
Metabolizm mięśnia sercowego i jego substraty energetyczne
W warunkach fizjologicznych jest on wyłącznie tlenowy, ponieważ spala on glukozę do CO2 i wody, nie wytwarzając kwasu mlekowego. Gł. substratami energetycznymi m.sercowego są glukoza i wolne kwasy tłuszczowe. Następnie kwas mlekowy i ciała ketonowe. W stanie głodu poziom glukozy obniża się, natomiast wzrasta poziom wolnych kwasów tłuszczowych i one właśnie stają się głównym substratem serca. Regulacja ta opiera się na hamowaniu wychwytu i przemian glukozy przez wolne kwasy tłuszczowe. Średnie zużycie tlenu przez mierne obciążone serce wynosi 8ml/min/g tkanki. Zużycie to zależy od szeregu czynników. Podstawowym parametrem określającym zużycie tlenu w czasie pojedynczego skurczu jest wielkość napięcia generowanego w ścianach serca w fazie skurczu izowolumetrycznego oraz czas, w którym to napięcie jest utrzymywane. Drugim czynnikiem określającym zużycie tlenu w czasie pojedynczego skurczu jest szybkość, z jaka narasta napięcie w fazie skurczu izowolumetrycznego, a więc stan kurczliwości mięśnia sercowego. Wreszcie trzecim czynnikiem jest częstość bicia serca.
Krążenie wieńcowe
Krew tętnicza dopływa do m.sercowego przez dwie tętnice wieńcowe, lewą i prawą. Przepływ krwi przez naczynia wieńcowe, a szczególnie przez lewą tętnicę, jest ściśle uzależniony od okresu cyklu pracy serca i od ciśnienia w aorcie. W okresie rozkurczu krew przepływa swobodnie przez obie tętnice wieńcowe, natomiast na początku skurczu komór w miarę wzrastania ciśnienia w komorach, przepływ przez naczynia wieńcowe gwałtownie się zmniejsza. W końcu skurczu izowolumetrycznego i na począktu podokresu maksymalnego wyrzutu ciśnienie w lewej komorze oraz ciśnienie śródścienne w samym mięśniu lewej komory przewyższają ciśnienie w aorcie. Odgałęzienia w lewej tętnicy wieńcowej zostają zamknięte i krew cofa się do aorty - występuje wsteczny przepływ krwi. Na początku rozkurczu przepływ przez lewą tętnicę wieńcową osiąga swoje maksimum. W prawej tętnicy
wieńcowej przepływ krwi podlega podobnym wahaniom, zależnym od okresu cyklu pracy serca, z tą różnicą, że nie występuje wsteczny przepływ krwi. Niedostateczny przepływ wieńcowy jest przyczyną niedotlenienia m.sercowego.
Naczynia serca (naczynia wieńcowe)
Aby pracować w sposób ciągły, serce również potrzebuje tlenu i substancji odżywczych. Im bije ono szybciej np. podczas wysiłku lub zdenerwowania, tym więcej potrzebuje tlenu. Odpowiednią dostawę tlenu i substancji odżywczych zapewniają sercu tętnice wieńcowe (prawa i lewa), których początek znajduje się tuż ponad zastawką aorty w jej opuszce, a następnie oplatają mięsień sercowy i dzieląc się na drobne gałązki wnikają w jego głąb, dostarczając substancji odżywczych do komórek mięśnia sercowego. Przez serce przepływają dwa prądy krwi: krążenie przez jamy serca i krążenie wieńcowe, zaopatrujące ściany serca. Krążenie wieńcowe odznacza się m.in. tym że:
mięsień sercowy jest zaopatrywany przez niezwykle bogatą sieć naczyń wieńcowych,
przy przeroście mięśnia sercowego sieć naczyń włosowatych nie zwiększa się i mięsień jest wówczas względnie gorzej zaopatrzony w krew,
Naczynia wieńcowe mają zdolność tworzenia krążenia obocznego, omijającego miejsca przewężone lub zamknięte, co w wielu wypadkach decyduje o życiu, zwłaszcza w przypadkach nagłego zamknięcia światła większej gałęzi lub pnia tętnicy wieńcowej
Regulacja czynności serca
Serce jest unerwione przez pozazwojowe włókna układu współczulnego, pochodzące głównie ze zwojów gwiaździstych oraz ze zwojów szyjnych. Włókna te w większości docierają bezpośrednio do serca, wchodząc w skład splotu sercowego. Część z nich dociera do szyjnej i piersiowej górnej części nerwów błędnych, a z nimi - do serca. Włókna te wydzielają noradrenalinę. Włókna pochodzące z lewego pnia współczulnego unerwiają głównie
komory, a włókna z prawego pnia głównie przedsionki oraz węzeł zatokowo-przedsionkowy. Ponadto serce jest unerwione przez przedzwojowe włókna przywspółczulne, pochodzące z obu pni nerwów błędnych. Włókna te wydzielają na swych zakończeniach acetylocholinę, tworzą synapsy z komórkami zwojów przywspółczulnych znajdujących się w samym sercu, szczególnie licznie w okolicy węzła zatokowo-przedsionkowego, przedsionkowo-komorowego i prawego przedsionka. Unerwienie przywspółczulne komór i komorowego układu przewodzącego jest skąpe.
Wpływ układu współczulnego na czynność serca
Pobudzenie włókien współczulnych oraz podanie noradrenaliny lub adrenaliny powoduje następujące zmiany w czynności serca:
Zwiększenie częstości rytmu zatokowego (dodatni efekt chronotropowy)
Zwiększenie szybkości przewodzenia, a w przypadku istnienia bloku usprawnienie przewodzenia przedsionkowo-komorowego, głownie przez działanie na komórki strefy przedsionkowo-węzłowej (dodatnie działanie dromotropowe)
Zwiększenie kurczliwości mięśnia zarówno przedsionków, jak i komór (dodatnie działanie inotropowe)
W stanach patologicznych oraz w przypadku bardzo silnego pobudzenia włókien współczulnych występowanie dodatkowych pobudzeń przedsionkowych i komorowych aż do arytmii komorowej i migotania komór włącznie.
Wpływ układu przywspółczulnego na czynność serca
Wywołuje następujące zmiany:
Zwalnia lub całkowicie hamuje rytm zatokowy, jak również rytm węzła przedsionkowo-komorowego (ujemne działanie chronotropowe)
zmniejsza szybkość przewodzenia aż do całkowitego bloku w strefie przedsionkowo-węzłowej (ujemne działanie dromotropowe)
zmniejsza kurczliwość aż do całkowitego zniesienia skurczów w mięśniu przedsionków (ujemne działanie inotropowe). Hamuje inotropowy wpływ amin katecholowych.
nie ma wpływu na automatyzm komorowych komórek przewodzących, jednakże hamuje wpływ amin ketocholowych na przebieg ich powolnej spoczynkowej depolaryzacji