Wykład 3 Elektrofizjologia miokardium. Mechanika mięśnia sercowego. Oszacowanie pracy serca.
SERCE
Serce prawe  pompuje krew przez płuc
Lewe serce  przez obwodowe organy
Przedsionek  słaba pierwsza pompa; Komora  główna pompa
1) Mięśniówka przedsionków
2) Mięśniówka komór
3) Włókna mięśniowe bodz
co-przewodzące
Mięsień sercowy
Prążkowany (jak mięsień szkieletowy)
Miofibryle (jak mięsień szkieletowy)
Wstawki  bardzo niski opór elektryczny, szybka dyfuzja jonów
Syncytium (wielu komórek mięśnia sercowego)
SERCE
Przedsionkowe syncytium  2 przedsionki
Komorowe syncytium  2 komory
Oddzielone przez tkankę włóknistą (izolacja elektryczna)  brak przewodnictwa potencjałów
Przewodzenie tylko przez węzeł AV  wyspecjalizowany układ przewodzący
Przedsionki kurczą się na krotko przed komorami
SERCE
Węzeł zatokowo-przedsionkowy  rozrusznik
�! impulsy elektryczne
Rozprzestrzenienie się do lewego i prawego przedsionka (skurcz)
�!
Węzeł przedsionkowo-komorowy  opóz
nione przewodzenie pozwala na napełnienie komór przez skurcz
przedsionków zanim rozpocznie się skurcz komór
�!
Włókna przewodzące
�! Pęczek Hisa, prawa i lewa gałąz
pęczka, włókna Purkinijego
Skurcz lewej i prawej komory (lewa niewiele wcześniej od prawej)
MI
SIEC
SERCOWY  ST
ŻENIA JONÓW
Na zewnątrz k-ki Wewnątrz k-ki
Ca2+ 2 mM () 10-7 M
Na+ 145 mM () 15 mM
K+ 4 mM (�!) 160 mM
Cl- 120 mM () 5 mM
Potencjał transbłonowy komórki mięśniowej komory -90 mV (wnętrze ujemne w stosunku do zewnątrz)
TRANSBA
ONOWY POTENCJAA
SPOCZYNKOWY
Równowaga potencjału dla K+
Veq=-61.5 Z-1 log([C]i [C]o-1)
Z  ładunek jonu
Ci  stężenie jonu wewnątrzkomórkowe
Co - stężenie jonu zewnątrzkomórkowe
Veq=-61.5 Z-1 log([K+]i [ K+]o-1)
Błona idealna
POTENCJAA
BA
ONOWY SPOCZYNKOWY KOMÓREK ROZRUSZNIKA
SA (zatokowo-przedsionkowy) węzeł
AV (przedsionkowo-komorowy) węzeł
Sieć włókien Purkinjego (wyspecjalizowany system przewodzący)
Nie wykazują stałego potencjału spoczynkowego
Zdolne do spontanicznej depolaryzacji
Stopniowy zanik ujemnego potencjału spoczynkowego w kierunku zera (stopniowo mniej
negatywny)
Stopniowy wzrost przepuszczalności jonów K+
Mniej K+ wydostaje się na zewnątrz, podczas gdy wpływ jonów Na+ do wewnątrz jest taki sam
Automatyzm
Spontaniczna depolaryzacja potencjał progowy spontaniczny potencjał czynnościowy
SAMOPOBUDZANIE SI
KOMÓREK W
ZA
A SA
Potencjał progowy (napięcie) = - 40 mV
�!
Aktywacja kanałów wapnia i potasu
Szybki napływ jonów
�!
Potencjał czynnościowy
Zahamowanie wpływu jonów Na+ i Ca2+, początek dyfuzji jonów K+ na zewnątrz komórki
�!
Redukcja potencjału wewnątrzkomórkowego z powrotem do ujemnej wartości spoczynkowej (koniec
potencjału czynnościowego)
�!
Hyperpolaryzacja, a następnie stopniowy spadek do ujemnego potencjału spoczynkowego
TRANSMISJA IMPULSU PRZEZ PRZEDSIONKI, W
ZEA
AV, KOMORY
Włókna węzła SA  bezpośrednie połączenie z włóknami mięśniowymi
�!
Międzywęzłowe drogi (przednia, środkowa, tylna)
�!
Do węzła AV
Węzeł AV i pęczek AV opóz
niają przewodzenie impulsu z przedsionków do komór. Całkowite opóz
nienie trwa
0,16 s.
Jakie jest znaczenie tego zjawiska?
Przedsionki przepompowują krew do komór zanim rozpocznie się skurcz komór.
Dlaczego?
Wolne przewodzenie (mniej synaps elektrycznych, wstawki) i wzrost oporu elektrycznego
PRZEWODZENIE
Włókna Purkinjego  szybka transmisja, 0,03 s (prawa i lewa gałąz
pęczka)
Prawidłowy stan
Jednostronne przewodzenie przez pęczek Hisa
Przewodzenie tylko z przedsionków do komór
Zapewniają prawie jednoczesne rozpoczęcie skurczu włókien mięśniowych komór
Rozrusznik serca
Węzeł SA 110/min. ?; puls 70-80/min.
Węzeł AV 40-60/min (wewnętrzny rytm)
Włókna Purkinjego 15-40/min.
Prawidłowym rozrusznikiem serca jest węzeł SA
ROZRUSZNIK
Anormalne rozruszniki
Rozrusznik ekotopowy  nieprawidłowa kolejność skurczu
Blokada transmisji impulsu z węzła SA do pozostałych części serca
�!
Nowy rozrusznik z wyższym rytmem wewnętrznym np. węzeł AV lub inna część pęczka His
Nagły blok pęczka Hisa
5-20-sekundowe opóz
nienie w emisji impulsów przez nowy rozrusznik
Brak krwi [utlenowanej] w mózgu
Zespół Stokesa-Adamsa
Nowe tętno jest niższe
PRZEWODZENIE
Nerwy sercowe
Współczulne  rozmieszczone po całym sercu, także w mięśniówce komór
Przywspółczulne (błędne)  głównie do węzła zatokowo-przedsionkowego, przedsionkowo-komorowego,
mniej w przedsionkach, śladowo w komorach
Błędne (przywspółczulne) pobudzenie, acetylocholina
" Zmniejszenie częstości skurczu serca
" Zwalnia (nawet hamuje) przewodzenie impulsów  głównie w węz
le przedsionkowo-komorowym
" Zjawisko pobudzenia wtrąconego komorowego
Jak przebiega pobudzenie blędne?
PRZEWODZENIE
Błędne pobudzenie:
" Powoduje ucieczkę jonów K+ z włókien na zewnątrz
" Hiperpolaryzacja błony
" Dłuższy wymagany czas do osiągnięcia potencjału progowego
PRZEWODZENIE
Pobudzenie współczulne
Działanie poprzez noradrenalina
" Wzrost częstości skurczu serca
" Wzrost siły skurczu
" Wzrost przepuszczalności przez błonę dla Na+ (szybsza depolaryzacja), przyspiesza samopobudzenie
PRZEWODZENIE
Węzeł przedsionkowo-komrowy  wewnętrzny rytm ok. 110/min
Puls 70-80/min
Serce po transplantacji  puls ok. 110/min
Polineuropatia u pacjenta z cukrzycą  puls 110/min
Aktywność nerwu błędnego
�! -
Węzeł zatokowo-przedsionkowy - końcowa częstość skurczu 70-80/min
ę! +
Aktywność współczulna
SZYBKA ODPOWIEDy
POTENCJAA
U CZYNNOŚCIOWEGO
" Komórki w mięśniówce przedsionków i komór
" Składniki układu przewodzenia
" Względnie wysoki (bardziej ujemny) spoczynkowy potencjał błonowy -85 do -95 mV
" Względnie stały spoczynkowy potencjał błonowy
" Bardzo szybkie wzbudzenie potencjału czynnościowego
Złożony z następujących faz
0  szybki wzrost potencjału iglicowego w górę
1 - recovery of the initial overshoot to a positive membrane potential phase (?)
2 - okres plateau
3  faza repolaryzacji
4  faza spoczynkowego potencjału błonowego
SZYBKA ODPOWIEDy
POTENCJAA
U CZYNNOŚCIOWEGO
Faza 0
Potencjał progowy ok. -70mV
Bardzo szybki (zależny od napięcia) wzrost przepuszczalności błony dla Na+
Napływ Na+ do wewnątrz
Może być zahamowane przez blok ery szybkich kanałów Na+
Dodatni nadstrzał +20 mV
Faza 1
" Początek repolaryzacji błony
" Zamknięcie szybkich kanałów Na+ - nie jest możliwe żeby zainicjować następny potencjał
czynnościowy - refrakcja
" Napływ jonów Cl- do wewnątrz
SZYBKA ODPOWIEDy
POTENCJAA
U CZYNNOŚCIOWEGO
Faza 2 - plateau
" Powolny napływ jonów Ca2+ do wewnątrz
" Powolny napływ jonów Na+ do wewnątrz
" Wyrzucanie jonów K+ na zewnątrz komórki
Werapamil (inhibitor wolnych kanałów jonów Ca2+) powoduje skrócenie fazy plateau
Faza 3
" Szybka repolaryzacja błony komórkowej
" Inaktywacja wolnych kanałów Ca2+ I Na+
" Szybkie usuwanie na zewnątrz jonów K+
" Lidokaina skraca tę fazę
REFRAKCYJNOŚĆ
Okres refrakcji bezwzględnej  czas , w którym błona nie może być ponownie pobudzona przez żaden
zewnętrzny impuls
Okres skutecznej refrakcji (?) tylko lokalna odpowiedz
, potencjał czynnościowy nie rozprzestrzenia się
Okres refrakcji względnej  potencjał czynnościowy może być rozprzestrzeniony, ale potrzebny jest silniejszy
impuls niż normalnie
Okres podepolaryzacyjnego potencjału następczego  krótki okres podczas którego komórka jest bardziej
pobudliwa, słabszy impuls może wzbudzić rozchodzący się potencjał (*ten okres jest przed hyperpolaryzacją,
trwa 4 ms)
Całkowity czas regeneracji potencjału  czas od początku wzbudzenia potencjału czynnościowego aż
podepolaryzacyjnego potencjału następczego
REFRAKCYJNOŚĆ
Większość leków używanych do leczenia arytmii wpływa na okresy refrakcji komórek mięśniowych serca, np.
wzrost długości potencjału czynnościowego i okresu skutecznej refrakcji
POMPA SERCOWA
Cykl sercowy  od jednego uderzenia serca do następnego
Systole  okres skurczu
Diastole  okres rozkurczu, serce napełnia się krwią
Wzrost częstości skurczu powoduje skracanie się cyklu sercowego na skutek skracania się diastole
Patologia   szybkie arytmie  duże skarcanie się fazy diastole pogarsza napełnienie się serca i powoduje
spadek pojemności minutowej serca
Przedsionki przyczyniają się do 20-30% (25%) napełnienia komór krwią
Migotanie przedsionków  brak skutecznego skurczu przedsionków  maksymalna pojemność minutowa
serca spada o 20-30%, spadek tolerancji wysiłku
Funkcja zastawek
Przedsionkowo-komorowe zastawki: trójdzielna I mitralana, zapobiegają cofaniu się krwi z komór do
przedsionków podczas systole
Zastawki półksiężycowate, aorty i płucna  zapobiegają cofaniu się krwi z aorty i tętnic płucnych do komór
podczas diastole
PV  ciśnienie w komorze, Pat  ciśnienie w przedsionkach
Par  ciśnienie w aorcie, Ppa  ciśnienie w tętnicach
Diastole (napełnianie komór), PV - wzrost
Kiedy PV < Par i Ppa, zastawki półksiężycowate są zamknięte
Kiedy PV < Pat i Pat, zastawki przedsionkowo-komorowe są otwarte
Okres szybkiego napełniania komór (trwa 1/3 diastole)
Okres wolnego napełnienia komór (trwa ok. 1/3 diastole)
Skurcz przedsionków  dodatkowy napływ do komór (trwa 1/3 diastole)
Początek skurczu komór
Izowolumetryczny (Izometryczny) skurcz
Szybki wzrost PV
Kiedy PV > Pat, zastawki przedsionkowo-komorowe są zamknięte, ale PV > Par i Ppa, zastawki półksiężycowate
są nadal zamknięte
Opróżnianie komór i przepływ krwi do aorty i tętnicy płucnej nie zachodzi
" Okres wyrzutu
Kiedy PV > Par (80 mm Hg) i PV > Ppa (8 mm Hg)  Zastawki półksiężycowate są otwarte
" Okres szybkiego wyrzutu 70% krwi (1/3 okresu)
" Okres wolnego wyrzutu 30 % (2/3 okresu)
Koniec systole
Rozkurcz zaczyna się nagle
Szybki spadek ciśnienia wewnątrz komorowego PV
PV> Pat, zastawki przedsionkowo-komorowe są zamknięte
Kiedy PV < Par i Ppa, zastawki półksiężycowate zaczynają się zamykać
Izowolumetryczny (Izometryczny) rozkurcz
Dalszy spadek PV (PV�!
Okres szybkiego napełniania komór
Końcowa objętość rozkurczowa ok. 110-120 ml
Końcowa objętość skurczowa ok. 40-50 ml
Objętość wyrzutowa serca = EdV  EsV = 120 ml  50 ml = 70 ml
Frakcja wyrzutowa = (Objętość wyrzutowa serca/EdV)x100% > 60%
Objętość wyrzutowa x tętno = ?
Cztery główne czynniki wpływające na pracę komór: obciążenie wstępne, obciążenie następcze, stan
inotropowy, tętno
Obciążenie wstępne (Preload)
Napięcie ścian na końcu diastole  wyznacza spoczynkową długość włókien
Szczególnie jest to końcowa rozkurczowa komorowa objętość lub końcowe rozkurczowe komorowe
ciśnienie
Wpływa na pracę serca przez prawo Starlinga dla serca
Wzrost objętości końcowej rozkurczowej komory powoduje wzrost objętości wyrzutowej serca i
prędkość wyrzutu. Szczyt ciśnienia w izowolumetrycznym uderzeniu jest zwiększony
" Znaczenie skurczu przedsionków dla funkcjonowania komór
Obciążenie następcze (Afteroad)
Głównym determinantem afterloadu  ciśnienie skurczowe aorty lub ciśnienie skurczowe lewej komory
Opadające ciśnienie aortalne (podczas zamknięcia zastawki aorty) lewa objętość wyrzutowa jest wyższa I
krew jest wyrzucana z większą prędkością.
Wzrost ciśnienia w aorcie powoduje zmniejszenie objętości wyrzutowej
Stan inotropowy (Inotropic state)
Warunki eksperymentalne  Obciążenia wstępne i następcze są stałe
Czynnik dodatnio-inotropowy  naparstnica
Czynnik ujemno-inotropowy  �-blokery
Powodują zmiany w kurczliwości komór
Wzrost kurczliwości komór powoduje wzrost:
Szczytu izowolumetrycznego skurczowego ciśnienia
Rzutu serca
Prędkości wyrzutu
Tętno
Częstość skurczu serca wpływa na inotropowy stan miokardium  zależność siły i częstotliwości skurczu
(staircase effect1)
Wzrost tętna powoduje wzrost kurczliwości miokardium. Efekt jest mały przy jednym uderzeniu.
Dla pojemności minutowej serca (Co  praca serca na minutę) jest znacząca.
Tętno 70/min , rzut serca 67 ml
Co=70 x 67 = 4690 ml/min
Tętno 140/min, rzut serca 74 ml (wzrost o 7 ml)
Co=140 x 74 = 10360 ml/min
Co przy rzucie serca 67 ml = 140 x 67 = 9380 ml/min
Effect of staircase = 10360-9380 = 980 ml/min H" 1l/min
1
http://en.wikipedia.org/wiki/Bowditch_effect - nie znalazłam polskiego tłumaczenia