ЛЕКЦИЯ 13 Физиология сердца

ВОПРОСЫ Структурно-функциональная характеристика сердца Свойства миокарда Регуляция частоты и силы сердечных сокращений Методы изучения деятельности сердца. Электрокардиография

Эпикард, миокард и эндокард

Морфология сердца дуга аорты, у млекопитающих левая

Клапанный аппарат

Сердечный цикл

Основные функциональные показатели работы сердца конечно-диастолическим объемом. В покое, во время диастолы, желудочки могут принять до мл крови. Объем крови, содержащийся в конце диастолы, называется конечно-диастолическим объемом. конечно- систолический объем Во время систолы при относительном покое организма в аорту выбрасывается около 70 мл крови. Оставшиеся в сердце мл крови составляют конечно- систолический объем. При физической нагрузке конечный систолический объем может уменьшаться до мл.

Основные функциональные показатели работы сердца Систолический объемСО Систолический объем – СО – количество крови, выбрасываемой каждым желудочком за одно сокращение. Синоним – ударный объем. Разность между конечно-диастолическим и конечно-систолическим объемами. Минутный объемМОК Минутный объем – МОК– сердечный выброс – количество крови, выбрасываемое желудочками сердца в минуту. МОК- интегральный показатель работы сердца, зависит от систолического объема и частоты сердечных сокращений: МОК=СО×ЧСС 4 - 5,5 л/мин 3 - 4,5 л/мин МОК у мужчин приближается к 4 - 5,5 л/мин, а у женщин к 3 - 4,5 л/мин В положении стоя МОК на треть меньше, чем лежа, кровь скапливается в нижней части тела и уменьшается систолический объем.

Основные функциональные показатели работы сердца Частота сердечных сокращений пульс Частота сердечных сокращений – один из информативных показателей работы сердца (пульс) (ЧСС мах : 220 минус показатель возраста в годах) В онтогенезе ЧСС покоя снижается от до 70 уд/мин, затем к пожилому возрасту вновь возрастает на 7-8 уд/мин. У мелких животных ЧСС может достигать уд/мин, что связано с интенсивным обменом и процессами терморегуляции (600 мышь, 120 кролик, 100 кот, 25 слон.

Основные функциональные показатели работы сердца объемом циркулирующей крови Общий объем крови, находящейся в сосудах, называется объемом циркулирующей крови. Этот показатель влияет на возврат крови в сердце. 84 % 9%7% У взрослого человека около 84 % всей крови находится в большом круге кровообращения, 9% в малом, 7% в сосудах и полостях сердца % 60-70% всей крови постоянно содержится в венах

Физиология сердечной мышцы Функциональной единицей миокарда является мышечное волокно, образованное цепочкой нескольких кардиомиоцитов. Между ними имеются электрические синапсы, контакты, имеющие малое сопротивление. Среди клеток миокарда выделяют большинство рабочих, сократительных, или типичных кардиомиоцитов, и меньшинство (около 1%) атипичных, узловых кардиомиоцитов, составляющих проводящую систему сердца. Меньшую долю занимают секреторные, эндокринные кардиомиоциты (ПНУФ)

Проводящие сердечные миоциты Атипичные кардиомиоциты, обеспечивают ритмичное координированное сокращение различных отделов сердца благодаря своей способности к генерации и быстрому проведению электрических импульсов Совокупность атипичных кардиомиоцитов формирует так называемую проводящую систему сердца.

Секреторные кардиомиоциты Встречаются преимущественно в правом предсердии и ушках сердца. предсердный натрийуретический фактор (ПНУФ В цитоплазме этих клеток располагаются гранулы, содержащие пептидный гормон - предсердный натрийуретический фактор (ПНУФ). При растяжении предсердий секрет поступает в кровь и воздействует на собирательные трубочки почки, клетки клубочковой зоны коры надпочечников, участвующие в регуляции объема внеклеточной жидкости и уровня артериального давления (расширяет сосуды, снижает АД).

Сократительные кардиомиоциты Образуют основную часть миокарда. Они содержат 1-2 ядра в центральной части клетки, а миофибриллы расположены по периферии. Места соединения кардиомиоцитов называются вставочные диски, в них обнаруживаются щелевые соединения (нексусы) и десмосомы. Форма клеток в желудочках - цилиндрическая, в предсердиях - неправильная, часто отросчатая. Кардиомиоциты покрыты сарколеммой, состоящей из плазмолеммы и базальной мембраны, в которую вплетаются тонкие коллагеновые и эластические волокна, образующие "наружный скелет" кардиомиоцитов, - эндомизий.

Функции миокарда: автоматизм, возбудимость, проводимость и сократимость. Автоматизм способность самостоятельно генерировать ПД для сокращения миокарда всего сердца; денервированное сердце продолжает сокращаться, так как автоматизмом обладают даже рабочие кардиомиоциты, однако скорость спонтанной диастолической деполяризации у них минимальна. Проводимость способность проводить ПД; проводимостью обладает каждый кардиомиоцит. Возбудимость способность возбуждаться (генерировать ПД) в ответ на воздействие раздражителя. Сократимость способность сокращаться, реализуя тем самым насосную функцию сердца.

Проводимость Проводящая система сердца

Градиент автоматии САУ=60-80 уд/мин АВУ=40-50 уд/мин Пучок Гиса уд/мин Волокна Пуркинье =20 уд/мин Кардиостимулятор ?

Проводящая система сердца Различают три типа мышечных клеток, которые в разных соотношениях находятся в различных отделах этой системы

Проводящая система сердца Первый тип проводящих миоцитов - это P- клетки, или пейсмейкерные миоциты, - водители ритма. Они светлые, мелкие, отросчатые. Эти клетки встречаются синусном и предсердно-желудочковом узле и в межузловых путях. Высокое содержание свободного кальция в цитоплазме этих клеток при слабом развитии саркоплазматической сети обусловливает способность клеток синусного узла генерировать импульсы к сокращению. Поступление необходимой энергии обеспечивается преимущественно процессами анаэробного гликолиза.

Проводящая система сердца Второй тип проводящих миоцитов - это переходные клетки. Они составляют основную часть проводящей системы сердца. Это тонкие, вытянутые клетки, встречаются преимущественно в узлах (их периферической части), но проникают и в прилежащие участки предсердий. Функциональное значение переходных клеток состоит в передаче возбуждения от Р-клеток к клеткам пучка Гиса и рабочему миокарду.

Проводящая система сердца Третий тип проводящих миоцитов - это клетки Пуркинье, часто лежат пучками. Они светлее и шире сократительных кардиомиоцитов, содержат мало миофибрилл. Эти клетки преобладают в пучке Гиса и его ветвях. От них возбуждение передается на сократительные кардиомиоциты миокарда желудочков.

Проводящая система сердца: Автоматизм В проводящей системе сердца локализованы водители ритма. Не все клетки проводящей системы способны быть водителями ритма. Только небольшая часть (3,5%) из всей массы синусного узла способна генерировать спонтанные колебания потенциала, их называют истинными пейсмекарами, в отличие от латентных, потенциальных.

Автоматизм Истинные пейсмекеры способны к спонтанной деполяризации. Пейсмекерный потенциал обусловлен медленной диастолической деполяризацией, феноменом, характерным только для атипичных кардиомиоцитов

Пейсмекер Пейсмекерами могут быть клетки и других узлов и проводящих элементов миокарда, если не функционирует синусный узел. нет понятия потенциал покоя. Для этих клеток нет понятия потенциал покоя. Мембранный потенциал их постоянно, ритмически правильно, флуктуирует приводя к периодическому открытию и закрытию потенциал-чувствительных ионных каналов

Пейсмекерный потенциал, или препотенциал

три фазы По современным представлениям в генерации возбуждения пейсмекерной клеткой можно выделить три фазы. 1.Начальная, фаза спонтанной диастолической деполяризации. рК+ Обусловлена снижением калиевой проницаемости рК+ (уменьшением выходящего калиевого тока, выносящего положительный заряд из клетки) на фоне действия натриевой утечки, также понижающего электроотрицательность цитоплазмы. Деполяризация развивается плавно до тех пор, пока не достигнет порога срабатывания Ca++Т-каналов.

2. Вторая фаза начинается открытием потенциал зависимых кальциевых Т- каналов. Т-каналы выступают как триггеры потенциала действия. потенциал зависимых кальциевых каналов Поскольку порог потенциал зависимых кальциевых каналов в проводящих кардиомиоцитах невелик, при достижении КУД, = –35 мВ, они начинают открываться. Вторая фаза

Ca++ потенциал зависимые каналы L- типа 3. Генерация потенциала действия. Основной вклад в его развитие вносят Ca++ потенциал зависимые каналы L- типа. Реполяризация К+ каналов Реполяризация обусловлена функционированием К+ каналов

Проводимость По проводящей системе сердца возбуждение распространяется в 5 раз быстрее, чем по рабочим кардиомиоцитам, и охватывает практически весь миокард. Ритм сердечных сокращений формируется в синусном узле, а далее, после задержки в атриовентрикулярном узле, переходит по пучку Гиса и волокнам Пуркинье ко всем синцитиальной объединенным рабочим миокардиоцитам.

Имеется иерархия участков атипичных кардиомиоцитов. Ведущим узлом в генерации ритма сердца является синусный, другие- латентные. только проводниковые функции Когда он функционирует нормально, другие выполняют только проводниковые функции Скорость медленной диастолической деполяризации сино-атриального узла наибольшая Проводимость

Передача возбуждения на другие проводящие, а затем и рабочие кардиомиоциты осуществляется путем распространения потенциала действия без затухания (декремента). Возможность для этого обеспечивается наличием нексусов, расположенных на поверхности кардиомиоцитов.

Постоянная длины для кардиомиоцитов λ равна от 65 до 100 мкм поперек и мкм вдоль волокна. Постоянная времени ( τ =RC) приближается к 4,4 мс. Вспомним, что первая величина определяет то расстояние, на которое первоначальный электротонический потенциал уменьшается в e раз, вторая – показывает, за какой отрезок времени потенциал уменьшается в 1/e раз Проводимость Пассивное распространение сигнала электротона определяется уравнением Ux = U 0 × e –x/λ

Постоянная длины поэтому распространяется не электротон, а потенциал действия

Распространение возбуждения по миокарду Синусовый узел 0,05 Миокард предсердий 1 АВ-узел 0,05 Пучок Гиса 1 Система волокон Пуркинье 4-5 Миокард желудочков 1 м/с Скорость проведения возбуждения (м/с) в тканях сердца

Возбудимость Под действием различных раздражителей электрических, химических, температурных (для лягушки), сердце способно возбуждаться. Как и всякая возбудимая клетка, рабочий кардиомиоцит имеет поляризованную мембрану. В покое, в фазу диастолы, для мембраны кардиомиоцита характерен потенциал покоя, обусловленный теми же причинами, что и у любой возбудимой клетки.

Механизм электрогенеза Уравнение Гольдмана Здесь R – газовая постоянная, T – температура, z – заряд иона, а F – константа Фарадея. Литерой p обозначается проницаемость иона.

Потенциал покоя Мембранный потенциал покоя близок к равновесному потенциалу для К+, но не равен ему. Na+Насос дает -8 mV Eк=RT/ZF lg[К + ] о /[К + ] i =61 lg4/150= mV (Na o /Na i =145/15) Реальный Vm близок к -90 mV

Потенциал действия рабочего кардиомиоцита

Потенциалы действия. А Желудочек. Б Синусно-предсердный узел. В Ионная проводимость. I ПД, регистрируемый с поверхностных электродов; II внутриклеточная регистрация ПД; III Механический ответ. Г Сокращение миокарда. АРФ абсолютная рефрактерная фаза; ОРФ относительная рефрактерная фаза. 0 деполяризация; 1 начальная быстрая реполяризация; 2 фаза плато; 3 конечная быстрая реполяризация; 4 исходный уровень.

Сократимость Сердечной мышце свойственна сократимость, в основе ее лежит обычный механизм мышечного сокращения. Электромеханическое сопряжение в кардиомиоцитах принципиально напоминает этот процесс в скелетных мышцах. Для сердечных сократительных белков актина и миозина свойственны те же взаимодействия, так же важен кальций и АТФ.

Ультраструктура сердечной мышцы

Электромеханическое сопряжение в сердце

Миокард не выносит кислородного долга

Миокард работает на любом «органическом топливе» Свободные жирные кислоты=31-35% Глюкоза=31-35% Молочная кислота =28-30% При физической нагрузке доля молочной кислоты растет до 60%

Регуляция частоты и силы сердечных сокращений Осуществляется местными местными (миогенными и интрамуральными нервными) гуморальными системными нервными системными (экстракардиальными) нервными механизмами

Закон Френка-Старлинга, или закон сердца Чем сильнее наполняется кровью сердце во время диастолы, тем сильнее оно сокращается во время систолы. В законе сердца находит проявление гетерометрическая саморегуляция миокарда, то есть изменение силы сокращения миокардиальных волокон при увеличении их длины.

Опыт демонстрации закона сердца

гомеометрическая саморегуляция Эффект Анрепа (увеличение силы сокращения при повышении давления в аорте)

Феномен Боудича (чем выше ЧСС, тем выше сила отдельного сокращения)

Гуморальные влияния на сердце

Блокада Ca++ каналов и разная концентрация Ca++ (открыл Рингер, в его честь назван изотонический раствор необходимых солей )

Гормональная регуляция Действие катехоламинов (адреналина и норадреналина) зависит от наличия в клетках- мишенях адренорецепторов. В сердце млекопитающих содержатся преимущественно β1 адренорецепторы, в то время как в гладких мышцах сосудов преобладают β2. Неравномерно распределены в сердце и сосудах α-адренорецепторы стимулирующее силу и частоту сокращений Действие катехоламинов на сердце стимулирующее силу и частоту сокращений.

Вегетативная иннервация сердца: Метасимпатическая интрамуральная нервная система

Вегетативная иннервация сердца: экстрамуральные нервы

Вагусный и симпатический эффекты

Барорецеп торные и хеморецеп торные рефлексы

Парасимпатическая иннервация: вагус X пара Отрицательный Хроно-тропный Ино-тропный Батмо-тропный Дромо-тропный эффекты

Влияние стимуляции вагуса на пейсмекерный потенциал СА узла

Стимуляция вагосимпатического ствола

Опыт на млекопитающем:

Симпатическая иннервация: Положительный Хроно-тропный Ино-тропный Батмо-тропный Дромо-тропный эффекты

Бета-адренорецептор

Методы изучения деятельности сердца. Электрокардиография

Треугольник Эйнтховена Эйнтховен Виллем (Einthoven W.), голландский физиолог (1860–1927); в 1903 г. создал струнный гальванометр для записи ЭКГ, в 1908 г. предложил стандартные отведения, в 1908–1913 гг. разработал трактовку нормальной ЭКГ. В 1924 г. Эйнтховен удостоен Нобелевской премии за принципиальное усовершенствование методики регистрации электрических процессов, происходящих в сердце, и описание механизмов их возникновения, в результате чего электрокардиография стала важнейшим диагностическим инструментом в кардиологии.

Элементы ЭКГ Зубец Р, первый компонент ЭКГ, свидетельствует о том, что процесс деполяризации предсердий завершен, импульс инициируется синусным узлом. Критерий нормального синусного ритма. Имеет в норме А не более 0,25 мВ, длительность 0,1 с.

Интервал РR. Отражает время от начала деполяризации предсердий до начала деполяризации желудочков, время прохождения импульса от синоатриального узла до ножек пучка Гиса. 0,12-0,2 с длительность Элементы ЭКГ

Комплекс QRS.Период деполяризации желудочков. Продолжительность 0,1 с. Зубец R самый большой в ЭКГ. Элементы ЭКГ

Сегмент ST. Окончание деполяризации желудочков и начало их реполяризации. Если амплитуда отклонения вверх превышает 0,1 мВ, у пациента можно подозревать ишемическую болезнь. На пике Т находится точка относительной рефрактерности желудочков.

Интервал QT. Продолжительность 0,36-0,44 с. Полный цикл деполяризации и реполяризации желудочков. Удлинение может указывать на ишемию миокарда. Элементы ЭКГ

Формирование волн : ЭКГ пишет электрические процессы, а не механические!!!

Виды ЭКГ: синусный ритм

Спасибо за внимание!