Нормальная физиология / КР5 по сердцу

Вопрос 8. Механизмы расслабления миокарда. Роль Ca2+ АТФ-азы саркоплазматического ретикулума, натрий-кальциевого обмена.

Кальций - главный регулятор силы сокращения . Чем больше концентрация кальция в цитоплазме, тем больше акто-миозиновых мостиков, тем сильнее сокращается кардиомиоцит.

Основной процесс, определяющий расслабление кардиомиоцитов, — это удаление ионов кальция из саркоплазмы, в результате чего концентрация Са2+ в ней уменьшается. При этом комплексы Са2+ с тропонином С распадаются, тропомиозин смещается по отношению к актиновым филаментам и закрывает их активные центры — сокращение прекращается.

Для расслабления кардиомиоцита необходимо снизить концентрацию ионов кальция, что приведет к восстановлению исходной конформации тропонина и закрытию центров связывания актина тропомиозином.

Три основных пути снижения концентрации ионов кальция.

1.Перенос кальция в цистерны саркоплазматического ретикулума при помощи первично активного транспорта, то есть кальциевой АТФазы (Sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase – SERCA). Около 80 процентов кальция удаляется из цитоплазмы этим путем, поэтому этот путь наиболее чувствителен к регулирующим влияниям. При этом кальций именно абсорбируется в СР, накапливаясь в нем. SERCA состоит из 13 субъединиц, обозначаемых M1—M10, N, P и A. Кальций связывается с субъединицами M1—M10, которые находятся в мембране, в то время как АТФ связывается субъединицами N, P и А. Когда 2 иона кальция, а также одна молекула АТФ связываются с цитоплазматической стороной канала (то есть стороной, обращённой к цитоплазме), канал открывается, при этом АТФ превращается в АДФ, выделяя энергию. Высвободившаяся при этом фосфатная группа связывается с каналом, побуждая его изменить свою конформацию. Из-за этого цитоплазматическая сторона канала открывается, и два иона кальция поступают в канал. Далее цитозольная сторона насоса закрывается, внутренняя открывается, высвобождая ионы кальция внутрь СР.

•Фосфоламбан — белок мембраны саркоплазматического ретикулума. Он тесно связан с SERCA, и в покое ингибирует ее путем снижения сродства к ионам Ca2+. Если кальций не удаляется, мышца не может расслабиться и снова сократиться. Адреналин и норадреналин (бета1-рецепторы клеточной мембраны) активируют ПКА, кот. фосфорилирует PLB, что препятствует связыванию PLB c SERCA. Запускается расслабление мышцы.

2.Транспорт в межклеточное пространство с использованием натрий-кальциевого обменника

путем вторично-активного транспорта. Этим путем выводится около 15 процентов ионов кальция.

3.Транспорт в межклеточное пространство с использованием кальциевой АТФазы сарколеммы. Около пяти процентов кальция.

В целом, для расслабления кардиомиоцита необходимо затормозить поступление ионов кальция в цитоплазму, закачать ионы кальция в

саркоплазматический ретикулум. Внутри терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума имеется белок

— кальсеквестрин, который связывает большую часть находящегося внутри цистерн кальция. Благодаря этому емкость этого внутриклеточного резервуара для ионов кальция повышается.

•

цитоплазме.

•Поскольку выделение кальция в межклеточное пространство является по своему механизму вторично-активным транспортом, то его эффективность поддерживается путем активности натрий-калиевой АТФазы. Вещества, которые регулируют активность этого насоса, в частности сердечные гликозиды, влияют также на сокращение кардиомиоцита.

Все эти механизмы приводят к уменьшению кальция в цитоплазме. Наступившая диссоциация молекул актина и тропомиозина приводит к расслаблению кардиомиоцита. Процесс удаления кальция из цитоплазмы помимо прекращения отдельного сокращения играет важную роль в приспособлении деятельности сердца к изменяющимся условиям. Увеличение частоты сердечных сокращений уменьшает период между сокращениями и требует быстрого удаления ионов кальция.

Вопрос 9. Особенности сократимости миокарда: независимость силы сокращения от интенсивности раздражителя (закон «все или ничего»). Закономерности «сила-длина», «силаскорость».

NB: Все клетки миокарда связаны нексусами и все сокращаются во время каждой систолы.

Закон «все или ничего». Поскольку миокард представляет собой функциональный синцитий, то при развитии потенциала действия в одном кардиомиоците процесс возбуждения с высокой скоростью (до 0,5 м/с) распространяется на соседние невозбужденные клетки. Таким образом, происходит быстрый охват возбуждением всех рабочих кардиомиоцитов, что обеспечивает синхронность и практически одновременность их сокращения. Вследствие этого сила

сокращения сердца не зависит от силы сверхпорогового раздражителя (закон «все или ничего»).

Зависимость «длина-сила». Исследования на папиллярной мышце миокарда кошки показали, что при растяжении саркомера происходит выдвижение актиновых и миозиновых нитей из промежутков между ними. В результате увеличивается количество актин-миозиновых мостиков, которые могут образоваться при сокращении, и, следовательно, создаются условия для возрастания силы сокращения при большем растяжении миофибрилл. Максимальная сила сокращения достигается при исходной длине саркомера около 2,2 мкм. Вместе с тем при растяжении волокон миокарда имеет место и увеличение входящего кальциевого тока в ответ

на активацию так называемых кальциевых каналов растяжения (stretchactivated channels), которые были обнаружены не только в гладких мышцах, но и в миокарде.

Увеличение входящего кальциевого тока непосредственно вызывает повышение сократимости миокарда. Кроме того, в ответ на изменение исходной длины волокон миокарда возрастает чувствительность тропонина C к ионам кальция, что способствует активации большего количества актомиозиновых мостиков.

Таким образом, исходная длина волокон миокарда является ключевой детерминантой регуляции силы его сокращения. В интактном сердце об исходном растяжении волокон миокарда могут свидетельствовать такие показатели, как конечно-диастолическое давление и объем желудочков.

NB: «закон сердца» ранка-Старлинга:

чем больше объем крови, который поступает в желудочек во время диастолы (конечнодиастолический объем), тем больше объем крови, изгоняемый во время систолического сокращения (ударный объем), и наоборот.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО: ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

МЕЖСТИМУЛЯЦИОННОГО ИНТЕРВАЛА ПРИ ИСКУССТВЕННОЙ СТИМУЛЯЦИИ СЕРДЦА

Изменения длительности стимулирующего импульса влияют на длительность потенциалов действия в клетках сердца и таким образом изменяют их рефрактерные периоды.

Изменение длительности стимулирующего импульса – важные факторы при инициировании или прекращении некоторых аритмий.

Рисунок: по мере сокращения длительности межстимуляционного интервала, длительность ПД уменьшается – опосредовано изменениями в калиевом токе (вовлечены IK и Ito)

Зависимость «скорость — сила». Исследования, проведенные А. Хиллом на скелетной мышце, позволили установить графическую гиперболическую зависимость между нагрузкой и скоростью мышечного сокращения, которая выражается уравнением Хилла:

где V — скорость сокращения, см/с; Р — сила мышечного сокращения (нагрузка), гс; Р 0 — максимальная возможная сила сокращения; а — константа, которая характеризует тепло, выделяющееся при укорочении мышцы, и зависит от КПД работы мышцы; b — константа, характеризующая скорость перехода химической энергии в механическую (константы а и b имеют соответственно размерности нагрузки и скорости).

Из этого уравнения следует, что если нагрузка на мышцу равна нулю (Р = 0), то скорость ее сокращения максимальна и равна Vmax = bР0 /а. Режим сокращения мышцы с постоянной силой (при

постоянной нагрузке) называется изотоническим (isos — равный, tonos — напряжение). Если же нагрузка на мышцу максимальна (Р = P0), то укорочение отсутствует, то есть V = 0, что

соответствует состоянию максимального изометрического сокращения (isos — равный, metron — мера, размер сокращения (напряжения)).

Однако исследования, выполненные на папиллярной мышце, показали, что в миокарде наблюдается отклонение гиперболической зависимости «сила — скорость», установленной для скелетной мышцы. Это обусловлено многими причинами. Во-первых, даже при постоянном объеме камер сердца при сокращении миокарда имеет место внутреннее укорочение центральных и одновременное растяжение периферических участков сердечной мышцы. Следовательно, в сердце отсутствует классическое изометрическое сокращение, при котором длина мышечных волокон остается постоянной. Во-вторых, миокард как функциональный синцитий обладает неоднородностью строения, и поэтому одни саркомеры могут быть растянуты в большей или меньшей степени, чем другие. В-третьих, на характер зависимости «сила — скорость» в миокарде в большей мере, чем в скелетной мышце, влияют процессы активной релаксации. Наконец, изменение гиперболической зависимости «сила — скорость» вызывают многие вещества, действующие на сердце, например адреналин, ионы кальция, препараты дигиталиса.

Вопрос 10. Величина давления в полостях сердца и состояние клапанов в разные фазы сердечного циклы (внутрисердечная гемодинамика).

Сердечный цикл и его фазовая структура. Механизмы закрытия и открытия клапанов. Диаграмма левого желудочка «давление-объем». Ударный объем и фракция выброса.

Во время общей паузы миокард расслаблен, и сердечные камеры заполняются кровью, поступающей из магистральных вен. Атриовентрикулярные клапаны в это время раскрыты, и кровь свободно поступает из предсердий в желудочки. Напротив, полулунные клапаны аорты и легочного ствола закрыты, поскольку диастолическое давление в этих сосудах значительно выше, чем в желудочках

Фазы систолы:

1. Начальная фаза - асинхронное сокращение - соответствует последовательному «включению» сократительных кардиомиоцитов после генерации импульса в SN. Внутрижелудочковое давление в эту фазу систолы растет незначительно. Клапаны между магистральными венами и предсердиями отсутствуют, поэтому для препятствия оттоку

крови из предсердий обратно в вены во время систолы предсердий происходит сокращение кольцевой мускулатуры, окружающей устья полых и легочных вен. В течение систолы предсердий давление крови в них повышается и становится больше, чем в желудочках, которые в это время еще расслаблены.

2.С момента охвата возбуждением всего миокарда желудочков начинается фаза изоволюмического сокращения (режим близок к изометрическому сокращению, но длина мышечных волокон не остается постоянной – в камерах сердца при неизменном объеме укорачиваются центральные и растягиваются периферические участки мышцы) – синхронное сокращение кардиомиоцитов. Внутрижелудочковое давление в этой фазе нарастает – 2000 мм рт. ст./с, когда становится выше диастолического давления в аорте и легочном стволе, открываются полулунные клапаны.

3.Изгнание крови из желудочков

a.фаза быстрого изгнания – кровь в аорте и легочном стволе движется с большой скоростью. Сокращение желудочков ближе к изотоническому (const сила), давление возрастает незначительно.

b.фаза медленного изгнания – скорость уменьшается, т.к. кровь из сердца попадает в уже заполненные кровью аорту и легочный ствол; при изгнании крови из сердца она растягивает

стенки данных сосудов (например, диаметр аорты увеличивается на 25 %). + по мере изгнания крови уменьшается скорость сокращения миокарда.

Расслабление – диастола. Давление снижается; в магистральных артериях за счет эластических свойств и гидравлического сопротивления сосудов это происходит медленнее, чем в желудочках. Давление в желудочках становится меньше, чем в аорте и ЛС – полулунные клапаны закрываются.

время от начала периода расслабления до закрытия полулунных клапанов – протодиастолический период.

растворенного при данных условиях в жидкости, есть постоянная величина, которая определяется заранее. Предположим, что в течение 20 с испытуемый вдыхает и выдыхает обратно в резиновый мешок небольшой емкости газовую смесь, содержащую 20–25 % ацетилена. Затем анализируют

Дж. Стюарт – способ определения сердечного выброса путем разведения индикатора 3 (красителя). Принцип этого метода заключается в том, что в локтевую вену человека вводят определенное количество красителя, неспособного к диффузии через стенки капилляров в ткани. Такими свойствами обладают, в частности, синька Эванса или индоцианин зеленый (кардиогрин). Далее из плечевой артерии с двухсекундными интервалами осуществляется многократный (10–12 раз) забор крови. В полученных пробах определяется концентрация красителя (мг/л), а затем строится кривая разведения красителя, где по вертикали откладывается концентрация краски, а по горизонтали — время забора проб крови в секундах от начала разведения красителя. Поскольку в методе Стюарта необходимо многократно забирать кровь из артерии, этот способ был модифицирован Г. Гамильтоном в середине 1920-х гг. таким образом, что величина концентрации красителя определяется в крови ушной раковины с

помощью оксигемометра.

Первая волна циркуляции, или пассаж, разведенного индикатора в крови, протекающей через датчик оксигемометра, регистрируется в виде быстрого подъема и спада кривой. Далее следует сглаженная волна, вызванная повторным про-хождением индикатора, и наконец концентрация индикатора в крови устанавливается на некотором постоянном уровне насыщения (рис. 14). Расчет величины сердечного выброса ведется по кривой первой волны циркуляции, нисходящее колено которой экстраполируют до нулевой линии (как если бы весь индикатор после первого прохождения удалялся из организма). Расчет величины сердечного выброса согласно методу разведения индикатора можно понять из следующих соображений.

Очевидно, что общее количество введенного внутривенно индикатора N (мг) растворяется за время первого прохождения T в определенном объеме крови V (мл). Количество индикатора в крови является произведением объема крови Ыи концентрации индикатора, то есть

где С — средняя концентрация индикатора в крови за время первого прохождения крови (мг/мл). Объем же крови V, в котором растворился индикатор, будет зависеть от объемной скорости кровотока Q и времени T первого прохождения, то есть

Из равенств (1) и (2) следует, что N = Q × T × C.

Таким образом, величину объемной скорости кровотока можно рассчитать как

сосудистого сопротивления. Поэтому данная методика особенно значима в клинической практике при оценке показателей гемодинамики малого круга кровообращения.

Однако погрешность измерения сердечного выброса методами Фика и Стюарта-Гамильтона, а также способом термодилюции составляет 20–25 %. Данные методы являются инвазивными и дискретными, в связи с чем они не позволяют оценить динамику изменений сердечного выброса, например, при физической нагрузке.

Реография (электроплетизмография или импедансная плетизмография) — измерение 5 электрического сопротивления тканей при прохождении через них переменного

электрического тока высокой частоты.

Косвенное определение ударного объема сердца

Чаще применяется тетраполярная грудная реография по В. Кубичеку. При этом одна пара кольцевых электродов располагается вокруг основания шеи обследуемого: верхний — первый электрод, нижний — второй. Вторая же пара электродов располагается вокруг грудной клетки на уровне соединения тела грудины с мечевидным отростком (верхний — первый электрод, нижний — второй). Через первый шейный и второй грудной электроды пропускается электрический ток высокой частоты (20 кГц), то есть эти электроды являются стимулирующими. Второй шейный и первый грудной электроды являются регистрирующими, поскольку с помощью них производится регистрация сопротивления тканей грудной клетки.

Такая методика позволяет оценить пульсовые колебания электрического сопротивления тканей грудной клетки, в первую очередь кожи и мышц, и косвенно судить о кровенаполнении органов грудной полости. При каждом сокращении сердца в большой круг кровообращения выбрасывается объем крови, практически равный величине ударного объема левого желудочка, что сопровождается изменением электрического сопротивления тканей грудной клетки и регистрируется в виде двух кривых: интегральной (объемной) и дифференциальной реограмм (рис. 15).

Первая из них отражает пульсовые колебания электрического сопротивления тканей грудной клетки. Дифференциальная реограмма отражает скорость изменения электрического сопротивления. Ударный объем сердца рассчитывают по дифференциальной реограмме, используя формулу Кубичека:

LVSV (left ventricular stroke volume) — ударный объем левого желудочка, мл; ρ — удельное сопротивление крови в норме, составляет 135–150 Ом × см и может быть рассчитано по эмпирической формуле:

В современных реографах осуществляется компьютерный анализ реограмм. Но несмотря на простоту и неинвазивность такого метода, он позволяет лишь косвенно судить о величине сердечного выброса, и поэтому в настоящее вре-мя в связи с развитием методов эхокардиографии в клинической практике методика реографии утратила ведущее значение.

ЭХОКАРДИОГРАФИЯ.

6 Принцип измерения. При эхокардиографии на стенку грудной клетки помещают ультразвуковую головку аппарата, который излучает ультразвуковые волны и регистрирует отражающиеся волны. Не все структуры сердца отражают звук в равной мере: более плотные структуры (отражающие больше звука) отличаются от менее

плотных структур (акустически более прозрачных). Существует три варианта эхокардиографии.

Одномерная эхокардиография (M-mode).

Одномерный линейный ультразвук проходит через сердце, и регистрируется одномерное изображение силы звука. Одномерное изображение выводится на монитор в виде графика с временноrй зависимостью, так что можно определить движение (M-mode от motion) звуконепроницаемых элементов, например сердечных клапанов или стенки сердца.

Двумерная эхокардиография (В-mode).

Ультразвуковые волны излучаются измерительной головкой не в одном направлении, а в разных, в форме веера, при этом звуковая головка раскачивается.

Отраженные сигналы отображаются на мониторе в виде двумерного изображения, причем яркость пикселей (В-mode от brightness) отражает плотность звука. Кинематографическая регистрация звуковых сигналов происходит очень быстро, таким образом можно получить пленку, изображающую период движения сердца в определенной плоскости сечения. Изменение уровня плоскости среза позволяет получать относительно полную картину механики отдельных структур сердца и обнаруживать дефекты функции сердечных клапанов или подвижности отдельных частей стенки сердца. Оценивая начальный систолический объем (Vmin) и конечный систолический объем (Vmax) на определенном уровне плоскости сечения, применяя специализированные компьютерные программы, можно рассчитать ударный объем (Vmax – Vmin) и приблизительное значение фракции выброса EF (ejection fraction) (EF = (Vmin / Vmax ) 100). Движение стенки и ее утолщение в

различных областях желудочков можно также измерить после нагрузки на велоэргометре (эхокардиография с нагрузкой). Так обнаруживают изменение сократимости в областях с недостаточным кровоснабжением (например, вследствие коронарного стеноза).

Цветная эхокардиография Допплера (режим D).

Речь идет о двумерной эхокардиографии (В- mode), при которой с помощью эффекта Допплера дополнительно измеряют скорость движения отражающих звук эритроцитов. При движении эритроцитов к звуковой головке аппарата отраженная ультрозвуковая волна имеет более высокую частоту по сравнению с излученной волной, при движении эритроцитов от звуковой головки отраженная волна имеет более низкую частоту. Пиксели кодируются красным цветом, если большинство эритроцитов движется по направлению от звуковой головки. Когда двумерная кодированная

цветом допплерографическая эхокардиограмма и двумерная (яркостная) эхокардиограмма накладываются друг на друга на мониторе, можно количественно определить поток крови через сердечные клапаны и точно оценить функцию сердечных клапанов.

Изменения при различных функциональных состояниях

1. Ортостаз

Переход из горизонтального положения тела в вертикально (=постуральная реакция) – под действием силы тяжести происходит перемещение массы крови из верхних отделов сосудистой системы — в нижние (рис. 48).

Из-за эластичности и растяжимости сосудов при вертикальном положении тела человека на кровь действует также сила тяжести, которая создает доп. условия для растяжения сосудов и депонирования крови в нижних конечности (к этому добавляется еще градиент давлений, создаваемый сердцем).

ОРТОСТАЗ:

↓венозный возврат крови к сердцу

↓величины конечно-диастолического На фоне ортостаза увеличивается ЧСС, скорость