Физиология сердца

1. Физиология сердца

2. Сердце – это электрохимическая и механическая машина

• Механическая насосная функция
управляется активностью
пейсмекерных клеток
• Химическая энергия, которую
сердечная мышца затрачивает
генерируется в митохондриях
преимущественно аэробно путем
окислительного фосфорилирования
• Приток кислорода по коронарным
артериям соответствует потребностям
сердца в О2 путем регуляции
сопротивления сосудов

3.

В едином сердце – два
отдельных механических
насоса
• Правый желудочек –
насос низкого
давления
(25/5 мм рт.ст)
• Левый желудочек –
насос высокого
давления
(120/80 мм рт.ст.)
Оба насоса объединены в единый орган
как сообщающиеся сосуды
Сложные механизмы регуляции
гарантируют, что правый насос и левый
насос перекачивают одинаковое
количество крови
Схема распределения систолического и
диастолического давления в разных
отделах системы кровообращения

4. Отдельные правый и левый насосы перекачивают кровь на разную высоту тела человека

Правый насос – насос низкого
давления: 25мм рт.ст.(правый
желудочек), 15мм рт.ст.(левое
предсердие)- это градиент давления
правого насоса = 10мм рт.ст.
Этот насос перекачивает кровь до
уровня верхушек легких.
Левый насос – насос высокого
давления: 120мм рт.ст.(левый
желудочек) -5мм рт.ст.(правое
предсердие)= 115мм рт.ст.- это градиент
давления левого насоса.
Этот насос перекачивает кровь до
уровня поднятой вверх руки.

5. Миокард образуют разные по морфологии и функции клетки

Автоматию обеспечивают
〠 Атипичные кардиомиоциты (Рклетки и волокна Пуркинье) - это
pacemaker cells – их объединения (пулы)
формируют проводящую систему сердца.
В узлах этой системы спонтанно
зарождаются ПД и проводятся по
миокарду
Сократимость обеспечивают
〠 Рабочие кардиомиоциты, они
составляют 99% всех клеток сердца
Кардиомиоциты в постэмбриональном
периоде не способны к делению
Миокард образуют разные по
морфологии и функции клетки

6. Камеры сердца Клапаны

Сердце состоит из 4 камер: двух тонкостенных
предсердий отделенных друг от друга
межпредсердной перегородкой и двух желудочков.
Мышечные стенки Ж. толще, чем у предсердий. Ж.
отделены друг от друга межжелудочковой
перегородкой. Предсердия скорее вместилища для
крови, чем насосы
Предсердия и желудочки разделены фиброзными
АВ- кольцами. Справа в кольце располагается
трехстворчатый АВ- клапан, слева
двухстворчатый АВ- клапан.
Градиент давления между камерами сердца
управляет открытием и закрытием клапанов.
Избыточное движение и выворачивание клапанов в
полость предсердий предотвращают сухожильные
нити. Нити соединяют свободные края створок
клапанов с папиллярными мышцами, которые
сокращаются в систолу.
У входа в легочную артерию и аорту расположены
полулунные клапаны. Закрытие створчатых АВклапанов сопровождается I тоном сердца, а
закрытие полулунных – II тоном сердца.
Камеры сердца
Клапаны

7. Состав систолы и диастолы желудочков

• Систола желудочков включает
фазу напряжения +
фазу изгнания
Систола и диастола при
увеличении ЧСС укорачиваются
примерно в одинаковой мере
• Диастола желудочков
включает
фазу расслабления +
Фазу наполнения
В покое при нормальной частоте
сердечных сокращений диастола
продолжается примерно в два раза
дольше систолы

8.

9. Основы насосной функции сердца Механическая работа сердца имеет фазную структуру Фазы формируют сердечный цикл – это временная

последовательность
фаз наполнения и опорожнения
камер сердца (при ЧСС 75/мин
составляет 0,8 с).
Сердечный цикл обоих желудочков
состоит и 4-х фаз:
фаза наполнения
фаза напряжения
фаза изгнания
фаза расслабления

10.

11. Диаграмма работы левого желудочка Давление в левом желудочке изменяется в зависимости от его объема и отражает фазы сердечного

цикла

12. Показатели работы сердца как насоса

Ударный объем (Систолический
объем) = 55 -90 мл
Минутный объем кровообращения
(Сердечный выброс; Минутный
объем сердца; Производительность
сердца) = УО×ЧСС =
4 - 6,5л/мин
Конечный систолический объем
(КСО) = 70 мл
Конечный диастолический объем
(КДО) = 140 мл
Работоспособность сердца ограничивается
тремя факторами:
Максимально достигаемым
систолическим объемом;
Максимально достигаемой
частотой сокращений;
Максимально возможным
притоком крови по коронарным
сосудам.
Величины всех трех показателей
увеличиваются при продолжительных
тренировках на выносливость
При заболеваниях сердца тренировки
необходимо серьезно ограничить

13. Автоматия

Атипичные кардиомиоциты (Рклетки и волокна Пуркинье) - это
pacemaker cells – их объединения
(пулы) формируют проводящую
систему сердца. В узлах этой
системы спонтанно зарождаются
ПД и проводятся по миокарду

14.

Формы ПД в разных
структурах миокарда
Ключевые различия ПД клеток
проводящей системы и рабочего
миокарда
1 – клетки синоатриального (SAN),
атриовентрикулярного узлов (AVN) и
волокон Пуркинье характеризуются
спонтанностью (наличие медленной
диастолической деполяризации в фазе 4) и
пологим фронтом нарастания ПД,
создаваемые током L-типа.
2 – клетки рабочего миокарда предсердий
и желудочков обладают стабильным
диастолическим МП в состоянии покоя. ПД
имеет крутой фронт нарастания.
Длительность ПД предсердия составляет
примерно треть от ПД желудочка.
Эти различия в конфигурации потенциала
действия обусловлены региональными
различиями в экспрессии ионных каналов.

15.

16. Фазы ПД синоатриального узла

Фаза 4 – спонтанная медленная
деполяризация
Фаза 0 – быстрая деполяризация
Фаза 3 – конечная реполяризация
Частота генераций спонтанной
диастолической деполяризации в
пейсмекерных клетках
синоатриального узла самая высокая
по сравнению с другими отделами
проводящей системы (60- 80/мин)

17. Ионная природа ПД СА- узла. МП- 60 мВ

• Медленная диастолическая деполяризация - МДД. Она обусловлена
медленным входом ионов натрия в клетку. В результате мембранный
потенциал достигает порогового уровня и клетка снова возбуждается
(это обспечивает автоматизм сердца).
• Медленная диастолическая деполяризация(МДД) обусловлена особым
видом ионных каналов пейсмекерного тока, (они же каналы входящего
натриевого тока = If -fanny-каналы, смешные, забавные). If – каналы
открываются в фазу гиперполяризации мембраны в конце фазы
реполяризации. Через эти каналы натрий входит в кардиомиоциты
синоатриального узла в фазу медленной диастолической
деполяризации и обеспечивает самовозбуждение.
• Такое название каналу (funny т.е. странный) дано потому, что его
первооткрыватели не ожидали увидеть входящий натриевый ток в фазу
покоя. МДД регулирует ЧСС вне зависимости от нервных влияний.

18. Фазы ПД сократительных кардиомиоцитов

• Фаза 4 – мембранный
потенциал покоя (выходящий
ток ионов К+)
• Фаза 0 – быстрая
деполяризация (входящий Na+
ток)
• Фаза 1 – начальная быстрая
реполяризация (выходящий ток
ионов К+)
• Фаза 2 – медленная
реполяризация или плато (вход
ионов Са2+). Вход Са2+
запускает каплинг механизм
• Фаза 3 - конечная быстрая
реполяризация (выходные
токи по К+ каналам

19. Ионная природа ПД рабочего миокарда

Фаза 0: быстрая деполяризация до
порогового напряжения около -70 мВ.
Кратковременное открытие быстрых
Na+ - каналов (десятитысячные доли с)
- вход ионов Na+ в клетку и быстрая
перезарядка мембраны кардиомиоцита
Фаза 1: начальная быстрая
реполяризация. Открываются
ненадолго K+, но поляризация
задерживается и возникает
Фаза 2: плато (0,3с): вход ионов Са2+
по медленным Са2+ каналам
Фаза 3: конечная быстрая
реполяризации – выход ионов К+ из
кардиомиоцтов – МП возвращается к
исходному значению
Фаза 4: исходное состояние клетки.
МП очень отрицательный (около -90
мВ), так как открыты К+ каналы
Ионная природа ПД рабочего
миокарда
• Особо значима фаза плато
• Вход ионов Са2+ в саркоплазму
запускает каплинг механизм
(процесс взаимодействия
возбуждения с сокращением
миокарда)
• Окончание фазы плато
соответствует максимальному
сокращению кардиомиоцитов
• Длительность фазы плато
определяет продолжительность
рефрактерности рабочего
миокарда

20. Рефрактерность миокарда «защищает» миокард от тетануса Длительность ПД и сокращения рабочего кардиомиоцита практически

сопоставимы

21. Электротерапия нарушений сердечного ритма. Имплантация электрокардиостимулятора

ЭКС – это электронный прибор,
имплантируемый под кожу. ЭКС генерирует импульсы
только в том случае, если нарушается нормальный ритм
сердца. Импульсы от прибора по трансвенозным
электродам передаются в миокард. Обратите внимание
стимулирующие электроды располагают в области
локализации естественных пейсмекерных клеток: I
электрод в области ПП; II электрод в области верхушки
ПЖ; III электрод в области коронарного синуса д.ля
стимуляции ЛЖ.
При брадикардической форме аритмии ЭКС исполняет
роль собственного водителя ритма сердца, включаясь в
режим стимуляции для нормализации нарушенного
сердечного ритма лишь в тот период, когда происходит
критическое снижение ЧСС или развивается асистолия.
При тахикардии электростимуляция вызывает
однородную деполяризацию всего миокарда после чего,
обычно восстанавливается нормальный ритм сердца.
При фибрилляции желудочков применяют максимально
однородную деполяризацию миокарда дефибрилляцию.
Электротерапия нарушений
сердечного ритма. Имплантация
электрокардиостимулятора

22. Применение поляризующих растворов основано на теоретических знаниях ионных токов

Гипоксия, повреждение кардиомиоцитов (инфаркт) вызывают выход ионов К+ из
клетки во внеклеточное пространство = возбудимость ⬇= поляризация мембраны
(МП) уничтожается = нарушение функции кардиомиоцитов
Поляризующая смесь (ПС) увеличивает содержание внутриклеточного
калия, стабилизирует возбудимость и ритм.
ПС предложена в 1962 г. D. Sodi-Pallares с составом: 2 - 3 г калия
хлорида + 250 - 500 мл 5 % раствора глюкозы + 8 - 10 ЕД инсулина
ПС используют в виде инфузий при инфаркте миокарда, при
нарушениях ритма сердца. Механизм действия основан на
восстановлении поляризации клеточных мембран миокарда.
Глюкоза с инсулином увеличивают вход калия внутрь клеток.
Инсулин ускоряет транспорт глюкозы через клеточную
мембрану и, повышая внутриклеточные накопления калия и
глюкозы, способствует улучшению процессов окислительного
фосфорилирования

23. Особенности сокращения миокарда

• Закон «всё или ничего» обусловлен синхронной активностью
пейсмекерных клеток и практически одномоментным
распространением ПД от одного кардиомиоцита в другой через
щелевые контакты (синцитий!)
Режим одиночных сокращений (насос!) обусловлен длительной фазой
абсолютной рефрактерности потенциала действия, которая
«перекрывает» фазу сокращения миокарда (новое сокращение
возможно только во время диастолы).

24.

Сокращение
кардиомиоцитов – это
инотропная функция
миокарда
• Осуществляется с
помощью каплинг
механизма
Расслабление
кардиомиоцитов – это
люзитропная функция
миокарда
Снижение концентрации Са2+ в
саркоплазме до исходного уровня (10-7
М)
Возврат (против градиента
концентрации) Са2+ в СПР с помощью–
SERCA (sarcoendoplasmic reticulum
Ca2+-ATPase) - Са2+-насос при участии
белка фосфоламбана (регулятор насоса)
Перекачивание Са2+ во
интерстициальную (внеклеточную)
среду ( Nа+/Са2+обменник и Са2+насос сарколеммы)

25. Схема локализации Т- трубочек и СПР Одна соединительная "ножка" и Т- трубочка образуют морфо-функциональную структуру - диаду,

Схема локализации Т- трубочек и СПР
Одна соединительная "ножка" и Т- трубочка образуют морфо-функциональную структуру диаду, которая формирует в кардиомиоците единую систему сопряжения возбуждения сокращения - расслабления

26. Электромеханическое сопряжение (coupling mechanism) в миокарде – это сигнальный механизм, связывающий возбуждение

(электрический процесс, ПД) с сокращением мышечной клетки(
механический процесс)
Ключевые моменты каплинг механизма:
1 – Во время фазы плато ПД рабочих кардиомиоцитов открываются Са2+ каналы L- типа
(потенциалуправляемые медленные Са2+ каналы) дигидропиридиновых рецепторов
сарколеммы Т-трубочек.
2 – В результате возникает входящий через DHP каналы малый (начальный) триггерный ток
ионов Са2+ внутрь саркоплазмы.
3 – Под влиянием этого начального (малого) тока ионов Са2+ открываются
лигандуправляемые рианодиновые кальциевые каналы СПР и стимулируется массивное
высвобождение ионов Са2+ из СПР в цитоплазму непосредственно к сократительным белкам.
4 - В итоге концентрация свободных ионов Са2+ вблизи саркомеров возрастает до
максимальных значений в 10-5 М. Связывание Са2+ с миофибриллярным регуляторным белком
тропонином С активирует образование поперечных мостиков и актин скользит относительно
миозина. Развивается напряжение миокарда.
Ионы Са2+ ключевой сигнал сопряжения возбуждения и сокращения в сердечной мышце электромеханический каплинг

27. Расслабление кардиомиоцитов

1- Релаксация кардиомиоцитов сердечной мышцы начинается с
откачивания Са2+ во внеклеточную среду чрез Na+/Са2+ - обменник
сарколеммы и во внутриклеточные депо Са2+ -саркоплазматический
ретикулум с помощью Са2+-насоса SERCA (sarcoendoplasmic
reticulum Ca2+-ATPase), при участии белка фосфоламбана (регулятор
насоса)
2- В результате снижается концентрации свободного Са2+ в
саркоплазме до исходного уровня (10-7 М) и ионы Са2+ прекращают
связываться с регуляторным белком тропонином С
3- Таким образом сократительные белки не активируются,
кардиомиоциты и миокард в целом расслабляются

28. DHR и RyR управляют движением ионов Са2+ к сократительным белкам

• Дигидропиридиновый
потенциалуправляемый
рецептор и канал
• Рианодиновый рецептор и
канал

29. Функциональная взаимосвязь ПД, дигидропиридинового рецептора (DHR), рианодинового рецептора (RyR) и сокращения

• Ионы Са2+
являются
ключевыми
сигнальными
молекулами
сопряжения
возбуждения и
сокращения в
сердечной мышце

30. Тропонины – регуляторные белки сокращения в саркомерах миокарда

• Сердечные регуляторные тропонины представлены тремя основными
субъединицами: тропонином Т, связанным с тропомиозином и
модулирующим сокращение миофибрилл; тропонином I , который
ассоциирован с актином и ингибирует актин-миозиновое взаимодействие, а
также тропонином С основная роль которого сводится в связывании ионов
Са2+, что приводит к ингибированию эффектов тропонина I.
• Интенсивность взаимодействия молекул тропонинов определяется
концентрацией ионов Са2+ на сайтах молекулы тропонина С.
• Основная часть сердечных тропонинов фиксирована на сократительных
белках, небольшое их количество (6—8% тропонин Т и 3,5% тропонин I)
находится в свободном состоянии в цитозоле.
• В норме сердечные тропонины не попадают в системный кровоток.
Доказано, что тропонин Т и тропонин I являются наиболее специфичными и
чувствительными маркерами повреждения миокарда. Они освобождаются из
кардиомиоцитов приблизительно через 4 ч после возникновения
необратимого повреждения и достигают пиковых значений через 12 ч

31. Что такое тест на тропонин

• Повреждения кардиомиоцитов после формирования очага некроза
приводит к повышению уровня тропонинов в плазме крови.

32. Теория – инструмент для диагностики и управления работой миокарда в клинике

Активаторы медленных Са++ каналов:
• β- миметики (НА, А, изадрин), гистамин,
кофеин, ангиотензин II – оказывают
положительный инотропный эффект
Блокаторы медленных Са++ каналов:
• гипоксия, ишемия, снижения уровня АТФ
в кардиомиоцитах – нифедипин,
верапамил, дилтиазем и др.