Нормальная физиология ПЗ 14 Свойства сердечной мышцы

Нормальная физиология ПЗ № 14. Свойства сердечной мышцы. Цикл работы сердца

Актуальность темы: • Знание изучаемой темы необходимо для понимания и оценки основных физиологических свойств сердечной мышцы, определяющих частоту, ритм, последовательность, синхронность, силу и скорость сокращений миокарда.

Цели занятия: • • Учебная: Изучить свойства сердечной мышцы. Изучить цикл работы сердца. Изучить влияние физической нагрузки на цикл работы сердца. • Научиться применять терминологию по изучаемой теме.

Цели занятия: • Развивающая: • Формирование системного подхода к изучению функций органов и систем органов, поддержанию гомеостаза. • Воспитательная: • Формирование способности и готовности реализовать этические и деонтологические аспекты врачебной деятельности в общении с коллегами.

Межпредметные связи Фармакология Патологическая физиология Биохимия Пропедевтика внутренних болезней Свойства сердечной мышцы. Цикл работы сердца Клиническая патофизиология Физиология ЦНС Гистология, цитология, эмбриология Физика. Математика Анатомия

Внутрипредметные связи Физиология дыхательной системы Физиология эндокринной системы Физиология ССС Физиология мышечной системы Физиология ВНС Свойства сердечной мышцы. Цикл работы сердца Физиология терморегуляции (специфическое динамическое действие пищи) Физиология возбудимых тканей (виды транспорта веществ)

1. Установите соответствие. ФАЗЫ ПД ПЕЙСМЕКЕРНЫХ КЛЕТОК СЕРДЦА А медленная диастолическая деполяризация Б быстрая деполяризация В медленная деполяризация ОБУСЛОВЛЕНЫ СЛЕДУЮЩИМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ ИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ 1 увеличением для Са++ и Nа+. 2 увеличением для К+. 3 увеличением для К, снижением для Са++ и Nа+. снижением для К+, увеличением для Nа+. увеличением для Сl-. 4 5

2. Установите соответствие. КЛЕТКИ МИОКАРДА А синоатриального узла Б атриовентрикулярного узла ВЫПОЛНЯЮТ СЛЕДУЮЩИЕ ФУНКЦИИ сокращение 1 обеспечивают желудочков. возбуждение, 2 генерируют определяющее ритм сокращений сердца в норме. возбуждение на В пучка Гиса и волокон 3 передают Пуркинье проводящую систему желудочков, способны к самостоятельной генерации возбуждения. Г типичных 4 обеспечивают распространение кардиомиоцитов возбуждения по миокарду желудочков. тонотропный 5 обеспечивают эффект.

3. Установите соответствие. ВО ВРЕМЯ РАЗВИТИЯ ПД ТИПИЧНОГО КАРДИОМИОЦИТА ФАЗЫ ВОЗБУДИМОСТИ А абсолютной рефрактерности Б относительной рефрактерности В супернормальной возбудимости ИМЕЮТ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ 2 0, 01 сек. 0, 03 сек. 3 0, 035 сек. 4 5 0, 2 сек. 0, 27 сек. 1

4. Установите соответствие. КЛЕТКИ МИОКАРДА А А. истинный пейсмекер Б Б. типичный кардиомиоцит желудочка В 1 ИМЕЮТ ДИАСТОЛИЧЕСКИЙ ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, РАВНЫЙ 1. -30 -40 м. В. 2 2. -50 -60 м. В. 3 4 5 3. -80 -90 м. В. 4. -100 -110 м. В. 5. -70 -80 м. В.

5. Установите соответствие. ОТКРЫТИЕ / ЗАКРЫТИЕ КЛАПАНОВ СЕРДЦА А открытие полулунных Б закрытие полулунных В открытие створчатых Г закрытие створчатых ПРОИСХОДИТ В ФАЗЫ 1 асинхронного сокращения миокарда желудочков. 2 в начале сокращения. изометрического 3 в конце быстрого изгнания крови из желудочков. 4 медленного изгнания из желудочков. 5 протодиастолический период. конце изометрического 6 в расслабления миокарда. быстрого наполнения желудочков. 7 8 медленного наполнения желудочков.

Укажите в таблице частоту генерации нервных импульсов отделами проводящей системы сердца. Отдел проводящей системы сердца Водитель ритма I порядка (синоатриальный узел) Водитель ритма II порядка (атриовентрикулярный узел) Пучок Гиса Волокна Пуркинье Частота генерации нервных импульсов, имп. /мин.

Физиологические свойства сердечной мышцы должны обеспечивать: • ритмичные сокращения сердца • последовательность сокращения камер сердца • чередование сокращения и расслабления

Физиологические свойства сердечной мышцы • Возбудимость – способность генерировать ПД в ответ на раздражитель • Автоматизм – способность генерировать ПД самопроизвольно, без раздражителя • Проводимость – способность проводить ПД • Сократимость – способность сокращаться

Общий план строения сердца • Основные структуры сердца: • камеры • магистральные сосуды (входные и выходные) • клапаны. • Камеры сердца: • правое предсердие • правый желудочек • левое предсердие • левый желудочек.

Общий план строения сердца • Магистральные сосуды: • в правое предсердие впадают верхняя и нижняя полые вены • Из правого желудочка выходит легочная артерия (ее начальная часть – легочный ствол) в левое предсердие впадают четыре легочные вены из левого желудочка выходит аорта

Общий план строения сердца • Клапаны сердца: • между предсердиями и желудочками – атриовентрикулярные клапаны • между правым предсердием и правым желудочком – трехстворчатый, или трикуспидальный, клапан • между левым предсердием и левым желудочком – двустворчатый, или митральный, клапан • между желудочками и магистральными сосудами – полулунные клапаны: • между правым желудочком и легочной артерией – клапан легочной артерии • между левым желудочком и аортой – аортальный клапан

Клапаны сердца

Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам • • • Основной фактор: работа сердца как насоса. Вспомогательные факторы: замкнутость сердечно-сосудистой системы; разность давления в аорте и полых венах; эластичность сосудистой стенки (превращение пульсирующего выброса крови из сердца в непрерывный кровоток); • клапанный аппарат сердца и сосудов, обеспечивающий однонаправленное движение крови; • наличие внутригрудного давления "присасывающее" действие, обеспечивающее венозный возврат крови к сердцу.

Дополнительные факторы кровотока (вены) • Мышечный насос

• Нормальная работа мышечновенозной помпы голени (Vis a tergo). • а - момент сокращения мышц; б - момент расслабления мышц. • Мышечная помпа нижних конечностей состоит из системы функциональных единиц, работающих последовательно и параллельно. • движение крови по венам в направлении к сердцу происходит в периоды мышечного сокращения ("систола" периферического сердца). Расслабление мышц конечностей ("диастола" периферического сердца) сопровождается быстрым заполнением венозной системы кровью из нижележащих отделов.

• Присасывающее действие грудной клетки (дыхательный насос) Во время вдоха: Расширение грудной клетки Падение давления до -2 мм рт. ст. Растяжение вен Поступление крови из нижележащих вен в полые вены

Дыхательный насос • Благодаря постоянному отрицательному давлению в грудной полости, создаваемому эластической тягой легких, центральные вены раскрыты (снижается сопротивление притоку к сердцу), а кровь засасывается из вен брюшной полости, головы, шеи и рук. • При вдохе давление в грудной полости становится еще более отрицательным и засасывание крови в грудную полость становится еще более эффективным. • При выдохе засасывающий эффект уменьшается, но обратному течению крови в конечности препятствуют клапаны.

Сердечный насос В систолу желудочков: АВ-перегородка опускается вниз Объем предсердий увеличивается Давление в предсердиях падает до -2 -3 мм рт. ст. Кровь из вен поступает в предсердия

Присасывающее действие сердца • Сердце обладает присасывающей способностью, благодаря т. н. эффекту пипетки: после сокращения желудочка он благодаря эластическим элементам стремится расправиться (подобно баллончику пипетки), засасывая в себя кровь. • В целом присасывающая способность сердца невелика, и его диастолическое наполнение происходит преимущественно пассивно, в результате притока крови из вен.

Движению крови по венам к сердцу – способствует также пульсация артерий, ведущая к ритмичному сдавлению вен. – Наличие клапанного аппарата в венах предотвращает обратный ток крови в венах при их сдавливании.

СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ совокупность одного сокращения (систолы) и одного расслабления (диастолы) Длительность сердечного цикла при ЧСС=75 уд. /мин. 0, 8 с

Систола предсердий – 0, 1 с АВ клапаны – открыты ПЛ клапаны – закрыты В начале – давление в полостях сердца ~ 0 мм рт. ст. В конце – 5 -8 мм рт. ст. Обеспечивает дополнительное поступление крови в желудочки (до 30% КДО)

Систола предсердий Закончено освобождение полостей предсердий и наполнение желудочков кровью

Систола желудочков – 0, 33 с I. Период напряжения (0, 08 с) 1. Фаза асинхронного сокращения (0, 05 с) - АВ клапаны – открыты - ПЛ клапаны – закрыты Давление растет незначительно (до 5 -8 мм рт. ст. ) Закрытие АВ клапанов – I тон сердца. 2. Фаза изоволюметрического сокращения (0, 03 с) - АВ клапаны – закрыты - ПЛ клапаны – закрыты Давление быстро увеличивается: - в левом желудочке до 70 -80 мм рт. ст. - в правом желудочке до 15 -20 мм рт. ст. Открытие ПЛ клапанов.

Систола желудочков – 0, 33 с II. Период изгнания (0, 25 с) - АВ клапаны – закрыты - ПЛ клапаны – открыты 1. Фаза быстрого изгнания (0, 12 с) Давление продолжает увеличиваться: в левом желудочке до 120 -130 мм рт. ст. в правом желудочке до 25 -30 мм рт. ст. 2. Фаза медленного изгнания (0, 13 с) Давление понижается.

Систола желудочков Предсердно-желудочковые клапаны закрыты. Кровь из желудочков выталкивается в артерии. Полости предсердий заполняются кровью из венозных сосудов.

Диастола желудочков – 0, 47 с I. Протодиастолический период (0, 04 с) Давление продолжает снижаться. Захлопывание ПЛ клапанов – II тон. II. Период изоволюметрического расслабления (0, 08 с) - АВ клапаны – закрыты - ПЛ клапаны – закрыты Давление быстро снижается – когда становится меньше, чем в предсердиях – открытие АВ клапанов.

Диастола желудочков III. Период наполнения (0, 25 с) - АВ клапаны – открыты - ПЛ клапаны – закрыты 1. Фаза быстрого наполнения - III тон (0, 08 с) 2. Фаза медленного наполнения (0, 17 с) IV. Пресистолический период (0, 1 с) (систола предсердий) – IV тон

Расслабление (диастола) предсердий и желудочков Атриовентрикулярные клапаны открываются, и кровь устремляется из предсердий в желудочки.

2 типа кардиомиоцитов в зависимости от морфологических и функциональных особенностей

Строение кардиомиоцита

Типичные кардиомиоциты (клетки рабочего миокарда, сократительные) - 99% массы миокарда. - Большое количество миофибрилл, митохондрий, хорошо развит СПР. - Обеспечивают сократительную функцию.

Проводящая система сердца Атипичные кардиомиоциты (клетки проводящей системы, пейсмекерные) Слабо развит сократительный аппарат Обладают автоматией Образуют проводящую систему сердца

ВОЗБУДИМОСТЬ способность отвечать на действие раздражителей генерацией ПД Рис. ПД различных отделов проводящей системы и сократительных кардиомиоцитов: 1 - пейсмейкеры синоатриального узла, 2 - сократительные кардиомиоциты предсердий, 3 - пейсмейкеры АВ соединения, 4 - клетки системы Гиса — Пуркинье, 5 - сократительные кардиомиоциты желудочков.

ПД рабочего кардиомиоцита: ионные токи

ПД сократительного кардиомиоцита

ПД клеток рабочего миокарда 0 – быстрая деполяризация 1 – начальная быстрая реполяризация 2 – медленная реполяризация ( «плато» ) 3 – конечная быстрая реполяризация 4 – покой

РЕФРАКТЕРНОСТЬ «НЕВОЗБУДИМОСТЬ» • Типичные кардиомиоциты • Не способны к тетанусу

АВТОМАТИЯ способность к самовозбуждению, т. е. к спонтанной генерации ПД в отсутствие внешних раздражителей • Миогенная природа • Атипичные кардиомиоциты • Причина – в особенности их электрической активности.

ПД клеток проводящей системы 0 – быстрая деполяризация 1 -3 – реполяризация; 4 – медленная (спонтанная) диастолическая деполяризация

В отличие от клеток рабочего миокарда, фаза 4 потенциала действия пейсмекерных клеток не горизонтальна, она имеет косо восходящий вид, что отражает постепенную, спонтанную деполяризацию. Эта спонтанная деполяризация происходит вследствие тока ионов, называемого пейсмекерным током (If). Показано, что пейсмекерный ток переносится преимущественно ионами Na+. Ионные каналы, через которые проходит пейсмекерный ток, отличаются от быстрых натриевых каналов, ответственных за фазу 0 деполяризации клеток миокарда. Так, пейсмекерные каналы открываются в период реполяризации клетки, когда мембранный потенциал достигает своего самого низкого уровня. Проникновение внутрь положительно заряженных ионов Na+ через пейсмекерные каналы способствует тому, что мембранный потенциал во время фазы 4 становится все менее отрицательным, пока не достигает порогового потенциала. При этом происходит постепенная деактивация пейсмекерных каналов.

Фаза 0 возбуждения потенциала действия пейсмекерных клеток гораздо менее быстрая и достигает более низкой амплитуды, чем у клеток миокарда. Это происходит потому, что быстрые натриевые канальцы пейсмекерных клеток неактивны, а возбуждение потенциала действия обусловлено единственно токами Са++ внутрь через относительно медленные кальциевые канальцы. Реполяризация пейсмекерных клеток происходит так же, как и в клетках миокарда желудочков. Она обусловлена: 1) инактивацией кальциевых каналов, и 2) повышенной активацией калиевых каналов и усиленным выходом К+ из клетки.

ПД различных отделов проводящей системы

«Градиент автоматии» неодинаковая способность к автоматии различных отделов проводящей системы. Степень автоматии оценивается частотой генерации ПД. Водитель ритма I порядка – СА узел 60 -90 имп. /мин. Водитель ритма II порядка – АВ узел 40 -60 имп. /мин. Пучок Гиса имп. /мин. – 30 -40 Волокна Пуркинье – 20 имп. /мин.

Проводящая система сердца

«ЗАКОН ГРАДИЕНТА АВТОМАТИИ» (Гаскел, 1887) • Степень автоматии тем выше, чем ближе он расположен к СА узлу, т. е. наблюдается убывание способности к автоматии по мере удаления от СА узла.

Опыт Станниуса • 1 лигатуру завязывают по синоатрикулярной борозде (между венозным синусом и правым предсердием). При этом отсутствуют сокращения предсердий и желудочка. • 2 лигатуру накладывают по атриовентрикулярной борозде. Желудочек сокращается, предсердия – нет. • 3 лигатуру накладывают на границе нижней трети желудочка. Отсутствуют сокращения верхушки сердца.

Опыт Станниуса

ПРОВОДИМОСТЬ способность проводить ПД Типичные кардиомиоциты Атипичные кардиомиоциты • ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СИНЦИТИЙ – клетки морфологически разделены, но функционируют как единое целое.

Нексусы – места плотного контакта с низким электрическим сопротивлением

СА узел Миокард предсердий V~ 0, 5 м/с t возбуждения предсердий в N не более 0, 1 с АВ узел V~ 5 см/с АВ задержка ~ 0, 02 -0, 04 с Обеспечивает координацию сокращений отделов сердца. Частичная блокада проведения импульсов при ν › 180 -200

Скорость проведения возбуждения Пучок Гиса ~ 1 м/с Волокна Пуркинье ~ 4 м/с Рабочий миокард ~ 0, 5 м/с Синхронное возбуждение кардиомиоцитов ↑ эффективность насосной функции. Нарушение анатомической или физиологической целостности элементов проводящей системы → ↓ скорости или прекращение проведения возбуждения блокада.

Возбуждение должно охватывать сердце в строго определенной последовательности: • Начаться в предсердиях для нормальной последовательности сокращений: предсердияжелудочки; • начаться от области устьев полых вен для того, чтобы их устья были пережаты и не было обратного тока крови при сокращении предсердий; • Охватив предсердия, перейти на желудочки с некоторой задержкой, чтобы предсердия успели сократиться перед систолой желудочков; • Распространиться по желудочкам с большой скоростью, чтобы их сокращение было как можно более синхронным и, следовательно, мощным.

Возбуждение распространяется по сердцу: • 1. Выходит из синусного узла, вызывая прежде всего сокращение миокарда в области устьев полых вен и их пережатие. • 2. Распространяется со средней скоростью (до 1 м/с) по рабочему миокарду предсердий. • 3. Медленно (со скоростью несколько см/с) проводится по АВ узлу, обеспечивая атриовентрикулярную задержку. • 4. С высокой скоростью (до 5 м/с) распространяется по внутрижелудочковой проводящей системе, обеспечивая синхронный выход возбуждения сразу на многие участки рабочего миокарда желудочков. • 5. На небольшое расстояние (от одного волокна Пуркинье до другого, от окончания волокна Пуркинье до эпикардиальной поверхности желудочка) со средней скоростью (до 1 м/с) проводится по рабочему миокарду желудочков.

Электрофизиология атриовентрикулярной проводимости

Атриовентрикулярная задержка • Импульс из синоатриального (синусно-предсердного) узла по трём пучкам: Бахмана, Венкебаха и Тореля, и диффузно по миокарду предсердий достигает АВ узла. • Здесь происходит так называемая АВ-ная задержка из-за относительно невысокой скорости проведения импульса. • Задержка необходима, чтобы предсердия успели сократится и выбросить кровь в желудочки. • Далее импульс устремляется в общий ствол пучка Гиса, затем в правую и левую ножки пучка Гиса и через проводящие волокна Пуркинье достигает рабочего миокарда желудочков, проводя к систоле желудочков и выбросу крови в аорту и ствол легочной артерии. • На электрокардиограмме АВ-ная проводимость соответствует интервалу P-Q (R). Длительность интервала P -Q (R) в норме составляет в среднем 0, 12 сек.

СОКРАТИМОСТЬ способность к сокращению (т. е. способность изменять свою длину или напряжение при возбуждении)

Особенности сократимости сердечной мышцы: • Подчиняется закону «все или ничего» : увеличение силы раздражения выше пороговой не ведет к увеличению силы сокращения. • Большая длительность одиночного сокращения: примерно соответствует длительности ПД: у предсердий – около 100 мс, у желудочков – 300 -400 мс. • Не способна к тетанусу: вследствие длительного рефрактерного периода. • Необходимость поступления внеклеточного кальция для электромеханического сопряжения.

Сократимость • Основная последовательность сокращения скелетной и сердечной мышц одинакова. • На клеточной мембране возникает ПД. • ПД вызывает вход кальция в цитоплазму. • Кальций запускает взаимодействие актина с миозином, то есть сокращение. • Кальций удаляется из цитоплазмы, взаимодействие актина с миозином прекращается, возникает расслабление.

• Главное отличие – источники кальция в скелетной и сердечной мышцах. • В скелетной мышце кальций поступает в цитоплазму из СПР, а удаляется путем обратного закачивания снова в ретикулум. • В сердечной мышце кальций не только поступает в цитоплазму из СПР, но также входит через поверхностную мембрану (сарколемму); соответственно, он удаляется не только обратно в СПР, но и через сарколемму наружу.

Основные виды транспорта кальция в рабочих кардиомиоцитах • Вход в цитоплазму из наружной среды через медленные кальциевые каналы сарколеммы. • Активное выведение через сарколемму Ca 2+АТФазой сарколеммы. • Активное выведение через сарколемму натрий-кальциевым обменником. • Выход в цитоплазму через кальциевые каналы саркоплазматического ретикулума. • Активное закачивание в СПР Ca 2+-АТФазой саркоплазматического ретикулума.

РАСТЯЖИМОСТЬ И ЭЛАСТИЧНОСТЬ • Смягчают гидравлический удар. • Эластические силы, возникающие вследствие растяжения стенок сердца при его наполнении кровью, увеличивают силу сокращений миокарда в начале систолы, а в конце систолы способствуют расслаблению.

Особенности энергетического обеспечения сердечной мышцы • Главным источником энергии для сердца является процесс АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ. • Потенциальные носители энергии: СВОБОДНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ МОЛОЧНАЯ КИСЛОТА ПВК (пировиноградная кислота) КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА АМК (аминомасляная кислота) ГЛЮКОЗА 30% Большая зависимость от поступления кислорода !!!

Работа сердца осуществляется за счет трех главных особенностей: • Чередования сокращения (систолы) и расслабления (диастолы) каждой из камер. При систоле происходит выброс крови из камеры, при диастоле – ее заполнение. • Последовательности сокращения предсердий и желудочков. Сначала сокращаются предсердия, вбрасывая кровь в желудочки, затем желудочки, выбрасывая кровь в артерии. • Деятельности клапанов. Клапаны сердца расположены на входе и выходе желудочков, открываясь в направлении от венозного конца к артериальному (т. е. пропускают кровь из предсердий в желудочки и из желудочков – в артерии). Тем самым клапаны препятствуют обратному току крови.

1. Частота сердечных сокращений: количество сокращений за 1 мин. N: ЧCC=60 -80 уд. /мин. > 80 уд. /мин. - тахикардия < 60 уд. /мин. - брадикардия

2. Систолический (ударный) объем: количество крови, выбрасываемое желудочком за одно сокращение (систолу) N: СО (УО) ≈ 60 -80 мл

3. Минутный объем кровотока (или минутный объем сердца): количество крови, выбрасываемое желудочком за 1 мин. МОК = ЧСС * СО МОК = 75 * 70 ≈ 5 л МОК одинаков для правого и левого желудочков.

4. Конечно-диастолический объем: количество крови, находящееся в желудочке в конце диастолы (перед систолой). КДО ≈ 140 мл

5. Конечно-систолический объем: количество крови, остающееся в желудочке после систолы. КСО = КДО – СО КСО = 140 – 70 ≈ 70 мл Характеризует способность сердца увеличивать свою производительность.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ