Řízení činnosti srdce a cév

1. Řízení činnosti srdce a cév Doc. MUDr. Romana Šlamberová, Ph.D. Ústav normální, patologické a klinické fyziologie

2. Distribuce krve v cirkulaci • Celkový objek krve v cévách (intravaskulární objem): • muž: 5,4 l (77 ml / kg) • žena: 4,5 l (65 ml / kg) • Distribuce: • Srdce 7% • Plicní cirkulace 9% • Systémová cirkulace 84% - z toho • Žíly 75% • Velké tepny15% • Malé tepny 3% • Kapiláry 7%

3. Resistencekrevního oběhu • Celková periferní rezistence: všech paralelních odporů v organismu • Aktuální rezistence je dána na základě cévního průsvitu (lumen)a viskozitykrve • Procentuální zastoupení cév na resistenci: • Velké arterie 19% • Malé arterie 47% • Kapiláry 27% • Žíly 7% • Resistence závisí nejen na typu cév, ale také na aktuální potřebě krve orgány

4. Regulace krevního oběhu Mechanizmy regulace: • Lokální • Humorální (chemické) – O2, CO2, H+ • Nervové • Enzymatické a hormonální • Celkové • Rychlé= krátkodobé (regulace krevního tlaku) • Pomalé = dlouhodobé (regulacekrevního objemu) – několik dní

5. Lokální chemickémechanizmy regulace • Nejvíce se projevují v srdci a mozku • Cíl:autonomní regulace rezistence na základě aktuálních potřeb orgánů • Principy: nahromadění produktů metabolismu (CO2, H+, laktát) a spotřeba látek nezbytných pro funkci (O2) přímo ovlivňuje hladké svalstvo cév a vyvolává vazodilataci

6. Lokálnínervové mechanizmy regulace • Nejvíce se projevují v kůži a sliznicích • Cíl: centrální regulace distribuce krve • Principy: Autonomní nervový systém • Sympatikus • Vazokonstrikce – aktivace α receptorů v cévách - noradrenalin(žlázy, GIT, kůže, sliznice, ledviny) • Vazodilatace – aktivaceβ receptorů v cévách – adrenalin(srdce, mozek, kosterní svalstvo) • Parasympatikus - Acetylcholin • Vazokonstrikce – srdce • Vazodilatace – slinně žlázy, GIT, zevní genitálie

7. Lokální enzymatickéa hormonální mechanizmy regulace • Kinin ↑ = vazodilatace • Buňky žláz GIT obsahují kallikrein – měníkininogennakinin → kallidin → bradykinin (vazodilatace) • Kininy jsou polypeptidy (např. bradykinin a kallikrein), které způsobují lokální vazodilataci a kontrakci hladkého svalstva. • Význam při zánětu, kontrole krevního tlaku, koagulaci a bolesti. • Hormonydřeně nadledvin:adrenalin (vazodilatace), noradrenalin (vazokonstrikce)

8. Celkové rychlé (krátkodobé) regulatorní mechanizmy (1) • Nervové autonomní reflexy • Baroreflex • glomus caroticum, glomus aorticum • Aferenční: IX a X spinální nerv • Centrum: medulla oblongata, nucleus tracti solitarii • Eferenční: X spinální nerv, sympatická vlákna • Cíl: srdce (atria), cévy • Výsledek: • Aktivace kardiomotorické větve - po akutním zvýšení krevního tlaku – zvýšení funkce vagu – uvolnění ACh a kardiodecerelace • Aktivace vazomotorické větve– po akutním zvýšení krevního tlaku– útlum sympatiku ve vazokonstrikčních n. vláknech – pokles cévního odporu a krevního tlaku

9. Barorecepční citlivost • Citlivost baroreceptorů koresponduje s dobrou prognózou délky života (nižší pravděpodobnost infarktu myokardu) • Závisí na tonu n. vagus • Lidé s nižším vagotonem mají vyšší pravděpodobnost náhlého úmrtí

10. Vztah barorecepční citlivosti a hypercholesterolemie Lidé s vyšší hladinou LDL cholesterolu mají nižší barorecepční citlivost Koskinen et al. 1995

11. Celkové rychlé (krátkodobé) regulatorní mechanizmy (2) • Receptory v srdci • Reflex atriálních receptorů – mechano- a volumoreceptory– aktivovaný zvýšeným průtokem krve srdcem • A receptory– citlivé na ↑ napětí stěny po systole předsíní • B receptory – citlivé na ↑napětí stěny po systole komor • Ventrikulární receptory – mechano- a chemoreceptory – aktivované za patologických stavů • Hypoxie myokardu→ snížení frekvence srdeční (Bezold-Jarischův reflex) → prevence myokardu před dalším poškozením

12. Celkové rychlé (krátkodobé) regulatorní mechanizmy(3) Humorální mechanizmy • Adrenalin – β receptory→ vazodilatace → ↓ periferní rezistence → krev z kůže a GIT do kosterních svalů, srdce a mozku →↑ minutového srdečního výdeje • Noradrenalin – α receptory→vazokonstrikce→↑ tlaku krve • Renin-angiotensin – aktivován ↓tlaku ve vas afferens

13. Celkové pomalé (dlouhodobé) regulatorní mechanizmy Regulatorní mechanizmyvýměny vody a elektrolitů • Regulace celkového krevního objemu ledvinami • ↑ krevní tlak → ↑ filtrační tlak v glomerulech → ↑ produkce moče → ↓ objemu cirkulující krve → ↓ krevního tlaku • Zvýšení ADH (vasopresin) • ↑ ADH → ↑permeability stěny sběracích kanálků pro vodu → reabsorbování vody → ↑ objemu cirkulující krve → ↑ krevního tlaku • Zvýšení aldosteronu • ↑ aldosteron → ↑ reabsorbce Na+ a vody → ↓objemu moči→ ↑ objemu cirkulující krve → ↑ krevního tlaku

14. Intrakardiální regulační mechanizmy (1) • Frank-Starlingův zákon = počáteční délka vláken je dána velikostí diastolické náplně srdce a tlak dosažený v komoře je úměrný celkové dosažené tenzi. • Jestliže se vlákna v diastole více natáhnou, vzroste rychle amplituda stahů až k určitému maximu, při dalším natahování se už amplituda snižuje. Ganong: Review of Medical Physiology

15. Intrakardiální regulační mechanizmy (2) • Ionotropní účinek srdečního rytmu • ↑ srdeční frekvence→ ↑ množství Ca2+do buněk srdečního svalu→ ↑ Ca2+dostupné pro tubulárnísarkoplazmatické retikulum → ↑ Ca2+uvolňováno každou kontrakcí → ↑ síly kontrakce

16. Extrakardiálníregulačnímechanizmy • Kardiomotorická centra • Inhibice – ncl. Ambiguus (začátek n. vagus v medulla oblongata) • Excitace - Th1-3 začátek sympatických vláken • Vazomotorická centra • Vmozkovém kmeni (medulla oblongata, Pons Varoli) • V hypothalamu (controlavazomotorických center v kmeni mozkovém) • Vkůře mozkové – kontroluje obojí (hypothalamus a mozkový kmen)

17. Area postrema Rostrální ventrolaterální medulla Kardiomotorické centrum - excitační Vazomotorické centrum Nucleus tracti solitarii Nucleus ambiguus Kardiomotorické centrum - inhibiční Caudální ventrolaterální medulla Vlákna tohoto neuronu inhibují vazomotorické centrum Ackermann Regulace středním mozkem

18. Chemoreceptory mozku • Chemoreceptoryv medulla oblongata jsou nejcitlivější kpCO2a pH a méně citlivé k pO2 • Receptory jsou aktivovány během sníženého průtoku krve mozkem: • Zvýšení pCO2a sníženípH aktivuje chemoreceptory • Aktivace autonomního nervového systému • Zvýšení kontraktility, zvýšení celkové odpovědi organismu, ale snížení srdeční frekvence • Intenzivní vazokontrikce arteriol přesměrovává krev do mozku

20. Aktivita sympatiku a arteriální tlak • Snížení krevního tlaku je následováno zvýšením aktivity sympatiku • Vazokonstrikce zvyšuje krevní tlak

21. Respirační arytmie • Srdeční frekvence = 72 tepů/min, = tepový interval 0,83 s • Behěm relaxace se frekvence mění v závislosti na dýchání(RESPIRAČNÍ ARYTMIE) • vdech – zvýšení frekvence • výdech – snížení frekvence • Bradykardie = fyziologická = dlouhý hluboký nádech s hlubokým předklonem= reflexmění tonus vagu • Tachykardie = fyziologická • polykání(snižuje vagový tonus) • Změna pozice z lehu do stoje(ORTHOSTATICKÁ REAKCE)

22. Orthostatická reakce • Změna polohy z lehu do stoje • Mechanizmy • Zásobárna krve v žilách dolních končetin • Snížení návratu žilní krve k srdci sníží srdeční výdej (Frank-Starlingův zákon) • Střední arteriální tlak se sníží • Snížení aktivace baroreceptorů • Zvýšení vlivu sympatiku na srdce a cévy a snížení vlivu parasympatiku

23. Speciálníkrevníoběhy Zvláštnosti krevního oběhu v některých orgánech • Plícemi proteče stejné množství krve jako velkým oběhem, průtok krve plícemi je stejný jako srdeční výdej • Plicní a systémový oběh se však liší tlakem a odporem. Tlak v plicním oběhu je 4 – 5 krát nižší než v oběhu systémovém. • Ledviny, GIT, kosterní svaly – 25% srdečního výdeje • Rozdíly v cévním odporu • Rozdíly v metabolických požadavcích • Lokální mechanizmy řízení (vnitřní) • Hormonální mechanizmy řízení (vnější)

24. Krevní oběh mozkem • 15 % klidového srdečního výdeje • Velká spotřeba kyslíku • mozek - 2% tělesné hmotnosti, spotřebuje 20% celkové spotřeby kyslíku, víc šedá hmota, citlivá na hypoxii • Uplatňují se především metabolické mechanizmy • Vzestup pCO2(H+)– hyperkapnie - vazodilatační účinky • Zvýšeným průtokem krve se odstraní přebytek CO2 • Hypokapnie –(při hyperventilaci) – vazokonstrikce - mdloby • Lokální pokles pO2zvyšuje průtok krve mozkem • Mnoho látek s vazoaktivními účinky mozkovou cirkulaci neovlivňuje, protože neprochází HEB • Málo a adrenergních receptorů

25. Koronární cirkulace • 5 % srdečního výdeje • Lokální metabolické faktory • zvýšená kontraktilita myokardu – zvýšená spotřeba O2 – lokální hypoxie • Hypoxie vyvolá vazodilataci koronárních arteriol – kompenzačně se zvýší průtok krve a přísun O2 • Adenosin (vzniká defosforylací z ATP) působí vazodilatačně • Mechanické stlačení cév při srdeční systole – krátkodobá okluze a omezení průtoku krve • Při vysoké TF se zkracuje trvání diastoly a proto se ještě víc omezuje průtok krve srdcem

26. Plicní krevní oběh • 100% srdečního výdeje • Nízkotlakové řečiště, nízký cévní odpor • arteria pulmonalis (střední tlak 13 mmHg) • plicní kapiláry (6,5 mmHg) • Řízení lokálními metabolity, především pO2 • pod 70 mmHg, norma 100 mmHg • Opačný účinek než v jiných tkáních – hypoxievyvolává vazokonstrikci • Mechanismus – inhibice tvorby NO v endotelových buňkách cévní stěny • Význam - redistribuce krve ze špatně ventilované oblasti do lépe ventilované části plic

27. Syntéza oxidu dusnatého • Napětí cévní stěny nebořada agonistů vážících se na receptory zvyšujekoncentraci [Ca++] v cévním endotelu, Ca++se váže na kalmodulin - tvorbou Ca++-kalmodulinovéhokomplexu je aktivována endotelová nitric- oxid syntáza (eNOS). • NO se tvoří z aminokyseliny L-argininu • NO je plyn, který difunduje do buněk hladké svaloviny, kde aktivuje solubilní guanylátcyklázu, tvoří se cGMP a vyvolává vazodilataci Ackermann

28. Průtok krve ledvinami • 25 % srdečního výdeje • Glomerulární řečiště – vysokotlaké (filtrace) 60 mmHg • Konstrikce vas afferens – pokles tlaku v glomerulu • Konstrikce vas efferens – zvýšení tlaku v glomerulu • Peritubulární řečiště – nízkotlaké (reabsorpce) 15 mmHg • Autoregulace renálního průtoku • Průtok krve ledvinou je konstantní v širokém rozmezí tlaků (80-180 mmHg) • Angiotensin II – vazokonstrikční účinky na obou arteriolách, ale eferentníje více citlivá • Prostaglandin (E2, I2 – lokálně tvořené) – vazodilatační účinky na obě arterioly • autoregulace je nezávislá na sympatiku • Tonus sympatiku roste při bolesti a při anestezii – vazokonstrikce, pokles průtoku krve i glomerulární filtrace

29. Krevní oběh kosterním svalem • 25 % klidového srdečního výdeje • (stoupá až na 90% při maximální práci) • Sympatická inervace • V klidu: aktivacea1adrenergních receptorů (noradrenalin) vyvolává vazokonstrikci, zvyšuje cévní odpor a snižuje průtok krve • Při zátěži: aktivaceb2adrenergních receptorů (adrenalin) vyvolává vazodilataci (srdce) • Lokální metabolity • Při cvičení: vazodilatační účinky – laktát, adenosin, K+

30. Krevní oběh kůží • 5 % klidového srdečního výdeje • hustá sympatická inervace – regulace průtoku krve kůží je podřízena udržováníteploty tělesného jádra(řízeno z hypotalamu) • Arteriovenózní anastomózy – dovolují obcházet kapilární řečiště • Zvýšení tělesné teploty – pokles tonu sympatiku inervujícího A-V anastomózy, pokles vazomotorického tonu, zvýšený průtok krve kůží – ztráta tepla • Lokální humorální faktory • Vazodilatační: histamin, bradykinin • Vazokonstrikční: serotonin

31. Fetální oběh (1) • Krevní oběhlidského fétu pracuje jinak než oběh po porodu. • Důvod: plíce nejsou používány a fetus je zásoben kyslíkem přes placentu a pupečník. • Krev je z placenty dodávána umbilikální žilou. • Asi polovina jde do ductus venosuspak do vena cava inferior, • Druhá polovina jde přes játra.

32. Fetální oběh (2) • Do pravé předsíně a pak skrze foramen ovaledo levé předsíně a následně komory. Většina krve se vyhne plicím (plné amniové tekutiny). • Z levé komory je krev distribuována aortoudo celého těla. • Krev je pak interní iliakální tepnouvedena do arterií umbilicalesdo placenty. • Výměna CO2 a metabolitů, které přestupují do těla matky. • Část krve vedoucí z hlavové oblasti jde z pravé síně do plic. • U fetu je speciální spojení mezi pulmonární arterií a aortou= Ductus arteriosus, které odvádí většinu této krve od plic do oběhu.

33. Změny cirkulace po porodu • S prvním nádechempo porodu se plicní resistence rapidně snižuje. Více krve začíná proudit z pravé síně do pravé komory a pak pulmonárními arteriemi do plic. • Z plic pak do levé síně, kde tlak krve převýší postupně tlak v pravé síni a zaklapne se foramen ovale. • Tím se dovrší separace pravého a levého srdce. • Ductus arteriosusse obyčejně uzavírá během 1-2 dnůpo narozenía přetrvává jen jako ligamentum arteriosum. • Pupeční žíla a ductus venosusse uzavírají během 2-5 dnůpo porodu a mění se na ligamentum teres a ligamentum venosus.

34. Rozdíly mezi fetálním a dospělým oběhem • Fetus - foramen ovalex dospělec -fossa ovalis • Fetus - ductus arteriosusx dospělec -ligamentum arteriosum • Fetus –extrahepatická část pupeční žíly(ductus venosus) x dospělec -ligamentum teres hepatis • Fetus –intrahepatická část pupeční žíly x dospělec -ligamentum venosum • Fetus –proximální část pupečních arteriíx dospělec –umbilikální větve a. iliaca interna • Fetus –distální část pupečních arterií x dospělec -ligamentum umbilicale mediale • Fetus - fetální hemoglobinx dospělec -dospělý hemoglobin

35. Fetální hemoglobin (1) • Vyšší afinita ke kyslíkunež dospělý hemoglobin. • Možnost lépe navázat kyslík, který je dostupný v nižší míře (z placenty – ne tak nasycená krev) • P50 fetálního hemoglobinu (tj. parciální tlak kyslíkupři kterém je Hb saturován na 50%) je cca 19 mmHg, na rozdíl od dospělého Hb 26,8 mmHg.

36. Fetální hemoglobin (2) • Během 6 měsícůje fetální Hb nahrazen Hb dospělým. • Zvýšený rozpad červených krvinek (u fétu 10 x 109l erytrocytů) • Novorozenecká žloutenka • Rozpad fetálního hemoglobinua tvorba HbA • Celkové snížení množství erytrocytů • Relativně nezralé jaterní metabolické pochody – snížená a pomalejší schopnost konjugovat bilirubin