Az emberi szív felépítése és működése
Az emlős keringési rendszer felépítése kis vérkör tüdő artériák
nyirokkeringés
tüdő vénák aorta szív
• zárt keringés: magas nyomás, gyors áramlás, gyors szabályozás • két elkülönült vérkör • fő pumpa: szív • artériás rendszer: elosztó és nyomás-kiegyenlítő
nyirokcsomó
• kapillárisok: anyagcsere nagy vérkör artériák vénák, venulák arteriolák, kapillárisok
• vénás rendszer: térfogati rezervoár (kapacitáserek) • nyirokrendszer: immunsejtek, szövet közötti folyadék keringése
Az emberi szív elhelyezkedése
vena cava superior
bal pitvar jobb pitvar jobb tüdő pleura (savós hártya) rekeszizom jobb kamra
aortaív tüdőartéria bal tüdő bal kamra szívcsúcs
• mellüregben, bal oldalon • 250-300 g; ~ököl nagyságú • mechanikai védelem: perikardium + bordák, szegycsont
Az emberi szív felépítése • perikardium: - külső, rostos ~: rugalmatlan, vastag kötőszövet - savós ~: vékony, kettős rétegű hártya • fali réteg: külső felszín • zsigeri réteg: belső felszín (epikardium) • 2 réteg között folyadék szív
fali réteg
üreg
savós perikardium
perikardiális üreg
zsigeri réteg
Az emberi szív felépítése • szívfal: 3 réteg - epikardium: savós perikardium zsigeri rétege; kötőszövet - miokardium: szívizom; 95% - endokardium: üregek felé; vékony kötőszövet és hámréteg • tápanyagellátás: koronáriaerek
endokardium rostos perikardium savós perikardium, fali réteg koronária erek perikardiális üreg
miokardium epikardium
perikardium
(savós perikardium, zsigeri réteg)
Az emberi szív felépítése arteria brachialis
nagy gyűjtővéna
a. carotis communis a. subclavia
aortaív
(vena cava superior)
jobb tüdőartéria
jobb tüdővénák
rostos perikardium
bal tüdőartéria tüdőartéria bal tüdővénák bal pitvar bal kamra
(elvágva)
jobb pitvar jobb kamra
gyűjtővéna (vena cava inferior)
elülső nézet
leszálló aorta
A koronáriaerek "bypass"
jobb
érplasztika
bal
"stent"
koronáriaartériák
vénás szinusz koronáriavénák
Az emberi szív felépítése tüdőartéria
félhold alakú (zsebes) billentyűk
aorta annulus fibrosus
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyűk
jobb
bal
tüdőartéria aorta
jobb
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyűk
bal
harántmetszet a pitvar-kamrai határon
félhold alakú (zsebes) billentyűk
Az emberi szív felépítése: a billentyűk • visszafolyó véráramlás megakadályozása - vitorlás ~: pitvar - kamra között
- zsebes (félhold alakú) ~: kamra - artériák (bal: aorta; jobb: tüdőartéria) között • nyitást / zárást az üregek közötti nyomásviszonyok szabályozzák
vitorlás billentyűk ínhúrok szemölcsizmok
zsebes billentyűk (aorta felől)
Az emberi szív felépítése: a billentyűk vitorlás billentyűk nyitva
zárva
ínhúrok laza
feszes
szemölcsizmok elernyedt
összehúzódott
tüdőartéria aorta
bal
pitvarok összehúzódása
jobb
bal
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyűk
jobb
kamrák összehúzódása
Az emberi szív felépítése v. cava sup.
jobb SA pitvar csomó
AV csomó
His köteg v. cava inf.
bal pitvar tüdővénák
vitorlás billentyű
vitorlás billentyű
szemölcsizmok
kamrai szeptum
jobb kamra SA csomó: szinusz csomó AV csomó: pitvar-kamrai csomó
frontális keresztmetszet
bal kamra
jobb
bal
A szív ingerületképző és -vezető rendszere
jobb pitvar 1
szinusz csomó
2
pitvarkamrai csomó
3
His köteg
4
Tawara szár (jobb / bal)
bal pitvar
bal kamra
jobb kamra 5
Purkinje rostok pacemaker (ritmusgeneráló) sejtek
A szívciklus 1. kettős diasztóle: JP/JK és BP/BK közös űrtér, passzív telődés és feszülés 2. pitvari szisztóle: kamrai telődés fokozódása (fiatal 20%, öreg 50%); kamra még diasztoléban
BP BP BP BP
JP JP JP JP JK JK JK JK
BK BK BK BK kettős kettős kettős kettős diasztole diasztole diasztole diasztole
pitvariszisztole szisztole pitvari szisztole pitvari szisztole pitvari
3-4. kamrai szisztóle: emelkedő kamrai kamrai kamrai kamrai kamrai kamrai kamrafal kamrafal kamrai kamrai kamrafal kamrafal ürítés ürítés kamrai nyomás, vitorlás billentyűk kontrakció ürítés ürítés kontrakció diasztole kontrakció diasztole kontrakció diasztole diasztole záródása (1. szívhang); kontrakció kamrai szisztóle és nyomásnövekedés; zsebes billentyűk nyílása, kamra kontrakció és a vér kipumpálása az aortába/tüdőartériába 5. kamrai diasztóle: kamrai ellazulás, zsebes billentyűk záródása (2. szívhang); vitorlás billentyűk nyitásával kamrai telődés indul
A szélkazán funkció artériás nyomásváltozások
kamrai nyomásváltozások
A szívciklus • a szív jobb és bal oldalán közel azonos térfogat-, de eltérő nyomásváltozások! jobb oldal
EKG
bal oldal
kamrai térf. (ml)
nyomás (Hgmm)
aorta
jobb kamra
bal kamra bal pitvar
tüdőartéria jobb pitvar
nagy vérkör
kis vérkör
perctérfogat
5-5,5 l
5-5,5 l
pulzustérfogat
75 ml
75 ml
kamrai diasztólés nyomás
>5
1-2
kamrai szisztólés nyomás
120
24
artériás szisztólés nyomás
120
24
artériás diasztólés nyomás
80
9
pulzusnyomás
40
13 [Hgmm]
A szívizom szerkezete, aktiválhatósága sejthártya
Ebert féle vonal elektromos szinapszis T tubulusok miofibrillumok szarkoplazmatikus mitokondriumokretikulum
Az elektrokardiogram (EKG) Einthoven 1895: megnevezi a hullámokat 1912: leírja a róla elnevezett háromszöget 1924: Nobel Díj
A szívizom aktivációja elektromos aktiváció pitvar
összehúzódás
membránpotenci ál
kamra
A szívműködést kísérő potenciálváltozások testfelszínen mérhető eredője – az elektrokardiogram (EKG) pitvari kontrakció
kamrai kontrakció 0,32s
0,4-0,43s
0,18s (0,12-0,2s) <0,1s
Az elektrokardiogram, EKG szinuszcsomó
R
AV csomó
T
P Q S
0,18 s (0,12-0,2 s)0,1 s
0,4 - 0,43 s elektromos aktiváció vektoriális összege
jobb
bal
Az akciós potenciál változása az EKG szakaszai alatt akciós potenciál
P: pitvari depolarizáció P-Q szakasz: pitvari szisztóle; pitvarkamrai átvezetés QRS: kamrai depolarizáció (és pitvari repolarizáció) P
U
EKG
T QRS
0,2
szisztóle: kontrakció, összehúzódás diasztóle: relaxáció, elernyedés
0,4
ido (s)
0,6
QRS-T: kamrai szisztóle T: kamrai repolarizáció U: szemölcsizmok repolarizációja
1
6
pitvari depolarizáció
kamrai 6 elernyedés (diasztóle) P
akciós potenciál a szinusz csomóban 0 P
0
5
kamrai 5 repolarizáció
2
0.4
0.6
0.8
Az akciós potenciál változása az EKG szakaszai alatt
P
0 0.2 Seconds
T
P
0
0.2
pitvari összehúzódás (szisztóle)
0.2
Seconds
3
0.2 0.4 Seconds
0.6
4
kamrai depolarizáció
kamrai összehúzódás (szisztóle)
R
P Q P 0
0 0.2 0.4 Seconds
S
0.2 0.4 Seconds
R P
EKG
A szívciklus alatti változások áttekintése
T
QS kamrai szisztóle
pitvari szisztóle
elernyedés
zsebes billentyű zár
120
vérnyomás az aortában
100
nyomás (Hgmm)
80 60 40
vérnyomás a bal kamrában zsebes billentyű nyit vitorlás billentyű nyit
vitorlás billentyű zár
20
vérnyomás a bal pitvarban
0
szívhangok S1
pitvari kamrai kontrakció kontrakció
S2 S3
kamrai ejekció
S4
kamrai relaxáció
kettős diasztóle
szívcikus
A szívműködés ritmusa • ingerületképző rendszer: szinusz (SA) és pitvar-kamrai (AV) csomó - spontán akciós potenciál kiváltás Ca2+
küszöbpotenciál
pacemaker potenciál
be(2)
(3) K+ ki
bal pitvar
szinusz (SA) csomó pitvar-kamrai (AV) csomó
bal kamra
jobb pitvar
His köteg
Tawara szálak Purkinje rostok
(1) kation be
- a ritmusgenerálás frekvenciáját a vegetatív beidegzés vagy hormonális hatások módosíthatják •szimpatikus: serkent •paraszimpatikus: gátol
jobb kamra
A szívműködésben megfigyelhető változások • kronotrop hatás: frekvenciaváltozás - bradikardia (lassulás) - tachikardia (gyorsulás) • dromotrop hatás: ingerületvezetési sebesség változás • batmotrop hatás: ingerelhetőség változása
• inotrop hatás: kontrakció erősségének változása mindegyik lehet pozitív (serkentő) és negatív (gátló) is • pulzustérfogat = a szívből kipumpált vér mennyisége egy szívciklus alatt; kb. 70-75 ml mindkét kamrából • perctérfogat = szívfrekvencia x pulzustérfogat; 1 perc alatt az egyik szívkamra által a nagyerekbe juttatott vér mennyisége; kb. 5-5,2 l/perc
A pulzustérfogat szabályozása 1. • pulzustérfogat = a szívből kipumpált vér mennyisége egy szívciklus alatt; függ: végszisztolés kamratérfogat (kontrakció után)
• kamraösszehúzódás erőssége
végdiasztolés kamratérfogat és (kontrakció előtt) különbségétől
szívizomzat állapota
• kamrafal tágulása
• kamrai szisztóle nyomásviszonyok • vénás beáramlás és pitvari kontrakció alatti alatti nyomásviszonyok nyomásviszonyok • aorta/tüdőartéria nyomása szívfrekvencia • a kamratelődéshez rendelkezésre álló idő
„utóterhelés”
„előterhelés”
A pulzustérfogat szabályozása 2. • a szívizom mechanikai teljesítményének szabályozása: 1) szisztólés tartalék: az izomkontrakció erejének fokozása (pozitív inotróp hatás) - erősebb összehúzódás -> kisebb végszisztólés kamratérfogat -> nagyobb pulzustérfogat
- szimpatikus hatások, intracelluláris Ca2+ szint fokozása révén • koffein: Ca2+ beáramlás növelése a szarkoplazmás retikulumból • noradrenalin: cAMP szint, Ca2+ szint növelése (b1 adrenerg receptorokon hatva)
2) diasztólés tartalék: a szív feszülésének ( azaz az előterhelés) növekedésével a kontrakció ereje egy bizonyos határig nő
- nagyobb végdiasztólés térfogat -> nagyobb kamrafeszülés -> erősebb összehúzódás -> nagyobb pulzustérfogat
A pulzustérfogat szabályozása 3. • a szívizom mechanikai teljesítményének szabályozása:
• szarkoméra-szerkezet "optimális" előfeszítése: legyen hely a miozin fejek aktin filamentumokon történő elmozdulásához
relatív erő
2) diasztólés tartalék: a szív feszülésének ( azaz az előterhelés) növekedésével a kontrakció ereje egy bizonyos határig nő - Frank-Starling törvény: a diasztólés telődés fokozódása erőteljesebb kontrakcióhoz vezet; azaz a szív a kontrakció erősségét a kezdeti rosthosszúság változtatásával szabályozza
szarkomera hossz (mm)
A pulzustérfogat szabályozása 4. példák a Frank-Starling törvényre:
• térfogati terhelés: • ha a vénás visszatérés megnő ->
először nem tudja kipumpálni a megnőtt térfogatot -> szisztóle végén több marad vissza
• új egyensúly: nagyobb feszülés a diasztóle végén, erősebb kontrakció
• nyomási terhelés: • ha a perifériás ellenállás megnő ->
először a korábbi perctérfogatot a nagyobb nyomás ellenében nem tudja kipumpálni ->
szisztóle végén nagyobb nyomás a kamrában • új egyensúly: nagyobb feszülés a diasztóle végén, erősebb kontrakció
A szív vegetatív beidegzése nyúltvelő
keringésszabályozási központ SA csomó
AV csomó
n. X. (nervus vagus)
gerincvelő
paraszimpatikus preganglionáris neuronok átkapcsolása
kamrafal szimpatikus posztganglionáris rostok (plexus cardiacus)
szimpatikus határdúc szimpatikus preganglionáris neuronok átkapcsolása
A vegetatív idegrendszer hatása a szívműködésre
Szimpatikus hatás (adrenalin)
Paraszimpatikus hatás - acetilkolin
A szívfrekvencia szabályozása 1. • alapvetően a vegetatív idegrendszer szabályozza - nyugalomban ~70/perc; munkavégzésnél >120-180/perc - belső ritmusgenerálás: pacemaker sejtek (szinusz-, pitvarkamrai csomó)
paraszimpatikus idegrendszer: X. agyideg
küszöbpotenciál
Ca2+ be(2)
pacemaker potenciál
(3) K+ ki
(1) kation be
(nervus vagus, bolygóideg)
- jobb oldali ág: szinuszcsomó; bal oldali ág: AV csomó
- kamra falra nincs beidegzés
membránpotenciál
• állandó gátló hatás: vagusok átvágásával a szívfrekvencia nő (70 -> 150-180 /perc) akciós potenciál
pacemaker potenciál
• átkapcsolás (dúc; ganglion) a szív felszínén vagy falában • ingerületképzés és –vezetés lassítása • gyorsan kialakuló és megszűnő hatás
A szívfrekvencia szabályozása 2. szimpatikus idegrendszer: akciós potenciál membránpotenciál
• beidegzés alsó 1-3 nyaki, felső 5-6 háti szegmentumból • átkapcsolás a szimpatikus határdúcláncban • teljes szívet beidegző idegfonat (plexus cardiacus)
pacemaker potenciál
- aszimmetrikus beidegzés - jobb ág: SA, AV csomó (frekvencia), bal ág: kamrafal (kontrakció ereje)
• pozitív inotrop, kronotrop, dromotrop, batmotrop hatás - főleg noradrenalin, adrenalin felszabadulás (b1 adrenerg hatás)
• lassan kialakuló, sokáig tartó hatás
A szívfrekvencia szabályozása 3. 1. a nyúltvelői keringési központra ható idegi tényezők (ld. később is!) • magasabb agyi központok: "felkészülés" - agykéreg, limbikus rendszer, hipotalamusz
• proprioceptorok (ízületek mozgását érző receptorok): fokozott izommunka • kemoreceptorok: vér kémiai összetétele, CO2, O2 szintje • baroreceptorok: vérnyomás változása 2. a nyúltvelői keringési központra ható kémiai tényezők • hormonok: adrenalin, noradrenalin - mellékvese velőben termelődnek szimpatikus hatásra (mozgás, stressz), majd a keringésbe kerülnek - szimpatikus beidegzéshez hasonló hatás: frekvencia és kontrakciós erő fokozása
A szívfrekvencia szabályozása 4. 2. a nyúltvelői keringési központra ható kémiai tényezők (folyt.) • hormonok: pajzsmirigyhormon - szimpatikus beidegzéshez hasonló hatás: frekvencia és kontrakciós erő fokozása • kationok: a vérplazma Na+, K+, Ca2+ szintje - ritmusgeneráló sejtekben kialakuló akciós potenciál befolyásolása (emelt K+ szint: "tökéletes gyilkosság")
3. a nyúltvelői keringési központra ható egyéb tényezők • életkor (csecsemők: 120 ütés/perc); nem
• testhőmérséklet (láz szinusz csomót serkenti) • edzettség (sportolóknál nyugalmi állapotban alacsony szívfrekvencia a megnövekedett pulzustérfogat miatt)
A légzés hatása a szívműködésre
belégzés
RR intervallum (msec)
79 éves
idő (s)
szívfrekvencia (min-1)
22 éves
