1. Funkce kardiomyocytu
Patofyziologie srdce
Kardiomyocyty obsahují tři propojené systémy:
• Funkce kardiomyocytu • Systolická funkce srdce • Diastolická funkce srdce • Etiopatogeneze systolické a diastolické dysfunkce levé komory a srdečního selhání
Systém spřažení excitace a kontrakce Elektrochemické spřažení mezi sarkolemou a nitrobuněčnými organelami zajišťuje systém intracelulárních membrán (sarkotubulární systém, obr. 1).
1
-
systém excitační: účastní se šíření akčního napětí do okolních buněk a zahajuje další pochody uvnitř kardiomyocytů (kap. 14)
-
systém spřažení excitace a kontrakce: mění elektrický signál na chemický
-
systém kontraktilní: molekulární motor hnaný ATP
Spřažení excitace a kontrakce je realizováno kaskádou dvou okruhů pohybu kalciových iontů, jejichž činností se vyvolá vápníkový hrot v cytosolu, indukující stah myofibril (obr. 2).
2
Kontraktilní systém Depolarizace nebo β-adrenergní vliv → otevření dihydropyridinových receptorů (DHP) → Ca2+ z tubulů → otevření ryanodinových receptorů → výtok Ca2+ ze SR do cytosolu → spuštění kontrakce Na/Ca antiport vylučuje nadbytečné Ca2+ po proběhnutí akčního napětí – důležitá úloha v relaxaci
Ca2+ + troponin C aktin
troponin I
vazba můstků na
β-stimulace → ↑cAMP → ↑PKA → fosforylace a otevření Ca kanálů (DHP) v T-tubulech → Ca/Ca kaskáda → ↑intracelulární Ca2+ → zvýšení kontraktility (inotropní účinek) β-stimulace fosfolamban SERCA → urychlení relaxační fáze (tzv. luzitropní účinek)
Pojmy “předtížení (preload)” a “dotížení (afterload)” vznikly při experimentování se svalovým preparátem, ale přešly i do klinického názvosloví (obr. 3)
Rychlost zkracování myofibrily (svalu) je funkcí předtížení, dotížení a kontraktility (obr. 4)
4
3
se zpomalí dotížením
Rychlost, síla a rozsah zkracování je ovlivňována
tvorba můstků
ale více vazebných míst na aktinových vláknech ⇓ zvětší vyvíjené napětí ⇑ ⇑ receptory napětí → ↑Na → ↑Ca Homeometrická autoregulace (Anrepův efekt) předtížením: aktivace závislá na délce ⇔ F-S (heterometrická síla a rozsah autoregulace)
Kontraktilitu je však těžké odlišit od předchozích, je to jen klinicky vhodné (obr. 5)
Stará teorie: optimální střední protažení Dnes: vyšší citlivost kontrakt. bílkovin na Ca2+ při maximálním protažení (u myokardu není klesající rameno F-S křivky)
kontraktilitou: ↑interakce kontrakt. bílkovin s Ca2+ počet a frekvence vytváření můstků;
↑ [Ca2+] ↑ senzitivita
5
2. Systolická funkce srdce Velikost dotížení určí velikost vyvíjeného napětí a má vliv na rychlost a rozsah zkracování (obr. 6)
6
Zákonitosti zjištěné na svalovém proužku je možné přenést na dutý svalový orgán. V obou případech se experimentálně dají zavést tři režimy kontrakce: izotonická, izometrická a kontrakce s dotížením (obr. 7)
Křivka izometrických = izovolumických maxim představuje zároveň hranici, na které končí jak křivky izotonických kontrakcí, tak kontrakcí s dotížením. Konečná délka svalu na konci kontrakce je tedy přímo závislá na velikosti dotížení, ale je nezávislá na délce svalu před stimulací, tj. na předtížení (obr. 8)
7
8
Předtížení komory je možné definovat jako enddiastolické napětí ve stěně a dotížení jako její maximální systolické napětí (obr. 9)
9
Laplaceův zákon pro kouli: P*r σ = 2h Předtížení myokardu se definuje jako enddiastolické napětí v jeho stěně a dotížení jako jeho maximální systolické napětí Pracovní diagram myokardu se pohybuje mezi křivkou poddajnosti myokardu a mezi křivkou endsystolického tlaku a objemu (ESPVL, která se velmi blíží křivce izovolumických maxim, obr. 10) 10
Pracovní diagram srdce se typicky mění pod vlivem předtížení, dotížení a změněné kontraktility (obr. 11, 8)
11
8
Součet vnější a vnitřní práce je celková mechanická energie kontrakce a ta je přímo úměrná spotřebě kyslíku v myokardu. Tlaková práce srdce spotřebovává více kyslíku než objemová práce, takže účinnost prvé je nižší než druhé (obr. 12)
12
Tato teorie umožňuje odhadnout, jak předtížení, dotížení a kontraktilita ovlivňují spotřebu kyslíku v myokardu β-adrenergní stimulace zvýší účinnost srdeční práce. Charakteristiky srdečního selhání jsou zrcadlovým obrazem β-adrenergních účinků (obr. 13)
13
Kontraktilita myokardu se definuje jen obtížně. Teoreticky (a postaru) je to myokardu samému vlastní úroveň stažlivého výkonu, nezávislá na podmínkách zatížení. Zatížení, srdeční frekvence a kontraktilita však mají na celulární úrovni mnoho společného, totiž interakci stažlivých bílkovin s Ca. Kontraktilitu. lze indikovat na svalovém proužku pomocí Vmax, klinicky pomocí ejekční frakce a sklonu ESPVL . Zvýšení kontraktlity umožňuje buď překonávat vyšší tlak nebo vyvrhovat větší tepový objem, aniž by se zvýšil end-diastolický volum (obr. 11c) 11
3. Diastolická funkce srdce aktivní: schopnost odčerpat Ca2+ ze sarkoplazmy (kontra afinita kontraktilních bílkovin k Ca) ↓ izovolemický pokles napětí (tlaku) Síly ovlivňující diastolickou funkci „absolutní“ – tlouštka komory pasivní „relativní“ – tuhost vlastní tkáně myokardu turgor myokardu množství vaziva v myokardu perikard úplně zvnějška diastolická komorová interakce Průběh napětí myokardu v diastole je dán součtem aktivních a pasivních složek rozepnutí (obr. 14)
14
4. Etiopatogeneze systolické a diastolické dysfunkce levé komory a srdečního selhání
Systolická dysfunkce je důsledkem snížené kontraktility a diastolická dysfunkce snížené poddajnosti komory (obr. 15)
15
Srdeční selhání je vyvrcholením dysfunkce komor(y), která se v případě chronického selhávání srdce vyvíjí delší dobu (obr. 16)
16
