UNIVERSITATEA DE MEDICIN I FARMACIE V.BABE

TIMIOARA

DISCIPLINA DE FIZIOLOGIE

APARATUL CARDIOVASCULAR

CURSUL 5

Contractilitatea miocardului. Performana cardiac. Debitul cardiac

ef lucr.dr. Lavinia Noveanu

2011

21. CONTRACTILITATEA

Contractilitatea = proprietatea fundamental a miocardului de a rspunde la stimuli printr-o contracie caracterizat prin:

for sau tensiune activ (TA

)

vitez de scurtare sau velocitate (V)

Modelul Hill

studiul contractilitii pe muchiul cardiac

1. Muchiul cardiac este format din:

2 elemente conectate n serie

un element contractil (EC)

un element elastic (EES)

1 element elastic plasat n paralel (EEP)2. Muchiul cardiac trebuie s se contracte

mpotriva unei sarcini (S)

3

EES

= miofilamentele contractile i membranele Z i M

punctul de aplicare a TA

generat de EC

genereaz tensiune pasiv (TP

) care se opune ntinderii

EC

= punile transversale actino-miozinice

n repaus reprezint o structur extensibil

prin activare se scurteaz i genereaz TA i vitez de scurtare

EEP

= structuri (ex: sarcolema) dispuse paralel cu EC i EES menin li

(lungimea iniial a sarcomerului)

S

=

sarcina (presarcina

+ postsarcina) pe care EC trebuie s o nving pentru a se scurta:

presarcina

(P1)

fora care determin alungirea

sarcomerului

postsarcina

(P2)

fora care se opune suplimentar scurtrii

1.1.COMPONENTELE MODELULUI HILL

li

Z

Z

M

4A. REPAUSB. CONTRACIA IZOMETRIC

EC se scurteaz, EES se alungete

TA

generat nu poate nvinge S

nu exist scurtare extern

C. CONTRACIA IZOTONIC

EC se scurteaz

la aceeai ntindere a EES, TA

generat nvinge S

muchiul se scurteaz

extern

1.2.TIPURI DE CONTRACII ALE MIOCARDULUI

Contracie Izometric

(B) Izotonic

(C)li constant TA maxim constant

5Condiii de realizare:

postsarcina

(P1) = constant

presarcina

(P1) crete progresiv n cursul unor contracii

izometrice

Parametri

msurai:-

li

(lungime iniial a sarcomerului) -

TP

(tensiune

pasiv)

depinde

de EES (elasticitatea sarcomerului)

-

TA

(tensiune

activ) -

depinde

de EC

numrul interaciuni actin

miozin i de afinitatea Tn

C fa de Ca2+

li

1.3.RELAIA LUNGIME

TENSIUNE

6li

() Sarcomer1.8 2.0

2.2 2.4

T

e

n

s

i

u

n

e

(

g

f

o

r

)

Tensiunea pasiv

(TP

)

= fora care se opune

alungirii sarcomerului

prin creterea presarcinii:

(a) RELAIA LUNGIME

TENSIUNE DE REPAUS

creterea TP

este iniial lent pn la o lungime a sarcomerului

de 2,2

(Lmax)

peste 2,2

alungirea muchiului determin creterea brusc a TP

Relaia depinde de:

proprietile vscoelastice

ale EEP

tonusul miocardului

7Tensiunea

activ

(TA)

= fora dezvoltat prin scurtarea sarcomerului

li

() Sarcomer1,8 2,0

2,2 2.4

T

e

n

s

i

u

n

e

(

g

f

o

r

)

TAMax

(b) RELAIA LUNGIME TENSIUNE ACTIV

n timpul contraciilor izometrice, TA depinde de li

:

este maxim (TAMax

) pentru li

= 2,2

scade

pentru li

1,8

sau li

2,4

8

li

< 1,8 m

suprapunerea miofilamentor

de actin

TA

TP

li

= 2,2

interaciune optim actin-miozin i afinitatea crescut a EC fa de Ca

2+

TA

este maxim (TAmax

)

TP

li

> 2,4

ndeprtarea actinei de miozin

TA

TP

li

< 1,8

li

= 2,2

li

2,4

RELAIA LUNGIME TENSIUNE ACTIV = MECANISM

FRANCK -

STARLING

91.4. RELAIA FOR VITEZ

Condiii de realizare:

presarcina (P1) = constant (li

=2,2 )

postsarcina

(P2) crete progresiv n

cursul unor contracii izotonice

Parametri

msurai:

TA

(tensiune

activ)

TAMax

V (vitez de scurtare)

Vmax

ntre TA

i V de scurtare exist o relaie invers

proporional

10

agenii inotrop

pozitivi (adrenalina) Po

i Vmax

creterea P1 Po, dar nu i Vmax

Concluzie:

Vmax

este parametru dependent doar de inotropism

Po

= TAMax

dezvoltat n timpul contraciei izometrice cu vitez de contracie 0

Vmax

= viteza maxim n timpul unei contracii izotonice

cu postsarcin

0

ntre cele 2 puncte extreme relaia for - vitez este negativ

Po

EFECTE

ASUPRA RELAIEI FOR-VITEZ DE SCURTARE

11

2. PERFORMANA POMPEI CARDIACE

DEFINIIE: capacitatea miocardului de a dezvolta tensiune activ (TA

) i vitez

de scurtare (V)

FACTORI DETERMINANI

Presarcina

(P1)

Postsarcina

(P2)

Inotropismul

PARAMETRII Volum: VTDV, VTSV, VS Presiune: PTDV Debit cardiac (DC) = FC x VS Fracie de ejecie (FE%) = (VS x 100) / (VTDV)

Parametru Semnificaie

VTDV(volum telediastolic

ventricular)

Volumul de snge din ventricul la sfritul diastolei

VTSV(volum telesistolic

ventricular)

Volumul de snge din ventricul

la sfritul sistolei

VS

(volum sistolic) volumul de snge ejectat

n sistolPTDV(presiune telediastolic

ventricular)

presiunea ventricular la sfritul diastolei

12

2.1.FIZIOLOGIA PRESARCINII (P1)

DEFINIIE: parametru diastolic exprimat prin PTDV sau VTDV care stabilete lungimea iniial a sarcomerului

(li

)

PTDV = presiunea sngelui din ventricul la sfritul diastolei VTDV = volumul sngelui din ventricul la sfritul diastolei

FACTORII DETERMINANI

ntoarcerea venoas: volumul de snge care ajunge n ventriculi pn la sfritul diastolei

Compliana ventricular: rata

de cretere a volumului ventricular pentru fiecare cretere a presiunii cu 1 mm Hg

13

FACTORII NTOARCERII VENOASE

1. Presiunea venoas

-

direct proporional

ntoarcerea venoas

n venoconstricie

i

n

venodilataie2. Volumul sangvin

direct proporional

ntoarcerea venoas

n anemie i deshidratare i

n poliglobulii i hiperhidratare

3. Frecvena cardiac

invers proporional

ntoarcerea venoas

n tahicardie (durata

a diastolei) i

n bradicardie (durata

a diastolei)4. Presiunea atrial

sistola atrial asigur 20% din VEDV (factor important n hipertrofia cardiac cnd scderea complianei ngreuneaz umplerea ventricular)

14

FACTORII COMPLIANEI VENTRICULARE

1.

Elasticitatea

pereilor

ventriculari -

direct proporional

compliana

n fibroza miocardului

2. Elasticitatea

pericardului -

direct proporional

compliana

n pericardit

3. Grosimea pereilor

ventriculari

-

invers proporional

compliana

n hipertrofia cardiac

4. Volumul telesistolic

(VTS)

- invers proporional

compliana scade dac VTS

i invers

5. Tonusul

miocardic

invers proporional

SNVS,

Ca2+

scad compliana (

tonusul miocardului)

SNVP, K+

cresc compliana (

tonusul miocardului)

15

RELAIA VTDV

PTDV

1. Este echivalentul relaiei lungime

tensiune de repaus

li

VTDV

TP

(tensiunea pasiv generat n diastol)

PTDV (presiunea telediastolic ventricular)

li

()(VTDV) (ml)

1.8 2.0

2.2 2.4

TP

(Diastol)

T

e

n

s

i

u

n

e

(

g

f

o

r

)

P

T

D

V

(

m

m

H

g

)

Edem

Pulmonar

NORMAL

16

li

()(VTDV) (ml)

1,8 2,0

2,2 2,4

TP

(Diastol)

T

e

n

s

i

u

n

e

(

g

f

o

r

)

P

T

D

V

(

m

m

H

g

)

Edem

Pulmonar

NORMAL

2. Evalueaz compliana ventricular

pn la o lungime a sarcomerelor

de 2 , PTDV foarte lent

dup atingerea lungimii de 2,2 , PTDV

exponenial

muchiul i pierde elasticitatea i devine rigid (apare riscul

de edem pulmonar)

17

1. Este echivalentul relaiei lungime tensiune activ li VTDV (volum telediastolic ventricular) TA generat n sistol DC

CURBA FUNCIONAL CARDIAC

18

2.

n condiii de repaus, muchiul cardiac funcioneaz la o lungime suboptimal a sarcomerelor

( 2,4

ndeprtarea actinei de miozin

TA

TP

li

< 1,8

li

= 2,2

li

2,4

21

2.2.FIZIOLOGIA POSTSARCINII (P2)

DEFINIIE:

parametrul sistolic exprimat prin tensiunea intraparietal

(T) dezvoltat n peretele ventricular

pentru a

deschide valvele semilunare i pentru a ejecta

snge n artere pentru VS: P2 = presiunea din artera aort pentru

VD: P2 = presiunea din artera pulmonar

FACTORII DETERMINANI presiunea arterial

(P)

direct

proporional

raza ventriculului

(r)

direct proporional grosimea pereilor (h)

invers proporional

PAo

x r 2h

T =

Legea Laplace: unde: T = tensiunea parietal sau

P2

PAo

= presiunea aorticr = raza cavitii ventriculareh = grosimea peretelui ventricular

22

Presiunea aortic (PAo

)

este influenat de:

volumul sistolic

direct proporional

elasticitatea vaselor

invers proporional

rezistena vascular periferic (RVP)

invers proporional

PAo

( elasticitii vaselor,

RVP) determin

P2

Relaia presiune aortic -

debit cardiac este dubl:

negativ:

PAo

VS prin creterea postsarcinii

pozitiv:

PAo

VS prin creterea presarcinii

Cele dou relaii suprapuse se ntlnesc ntr-un punct de referin ce reprezint presiunea arterial optim

creterea sau scderea presiunii arteriale fa de aceast valoare are un efect negativ asupra inimii

RELAIA PRESIUNE AORTIC

DEBIT CARDIAC

23

EFECTELE CRETERII POSTSARCINII ASUPRA INIMII

n situaii fiziologice

predomin efectul pozitiv

PAo

P intraventriculare (Pv) VS i

VTSV PAo

creterea perfuziei tisulare i a ntoarcerii

venoaseCompensator: prin nsumarea VTS cu volumul de snge adus prin ntoarcerea venoas

VTDV

care va antrena

mecanismul Frank-Starling la urmtoarea btaie VS prin creterea presarcinii

24

n situaii patologice:

predomin efectul negativ PAo

(

tensiunii arteriale, stenoz aortic)

postsarcinaCompensator:

h apare prin

hipertrofie concentric

postsarcinaHipertrofia concentric suprasolicitarea de presiune determin adugarea de noi sarcomere

n paralel

volum ventricular

normal PTDV

complian ventricular

PAo

x r 2h

T =

Hipertrofie = mrirea volumui celulei cardiace prin sintez crescut de proteine contractile

25

Postsarcina

este condiionat de dimensiunea

i de forma cavitii ventriculare

un ventricul dilatat (r) dezvolt o

tensiune parietal (T) mai mare pentru a menine aceeai PAon situaii patologice:

r (insuficien cardiac, insuficien aortic)

postsarcina

i MVO2

r apare prin

hipertrofie excentric PAo

x r 2h

T =Hipertrofia excentric

suprasolicitarea de volum determin adugarea de noi sarcomere

n serie

volum ventricular

PTDV

complian ventricular

26

2.3. INOTROPISMUL

DEFINIIE: proprietate intrinsec a miocardului, de a-i modifica fora de contracie

i viteza de scurtare,

independent de mrimea presarcinii

sau postsarcinii

are la baz modificarea mecanismelor moleculare

ale contraciei care

influeneaz viteza de scurtare:

modificarea vitezei de activare a situsurilor

de interaciune actino

miozinic

modificarea vitezei de interaciune a situsurilor

activate

cel mai fidel indice al strii inotrope

viteza maxim de scurtare a fibrei cardiace

(P/tmax

de pe curba presiune- timp)

27

1.

Modificarea vitezei de activare a situsurilor de interaciune actino

miozinic

viteza de cretere a [Ca2+] citosolic

viteza de fixare a Ca2+

pe Tn-C

2. Modificarea vitezei de interaciune a situsurilor activate

viteza de eliberare a energiei de ctre miozin

ATP

az

viteza de conversie a energiei chimice i energie mecanic

MECANISME INOTROPE

28

1.Factori inotrop

pozitivi:

VS DC

SNS, catecolaminele

Medicaie: 1 agonist, tonicardiac, teofilina

[Ca2+]ec

Hormonii tiroidieni

2. Factori

inotrop

negativi

:

VS DC

PSNS, acetilcolin

Medicaie: 1-blocante, blocantele

canalelor de Ca2+

[K+]ec

Hipoxia i acidoza

FACTORI CU EFECT INOTROP

Fcontracie

Viteza

Fcontracie Viteza

29

Factorii inotrop

+

nu modific relaia lungime -

TP

deplaseaz spre stnga relaia lungime

TA TA

generat n timpul contraciilor izometrice, la aceeai li

a sarcomerului

Factorii inotrop

+

deplaseaz spre dreapta relaia for - vitez

TAMax

i Vmax

generat n timpul contraciilor izotone

FACTORII INOTROP POZITIVI

30

1.CATECOLAMINELENA

r.1-adrenergici (Gs

cu adenilat-ciclaza) AMPc

(a)

Efectul inotrop

pozitiv

fosforilarea

canalelor de Ca2+

sarcolemale

de tip L ICaL

n faza 2

a PA eliberarea de calciu - indus de calciu

fosforilarea

lanului uor miozinic

reglator formarea ciclurilor cross-bridge

prin creterea afinitii miozinei pentru

actin

(b)

Efectul lusitrop

( ratei relaxrii musculare)

fosforilarea

i activarea PLB activitatea pompei Ca2+

din RS (

viteza de recaptare a Ca2+)

31

2.GLICOZIDELE CARDIACE

(tonicardiace) inhib pompa Na+/K+

inhibiia antiporterului

3Na+/1Ca2+ [Ca2+]ic

3.INHIBITORII FOSFODIESTERAZEI

(teofilina i miofilinul)

inhib activitatea fosfodiesterazei

AMPc

32

3. DEBITUL CARDIAC

DEFINIIE:

volumul

de snge

ejectat

de inim

ntr-un minut n circulaia sistemic sau cea pulmonar

DC stg

= DC

dr

CALCUL: DC = VS x FC

VS = 70 mlFC = 70 b/min

DC repaus = 5-6 l/min DC efort = 25-35 l/min

Indexul

Cardiac (IC)DC

sc

(m2)IC = = 3

0,5 l/min/m2

Fracia de ejecie

(FE%)VS

VTDV(VTDV

VTSV)

VTSVIC = >

55%

33

FACTORII DETERMINANI AI DC

1. VOLUMUL SISTOLIC (VS) -

depinde de:

Presarcin

(P1)

Postsarcin

(P2)

Inotropism

2. FRECVENA CARDIAC

- depinde de:

Factorii cronotrop pozitivi

SNVS, catecolamine, Ca2+

febr, hipertiroidism

DC pn la FC = valoarea maxim eficace (FME)

FME = 220

vrsta

DC

la valori ale FC >

FME prin

duratei diastolei

Factorii cronotrop negativi

SNVPS, acetilcolin, K+, frigul, ischemia, hipoxia

DC prin scderea FC

34

35

VARIAIILE FIZIOLOGICE ALE DC

Vrsta:

DC (l/min/m2)

la copil i

la vrstnici fa de adult

Sexul subiectului:

DC mai

cu 10% la femei (volemie

) fa de brbai (volemie )

Poziia corpului:

DC

cu 20

30% n ortostatism (ntoarcerea venoas

sub aciunea gravitaiei)

Perioada digestiv: DC

cu 30% i se menine pn la 3 ore postprandial (volemie

)

36

Sarcina:

DC

cu 40

80% n ultimul trimestru de sarcin cu (volemie

prin retenia de ap de cauz hormonal)

Anxietatea

i emoiile:

DC

cu 50 100% (stimulare simpatic)

Expunerea la cldur:

DC

cu 5

30% (FC

i volemie

prin eliberarea sngelui de depozite)

Efortul fizic

DC

pn la 25 30 l/min (stimulare simpatic FC, VS i volemia

prin eliberarea sngelui

din depozite)

37

METODE DE DETERMINARE A DC

Principiul Fick:

cantitatea de substan preluat de un organ sau de ntreg organismul n unitatea de timp este egal cu produsul dintre fluxul sanguin

i diferena dintre concentraia

arterial i venoas

a substanei respective

38

(a) METODA FICK DIRECT: pe

baza

VO2

VO2

consumul de O2

din aerul respirat

(250-300 ml/min)

[O2

]a

concentraia de O2

din artera

femural

(0,20 ml O2

/ml snge)

[O2

]v

concentraia de O2 din VD (cateterism)

(0,15 ml O2

/ml snge)

VO2 [O2

]a

- [O2

]vDC =

Volumul de O2

fixat la nivel alveolar ntr-un minut este vehiculat de un volum de snge egal cu DC, care traverseaz plmnii ntr-un minut,

250 0,20

0,15

DC =

= 5000 ml/min

39

PRINCIPIU: introducerea n circulaie a unei cantiti cunoscute de substan indicator (Q), cu urmrirea variaiei concentraiei sale la diferite intervale de timp

curba de

diluie pe care se msoar parametrii q i t

Q

=

cantitatea

de substan

injectat

(mg)

q

= concentraia

medie

de substan

(mg/l)

t = timpul

de expulzare

a substanei

din ventriculul

stng

(sec)

Q

x 60

sec q x

t

DC =

(b) METODA DILUIEI

Substane utilizate:

Colorani

rou Congo, albastru Evans

Izotopi radioactivi: I131

40

(c) METODE NEINVAZIVE

Metoda ecocardiografic

- proiectarea unui fascicul de

ultrasunete i nregistrarea ecoului care depinde de intensitatea i poziia undelor reflectate la interfaa regiunilor cu omogenitate diferit

Angiografia radioizotopic - injectarea intravenoas a unui radiotrasor

n torentul circulator i nregistrarea imaginii

cavitilor cardiace care conin acest trasor cu ajutorul camerei de scintilaie

Cardiografia de impedan

-

aplicarea la nivelul toracelui a unui curent alternativ, de nalt frecven (100-150 kHz) i de mic intensitate (1-4 mA), determin o diferen de potenial care reflect variaia volumului sanguin n timpul ciclului cardiac

= calcularea DC prin determinarea VTDV, VTS sau VS

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34VARIAIILE FIZIOLOGICE ALE DC Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40