HJRTFYSIOLOGI REPETITION Leif Jansson Inst f med cellbiologi

HJÄRTFYSIOLOGI; REPETITION Leif Jansson Inst f med cellbiologi Leif. jansson@mcb. uu. se

Hjärtat som pump • Venous return (VR) = Den volym blod som per minut flödar in i respektive förmak • Cardiac output (CO) = Den volym blod som varje hjärthalva pumpar ut i truncus pulmonalis/aorta per minut • Normalt: VR = CO; observera att CO bestämmer VR • CO = slagvolym x frekvens (puls) • Man (20 år, 70 kg) har i vila CO på 5 liter (slagvolym 70 ml, puls 70) • Vid hård ansträngning är CO 20 -25 liter (slagvolym 120 ml, puls 180) • Elitidrottsman: CO upp mot 35 liter (slagvolym 180 ml, puls 180)

Blodets distribution Cardiac output distribution O 2 konsumption Myocardiet har liten syrgasreserv

Myocardiets metabolism • Den arteriovenösa O 2 skillnaden är hög; cirka 75% syrgasextraktion (generellt i kroppen cirka 20 -25%) • AEROB metabolism • Fria fettsyror svarar för 70% av energin • Glukos + laktat + ketoner svarar för 30% • Mycket laktatdehydrogenas (LDH) gör att myocardiet kan konsumera laktat. Viktigt vid ansträngning Flöde i Kranskärl (ml/min x 100 g) Adenosin viktig nediator O 2 konsumption i myocard (ml/min x 100 g)

Hjärtcykelns fyra faser • Systole (kammarmuskelkontraktion) • Diastole (kammarmuskelrelaxation • Blodet går från högt till lågt tryck • Fyllnadsfas (diastole) • Isovolumetrisk kontraktion (systole) • Ejektion (systole) • Isovolumetrisk relaxation (diastole)

Hjärtcykeln SYSTOLE (0. 35 sek) • Isovolumetrisk kontraktion : 0. 05 sek. Kamrarna kontraherar med stängda klaffar – inget blod lämnar ventriklarna men trycket stiger kraftigt • Ejektion: 0. 3 sek. Pulmonalis- och aortaklaffarna öppnar sig eftersom trycket i kamrarna är högre än i kärlen. Blodet strömmar ut och ejektions-fasen avslutas av att de nämnda klaffarna stängs. • Loopens YTA är det utförda arbetet Vänster kammare

Hjärtcykeln; DIASTOLE (0. 67 sek) • Isovolumetrisk relaxation: 0. 08 sek. Alla klaffar är stängda och muskulaturen relaxerar varvid trycket i kamrarna snabbt sjunker. • Kammarfyllnadsfasen: 0. 58 sek. Startar när tricuspidalisoch mitralisklaffarna öppans (trycket i kamrarna lägre än i förmaken). Avslutas med att AV-klaffarna stängs. • Under diastole ombesörjs 80% av myocardiets blodförsörjning Vänster kammare

Tryck (mm Hg) Kammarvolym (ml) Flödeshastighet Aorta (cm/sek) FKG EKG Aorta Vänsterkammre Förmak (~ CVP)

Normalvärden Respons hos vuxen i vila och vid ansträngning Medeltryck (mm Hg) Höger Atrium 3 Kammare Slut diastole 4 Peak systole 25 Vänster 8 9 120 • O 2 konsumption (ml(min) 250 – 3000 • Cardiac output (l/min) 4. 8 – 21, 6 • Puls (min-1) 60 – 180 • Slagvolym (ml/min) 80 – 120 • Enddistaolisk volym (ml) 120– 140 • Endsystolisk residualvolym (ml) 40 – 20 • Ejektionsfraktion (%) 67 -86 • Hjärtcykeltid (sek) 1. 0 – 0. 33 • Duration systole (sek) 0. 35 – 0. 20 • Duration diastole (sek) 0. 65– 0. 13

Reglering av slagvolym och cardiac output Frank-Starling’s hjärtlag: Den mängd blod som Kommer in i kamrarna (venous return) pumpas ut.

Starlings hjärtlag • Kontraktionskraften proportionell mot sarkomerlängden • Normalt 1. 8 – 2. 0 µm • Går inte över 2. 2 µm • Bättre geometrisk relation mellan aktin-myosin (viktigast i skelett-muskel) • Ökad känslighet för Ca 2+ (viktigast i hjärtat)

Effekter på preload, venous return Blodvolym ner, VR ner Ventonus, sympatikus-aktivitet upp, VR upp Gravitation. Vid stående venvolym upp, VR ner Muskelpump. Reducerar benens venvolym VR upp • Inandning ökatr VR • Cardiac output påverkar VR • • • I detta fall kan sambandet VR och preload ersättas med central venous pressure (CVP)

Effekter på afterload; artärtryck • Normalt: Akut tryckstegring i aorta gör att afterload ökar och slagvolymen går ner (W till 1). Enddiastoliska volymen ökar då och Starlings hjärtlag gör att slag -volymen normaliseras (1 till 2). • Svikt: Slagvolymen reducerad (3) men myocyterna kan inte svara upp med ökad kontraktilitet. Minskat blodtryck (4) förbättrar slagvolymen

Afterload; fördjupning om akut tryckökning • Frank-Starling mekanismen som beskrevs ovan inom några hjärtslag • Anrep response(slow force response). Över nästa 5 -10 min. Ventrikrelns kontraktilitet ökar så att slagvolymen kan bibehållas vid lägre enddiastolisk volym. Inotropa ämnen som angiotensin II och endothelin-1 frisätts i myocardiet. Ger parakrin ökning av myocyternas Ca 2+. • Anrep response forts. Intracellulärt Na+ ökas (via Na+ -H+ pump vilket förlångsammar utflödet av Ca 2+ via Na+-Ca 2+exchangers. Dessutom stimuleras sträckaktiverade Ca 2+–kanaler så att Ca 2+ tranbsporteras in i myocyterna. • Baroreceptorreflexen tenderar att motverka dessa effekter akut via minskad sympatikusaktivitet.

Definitioner preload/afterload Preload Afterload • Preload i ventrikeln beror på väggstress (S), enddiastoliskt tryck (P), kammar-radien (r) och väggtjock-leken (w) enligt Love’s [Laplace’s] lag. • S = Pr/2 w • Beror på artärtryck, kammarradie och kammarens väggtjovklek

Konsekvenser vid hjärtdilatation • Som nämnts beror afterload inte bara på artärtrycket utan ockå på kammarens radie. För ett givet artärtryck ger en högre kammarradie ett högre afterload. Vid normal ejektion sjunker ju kammarradien och afterload sjunker då också, d v s sena ejektionsfasen faciliteras. • Starling’s och Laplace’s lagar leder till motsatta effeker. Vid vidgning av kammare ökar den förstnämnda kontraktiliteten medan den sistnämnda gör att trycket i kammaraen för en given kontraktionskraft minskar. Vid normal distension dominerar de positiva effekterna av Starling’s lag.

Konsekvenser vid hjärtdilatation forts. • Vid hjärtsvikt ses ofta dilaterade hjärtan vilkket gör att Laplaceeffekten blir dominerande. • Får alltså liten effekt av förlängningen av musklerna. • Viktig behadlingsprincip är reducera hjärtats distension, t ex genom att minska fyllnadstrycket med t ex diuretika. • Dessa patienter har ökad sympatikusaktivitet (kronotrop effekt) men b 1 -receptorer nedregleras • Även endothelin-1 och angiotensin II uppregleras.

Hjärtdilatation

Hjärthypertrofi Excentrisk • Normal hos vältränade • Kammarvolymen ökar, men väggtjockleken påverkas mindre. Fler kapillärer • Nya sarkomerer kopplas i serie med de som redan finns. De blir längre men inte bredare. Ökad kontraktilitet • IGF-1 Koncentrisk • Vid t ex hypertension (ökat afterload) • Ökad väggtjocklek men ingen ökning av kammarvolymen • Lokal produktion av angiotensin Ii och endothelin-1 (MAP kinaser) • På sikt risk för sviktande kontraktilitet

Reglering genom kontraktilitetspåverkan Frank-Starling’s hjärtlag: Den mängd blod som Kommer in i kamrarna (venous return) pumpas ut.

Autonoma nervsystemet Sympatikus • Finns i hela hjärtat • Noradrenalin har positiv kronotrop och inotrop effekt; b 1 -receptorer. • Aktivering ger ökad kontraktilitet (Ca 2+ ökning) utan initial påverkan på fibrernas längd (dvs EDV) och ökar frekvensen (sinusoch AV-knuta) genom att öka vilopotentialens lutning Parasympatikus • Finns mest i förmalen • Påverkar inte nämnvärt kontraktiliteten, men via M 2 -receptorer på simus- och AV-knutan har det en negativ kronotrop effekt. • Normalt dominerar parasymp effekter på pulsen men vid ansträngning dominerar sympatikus.

Autonoma nervsystemet forts.