Πληροφορίες

Είναι σωστό ότι Afterload=Προφόρτωση+Ενεργή τάση;

Είναι σωστό ότι Afterload=Προφόρτωση+Ενεργή τάση;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Η προφόρτιση προκαλεί ανάπτυξη ίσης ποσότητας παθητικής τάσης που οδηγεί σε διάταση του καρδιακού μυός. Περαιτέρω, το μεταφορτίο προκαλεί την ανάπτυξη ενεργούς τάσης ή σχηματισμό εγκάρσιας γέφυρας που ξεκινά τη συστολή. Παθητική ένταση + ενεργητική αντίσταση τάσης εξισορροπεί το μεταφορτίο για να προκαλέσει συστολή του καρδιακού μυός με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. (Χρησιμοποίησα έννοιες NLM εδώ)


Ποια είναι η επίδραση της προφόρτισης και μετά το φορτίο στη συσπάση των μυών;

Η προφόρτιση είναι το φορτίο που τοποθετείται σε έναν μυ πριν από τη συστολή του μυός. Χρησιμεύει στο τέντωμα των μυϊκών σαρκομερίων, παράγοντας έτσι μια παθητική τάση σε όλο τον μυ.

Αυτή η παθητική ένταση αυξάνει τη συστολή των μυών με δύο τρόπους:

(i) Προσθέτει μια ελαστική δύναμη ανάκρουσης στον μυ κατά τη συστολή του

(ii) Τεντώνει τον μυ στο μήκος ηρεμίας του, παράγοντας τη βέλτιστη σχέση μήκους-τάσης για παραγωγή ενεργητικής δύναμης. Σε πραγματικές καταστάσεις, είναι μια κοινή πρακτική να προεντάνετε έναν μυ χρησιμοποιώντας ανταγωνιστές μυς. Μέσα από την εμπειρία, μαθαίνουμε πόση δύναμη παράγουν οι μύες μας σε διαφορετικά μήκη και ασυνείδητα, προσαρμόζουμε το μήκος των μυών πριν ξεκινήσουμε μια κίνηση για να αναπτύξουμε τη δύναμη που θέλουμε. Το φορτίο είναι μια αντίθετη δύναμη την οποία συναντά ο μυς αμέσως μόλις αρχίσει να συστέλλεται. Είναι μια δύναμη που ένας μυς πρέπει να υπερνικήσει πριν εμφανιστεί μια αισθητή βράχυνση του μυός.

Η συστολή ενός μυός μετά από φόρτωση είναι συγκριτικά μικρότερη. Σε πραγματικές καταστάσεις, οι συσπάσεις μετά από φόρτωση τείνουν να συμβαίνουν σε νέες καταστάσεις όταν το μέγεθος του φορτίου δεν είναι γνωστό ή κατά τη διάρκεια ταχείας προσαρμογής σε απροσδόκητες διαταραχές του φορτίου.

Σχετικές αναρτήσεις:

Το PreserveArticles.com είναι ένας διαδικτυακός ιστότοπος δημοσίευσης άρθρων που σας βοηθά να υποβάλετε τις γνώσεις σας έτσι ώστε να διατηρηθούν για πάντα. Όλα τα άρθρα που διαβάζετε σε αυτόν τον ιστότοπο συνεισφέρουν χρήστες όπως εσείς, με ένα μόνο όραμα για την απελευθέρωση της γνώσης.

Πριν δημοσιεύσετε το άρθρο σας σε αυτόν τον ιστότοπο, διαβάστε τις ακόλουθες σελίδες:


Κυτταρικός

Ο ενεργός μεταβολισμός των ιστών απαιτεί συνεχή παροχή αίματος για την παροχή θρεπτικών συστατικών και την απομάκρυνση των αποβλήτων. Υπό ιδανικές συνθήκες, η παροχή αίματος στον ιστό ταιριάζει με το ρυθμό κατανάλωσης οξυγόνου για να επιτρέψουν στις βιοχημικές διεργασίες να προχωρήσουν με τις βέλτιστες ταχύτητες. Οι καταστάσεις που οδηγούν σε ανεπαρκή παροχή αίματος επιβραδύνουν ή εντελώς  halt ζωτικές αντιδράσεις. Πιο συγκεκριμένα, η αιμάτωση subprime αναγκάζει τα κύτταρα να στραφούν σε αναερόβιες μεταβολικές οδούς που οδηγούν στην παραγωγή γαλακτικού οξέος και άλλων βιοενεργών ενώσεων. Οι επιδράσεις της συσσώρευσης τοξικών μεταβολιτών περιλαμβάνουν μειωμένο κυτταρικό pH, μετουσίωση ενζύμου και αλλοιωμένα δυναμικά μεμβράνης. Αυτές οι αλλαγές είναι επιζήμιες για το κυτταρικό, τον ιστό, το όργανο και, τελικά, την παγκόσμια καταστροφή αν δεν διορθωθούν.


Συμβατότητα

Οι περισσότερες μορφές οξείας και χρόνιας καρδιακής ανεπάρκειας χαρακτηρίζονται από έκπτωση της συσταλτικότητας και πολλές θεραπευτικές επιλογές - όπως οι κατεχολαμίνες και οι αναστολείς φωσφοδιεστεράσης - στην περιεγχειρητική αρένα στοχεύουν στη βελτίωση της συσταλτικότητας της καρδιάς.

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη θεραπεία της χρόνιας καρδιακής ανεπάρκειας, όπου κυριαρχεί η μείωση της μεταφόρτισης και της προφόρτισης, ενώ τα θετικά ινότροπα μέτρα είναι ανεπιθύμητα, με εξαίρεση το digitalis. Η άμεση μέτρηση της συσταλτικότητας με καμπύλες όγκου πίεσης είναι δύσκολη στο κλινικό περιβάλλον έμμεσα μέτρα περιλαμβάνουν υπερηχοκαρδιογραφικό προσδιορισμό του κλάσματος εξώθησης, μέτρηση καρδιακής παροχής, όγκο εγκεφαλικού επεισοδίου και δεξιά καθώς και δείκτη εγκεφαλικού επεισοδίου αριστερής κοιλίας σε σχέση με τη συστηματική και πνευμονική αγγειακή αντίσταση.


Επίδραση της ενδοθωρακικής πίεσης στην τελική διαστολική πίεση

Οι αναπνευστικές αλλαγές στην ενδοθωρακική πίεση επηρεάζουν την τελοδιαστολική πίεση (και επομένως τον όγκο) με διάφορους τρόπους. Είναι βασικά ένα βάναυσα ηλίθιο υδραυλικό αποτέλεσμα: μια αυξημένη πίεση μέσα στο στήθος αντιτίθεται στη φλεβική πίεση του αίματος που προσπαθεί να εισέλθει στο στήθος. Το αποτέλεσμα είναι η μείωση της προφόρτισης της δεξιάς κοιλίας, η οποία με τη σειρά της προκαλεί μειωμένη προφόρτιση της αριστερής κοιλίας (καθώς συνδέονται σε σειρά). Η προφόρτιση της αριστερής κοιλίας επηρεάζεται επίσης άμεσα, καθώς η μεταφόρτωση της αριστερής κοιλίας μειώνεται, προκαλώντας χαμηλότερο τελικό συστολικό όγκο. Αυτά τα θέματα συζητούνται λεπτομερέστερα (και με ηλίθια διαγράμματα) στο κεφάλαιο για τις αιμοδυναμικές επιδράσεις του αερισμού θετικής πίεσης.

  • Επίδραση της αυξημένης ενδοθωρακικής πίεσης στη δεξιά καρδιά:
    • Αυξάνει την πίεση RA και RV
      • Έτσι, μειώνεται η κλίση πίεσης για ροή αίματος στους καρδιακούς θαλάμους
      • Έτσι, μειώνει την τελική διαστολική πίεση RV (σε σχέση με την εξωθωρακική κεντρική φλεβική πίεση)
      • Έτσι, μειώνεται ο τελικός διαστολικός όγκος του RV
      • Η διαφορά μεταξύ της ενδο-LV πίεσης και της ενδουπεζωκοτικής πίεσης μειώνει τη διατοιχωματική πίεση LV
      • Αυτό μειώνει το μετέπειτα φορτίο
      • Μειώνει την τελική συστολική πίεση LV, λόγω μειωμένου μεταφορτώματος
      • Μειώνει την πίεση LA, λόγω της μειωμένης καρδιακής παροχής RV
      • Μειώνει την τελική διαστολική πίεση LV, λόγω των παραπάνω

      Αυτή είναι λοιπόν η θετική ενδοθωρακική πίεση. Η αρνητική πίεση (π. Αυτό περιελάμβανε το αυξάνουν σε μεταφόρτωση LV. Οι Hausknecht et al (1987) το διερεύνησαν σε ένα μοντέλο σκύλου και διαπίστωσαν ότι βασικά η επίδραση της αρνητικής ενδοθωρακικής πίεσης στο μεταφόρτωση της αριστερής κοιλίας ήταν λειτουργικά αδιάκριτη από τη μερική απόφραξη της αορτής.

      • Επίδραση της μειωμένης ενδοθωρακικής πίεσης στη δεξιά καρδιά:
        • Μειώνει την πίεση RA και RV
        • Έτσι, αυξάνει τη ροή του αίματος στους καρδιακούς θαλάμους
        • Έτσι, αυξάνει την τελοδιαστολική πίεση RV (σε σχέση με την εξωθωρακική κεντρική φλεβική πίεση)
        • Η διαφορά μεταξύ της ενδο-LV πίεσης και της ενδοπλευρικής πίεσης αυξάνει την LV διατμητική πίεση
        • Αυτό αυξάνει το μεταφορτίο LV και επομένως αυξάνει την τελοσυστολική πίεση του LV
        • Έτσι, αυξημένη τελική διαστολική πίεση LV

        Η κατώτατη γραμμή? Η θετική ενδοθωρακική πίεση μειώνει την προφόρτιση, με μη ασήμαντες αιμοδυναμικές συνέπειες. Αυτό γίνεται σαφές από αυτό το σύνολο δεδομένων από τους Jardin et al (1981) μέσω του Nunn (1984), όπου ο καρδιακός δείκτης των ασθενών με ARDS απεικονίζεται σε γραφική παράσταση έναντι του PEEP. Παρατηρήστε τη σταδιακή μείωση του καρδιακού δείκτη και του MAP με την αύξηση της ενδοθωρακικής πίεσης. Στη συνέχεια, παρακολουθήστε πώς, σε υψηλότερη πίεση (PEEP 30), η αποκατάσταση της προφόρτισης (ρευστό bolus 10 ml/kg) αντιστρέφει όλη την αιμοδυναμική κακία.


        1 Απάντηση 1

        Σύντομη απάντηση: Κατά τη θεραπεία της καρδιακής ανεπάρκειας το βασικό επίκεντρο είναι η αύξηση του όγκου του εγκεφαλικού επεισοδίου. Για να το κάνουμε αυτό, δεν μειώνουμε απλώς το μεταφορτίο, αλλά μειώνουμε επίσης την προφόρτιση και μερικές φορές αυξάνουμε τη συσταλτικότητα.

        Μακρά απάντηση

        Έτσι, η καρδιακή ανεπάρκεια έχει να κάνει με την καρδιακή παροχή (CO) και το CO = όγκος εγκεφαλικού επεισοδίου (SV)* καρδιακός ρυθμός (HR). Το βασικό πρόβλημα στην καρδιακή ανεπάρκεια είναι ο μειωμένος όγκος εγκεφαλικού επεισοδίου, δηλαδή η ποσότητα αίματος που εκτοξεύεται από την καρδιά σε κάθε καρδιακό παλμό. Το HR μπορεί μερικές φορές να είναι σχετικό, αλλά ας επικεντρωθούμε στο SV προς το παρόν.

        Το SV υπαγορεύεται κυρίως από τρεις παράγοντες μεταφόρτισης, προφόρτισης και συσταλτικότητας. Ο μηχανισμός Frank-Starling ρυθμίζει τη σχέση μεταξύ αυτών των παραγόντων.

        Υπάρχει μια αντίστροφη σχέση μεταξύ μεταφόρτωσης, της πίεσης που πρέπει να ξεπεράσει η αριστερή κοιλία για να εκτοξεύσει αίμα και του όγκου εγκεφαλικού επεισοδίου που αντιπροσωπεύεται από την καμπύλη δύναμης/τάσης. Έτσι, σε συνθήκες καρδιακής ανεπάρκειας και υψηλής αρτηριακής πίεσης, η μείωση του μεταφορτίου είναι το κλειδί.

        Υπάρχει ωστόσο μια πιο περίπλοκη σχέση μεταξύ της προφόρτισης και του όγκου διαδρομής. Ο όγκος του εγκεφαλικού επεισοδίου αυξάνεται με αυξημένη προφόρτιση μέχρι ένα ορισμένο όριο, όπου η προφόρτιση τραβάει τα σαρκομερή των καρδιακών μυών. Σε αυτό το σημείο η αυξημένη προφόρτιση μειώνει ακόμη περισσότερο τον όγκο της διαδρομής. Αυτό μερικές φορές αναφέρεται ως μηχανισμός Starling (βλέπε σχήμα 1). Στη ρύθμιση της υπερφόρτωσης υγρών όπως βλέπουμε στην καρδιακή ανεπάρκεια το αίμα επανέρχεται στο πνευμονικό ρεύμα του αίματος οδηγώντας σε αυξημένη προφόρτιση στο σημείο όπου είναι τόσο υψηλό ώστε να μειώσει τον όγκο του εγκεφαλικού επεισοδίου. Αυτό είναι όπου η μείωση της προφόρτισης είναι χρήσιμη για την αύξηση του όγκου διαδρομής.

        Σχήμα 2 Ο μηχανισμός Starling (σημειώστε ότι ο κοιλιακός τελικός διαστολικός όγκος είναι

        Η σχέση μεταξύ προφόρτισης και όγκου εγκεφαλικού επεισοδίου καθορίζεται ακόμη περισσότερο από τη συσταλτικότητα των καρδιών. Η αυξημένη συσταλτικότητα οδηγεί σε μεγαλύτερη αύξηση του όγκου διαδρομής με κάθε μονάδα προφόρτισης (βλέπε σχήμα 2). Στην καρδιακή ανεπάρκεια η συσταλτικότητα συνήθως μειώνεται οδηγώντας σε χαμηλότερο όγκο εγκεφαλικού επεισοδίου σε σχέση με την προφόρτιση. Μερικές φορές, ειδικά σε περιβάλλον εντατικής θεραπείας, η συσταλτικότητα αυξάνεται με τη χορήγηση ινότροπων φαρμάκων.

        Εικόνα 3 (LV EDP: Τελικός διαστολικός όγκος αριστερής κοιλίας (δηλ. Προφόρτιση))

        Έτσι, όταν αντιμετωπίζουμε την καρδιακή ανεπάρκεια, μπορούμε να χειριστούμε όλους αυτούς τους παράγοντες για να ανακουφίσουμε το βασικό πρόβλημα του χαμηλού εγκεφαλικού όγκου.


        Περιεχόμενα

        Το σύστημα μπορεί να ενεργοποιηθεί όταν υπάρχει απώλεια όγκου αίματος ή πτώση της αρτηριακής πίεσης (όπως σε αιμορραγία ή αφυδάτωση). Αυτή η απώλεια πίεσης ερμηνεύεται από τους βαροϋποδοχείς στον καρωτιδικό κόλπο. Μπορεί επίσης να ενεργοποιηθεί με μείωση της συγκέντρωσης του διηθήματος χλωριούχου νατρίου (NaCl) ή μειωμένο ρυθμό ροής διηθήματος που θα διεγείρει την πυκνότητα της ωχράς κηλίδας να δώσει σήμα στα εξαγωνικά κύτταρα να απελευθερώσουν ρενίνη. [ αναφορά που απαιτείται ]

        1. Εάν η αιμάτωση της παρασπειραματικής συσκευής στην ωχρά κηλίδα του νεφρού μειώνεται, τότε τα παρασπειραματικά κύτταρα (κοκκώδη κύτταρα, τροποποιημένα περικύτταρα στο σπειραματικό τριχοειδές) απελευθερώνουν την ενζυμερενίνη.
        2. Η Ρενίνη διασπά ένα δεκαπεπτίδιο από αγγειοτενσινογόνο, μια σφαιρική πρωτεΐνη. Το δεκαπεπτίδιο είναι γνωστό ως αγγειοτενσίνη Ι.
        3. Η αγγειοτενσίνη Ι μετατρέπεται στη συνέχεια σε οκταπεπτίδιο, αγγειοτενσίνη II από το ένζυμο μετατροπής αγγειοτενσίνης (ACE), [8] το οποίο πιστεύεται ότι βρίσκεται κυρίως στα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων σε όλο το σώμα, στους πνεύμονες και στα επιθηλιακά κύτταρα των νεφρών. Μια μελέτη το 1992 βρήκε το ΜΕΑ σε όλα τα ενδοθηλιακά κύτταρα των αιμοφόρων αγγείων. [9]
        4. Η αγγειοτασίνη ΙΙ είναι το κύριο βιοδραστικό προϊόν του συστήματος ρενίνης -αγγειοτενσίνης, που συνδέεται με υποδοχείς σε ενδοσπειραματικά μεσαγγειακά κύτταρα, προκαλώντας αυτά τα κύτταρα να συστέλλονται μαζί με τα αιμοφόρα αγγεία που τα περιβάλλουν και προκαλώντας την απελευθέρωση αλδοστερόνης από τη σπειραματοειδή ζώνη στον φλοιό των επινεφριδίων. Η αγγειοτασίνη ΙΙ δρα ως ενδοκρινική, αυτοκρινή/παρακρινική και ενδοκρινική ορμόνη.

        Η αγγειοτενσίνη Ι μπορεί να έχει κάποια μικρή δραστηριότητα, αλλά η αγγειοτασίνη ΙΙ είναι το κύριο βιοδραστικό προϊόν. Η αγγειοτασίνη ΙΙ έχει μια ποικιλία επιδράσεων στο σώμα: [ αναφορά που απαιτείται ]

        • Σε όλο το σώμα, η αγγειοτενσίνη II είναι ένας ισχυρός αγγειοσυσταλτικός παράγοντας των αρτηριδίων.
        • Στους νεφρούς, η αγγειοτενσίνη ΙΙ συστέλλει τα σπειραματικά αρτηρίδια, έχοντας μεγαλύτερη επίδραση στα απαγωγά αρτηρίδια από τα προσαγωγά. Όπως συμβαίνει με τα περισσότερα τριχοειδή στρώματα στο σώμα, η συστολή των προσαγωγών αρτηριδίων αυξάνει την αρτηριακή αντίσταση, αυξάνοντας τη συστηματική αρτηριακή πίεση και μειώνοντας τη ροή του αίματος. Ωστόσο, οι νεφροί πρέπει να συνεχίσουν να φιλτράρουν αρκετό αίμα παρά αυτή την πτώση της ροής του αίματος, που απαιτούν μηχανισμούς για τη διατήρηση της σπειραματικής αρτηριακής πίεσης σε υψηλά επίπεδα. Για να γίνει αυτό, η αγγειοτασίνη ΙΙ συστέλλει τα φλεβώδη αρτηρίδια, τα οποία αναγκάζουν το αίμα να συσσωρευτεί στο σπείραμα, αυξάνοντας τη σπειραματική πίεση. Ο ρυθμός σπειραματικής διήθησης (GFR) διατηρείται έτσι και το φιλτράρισμα αίματος μπορεί να συνεχιστεί παρά τη μειωμένη συνολική ροή αίματος στα νεφρά. Επειδή το κλάσμα διήθησης, το οποίο είναι ο λόγος του ρυθμού σπειραματικής διήθησης (GFR) προς τη ροή του νεφρικού πλάσματος (RPF), έχει αυξηθεί, υπάρχει μικρότερο υγρό πλάσματος στα κατάντη τριχοειδή τριχοειδή. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε μειωμένη υδροστατική πίεση και αυξημένη ογκοτική πίεση (λόγω των μη φιλτραρισμένων πρωτεϊνών πλάσματος) στα περισωληνωτά τριχοειδή αγγεία. Η επίδραση της μειωμένης υδροστατικής πίεσης και της αυξημένης ογκοτικής πίεσης στα περισωληνάρια τριχοειδή θα διευκολύνει την αυξημένη επαναρρόφηση του σωληνοειδούς υγρού.
        • Η αγγειοτενσίνη II μειώνει τη ροή του μυελού του αίματος μέσω της ορθής σκάλας. Αυτό μειώνει την έκπλυση του NaCl και της ουρίας στον μυελικό χώρο των νεφρών. Έτσι, υψηλότερες συγκεντρώσεις NaCl και ουρίας στον μυελό διευκολύνουν την αυξημένη απορρόφηση του σωληναριακού υγρού. Επιπλέον, η αυξημένη επαναρρόφηση υγρού στον μυελό θα αυξήσει την παθητική επαναρρόφηση του νατρίου κατά μήκος του παχύ ανιόντος σκέλους του βρόχου του Henle.
        • Η αγγειοτενσίνη II διεγείρει το Na +
          / Η +
          εναλλάκτες που βρίσκονται στις κορυφαίες μεμβράνες (αντιμετωπίζουν τον αυλό του αυλού) των κυττάρων στον εγγύς σωληνάριο και το παχύ ανιόν άκρο του βρόχου του Henle εκτός από το Na +
          κανάλια στους αγωγούς συλλογής. Αυτό θα οδηγήσει τελικά σε αυξημένη επαναρρόφηση νατρίου.
        • Η αγγειοτενσίνη II διεγείρει την υπερτροφία των κυττάρων των νεφρικών σωληναρίων, οδηγώντας σε περαιτέρω επαναρρόφηση νατρίου.
        • Στον φλοιό των επινεφριδίων, η αγγειοτενσίνη II δρα προκαλώντας την απελευθέρωση αλδοστερόνης. Η αλδοστερόνη δρα στα σωληνάρια (π.χ. στους περιφερικούς σπασμένους σωληνίσκους και τους φλοιώδεις σωλήνες συλλογής) στα νεφρά, προκαλώντας τους να απορροφήσουν περισσότερο νάτριο και νερό από τα ούρα. Αυτό αυξάνει τον όγκο του αίματος και, ως εκ τούτου, αυξάνει την αρτηριακή πίεση. Σε αντάλλαγμα για την επαναρρόφηση του νατρίου στο αίμα, το κάλιο εκκρίνεται στα σωληνάρια, γίνεται μέρος των ούρων και αποβάλλεται.
        • Η αγγειοτενσίνη II προκαλεί την απελευθέρωση της αντιδιουρητικής ορμόνης (ADH), [5] που ονομάζεται επίσης βαζοπρεσσίνη – η ADH παράγεται στον υποθάλαμο και απελευθερώνεται από την οπίσθια υπόφυση. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, παρουσιάζει επίσης αγγειοσυσπαστικές ιδιότητες, αλλά η κύρια πορεία δράσης του είναι να διεγείρει την επαναρρόφηση του νερού στα νεφρά. Η ADH δρα επίσης στο κεντρικό νευρικό σύστημα για να αυξήσει την όρεξη ενός ατόμου για αλάτι και να διεγείρει την αίσθηση της δίψας.

        Αυτά τα αποτελέσματα δρουν άμεσα μαζί για την αύξηση της αρτηριακής πίεσης και αντιτίθενται από το κολπικό νατριουρητικό πεπτίδιο (ANP).

        Τοπικά εκφρασμένα συστήματα ρενίνης -αγγειοτενσίνης έχουν βρεθεί σε διάφορους ιστούς, συμπεριλαμβανομένων των νεφρών, των επινεφριδίων, της καρδιάς, των αγγείων και του νευρικού συστήματος και έχουν διάφορες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της τοπικής καρδιαγγειακής ρύθμισης, σε συνδυασμό ή ανεξάρτητα από τη συστηματική ρενίνη –Ανγκιοτενσίνης, καθώς και μη καρδιαγγειακές λειτουργίες. [8] [10] [11] Έξω από τα νεφρά, η ρενίνη συλλέγεται κυρίως από την κυκλοφορία, αλλά μπορεί να εκκρίνεται τοπικά σε ορισμένους ιστούς, η πρόδρομη προρενίνη της εκφράζεται σε μεγάλο βαθμό στους ιστούς και περισσότερο από το ήμισυ της κυκλοφορούσας προρενίνης είναι εξωνεφρικής προέλευσης, αλλά ο φυσιολογικός του ρόλος εκτός από την πρόδρομη δράση της ρενίνης είναι ακόμη ασαφής. [12] Έξω από το συκώτι, το αγγειοτενσινογόνο παραλαμβάνεται από την κυκλοφορία ή εκφράζεται τοπικά σε ορισμένους ιστούς με ρενίνη που σχηματίζουν αγγειοτενσίνη Ι, και τοπικά εκφρασμένο ένζυμο μετατροπής αγγειοτενσίνης, χυμάση ή άλλα ένζυμα μπορεί να το μετατρέψει σε αγγειοτενσίνη II. [12] [13] [14] Αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι ενδοκυτταρική ή παρενθετική. [8]

        Στα επινεφρίδια, πιθανότατα εμπλέκεται στην παρακρινή ρύθμιση της έκκρισης αλδοστερόνης στην καρδιά και τα αγγεία, μπορεί να εμπλέκεται στην αναδιαμόρφωση ή τον αγγειακό τόνο και στον εγκέφαλο, όπου είναι σε μεγάλο βαθμό ανεξάρτητο από το κυκλοφορικό RAS, μπορεί να εμπλέκεται στην τοπική ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης. [8] [11] [15] Επιπλέον, τόσο το κεντρικό όσο και το περιφερικό νευρικό σύστημα μπορούν να χρησιμοποιήσουν αγγειοτενσίνη για συμπαθητική νευροδιαβίβαση. [16] Άλλοι τόποι έκφρασης περιλαμβάνουν το αναπαραγωγικό σύστημα, το δέρμα και τα πεπτικά όργανα. Φάρμακα που στοχεύουν στο συστηματικό σύστημα μπορεί να επηρεάσουν την έκφραση αυτών των τοπικών συστημάτων, ευεργετικά ή αρνητικά. [8]

        Στο έμβρυο, το σύστημα ρενίνης-αγγειοτενσίνης είναι κυρίως ένα σύστημα που χάνει νάτριο, [ αναφορά που απαιτείται ] καθώς η αγγειοτενσίνη II έχει μικρή ή καθόλου επίδραση στα επίπεδα αλδοστερόνης. Τα επίπεδα ρενίνης είναι υψηλά στο έμβρυο, ενώ τα επίπεδα αγγειοτενσίνης ΙΙ είναι σημαντικά χαμηλότερα, αυτό οφείλεται στην περιορισμένη πνευμονική ροή αίματος, εμποδίζοντας το ΜΕΑ (που βρίσκεται κυρίως στην πνευμονική κυκλοφορία) να έχει τη μέγιστη επίδρασή του. [ αναφορά που απαιτείται ]


        Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τον καρδιακό ρυθμό

        Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό αυτορυθμικότητας και νεύρωσης, το καρδιαγγειακό κέντρο είναι σε θέση να παρέχει σχετικά ακριβή έλεγχο του HR. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που έχουν αντίκτυπο και στο HR, όπως επίπεδα επινεφρίνης, ΝΕ και θυρεοειδικών ορμονών διαφόρων ιόντων, όπως υποξία ασβεστίου, καλίου και νατρίου, θερμοκρασία σώματος και ισορροπία pH. Ο Πίνακας 1 και ο Πίνακας 2 απεικονίζουν την επίδραση που έχει κάθε παράγοντας στον καρδιακό ρυθμό. Μετά την ανάγνωση αυτού του τμήματος, η σημασία της διατήρησης της ομοιόστασης πρέπει να γίνει ακόμη πιο εμφανής.

        Πίνακας 1. Κύριοι Παράγοντες που αυξάνουν τον καρδιακό ρυθμό και τη δύναμη της συστολής
        Παράγοντας Αποτέλεσμα
        Καρδιοεπιταχυντικά νεύρα Απελευθέρωση νορεπινεφρίνης
        Ιδιοϋποδοχείς Αυξημένα ποσοστά πυροβολισμού κατά τη διάρκεια της άσκησης
        Χημειοϋποδοχείς Μειωμένα επίπεδα Ο2 αυξημένα επίπεδα H+, CO2και γαλακτικό οξύ
        Βαροϋποδοχείς Μειωμένα ποσοστά πυροδότησης, υποδεικνύοντας πτώση όγκου/πίεσης αίματος
        Λιμπικό σύστημα Προσμονή σωματικής άσκησης ή δυνατών συναισθημάτων
        Κατεχολαμίνες Αυξημένη επινεφρίνη και νορεπινεφρίνη
        Ορμόνες του θυρεοειδούς Αύξηση Τ3 και Τ4
        Ασβέστιο Αυξημένο Ca 2+
        Κάλιο Μειωμένο K +
        Νάτριο Μειωμένο Na +
        Θερμοκρασία σώματος Αυξημένη θερμοκρασία σώματος
        Νικοτίνη και καφεΐνη Διεγερτικά, αύξηση του καρδιακού ρυθμού
        Πίνακας 2. Παράγοντες που μειώνουν τον καρδιακό ρυθμό και τη δύναμη της συστολής
        Παράγοντας Αποτέλεσμα
        Καρδιοανασταλτικά νεύρα (πνεύμονας) Απελευθέρωση ακετυλοχολίνης
        Ιδιοϋποδοχείς Μειωμένοι ρυθμοί βολής μετά από άσκηση
        Χημειοϋποδοχείς Αυξημένα επίπεδα Ο2 μειωμένα επίπεδα Η + και CO2
        Βαροϋποδοχείς Αυξημένοι ρυθμοί πυροδότησης, υποδηλώνοντας υψηλότερο όγκο/πίεση αίματος
        Λιμπικό σύστημα Αναμονή χαλάρωσης
        Κατεχολαμίνες Μειωμένη επινεφρίνη και νορεπινεφρίνη
        Θυρεοειδικές ορμόνες Μειωμένο Τ3 και Τ4
        Ασβέστιο Μειώθηκε Ca 2+
        Κάλιο Αυξημένη Κ +
        Νάτριο Αυξημένο Na +
        Θερμοκρασία σώματος Μείωση της θερμοκρασίας του σώματος

        Επινεφρίνη και νορεπινεφρίνη

        Οι κατεχολαμίνες, η επινεφρίνη και η ΝΕ, που εκκρίνονται από τον μυελό των επινεφριδίων αποτελούν ένα συστατικό του εκτεταμένου μηχανισμού μάχης ή φυγής. Το άλλο συστατικό είναι η συμπαθητική διέγερση. Η επινεφρίνη και η ΝΕ έχουν παρόμοια αποτελέσματα: δέσμευση στους υποδοχείς βήτα-1 και άνοιγμα καναλιών χημικών ή συνδετών με ιόντα νατρίου και ασβεστίου. Ο ρυθμός αποπόλωσης αυξάνεται με αυτήν την πρόσθετη εισροή θετικά φορτισμένων ιόντων, οπότε το κατώφλι επιτυγχάνεται πιο γρήγορα και η περίοδος επαναπόλωσης μειώνεται. Ωστόσο, μαζικές απελευθερώσεις αυτών των ορμονών σε συνδυασμό με συμπαθητική διέγερση μπορεί στην πραγματικότητα να οδηγήσουν σε αρρυθμίες. Δεν υπάρχει παρασυμπαθητική διέγερση στο μυελό των επινεφριδίων.

        Ορμόνες θυρεοειδούς

        Σε γενικές γραμμές, τα αυξημένα επίπεδα θυρεοειδικής ορμόνης, ή θυροξίνης, αυξάνουν τον καρδιακό ρυθμό και τη συσταλτικότητα. Ο αντίκτυπος της θυρεοειδικής ορμόνης είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερης διάρκειας από αυτήν των κατεχολαμινών. Η φυσιολογικά ενεργή μορφή της θυρεοειδικής ορμόνης, Τ3 ή τριιωδοθυρονίνη, έχει αποδειχθεί ότι εισέρχεται απευθείας στα καρδιομυοκύτταρα και μεταβάλλει τη δραστηριότητα στο επίπεδο του γονιδιώματος. Επηρεάζει επίσης τη βήτα αδρενεργική απόκριση παρόμοια με την επινεφρίνη και τη ΝΕ που περιγράφονται παραπάνω. Υπερβολικά επίπεδα θυροξίνης μπορεί να προκαλέσουν ταχυκαρδία.

        Ασβέστιο

        Τα επίπεδα ιόντων ασβεστίου έχουν μεγάλες επιπτώσεις τόσο στο HR όσο και στη συσταλτικότητα καθώς τα επίπεδα των ιόντων ασβεστίου αυξάνονται, το ίδιο συμβαίνει και με το HR και τη συσταλτικότητα. Υψηλά επίπεδα ιόντων ασβεστίου (υπερασβεστιαιμία) μπορεί να εμπλέκονται σε σύντομο διάστημα QT και διευρυμένο κύμα Τ στο ΗΚΓ. Το διάστημα QT αντιπροσωπεύει το χρόνο από την έναρξη της εκπόλωσης έως την επαναπόλωση των κοιλιών και περιλαμβάνει την περίοδο της κοιλιακής συστολής. Εξαιρετικά υψηλά επίπεδα ασβεστίου μπορεί να προκαλέσουν καρδιακή ανακοπή. Φάρμακα γνωστά ως αναστολείς διαύλων ασβεστίου επιβραδύνουν τον HR δεσμεύοντας σε αυτά τα κανάλια και εμποδίζοντας ή επιβραδύνοντας την κίνηση των ιόντων ασβεστίου προς τα μέσα.

        Καφεΐνη και νικοτίνη

        Η καφεΐνη και η νικοτίνη δεν βρίσκονται φυσικά στο σώμα. Και τα δύο αυτά μη ελεγχόμενα φάρμακα έχουν διεγερτική επίδραση στις μεμβράνες των νευρώνων γενικά και έχουν διεγερτική επίδραση στα καρδιακά κέντρα ειδικά, προκαλώντας αύξηση του HR. Η καφεΐνη λειτουργεί αυξάνοντας τα ποσοστά εκπόλωσης στον κόμβο SA, ενώ η νικοτίνη διεγείρει τη δραστηριότητα των συμπαθητικών νευρώνων που μεταδίδουν παρορμήσεις στην καρδιά.

        Παρόλο που είναι το πιο δημοφιλές ψυχοδραστικό φάρμακο στον κόσμο, η καφεΐνη είναι νόμιμη και δεν ρυθμίζεται. Αν και δεν έχουν καθοριστεί ακριβείς ποσότητες, η &ldquoφυσιολογική&rdquo κατανάλωση δεν θεωρείται επιβλαβής για τους περισσότερους ανθρώπους, αν και μπορεί να προκαλέσει διαταραχές στον ύπνο και δρα ως διουρητικό. Η κατανάλωσή του από έγκυες γυναίκες προειδοποιείται, αν και δεν έχουν επιβεβαιωθεί στοιχεία αρνητικών επιπτώσεων. Η ανοχή, ακόμη και η σωματική και ψυχική εξάρτηση από το ναρκωτικό έχουν ως αποτέλεσμα άτομα που καταναλώνουν συστηματικά την ουσία.

        Η νικοτίνη, επίσης, είναι διεγερτική και προκαλεί εθισμό. Ενώ είναι νόμιμες και μη ρυθμιζόμενες, οι ανησυχίες για την ασφάλεια της νικοτίνης και οι τεκμηριωμένες συνδέσεις με αναπνευστικές και καρδιακές παθήσεις έχουν οδηγήσει σε προειδοποιητικές ετικέτες στις συσκευασίες τσιγάρων.

        Παράγοντες που μειώνουν τον καρδιακό ρυθμό

        Το HR μπορεί να επιβραδυνθεί όταν ένα άτομο εμφανίζει αλλοιωμένα επίπεδα νατρίου και καλίου, υποξία, οξέωση, αλκάλωση και υποθερμία. Η σχέση μεταξύ ηλεκτρολυτών και HR είναι περίπλοκη, αλλά η διατήρηση της ισορροπίας ηλεκτρολυτών είναι κρίσιμη για το φυσιολογικό κύμα αποπόλωσης. Από τα δύο ιόντα, το κάλιο έχει τη μεγαλύτερη κλινική σημασία. Αρχικά, τόσο η υπονατριαιμία (χαμηλά επίπεδα νατρίου) όσο και η υπερνατριαιμία (υψηλά επίπεδα νατρίου) μπορεί να οδηγήσουν σε ταχυκαρδία. Σοβαρά υψηλή υπερνατριαιμία μπορεί να οδηγήσει σε μαρμαρυγή, η οποία μπορεί να προκαλέσει διακοπή του CO. Η σοβαρή υπονατριαιμία οδηγεί τόσο σε βραδυκαρδία όσο και σε άλλες αρρυθμίες. Η υποκαλιαιμία (χαμηλά επίπεδα καλίου) οδηγεί επίσης σε αρρυθμίες, ενώ η υπερκαλιαιμία (υψηλά επίπεδα καλίου) προκαλεί αδυναμία και χαλάρωση της καρδιάς και τελικά αποτυχία.

        Ο καρδιακός μυς βασίζεται αποκλειστικά στον αερόβιο μεταβολισμό για ενέργεια. Η υποξία (ανεπαρκής παροχή οξυγόνου) οδηγεί σε μείωση των HRs, καθώς οι μεταβολικές αντιδράσεις που τροφοδοτούν τη συστολή της καρδιάς είναι περιορισμένες.

        Η οξέωση είναι μια κατάσταση κατά την οποία υπάρχουν περίσσεια ιόντων υδρογόνου και το αίμα του ασθενούς εκφράζει χαμηλή τιμή pH. Η αλκάλωση είναι μια κατάσταση κατά την οποία υπάρχουν πολύ λίγα ιόντα υδρογόνου και το αίμα του ασθενούς έχει αυξημένο pH. Το φυσιολογικό pH του αίματος πέφτει στο εύρος 7,35&ndash7,45, επομένως ένας αριθμός μικρότερος από αυτό το εύρος αντιπροσωπεύει οξέωση και ένας υψηλότερος αριθμός αντιπροσωπεύει αλκάλωση. Θυμηθείτε ότι τα ένζυμα είναι οι ρυθμιστές ή οι καταλύτες σχεδόν όλων των βιοχημικών αντιδράσεων, είναι ευαίσθητα στο pH και θα αλλάξουν ελαφρώς σχήμα με τιμές εκτός του κανονικού τους εύρους. Αυτές οι διακυμάνσεις του pH και οι μικρές φυσικές αλλαγές στην ενεργή θέση στο ένζυμο μειώνουν τον ρυθμό σχηματισμού του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος, μειώνοντας στη συνέχεια το ρυθμό πολλών ενζυματικών αντιδράσεων, οι οποίες μπορεί να έχουν πολύπλοκες επιδράσεις στο HR. Σοβαρές αλλαγές στο pH θα οδηγήσουν σε μετουσίωση του ενζύμου.

        Η τελευταία μεταβλητή είναι η θερμοκρασία του σώματος. Η αυξημένη θερμοκρασία σώματος ονομάζεται υπερθερμία και η κατασταλμένη θερμοκρασία σώματος ονομάζεται υποθερμία. Η ελαφρά υπερθερμία έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του HR και τη δύναμη της συστολής. Η υποθερμία επιβραδύνει τον ρυθμό και τη δύναμη των συσπάσεων της καρδιάς. Αυτή η ξεχωριστή επιβράδυνση της καρδιάς είναι ένα συστατικό του μεγαλύτερου αντανακλαστικού κατάδυσης που εκτρέπει το αίμα σε βασικά όργανα ενώ βυθίζεται. Εάν είναι αρκετά ψυχρή, η καρδιά θα σταματήσει να χτυπά, μια τεχνική που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης ανοιχτής καρδιάς. Σε αυτήν την περίπτωση, το αίμα του ασθενούς κανονικά εκτρέπεται σε μια τεχνητή μηχανή καρδιάς-πνεύμονα για να διατηρηθεί η παροχή αίματος και η ανταλλαγή αερίων του σώματος μέχρι να ολοκληρωθεί η επέμβαση και να αποκατασταθεί ο φλεβοκομβικός ρυθμός. Η υπερβολική υπερθερμία και η υποθερμία θα οδηγήσουν και οι δύο σε θάνατο, καθώς τα ένζυμα οδηγούν τα συστήματα του σώματος να σταματήσουν την κανονική λειτουργία, ξεκινώντας από το κεντρικό νευρικό σύστημα.


        Παθοφυσιολογία Διαστολικής Καρδιακής Ανεπάρκειας: Χαλάρωση και Δυσκαμψία

        D. DIRK BONNEMA MD,. MICHAEL R. ZILE MD, στη Διαστολογία, 2008

        ΚΑΡΔΙΟΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΤΗ ΔΙΑΣΤΟΛΙΚΗ ΚΑΡΔΙΑ

        Το DHF σχετίζεται τυπικά με σημαντική αναδιαμόρφωση που επηρεάζει τους θαλάμους LV και LA, τα καρδιομυοκύτταρα και την εξωκυτταρική μήτρα. Η δομική αναδιαμόρφωση που συμβαίνει στο DHF διαφέρει δραματικά από αυτή στο SHF.

        Αναδιαμόρφωση αριστερού κοιλιακού θαλάμου

        Οι ασθενείς με DHF εμφανίζουν γενικά ένα ομόκεντρο μοτίβο αναδιαμόρφωσης LV και μια υπερτροφική διαδικασία που χαρακτηρίζεται από κανονικό ή σχεδόν φυσιολογικό τελικό διαστολικό όγκο, αυξημένο πάχος τοιχώματος και αυξημένο λόγο μάζας προς όγκο με αυξημένο λόγο πάχους τοιχώματος -ακτίνα προς τον θάλαμο. Αντίθετα, οι ασθενείς με SHF εμφανίζουν ένα πρότυπο εκκεντρικής αναδιαμόρφωσης με αύξηση του τελικού διαστολικού όγκου (που συνήθως είναι προοδευτικά με την πάροδο του χρόνου), αύξηση της μάζας LV αλλά μικρή αύξηση του πάχους του τοιχώματος και σημαντική μείωση των λόγων μάζας προς όγκο και πάχος σε ακτίνα (Εικ. 2-10). 1, 2, 9, 11, 17, 25, 26

        Καρδιομυοκύτταρα και εξωκυτταρική μήτρα αναδιαμόρφωση

        Οι δραματικές διαφορές στη μορφολογία και τη γεωμετρία των οργάνων που αναφέρθηκαν προηγουμένως παραλληλίζονται με ανατομικές διαφορές σε μικροσκοπικό επίπεδο. Στο DHF, το καρδιομυοκύτταρο εμφανίζει αυξημένη διάμετρο, με μικρή ή καθόλου μεταβολή στο μήκος αυτό αντιστοιχεί στην αύξηση του πάχους του LV τοιχώματος χωρίς μεταβολή του όγκου LV (Εικ. 2-11). Αντίθετα, στο SHF, τα καρδιομυοκύτταρα είναι επιμήκη, με μικρή ή καθόλου αλλαγή στη διάμετρο που αντιστοιχεί στην αύξηση του όγκου LV χωρίς αλλαγή στο πάχος του τοιχώματος του LV. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς πώς η γεωμετρική δομική αναδιαμόρφωση αυτών των καρδιομυοκυττάρων προκαλεί την αναδιαμόρφωση που παρατηρείται στους θαλάμους LV που κατοικούν.

        Στο DHF, υπάρχει μια αύξηση στην ποσότητα του κολλαγόνου, με αντίστοιχη αύξηση στο πλάτος και τη συνέχεια των ινωδών συστατικών της εξωκυτταρικής μήτρας (Εικ. 2-12). Στο SHF, τουλάχιστον νωρίς στην ανάπτυξή του, υπάρχει υποβάθμιση και διαταραχή του ινιδικού κολλαγόνου. 2, 25, 26 Σε τελικό στάδιο SHF, η ίνωση αντικατάστασης και οι ισχαιμικές ουλές μπορεί να οδηγήσουν σε συνολική αύξηση του ινικού κολλαγόνου εντός της εξωκυττάριας μήτρας.

        Διαστολική λειτουργία της αριστερής κοιλίας στη διαστολική καρδιακή ανεπάρκεια

        Η μη φυσιολογική διαστολική λειτουργία της LV είναι ένα καθολικό εύρημα σε ασθενείς με DHF. Πράγματι, αυτές οι ανωμαλίες στη διαστολική λειτουργία αποτελούν την κυρίαρχη παθοφυσιολογική βάση για την ανάπτυξη DHF. 7–11, 15, 17, 25, 26

        Οι κύριες ανωμαλίες στη διαστολική λειτουργία του LV που συμβάλλουν ή εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη του DHF περιλαμβάνουν:

        Αργή, καθυστερημένη και ατελής χαλάρωση του μυοκαρδίου

        Διαταραγμένος ρυθμός και έκταση πλήρωσης LV

        Μετατόπιση πλήρωσης από πρώιμη σε όψιμη διαστολή

        Μείωση πρώιμης διαστολικής αναρρόφησης/ανάκρουσης

        Αυξημένη πίεση LA κατά την πρώιμη πλήρωση

        Μεταβαλλόμενες παθητικές ελαστικές ιδιότητες της κοιλίας, με αποτέλεσμα αυξημένη παθητική δυσκαμψία και μειωμένη διαστολική διαστολή

        Αδυναμία επαρκούς αύξησης της καρδιακής παροχής κατά τη διάρκεια της άσκησης

        Αδυναμία επαρκούς αύξησης της χαλάρωσης κατά τη διάρκεια της άσκησης

        Αδυναμία χρήσης του μηχανισμού Frank-Starling κατά την άσκηση

        Αυξημένη διαστολική LV, LA και πνευμονικές φλεβικές πιέσεις σε ηρεμία ή κατά τη διάρκεια της άσκησης

        Σε έναν δεδομένο ασθενή, η διαταραχή μιας ή περισσότερων από αυτές τις παραμέτρους θα έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη διατασιμότητα του θαλάμου LV, όπως εκδηλώνεται με αύξηση της διαστολικής πίεσης σε οποιονδήποτε δεδομένο όγκο LV. Όταν η χαλάρωση του μυοκαρδίου διαταράσσεται σε διαστολική δυσλειτουργία, ο ρυθμός και η ποσότητα της πρώτης διαστολικής πλήρωσης LV μειώνονται, με μια σχετική μετατόπιση της πλήρωσης LV στο μεταγενέστερο τμήμα της διαστολής (βλ. Εικ. 2-5). Το κύμα Doppler E μειώνεται, το αιμοδυναμικό φορτίο στον κόλπο αυξάνεται και η κολπική σύσπαση συμβάλλει πιο σημαντικά στην κοιλιακή πλήρωση από ότι στα φυσιολογικά άτομα. Αυτό αντανακλάται από την αύξηση του κύματος Doppler A και τη μείωση του λόγου E/A (βλέπε σχήμα 2-7). Η χρόνια κολπική υπερφόρτωση μπορεί τελικά να οδηγήσει σε κολπική μαρμαρυγή, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια δραστικών μειώσεων της κολπικής σύσπασης στην εκκένωση LA, πλήρωση LV και όγκο εγκεφαλικού επεισοδίου LV και σημαντική αύξηση της διαστολικής πίεσης LV. Η ανακατανομή της πλήρωσης από την πρώιμη στην όψιμη διαστολή σημαίνει επίσης ότι η πλήρωση της LV και η κένωση της LA διακυβεύονται περισσότερο σε ασθενείς με διαστολική δυσλειτουργία παρά σε φυσιολογικούς ασθενείς λόγω της εμφάνισης ταχυκαρδίας. Η αύξηση του καρδιακού ρυθμού συντομεύει τη διάρκεια της διαστολής και περικόπτει τη σημαντική τελευταία φάση της διαστολικής πλήρωσης.

        Διαστολική λειτουργία καρδιομυοκυττάρων σε διαστολική καρδιακή ανεπάρκεια

        Οι σημαντικές ανωμαλίες στη διαστολική λειτουργία LV που παρατηρούνται σε επίπεδο θαλάμου παραλληλίζονται με τις ανωμαλίες στη διαστολική λειτουργία των καρδιομυοκυττάρων που παρατηρούνται σε κυτταρικό επίπεδο. Η διαστολική λειτουργία των καρδιομυοκυττάρων αντιμετωπίστηκε άμεσα σε δύο μελέτες στις οποίες οι ασθενείς με DHF υποβλήθηκαν σε βιοψία ενδομυοκαρδίου και απομονώθηκαν μεμονωμένα καρδιομυοκύτταρα για την αξιολόγηση της κυτταρικής διαστολικής απόδοσης. 25, 26 Τα καρδιομυοκύτταρα είχαν αυξημένη τάση ηρεμίας απουσία ασβεστίου που ήταν σχεδόν διπλάσια από τα καρδιομυοκύτταρα ελέγχου. Αυτά τα in vitro τα δεδομένα κελιού αντιστοιχούν σε ένα in vivo αύξηση της τελικής διαστολικής πίεσης LV σε αυτούς τους ασθενείς με DHF. Αυτά τα δεδομένα υποδεικνύουν ότι τα καρδιομυοκύτταρα από ασθενείς με DHF έχουν αυξημένη ακαμψία και μειωμένη διάταση σε σύγκριση με τα φυσιολογικά καρδιομυοκύτταρα. Επομένως, αυτές οι κλινικές μελέτες, μαζί με μελέτες που χρησιμοποιούν ζωικά μοντέλα DHF, έδειξαν ότι υπάρχουν σαφείς παραλληλισμοί στις ανωμαλίες στη διαστολική λειτουργία μεταξύ του θαλάμου LV και των μεμονωμένων κυττάρων του καρδιακού μυός που αποτελούν το μυοκάρδιο. 27

        Συστολική λειτουργία της αριστερής κοιλίας σε διαστολική καρδιακή ανεπάρκεια

        Μια λεπτομερής περιγραφή της συστολικής λειτουργίας σε ασθενείς με DHF παρέχεται στο Κεφάλαιο 28. Η κυρίαρχη λειτουργική ανωμαλία σε ασθενείς με SHF είναι η μη φυσιολογική συστολική λειτουργία LV. Το κλάσμα εκτίναξης είναι φυσιολογικό σε ασθενείς με DHF, αλλά το αν οι ανωμαλίες στις συστολικές ιδιότητες του LV συμβάλλουν στην παθοφυσιολογία του DHF παραμένει ένας τομέας ενεργού διερεύνησης. Πρόσφατες μελέτες έχουν εξετάσει προσεκτικά τις σφαιρικές και περιφερειακές συστολικές ιδιότητες της LV σε ασθενείς με καθορισμένη DHF. Αυτές οι μελέτες έχουν δείξει ξεκάθαρα ότι οι παγκόσμιες συστολικές ιδιότητες της LV είναι φυσιολογικές σε ασθενείς με DHF. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος δείκτης συστολικών ιδιοτήτων LV είναι το κλάσμα εξώθησης, ωστόσο, μια πλήρης αξιολόγηση της συσταλτικής συμπεριφοράς της κοιλίας απαιτεί τη συνδυασμένη χρήση δεικτών που αντικατοπτρίζουν τη συστολική απόδοση, τη λειτουργία και τη συσταλτικότητα της LV, καθώς και τη συνεκτίμηση της συνολικής και περιφερειακές λειτουργίες. Οι ακόλουθες μετρήσεις έχουν γίνει σε ασθενείς με σίγουρη DHF:

        Η απόδοση LV μετριέται ως εργασία εγκεφαλικού επεισοδίου

        Η συνάρτηση LV μετράται ως κλάσμα εκτίναξης και προφόρτιση προσλήψεων εγκεφαλικού επεισοδίου

        Η συσταλτικότητα του LV μετρήθηκε ως η κορυφή (+)dP/dt, η τελική συστολική ελαστικότητα και η σχέση μείωσης του ενδοκαρδιακού στρες

        Οι ασθενείς με DHF δεν έχουν σημαντική αλλαγή σε καμία από αυτές τις μετρήσεις σε σύγκριση με τα φυσιολογικά άτομα ελέγχου ηλικίας και φύλου. 11 Ενώ αυτές οι συνολικές μετρήσεις των συστολικών ιδιοτήτων LV είναι φυσιολογικές σε ασθενείς με DHF, οι περιφερειακές συστολικές ιδιότητες όπως η κλασματική βραχυκύκλωση του μέσου τοιχώματος και η έκταση και ο ρυθμός μείωσης του μακρού άξονα μπορεί να είναι μη φυσιολογικοί σε ορισμένους ασθενείς (& gt50%) με DHF. However, these regional abnormalities do not appear to be causally linked to either the pathophysiology of diastolic dysfunction or the development of DHF. 2

        Abnormal Diastolic Function in Decompensated Diastolic Heart Failure

        As previously discussed, abnormal LV diastolic function is a universal finding in patients with DHF. Indeed, these abnormalities in diastolic function form the dominant pathophysiologic basis for the development of DHF. Even in patients with “compensated” DHF (NYHA classes II–III), abnormal relaxation, filling, and stiffness lead to increased diastolic pressures ( Fig. 2-13 ). Further changes in diastolic function occur when patients develop decompensated DHF. 28, 29 For example, atrial fibrillation, tachycardia, or uncontrolled hypertension can lead to rapid increases in LA pressures and the development of decompensated DHF. Under these circumstances, the rise in pressure causes a significant change in transmitral Doppler flow pattern (as previously described). There is pseudonormalization of the ratio of ventricular to atrial filling velocities (E to A ratio) and when atrial pressures are extremely increased, to a frankly restrictive pattern. These changes in relaxation and filling are associated with changes in distensibility. During compensated DHF, the LV diastolic P-V relationship shifts upward, indicating decreased diastolic distensibility. During the initial development of decompensated DHF (during the phase of “worsening DHF”), LV volume may increase along a similar abnormal diastolic P-V curve (from point A to point B). Later, when acute pulmonary edema develops in decompensated DHF, there may be a marked upward shift in the diastolic P-V relationship (from point B to point C), indicating a further decrease in LV distensibility. Once patients with decompensated DHF are adequately treated—for example, with diuretics and nitrates—the LV diastolic P-V relationship moves back to the compensated DHF state (from point C to point A).

        Decompensated DHF may be caused by both cardiovascular and noncardiovascular factors (or ενεργοποιεί) that act on the already existing structural and functional abnormalities (composing a υπόστρωμα) to precipitate the development of acute pulmonary edema ( Fig. 2-14 ). The substrate in patients with DHF consists of structural remodeling of the LV chamber and of the constituent cardiomyocytes and extracellular matrix that compose the chamber. These structural changes are associated with significant abnormalities in LV diastolic function, including decreased LV distensibility. These changes in LV structure and function form the substrate from which patients develop the clinical syndrome of DHF.

        There are a number of comorbid conditions that may act as triggers for the development of acute decompensated DHF. These include uncontrolled hypertension, increased salt and water intake, tachyarrhythmias, chronic renal failure, anemia, and co-existent lung disease. 1, 3, 30–36 These comorbidities act upon the substrate to precipitate acute decompensated DHF. It should be noted, however, that in the absence of this substrate, these triggers do not result in DHF. For example, an increase in salt and water intake in the absence of concentric remodeling or diastolic dysfunction does not result in DHF.

        Abnormal Diastolic Function in Diastolic Heart Failure During Exercise

        While studies consistently show that diastolic function is abnormal in patients with DHF at rest, these abnormalities become even more exaggerated during exercise (see Chapter 17 ). 37–39 Specifically, patients with DHF are not able to increase LV end diastolic volume, recruit Frank-Starling forces, increase relaxation rate, or increase filling rate. Consequently, exercise results in a marked increase in diastolic pressure, a limited ability to increase cardiac output, and marked truncation of exercise capacity. These abnormal responses to exercise are made worse by the exaggerated increase in arterial blood pressure that frequently accompanies exercise in patients with DHF.

        Abnormal diastolic function also plays a role in exercise intolerance suffered by patients with SHF, in which systolic dysfunction causes the left ventricle to lose the ability to augment diastolic filling in response to exercise by the normal mechanism of accentuated elastic recoil and early diastolic suction, previously described. 18–20 Early diastolic filling in HF can be increased during exercise by a different mechanism: an elevation in LA pressure to create the requisite transmitral gradient rather than the normal decline in early diastolic LV pressure. The increase in LA pressure results in pulmonary congestion with exercise, a hallmark of HF (see Fig. 2-3 ).


        ΣΥΖΗΤΗΣΗ

        The present study describes the isotonic and isometric mechanical properties of electrically stimulated HBSM submitted to various tone and loading conditions. At preload determiningμεγάλοο at baseline, our results showed that 1) contractile indexes were lowered when tone was increased with MCh and were restored to baseline values when this tone was removed with Alb,2) isotonic relaxation was slower when tone was increased and faster when tone was reduced, whereas isometric relaxation was unaltered by tone changes, and3) after the contraction-relaxation process, muscles exhibited a transient phase of decrease in tension below preload, which was unaltered by the afterload level applied during the contraction, greatly reinforced when tone was increased, and markedly reduced when tone was decreased.

        There are relatively few quantitative data concerning the isotonic and isometric mechanical properties of isolated HBSM at baseline. In our study, values of the maximum shortening of the contraction with preload only (Δμεγάλο) καιVΜέγιστη were comparable to those previously reported in HBSM (4, 14, 18, 24). The same is true for Pο (18), but data are more difficult to compare because of the different methods used to normalize force parameters, even if the most suitable way to normalize force in airway smooth muscle is use of the ratio of muscle cross-sectional area to total tissue cross-sectional area (32). The values of Pο, Δμεγάλο, καιVΜέγιστη reported in HBSM are lower than those observed in canine (34), porcine (13), and rabbit (29) tracheal smooth muscle. Morphometric evaluations of muscle cross-sectional area have demonstrated the smaller amount of smooth muscle in HBSM strips (4, 14) than in porcine (13), guinea pig (25), and rat (25) tracheal smooth muscle. This may account for the lower isometric tension observed in HBSM. Moreover, a high percentage of connective tissue in HBSM may act as an important parallel elastic component. This may increase the load facing the muscle, limiting muscle-shortening ability (14). Jiang et al. (18) also suggested that the lower values of Δμεγάλο καιVΜέγιστη in HBSM (which are independent of the method used to normalize force parameters) may reflect different properties of the actomyosin ATPase. Further studies are required to confirm these hypotheses.

        At baseline, electrically stimulated muscles exhibited a transient phase of decrease in tension below preload after the contraction-relaxation process. Such a phase of decrease in tension below baseline has been previously reported in some but not all species. Electrically stimulated tracheal smooth muscles of dog (31,34), pig (13), rabbit, and rat (personal observations) usually display no decrease in tension below baseline. Conversely, the phase of decrease in tension below preload has been extensively described in the airway smooth muscle of guinea pig at baseline (7). Recent studies have disclosed that nitric oxide is one of the intracellular agents mediating the phase of decrease in tension below baseline in HBSM (2,3), whereas vasoactive intestinal peptide seems predominant in that of guinea pig (36). Data concerning the role of the endogenous prostaglandin E2 are still controversial in HBSM: some authors have reported a reduction in spontaneous tone with the cyclooxygenase inhibitor indomethacin (15), whereas others have noticed that baseline spontaneous tone is usually not affected by indomethacin addition (10, 11, 19). If prostaglandin E2 has a role, it may be a minor one in the phase of tension below preload observed in electrically stimulated HBSM.

        To mechanically describe the phase of decrease in tension below preload, we proposed a calculated index, ΔP1, i.e., RT − ΔP2Το Στομεγάλοο, mean ΔP1 represented 24 ± 7% of RT. The decrease of tension below baseline spontaneously reverted to preload level in 3–4 min. This is consistent with an active phenomenon underlying the phase of decrease in tension below preload. Thus ΔP1 may partly reflect the active part of RT, in other words, part of active intrinsic tone (11). However, our experimental method does not make it possible to consider ΔP1 as an index of the entire intrinsic tone, inasmuch as one cannot exclude that a small part of ΔP2 is active. In our model we can only assert that the active part of RT was at least equal to 24 ± 7% of total RT atμεγάλοοΤο Furthermore, ΔP1 was unaltered by the level of afterload applied during the contraction (Fig. 2). This suggests that distinct intracellular mechanisms modulate the EFS-elicited contraction phase and the phase of decrease in tension below preload. The phase of decrease in tension below preload appeared to be insensitive to changes in general loading conditions affecting the muscle during EFS-elicited contraction.

        To raise tone, MCh was chosen, because it is known to directly act on smooth muscle, mainly via M3receptors (30), and to produce a stable contraction (2). Moreover, the main other pharmacological agent known to raise tone, i.e., histamine, has been shown to be particularly susceptible to oxidation when EFS is performed in KH oxygenated solution (12). In our experimental procedure, RT was held constant, so that MCh precontraction expressed itself by reducing HBSM initial length (Fig. 3). Moreover, MCh enhanced the amount of the active part of RT. Figure 7 shows that ΔP1 was indeed enhanced by MCh: the higher the active part of RT, the higher the decrease of tension below preload. This suggests that raising tone with MCh activates additional actomyosin cross bridges before the EFS-elicited contraction phase. The newly activated cross bridges might be slowly cycling rather than normally cycling, as the former is considered to be activated within 2 s of shortening (or force production) and a period of 15 min was allowed to elapse before the mechanical parameters were measured in MCh-precontracted muscles.

        It would have been interesting to accurately specify the types of activated actomyosin cross bridges by performing quick-release and quick-stretch studies. In fact, such techniques enable measurement of instantaneous stiffness, which is known to reflect the elastic properties of the muscle series elastic component and to be directly proportional to the number of attached (or active) cross bridges (33). Such studies, although elegant in indirectly estimating the number of cycling cross bridges, do not make it possible to differentiate normally cycling from slowly cycling cross bridges. In the present study it was decided to work at constant preload throughout the experiment, thus allowing length changes after addition of MCh or Alb. We believe that additional changes in muscle length (e.g., quick release and quick stretch) would have hampered the interpretation of the mechanical results. This question should certainly be investigated further.

        Compared with baseline and for a given RT set by the preload determining μεγάλοο at baseline, MCh lowered isotonic shortening and isometric tension (Fig.5). As mentioned above, the number of the cross bridges activated before the EFS-elicited contraction phase was thought to have been increased by MCh. This would tend to reduce the number of the cross bridges available during the subsequent contraction-relaxation process: such a mechanism could explain lowered muscle shortening and tension development observed in MCh-precontracted HBSM during the EFS-elicited process. An alternative mechanism could be that the cross bridges activated by MCh (presumably slowly cycling cross bridges) act as an internal resistance to shortening, thus reducing velocity (33). Even after MCh exposure, ΔP1 was not affected by the various afterload levels applied during the contractile phase, confirming that the cross bridges formed during the EFS-elicited contraction (normally and slowly cycling cross bridges) did not modulate the phase of decrease in tension below preload.

        For further insight into the role of tone changes on the mechanical behavior of electrically stimulated isolated HBSM, we abolished the previous pharmacologically induced tone and measured the same indexes in the same muscles. We chose a massive dose (10 −5 M) of a widely used bronchorelaxant drug, Alb. We checked its effectiveness by measuring initial muscle length without changes in total RT. It seemed conceivable that any possible muscle lengthening occurring before EFS could result from a release of the additional cross bridges activated during MCh exposure. As expected, the major bronchorelaxant potency of Alb induced a lengthening of muscle strips beyondμεγάλοο (Εικ. 3). With similar Alb concentrations, previous isometric studies have shown that the maximal EFS-elicited tension developed by isolated HBSM is markedly reduced (27). In contrast, the present results showed that peak isometric tension and +dPο/ρετdid not significantly differ from baseline if one allowed changes in initial muscle length (Fig. 5). It is important to consider that, in vivo, airway smooth muscle contracts and relaxes auxotonically: as the muscle shortens, load increases (21). Auxotonic loading increases the contractility of airway smooth muscle (21), which can offset, to some extent, the effect of increasing load. It seems unlikely that Alb could lead to a decrease in tension without changes in initial muscle length in vivo. Our experimental data demonstrated that Alb actually relaxed precontracted HBSM without any decline in its ability to develop isometric tension.

        As expected, Alb restoredVΜέγιστη και Δμεγάλο to baseline values (Fig. 5). This confirmed the role of tone changes in the variations of contractile parameters: contractile indexes were decreased by raising active intrinsic tone and were immediately and completely restored by removing MCh-induced tone. Interestingly, isotonic relaxation was faster when tone was decreased (Fig. 6ΕΝΑ), whereas isometric relaxation was unaffected by tone changes (Fig.6σι). Further studies are needed to elucidate the underlying mechanisms.

        The transient phase of decrease in tension below preload was totally abolished by Alb exposure in five of nine of the tested muscles and was markedly reduced for the remaining four muscles (Fig. 7). This observation indirectly reinforced the idea that ΔP1 represented a part of active RT: as Alb induced a muscle lengthening before EFS, the active component of RT was lowered at the same time, ΔP1 was markedly lowered. On the other hand, the effects of Alb could not be attributed to changes in initial muscle length: at baseline, ΔP1 increased as initial muscle length increased (personal observation), so that ΔP1 should have been enhanced by Alb if it was markedly influenced by changes in muscle length.

        Limitations of our experimental data need to be discussed. Each HBSM was obtained from a patient suffering from carcinoma. Only macroscopically tumor-free specimens were dissected, but we cannot assert that all HBSM were histologically tumor free. However, it is difficult to study the HBSM of tumor-free patients for ethical reasons. Moreover, a recent study has shown similar responses between the EFS-induced isometric contractions of HBSM resected for carcinoma and nondiseased (donor lung) specimens (1). To eliminate a time-induced artifact in our observed experimental data, it would have been useful to investigate a time-matched control group. However, none of the contractile mechanical parameters significantly differed from baseline at the end of protocol 3, i.e., Alb exposure (Fig. 5). Thus the contractile apparatus proved to be functional over a long period of time. Moreover, this type of preparation is often used in mechanical studies and is reputed to be stable for 4–6 h (33). Therefore, it seems unlikely that MCh-elicited changes could be attributed to time-induced damage.

        In summary, at preload determiningμεγάλοο at baseline, our study showed that 1) isotonic and isometric contractile parameters were reversibly lowered by increases in the active component of resting tone,2) tone changes influenced the isotonic, but not the isometric, relaxation process, and3) electrically stimulated HBSM exhibited a transient phase of decrease in tension below preload, which proved to be insensitive to afterload but greatly modulated by tone. This specific phase of tension below preload could represent at least part of the active RT. Our results suggest that in isolated HBSM the number of the cycling actomyosin cross bridges activated before, but not during, an electrically elicited contraction partly modulated the mechanical characteristics of the EFS-elicited contraction and the extent of decrease in tension below baseline.


        Anesthesia Key

        Key Points

        The cardiac cycle is the sequence of electrical and mechanical events during a single heartbeat.

        Cardiac output is determined by the heart rate, myocardial contractility, and preload and afterload.

        The majority of cardiomyocytes consist of myofibrils, which are rod-like bundles that form the contractile elements within the cardiomyocyte.

        The basic working unit of contraction is the sarcomere.

        Gap junctions are responsible for the electrical coupling of small molecules between cells.

        Action potentials have four phases in the heart.

        The key player in cardiac excitation-contraction coupling is the ubiquitous second messenger calcium.

        Calcium-induced sparks are spatially and temporally patterned activations of localized calcium release that are important for excitation-contraction coupling and regulation of automaticity and contractility.

        β-Adrenoreceptors stimulate chronotropy, inotropy, lusitropy, and dromotropy.

        Hormones with cardiac action can be synthesized and secreted by cardiomyocytes or produced by other tissues and delivered to the heart.

        Cardiac reflexes are fast-acting reflex loops between the heart and central nervous system that contribute to the regulation of cardiac function and the maintenance of physiologic homeostasis.

        Acknowledgment

        The editors, publisher, and Dr. Lena Sun would like to thank Drs. Johanna Schwarzenberger and Radhika Dinavahi for their contribution to this chapter in the prior edition of this work. It has served as the foundation for the current chapter.

        “To err, to be deceived, is human.” This was William Harvey’s gentle repudiation to fellow physicians in his 1628 “Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus,” in which he advanced the concepts of circulation with the heart as the central pump, a major break from the centuries-old anatomic teaching of Galen. Modern cardiac physiology includes this as well as concepts of cellular and molecular biology of the cardiomyocyte and regulation of cardiac function by neural and humoral factors. This chapter focuses on the physiology of the heart, beginning with the intact heart and advancing to cellular cardiac physiology. Finally, the various factors that regulate cardiac function are briefly discussed.

        The basic anatomy of the heart consists of two atria and two ventricles that provide two separate circulations in series. The pulmonary circulation, a low-resistance and high-capacitance vascular bed, receives output from the right side of the heart, and its chief function is bidirectional gas exchange. The left side of the heart provides output for the systemic circulation. It functions to deliver oxygen (O 2 ) and nutrients and to remove carbon dioxide (CO 2 ) and metabolites from various tissue beds.

        Physiology of the Intact Heart

        Understanding the mechanical performance of the intact heart begins with the knowledge of the phases of the cardiac cycle and the determinants of ventricular function.

        Cardiac Cycle

        The cardiac cycle is the sequence of electrical and mechanical events during a single heartbeat. Fig. 14.1 illustrates the electrical events of a single cardiac cycle represented by the electrocardiogram (ECG) with corresponding mechanical events. Left atrial and left ventricular pressures are shown correlated in time with aortic flow and ventricular volume.

        Intrinsic to the specialized cardiac pacemaker tissues is automaticity and rhythmicity. The cardiac cycle begins at the sinoatrial (SA) node with the initiation of the heartbeat. Because the SA node can generate impulses at the greatest frequency, it is the natural pacemaker.

        Electrical Events and the Electrocardiogram

        Electrical events of the pacemaker and the specialized conduction system are represented by the ECG at the body surface. The ECG is the result of differences in electrical potential generated by the heart at sites of the surface recording. The action potential initiated at the SA node is propagated to both atria by specialized conduction tissue that leads to atrial systole (contraction) and the P wave of the ECG. At the junction of the interatrial and interventricular septa, specialized atrial conduction tissue converges at the atrioventricular (AV) node, which is distally connected to the His bundle. The AV node is an area of relatively slow conduction, and a delay between atrial and ventricular contraction normally occurs at this locus. The PR interval represents the delay between atrial and ventricular contraction at the level of the AV node. From the distal His bundle, an electrical impulse is propagated through large left and right bundle branches and finally to the Purkinje system fibers, which are the smallest branches of the specialized conduction system. Finally, electrical signals are transmitted from the Purkinje system to individual ventricular cardiomyocytes. The spread of depolarization to the ventricular myocardium is exhibited as the QRS complex on the ECG. Depolarization is followed by ventricular repolarization and the appearance of the T wave on the ECG.

        Mechanical Events

        The mechanical events of a cardiac cycle begin with the return of blood to the right and left atria from the systemic and pulmonary circulation, respectively. As blood accumulates in the atria, atrial pressure increases until it exceeds the pressure within the ventricle, and the AV valve opens. Blood passively flows first into the ventricular chambers, and such flow accounts for approximately 75% of the total ventricular filling. The remainder of the blood flow is mediated by active atrial contraction or systole, known as the atrial “kick.” The onset of atrial systole coincides with the depolarization of the SA node and the P wave. While the ventricles fill, the AV valves are displaced upward and ventricular contraction (systole) begins with closure of the tricuspid and mitral valves, which corresponds to the end of the R wave on the ECG. The first part of ventricular systole is known as isovolumic (or isometric) contraction. The electrical impulse traverses the AV region and passes through the right and left bundle branches into the Purkinje fibers, which leads to contraction of the ventricular myocardium and a progressive increase in intraventricular pressure. When intraventricular pressure exceeds pulmonary artery and aortic pressure, the pulmonic and aortic valves open and ventricular ejection occurs, which is the second part of ventricular systole.

        Ventricular ejection is divided into the rapid ejection phase and the reduced ejection phase. During the rapid ejection phase, forward flow is maximal, and pulmonary artery and aortic pressure is maximally developed. In the reduced ejection phase, flow and great artery pressures taper with progression of systole. Pressures in both ventricular chambers decrease as blood is ejected from the heart, and ventricular diastole begins with closure of the pulmonic and aortic valves. The initial period of ventricular diastole consists of the isovolumic relaxation phase. This phase is concomitant with repolarization of the ventricular myocardium and corresponds to the end of the T wave on the ECG. The final portion of ventricular diastole involves a rapid decrease in intraventricular pressure until it decreases to less than that of the right and left atria, at which point the AV valve reopens, ventricular filling occurs, and the cycle repeats itself.

        Ventricular Structure and Function

        Ventricular Structure

        The specific architectural order of the cardiac muscles provides the basis for the heart to function as a pump. The ellipsoid shape of the left ventricle (LV) is a result of the laminar layering of spiraling bundles of cardiac muscles ( Fig. 14.2 ). The orientation of the muscle bundle is longitudinal in the subepicardial myocardium and circumferential in the middle segment and again becomes longitudinal in the subendocardial myocardium. Because of the ellipsoid shape of the LV, regional differences in wall thickness result in corresponding variations in the cross-sectional radius of the left ventricular chamber. These regional differences may serve to accommodate the variable loading conditions of the LV. In addition, such anatomy allows the LV to eject blood in a corkscrew-type motion beginning from the base and ending at the apex. The architecturally complex structure of the LV thus allows maximal shortening of myocytes, which results in increased wall thickness and the generation of force during systole. Moreover, release of the twisted LV may provide a suction mechanism for filling of the LV during diastole. The left ventricular free wall and the septum have similar muscle bundle architecture. As a result, the septum moves inward during systole in a normal heart. Regional wall thickness is a commonly used index of myocardial performance that can be clinically assessed, such as by echocardiography or magnetic resonance imaging.

        Unlike the LV, which needs to pump against the higher-pressure systemic circulation, the right ventricle (RV) pumps against a much lower pressure circuit in the pulmonary circulation. Consequently, wall thickness is considerably less in the RV. In contrast to the ellipsoidal form of the LV, the RV is crescent shaped as a result, the mechanics of right ventricular contraction are more complex. Inflow and outflow contraction is not simultaneous, and much of the contractile force seems to be recruited from interventricular forces of the LV-based septum.

        An intricate matrix of collagen fibers forms a scaffold of support for the heart and adjacent vessels. This matrix provides enough strength to resist tensile stretch. The collagen fibers are made up of mostly thick collagen type I fiber, which cross-links with the thin collagen type III fiber, the other major type of collagen. Elastic fibers that contain elastin are in close proximity to the collagen fibers and account for the elasticity of the myocardium.

        Ventricular Function

        The heart provides the driving force for delivering blood throughout the cardiovascular system to supply nutrients and to remove metabolic waste. Because of the anatomic complexity of the RV, the traditional description of systolic function is usually limited to the LV. Systolic performance of the heart is dependent on loading conditions and contractility. Preload and afterload are two interdependent factors extrinsic to the heart that govern cardiac performance.

        Diastole is ventricular relaxation, and it occurs in four distinct phases: (1) isovolumic relaxation (2) the rapid filling phase (i.e., the LV chamber filling at variable left ventricular pressure) (3) slow filling, or diastasis and (4) final filling during atrial systole. The isovolumic relaxation phase is energy dependent. During auxotonic relaxation (phases 2 through 4), ventricular filling occurs against pressure. It encompasses a period during which the myocardium is unable to generate force, and filling of the ventricular chambers takes place. The isovolumic relaxation phase does not contribute to ventricular filling. The greatest amount of ventricular filling occurs in the second phase, whereas the third phase adds only approximately 5% of total diastolic volume and the final phase provides 15% of ventricular volume from atrial systole.

        To assess diastolic function, several indices have been developed. The most widely used index for examining the isovolumic relaxation phase of diastole is to calculate the peak instantaneous rate of decline in left ventricular pressure (−d P /d t ) or the time constant of isovolumic decline in left ventricular pressure ( τ ). The aortic closing-mitral opening interval and the isovolumic relaxation time and peak rate of left ventricular wall thinning, as determined by echocardiography, have both been used to estimate diastolic function during auxotonic relaxation. Ventricular compliance can be evaluated by pressure-volume relationships to determine function during the auxotonic phases of diastole.

        Many different factors influence diastolic function: magnitude of systolic volume, passive chamber stiffness, elastic recoil of the ventricle, diastolic interaction between the two ventricular chambers, atrial properties, and catecholamines. Whereas systolic dysfunction is a reduced ability of the heart to eject, diastolic dysfunction is a decreased ability of the heart to fill. Abnormal diastolic function is now recognized as the predominant cause of the pathophysiologic condition of congestive heart failure.

        Ventricular interactions during systole and diastole are internal mechanisms that provide feedback to modulate stroke volume (SV). Systolic ventricular interaction involves the effect of the interventricular septum on the function of both ventricles. Because the interventricular septum is anatomically linked to both ventricles, it is part of the load against which each ventricle has to work. Therefore, any changes in one ventricle will also be present in the other. In diastolic ventricular interaction, dilatation of either the LV or RV will have an impact on effective filling of the contralateral ventricle and thereby modify function.

        Preload and Afterload

        Preload is the ventricular load at the end of diastole, before contraction has started. First described by Starling, a linear relationship exists between sarcomere length and myocardial force ( Fig. 14.3 ). In clinical practice, surrogate representatives of left ventricular volume such as pulmonary wedge pressure or central venous pressure are used to estimate preload. More direct measures of ventricular volumes can be made using echocardiography.

        Afterload is the systolic load on the LV after contraction has begun. Aortic compliance is an additional determinant of afterload. Aortic compliance is the ability of the aorta to give way to systolic forces from the ventricle. Changes in the aortic wall (dilation or stiffness) can alter aortic compliance and thus afterload. Examples of pathologic conditions that alter afterload are aortic stenosis and chronic hypertension. Both impede ventricular ejection, thereby increasing afterload. Aortic impedance, or aortic pressure divided by aortic flow at that instant, is an accurate means of gauging afterload. However, clinical measurement of aortic impedance is invasive. Echocardiography can noninvasively estimate aortic impedance by determining aortic blood flow at the time of its maximal increase. In clinical practice, the measurement of systolic blood pressure is adequate to approximate afterload, provided that aortic stenosis is not present.

        Preload and afterload can be thought of as the wall stress that is present at the end of diastole and during left ventricular ejection, respectively. Wall stress is a useful concept because it includes preload, afterload, and the energy required to generate contraction. Wall stress and heart rate are probably the two most relevant indices that account for changes in myocardial O 2 demand. Laplace’s law states that wall stress ( σ ) is the product of pressure ( P ) and radius ( R ) divided by wall thickness ( h ) :

        The ellipsoid shape of the LV allows the least amount of wall stress such that as the ventricle changes its shape from ellipsoid to spherical, wall stress is increased. By using the ratio of the long axis to the short axis as a measure of the ellipsoid shape, a decrease in this ratio would signify a transition from ellipsoid to spherical.

        Thickness of the left ventricular muscle is an important modifier of wall stress. For example, in aortic stenosis, afterload is increased. The ventricle must generate a much higher pressure to overcome the increased load opposing systolic ejection of blood. To generate such high performance, the ventricle increases its wall thickness (left ventricular hypertrophy). By applying Laplace’s law, increased left ventricular wall thickness will decrease wall stress, despite the necessary increase in left ventricular pressure to overcome the aortic stenosis ( Fig. 14.4 ). In a failing heart, the radius of the LV increases, thus increasing wall stress.

        Frank-Starling Relationship

        The Frank-Starling relationship is an intrinsic property of myocardium by which stretching of the myocardial sarcomere results in enhanced myocardial performance for subsequent contractions (see Fig. 14.3 ). In 1895, Otto Frank first noted that in skeletal muscle, the change in tension was directly related to its length, and as pressure changed in the heart, a corresponding change in volume occurred. In 1914, E.H. Starling, using an isolated heart-lung preparation as a model, observed that “the mechanical energy set free on passage from the resting to the contracted state is a function of the length of the muscle fiber.” If a strip of cardiac muscle is mounted in a muscle chamber under isometric conditions and stimulated at a fixed frequency, then an increase in sarcomere length results in an increase in twitch force. Starling concluded that the increased twitch force was the result of a greater interaction of muscle bundles.

        Electron microscopy has demonstrated that sarcomere length (2-2.2 μm) is positively related to the amount of actin and myosin cross-bridging and that there is an optimal sarcomere length at which the interaction is maximal. This concept is based on the assumption that the increase in cross-bridging is equivalent to an increase in muscle performance. Although this theory continues to hold true for skeletal muscle, the force-length relationship in cardiac muscle is more complex. When comparing force-strength relationships between skeletal and cardiac muscle, it is noteworthy that the reduction in force is only 10%, even if cardiac muscle is at 80% sarcomere length. The cellular basis of the Frank-Starling mechanism is still being investigated and is briefly discussed later in this chapter. A common clinical application of Starling’s law is the relationship of left ventricular end-diastolic volume and SV. The Frank-Starling mechanism may remain intact even in a failing heart. However, ventricular remodeling after injury or in heart failure may modify the Frank-Starling relationship.

        Contractility

        Each Frank-Starling curve specifies a level of contractility, or the inotropic state of the heart, which is defined as the work performed by cardiac muscle at any given end-diastolic fiber. Factors that modify contractility will create a family of Frank-Starling curves with different contractility ( Fig. 14.5 ). Factors that modify contractility are exercise, adrenergic stimulation, changes in pH, temperature, and drugs such as digitalis. The ability of the LV to develop, generate, and sustain the necessary pressure for the ejection of blood is the intrinsic inotropic state of the heart.

        In isolated muscle, the maximal velocity of contraction (V max ) is defined as the maximal velocity of ejection at zero load. V max is obtained by plotting the velocity of muscle shortening in isolated papillary muscle at varying degrees of force. Although this relationship can be replicated in isolated myocytes, V max cannot be measured in an intact heart because complete unloading is impossible. To measure the intrinsic contractile activity of an intact heart, several strategies have been attempted with varying success. Pressure-volume loops, albeit requiring catheterization of the left side of the heart, are currently the best way to determine contractility in an intact heart ( Fig. 14.6 ). The pressure-volume loop represents an indirect measure of the Frank-Starling relationship between force (pressure) and muscle length (volume). Clinically, the most commonly used noninvasive index of ventricular contractile function is the ejection fraction, which is assessed by echocardiography, angiography, or radionuclide ventriculography.

        Cardiac Work

        The work of the heart can be divided into external and internal work. External work is expended to eject blood under pressure, whereas internal work is expended within the ventricle to change the shape of the heart and to prepare it for ejection. Internal work contributes to inefficiency in the performance of the heart. Wall stress is directly proportional to the internal work of the heart.

        External work, or stroke work, is a product of the SV and pressure ( P ) developed during ejection of the SV.

        The external work and internal work of the ventricle both consume O 2 . The clinical significance of internal work is illustrated in the case of a poorly drained LV during cardiopulmonary bypass. Although external work is provided by the roller pump during bypass, myocardial ischemia can still occur because poor drainage of the LV creates tension on the left ventricular wall and increases internal work.

        The efficiency of cardiac contraction is estimated by the following formula :

        The corkscrew motion of the heart for the ejection of blood is the most favorable in terms of work efficiency, based on the architecture in a normal LV (with the cardiac muscle bundles arranged so that a circumferentially oriented middle layer is sandwiched by longitudinally oriented outer layers). In heart failure, ventricular dilation reduces cardiac efficiency because it increases wall stress, which in turn increases O 2 consumption.

        Heart Rate and Force-Frequency Relationship

        In isolated cardiac muscle, an increase in the frequency of stimulation induces an increase in the force of contraction. This relationship is termed the treppe , which means staircase in German, and is the phenomenon of the force-frequency relationship. At between 150 and 180 stimuli per minute, maximal contractile force is reached in an isolated heart muscle at a fixed muscle length. Thus, an increased frequency incrementally increases inotropy, whereas stimulation at a lower frequency decreases contractile force. However, when the stimulation becomes extremely rapid, the force of contraction decreases. In the clinical context, pacing-induced positive inotropic effects may be effective only up to a certain heart rate, based on the force-frequency relationship. In a failing heart, the force-frequency relationship may be less effective in producing a positive inotropic effect.

        Καρδιακή έξοδος

        Cardiac output is the amount of blood pumped by the heart per unit of time ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) and is determined by four factors: two factors that are intrinsic to the heart—heart rate and myocardial contractility—and two factors that are extrinsic to the heart but functionally couple the heart and the vasculature—preload and afterload.

        Heart rate is defined as the number of beats per minute and is mainly influenced by the autonomic nervous system. Increases in heart rate escalate cardiac output if ventricular filling is adequate during diastole. Contractility can be defined as the intrinsic level of contractile performance that is independent of loading conditions. Contractility is difficult to define in an intact heart because it cannot be separated from loading conditions. For example, the Frank-Starling relationship is defined as the change in intrinsic contractile performance, based on changes in preload. Cardiac output in a living organism can be measured with the Fick principle (a schematic depiction is illustrated in Fig. 14.7 ).

        The Fick principle is based on the concept of conservation of mass such that the O 2 delivered from pulmonary venous blood ( q 3 ) is equal to the total O 2 delivered to pulmonary capillaries through the pulmonary artery ( q 1 ) and the alveoli ( q 2 ).

        The amount of O 2 delivered to the pulmonary capillaries by way of the pulmonary arteries ( q 1 ) equals total pulmonary arterial blood flow ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) times the O 2 concentration in pulmonary arterial blood (CpaO 2 ):

        The amount of O 2 carried away from pulmonary venous blood ( q 3 ) is equal to total pulmonary venous blood flow ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) times the O 2 concentration in pulmonary venous blood (Cpv O 2 ):

        The pulmonary arterial O 2 concentration is the mixed systemic venous O 2 , and the pulmonary venous O 2 concentration is the peripheral arterial O 2 . O 2 consumption is the amount of O 2 delivered to the pulmonary capillaries from the alveoli ( q 2 ). Because q 1 + q 2 = q 3 ,


        Δες το βίντεο: What is afterload? Circulatory system physiology. NCLEX-RN. Khan Academy (Νοέμβριος 2022).