Fyziologie srdce Převodní systém Srdeční buněčná elektrofyziologie Doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav Lékařská fakulta Masarykova univerzita Tato prezentace obsahuje pouze stručný  výtah nejdůležitějších pojmů a faktů. V  žádném případně není sama o sobě  dostatečným zdrojem pro studium ke  zkoušce z Fyziologie. ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU Role kardiovaskulárního systému • primární role ‐ distribuce rozpuštěných plynů a dalších živin • několik sekundárních rolí, např.: ‐ rychlý přenos chemické signalizace k buňkám (hormony, neurotransmitery) ‐ termoregulace (přenos tepla z tělesného jádra k povrchu těla) ‐ imunitní reakce • role srdce: ‐ primární role – pumpování krve ‐ endokrinní orgán (natriuretické peptidy) PRAVÁ SÍŇ PRAVÁ  KOMORA LEVÁ SÍŇ LEVÁ  KOMORA PLÍCE PLICNICE PERIFERNÍ  ORGÁNY AORTA PRAVÉ SRDCE LEVÉ SRDCE DVĚ SÉRIOVĚ PROPOJENÉ PUMPY ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU HORNÍ  DUTÁ ŽÍLA AORTA PLICNICE DOLNÍ  DUTÁ ŽÍLA PRAVÁ  SÍŇ LEVÁ  SÍŇ LEVÁ  KOMORA PRAVÁ  KOMORA PRAVÁ  SÍŇ AORTA PLICNICE HORNÍ  DUTÁ ŽÍLA DOLNÍ  DUTÁ ŽÍLA LEVÁ  SÍŇ LEVÁ  KOMORA PRAVÁ  KOMORA Dvě hlavní fáze srdečního cyklu DIASTOLA FÁZE PLNĚNÍ  komor SYSTOLA EJEKČNÍ  FÁZE JEDNOSMĚRNÉ CHLOPNĚ DIASTOLA SYSTOLA ATRIOVENTRIKULÁRNÍ (mitrální a trikuspidální) otevřené zavřené SEMILUNÁRNÍ (aortální a pulmonální) zavřené otevřené ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU ‐ mechanická spojení ‐ elektrická spojení ‐ gap junctions Dva hlavní typy srdečních buněk • srdeční buňky pracovního myokardu – specializované pro kontrakci  (síňové a komorové buňky) buňka 1 buňka 2 sarkomera FUNKČNÍ  SYNCITIUM ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU Dva hlavní typy srdečních buněk • srdeční buňky pracovního myokardu – specializované pro kontrakci  (síňové a komorové buňky) • srdeční buňky převodního srdečního systému ‐ specializované pro: ‐ automatickou excitaci (pacemakerová aktivita) ‐ vedení excitace Převodní srdeční systému zajišťuje:  1) vznik automatické elektrické aktivity srdce (pacemakerové aktivity), která zahajuje jeho mechanickou aktivitu 2) optimální načasování mechanické aktivity srdce jako pumpy ORGANIZACE KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU ECG PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM SA uzel síňová svalovina AV uzel Tawarova raménka Hisův svazek Purkyňova vlákna komorová  svalovina HIERARCHIE PACEMAKERŮ SA AV SINOATRIÁLNÍ (SA) UZEL PRIMÁRNÍ pacemaker (60‐100 impulzů/min) PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM 16  pacemakerové P buňky jsou poškozeny, aktivita je  nebo zastavena)  přenos excitace z P buněk na síňové srdeční buňky je omezen či  přerušen SICK SINUS SYNDROME bazální  membrána myofibrily PACEMAKEROVÉ P BUŇKY s vnitřní automacií PŘECHODNÉ T BUŇKY gap junctions síňový  myokard DVA TYPY buněk SA‐uzlu SA uzel PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM SINOATRIÁLNÍ (SA) UZEL PRIMÁRNÍ pacemaker (60‐100 impulzů/min) ATRIOVENTRIKULÁRNÍ (AV) UZEL SEKUNDÁRNÍ pacemaker (40‐55 impulzů/min) N PŘECHODNÉ ZÓNY AN ATRIO‐NODÁLNÍ ZÓNA NH NODÁLNÍ‐HIS  ZÓNA síň internodální dráhy NH AN HISŮV SVAZEK atrio‐ventrikulární fibrózní bariéra CENTRÁLNÍ NODÁLNÍ BUŇKY TŘI TYPY buněk AV‐uzlu AV uzel PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM 18 JEDINÁ CESTA ŠÍŘENÍ EXCITACE ZE SÍNÍ NA KOMORY (přechodná  oblast mezi NH zónou a Hisovým svazkem) ZPOŽDĚNÍ VE VEDENÍ VZRUCHU ZE SÍNÍ NA KOMORY, ~100 ms (významné pro správné načasování kontrakce síní a komor) NÁHRADNÍ (SEKUNDÁRNÍ) PACEMAKER (40‐55 impulzů/min; význam při sick sinus syndrome)  FILTR SUPRAVENTRIKULÁRNÍCH ARYTMIÍ excitace jsou ze síní na komory přenášeny pouze do určité  frekvence ‐ 180‐200 impulzů/min (ochrana funkce srdce jako  pumpy) AV uzel PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM PŘEVODNÍ SRDEČNÍ SYSTÉM Rychlost vedení excitace v myokardu síní a komor: 1 m/s SINOATRIÁLNÍ (SA) UZEL PRIMÁRNÍ pacemaker (60‐100 impulzů/min) INTERNODÁLNÍ PREFERENČNÍ DRÁHY 1 m/s ATRIOVENTRIKULÁRNÍ (AV) UZEL SEKUNDÁRNÍ pacemaker (40‐55 impulzů/min) TERCIÁRNÍ pacemaker (25‐40 impulzů/min) PURKYŇOVA VLÁKNA HISŮV SVAZEK TAWAROVA RAMÉNKA (LEVÉ A PRAVÉ) 0.05 m/s 1 m/s 1 m/s 4 m/s 0.05 m/s SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontové kanály Pohyb iontů přes otevřené iontové kanály po elektrochemickém (koncentračním a elektrickém) gradientu + - + - + - + - + - + - Na+ K+ Ca2+ klidové membránové napětí EK 0 mV + _ ENa ECa Vm = i - e ie SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí SA uzel AV uzel síňová svalovina komorová  svalovina Hisův svazek Tawarova raménka Purkyňova vlákna čas SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí počáteční  depolarizace (rovnováha depolarizačních a  repolarizačních proudů) 0 mV 1 2 3 4 0 transpolarizace _+ ‐80 mV časná  repolarizace fáze plató pozdní  repolarizace klidové membránové napětí (Emr) SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí Na+ repolarizace INa depolarizace prahové  napětí ICa ‐35 mV Ca2+ K+ Ito plató ‐65 mV Vmr ENa ECa 0 mV + _ EK IK + IK1  100 ms mnoho podtypů  draslíkových  kanálů (proudů) SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Iontový podklad akčního napětí INa OTEVŘENÝ STAV (depolarizace nad  prahové napětí) AKTIVACE INAKTIVACE (při přetrvávající  depolarizaci membrány) KLIDOVÝ STAV  (zavřený) inaktivační  vrátka  aktivační  vrátka INAKTIVOVANÝ STAV  (zavřený) SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Mechanismus depolarizační fáze (fáze 0) regenerativní (sebeobnovující se) proces důsledek POZITIVNÍ ZPĚTNÉ VAZBY mezi MEMBRÁNOVÝM NAPĚTÍM a VODIVOSTÍ MEMBRÁNOVÝCH KANÁLŮ (gNa, gCa)                depolarizační proudy ↑ depolarizace  ↑vodivost Na+ (Ca2+) kanálů  ↑ INa (ICa) (přímo úměrná frakci Na+ (Ca2+)  kanálů v otevřeném stavu) INa ICa 0 pracovní myokard ‐ INa SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Refrakterní perioda – pokles dráždivosti kontrakce akční napětí RELATIVNÍ ABSOLUTNÍ ochrana srdce před: retrográdním šířením excitace (reentry) tetanickou kontrakcí při vyšší srdeční frekvenci SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Refrakterní perioda – pokles dráždivosti RELATIVNÍ ABSOLUTNÍ kontrakce akční napětí TEKG VULNERABILNÍ PERIODA (propagující se odpověď) zvýšená  náchylnost  k fibrilaci  komor!!! EFFEKTIVNÍ REFRAKTERNÍ  PERIODA (ARP + perioda  nepropagujících se  odpovědí) KLINICKÉ  ASPEKTY SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Refrakterní perioda ‐ mechanismus INa OTEVŘENÝ STAV (depolarizace nad  prahové napětí) AKTIVACE INAKTIVACE (při přetrvávající  depolarizaci membrány) INAKTIVOVANÝ STAV  (closed) KLIDOVÝ STAV  (closed) inaktivační  vrátka  aktivační  vrátka  ZOTAVENÍ Z  INAKTIVACE (při repolarizaci) ICa SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita ‐ mechanismus SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita ‐ mechanismus maximální  diastolické napětí prahové napětí ICa‐L FAKTORY URČUJÍCÍ SRDEČNÍ FREKVENCI: 1) maximální diastolické napětí 2) strmost diastolické depolarizace 3) prahové napětí pro aktivaci ICa-L SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita ‐ mechanismus SLOŽITÝ PROCES, který je VÝSLEDKEM SOUHRY mezi • REPOLARIZAČNÍMI PROUDY, zejména IK (včetně IK,Ach) • DEPOLARIZAČNÍMI PROUDY, zejména If, ICa-T a INaCa maximální  diastolické napětí prahové napětí ICa‐T ICa‐L IK If INaCa INaCa SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita ‐ mechanismus ICa‐T ICa‐L IK If STIMULACE SYMPATIKU •  cAMP  If a ICa-T  strmost diastolické depolarizace  prahové napětí pro aktivaci ICa-L ( excitabilita)    SRDEČNÍ BUNĚČNÁ ELEKTROFYZIOLOGIE Pacemakerová aktivita ‐ mechanismus ICa‐T ICa‐L IK If STIMULACE PARASYMPATIKU • aktivace IK,Ach  maximální diastolické napětí  prahové napětí pro aktivaci ICa-L ( excitabilita)  (IK,Ach) •  cAMP  If a ICa-T  strmost diastolické depolarizace     ECG SA uzel síňová svalovina AV uzel Tawarova raménka Hisův svazek Purkyňova vlákna komorová  svalovina +++++ +++++ ----- ----- +++++ +++++ ----- ----- elektrické pole  (velikost, směr) ŠÍŘENÍ EXCITACE SRDCEM