Fiziologia inimii PDF

# FIZIOLOGIA INIMII ## 1. Considerații generale - Sistemul circulator cuprinde două componente de bază: - lichidul circulant (sângele) - aparatul cardiovascular compus, la rândul său, din inimă și sistemul vascular. - Inima este o dublă pompă aspiratoare-respingătoare, care asigură ci...

# FIZIOLOGIA INIMII ## 1. Considerații generale - Sistemul circulator cuprinde două componente de bază: - lichidul circulant (sângele) - aparatul cardiovascular compus, la rândul său, din inimă și sistemul vascular. - Inima este o dublă pompă aspiratoare-respingătoare, care asigură circulația permanentă și separată a sângelui prin cele două circuite: - sistemic - pulmonar. - Sub aspect anatomo-morfologic, inima este organizată diferit în funcție de clasă. - inima la peşti este bicamerală și situată pe traseul venos, între capilarizarea corporală şi cea branhială. - Atriul este precedat de un sinus venos, - ventriculul este urmat de un bulb cardiac. - La amfibieni şi reptile, adaptate parțial la vieța terestră, inima este tricamerală, adică formată din două auricule și un ventricul, care pompează în bulbul aortic sânge amestecat. - La păsări şi mamifere, inclusiv la om, inima este tetracamerală, alcătuită din două auricule și două ventricule. - La om, inima este un organ cavitar, de mărimea pumnului unui adult, cântărind circa 300 g, care execută zilnic circa 100.000 contracții și pompează peste 7.200 1 de sânge. - În interior, inima are un endoteliu, format din fire colagene, reticulinice şi elastice și numeroase terminații nervoase senzitive (endocardul), iar la exterior este acoperită de o foiță conjunctivă subțire (epicardul), care este foița viscerală a pericardului. - Între foițele pericardului se găsește cavitatea pericardică, plină cu o lamă subțire de lichid, care favorizează alunecarea în timpul activității cardiace. - Între endocard și epicard se află peretele propriu-zis, adică muşchiul inimii, numit şi miocard. - Sub aspect histologic, miocardul este alcătuit din fibre musculare striate, asemănătoare celor scheletice prin structura sarcomerică a miofibrilelor, dar mult mai scurte şi mai subțiri decât acestea. - Spre deosebire de fibra musculară striată, care are numeroşi nuclei așezați periferic, celulele miocardice au un singur nucleu, mic şi aşezat central ca și la muşchii netezi. - În interior, reticulul sarcoplasmatic este mult mai bine dezvoltat decât la fibra scheletică. - La microscopul optic, fibrele apar anastomozate, atât la capetele ramificate, cât și pe lateral cu cele vecine, formând o rețea sau sincițiu scalariform (masă citoplasmatică cu mai mulți nuclei proveniți de la celule diferite). - Cercetările moderne la microscopul electronic au infirmat datele clasice, dovedind că striurile scalariforme nu sunt membrane Z îngroșate, ci limite dintre celule (discuri intercalare), deci miocardul nu este un sincițiu. - În peretele auricular fibrele sunt orientate circular şi oblic, - în ventricul orientarea este oblic-spiralată. - Între fibrele din peretele auricular şi cele ale ventriculului există o zonă discontinuă de separație, de forma unor inele fibroase atrioventriculare. ## 2. Proprietăţile funcţionale ale muşchiului cardiac - Funcţia miocardului are la bază următoarele proprietăți: - contractilitatea, - excitabilitatea - automatismul - conductibilitatea. - Pentru studiul acestor proprietăți se preferă inima de vertebrate poikiloterme, întrucât, pe de o parte, inima de mamifer necesită asigurarea unor condiții speciale de temperatură, oxigenare şi presiune, iar pe de altă parte, inima de broască, scoasă din corp rezistă mai mult la manipulări experimentale, datorită vitezei mai reduse a proceselor biochimice, în comparație cu păsările şi mamiferele. ### 2.1. Contractilitatea (funcția inotropă) - Mecanograma (cardiograma) unei singure contracții cardiace este asemănătoare cu o secusă desfășurată a muşchiului scheletic. - Contracţiile se numesc sistole, - relaxările diastole. - Sistemele intracelulare implicate în contracţie sunt: 1. sistemul de cuplare a excitației cu contracția, adică RS şi sistemul „T"; 2. sistemul contractil, adică miofilamentele actomiozinice; 3. sistemul energogen, reprezentat prin mitocondrii. - Sursa de energie pentru contracție este ATP, însă spre deosebire de muşchiul scheletic, refacerea ATP-lui miocardic se face în special prin fosforilarea mitocondrială şi, în mod secundar, pe seama PC și a glicolizei anaerobe. - Sursa principală de acetil-CoA este reprezentată de acizii graşi liberi (AGN) şi, în mod secundar, de acidul lactic și de glucoza din sânge. - Există şi o autoreglare intracelulară a intensității proceselor metabolice, în sensul că unii factori, cum ar fi raportul ATP/ADP sau aportul de O2 pot stimula (excesul de ADP), respectiv, inhiba (excesul de ATP şi insuficiența O2) fosforilările oxidative din mitocondriile miocardului. - Inima de broască se contractă cu o frecvență de 70 bătăi/min., fiecărui ciclu cardiac sau revoluție cardiacă revenindu-i în medie 0,85 sec. - Un ciclu cardiac cuprinde două sistole și două diastole, succesiunea în timp şi durata fiecăruia din aceste evenimente. ## 2.2. Excitabilitatea miocardului - Această proprietate funcțională a mușchiului cardiac diferă de cea a mușchilor striați, prin inexcitabilitatea periodică şi acţiunii legii „tot sau nimic" la nivelul întregului organ. ### 2.2.1. Legea inexcitabilității periodice; extrasistola - La fibrele miocardice valoarea PR este de -90 mV, iar reobaza de -55, până la -60 mV. - Durata PA este de circa 300 ms, iar repolarizarea este întârziată de apariția unui platou, în timpul cărruia fibra rămâne depolarizată. - Fibra miocardului este refractară la noi excitanți pe tot parcursul PA, iar excitabilitatea revine la valoarea de repaus după sfârşitul repolarizării, trecând printr-o fază supranormală. - În timpul unei contracții, excitabilitatea miocardului trece prin mai multe perioade: 1. perioada refractară absolută (PRA), care durează din momentul aplicării excitantului până când repolarizarea ajunge la valori cu puțin peste reobază (-40—55 mV). Este faza în care miocardul nu poate fi reexcitat, indiferent de intensitatea excitantului; 2. perioada răspunsului local gradat (RLG) urmează după PRA și se caracterizează prin aceea că, miocardul răspunde local și gradat la reexcitare, dar nu declanşează PA. Perioada RLG, împreună cu PRA formează perioada refractară efectivă (PRE); 3. perioada refractară relativă (PRR) este faza când miocardul răspunde doar la excitanți supraliminari şi care, împreună cu PRE formează perioada refractară totală (PRT); 4. perioada supranormală (PSN) este o fază care începe imediat după ce repolarizarea a depăşit valoarea PR. Acum, miocardul răspunde prin PA cu ascensiune şi amplitudine submaximale. - Inexcitabilitatea periodică a miocardului este cauzată de existenţa PRE și aceasta explică de ce, cu excepția selacienilor, inima vertebratelor nu produce contracții tetanice, favorizând activitatea ritmică a inimii. - Dacă între stimulii nodali se interpune un stimul extranodal, fie cardiac, fie extracardiac, care cade în timpul diastolei şi se suprapune peste PRR, atunci miocardul intră într-o depolarizare precoce, urmată de o sistolă extranodală, denumită extrasistolă. ## 2.3. Automatismul cardiac - În structura miocardului, pe lângă celulele obişnuite, se întâlnesc și celule specializate în generarea şi conducerea impulsurilor. - Aceste celule alcătuiesc țesutul excitoconducător nodal (embrionar), care iniţiază ritmul cardiac, el având proprietatea de automatism, adică generează spontan impulsuri, care se propagă în restul miocardului. - Explicaţia acestui mecanism ar consta în aceea că, spre deosebire de celelalte celule excitabile, celulele sistemului nodal nu au capacitatea de a menține un timp îndelungat un PR constant. - În timpul diastolei, celulele nodale se depolarizează lent şi continuu, iar când se atinge pragul de excitație, se deschid canalele ionice voltaj-dependente, care declanşează PA și prin propagare generează sistola. - La batracieni, ţesutul nodal este alcătuit din: - nodulul sinusal Remack - nodulul atrioventricular Bidder, - formaţiuni ce corespund la mamifere și om cu nodulul sinoatrial Keith Flack, situat la locul de inserție a venei cave superioare în atriul drept, respectiv, nodulul atrioventricular Aschoff-Tawara, localizat în partea inferioară a atriului drept, spre septul interatrial. - La batracieni, nodulul sinusal Remack se află în peretele sinusului venos, care este bine individualizat faţă de atriul drept, în el inserându-se cele două vene cave. - La mamifere, sinusul venos este înglobat în atriul drept, ceea ce motivează denumirea de nodul sinoatrial. - La batracieni, excitațiile preluate de nodulul atrioventricular de la unda sinusală se vor răspândi în musculatura ventriculului, iar la mamifere vor fi preluate de fasciculul lui Hiss, care ia un traseu iniţial orizontal, după care se bifurcă de o parte și de alta a septului interventricular şi reţeaua lui Purkinje, care provine din ramificațiile abundente ale celor două cordoane Hiss pe fața internă a miocardului şi care se continuă nemijlocit cu fibrele musculare ale miocardului. Astfel, depolarizarea ventriculului se face de la vârf spre bază şi de la endocard spre pericard. - Tesutul nodal descarcă automat impulsuri, care se propagă şi contractă miocardul, deci reprezintă adevărați „pace makeri" cardiaci, adică cei care imprimă ritmul, comportându-se ca un veritabil sistem de aprindere". - În condiții normale, nodulul sinoatrial este pace maker-ul dominant, ritmul sinusal fiind de 70-80 bătăi/min., celelalte trei componente ale sistemului nodal având rol de pace makeri latenți, care iniţiază contracții doar în absența undelor sinusale. - Nodulul atrioventricular descarcă 40-60 impulsuri/min (ritm nodal), iar celulele Purkinje din fasciculul lui Hiss şi rețeaua Purkinje vor descărca 20-40 impulsuri/min. (ritm idioventricular). - În condiții anormale însă, şi alte celule miocardice din afara sistemului nodal pot manifesta fenomenul de automatism. - În condiții fiziologice normale, ritmul cardiac va fi impus de structura cu frecvenţa de descărcare cea mai mare, adică de nodulul sinoatrial, adică inima va funcţiona cu 70-80 bătăi /min., cât este ritmul sinusal. - În condiții experimentale sau patologice, după distrugerea sau inactivarea nodulului sinusal, nodulul atrioventricular va prelua comanda, imprimând o frecvență cardiacă mai mică (ritmul nodal), iar dacă şi acesta este distrus, apare ritmul idioventricular, impus de fasciculul Hiss şi chiar de rețeaua Purkinje. - Multă vreme s-a susținut originea neurogenă a automatismului cardiac, însă în prezent nimeni nu mai pune la îndoială originea miogenă, constatându-se următoarele: - celulele miocardice embrionare, izolate şi cultivate „in vitro" prezintă contracții ritmice; - inima embrionului de găină începe să se contracte după 8-34 ore de incubație, deci înainte de apariția elementelor nervose; - lezarea elementelor nervoase din miocard nu suprimă ritmicitatea. ### 2.3.1. Legăturile lui Stanius - Importanţa diferitelor sectoare cardiace sub aspectul inițierii sau conducerii contracției se poate determina în mai multe moduri. - De exemplu, se pot secționa legăturile din jurul sinusului venos (ţesuturi şi vase) și se observă continuarea bătăilor în acelaşi ritm ca in situ, după ce inima a fost aşezată într-un creuzet cu soluție fiziologică Ringer. - De asemenea, se pot secționa diferite zone cardiace şi se observă comportarea acestor fragmente. - Cel mai cunoscut experiment este denumit legăturile lui Stanius, care sunt în număr de trei şi prin care se izolează mecanic, fără secționare, diferite zone cardiace. - Mod de lucru: Se pregătește o broască spinalizată, pentru a putea evidenția inima. - Introducem pensa cu un fir de ață pe sub bifurcația trunchiului arterial (văzut ventral), ridicăm inima în sus și aplicăm prima legătură a lui Stanius la limita dintre sinus și auricule (legătura sinoatrială). Efectele produse se vor observa imediat: auriculele și ventriculul se opresc în diastolă, după 1-2 cicluri cardiace, iar sinusul continuă ritmul normal de contracție. - După 5-30 min. ventriculul şi auriculele reîncep să bată, dar mai rar comparativ cu sinusul. - Deci, în acest moment sinusul se contractă cu frecvență normală, iar auriculele şi ventriculul cu ritm încetinit. Explicația constă în aceea că, împulsul inițial al contracției vine de la nodulul sinusal Remack, propagându-se liber prin pereţii miocardului. - Datorită unei ierarhizări a automatismului diferitelor regiuni ale inimii de broască, impulsurile generate de nodulul sinusal, cu frecvența de 70-80/min. sunt primordiale, acest nodul reprezentând centrul de automatism de gradul I. - Prin legătura efectuată, nodulul atrioventricular preia rolul de centru de comandă, dar cu o ritmicitate de numai 40 impul-suri/min (ritm nodal). - Îndată după această primă legătură, aplicăm cea de a II-a legătură a lui Stanius, în zona limitei dintre auricule și ventricul (când auriculele și ventriculele sunt încă în repaus). - Ventriculul va relua contracţiile cu un ritm mai lent (ritm idioventricular), în timp ce auriculele rămân staționare. - Deci, în acest moment inima are un regim trifazat: sinusul se contractă cu frecvență normală, auriculele sunt oprite, iar ventriculul se contractă cu un ritm mai lent. - Concluzia este că, legătura exercită o presiune mecanică puternică asupra nodulului atrio-ventricular, excitându-l şi producând contracția ventriculară. - Sinusul se va contracta în mod vizibil mai repede decât ventriculul. - Pe un nou preparat, aplicăm cea de a treia legătură a lui Stanius, la limita dintre auricule şi ventricul. - Se va constata că, auriculele se vor contracta cu acelaşi ritm ca şi sinusul venos, pe când ventriculul va trece la ritmul idioventricular. ## 3. Reglarea activităţii inimii ### 3.1. Perfuzia inimii de broască și influenţa unor electroliţi şi hormoni asupra activităţii inimii - Inima de broască izolată de corp continuă să bată un timp, după care moare treptat. - În aceleași condiții experimentale, inima de mamifer îşi încetează activitatea mult mai rapid, adică după 1-2 min. - Moartea survine datorită lipsei de oxigen şi a unui mediu salin adecvat. - Perfuzând inima cu un lichid oxigenat şi izosmotic cu sângele, capacitatea ei vitală va fi mult prelungită. - În legătură cu lichidul de perfuzie, Ringer a arătat că, pentru supraviețuirea unei inimi izolate prezintă importanță nu numai condițiile osmotice ale acestui lichid, ci şi natura sărurilor folosite şi raporturile dintre ioni. - Soluţia fiziologică Ringer este soluția recomandată pentru experimentele pe amfibieni. - Această soluție conține, în anumite proporţii, carbonați și cloruri de Na+, K+ şi Ca²+ şi glucoză în concentrație de 1 g/l. - Soluția Ringer pentru amfibieni conține: NaCl 6,5 g/l, KCl 0,14 g/l, CaCl2 0,12 g/l, NaHCO3 0,2 g/l şi glucoză 1 g/l. Inima de broască, perfuzată cu soluție Ringer îşi menţine activitatea normală timp de mai multe ore, chiar când aceasta este izolată de corp. - Modificarea raportului dintre ionii soluției Ringer, cât și introducerea în lichidul de perfuzie a unor hormoni vor modifica prompt și foarte caracteristic activitatea cardiacă. - În mod practic, aceasta se realizează prin adăugarea succesivă a câte unui ion în exces în lichidul de perfuzie, precum şi a unor hormoni, soluții acide sau alcaline şi urmărirea răspunsului inimii. - Mod de lucru: descoperim inima de broască prin procedeul cunoscut și curăţăm cu grijă vena cavă inferioară, sub care introducem apoi un fir de ață, umectată în soluție fiziologică (ața uscată poate, prin frecare, să producă zgârieturi sau chiar leziuni asupra peretelui vasului). - În continuare, practicăm o incizie în peretele venei, la circa 1,5 cm înapoia sinusului venos, folosindu-ne de foarfecele de iris. - Alegem o canulă cu vârful subțire și bine şlefuit, pe care o umplem cu soluție Ringer și ţinând degetul mare de la mâna dreaptă capac la extremitatea largă a canulei pline (sau un dop de cauciuc), ridicăm cu ciocul pensei traiectul venei din zona inciziei şi introducem vârful canulei din poziția „înapoi" spre înainte, până ce vârful canulei depăşeşte cu porţiunea dilatată a capilarului nivelul firului de ață şi ajunge în imediata apropiere a sinusului, fără a pătrunde însă în el. - Fără a descoperi capătul larg al canulei se leagă strâns vena în jurul extremității înguste a acesteia, într-un loc situat între zona dilatată a extremității înguste şi punctul în care canula se lărgeşte în pâlnie. - Secționăm cu foarfecul toate țesuturile şi vasele din jurul cordului, scoatem inima ataşată de canulă din corp și o fixăm pe stativul de perfuzie, sub pâlnia cu robinet (plină cu soluție Ringer). - Stabilim circuitul cu soluție Ringer din pâlnie, astfel încât picăturile să cadă în partea dilatată a canulei și abia după aceasta luăm degetul mare sau scoatem dopul de cauciuc cu care am astupat canula, timp în care inima pulsează normal. - Fixăm vârful ventriculului cu un serfin (clamă metalică cu două brațe arcuite şi vârfurile bine ascuțite), legat de penița Engelmann şi înscriem activitatea cardiacă pe cilindrul kimografului, care se mişcă încet. - Din momentul introducerii canulei în venă, până la terminarea înregistrării vom avea grijă să nu pătrundă aer în canulă (și de aici în inimă) și să nu se întrerupă irigarea, supraveghind mereu debitul. Lucrarea decurge în continuare astfel: 1. După o porţiune de diagramă normală, adăugăm în canulă, cu o pipetă Pasteur 2-3 picături CaCl2 10%. Ionul de Ca2+ favorizează contracția, astfel încât, după câteva contracții, inima se opreşte în sistolă, deci în partea superioară a cardiogramei. - Fenomenul se numeşte rigiditate calcică și se datorează prezenţei în exces a acestor ioni în lichidul de perfuzie. 2. Spălăm excesul de ioni de calciu cu soluție Ringer, observându-se reluarea contracțiilor miocardice, care la început sunt incomplete, iar după aceea devin normale. # Influenţa unor electroliți și hormoni asupra inimii 3. Cu o altă pipetă, adăugăm 1-2 pic. de KCI 10%, realizând exces de K. Contracţiile se răresc, se micşorează și apoi se opresc în diastolă, deci în relaxare. - Faza este denumită inhibiție potasică, potasiul favorizând relaxarea, deci manifestându-se ca antagonist al calciului. 4. Spălăm excesul de potasiu cu soluție Ringer şi curba se reface. 5. Adăugăm 1-2 picături de adrenalină 1:100.000 și vom observa că, datorită efectului cronotrop pozitiv va creşte mult frecvența bătăilor inimii, iar ca urmare a efectului inotrop pozitiv creşte foarte mult şi amplitudinea. 6. Spălăm canula cu soluție Ringer, eliminând astfel excesul de hormon şi cardiograma recapătă un aspect normal. 7. Înmuiem vârful acului de spinalizat în soluţia de acetilcolină (ACH) 1:1.000.000, apoi atingem cu el lichidul din canulă și va fi suficient ca amplitudinea contracţiilor să scadă dramatic, până la oprirea inimii în diastolă, efectul fiind antagonist celui obținut în cazul adrenalinei. 8. Spălăm canula de acetilcolină și cardiograma revine la normal. 9. Adăugăm în exces HCl 1% şi efectul obținut va fi asemănător celui din cazul potasiului, deci inima se opreşte în diastolă (pH = 4). 10. Spălăm cu soluție Ringer şi ritmul se va relua. 11. Adăugăm în exces NaOH (pH = 9) şi vom obține efecte asemănătoare cu cele ale ionului de Ca2+.