FIZIOLOGIA APARATULUI FIZIOLOGIA APARATULUI CARDIO-VASCULAR CARDIO-VASCULAR

BIBLIOGRAFIE:

1. William F. Ganong: REVIEW OF MEDICAL PHYSIOLOGY

2. Arthur C. Guyton, John E. Hall: T E X T B O O K of Medical Physiology

3. Agamemnon Despopoulos, Stefan Silbernagl: Color Atlas of Physiology

4. Ioan Haulica: Fiziologie umana

5. Daniela Badea, Ionela Iancu, Veronica Sfredel, sub coordonarea Prof.

univ. dr. Simona Gusti: Fiziologia aparatului cardio-vascular (lucrari

practice pentru studenti)

6. Simona Gusti, Valeriu Nestianu, Alice Gusti, Ionela Iancu : Fiziologia

aparatului cardio-vascular. Curs

Argumente pentru importanţa temei Patologia cardio-vasculară reprezintă principala cauză de

morbiditate şi mortalitate în ţările dezvoltate, dar şi în cele cu situaţie economică dificilă.

Complicaţiile acute ale bolii C-V: infarctul acut de miocard (IMA) şi tulburările majore de ritm constituie urgenţe majore, deoarece lipsa diagnosticului sau a tratamentului de urgenţă duc la moarte!

Factorii de risc cauzali: fumatul, hipertensiunea arteriala (TA peste 140/80 mmHg), nivelul crescut al colesterolemiei (sau creşterea nivelului seric al LDL peste 160 mg/dl), scăderea nivelului HDL (sub 35 mg/dl) şi hiperglicemia (peste 128 mg/dl). Un loc aparte îl ocupă sindromul metabolic.

Morbiditate - Raportul dintre numărul bolnavilor și întreaga populație dintr-un loc dat , într-o anumită perioadă de timp. – Din fr. Morbidité (DEX).

http://www.youtube.com/watch?v=XV11kplLoxw&feature=related

Argumente pentru importanţa temei Rolul cauzal al acestor factori este susţinut de cantitatea

enormă de date acumulate la nivel internaţional, pe parcursul ultimelor decenii.

Ei acţionează independent, dar evoluţia procesului aterogenetic este cu atât mai rapidă, cu cât, la aceeaşi persoană se asociază mai mulţi factori de risc cauzali.

Asocierea a 2 sau mai mulţi factori de risc are efect multiplicativ şi nu doar aditiv. Studiul MRFIT (Multiple Risk Factor Intervention Trial), efectuat pe 300 000 persoane, timp de 12 ani, demonstrează ca riscul de deces cardiovascular este de 14 ori mai mare la fumătorii care aveau colesterolemia peste 240 mg/dl şi TA diastolică mai mare de 90 mmHg, comparativ cu persoanele fără aceşti factori de risc.

Pentru a înţelege mecanismele de instalare a bolii, trebuie să cunoaştem cum funcţionează în condiţii fiziologice, normale, sistemul C-V.

SISTEMUL CARDIO-VASCULAR

Caracteristici morfo-funcţionale

√√ Funcţie vitală pentru organism√ Componente:

1. inima – pompă aspiro-respingătoare - pompă biologică cu rol de propulsie a

sângelui în mica şi marea circulaţie. - asigură diferenţa de presiune necesară circulaţiei sângelui; - uniformizarea T corporeale- uniformizarea T corporeale - înlăturarea produşilor metabolismului celular- înlăturarea produşilor metabolismului celular

- este formată din 2 componente (fiecare cu rol de pompă): ♥ inima dreaptă (POMPA DREAPTĂ), care propulsează sângele către plămâni.

Funcţionează la presiuni mici (<25mmHg) şi volume mari ♥ inima stângă (POMPA STÂNGĂ), care propulsează sângele în sistemul arterial

Funcţionează la presiuni mari (110-130mmHg) şi volume mai mici

2. Sistemul de vase circulaţia sistemică

(marea circulaţie) - în regim de înaltă presiune

circulaţia pulmonară (mica circulaţie) - în regim de joasă presiune

Este format din: artere - sistemul de

distribuţie a sângelui până la nivel tisular;

microcirculaţia (care include capilarele) - asigură schimburile dintre sânge şi ţesuturi;

vene - servesc ca rezervoare şi colectează sângele pentru a-l readuce la inimă.

Circulaţia sistemică Sângele se reîntoarce din plămâni la inimă

prin cele patru vene pulmonare, înAS. AS este mai puţin compliant decât

AD⇒dezvoltă o presiune mai mare decât înAD (6-10 mmHg).

Sângele trece din AS în VS prin orificiul valvei mitrale.

VS are un perete muscular foarte gros, astfel încât poate genera o presiune crescută în timpul contracţiei(120-140 mmHg).

Sângele din VS trece în aortă prin orificiul valvei aortice.

Circulaţia pulmonară Atriul drept are o distensibilitate crescută

(complianţă ↑) ⇒se poate acomoda la cantitatea de sânge venos care se reîntoarce ⇒menţine o presiune scăzută (0-3 mmHg)

Presiunea normală în AD depinde de: volumul de sânge din atriu; complianţa atriului.

Sângele trece din AD în VD prin orificiul valvei tricuspide.

PereteleVD nu este atât de bine dezvoltat ca şi cel al VS şi dezvoltă o presiune mai mică(15-20 mmHg).

Sângele din VD trece prin orificiul valvei semilunare pulmonare în artera pulmonară.

HEART

INIMA, O POMPINIMA, O POMPĂĂ SITUAT SITUATĂĂ ÎÎN N CENTRUL CELOR 2 CENTRUL CELOR 2

CIRCULACIRCULAŢŢIIII

Inima propulseazInima propulseazăă s sâângele ngele la plla plăămmââni ni şşi i îîn circulan circulaţţia ia

sistemicsistemicăă

EVOLUEVOLUŢŢIA APARATULUI IA APARATULUI CARDIO-VASCULARCARDIO-VASCULAR

1. Fără sistem circulator – la animalele inferioare – schimbul între organism şi mediu se face prin lichidul extracelular ►►►

2. Cu sistem circulator deschis – moluşte, artropode►►►

(Nu există distincţie între sânge şi lichidul interstiţial - vasele nu au pereţi proprii. Lichidul se numeşte hemolimfă. Inima este un tub muscular)

Bedford's flatworm

Tarantula Brachypelma sp.

Sepioteuthis sepioidea

3. Cu sistem circulator închis – vertebrate. Salturile evolutive sunt evidente la peşti, amfibii, reptile, păsări, mamifere, primate şi în final, la om.

EVOLUEVOLUŢŢIA APARATULUI CARDIO-IA APARATULUI CARDIO-VASCULAR LA VERTEBRATEVASCULAR LA VERTEBRATE

La peşti- un singur circuit sanguin (sistem închis)- cord cu 2 camere: un atriu si un ventricul- ventricul – branhii – oxigenare – artere – ţesuturi – vene - atriu

La amfibieni- Circuit dublu- Cord cu 3 camere: 2 atrii şi un ventricul care pompează sânge amestecat- artera care pleacă din ventricul se ramifică: una pentru plămâni, alta pentru circulaţia sistemică

La reptile- Circuit dublu- Cord cu 4 camere: 2 atrii şi 2 ventriculi care comunică intre ele- Artera pulmonară este prevăzută cu un sfincter muscular (adaptare legată de reglarea temperaturii)

La păsări

-Cord cu 4 camere: 2 atrii si 2 ventriculi complet separate

- 1 arc aortic spre dr1 arc aortic spre dreaptaeapta

(Circulaţie în sistem închis, dublă, completă)

INIMA ORGAN CENTRAL – POMPINIMA ORGAN CENTRAL – POMPĂĂ ASPIRO-RESPINGASPIRO-RESPINGĂĂTOARETOARE

CORDUL CORDUL UMAN ESTE UMAN ESTE UN ORGAN UN ORGAN

TETRACAMERTETRACAMERALAL

- 2 ATRII – despărţite de septul interatrial; pereţi mai subţiri decât V, AD mai anterior şi mai jos, mai aproape de peretele toracic; AS mai aproape de esofag.- formează baza inimii- reprezintă un rezervor elastic, care menţin o presiune medie scazută - realizează legătura sistemului venos cu ventriculii - completează umplerea ventriculară- contribuie la închiderea valvelor A-V- 2 VENTRICULI – despărţiţi de septul interventricular; VS 50% din G. inimii, pereţi groşi datorită presiunii mari din circulaţia sistemică faţă de cea pulmonară.- au funcţie de pompă- lucrează la presiuni mari, în special VS, care este o pompă de mare presiune-VS formează vârful inimii;Pereţii musculari ai A şi V se inseră pe un inel fibros situat în jurul valvelor A-V şi al vaselor mari.Între atrii şi ventriculi se găsesc orificiile atrio-ventriculare, delimitate de valvele atrio-ventriculare.

Aparatul valvular – componente şi roluriValvele = structuri mobile care “plutesc” în torentul sanguin, mişcându-se pasiv sub acţiunea presiunii sângelui din cavităţi.

1. Asigură unidirecţionalitatea circulaţiei;2. Prin deschidere permit evacuarea

sângelui din cavitatea cu presiune mai mare;

3. Prin închidere impiedică întoarcerea sângelui;

4. Participă la generarea zgomotelor cardiace;

1. Valvele atrio-ventriculare

√ Valva mitrală – se găseşte între A şi V stâng, delimitând orificiul mitral; - este formată din 2 cuspide sau foiţe – se mai numeşte şi bicuspida;- se închide în sistolă şi se deschide în diastolă;- în diastolă pluteşte în sângele din ventricul fără a opune rezistenţă;- închiderea ei generează cea mai mare parte din zgomotul I- informaţii despre funcţionarea ei obţinem prin ascultaţie, mai ales în focarul mitral

situat în spaţiul V i.c. stâng, pe linia medio-claviculară şi prin ecocardiografie;- leziunile reumatice, aterosclerotice sau de altă natură pot determina boala mitrală,

când valvele nu se mai deschid normal – stenoza mitrală sau nu se mai închid – insuficienţa mitrală

Aparatul valvular – componente şi roluri

√ Valva atrioventriculară dreaptă- se găseşte între A şi V drept, delimitând orificiul tricuspidian;

- este formată din 3 cuspide sau foiţe, motiv pentru care se mai numeşte şi tricuspida;- se închide în sistolă şi se deschide în diastolă;- în diastolă pluteşte în sângele din ventricul fără a opune rezistenţă;- închiderea ei generează o parte din zgomotul I;- informaţii despre funcţionarea ei obţinem prin ascultaţie, mai ales în focarul tricuspidian situat în spaţiul IV i.c. drept aproape de joncţiunea sternului cu apendicele xifoid şi prin

ecocardiografie;- leziunile reumatice, aterosclerotice sau de altă natură pot determina boala valvulară

tricuspidiană, când valvele nu se mai deschid normal – stenoza tricuspidiană sau nu se mai închid – insuficienţa tricuspidiană

Aparatul valvular – componente şi roluri

2. Valvele sigmoide – aortice şi pulmonare – sunt identice;

- sunt formate din 3 cuspide dispuse în “cuib de rândunică”

- se deschid în sistolă şi se închid în diastolă, când bombează către ventriculi;

- închiderea lor generează o parte din zgomotul II;

- informaţii despre funcţionarea lor obţinem prin ascultaţie, mai ales în focarul aortic situat în spaţiul 2, parasternal dreapta şi în focarul pulmonar situat în spaţiul 2, parasternal stânga, precum şi prin ecocardiografie;

- leziunile reumatice, aterosclerotice sau de altă natură pot determina valvulopatii, când valvele nu se mai deschid normal – stenoza aortică sau pulmonară sau nu se mai închid – insuficienţa aortică sau pulmonară.

Formele severe de valvulopatii pun viaţa în pericol, mai ales datorită consecinţelor hemodinamice (în curgerea sângelui).

Valvele cardiace pot prezenta două tipuri de disfuncţii:insuficienţa: valvele nu se mai închid complet, determinând refluarea (regurgitarea) sângelui;

stenoza: deschiderea valvelor este redusă sau se realizează greu. Inima trebuie să dezvolte o forţă mai mare pentru a împinge sângele prin orificiul stenozat.

Vavele cardiace pot prezenta una sau ambele tipuri de disfuncţii în acelaşi timp (insuficienţă şi stenoză).

SISTEMUL CARDIO-VASCULARSISTEMUL CARDIO-VASCULARCaracteristici morfo-funcCaracteristici morfo-funcţţionaleionale

Inima Inima are 3 învelişuri:1. Pericardul – sac dublu în care se află cîţiva cm3 de lichid seros. Foiţa parietală se numeşte epicard.

Roluri: de lubrefiere şi de limitare a expansiunii şi umplerii diastolice, în special a VD, protejînd astfel circulaţia pulmonară împotriva unei eventuale supraîncărcări (congestie).

Acumularea unui volum mai mare de lichid între foiţe se numeşte pericardită, cu urmări severe asupra funcţionalităţii cordului, mai ales a contractilităţii.

2. Endocardul – foiţă seroasă care tapetează pereţii cavităţilor, asigurând netezimea suprafeţelor ce vin în contact cu sângele circulant. Suprafaţa lipsită de asperităţi este o condiţie obligatorie pentru prevenirea depunerii de fibrină şi formarea de trombusuri în cavităţile cordului;

- în stratul mijlociu adăposteşte ţesutul nodal- la nivelul orificiilor atrio-ventriculare şi originii marilor artere, foiţa

endocardică se răsfrînge pe scheletul fibros al valvelor cardiace.

Învelisurile inimii - continuare3. Miocardul – componenta musculară, reprezentat de muşchiul striat cardiac, cu dezvoltare maximă la nivelul ventriculilor.Miocardul ventricular este mai gros decât cel atrial, astfel că adevăratele pompe cardiace sunt ventriculii. Deoarece grosimea peretelui VS este de 3-4 ori mai mare decât cea a VD, acesta generează cea mai înaltă presiune.

Miocardul – este un muschi striat special (sinciţiu funcțional)

Conţine 2 tipuri de ţesut:

1. Contractil sau “de lucru” sau adult, sau cu răspuns rapid – constituie cea mai mare parte a miocardului; Rolul major – contracţia, care permite realizarea funcţiei de pompă

2. Embrionar – ţesutul excito-conductor sau cu răspuns lent – cu rol de generare şi conducere a excitaţiei automate, ritmice a inimii;- cantitativ puţin, în anumite locuri; organizat în noduli, fascicule, tracturi şi reţele

-Localizat in AD la joncţiunea cu VCS- În centru=artera centro-nodală (55% din cazuri din a. coronară dr, 45% din a. coronară stg).- Conţine – celule P (pace-maker) care au capacitatea de a genera stimuli în mod ritmic şi celule nodale care conduc stimulii la miocardul atrial.

- Celulele P (James) sunt mari, stelate, au citoplasmă cu glicogen, miofibrile, canale de Ca şi puţine canale rapide de Na, ceea ce va influenţa fenomenul electric de la acest nivel. -în jurul lor – term. nerv. vegetative simpatice din ganglionul stelat şi parasimpatice din vagul drept- au caracter electrofiziologic reprezentat de- au caracter electrofiziologic reprezentat de prepotenţial,prepotenţial, marcat marcat de variaţia potenţialului de repaus, astfel încât la un moment dat de variaţia potenţialului de repaus, astfel încât la un moment dat atinge spontan PP şi celula se autodepolarizează (această atinge spontan PP şi celula se autodepolarizează (această caracteristică a prepotenţialului există doar la celulele înzestrate caracteristică a prepotenţialului există doar la celulele înzestrate cu automatism).cu automatism).

NSA - Keith-Flack - centrul principal de automatism al cordului uman. Generează stimuli cu o frecvenţă 120-150 stimuli/min, sub influenţa frânei 120-150 stimuli/min, sub influenţa frânei vagale, 60-100 stimuli/min. în repaus (ritm sinusal vagale, 60-100 stimuli/min. în repaus (ritm sinusal normal).normal).

Generarea stimulului în NSA şi conducerea acestuia prin ţesutul excito-conductor

MiocardulMiocardul – – ţţesutul excito-esutul excito-conductorconductor

- - în partea inferioară a septului interatrial, lângă în partea inferioară a septului interatrial, lângă orificiul de vărsare a sinusului coronar, în orificiul de vărsare a sinusului coronar, în apropierea inserţiei valvei tricuspide; formă de apropierea inserţiei valvei tricuspide; formă de triunghi.triunghi.- Conţine puţine celule P, celule nodale, celule de joncţiune cu tracturile internodale şi celule de tranziţie spre fasciculul His;- are o structură neomogenă, cu 3 zone, supranodală, medionodală şi infranodală, fiecare cu particularităţi histologice şi funcţionale;- datorită structurii neomogene, conducerea stimulilor are o întârziere de până la 0,1 s. - întârzierea este dată de:

- prezenţa elementelor musculare atriale şi a fibrelor de joncţiune care au diametrul redus, opunând o rezistenţă mai mare la trecerea stimulilor;- numărul redus de nexusuri care reduc transportul ionic şi scad viteza de conducere

NAV NAV - - Aschoff-TawaraAschoff-Tawara – marea – marea sinapsa a inimiisinapsa a inimii

NAV NAV - - Aschoff-TawaraAschoff-Tawara – continuare– continuareÎntârzierea de 0,1 sec de la nivelul NSA permite decalarea sistolei atriale de cea ventriculară şi o bună umplere ventriculară !!

• În condiţii normale, fiziologice, rolul NAV este de a conduce, cu întârziere stimulii veniţi de la NSA către ventriculi !!

• În condiţii patologice, când NSA este lezat sau căile de legătură dintre cei 2 noduli sunt întrerupte:

!! NAV devine centru secundar de automatism !!

Aici se generează ritmul nodal, cu o frecvenţă de 40 – 60 s/min

În funcţie de zona care emite, ritmul nodal poate fi supra, medio sau infranodal, fiecare dintre aceste ritmuri având particularităţi ECG.

Frecvenţa rămâne aceeaşi, indiferent de zona în care este generat stimulul !

MiocardulMiocardul – – ţţesutul excito-esutul excito-conductorconductor

Fasciculul HisFasciculul His

■ Conducerea stimulilor la nivelul atriilor între NSA şi NAV se face prin 3 tracturi internodale. Ele realizează o conducere preferenţială, rapidă faţă de celulele atriale adulte:- anterior – Bachmann - dă o ramură ptr. AS şi una ptr. NAV; - mijlociu – Wenckebach;- posterior – Thorel■ Conducerea se mai poate face şi prin miocitele atriale = conducere nespecifică, dar cu viteze foarte mici.■ Conducerea între atrii şi ventriculi se face, în mod normal, numai prin NAV.

- Localizare - Localizare în partea inferioară a NAV, în partea inferioară a NAV, pe partea dreaptpe partea dreaptăă a septului interventricular a septului interventricular- Are un - Are un trunchi comun, apoi trunchi comun, apoi se divide se divide îîn n 2 ramuri2 ramuri, , drdreapteaptăă şşi sti stâângngăă;;- Ramura st- Ramura stâângngăă (mai scurtă) (mai scurtă) penetreazpenetreazăă septul septul şşi se i se îîmparte mparte îîn 2 ramuri: antero-n 2 ramuri: antero-superiorsuperiorăă şşi postero-inferiori postero-inferiorăă- - Rol Rol – de a conduce – de a conduce stimulii cstimulii căătre fibrele miocardului ventricular, tre fibrele miocardului ventricular, cu viteze relativ cu viteze relativ mari (2-4 m/s).mari (2-4 m/s).

MiocardulMiocardul – – ţţesutul excito-esutul excito-conductorconductor

- Rezult- Rezultăă prin prin ramificarea framificarea fascicululuiasciculului His His;;

- Se distribuie fibrelor miocardului ventricular, unde aduce stimulii de contrac- Se distribuie fibrelor miocardului ventricular, unde aduce stimulii de contracţţie ie

- V- Viteză de conducere mare, iteză de conducere mare, 2-3 m/s2-3 m/s

Reţeaua PurkinjeReţeaua Purkinje

● În condiţii normale, fiziologice, rolul fasciculului His şi a reţelei Purkinje este de a conduce stimulii.

● În condiţii patologice, când centrii superiori nu mai emit sau căile de legăturăatrio-ventriculare sunt blocate, apar blocurile atrio-ventriculare, când:

!! Fasciculul His şi reţeaua Purkinje devin centru terţiar de automatism !!Generează stimuli cu o frecvenţă de 25-35 s/min.= ritm

idioventricular !!Stimulii generaţi aici comandă contracţia ventriculilor,

dar nu se transmit retrograd şi la atrii.

Tracturi aberante (de scurt circuit, by-pass):

- benzi musculare ce traversează peste inelul fibros A-V, scurtcircuitând NAV, porţiunea incipientă a fasciculului His, activând precoce miocardul ventricular.

fascicul Palladino-Kent (by-pass AV) – scurtcircuitează NAV şi porţiunea iniţială a f. His; poate realiza legătura directă AD-VD sau AS-VS; sdr. Wolff-Parkinson-White);

fascicul James (by pass atrio-nodal) – scurtcircuitează NAV; sdr. Lown-Ganong-Levine;

fascicul Mahaim (by pass Purkinje) – scurtcircuitează porţiunea iniţială a fasciculului His.

Concluzii: ■ În cordul uman există trei centri de automatism ierarhizaţi

funcţional (după frecvenţa de generare a stimulilor) care pot întreţine activitatea inimii.

■ Nodulul sinoatrial reprezintă centrul normal, fiziologic de automatism la cordul uman, ceilalţi doi centri fiind de rezervă, potenţiali activi.

■ Centrii potenţiali preiau comanda inimii numai în situaţii patologice.

■ În condiţii patologice se pot forma focare ectopice de automatism, atât în musculatura atrială, cât şi în cea ventriculară, care pot genera extrasistole sau ritmuri patologice.

MIOCARDUL CONTRACTIL (DE LUCRU)Muşchi striat special - sinciţiu în care celule musculare sunt

conectate în serie prin discurile intercalare).Fibrele musculare: sarcolemă, sarcoplasmă, nucleu cu 1-2 nucleoli. 1. Sarcolema – bistrat lipidic situat central, de o parte şi de

alta există componente proteice;- în structura membranei 55% proteine, 25% fosfolipide, 13% colesterol, 4% alte lipide, 3% glucide;

lipidele – porţiuni hidrofile spre componentele proteice şi hidrofobe orientate spre centrul stratului lipidic.

proteine – integrate (străbat grosimea membranei) şi periferice (proteine canal şi transportoare=carrier şi enzime)

glucide – complexe de glicoproteine sau complexe cu lipidele; alcătuiesc stratul exterior=glicocalixul (contribuie la sarcinile negative de la nivelul membranei şi la legăturile intercelulare; participă la reacţiile imune)Zona de contact dintre 2 celule – discuri intercalare (zona cu cea mai mică rezistenţă electrică, rol în transmiterea influxului electric!).

2. Sarcoplasma: organite comune:

- mitocondrii (40% din vol. celulei)- aparat Golgi- RE în care este înglobat:

- sistemul tubular transversal în “T” (format prin invaginarea membranei la nivelul mb. Z)

- sistemul tubular longitudinal “L” (în vecinătatea sist. în T prezintă dilataţii – cisterne terminale în care se găsesc

veziculele lui Ebashi – stochează o cantitate mare de Ca2+).

La m. striat scheletic cele 2 cisterne terminale+sist. transversal = complexul numit triadă (formaţiune prin care se realizează cuplarea excitaţiei cu contracţia; se face legătura dintre fenomenul electric de suprafaţă şi cel mecanic intracelular)

La miocard este prezentă doar o cisternă terminală = diadă. Datorită acestui fapt, miocardul apelează în mai mare măsură la ionii de Ca din mediul extracelular.

organite specifice – miofibrile (300-600 ptr. fiecare celulă miocardică) alcătuite din miofilamente de proteine contractile (actina şi miozina);

Miofilamentele se organizează în sarcomere (sarcomerul=porţiunea delimitată între 2 membrane Z);

Miofilamentele de actină sunt subţiri, se inseră pe membrana Z. Între ele se plasează în porţiunea centrală miofilamente groase de miozină.

În fibra musculară striată – alternanţă de porţiuni cu densitate optică mai redusă= discuri izotrope (clare) şi porţiuni cu densitate optică mai mare= discuri întunecate (anizotrope).

FENOMENELE ELECTRICE DE FENOMENELE ELECTRICE DE LA NIVELUL MIOCARDULUILA NIVELUL MIOCARDULUI

■ Pot fi evidenţiate prin tehnica “voltage-clamp” care prin intermediul unor electrozi subţiri de sticlă permite măsurarea transmembranară a fluxului ionilor şi a diferenţei de potenţial electric de o parte şi de alta a membranei.

Prin folosirea microelectrozilor s-a constatat că, în repaus membrana este polarizată electric, cu sarcini pozitive la exterior şi negative în interior.

■ Acesta polaritate este determinată de repartiţia asimetrică, neuniformă a ionilor de o parte şi de alta a membranei celulare.

■ Migrarea ionilor este condiţionată de:

- permeabilitatea membranei (dependentă de tipul şi numărul canalelor ionice deschise la un moment-dat);

- de activitatea pompelor ionice.

Măsurarea potenţialului membranar Măsurarea potenţialului de acţiune la nerv

MEDIUL INTRACELULAR(mEq/L)

MEDIUL EXTRACELULAR(mEq/L)

Na+ 10-12 138-142 (ionul mediului

extracelular)

K+ 145 – 152 (ionul mediului

intracelular)

4 – 5

Mg++ 3 1

Ca2+ 10-8 M 10-3M; 4 – 5 mEq/L

Cl- 4-5 102 - 104

Proteine 155 18

Tabel. Repartiţia ionilor de o parte şi de alta a membranei.

Din tabel şi schemă se deduce că:În repaus există un gradient chimic sau de concentraţie ionică.

■ În virtutea acestuia, K+ tinde să iasă din celulă, cu atât mai mult cu cât permeabilitatea membranei îi este favorabilă – canalele de K+ sunt deschise.

Efluxului de K+ i se opun forţele electrice (gradientul electric), deoarece apar forţe de respingere între sarcinile electrice de acelaşi sens.

■ Na+ tinde să intre în celulă, cu atât mai mult cu cât este atras şi de electronegativitatea intracelulară. În repaus, membrana este impermeabilă

pentru Na+ (canalele de Na sunt închise).

Gradientul de concentraţie şi canalele de K+ deschise determină un curent de K+ către exteriorul celulei, până când surplusul de sarcini pozitive va induce o barieră electrostatică care va stopa ieşirea acesui ion. În acest moment între exteriorul şi interiorul celulei se stabileşte o diferenţă de potenţial, care, pentru fibra miocardică adultă este de -80, -90 mV.

Prin urmare, potenţialul de repaus este determinat de efluxul de K+

Deci, sarcinile pozitive de pe faţa externă sunt date de efluxul de K+ şi de prezenţa Na+-ului

Sarcinile negative de pe faţa internă a membranei sunt date de anionii proteici, sulfaţi şi fosfaţi, rămaşi singuri, fără K+-ul care-i neutraliză electric.

POTENŢIALUL DE ACŢIUNEPOTENŢIALUL DE ACŢIUNE LA FIBRA LA FIBRA MIOCARDICMIOCARDICĂĂ ADULT ADULTĂĂ

Aplicarea unui stimul cu intensitate prag va produce un răspuns “tot sau nimic” din partea miocardului. Primul eveniment în generarea potenţialului de acţiune îl constituie creşterea bruscă a permeabilităţii membranei, ca urmare a deschiderii canalelor rapide pentru Na+, ceea ce are ca rezultat micşorarea diferenţei de potenţial cu –15 mV. În acest moment se atinge potenţialul prag (-90 -15 = -75 mV). Acum se deschid canalele rapide pentru Na+, dependente de voltaj, iar Na+

va intra rapid, “în avalanşă”, aducând un surplus de sarcini pozitive, care vor inversa polaritatea iniţială = depolarizare (rapid în 1-2 msec).

Intrarea Na+- ului în celulă, rapid, pasiv determina o depolarizare ce depăşeşte cu +20, +30 mV valoarea 0 („overshoot").

La formarea vârfului PA, peste 0 mV până la +20,+30 mV participă şi canalele de calciu, care se deschid. Intrarea Na+ se opreşte brusc. Această oprire bruscă se datoreşte închiderii porţii de inactivare a canalului de Na+.

Întreaga amplitudine a PA este de 110 – 120 mV.

REPOLARIZAREAREPOLARIZAREA

Repolarizarea lentă pasivă (fazele 1 şi 2). - datorită depolarizării a dispărut bariera electrostatică care împiedică ieşirea K+. Prin urmare, acesta va ieşi masiv din celulă datorită gradientului de

concentraţie, permeabilităţii mari – canalele lente de K se deschid şi gradientului electric. El va aduce sarcini pozitive care determină scăderea PA până în jurul valorii de 0 mV.

- imediat după vârful PA se deschid şi canalele de Cl- şi se produce un influx pasiv de Cl-, până în jurul valorii de 0 mV- faza 1;

- în jurul valorii de 0 mV se deschid canalele lente de Ca2+, care sunt dependente de voltaj şi începe intrarea lentă a calciului în celula; intră şi Na+ în cantitate mică

Deoarece iese un ion pozitiv (K+) şi intră altul tot pozitiv (Ca2+), valoarea PA va rămâne constantă, în jurul valorii de 0. Se înscrie un platou caracteristic fibrei miocardice = faza a 2-a a PA. Ca2+ intrat este necesar pentru cuplarea excitaţiei cu contracţia.

Canalele lente de CaCanalele lente de Ca2+2+ - - ţţintintăă terapeuticterapeuticăă

Canalele lente de calciu sunt blocate de verapamil (Isoptin, Verelan, Calan).Are acţiune antagonică epinefrinei, scăzând frecvenţa şi amplitudinea contracţiei, dar NU prin inhibiţie competitivă ca beta-blocantele, ci prin scăderea influxul depolarizant de Ca2+ la nivelul nodulilor de automatism şi a fibrelor contractile.Verapamilul scade conducerea stimulilor prin NAV, protejând ventriculii de tahicardiile cu origine atrială.

Este folosit în tratamentul hipertensiunii arteriale, anginei pectorale, aritmiei cardiace (clasa a IV a de antiaritmice) şi ca substanţe vasodilatatoare.

Voltage-Gated Calcium Channel ►►►►

REPOLARIZAREAREPOLARIZAREA

Repolarizarea rapidRepolarizarea rapidăă, activ, activăă – faza 3 – faza 3

ÎÎn acest moment existn acest moment existăă urm urmăătoarea situatoarea situaţţie: ie:

- din punct de vedere - din punct de vedere electric,electric, al polarit al polarităţăţii, ii, membrana a revenit prin membrana a revenit prin repolarizare la situarepolarizare la situaţţia de repausia de repaus,, cu sarcini pozitive la exterior cu sarcini pozitive la exterior şşi negativei negative la la interior; interior; deci, celula ar fi aptdeci, celula ar fi aptăă pentru o nou pentru o nouăă depolarizare; depolarizare;

- acest lucru nu este posibil datorit- acest lucru nu este posibil datorităă repartirepartiţţiei ionilor, care nu au revenit la iei ionilor, care nu au revenit la starea inistarea iniţţialialăă, adic, adicăă Na Na++ este este îîn celuln celulăă, iar K, iar K+ + îîn afarn afarăă. Nici unul dintre ace. Nici unul dintre aceşşti ti ioni nu-ioni nu-şşi poate restabili pozii poate restabili poziţţia de repausia de repaus,, deoarece deoarece ar trebui sar trebui săă se mi se mişşte te îîmpotriva mpotriva gradientului de concentragradientului de concentraţţie.ie. Prin urmare Prin urmare,, este nevoie de este nevoie de intervenintervenţţia unei foria unei forţţe e

active care sactive care săă scoat scoatăă Na Na++ din celul din celulăă şşi si săă introduc introducăă K K++. . Aceasta este pompa de Aceasta este pompa de NaNa++-K-K++ sau ATP-aza Na sau ATP-aza Na++-K-K++ dependent dependentă.ă.

REPOLARIZAREAREPOLARIZAREARepolarizarea rapidRepolarizarea rapidăă, activ, activăă – – faza 3 a PA faza 3 a PA

ATP-aza NaATP-aza Na++-K-K++ - este o protein - este o proteinăă canal, cu canal, cu 2 subunit2 subunităţăţi alfai alfa şşi 2 betai 2 beta. Subunit. Subunităţăţile ile alfaalfa sunt fosforilate sunt fosforilate şşi formeazi formeazăă un canal un canal de transport ionic. Este responsabilde transport ionic. Este responsabilăă de de menmenţţinerea homeostaziei intracelulare a inerea homeostaziei intracelulare a NaNa++ şşi Ki K++ şşi de meni de menţţinerea poteninerea potenţţialului ialului membranar de repaus.membranar de repaus.

Energia necesarEnergia necesarăă func funcţţionionăării este rii este furnizatfurnizatăă de de hidroliza ATP-ului;hidroliza ATP-ului;

Are un decalaj de timp Are un decalaj de timp şşi eficieni eficienţăţă: : pompeazpompeazăă la exterior la exterior 3 Na 3 Na++, mai rapid , mai rapid şşi i recuperează în recuperează în celulă 2 Kcelulă 2 K++, mai lent, mai lent. .

DatoritDatorităă cupl cuplăării imperfecte se produc variarii imperfecte se produc variaţţii ale potenii ale potenţţialului cunoscute sub numele de ialului cunoscute sub numele de postpotenpostpotenţţial negativ ial negativ PPN şPPN şi postpoteni postpotenţţial pozitivial pozitiv PPP PPP. .

DatoritDatorităă ATP-azei ATP-azei se reface polaritatea se reface polaritatea şşi repartii repartiţţia ionicia ionicăă ini iniţţialialăă a celulei care este apt a celulei care este aptăă pentru un nou rpentru un nou răăspuns (contracspuns (contracţţie).ie). La sfârşit, intervine şLa sfârşit, intervine şi i pompa de Cpompa de Cll-- care pompează în care pompează în exterior Cexterior Cll-- intrat imediat după vârful P.A.intrat imediat după vârful P.A.

Curba PA revine la -90 mV, Curba PA revine la -90 mV, îînscriindu-se nscriindu-se faza a-4-a a PAfaza a-4-a a PA, caracterizat, caracterizatăă de de efluxul de Kefluxul de K++ şşi i activitatea ATP-azei Naactivitatea ATP-azei Na++ - K - K++, adic, adicăă se revine la starea de repaus. se revine la starea de repaus.

ATP-aza Na+-K+ - ţintă terapeutică

■ ATP-aza Na+-K+ este inhibată de glicozidele cardiace. Acestea se administrează în insuficienţa cardiacă şi în aritmii.Efectul este de creştere a cantităţii de Na+ care rămâne în miocit. Ca urmare a acumulării sodiului va creşte şi concentraţia intracelulară de Ca2+ disponibilă pentru contracţia miocardică (încetineşte expulzia calciului prin acţiune asupra pompei de schimb Na+-Ca2+).

■ Exemple de glicozide cardiace: - Strophanthus – ouabain - strophanthin - Digitalis lanata şi Digitalis purpurea – digoxin, digitoxin

Digitalis lanata ►►►►

O contractilitate mai bună înseamnă un debit cardiac mai mare, dar şi reducerea distensiei cordului.

Faza 0 – DepolarizareFaza 0 – Depolarizare (1-2 msec) (1-2 msec)

– – se deschid canalele rapide de Nase deschid canalele rapide de Na++ şşi acesta intri acesta intrăă rapid ( rapid (îîn n avalansavalansăă) ) îîn celuln celulăă..

- celula se depolarizeaz- celula se depolarizeazăă: negativ la exterior, pozitiv : negativ la exterior, pozitiv îîn n interior;interior;

Faza 1 – RepolarizareFaza 1 – Repolarizare lentă pasivă:precoce scurtă lentă pasivă:precoce scurtă

-- intr intrăă Cl Cl-- prin canalele rapide de Cl, voltaj prin canalele rapide de Cl, voltaj dependentedependente

- iese K-ul prin canalele lente, voltaj dependente de K+ - iese K-ul prin canalele lente, voltaj dependente de K+

Faza 2 – RepolarizareFaza 2 – Repolarizare pasivă pasivă (platou)–100 msec(platou)–100 msec

– – intrintrăă Ca Ca2+2+ şşi i îîn cantitate mai micn cantitate mai micăă Na Na++ prin canalele lente prin canalele lente de Cade Ca2+2+ şşi Nai Na++

- iese K- iese K++ prin canalele lente, voltaj dependente de K prin canalele lente, voltaj dependente de K++

Faza 3 – RepolarizareFaza 3 – Repolarizare rapidă activă 100-150 msec rapidă activă 100-150 msec – – pompa de Napompa de Na++-K-K++ ( (rapidrapid 3Na 3Na++, , lentlent 2K 2K++))Faza 4 – Repaus (repolarizare)Faza 4 – Repaus (repolarizare)

- eflux de K prin canalele Keflux de K prin canalele K- pompa de Napompa de Na++-K-K++

FAZELE POTENŢIALULUI DE ACŢIUNE

Caracteristici generale ale PA la fibrele cu răspuns rapid Amplitudinea totală a PA = 120 -130 mV

Durata PA – aprox. 300 ms Durata PA scade la frecvenţe mari (tahicardie) şi creşte la frecvenţe mici (bradicardie)

 

Corelaţia fazelor PA miocardic cu traseul ECG • depolarizarea ventriculară - se corelează

cu complexul QRS;• repolarizarea ventriculară - se corelează

cu intervalul ST.• vârful undei T corespunde cu perioada

supranormală PSN.

Perioadele de excitabilitate ale muşchiului cardiacCa orice Ca orice ţţesut, miocardul este refractar (inexcitabil) la o nouesut, miocardul este refractar (inexcitabil) la o nouăă

stimulare stimulare îîn timpul PAn timpul PA..Perioada refractarPerioada refractarăă absolut absolutăă (PRA) (PRA) a PA la fibra miocardic a PA la fibra miocardicăă contractilcontractilăă este de este de 250 – 300 ms. 250 – 300 ms.

Indiferent de intensitatea stimulului aplicat Indiferent de intensitatea stimulului aplicat îîn acest interval, miocardul este n acest interval, miocardul este inexcitabilinexcitabil

- faza 0 →1/2 fazei 3- deoarece PRA este lungă, celulele cardiace nu dezvoltă

tetanie.Perioada refractară relativă (PRR)50 ms. - finalul fazei 3;

Un stimul puternic aplicat în acest moment poate fi urmat de un răspuns prematur, numit

extrasistolă.Perioada supranormală (PSN) – durată mică, la sfârşitul fazei 3-caracteristică fibrelor PurkinjePerioada normoexcitabilă (PNE) – corespunde fazei 4.

Corelaţii PA-ECG

Durata mare a perioadei refractareDurata mare a perioadei refractare absolute absolute şşi i relarelaţţia de ia de suprapunere suprapunere îîn timp a fenomenului electric (PA) cu cel mecanic n timp a fenomenului electric (PA) cu cel mecanic (contrac(contracţţiaia) fac imposibil) fac imposibilăă sumarea contrac sumarea contracţţiilor iilor şşi aparii apariţţia ia tetanosuluitetanosului. Din acest motiv, contrac. Din acest motiv, contracţţia miocardului este de tip ia miocardului este de tip secussecusăă..

Corelaţia dintre fenomenul electric şi mecanic la fibra musculară scheleticăDurata scurtă a PA şi a PRA face ca, în cea mai mare parte, muşchiul scheletic să fie în afara perioadei refractare, fiind apt de o nouă contracţie. Aplicarea unor stimuli pe panta descendentă şi ascendentă a secusei este urmată de noi răspunsuri, care se însumează, determinând apariţia tetanosului.

Corelaţia fenomenului electric cu cel mecanic (contracţia) la fibra miocardică.Contracţia miocardului este de tip secusă.

Durata aproximativ egală a celor două fenomene face ca, în sistolă, cordul să fie în PRA a PA, deci inapt de o nouă excitaţie şi de un nou răspuns.

Fiind inexcitabil în sistolă, cordul NU TETANIZEAZĂ.

VariaVariaţţiile de excitabilitate ale miocardului au fost demonstrate de Marey (iile de excitabilitate ale miocardului au fost demonstrate de Marey (18761876) ) pe cordul de broascpe cordul de broascăă..

Rezultatele experimentului au fost schematizate Rezultatele experimentului au fost schematizate îîn n LEGEA MAREYLEGEA MAREY sau sau LEGEA INEXCITABILITLEGEA INEXCITABILITĂŢĂŢII PERIODICE A LUI MAREY, care are II PERIODICE A LUI MAREY, care are urmurmăătorul enuntorul enunţţ::

Marey, Étienne Jules 1830 - 1904

Miocardul este inexcitabil Miocardul este inexcitabil îîn sistoln sistolăă şşi excitabil ci excitabil căătre tre finalul acesteia finalul acesteia şşi i îîn diastoln diastolăă..

EXTRASISTOLA = Contracţie prematură

Apare prin acţiunea unui stimul supranumerar provenit dintr-un focar ectopic sau aplicat de un experimentator (curent electric) către finalul contracţiei, când miocardul se află din punct de vedere electric în perioada refractară relativă.

Ca urmare a apariţiei extrasistolei, stimulul normal venit din centrul de automatism (S3 în figură) nu va mai iniţia o nouă contracţie, deoarece acum, miocardul se află în PRA a potenţialului de acţiune care a precedat contracţia precoce. Se va instala o diastolă prelungită sau pauză compensatorie.

Rândul 1 – succesiune de sistole şi diastole survenite la intervale egale de timp produse de stimuli (S1….S7) care vin din centrul normal de automatism – gg. Remack

Rândurile 2, 3 – un stimul (steluţa) aplicat în timpul sistolei nu produce un nou răspuns. Din punct de vedere electric, miocardul se află în PRA a PA, care coincide în timp cu sistola. Traseul nu se modifică.

Rândurile 4, 5, 6 – stimulii aplicaţi la finalul sistolei, pe panta descendentă a acesteia, în PRR a PA produc o contracţie prematură, adică, aceasta survine rapid după a 2-a sistolă (cea produsă de S2).

După acest răspuns prematur apare o diastolă mai lungă, deoarece următorul stimul normal, S3 va acţiona în PRA a extrasistolei, de fapt a PA care o precede. Fenomenul mecanic (contracţia) nu are perioadă refractară.

Se observă că sistola produsă de S3 dispare în graficele din rândurile 4, 5, 6 fiind inlocuită cu o diastolă prelungită.

Imaginea: Cardigrama Marey (inima de broască)

O membrană depolarizată

este inexcitabilă !