Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

10. fejezet - A szív működése

10. fejezet - A szív működése

A vért egész életünk folyamán a szív tartja keringésben. A szív elektromechanikus pumpa, benne spontán ritmikusan keletkező akciós potenciálok hatására összehúzódás (szisztolé) és ellazulás (diasztolé) váltják egymást. A szív megállása – hacsak nem történik azonnali cardiopulmonalis resuscitatio – az élet végét jelenti.

Gerinces fajokban a szív ritmikus összehúzódásai magában a szívben keletkeznek (automácia). Normálisan a szívműködést az autonóm idegrendszer két része, a szimpatikus és a paraszimpatikus idegrendszer folyamatosan (tónusosan) szabályozza. A szív azonban a beidegzés teljes hiányában is képes funkcióját ellátni: ez az emberen végzett szívátültetés megvalósulása (1967) óta hosszú távon is bebizonyosodott. Jelenleg több ezer ember él átültetett (transzplantált) szívvel, amelynek semmilyen idegi szabályozása nincs.

A szív – a benne lévő kötőszövet és erek mellett – specializált szívizomsejtekből (myocyták) áll: a sejtekben a vastag és vékony filamentumok sarcomerekbe rendeződtek, és ezért mikroszkópos képben harántcsíkolatot mutatnak. A szívizom azonban jelentősen különbözik a harántcsíkolt vázizomtól, és néhány tulajdonságában közelebb áll az egyegységes simaizomhoz: ezt részletesen a 7. fejezetben ismertettük. Az egyes egymagvú myocyták láncszerűen elhelyezkedő szívizomrostokat képeznek, amelyeket intercalaris korongok kötnek össze. Az intercalaris korongokban alacsony elektromos ellenállású réskapcsolatok (gap junction) foglalnak helyet. Az alacsony elektromos ellenállás következtében az akciós potenciálok helyi áramköröket generálnak: a helyi áramkörök ingerületbe hozzák a szomszédos sejteket. A sejtek ily módon syncytiumot alkotnak, és adott ingerre egységes egészként válaszolnak.

Sem a magyar, sem az angol nyelvű szakirodalomban nem teljesen következetes a „sejt” (cell) és a „rost” (fibre) elnevezés használata, felváltva alkalmazzák a pitvari és kamrai „myocyta” és „munkaizomrost” kifejezést, de pl. „Purkinje-rost”-ot említenek.

A szív izomrostjai nem egyformák, morfológiai és elektromos jellemzőik, a membránjukban lévő ioncsatornák, valamint kontraktilitásuk alapján két fő és több altípusba sorolhatók.

A szív tömegének nagy részét pitvari és kamrai myocyták képezik, amelyek kontrakciós erőt generálnak és a pumpafunkciót látják el („munkaizomzat”). Nemcsak a pitvari és kamrai myocyták különböznek, hanem eltérések vannak a különböző lokalizációjú kamrai myocyták között is (epicardialis, középső és endocardialis myocyták). Sokkal kisebb számban fordulnak elő a szívben azok az alább ismeretésre kerülő sejtek, amelyekben a kontraktilis apparátus kevéssé fejlett, és amelyek a szív ingerképzésében (impulzusgenerálás) és ingerületvezetésében szerepelnek.

A szív celluláris elektrofiziológiája: az ingerület keletkezése és vezetése

Elektromos jellemzőik alapján az emlős szívizomsejteket két nagyobb csoportra oszthatjuk. Az egyik csoportot a nodalis szövet képezi, a sinuscsomó (az angol nyelvű irodalomban SA-csomó, sinoatrialis csomó néven ismert) és az atrioventricularis (AV-) csomó egy részének sejtjei. A nodalis szövet sejtjeire jellemző a spontán depolarizáció; nincs valódi, tartós nyugalmi potenciál, a membránpotenciál állandóan fluktuál. A membránpotenciál legnegatívabb értéke – két akciós potenciál között – pozitívabb, mint a K+-ok egyensúlyi potenciálja. A membránban nem működnek gyors, feszültségfüggő Na+-csatornák, mert a nodalis sejtek potenciálviszonyai között inaktivált állapotban vannak. Az akciós potenciál Ca2+-beáramlás következménye, az akciós potenciál lassan jön létre (lassú akciós potenciál),amplitúdója viszonylag alacsony, ezek a sejtek lassan vezetik az ingerületet. A másik csoportba a pitvari és kamrai myocyták és az ingerületvezető rendszer (His-köteg, Tawara-szárak, Purkinje-rostok, az angol nyelvű kardiológiai irodalom mindezeket Purkinje-rendszer néven említi) tartoznak. A sejtek membránjában funkcióképes gyors, feszültségfüggő Na+-csatornák működnek. Az akciós potenciál részben Na+-ok, részben Ca2+-ok beáramlásának következménye. Az akciós potenciál az ún. plató típusú akciós potenciálok közé tartozik. A sejtekben az akciós potenciál gyorsan fejlődik ki, nagy amplitúdójú (gyors akciós potenciál), és az ingerületvezetési sebesség gyors.

Az emlősszív ingerületvezetésében a két típusú sejt alternálva vesz részt. Az inger normálisan a sinuscsomóban képződik (lassú akciós potenciál). A sinuscsomótól pitvari myocyták vezetik az ingerületet (gyors akciós potenciál) az atrioventricularis csomóhoz (10-1. ábra, a kivételeket illetően l. az ábra alsó részét). Az AV-csomó (lassú akciós potenciál) késlelteti az ingerület vezetését. Az emlősszívben a pitvarokat és a kamrákat rostos-inas gyűrű, az annulus fibrosus választja el: az emlősszív így két különálló syncytiumból áll, amelyeket csak egy keskeny vezető híd, a His-köteg köt ösze. Az AV-csomótól a His-köteg, Tawara-szárak és Purkinje-rostok (gyors akciós potenciál) vezetik nagy sebességgel az ingerületet az ugyancsak gyors akciós potenciálú kamrai myocytákhoz (ún. „kamrai munkaizomzat”). [Az angol nyelvű irodalom a His-köteg helyett az atrioventricular (AV-) bundle, a Tawara-szárak helyett a bundle branches kifejezéseket használja.] A pitvar-kamrai átvezetés zavarait (AV-blokk), ezek diagnosztikai jeleit a 11. fejezetben tárgyaljuk.

10-1. ábra . Az emberi szív ingerképző és ingerületvezető rendszere. Shepherd, J. T., Vanhoutte, P. M. (1979): The Human Cardiovascular System: Facts and Concepts. Raven Press, New York, 1979 alapján módosítva. A) Az emberi szív ingerképző (pacemaker) és ingerületvezető rendszere. B) A sinuscsomó és az AV-csomó közötti lehetséges gyors ingerületvezetési utak. Az ábrán bemutatjuk az AV-csomó eltérő vezetési tulajdonságú különböző részeit

A lassú akciós potenciál

Emberben a mintegy 8 mm hosszú és 2 mm vastagságú sinuscsomó a jobb pitvarban a vena cava superior beszájadzásánál helyezkedik el. A sinuscsomó elektromosan instabil sejekből áll, normálisan ez az emlősszív ritmusgenerátora (a magyar nyelvben is elterjedt a „pacemaker” kifejezés). A sinuscsomó sejtjei morfológiailag sem egységesek, és funkcióik is különböznek. Valószínűleg a középső kisebb kerek sejtekben folyik az ingerképzés, míg a perifériásabb hosszabb sejtek vezetik át az ingerületet a pitvari myocytákhoz.

A sinuscsomóhoz hasonló nodalis szövet az atrioventricularis (AV-) csomó, amely az atrioventricularis határon a pitvarközti sövény jobb oldalán, közel a sinus coronarius benyílásához helyezkedik el. Fiziológiásan az AV-csomó az ingerület vezetésében játszik szerepet, de ingerképző képessége is van, bár ingerképző frekvenciája alacsonyabb, mint a sinuscsomóé (l. alább). Az AV-csomó fiziológiás szerepe az ingerület késleltetett átvezetése a His-köteghez.

A sinuscsomó akciós potenciálja

A sinuscsomó ingerképzését az intracellulárisan elvezetett transzmembrán potenciálváltozások és ionáramok alapján lehetett megérteni.

A megelőző akciós potenciál vége felé, a repolarizációs fázisban (l. alább) a membránpotenciál egyre negatívabb lesz, bár nem éri el a K+-ok egyensúlyi potenciálját. Közvetlenül a legnegatívabb potenciálérték elérése után a membránpotenciál lassan pozitívabbá kezd válni (10-2. ábra). Ez a lassú diasztolés depolarizáció szakasza. Ezt a szakaszt szokás „pacemaker potenciál”-ként (ritmusgeneráló potenciálként) is említeni. A depolarizáció fokozatosan gyorsul, és a pacemaker potenciál az akciós potenciál felszálló szárába megy át. A felszálló szár a pitvari vagy kamrai myocyták vagy a Purkinje-rostok akciós potenciáljával összehasonlítva lassan emelkedik, ezért „lassú akciós potenciál”-ként vagy „lassú válasz”-ként említjük. A legpozitívabb érték elérése után a membránpotenciál negatív irányba mozdul el: ez a repolarizáció fázisa, ami átmegy a következő lassú diasztolés depolarizációba.

A membránpotenciál változásainak hátterében a membrán ionáramainak változása áll (l. a 10-2. ábrát). A 10-1. táblázat sorolja fel azokat a legfontosabb ionáramokat, amelyeknek szerepük van a sinuscsomó és az AV-csomó ingerképzésében és az akciós potenciálok kialakításában. (Az ionáramokat Iion jelzéssel rövidítjük.) Az ionáramok ioncsatornák megnyílásának következményei. (Két nem csatornán keresztüli iontranszport-mechanizmus befolyásolja még a membránpotenciált: az elektrogén Na+–K+-pumpa a hiperpolarizáció irányában, míg az elektrogén 3 Na+/Ca2+ kicserélő transzporter a mérsékelt depolarizáció irányában hat.)

A potenciálváltozások kialakulásának megértéséhez induljunk ki a repolarizációs szakasz ionáramaiból. Ebben a szakaszban a sejtet K+-ok kiáramlása repolarizálja. A repolarizáció sebességét a különböző típusú K+-csatornák sűrűsége és nyitó/záró mechanizmusaik határozzák meg. A depolarizáció csökkenésével a K+-csatornák – pontos menetrend szerint – folyamatosan zárulnak: a kifelé irányuló K+-áram intenzitása fokozatosan csökken (ezért a sinuscsomóban a membránpotenciál nem éri el a K+-ok egyensúlyi potenciálját, l. előbb).

A repolarizációs szakasz végén több egymást követő folyamat indul meg, amelyek együttesen felelősek a ritmikus impulzusgenerálásért. Ezek közül a legfontosabb a membránpotenciál adott negatív értékén a hiperpolarizációra nyíló nem specifikus kationcsatornák megnyílása, amelyeken keresztül Na+-ok áramlanak be a sejtbe. Ez az ún. f-áram (If, a rövidítés a funny = furcsa szóból ered, egy olyan csatornát jelez, amely szokatlan módon hiperpolarizációra nyílik; szokásos még az Ih rövidítés is): az If/Ih megindítja a sejt depolarizációját. A feszültségfüggő K+-csatornák progresszív fokozatos záródása és ezzel a kifelé irányuló K+-áram csökkenése hozzájárulhat az f-áram depolarizáló hatásához.

A következő szakaszban két különböző Ca2+-csatorna egymást követően nyílik. Előbb a membrán tranziens Ca2+-csatornái nyílnak, és a befelé irányuló Ca2+-áram (ICa T, a T a tranziens, „tiny” rövidítése) gyorsítja a lassú diasztolés depolarizációt. A membránpotenciál ezt követően eléri az L típusú Ca2+-csatornák nyitási küszöbértékét (a rajtuk keresztül folyó áram ICa L, L itt „large”, „long-lasting” rövidítése). Lényegében az ICa L felelős az akciós potenciál felszálló száráért. A Ca2+-csatornák két típusának egymást követő nyílása teszi lehetővé a lassú diasztolés depolarizáció sima, fokozatos átmenetét akciós potenciálba. Az akciós potenciál csúcsán a membránpotenciál néhány mV-nyi pozitív érték. (Az előzőekben már említettük, hogy a sinuscsomó sejtjei akciós potenciáljában gyors feszültségfüggő Na+-csatornák nem játszanak szerepet: ez az oka annak, hogy az akciós potenciál lassú típusú.)

Az akciós potenciál felszálló szakaszának végén nyílnak a membrán késői K+-csatornái, megindítják a repolarizációt, és ezzel indulhat a következő ciklus. Jelenleg még nem ismerjük pontosan, hogy a sinus- és az AV-csomó repolarizációjában hány K+-csatorna-típus szerepel.

10-2. ábra . Intracellulárisan regisztrált akciós potenciál és a keletkezésének hátterében álló ionáramok nyúl sinuscsomójában. A nyúl szívében az ingerképző frekvencia lényegesen magasabb, mint az emberében, ezért az időbeli viszonyok nem felelnek meg az emberi sinuscsomó időbeli viszonyainak.A rövidítéseket l. a 10-1. táblázat A részében

5.11. táblázat - 10-1. táblázat . A. Az egyes szívrészekben működő legfontosabb ionáramok és funkcióik. Sinuscsomó

Ionáram

(Iion)

Ionspecificitás

Ionáram iránya

Funkció

f-áram (If)

nem specifikus kationcsatorna

befelé

(Na+-áram, hiperpolarizáció aktiválja

pacemaker potenciál

(cAMP szabályozza)

T típusú Ca2+-áram

(ICa T)

Ca2+

befelé

akciós potenciál kezdeti fázisa

L típusú Ca2+-áram

(ICa L)

Ca2+

befelé

akciós potenciál

Késői K+-áram

(IK)

K+

kifelé

depolarizációra nyílik

repolarizáció

ACh-aktivált K+-áram

(IK ACh)

K+

kifelé

hiperpolarizáció

ACh-val szabályozott


Az atrioventricularis csomó felső részében található sejtek ioncsatornái megegyeznek a sinuscsomó sejtjeinek ioncsatornáival

5.12. táblázat - 10-1. táblázat . B. Az egyes szívrészekben működő legfontosabb ionáramok és funkcióik. His-köteg, Tawara-szárak, Purkinje-rostok, pitvari és kamrai myocyták, atrioventricularis csomó alsó része

Ionáram

(Iion)

Ionspecificitás

Ionáram iránya

Funkció

Gyors, feszültségfüggő Na+-áram

(INa)

Na+

befelé

(depolarizációra nyílik)

akciós potenciál (kezdeti)

L típusú Ca2+-áram

(ICa L)

Ca2+

befelé

(depolarizációra nyílik)

akciós potenciál

késői fenntartott fázis

Tranziens, K+-áram

(IK TO)

K+

kifelé

korai repolarizáció

(platófázis előtt)

Késői K+-áram

(IK late)

(delayed rectifier)

K+

kifelé

lassú repolarizáció,

depolarizációra nyílik

Befelé rektifikáló K+-áram (IK1)

K+

kifelé

teljes repolarizáció

ATP-függő K+-áram

(IK ATP)

K+

kifelé

ATP-hiányban nyílik,

korai repolarizáció hypoxiás körülmények között


Az AV-csomó akciós potenciálja

Az AV-csomó emberben mintegy 22 mm hosszú, 10 × 3 mm keresztmetszetű nodalis szövet, szerkezete a sinuscsomóéra emlékeztet. Az AV-csomó sejtjeinek membránpotenciálja – hasonlóan a sinuscsomóéhoz – instabil, bennük lassú diasztolés depolarizáció zajlik, és működésükben nem mutatható ki gyors feszültségfüggő Na+-csatornák szerepe. A diasztolés depolarizáció azonban lassabban fejlődik ki az AV-, mint a sinuscsomóban; mielőtt elérné a Ca2+-csatornák nyitásához szükséges küszöböt (és ezzel akciós potenciált generálhatna), a gyorsan vezető pitvari myocyták már közvetítették a sinuscsomó ingerületét, amely az AV-csomóban akciós potenciált vált ki. Ennek következtében az AV-csomó elektromos ritmusát a sinuscsomó ritmusa vezérli. A sinuscsomó ingerképzésének hiányában az AV-csomó veszi át a ritmusgenerátor szerepét, és a szív 40–55/perc frekvenciával ver. Az AV-csomó sejtjeiben az akciós potenciál kialakulásának mechanizmusa azonos a sinuscsomóéval.

Kivételesen – néha kóros körülmények között – az atrioventricularis csomóból (sőt az ingerületvezető rendszer sejtjeiből) is kiindulhat spontán ingerület; ebben az esetben egy, a normális ingerületi sorban megjelenő extraszisztolé keletkezik. Más, főként kóros esetekben egy ectopiás ingerületi góc (ectopiás fókusz) folyamatosan saját ritmust generál, extraszisztolék sorozatát, amelynek ritmusa szaporább lehet, mint a normális ritmus (l. a 11. fejezetet).

A sinus- és az AV-csomó közötti ingerületvezetés. Normálisan a sinuscsomó és az AV-csomó között nincsenek speciálisan kialakult vezető rostok. Néhány fajban, de néhány emberben is léteznek olyan összeköttetések, amelyek gyorsabban vezetnek, mint a pitvari myocyták (l. még a 10-1. ábrát is). Ezekben az egyedekben a sinuscsomó és az AV-csomó közötti ingerületvezetés ideje rövidebb, mint normálisan (és mint ami optimális); ezt emberben abnormálisnak tartjuk, és kóros következményei lehetnek.

Ingerületvezetés az AV-csomóban

Az AV-csomón belüli vezetés sebessége azonos nagyságrendű a sinuscsomón belüli vezetés sebességével: a sinuscsomón belüli vezetési sebesség 0,01 m/s, az AV-csomón belüli 0,02-0,05 m/s körül van (10-2. táblázat). A pitvari myocyták vezetési sebessége kb. 1,0–1,2 m/s. Az impulzus útját figyelembe véve mintegy 0,08 s-ot vesz igénybe, hogy az akciós potenciál a sinuscsomóról a jobb pitvaron keresztül elérjen az AV-csomóhoz. Az AV-csomóban az ingerület jelentős késést szenved. A késés okai között szerepel a Ca2+-csatornák lassú nyílása és a lassan kifejlődő, kis amplitúdójú akciós potenciál. A késésnek nagy élettani jelentősége van: ez biztosítja, hogy a kamrai szisztolé csak a pitvari összehúzódás befejeződését követően induljon meg, így a pitvari kontrakció a még ellazult kamrákba továbbíthatja a vért.

Az AV-csomó sejtjei még a teljes repolarizáció végén is relatív refrakter állapotban vannak. Ez annyit jelent, hogy ha a sinuscsomó ingerképzési frekvenciája nagy, az AV-csomó vezetése lassúbbodhat.

Az AV-csomót a külső részén elhelyezkedő hosszúkás sejtek a His-köteghez kapcsolják, amely utóbbi sejtjei gyors akciós potenciállal reagálnak. Az AV-csomó közvetíti a gyorsan vezető rendszeren keresztül a sinuscsomó ingerületét a kamra felé.

5.13. táblázat - 10-2. táblázat . Ingerületvezetési sebességek a szívben. Katz, A. M. (1992): Physiology of the Heart. 2. kiadás, Raven Press, New York 475. oldal alapján

Myocyta/rost

ingerületvezetési sebesség m/s

Sinuscsomó

< 0,01

Pitvari myocyták

1,0–1,2

Atrioventricularis csomó

0,02–0,05

His-köteg

1,2–2,0

Purkinje-rostok

2,0–4,0

Kamrai myocyták

0,3–1,0


A különböző forrásmunkák a sinuscsomó és az atrioventricularis csomó ingerületvezetési sebességére eltérő adatokat adnak meg. Egyes közlemények szerint a sinuscsomóban valamivel nagyobb az ingerületvezetési sebesség, mint az atrioventricularis csomóban

„Kamrai ritmus”

Normálisan működő szíven az AV-csomótól distalisan nincs ingerképzés. Egy igen lassú diasztolés depolarizáció a His-kötegben, Tawara-szárakban és Purkinje-rostokban is megjelenhet, de normális szívműködés esetén még mielőtt a depolarizáció elérné a feszültségfüggő csatornák nyitási küszöbét, a felülről érkező akciós potenciál terjed tovább. Azokban az esetekben, amelyekben a pitvari ingerület nem vezetődik át a kamrákra, a Purkinje-rostok veszik át a kamra vezérlését: ezek ingerképző frekvenciája 25–40/min, és ilyen esetekben a kamra ezzel a frekvenciával ver tovább (kamrai ritmus).

Az autonóm beidegzés hatása a szívfrekvenciára

A szív működése folyamatos autonóm idegrendszeri szabályozás alatt áll. A szív frekvenciáját szabályozó szimpatikus és paraszimpatikus impulzusok a sinus- és az AV-csomóra hatnak.

A sinuscsomóra kifejtett hatás. A szimpatikus ingerületek a sinuscsomó ingerképző frekvenciáját fokozzák (pozitív chronotrop hatás), míg a paraszimpatikus (vagus) ingerületek csökkentik az ingerképzés frekvenciáját (negatív chronotrop hatás).

A sinuscsomó sejtjeiben folyamatos alapszintű cAMP-szintézis van. A cAMP-szint szabályozza azon nem specifikus kationcsatornák nyitását és zárását, amelyek az If-áramért felelősek. Az intracelluláris cAMP-szintet a szimpatikus és paraszimpatikus aktivitás mérlege határozza meg, a két autonóm ideg a cAMP-szinten keresztül szabályozza a szívfrekvenciát.

A szimpatikus rostokból az ingerület noradrenalint szabadít fel, amely a sinuscsomó sejtjein lévő ß1-receptorokra hat; az adenilát-cikláz aktiválódik, és a sejtekben többlet-cAMP képződik. (Ezzel azonos hatású a vérkeringéssel a szívhez kerülő adrenalin is.) A megnövekedett cAMP-szint közvetlenül befolyásolja az If-áramot: valamivel meredekebb lesz a spontán diasztolés depolarizáció lefutása (10-3. ábra), és a depolarizáció hamarabb éri el az akciós potenciál kiváltódásához szükséges küszöbpotenciál értékét. Különböző szintetikus β-receptor-izgatók hasonló hatásúak.

A paraszimpatikus hatás legelőször jelentkező és valószínűleg legjelentősebb tényezője az If-áram csökkenése: az áram a szokásosnál negatívabb membránpotenciál-értéknél (azaz később) indul meg, és a diasztolés depolarizáció kevésbé meredek, mint egyébként. A hatást muszkarinos ACh-receptorok közvetítik. A sinuscsomóban a hatás legjelentősebb tényezője az adenilát-cikláz gátlása, az intracelluláris cAMP-szint csökkenése.

A paraszimpatikus hatás másik tényezője speciális K+-csatornák (az IK ACh-áramot vezető csatornák) nyitása, ami a sejt hiperpolarizációjához vezet. Ezt a paraszimpatikus hatást ismerték először fel, és egyes források ma is a szívfrekvencia szabályozásának legfontosabb tényezőjeként említik. Az ACh-érzékeny K+-csatornák a G-fehérjével közvetlenül szabályozott ioncsatornák csoportjába tartoznak (l. az 5. fejezetet). A hiperpolarizáció miatt a diasztolés depolarizáció negatívabb értékről indul, és lassabban érheti el a Ca2+-csatornák nyitásához, az akciós potenciál kiváltásához szükséges küszöbértéket.

Az AV-csomóra kifejtett hatás. Az AV-csomó – hasonlóan a sinuscsomóhoz – autonóm idegrendszeri szabályozás alatt áll: az ingerületvezetés sebessége idegi hatásra megváltozik. Szimpatikus idegi hatásra az ingerületvezetés gyorsul. Ebben a pozitív dromotrop hatásban a Ca2+-csatornák foszforilációja, a Ca2+-áram fokozódása, az ezzel járó meredekebb és nagyobb amplitúdójú akciós potenciál együttesen szerepelnek. Szimpatikus ingerlésre az AV-csomóban is fokozódhat a diasztolés depolarizáció sebessége, ennek következtében ectopiás ingerképzés alakulhat ki, extraszisztolék léphetnek fel. A n. vagus ingerületeinek hatására lassul az ingerületvezetés (negatív dromotrop hatás), sőt erőteljes vagusaktivitás esetén az ingerületvezetés teljesen megszűnik, időszakos vezetési blokk (szívblokk) következik be. A negatív dromotrop hatásban az ACh-érzékeny K+-csatornák megnyílása következtében létrejövő hiperpolarizáció játszik szerepet.

10-3. ábra . A szívfrekvencia autonóm idegrendszeri szabályozása. A) Szimpatikus ideg ingerlésének hatása a sinuscsomó ingerképzésére. B) Vagusingerlés hatása a sinuscsomó ingerképzésére

A sinuscsomó endogén frekvenciája

A transzplantált szív, amelynek semmilyen idegi szabályozása nincs, 100/min körüli frekvenciatartományban működik: a sinuscsomó endogén ingerképző frekvenciája 100/min körüli érték. A szervezeten belül működő szív frekvenciáját a szimpatikus és paraszimpatikus ingerületek együttesen állítják be (l. a 12. fejezetet). Az emberek többségében a 60-70/min közötti nyugalmi szívfrekvencia a domináns vagus tónus következménye.

Az orvosi diagnosztikában fontos lehet a sinuscsomó endogén ingerképzési frekvenciájának ismerete: ennek megállapítására minden efferens idegi szabályozó tényezőt farmakológiai beavatkozásokkal fel kell függeszteni: a szimpatikus idegi hatást ß1-receptor blokkolóval, a paraszimpatikus muszkarinos receptorokat atropinnal iktatják ki. Az endogén ingerképzési frekvencia csökkenése a sinuscsomó megbetegedésére utal (sick sinus syndrome).

A gyors akciós potenciál

A pitvari és kamrai myocyták, valamint az ingerületvezető rendszer sejtjeinek membránpotenciálja a diasztolé stádiumában – azaz a sejt nyugalmi állapotában – megközelíti a K+-ok egyensúlyi potenciálját. Ennek oka, hogy a sejtmembrán befelé rektifikáló K+-csatornái nyugalomban nyitva vannak. Ezen sejtek membránjában gyors, feszültségfüggő Na+-csatornák működnek: ennek következtében az akciós potenciál felszálló szára gyorsan jön létre („gyors akciós potenciál”, a sejteket angolul fast response fibres-ként említik). Az akciós potenciál amplitúdója nagyobb, mint a lassú akciós potenciálú sejtekben, fenntartott depolarizált szakasza van, amelyet a francia plateau alapján plató típusú akciós potenciál néven említünk.

Az akciós potenciálok a membránban elhelyezkedő Na+-, Ca2+- és K+-csatornák szekvenciális aktiválódására és inaktiválódására vezethetők vissza. A membránpotenciál aktuális értéke (azaz az akciós potenciál görbe lefutása) a befelé irányuló, depolarizáló Na+- és Ca2+-áramok, valamint a kifelé irányuló, repolarizáló K+-áram eredőjétől függ. A különböző szívrészekben a Na+-, Ca2+- és K+-csatornák kifejeződése, továbbá működési sajátossága eltérő, ezért a 10-4. ábrán bemutatott akciós potenciálok megjelenése is különbözik. Az eltérések hozzájárulnak a normális, egyirányú ingervezetéshez és szívritmushoz. A csatornaműködésekben bekövetkezett szerzett vagy öröklött változások a repolarizációs folyamat eltéréseit vonják maguk után, és az életet veszélyeztető arrhythmiákhoz vezetnek (l. a 11. fejezetet).

10-4. ábra . A különböző szívrészek intracellulárisan elvezetett lassú és gyors akciós potenciáljai

A különböző feszültségfüggő K+-csatornák

A szívizomban egy sor különböző K+-csatornát azonosítottak: ezek elnevezésének magyarázatát adjuk meg az alábbiakban (l. a 10-1. táblázatot). A nyitott állapotú ún. befelé rektifikáló csatornák (inward rectifier) már mérsékelt depolarizáció hatására is bezárulnak (ezek a csatornák biztosítják a nyugalmi membránpotenciál kialakulását, és szerepet játszanak annak stabilizálásában). A tranziens K+-csatornák (transient outward K+ channel, IK TO) nem rektifikálnak; a membrán depolarizációjára nyílnak, de csak nagyon rövid ideig (ms időtartam) maradnak nyitott állapotban, majd inaktiválódnak. A K+-csatornák harmadik típusa a késői rektifikáló csatorna (delayed rectifier): ezek a csatornák lassan nyílnak meg, és mivel csak lassan inaktiválódnak, hosszabban tartó K+-kiáramlást tesznek lehetővé.

Az ATP-függő K+-csatornák (a rajtuk keresztül folyó K+-áram IK ATP) fiziológiás körülmények között valószínűleg nem játszanak szerepet. Hypoxiás körülmények között, amikor a szívizomsejtek ATP-tartalma csökken, ezek a csatornák nyílhatnak, és korai repolarizációhoz, ritmuszavarokhoz vezetnek.

A gyors akciós potenciál lefolyása

A gyors akciós potenciált mutató rostok nyugalmi potenciálja –90 mV körüli érték. A membrán depolarizálása nyitja a gyors feszültségfüggő Na+-csatornákat, a befelé irányuló Na+-áram (INa) okozza az akciós potenciál felszálló fázisát (upstroke, 10-5. ábra). A felszálló fázis alatt a membrán polaritása negatívból pozitívba vált át: ez az akciós potenciál „túllövés”-e (overshoot). A Na+-csatornák depolarizációra gyorsan inaktiválódnak.

Az akciós potenciál felszálló fázisát a korai repolarizációs fázis (korlátozott repolarizáció) követi: ennek hátterében tranziens, kifelé vezető (más néven korai)K+-csatornák nyitása áll, a K+-ok gradiensük mentén elhagyják a rostokat (tranziens kifelé irányuló K+-áram, IK TO).

A korai repolarizációs fázisban nyílnak a feszültségfüggő Ca2+-csatornák; a befelé irányuló Ca2+-áram következtében a membrán tartósan depolarizált állapotban marad. A Ca2+-áramért főként az L típusú Ca2+-csatornák felelősek. Ez a szakasz az akciós potenciál platófázisa. A platófázisban a befelé irányuló Ca2+-áram többé-kevésbé ellensúlyozza a kifelé irányuló K+-áramot.

Ezután egymást követően további K+-csatornák lépnek működésbe. A depolarizáció hatására nyílnak a lassan nyíló (késői) K+-csatornák és a kifelé irányuló K+-áram lassan repolarizálja a membránt. Amikor a repolarizáció elér egy meghatározott értéket, nyílnak a befelé rektifikáló K+-csatornák (a rajtuk keresztül folyó áram elnevezése IK1). A késői repolarizációs fázisban a K+-csatornákon keresztül kifelé irányuló K+-áram meghaladja a befelé irányuló Ca2+-áramot. A folytatódó K+-áram és a Ca2+-csatornák záródása teszik teljessé a repolarizációt. A teljes depolarizációs-repolarizációs ciklus (azaz az akciós potenciál) időtartama a különböző sejtekben eltér, nagyságrendben néhány száz milliszekundumig tart.

10-5. ábra . A gyors akciós potenciál de- és repolarizációs fázisában szereplő ionáramok. A rövidítéseket l. a 10-1. táblázat B részében

Egyes K+-csatornák genetikai hibája vagy különböző gyógyszerek alkalmazása megnyújthatja a repolarizációs fázist: a kialakuló ún. ”hosszú QT-szindrómá”-t és ennek lehetséges következményeit a 11. fejezet ismerteti.

Nyugalmi szívfrekvencia (nagy átlagban 72/min) mellett egy-egy kamrai ciklus (szisztolé plusz diasztolé) kb. 0,8 s-ig tart: ebből a de- és repolarizációs fázisra kb. 0,3 s (elektromos szisztolé, l. a 11. fejezetet) jut. Ezen frekvencia mellett megfelelő idő jut a szív diasztolés telődésére. Szapora szívműködés mellett a kamrai ciklusok időtartama rövidül: ilyen esetben elsősorban a diasztolé tart rövidebb ideig, de a szisztolés fázis is gyorsul.

A kamrai myocytákban nincs spontán diasztolés depolarizáció: a membránpotenciál ép kamraizomzatban stabil.

A gyors akciós potenciál fázisainak elnevezése

Egyes élettani és kardiológiai források a gyors akciós potenciál egyes fázisait számokkal jelölik (l. a 10-5. ábrát). A „0 fázis” az akciós potenciál gyorsan felszálló szára, ez alatt aktiválódnak a gyors Na+-csatornák. Az „1 fázis” a kezdeti (korai) repolarizáció, hátterében a tranziens K+-csatornákon (IK TO) keresztüli K+-áram van. A „2 fázis”, (platófázis) a nyitott Ca2+-csatornákon keresztüli Ca2+-beáramlás és a különböző K+-csatornákon keresztüli K+-kiáramlás mérlegét reprezentálja. A „3 fázis” a végleges repolarizálódás, ez alatt a K+-kiáramlás meghaladja a Ca2+-beáramlást. A „4 fázis” alatt a teljesen repolarizált sejt nyugalmi potenciálját az IK1-csatornákon keresztüli K+-kiáramlás határozza meg.

A szív refrakter állapota

Az akciós potenciál felszálló szárát követően a gyors feszültségfüggő Na+-csatornák inaktiválódnak, és ebben az állapotban maradnak, amíg a repolarizációs folyamat nem állítja helyre a negatív membránpotenciált. Ennek következtében a szívizom refrakter állapotban van, ingerelhetetlen. A refrakter állapotnak két szakasza van: az abszolút refrakter szakaszban a szív minden inger számára hozzáférhetetlen. Ez egybeesik az akciós potenciál platófázisával. Az abszolút refrakter szakaszt követő relatív refrakter szakaszban az ingerküszöbnél nagyobb intenzitású ingerek már képesek akciós potenciál, ill. kontrakciós válasz kiváltására. Az akciós potenciál időtartamára kiterjedő refrakter szakasz miatt sorozatos ingerek alkalmazásakor a szívizom egyes kontrakciói nem folynak össze.

Ha egy ectopiás inger a sinuscsomón kívül keletkezik, a normális sinus ritmusba „betör” egy soron kívüli „külön” összehúzódás, extraszisztolé. Az extraszisztolét követően a sinuscsomóból kiinduló következő ingerület az extraszisztolé okozta refrakter stádiumban találja a pitvart, ezért a soron következő szisztolé kimarad (kompenzációs pauza). Extraszisztolé egészséges embereken is keletkezhet, gyakori vagy halmozott extraszisztolék betegség tünetei lehetnek; az egyén arra lesz figyelmes, hogy „erőset dobban a szíve”, mert a kompenzációs pauza alatt nagyobb lesz a kamratelődés, és erősebben érzi a következő szisztolét. (Extraszisztolét külső elektromos ingerléssel is ki lehet váltani.)

Ingerületvezetés a kamrákon belül

A szív pumpafunkciója szükségessé teszi, hogy az egész kamraizomzat rövid időn belül aktiválódjék. Gyorsan vezető rostok (His-köteg, Tawara-szárak, Purkinje-rostok) vezetik az ingerületet az AV-csomótól a kamrákhoz, és aktiválják a gyorsan vezető kamrai myocytákat.

Az AV-csomó distalis (alsó) vége a His-kötegbe megy át, amely utóbbi az egyetlen vezető összeköttetés a pitvarok és a kamrák között. A His-köteg két szárra oszlik: a magyar és a német nyelvű kardiológiai irodalomban a Tawara-szár elnevezés honosodott meg, az angol nyelvű irodalom jobb és bal köteget említ. A jobb Tawara-szár a kamraközti sövény jobb oldalán egyenesen fut lefelé. A lényegesen vastagabb bal Tawara-szár előbb kettéoszlik, majd legyezőszerűen ágazik el, az ágak a kamraközti sövény bal oldalán haladnak a bal kamra myocytáihoz. A His-kötegben, Tawara-szárakban és a Purkinje-rostokban a nagy amplitúdójú akciós potenciál miatt az ingerület gyorsan terjed: a His-kötegtől az ingerület 0,08 s alatt jut el a kamrai myocytákhoz. Az út hosszúsága, továbbá a vezetési sebesség eltérései miatt a kamra nem minden része aktiválódik egyidőben. A kamraközti septum és a papillaris izmok aktiválódnak legelőször. Minthogy a Purkinje-rostok az endocardium alatt haladnak, ez a felszín gyorsan aktiválódik; a vezetés a kamrai myocyták közvetítésével az endocardialis felszíntől az epicardialis felszín felé irányul; ezek azonban valamivel lassabban vezetnek, mint a Purkinje-rostok.

Az egyes szívrészletek aktiválódásának (depolarizációjának) és repolarizációjának elektrokardiográfiával kimutatható részleteivel a 11. fejezet foglalkozik.

Mechanikai változások a szívciklus során

A 9. fejezetben leírtuk, hogy a keringési rendszerben az áramlást fenntartó erő a működő szív által létrehozott nyomásgradiens. Az egyes szívverések alatti történéseket mint szívciklust foglaljuk össze, ami az összehúzódások (szisztolé) és ellazulások (diasztolé) egész életen át tartó ritmikus alternálása.

A pitvari és a kamrai myocyták üregeket fognak körül, amely üregeket egymástól, ill. a kivezető nagyerektől billentyűk választanak el. Az izom-összehúzódások rövidüléshez és/vagy a feszülés növekedéséhez vezetnek. Az üregképzés következménye, hogy a myocyták összehúzódása az üreg térfogatának megkisebbedését okozhatja, és akkor a vér elhagyja az üreget (ejekció) vagy zárt üreg mellett a nyomás fokozódik. A szívciklust mint a pitvarok és kamrák nyomás- és térfogatváltozásait írhatjuk le. A térfogatcsökkenés és a nyomásnövekedés közötti „választást” a szívbillentyűk pillanatnyi nyitott/zárt állapota határozza meg.

A szívciklus során mind a bal, mind a jobb szívfél vért fogad be, és térfogata megnövekszik; az egymást követő szívverések során a bal és a jobb szívfél térfogatnövekedései időbeli átlagban egyenlőek. A diasztolé végén a térfogat elnevezése végdiasztolés térfogat (EDV, end-diastolc volume), a szisztolé végén az elnevezés végszisztolés térfogat (ESV, end-systolic volume). A kettő különbsége a verőtérfogat [helyenként pulzustérfogatnak, angolul stroke volume-nak (SV) említik]; ez az a térfogat, amelyet az összehúzódó kamra az aortába vagy a truncus pulmonalisba ürít. Lényeges megjegyeznünk, hogy a legerőteljesebb szisztolé sem üríti ki teljesen a kamrát: a szisztolé végén nagyjából a verőtérfogatnak megfelelő vér marad vissza a kamrában. Az ürített és a végdiasztolés térfogat aránya (SV/EDV) az ejekciós frakció (EF), a klinikai kardiológiában a szív teljesítőképességének indikátora. A nemzetközi szakirodalomban használt angol eredetű rövidítéseket, amelyeknek többsége a magyar kardiológiai szaknyelvbe is átment a 10-3. táblázat ismerteti.

A szívciklus pontos leírása akkor vált először lehetségessé, amikor állatkísérletben (kutyán), nyitott mellkas és mesterségesen fenntartott ventiláció mellett torzításmentesen regisztrálták a szívüregek nyomásváltozásait, és ezzel egyidejűleg a szívüregek térfogatváltozásait. A bal szívfél nyomás- és térfogatváltozásait a 10-6. ábrán mutatjuk be, és ezeket az elektrokardiogrammal (EKG), továbbá a szívhangokkal korreláltatjuk. A nyomásméréseket a későbbiekben szívkatéterezés és nyomástranszducerek segítségével emberen is elvégezték (invazív vizsgálati technika, diagnosztikai céllal ma is alkalmazzák). A szívciklusról való ismereteinket forradalmasította a nem invazív (és így teljesen veszélytelen) echokardiográfia bevezetése. Az ultrahanghullámok visszaverődésén alapuló képalkotó eljárással a működő emberi szív és a nagyerek geometriai adatait, a szív térfogatváltozásait (EDV, ESV), a verőtérfogatot, a billentyűk helyzetváltozásait láthatóvá és mérhetővé lehet tenni. A nyugalmi szívciklus egyes fázisainak időtartama a 10-4. táblázatban szerepel.

5.14. táblázat - 10-3. táblázat . A kardiológiában használt nemzetközi rövidítések

Rövidítés

Jelentés

Dimenzió

SV

verőtérfogat (stroke volume)

ml

EDV

végdiasztolés térfogat

ml

ESV

végszisztolés térfogat

ml

EF

ejekciós frakció (bal kamra)

dimenzió nélkül(SV/EDV)

EDP

végdiasztolés nyomás

Hgmm

ESP

végszisztolés nyomás

Hgmm

ESPVR

„End-systolic pressure volume relationship”

Δ Hgmm/Δ ml

dP/dt

a bal kamrai nyomásváltozás első deriváltja

CO (a magyar nyelvű irodalom nem használja)

„cardiac output”, perctérfogat

ml/min vagy l/min


SV = EDV – ESV

5.15. táblázat - 10-4. táblázat . A szívciklus egyes szakaszainak időtartama emberben (nyugalmi körülmények között). Katz, A. M. (1992): Physiology of the Heart. 2. kiadás, Raven Press, New York 363. oldal alapján

Szakasz

Időtartam (ms)

Izovolumetriás összehúzódás

50

Maximális ejekció

90

Csökkent ejekció

130

Kamrai szisztolé időtartama

270

Protodiasztolé*

40

Izovolumetriás ellazulás

80

Gyors telődés

110

Lassú telődés (diasztázis)

190

Pitvari szisztolé

110

Teljes kamrai diasztolé időtartama

530


* Protodiasztolé alatt a kamrai relaxáció kezdetétől a semilunaris billentyűk zárodásáig tartó szakaszt értették: a fogalmat ma már csak ritkán használják

10-6. ábra . A szívciklus során lejátszódó változások

A szívbillentyűk helyzetváltozásai

A véráramlást a szívbillentyűk teszik egyirányúvá: az atrioventricularis [bicuspidalis (mitralis) és tricuspidalis] billentyűk a pitvarokat a kamráktól, a semilunaris billentyűk a kamrákat kifolyásuktól, az aortától, ill. a truncus pulmonalistól választják el. A jól működő billentyűk szelepként funkcionálnak: a vér csak egy irányban, a pitvarból a kamrákba, ill. a kamrákból a nagyerek felé áramolhat, lényeges visszafelé áramlás (regurgitatio) nem fordulhat elő.

A szívbillentyűk zárt/nyitott helyzetét a két oldaluk felől rájuk nehezedő nyomás különbsége határozza meg. Így, ha a pitvarokban a nyomás valamivel nagyobb, mint a kamrákban, az atrioventricularis billentyűk nyitottak, ha viszont a kamrákban a nyomás meghaladja a pitvari nyomást, a billentyűk záródnak. Hasonló módon, ha a kamrák űrterében a nyomás meghaladja az utánuk következő nagyér nyomását, a semilunaris billentyűk nyitva vannak; záródnak, ha a kamrai nyomás az aorta, ill. a truncus pulmonalis nyomása alá csökken.

A billentyűk nyitott helyzetében a billentyűk mögötti nyomás párhuzamosan változik a billentyűk előtti nyomással. A jobb pitvar és kamra nyomásai a tricuspidalis billentyű nyitott helyzetében, ugyanígy a bal pitvari és kamrai nyomások nyitott bicuspidalis billentyű mellett közel azonosak. Az atrioventricularis billentyűk zárt helyzetében elválik egymástól a pitvar és a kamra nyomása. Hasonló módon a semilunaris billentyűk nyitott helyzetében a kamrák és a folytatásukat képező nagyerek nyomása párhuzamosan, míg zárt helyzetben eltérően változik.

A billentyűk működésének ez a leírása szükségszerűen túlegyszerűsített: az eredeti megállapításokat módosította az echokardiográfia bevezetése. A billentyűk valóságos helyzetének megjelenítése a billentyűk mozgásának váratlan részleteit derítette fel: ezek közül a legfontosabbakat a szívciklus eseményeinek leírásával együtt ismertetjük.

A diasztolés telődés

A kamrák telődési szakasza a pitvarok és a kamrák elektromos repolarizációját követően kezdődik. Az a periódus, amely alatt mind a két pitvar, mind pedig a két kamra ellazult állapotban van, kb. 0,4 s-ig tart, ez a kettős diasztolé szakasza. A vena cavákban és a tüdővénákban a nyomás valamivel meghaladja a pitvari nyomást (a jobb és a bal pitvar nyomása között különbség van, 10-5. táblázat); a pitvari nyomások kb. 1 Hgmm-rel meghaladják a kamrai nyomásokat. Az atrioventricularis nyomáskülönbség nyitva tartja az atrioventricularis billentyűket: a vér akadálytalanul áramlik a kamrákba. A kamratelődés ezalatt azonban nem egyenletes: a kamradiasztolé első szakaszában a vér beáramlása gyorsabb (gyors diasztolés telődés), később pedig jelentősen lelassul (csökkent diasztolés telődés). A semilunaris billentyűk ebben a szakaszban zártak, a kamrákat nem hagyja el vér. A passzív disztenzió következtében a két kamra térfogata növekszik, bennük a nyomás nagyon kis mértékben emelkedik.

Annak ellenére, hogy a jobb és a bal kamra verőtérfogatai – több szívciklus átlagában – azonosak, ez nem jelenti, hogy a két kamra egyidejű verőtérfogatai is egyenlőek: valójában minden egyes szívciklus során különböznek. Ennek oka, hogy a be- és a kilégzés ellentétesen változtatja meg a jobb és a bal pitvarba érkező vénás beáramlást. Belégzés alatt valamivel több vér áramlik a jobb pitvarba, mint kilégzés alatt, ezért a belégzés alatt a verőtérfogat is nagyobb, mint kilégzéskor. Ezzel szemben a bal pitvari vénás visszaáramlás (vénás telődés) kisebb a belégzés alatt, mint kilégzéskor (a tüdő több vért tárol): ez kisebb bal kamrai verőtérfogatban nyilvánul meg. Ezek a különbségek azonban egyetlen légzési ciklus alatt kiegyenlítődnek.

Amikor a sinuscsomó ingerülete áttevődik a pitvari myocytákra és a pitvarok összehúzódnak (pitvari szisztolé), mindkét kamra diasztoléban van még. Ebben a szakaszban a pitvarok vért továbbítanak a kamrákba, ez teszi teljessé a kamratelődést. Ezzel egyidőben a pitvarok térfogata csökken, a kamrák térfogata eléri a végső, végdiasztolés értéket (EDV).

A pitvari szisztolé részaránya a kamrai telődésben változó; jelentős mértékben függ a szívműködés frekvenciájától, a diasztolé időtartamától. Átlagos nyugalmi szívfrekvencia mellett, fiatal felnőttben a pitvari szisztolé a kamrai telődés mintegy 20%-áért felelős. Alacsony frekvenciájú szívműködés, az ezzel járó hosszú diasztolé esetén a részarány csökken. Idősebb korban a pitvari szisztolé részaránya növekszik, 50 év felett a kamratelődés 40%-áért is felelős lehet.

A diasztolés telődés alatt a kamrai nyomás a beáramló vér térfogatától, továbbá a kamrafal tágulékonyságától (ΔV/ΔP, compliance) függ. A vékony falú jobb kamra tágulékonyabb, mint a vastag falú bal kamra, de a bal kamra esetében is a nyomás emelkedése mindaddig kicsiny, amíg a sarcomerek hossza nem közelíti meg a maximális sarcomerhossz 90%-át.

5.16. táblázat - 10-5. táblázat A. A jobb és a bal szívfél nyomásviszonyainak összehasonlítása. Pitvari nyomásértékek (Hgmm)

Jobb pitvar

Bal pitvar

Átlag

4

8


5.17. táblázat - 10-5. táblázat B. A jobb és a bal szívfél nyomásviszonyainak összehasonlítása. Kamrai nyomásértékek (Hgmm)

Jobb kamra

Bal kamra

Szisztolé, maximális

24

120

Diasztolévégi

1-2

7


A vena jugularis externa pulzálása

A szívciklus során a pitvarban is keletkeznek nyomáshullámok: ezek a pitvari szisztoléval, az atrioventricularis billentyűk záródásával és zárt atrioventricularis billentyűk mellett a pitvar lassú telődésével esnek egybe. A jobb pitvarban keletkező nyomáshullámokat a nagy vérköri vénákban mint térfogatingadozásokat („térfogatpulzus”) észlelhetjük. A nyomásemelkedések idején a vér beáramlása a pitvarokba akadályozott, az odavezető vénákban torlódik a vér, a vénák térfogata megnő. Ezek a térfogatváltozások hanyatt fekvő személyek vena jugularis externáját szabad szemmel megtekintve is jól látszanak. A 10-7. ábra mutatja be a vénás „térfogatpulzust” és az egyidőben felvett pitvari nyomásgörbét.

10-7. ábra . A jobb pitvari nyomásingadozások és a vena jugularis externa térfogatingadozásai a szívciklus alatt. Little, R. C., Little, W. C. (1989): Physiology of the Heart and Circulation. 4. kiadás, Year Book Medical Publ. Chicago ILL alapján. A felső (színes) görbén a v. jugularis externán regisztrált térfogatváltozás (vénapulzus), az alsó (fekete) görbén a jobb pitvar nyomásingadozásai láthatók. A függőleges szaggatott vonalak jelzik, hogy a vénapulzus később következik be, mint az azt létrehozó pitvari nyomásváltozás

A kamrai szisztolé

A pitvarok szisztoléját némi késéssel követi a kamraizomzat aktiválódása és a kamrák szisztoléja. A kamrákban emelkedő nyomás a kamrai szisztolé kezdetén azonnal zárja az atrioventricularis billentyűket. A papillaris izmok és a billentyűk széle között húzódó ínhúrok (chordae tendineae) megakadályozzák a vitorlák átfordulását a pitvarokba, de a billentyűk kismértékben így is beboltosulnak a pitvarok üregébe, ahol kisfokú nyomásemelkedést hoznak létre. Az atrioventricularis billentyűk záródása hangjelenséggel (hangfrekvenciás rezgésekkel) jár: részben a billentyűzáródás felelős az első (szisztolés) szívhangért.

A szisztolét megelőzően a jobb kamrában a nyomás kb. 4, a bal kamrában kb. 8 Hgmm (l. a 10-5. táblázatot). A kamraszisztolé kezdetén, amint az atrioventricularis billentyűk záródnak, a kamrán belüli nyomás meredeken emelkedik. Ebben a szakaszban a truncus pulmonalisban és az aortában uralkodó diasztolés nyomás meghaladja a kamrákon belüli nyomást, és zárva tartja a semilunaris billentyűket. Ilyen módon a kamrák bemeneti és kifolyási útja egyaránt zárt, a vér semmilyen irányba nem távozhat. Ezért a szisztolé első szakaszában a kamrákon belüli nyomás (a két kamrában különböző mértékben) meredeken emelkedik, a kamrák térfogata pedig nem változik. Az összehúzódásnak ezt a szakaszát izovolumetriás kontrakciónak nevezzük (ritkán használt szinonima: izovolumiás szakasz; ezt a fázist régebben izometriás kontrakcióként említették, mivel úgy vélték, hogy a szív méretei nem változnak). A pontosabb mérések kiderítették, hogy a kamrák körfogata kissé megnő, a bázis-csúcs távolság megrövidül, és a kamrák alakja a gömbhöz közelít. A szakasz időtartama kb. 50 ms; ezalatt a bal kamrai nyomás kb. 70 Hgmm-rel emelkedik, a jobb kamrai nyomásemelkedés kb. 20 Hgmm.

Az izovolumetriás kamrakontrakció kezdetén az atrioventricularis billentyűket rögzítő rostos gyűrű (annulus fibrosus) síkja lefelé, a szívcsúcs felé mozdul. Ezzel az elmozdulással a pitvarok térfogata megnövekszik, bennük a nyomás csökken, ezzel meggyorsul a vér beáramlása a vena cavákból és pulmonalisokból a pitvarokba (szívó hatás). Ennek alapján a szívet szívó-nyomó pumpának tartjuk.

A kamra-összehúzódás addig izovolumetriás, amíg a kamrák űrterében lévő nyomás eléri a truncus pulmonalis (9 Hgmm), ill. aorta (80 Hgmm) diasztolés nyomását. Ezen nyomásértékek elérését követően megnyílnak a semilunaris billentyűk, és mindegyik kamra közös űrteret alkot a folytatását képező nagyérrel, a nyomások párhuzamosan változnak (a kamrai nyomás minimális mértékben meghaladja a nagyér nyomását). A kamráknak a nagyerekben uralkodó nyomással szemben kell kilökniük a vért. Az izomrostok összehúzódása rövidüléssel jár, izotóniás összehúzódás. (Minthogy az összehúzódás feszülést is generál, egyes könyvek auxotóniás kontrakció néven említik, ez azonban nem vált általánossá.) A kamrák és a nagyerek közötti nyomásgradiens következtében a vér a truncus pulmonalisba, ill. aortába távozik, ez a kamra-összehúzódás ejekciós fázisa.

Az izotóniás összehúzódás kezdetén a kamrák ürülése gyors (gyors ejekció), majd az ürülés lelassul (csökkent ejekció): a két fázis alatt kilökött vér együttes mennyisége a verőtérfogat, más néven pulzustérfogat. Egy-egy emberi kamra nyugalomban egy szisztolé alatt 70–80 ml vért lök ki (a jobb és a bal kamra között a légzési ciklusnak megfelelően átmeneti különbségek vannak, l. alább). A teljes kamraszisztolé időtartama – emberben, 72/min frekvencia mellett – 270 ms, a verőtérfogat több mint 80%-a az első 90 ms alatt hagyja el a kamrát.

A gyors ejekció szakasza alatt a kamrai nyomás tovább emelkedik, majd tetőzik, és a csökkent ejekció fázisában csökken. A truncus pulmonalis és az aorta nyomásprofiljait a 9. fejezetben ismertettük: emberben nyugalomban az aorta nyomása kb. 120 Hgmm-ig, a truncus pulmonalisé kb. 24 Hgmm-ig emelkedik.

A kamrák soha nem ürülnek teljesen ki, a szisztolé végén mintegy 40-80 ml vér marad mindegyik kamrában (végszisztolés térfogat, ESV, l. előbb). Az előzőekben már említettük az ejekciós frakció (EF) fogalmát, ami a szokásos mozaikszavak alkalmazásával:

EF = SV EDV

amely egyenletben SV (stroke volume) a verőtérfogat szokásos rövidítése.

A bal kamrai EF normális értéke emberben 0,5–0,7 között változik. Az EF meghatározására az echokardiográfia szolgál. Ha az EF nyugalmi körülmények között kevesebb, mint 0,4, vagy megterhelésre nem emelkedik a nyugalmi érték fölé, ez a kamrafunkció súlyos elégtelenségét jelzi. (Az EF meghatározása a szívsebészetben a preoperatív diagnosztika része.)

A kamradiasztolé

A kamra repolarizációjával a kamrai myocyták ellazulnak: ezt a kamrában és a nagyerekben a nyomás további csökkenése kíséri. A kamrákon belül gyorsabban csökken a nyomás, mint akár az aortában, akár az arteria pulmonalisban: a megelőző nyomásgradiens iránya megfordul, az erekben a nyomás meghaladja a kamrákon belüli nyomást. A kamrákból megtorpan a vér kiáramlása, majd a semilunaris billentyűk elzárják az ereket a kamrák űrterétől. Ettől kezdve a kamrai és az erekben uralkodó nyomásprofilok szétválnak.

A következőkben az aorta nyomásprofilját ismertetjük. Az aorta semilunaris billentyűinek záródása lassítja az aortában az áramlást, és az aorta nyomásgörbéjén éles hullám, az incisura („bevágás”) látható (l. a 9-7. ábrát). A továbbiakban az aortában a nyomás annak megfelelően csökken, ahogyan az aortában tárolt vér a periféria felé áramlik; legkisebb értékét, a diasztolés nyomást a következő kamraszisztolét közvetlenül megelőzően éri el. (A 10-6. ábra megtekintésekor látható, hogy az aorta semilunaris billentyűi alacsonyabb nyomás mellett nyílnak, mint záródnak.)

A semilunaris billentyűk záródása vibrációval jár, amelyet mint második szívhangot (S2) lehet hallani.

A két kamra működésében néhány tíz ms-ot kitevő időkülönbség, aszinkrónia figyelhető meg. Ennek oka részben a kamrákon belüli ingerületvezetés különbsége. Az aszinkrónia másik oka a két vérkör artériás nyomásprofiljaiban rejlik. Az aortabillentyűk 20–50 ms-mal korábban zárnak, mint a truncus pulmonalis billentyűi.

Miután a semilunaris billentyűk záródtak, ismét zárttá válik a kamrák bemeneti és kifolyási kapuja. Ez az időszak, amelyben a kamrák teljesen zárt üregeket képeznek, kb. 80 ms-ig tart: a kamrák térfogata a folytatódó izomellazulás ellenére nem változik, ez az izovolumetriás diasztoléperiódusa.

Amikor a kamrai nyomás kisebb lesz a pitvari nyomásnál, az atrioventricularis billentyűk lassan (35–40 ms alatt) megnyílnak. Ezzel megkezdődik a diasztolé izotóniás („auxotóniás”)szakasza, a pitvarok és a kamrák ismét egy-egy közös üreget képeznek. A billentyűket rögzítő annulus fibrosus a bázis irányába mozdul (emlékezzünk, az izovolumetriás szisztolé kezdetén lefelé, a szívcsúcs felé mozdult). A gyűrű felfelé húzódása kismérvű nyomásemelkedést hoz létre a pitvarokban: ez a pitvar nyomásgörbéjén kis pozitív hullám formájában látható, és valószínűleg elősegíti a vér áramlását a pitvarból a kamrába. A pitvarok és kamrák együttes diasztoléját követően kezdődik a következő szívciklus.

A szívciklus során keletkező hangrezgések analízise

Fizikai értelemben minden szívhang zörej; az orvosi szóhasználatban a normálisan hallható hangrezgések a „szívhangok”, a kórosak pedig „szívzörejek”. Az orvosi diagnosztikának máig is állandó eljárása a szív fölötti hallgatózás, az auscultatio. A hallgatózást kiegészítheti a sokszor nem is hallható hangrezgések elektromos regisztrálása, a fonokardiográfia.

A fonokardiogramon megjelenő rezgéscsoportokat (l. a 10-5. ábrát) időbeli fellépésüknek megfelelően számokkal jelöljük: S1, S2, S3 és S4 (S: sound). Hallgatózással ezek közül az S1 és S2 hallható rendszeresen, ezek adják az említett első és második szívhangot. Az S3 alkalmanként hallható, az S4 csak regisztrálható.

Az első szívhang (S1) az atrioventricularis billentyűk záródásának idejében jelenik meg. A fonokardiogramon három komponens különül el: 1. kis intenzitású és alacsony frekvenciájú rezgések rövid sorozata, amelyet a kamraizomzat összehúzódása okoz, 2. nagyobb amplitúdójú (hangosabb) rezgések, amelyek eredete a billentyűk pozícióváltása és az azt kísérő turbulens áramlás, végül 3. alacsonyabb intenzitású, füllel nem hallható rezgéscsoport, amelyet a kamrai ejekció turbulens áramlása okoz.

A második szívhang (S2) a kamrai ejekció végére esik, az aorta és a truncus pulmonalis billentyűinek záródását követi: a turbulens áramlás rezgésbe hozza a semilunaris billentyűket. Az S2 a billentyűk aszinkrón záródása miatt két, egymástól 20–50 ms-nyira lévő rezgéscsoportra különül el: az első az aorta-, a második pedig a truncus pulmonalis billentyűk záródásának következménye. Belégzésnél a kettő közötti intervallum nagyobb, kilégzésnél kisebb.

A harmadik szívhangot (S3) a diasztolé alatt egyes egyedekben lehet hallani, ill. regisztrálni. Oka a gyors telődés végén a papillaris izmok és az atrioventricularis billentyűk szabad széle között húzódó ínhúrok megfeszülése és rezgései. Az S3 ezért akkor kifejezett, ha a kamratelődés különösen nagy: gyermekekben és fiatal felnőttekben, továbbá a terhesség utolsó trimeszterében normális jelenség. A fonokardiogramon látható, de csak ritkán hallható negyedik szívhang (S4) a pitvari szisztoléhoz kapcsolódik, oka a megnövekedett kamrai nyomás okozta turbulens áramlás.

A szívműködés kóros állapotaiban valamennyi ismertetett szívhang intenzitásában, jellegében vagy időzítésében megváltozhat, az áramlási viszonyok megváltozása az ismertetett szívhangok között további „zörejek” megjelenéséhez vezethet.

A szívizom összehúzódásának élettana

A szív a verőtérfogatot a keringési rendszer nagy tágulékonyságú, alacsony nyomású vénás oldaláról az alacsony tágulékonyságú, nagy nyomású artériás oldalra továbbítja. A következő fejezetrész tárgya a nyomásgenerálás (erőkifejtés).

A szívizomrostok – hasonlóan a harántcsíkolt vázizomrostokhoz – kontraktilis (aktív) és nem kontraktilis rugalmas és viszkózus (passzív) elemekből épülnek fel. A kontraktilis elemek összehúzódása először a sorosan kapcsolt passzív elemekre tevődik át, azokat megfeszíti, a myocyták ezt követően rövidülnek meg.

A szív myocytáinak működését a 7. fejezetben írtuk le. A kontrakció mechanizmusa a vastag és a vékony filamentumok közötti kereszthidak képződése és felbomlása (kereszthídciklus). Az interdigitáló vastag és vékony filamentumok egymáson való elcsúszása egymáshoz közelíti a Z-korongokat. A filamentumok csúszását a myoplasma Ca2+-koncentrációjának emelkedése indítja meg és tartja fent. A kifejtett erő a kereszthidak keletkezésének intenzitásától és a ciklusok ismétlődési rátájától függ.

Az összehúzódások erejének szabályozásában a vázizom és a szívizom hasonlóságokat mutat. Valójában a szívizom biofizikájának legfontosabb alapfogalmait (mint az összehúzódások ereje, előterhelés, utóterhelés) eredetileg a vázizomzatban állapították meg, és ezeket a fogalmakat később alkalmazták a szívizomra. Az összehúzódások erejének a vázizmokon kialakított fogalmát azonban egy egyszerű szerkezeti megfontolás alapján alkalmazni kellett a szívre: ugyanis a közel párhuzamos izomrostokból álló vázizommal szöges ellentétben a szív myocytái „burkolatot képeznek egy vérrészlet körül”: a myocyták bemeneti és kimeneti nyílással bíró üregeket képeznek, és emiatt összehúzódásuk nyomást generál. Az összehúzódás alatt kifejlődő nyomás az összehúzódás erejével függ össze.

A hasonlóságokon túlmenően azonban a szív- és a vázizom több szempontból is különbözik. A vázizmokat alkotó egyes rostok egyedileg húzódnak össze, a kontrakció ereje az összehúzódó rostok számával arányos. Ezzel szemben a szív myocytái együttesen húzódnak össze, azaz a szisztolé alatt valamennyi myocyta részt vesz az összehúzódásban; az összehúzódás ereje a sejtek szintjén szabályozódik. (Ennek okát az előzőekben már megadtuk, az egyedi myocytákat alacsony elektromos ellenállású réskapcsolatok kötik össze.) További lényeges különbségek: az összehúzódás megindításának módja, az elektromechanikai kapcsolásban szereplő Ca2+-ok forrása, az akciós potenciál és az összehúzódás időskálája, az akciós potenciál, a refrakter állapot és az összehúzódás közötti összefüggés.

A Ca2+-ok forrása

A szív myocytáinak összehúzódását akciós potenciáljuk hozza létre (10-8. ábra, excitációs-kontrakciós kapcsolat, elektromechanikai kapcsolás). Az akciós potenciál alatt a myoplasma Ca2+-koncentrációja emelkedik, és Ca2+-tranziens alakul ki. Az összehúzódást a myoplasma emelkedett Ca2+-koncentrációja váltja ki.

A Ca2+-koncentráció emelkedésének két forrása van. A Ca2+-ok egyik forrása az extracelluláris tér: az extracelluláris Ca2+-ok a plazmamembrán L típusú Ca2+-csatornáin keresztül az akciós potenciál platófázisa alatt áramlanak be. Minél hosszabb a platófázis, annál több Ca2+ áramlik a sejtbe. Az L típusú Ca2+-csatornákon keresztüli Ca2+-beáramlás ugyan csak mintegy 10%-ban lehet felelős a Ca2+-jel kialakulásáért, de nélkülözhetetlen a másik Ca2+-forrás, a sarcoplasma-reticulum Ca2+-csatornáinak megnyílásához (l. a 7. fejezetet). Izolált szívben Ca2+-hiányos közegben megszűnik a kontraktilitás. A sarcoplasma-reticulumból (SR) kiáramló Ca2+-ok a teljes Ca2+-emelkedés mintegy 90%-áért felelősek.

A myoplasma megnövekedett Ca2+-szintjét a relaxációs szakasz alatt három folyamat állítja helyre. 1. A sarcoplasma-reticulum Ca2+-pumpája: a kiáramlott Ca2+ legnagyobb részét ez veszi vissza diasztolé alatt a reticulum belsejébe. A szív kontrakciójára ható inotrop anyagok egy része az SR-pumpa működésének módosításán keresztül hat. 2. Az intracelluláris Ca2+ kicserélése extracelluláris Na+-okkal, amelyet a plazmamembrán (sarcolemma) 3 Na+/Ca2+ antiportere közvetít; a Ca2+-kiáramlás a Na+-gradienshez másodlagosan kapcsolt aktív transzport. 3. A sarcolemma Ca2+-pumpája (primer aktív transzport). A két utóbbi mechanizmus a diasztolé alatt kb. annyi Ca2+-t távolít el, mint amennyi az akciós potenciál platófázisa alatt az L típusú Ca2+-csatornákon keresztül beáramlott a sejtbe.

10-8. ábra . Az akciós potenciál és a mechanikai válasz időbeli lefolyása a szív myocytáiban

Az összehúzódás erejének heterometriás szabályozása (Frank–Starling-mechanizmus)

A szív pumpafunkciójának hatékonyságát meghatározza, hogy a szívizomrostok mekkora erőt (erő/keresztmetszet) képesek generálni, ill. milyen mértékben képesek megrövidülni (rövidült hossz/kezdeti hossz). Ennek tisztázására kísérleti modelleket alakítottak ki, amelyekben az izolált szív feszülésgenerálását mérték, miközben a nyugalmi rosthosszúság változott. Az első ilyen vizsgálatokat békaszíven a 19. század végén Otto Frank végezte: a diasztolés rosthosszúság és kamranyomás összefüggéseire vonatkozó következtetései helyesnek bizonyultak. (Alapvetően fontos vizsgálatairól hosszú ideig megfeledkeztek.)

Frank izolált, spontán működő békaszíveket a sinus venosuson keresztül áramoltatott át; az aorta elzárását követően mérte a kamra nyomásának kifejlődését. Minthogy a kimeneti út (aorta) zárva volt, a perfúziós folyadék a kamrában maradt, és folyamatosan növelte a kamratérfogatot: ezzel egyre nőtt a diasztolé alatt a rosthosszúság. A nyugvó izomrostok nyújtását az izomélettanban és kardiológiában előterhelés (preload) néven említjük, minthogy a terhelés az összehúzódás megkezdődése előtt érvényesül. Kezdetben a rosthosszúság növelésével az összehúzódáskor kifejlődő nyomás emelkedett, de adott nyújtási fokon túl a kamrán belüli nyomás csökkent (10-9. ábra): a rosthosszúság-feszülés összefüggésnek maximuma van.

Frank izolált békaszíven nyert eredményei az in situ működő emlősszívre is érvényesek. A diasztolés rosthosszúság és az összehúzódás ereje közötti összefüggést a 20. század elején – már fejlettebb technikákat alkalmazva – E. H. Starling vizsgálta. Starling az összefüggést a „szív törvényé”-nek nevezte; O. Frank és E. H. Starling tiszteletére a szívműködés ezen alkalmazkodási mechanizmusát a megnövekedett terheléshez Frank–Starling-mechanizmusnak nevezzük. Minthogy ebben az esetben a szív a kontrakció erősségét a kezdeti rosthosszúság változtatásával szabályozza, az alkalmazkodás ezen típusának elnevezése heterometriás szabályozás.

10-9. ábra . Otto Frank kísérlete békaszíven a végdiasztolés kamrai térfogat és a kamrán belüli nyomás összefüggésének kimutatására. Little, R. C., Little, W. C. (1989): Physiology of the Heart and Circulation. 4. kiadás, Year Book Medical Publ. Chicago, ILL alapján. A) A növekvő diasztolés térfogat melletti összehúzódások egymásra helyezett nyomásgörbéi. A kísérlet részleteit l. a szövegben. Az egyes görbék feletti számok a B panelen megadott végdiasztolés térfogatokra vonatkoznak. B) A végdiasztolés és a maximális szisztolés nyomásnak a végdiasztolés térfogattal szembeni ábrázolása az A panelen ábrázolt mérések adataiból számítva. Az alsó görbe a passzív feszülés okozta végdiasztolés nyomás, a felső görbe a maximális szisztolés nyomás. Az aktív feszülésgenerálás a két görbe közötti függőleges távolság. Ezt a függőleges távolságot használjuk fel a C panel megszerkesztésére. C) Az aktív feszülésgenerálást, amelyet a piros folytonos vonal ábrázol, a végdiasztolés térfogattal szemben ábrázoljuk. A szaggatott vonalak megegyeznek a B panelen ábrázolt vonalakkal

Starling emlősszíven végzett kísérleteiben mérte a vénás visszaáramlást, a szív ürítését (szisztolétérfogat és perctérfogat), valamint a szív szisztolés és diasztolés térfogatában bekövetkező változásokat; a vénás visszaáramlás változtatásával együtt változott a centrális vénás nyomás. A vénás visszaáramlás növelésének következménye a centrális vénás nyomás fokozódása, a kamrai végdiasztolés térfogat emelkedése, a kamrai izomrostok megnyúlása volt. Ez az előterhelés (angolul preload) változtatásának felel meg, a kamrai szisztolé kezdetén már nagyobb volt a rosthosszúság (mai kifejezéssel a sarcomerek hossza). A centrális vénás nyomás/sarcomerhossz mint független változó és a perctérfogat mint függő változó összefüggését, az ún. szívfunkciós görbét (angolul cardiac function curve) a 10-10. ábrán mutatjuk be. Az előterhelés növelésével – adott határokon belül – növekedett a kontrakció erőssége, amit a kamrai nyomás emelkedésével lehetett nyomon követni (10-11. ábra).

A perifériás ellenállás növelése felel meg az utóterhelésnek (angolul afterload), mivel a kontrakcióval szembeni nagyobb ellenállás csak akkor nyilvánul meg, amikor a szisztolé során a kamrai nyomás már megnyitotta az aortabillentyűket. Az utóterhelés során/alatt a szív kontrakciós ereje csak fokozatosan emelkedett; ennek következtében a kamra kezdetben nem volt képes a megnövekedett ellenállás ellenében a teljes beáramlott vérmennyiséget továbbítani, a diasztolé végi kamratérfogat megnövekedett, és ennek következtében a szív rövid időn belül ismét a beáramlott vér teljes mennyiségét továbbította. (Starling kísérleti feltételei között a szívfrekvencia nem változott – ép körülmények mellett az alkalmazkodásban a szívfrekvencia változása is szerepel.)

A kontrakció ereje végső soron a ciklusban részt vevő aktin-miozin kereszthidak számától és a ciklusismétlődések sebességétől függ (azaz, hogy az időegységben hány kereszthíd képződik, ami viszont a szívizommiozin ATP-áz-aktivitását tükrözi). Alapszinten a maximálisan lehetséges kereszthidaknak csak mintegy 25%-a vesz részt a ciklusokban; 75%-uk tartalékot képez, ami az erő növelésekor aktiválható. (Figyelem: ez csak az egyes sejtek szintjén érvényes, és nem érinti az összehúzódó myocyták számát!)

A heterometriás szabályozás (autoreguláció) ténye több mint 100 éve ismert; mechanizmusának felderítése újabb keletű. A myocyták kontraktilis filamentumainak Ca2+-érzékenysége hosszúságuktól, azaz megnyújtásuktól függ. Terheletlen állapotban, vagyis nyugalmi hosszúság mellett magasabb intracelluláris Ca2+-koncentráció szükséges adott kontrakciós erő létrehozásához, mint nyújtott állapotban. A heterometriás szabályozás során a kontraktilis apparátus Ca2+-érzékenysége fokozódik. A megnyújtott izmon egy adott Ca2+-koncentráció nagyobb feszülést vált ki, mint nyugalmi sarcomerhossz mellett. (Az ingerre létrejövő Ca2+-szint-emelkedés nem függ a sarcomerhossztól.)

A terhelés változtatása nemcsak az aktív feszülést befolyásolja, hanem a megrövidülés sebességét (Δhossz/Δt) is. Az előzőekben leírtuk, hogy a kontraktilis elemek sorosan kapcsolódnak a rugalmas elemekhez. Az interdigitáló vékony és vastag filamentumok összecsúszása során először a sorosan kapcsolt rugalmas elemek feszülnek meg; az izom tényleges megrövidülése csak ezt követően kezdődhet el. A megrövidülési sebesség akkor a legnagyobb, ha azt semmilyen erő nem ellensúlyozza, azaz a kontrakció teljesen izotóniás. Az izotóniás körülmények között létrejövő maximális kontrakciós sebesség jelölése Vmax. A Vmax-érték voltaképpen a miozin és az aktin közötti kereszthídciklusok ismétlődésétől függ. A terhelés növelésével a megrövidülési sebesség csökken. A Vmax intakt emberen nem mérhető, helyette a kardiológiában a bal kamrában létrejövő nyomásemelkedés sebességét mérjük (dP/dt).

10-10. ábra . A szív percürítésének függése a centrális vénás nyomástól („szívfunkciós görbe”)

10-11 ábra . A kamrai nyomás változása az előterhelés függvényében. Patterson et al. (1914): J. Physiol. (London) 48. 465. alapján újrarajzolva. Felső görbe: a nyomásemelkedés görbéje. Alsó görbe: a passzív feszülés görbéje

Az összehúzódás erejének homeometriás szabályozása (pozitív inotrop hatás)

Inotrop hatáson a szívösszehúzódások erejének változatlan rosthosszúság melletti megváltoztatását értjük: pozitív inotrop hatás az összehúzódások erejének fokozása, negatív inotrop hatás pedig csökkentése. A fiziológiásan vagy gyógyszeresen kiváltott pozitív inotrop hatások többnyire az intracelluláris Ca2+-szint növekedésével függenek össze.

A szimpatikus idegek hatása vagy a mellékvesevelő adrenalinja változatlan diasztolés rosthosszúság mellett fokozza a szívkontrakciók erejét. A katecholaminoknak pozitív inotrop hatásuk van. A változatlan diasztolés rosthosszúság alapján ezt a szabályozást homeometriás szabályozásnak is nevezik. A katecholaminoknak ez a hatása β1-receptorokon keresztül, az adenilát-cikáz aktiválásával és a cAMP-szint növelésével érvényesül.

Laplace törvénye

Laplace törvénye a falfeszülés (Tw, T a tenzióból, w az angol wall szóból ered), az üregen belüli nyomás (P), az üreg sugara (r) és a falvastagság (d) közötti összefüggést írja le. Közelítően gömb alakú üregek esetében (a kamrákat ilyeneknek tekintjük):

T w = P × r d × 2

ill.

P = T w × d × 2 r

A két egyenletből következik, hogy az üreg sugarának növekedése (az összehúzódás alatt kifejlődő) nyomás csökkenéséhez vezet. A kontraktilitás heterometriás szabályozása során a myocyták hossza nő, de ez szükségszerűen megnöveli a szívüregek sugarát – ebből a szempontból a kamrák jelentősek –, és a kamrán belüli nyomás növekedését korlátozza. Egészséges szívben ez még elviselhető. Kóros körülmények között, kitágult szívben azonban egy adott nyomásnövekedés eléréséhez a normálisnál nagyobb falfeszülés és a normálisnál nagyobb energiafelhasználás válik szükségessé.

A perctérfogat és szabályozása

A szervezet normális működésének egyik feltétele a szívnek a körülményekhez alkalmazkodó ürítése. A szív perctérfogata (Ptf, más néven percürítés, angolul cardiac output, rövidítése CO) az a vérmennyiség, amelyet egy szívkamra 1 perc alatt a csatlakozó nagyérbe (aortába, truncus pulmonalisba) juttat. Aritmetikailag a perctérfogat a verőtérfogat (SV) és a szívfrekvencia szorzata: Ptf = szívfrekvencia × SV.

Minthogy a verőtérfogat a végdiasztolés volumen (EDV) és a végszisztolés volumen (ESV) különbsége:

SV = EDV ESV

ezért

Ptf = szívfrekvencia × EDV ESV

Ez a nagyon egyszerű összefüggés már rámutat azokra a módokra, amelyekkel a szervezet szabályozni képes a perctérfogatot: a szívfrekvencia, a végdiasztolés és a végszisztolés térfogat változásai. Az alábbiakban a végszisztolés és a végdiasztolés térfogat szabályozását ismertetjük, amelyek végső fokon meghatározzák a verőtérfogatot. A szívfrekvencia szabályozását a 12. fejezetben tárgyaljuk.

A perctérfogat a testméretektől függ: az 1 m2 testfelületre vonatkoztatott perctérfogatérték a szívindex. A perctérfogat értéke átlagos testméretű fiatal férfiban nyugalomban (hanyatt fekvő helyzetben) átlagosan 5,5 l/min, a szívindex 3,2 l/min. Fekvő helyzetből felállva a perctérfogat 25–30%-kal csökken. A napi aktivitás, továbbá az izgalom változó mértékben fokozza a perctérfogatot.

A perctérfogat meghatározása

A perctérfogat – mint említettük – a legfontosabb keringés-élettani paraméterek egyike. Meghatározása eredetileg a keringésélettan szempontjából volt nagy jelentőségű; a továbbiakban a kardiológia és szívsebészet fejlődésével a klinikai orvostudományban is fontossá vált.

Indikátorhíguláson alapuló eljárások

Az indikátorhígulási (indikátordilúciós) eljárás során valamely alkalmas indikátoranyag ismert mennyiségét gyors injekció (bolus) formájában juttatjuk be valamely nagyobb vénába, vagy szívkatéteren keresztül közvetlenül a jobb szívfélbe. Az indikátor koncentrációját valamelyik artériában sorozatosan mérjük, és az idő függvényében ábrázoljuk (10-12. ábra). Az indikátor hígulása az artériás rendszerben az áramlás intenzitásának függvénye. Az artériás mintákban az indikátor:

  • rövid ideig nem jelenik meg, amely idő szükséges az injekció helyétől a tüdőkeringésen keresztül az artériáig való eljutásra;

  • ezt követően a koncentráció gyorsan emelkedik és maximumot ér el;

  • majd a koncentráció csökken, a csökkenés sebessége az áramlástól függ; végül

  • a koncentráció az indikátor recirkulációja folytán másodszor is emelkedik.

A koncentrációcsökkenés extrapolálása zérusra megadja az egyetlen keringés tranzitidejét (egyszeri tranzitidő). Az indikátor átlagos koncentrációját az extrapolált koncentrációgörbe alatti területből grafikusan kaphatjuk meg. A beadott indikátormennyiséget osztva az átlagos koncentrációval megkapjuk, hogy hány liter vérben oszlott el az indikátor. Ez a térfogat az egyetlen keringés időtartama alatt kerül el a mintavételi ponthoz. Ebből számítjuk ki, hogy egy perc (60 s) alatt mekkora térfogat jut el a mérés helyére. Számpéldában:

a beadott indikátor legyen 5 mg,

az indikátor átlagkoncentrációja 1,6 mg/l,

az egyszeri tranzitidő 39 s,

a perctérfogat = 5 mg / (1,6 mg/l x 39 s) = 0,0801 l/s = 4,77 l/min.

Indikátoranyagként eredetileg könnyen kimutatható festéket alkalmaztak. Jelenleg a klinikai gyakorlatban a festékdilúciós eljárást felváltotta a termodilúciós eljárás, amelyet sorozatosan lehet ismételni, és megbízható folyamatos fizikai mérés (hőmérsékletmérés) helyettesíti a festék kémai meghatározását. A módszer alkalmazásakor az indikátor a jobb pitvarba vezetett speciális katéteren (Swan−Ganz-katéter) keresztül bolusban befecskendezett hideg glukózoldat: az ezáltal létrehozott hőmérséklet-változást a katéter további szakaszán a truncus pulmonalisban lévő termoelem érzékeli. Az átmeneti hőmérséklet-változás helyettesíti a festékkoncentráció változását: teljesen automatizált és digitalizált berendezés számítja és írja ki a perctérfogatot. Így a beteg perctérfogata rövid időközönként követhető.

10-12. ábra . Indikátorhígulási görbe a perctérfogat meghatározására. A görbén a vízszintes tengely az idő (másodpercekben), a függőleges tengely a nyíllal jelzett időpontban gyorsan (bolusban) beadott indikátor koncentrációja az artériás vérben logaritmikus ábrázolásban. A görbe leszálló szárát, mint egyenest hosszabbítjuk meg; ennek metszete az abszcisszán (extrapolálás) megadja az indikátor első keringésének időtartamát (tranzitidő). Az extrapolált koncentrációgörbe alatti területből számítható az indikátor átlagos koncentrációja. A további részleteket l. a szövegben

Perctérfogat-meghatározás a Fick-elv alapján

A 19. századból származó, klasszikus Fick-elv alapja, hogy a tüdőben felvett oxigénmennyiség egyenlő a tüdővénák és az arteria pulmonalis vére közötti O2-koncentráció-különbség és a tüdő véráramlásának szorzatával. Egyenlet formájában:

O 2 felvétel ml min / = O 2 vena   pulmonaris O 2 arteria   pulmonaris × véráramlás ml min /

Ebből a képletből a tüdő véráramlását kifejezve:

Véráramlás l min / = O 2 felvétel ml min / O 2 vena   pulmonaris ml l / O 2 arteria   pulmonaris ml l /

Minthogy a vena pulmonalisok O2-koncentrációja megközelíti a szisztémás artériás O2-koncentrációt (bár azzal nem teljesen azonos), és az arteria pulmonalis vérének O2-koncentrációja azonos a jobb szívfélbeli „kevert vénás vér” O2-koncentrációjával, az egyenletet így is felírhatjuk:

Tüdővéráramlás ml min / = O 2 felvétel ml min / O 2 artériás ml l / O 2 kevert   vénás ml l /

A nagy vérköri és a kis vérköri véráramlás intenzitása azonos. A kis vérköri áramlás meghatározása ezért megadja a bal kamra perctérfogatát is:

perctérfogat ml min / = O 2 felvétel ml min / O 2 artériás ml l / O 2 kevert   vénás ml l /

Szavakban megfogalmazva, a perctérfogat egyenlő a percenkénti O2-felvétel és az arteriovenosus O2-koncentráció-különbség hányadosával.

A meghatározáshoz szükséges artériás vérminta bármely artériából vehető, a kevert vénás vért azonban szívkatéterezéssel kell venni a truncus pulmonalisból (esetleg a jobb kamrából, a jobb pitvarban a vér még nem keveredett megfelelően el).

Példával illusztrálva legyen

– a percenkénti O2-felvétel = 250 ml O2/min,

– az artériás vér O2-koncentrációja = 205 ml O2/liter vér,

– a kevert vénás vér O2-koncentrációja = 155 ml O2/liter vér, ekkor a

perctérfogat (ml/min) = [(250 ml O2/min)] / [(205 ml O2/liter vér) – (155 ml O2/liter vér)] = (250 ml O2/min) / [50 ml O2/1000 ml vér] = 5000 ml/min.

A bal kamra munkadiagramja

A működő bal kamra térfogatát a megfelelő kamrai nyomásértékekkel szemben ábrázolva kapjuk meg a bal kamra munkadiagramját („térfogat/nyomás hurok”, 10-13. ábra). Az összefüggést eredetileg kísérleti állatokon nyert értékek alapján szerkesztették meg; a diagram megszerkesztése lehetséges emberen is, bár az adatok felvételéhez invazív eljárásokat (szívkatéterezés) kell igénybe venni. A szívpumpa dinamikáját és a szabályozást a diagram alapján elemezhetjük. Az alábbi elemzésekben az állatkísérletekben nyert adatokat emberi viszonyokra számítottuk át; a továbbiakban a bal kamra ürítésével foglalkozunk.

A 10-13. ábra A paneljén a nyomás és a térfogatváltozásokat az idő függvényében tüntettük fel; a B panel hurokgörbéje – amelyet az óramutató járásával ellentétesen kell értelmezni – az előző panel adatai alapján készült.

A szisztolé végén a kamra 70 ml vért tartalmaz (a kamra soha nem „üres”). A diasztolés telődés során további 70 ml vér áramlik a kamrába, így a diasztolé végi kamratérfogat („végdiasztolés térfogat”, EDV) kb. 140 ml lesz. A telődés végén (a 10-13. ábra a pontjában) a diasztolé végi nyomás(„végdiasztolés nyomás”, EDP) csak néhány Hgmm-rel emelkedik; a kamrafal nagy tágulékonysága miatt a görbe csaknem párhuzamosan fut az abszcisszával (da szakasz vagy 1. szakasz).

Az a pontot elérve a nyomás az izovolumetriás szisztolé alatt emelkedik (ab szakasz vagy 2. szakasz). Minthogy mind a bicuspidalis, mind az aortabillentyű zár, a bal kamra térfogata nem változik, a hurok merőlegesen emelkedik. Az aortabillentyű akkor nyílik, amikor a bal kamra nyomása eléri az aorta nyomását (b pont). Ezt követően, a 3. szakaszban (bc szakasz, amely megfelel az ejekció szakaszának) a bal kamra térfogata egészen a c pont eléréséig, az aortabillentyű záródásáig csökken. A c pont a végszisztolés térfogatnak (ESV) felel meg. (A 3. szakaszban az ábránk a valóságos nyomásváltozásokat követi; egyes könyvekben az ábrázolások a b és a c pontokat görbe helyett ferdén futó egyenessel kötik össze.) A c pont felel meg a szisztolé végi kamranyomásnak („végszisztolés nyomás”, ESP).

Az izovolumetriás ellazulás alatt a nyomás a c ponttól függőlegesen csökken, a kamratérfogat a c és a d pont között (cd vagy 4. szakasz) változatlan; a d pontban nyílik az atrioventricularis billentyű. Az ab és a cd vonalak közötti távolság felel meg az abszcisszán a verőtérfogatnak.

10-13. ábra . A bal kamrai nyomás-térfogat diagram származtatása. A) A bal kamrai nyomás- és térfogatváltozások. A felső görbe a kamrai nyomás-, az alsó görbe a kamrai térfogatváltozás időbeli ábrázolása. Billentyűzűrás és -nyílás: a a bicuspidalis billentyű záródása; b az aortabillentyű nyílása; c az aortabillentyű záródása és d a bicuspidalis billentyű nyílása. B) A bal kamrai nyomás-térfogat diagram, amelyet az ábra bal oldalán szereplő adatokból szerkeszthetünk meg. Az a–b vonal az izovolumetriás összehúzódásnak, a b–c vonal a gyors és csökkent ejekciónak, a c–d vonal az izovolumetriás ellazulásnak és a d–a vonal a gyors és csökkent diasztolés telődésnek felel meg. Az abszcisszán jelöltük a verőtérfogatot és a kamrai rezervtérfogatot

Starling „szívtörvénye” a munkadiagrammok tükrében

A verőtérfogat a diasztolés telődés függvénye, amely utóbbi a kamrai myocyták hosszát befolyásolja. A vénás beáramlás növekedésével az első néhány szívverés alatt a verőtérfogat nem követi a vénás beáramlás növekményét, és az EDV fokozatosan nő. Az EDV növekedésével párhuzamosan a verőtérfogat is fokozatosan emelkedik. Az állandósult állapotban a verőtérfogat és a perctérfogat megfelel a megnövekedet vénás beáramlásnak. Ebben a helyzetben a nagyobb verőtérfogat mind az EDV, mind az ESV magasabb értékénél áll be. Egyszerűen kifejezve, „a kamra továbbítja az artériák felé, amit a vénás oldal felől kap”. A vénás visszaáramlás a verőtérfogatot és a pertérfogatot az EDV módosításával határozza meg. A 10-14. ábra munkadiagramján látható, hogy mind az EDV, mind az ESV megnövekedett, a térfogat-nyomás görbe jobb felé tolódott úgy, hogy a függőleges vonalak közötti távolság növekedett. A bal kamra nagyobb munkát végez, az a', b', c' és d' pontok által bezárt terület nagyobb, mint az összehasonlításként feltüntetett a, b, c és d pontok által bezárt. Starling a bal kamrai összehúzódások alkalmazkodását a megnövekedett beáramláshoz önszabályozásnak, autoregulációnak nevezte („a szív törvénye”, ez a kifejezés Starling óta polgárjogot nyert). Lényegében ez felel meg az előzőekben ismertetett heterometriás autoregulációnak (Frank–Starling-mechanizmus).

A perifériás ellenállás növelésére a verőtérfogat időlegesen csökken, majd visszatér a kiindulási értékre. Ez a végdiasztolés és végszisztolés térfogat azonos növekedésének eredménye (10-15. ábra). A megnövelt perifériás ellenállás miatt az aortabillentyű magasabb nyomáson nyílik, mint egyébként. A térfogat-nyomás diagramon a b' pont feljebb van, mint eredetileg volt. Ez jellemző az utóterhelésre. Minthogy az ürítés később kezdődik, ezért rövidebb lesz, mint megelőzően volt, a verőtérfogat csökken (a 10-15. ábrán a pontozott hurok); a bal kamra még nem továbbítja a diasztolé alatt beáramló további vérmennyiség egészét, ezért mind az ESV, mind az EDV növekszik. Eközben azonban a vénás visszaáramlás nem változik, ugyanaz a vértérfogat adódik a már nagyobb ESV-hez, és tovább nő az EDV. A megnövekedett diasztolés rosthosszúság erőteljesebb összehúzódást tesz lehetővé, és a kamra a megnövekedett nyomással szemben már képes továbbítani a vért. Az erőteljesebbé váló szívösszehúzódások – több egymást követő szívciklus alatt – helyreállítják a kiindulási verőtérfogatot, miközben mind az EDV, mind az ESV megnő. Az új állandósult állapotban a térfogat-nyomás hurok jobbra tolódott, megnövekedett területe nagyobb munkára utal.

10-14. ábra . A bal kamra nyomás-térfogat diagramja a vénás beáramlás növelését követően (előterhelés). A 10-13. ábra B paneljéhez hasonlóan a vízszintes tengely a kamratérfogat, a függőleges tengely a kamrán belüli nyomás: a kezdeti és végső verőtérfogatot vízszintes téglalapok jelzik

10-15. ábra . A bal kamra nyomás-térfogat diagramja az aortanyomás növelését követően (utóterhelés). Hasonlóan a 10-13. ábra B részéhez, a vízszintes tengely a kamratérfogat, a függőleges tengely a kamrán belüli nyomás. Az ábrán három nyomás-térfogat diagramot tüntettünk fel. A fekete kihúzott vonal a kiindulási állapot nyomás-térfogat összefüggése. A szaggatott színes vonallal jelzett diagramon közvetlenül az aortanyomás növekedése utáni nyomás-térfogat összefüggés látható. A folytonos színes vonal jelzi azt az állapotot, amelyben a kamra a növekedett ellenállással szemben kiürítette az eredeti verőtérfogatot

A pumpafunkció in vivo szabályozása

Hosszú ideig a heterometriás szabályozást, „a szív törvényét” tartották a szívürítés szabályozásában a legfontosabb tényezőnek. A kísérleti adatok alapján úgy vélték, hogy fizikai aktivitás alatt a szív diasztoléban nagyobb lesz. A szív méretét azonban ma nem invazív eljárásokkal, elsősorban echokardiográfiával folyamatosan lehet követni. Egészséges emberekben, különösen ha fizikai terheléshez szoktak, a perctérfogat és a verőtérfogat emelkedését a szív méretének megkisebbedése kíséri (a „szív törvénye” ennek ellenkezőjét sugallta). A szabályozás a szimpatikus beidegzés pozitív inotrop hatásának következménye. Ha viszont a szívürítésnek a szimpatikus beidegzés aktiválódása nélkül kell alkalmazkodnia – pl. β-receptor-blokkolókkal való kezelés során – akkor működésbe lép a Frank–Starling-mechanizmus, a heterometriás szabályozás, a szív diasztolés nagysága növekszik.

A pumpafunkció klinikai vizsgálata

A klinikai kardiológiában gyakran szükséges a myocardium aktuális állapotának, „teljesítőképesség”-ének vagy „kontraktilitás”-ának megítélése. Sem a „teljesítőképesség”, sem a „kontraktilitás” nem határozható meg egzakt fizikai paraméterekkel. Ezen rokon fogalmak megközelítésére alkalmazzák a bal kamrán belüli izovolumetriás nyomásnövekedés maximális sebességének meghatározását (dP/dt)max (azaz, hogy a bal kamrában milyen gyorsan növekszik meg a szisztolé izovolumetriás szakaszában a nyomás). A mérés a bal szívfél katéterezését teszi szükségessé. Egészséges egyénekben a nyomásemelkedés maximális sebessége 1500–2000 Hgmm/s.

A szívizom teljesítőképességének további indikátorát, az ejekciós frakciót (EF) megelőzően ismertettük.

A perctérfogat és a centrális vénás nyomás összefüggése (vascularis funkciós összefüggés)

A vascularis funkciós összefüggés felvételekor a független változó a szív perctérfogata, a függő változó pedig a centrális vénás nyomás (10-16. ábra). Kiindulásnak válasszuk azt az adatpárt, amelyben a perctérfogat 5 l/min, az ehhez tartozó centrális vénás nyomás 2 Hgmm (ezek nem állnak messze a fiziológiás adatoktól). Látható az ábrán, hogy az összefüggés a perctérfogat és a centrális vénás nyomás között fordított, nagyobb perctérfogat – változatlan egyéb feltételek (pl. keringő vértérfogat, perifériás ellenállás) mellett − kisebb, kisebb perctérfogat nagyobb centrális vénás nyomással jár. Áttérve a kísérletes megközelítésről az emberi kóros elváltozásokra, ahogy csökken a bal kamra teljesítőképessége (azaz kisebb lesz a perctérfogat), úgy nő a centrális vénás nyomás (aminek a klinikai diagnosztikában látható jelei vannak, pl. telt nyaki vénák, a máj oedemás megnagyobbodása).

Mi van ennek az összefüggésnek a hátterében? Induljunk ki egy olyan, végletekig leegyszerűsített keringési modellből (10-17. ábra), amelyben csak a pumpa, az alacsony compliance-ű artériás rendszer, a perifériás ellenállás és a magas compliance-ű vénás rendszer szerepel (a modellben mindkét szívfelet és a tüdőkeringést a pumpa részének tekintjük).

A felső panelen mutatjuk be a kiindulási állapotot, ami megfelel a 10-16. ábra A pontjának. Az 5 l/min perctérfogat – adott, változatlan perifériás ellenállás (20 Hgmm × min × liter–1) mellett – a kis tágulékonyságú artériás rendszerbe pumpálva 102 Hgmm-es artériás középnyomást (Pa) hoz létre. A perifériás ellenállást követően a mintegy 20-szor nagyobb tágulékonyságú vénákban a centrális vénás nyomás (Pcv) 2 Hgmm (egyébként a vénás rendszer fogadja be a keringő vértérfogat nagyobb részét). A centrális vénás nyomást közvetlenül meghatározó tényezők között az ellenálláserek felől beáramló vér térfogata, a szív által a nagy vénákból továbbított vér térfogata (azaz a perctérfogat), végül a teljes keringési rendszert kitöltő vér térfogata szerepel. A vért keringésben tartó perfúziós nyomás egyenlő az artériás és a centrális vénás nyomás különbségével (Pa – Pcv), az ábrán szereplő értékek alapján 100 Hgmm.

A 16-17. ábra B paneljében a perctérfogat a 16-16. ábra ábra ’B’ pontjához tartozó egy liter/min értékre csökken, a kevesebb beáramló vér csak kisebb mértékben tágítja az artériás rendszert, az artériás középnyomás a 9. fejezetben tárgyalt okok miatt szintén csökken és – a kisebb artériás és nagyobb vénás compliance miatt a kipumpált vér áthelyeződik az artériákból a vénákba, a centrális vénás nyomás emelkedik (az ábrán 6 Hgmm-re).

A 10-17. ábra modelljében (C panel) hirtelen megáll a szív (ez a helyzet áll elő emberben koszorúér-elzáródást követő, állatkísérletben pedig áramütéssel létrehozott kamrafibrilláció esetén). Ebben az állapotban a bal kamra nem pumpál vért az érrendszerbe (a perctérfogat 0). A szív megállását követően egészen rövid ideig a még fennálló nyomáskülönbség következtében az artériákból vér áramlik a vénákba, ezt követően azonban a nyomás az egész rendszerben (artériák, vénák) kiegyenlítődik. Az alacsony compliance-ű artériák egy adott nyomáson sokkal kevesebb vért fogadnak be, mint a magasabb compliance-ű vénák: ezért a stabilizálódó nyomás végső értékét az artériás és a vénás rendszer compliace-einek aránya (Ca/Cv) határozza meg. Minthogy az artériás compliance csak törtrésze (kb. egyhuszad része) a vénás compliance-nek az adott statikus nyomáson a vértérfogat nagyobb hányada helyezkedik el a vénás, és csak sokkal kisebb hányada az artériás rendszerben. A stabilizálódott áramlásmentes állapotban mért nyomást statikus nyomásnak vagy átlagos keringési töltőnyomásnak (A. Guyton kifejezésével mean circulatory filling pressure) nevezzük. A statikus nyomás csak az érrendszert kitöltő vér térfogatától és a teljes rendszer compliance-étől függ: kisebb vértérfogat mellett értéke kisebb, megnövekedett vértérfogat mellett értéke nagyobb: számértéke a 10-17. ábrán megadott idealizált körülmények között 7 Hgmm.

A vascularis funkciós görbe helyzete a koordinátarendszerben az érpályában helyet foglaló vér térfogatától függ (10-18. ábra). Vérvesztést követően (hypovolaemia) az adott áramláshoz kisebb, vértranszfúziót követően (hypervolaemia) az adott áramláshoz nagyobb centrális vénás nyomásértékek tartoznak: az összefüggést jelző vonalak az ordináta mentén egymással párhuzamosan tolódnak el. A grafikonból a keringési statikus nyomás változása a vértérfogattal is leolvasható.

10-16.ábra . Vascularis funkciós összefüggés: a centrális vénás nyomás emelkedése a perctérfogat csökkenése esetén

10-17. ábra . A nagy vérkör egyszerűsített modellje a vascularis funkciós összefüggés magyarázatára

10-18. ábra . A vértérfogat változásának hatása a vascularis funkciós összefüggésre

A szívműködés energetikája

A szív obligát aerob szerv. A működő szívnek folyamatos vérellátásra (tápanyag- és oxigénellátásra) van szüksége. A mioglobinhoz kötött O2 csak egészen rövid időre fedezheti az oxidációt, és a szívizom felhasználható tápanyagraktára, a glikogén is minimális.

A szívizom a vérben keringő valamennyi tápanyag (glukóz, szabad zsírsavak, ketontestek, aminosavak és laktát) felhasználására képes: a sinus coronarius vérében a laktát koncentrációja alacsonyabb lehet, mint az artériás vérben. Az egyes tápanyagok felhasználásának aránya vérben lévő koncentrációjuktól függ. A felszívást követő (posztabszorptív) állapotban elsősorban szabad zsírsavak használódnak fel, és a glukóz mindössze 1/6–1/7 részben fedezi a szív energiaigényét. Ezzel szemben étkezést követően (felszívási állapot) a hyperglykaemia következtében a szív teljes energiaigényét glukóz fedezi.

A szív O2-felhasználása

A szív O2-fogyasztása a szervezet nyugalmi állapotában 8–10 ml O2 × 100 g–1 × min–1. A megadott érték voltaképpen a bal kamrára vonatkozik, de minthogy ez teszi ki a szív tömegének nagy részét, a továbbiakban ezzel számolhatunk. A felnőtt férfi szíve átlagosan 300 g, tehát nyugalomban a szív O2-fogyasztása kb. 30 ml, ami a szervezet teljes O2-fogyasztásának 12%-a. Az O2-fogyasztás fizikai aktivitás, vagy akár emocionális izgalom hatására fokozódik. Atlétákban a szív O2-fogyasztása akár 70 ml O2 × 100 g–1 × min–1 értéket is elérhet.

A szív O2-extrakciója

O 2 art O 2 ven O 2 art

még nyugalomban is sokkal nagyobb mértékű, mint egyéb szervekben. A szívből elfolyó vénás vér (sinus coronarius vére)O2-szaturációja 25% körül van: ez mintegy 20 Hgmm-es O2-nyomásnak felel meg. Ez annyit is jelent, hogy a szívizomnak növekvő O2-igény esetén alig van lehetősége a 75%-os extrakció növelésére. A nagyobb O2-szükséglet automatikusan nagyobb vérellátási igénnyel jár.

A szív munkája két tényezőből tevődik össze: a szív egyrészt nyomást generál, másrészt kinetikai energiát ad a vérnek. A szív által végzett munka és az O2-fogyasztás között kimutatható összefüggés van. Az O2-fogyasztás mérésének alapján az energiaigény legnagyobb része a nyomásgenerálásra fordítódik, és csak kisebb hányad esik a kinetikai energiára.

Az artériás nyomás, a verőtérfogat, a frekvencia és az O2-fogyasztás összefüggéseit vizsgálva kiszámítható a feszülés-időtartam index: ez a [szisztolés nyomás × (a szisztolés időtartam × min–1) × (szívfrekvenciaütés)] szorzat értéke. Állandó szívfrekvencia mellett, ha a szíven nem érvényesült pozitív inotrop (pl. katecholamin) hatás, az O2-fogyasztás egyenes arányban változott a feszülés-időtartam indexszel.

Mérföldkövek

A máig változatlanul érvényes alapok

1628: William Harvey megfogalmazza, hogy a zárt keringési rendszeren belül a szív a keringés motorja (l. a 9. fejezetet).

1733: Stephen Hales anglikán tiszteletes (aki elsőként mérte meg az artériás vérnyomást, l. a 9. fejezetet) helyesen becsüli meg a szív percürítését.

1845: E. H. Weber és testvére E. F. W. Weber megfigyelik, hogy a nervus vagus elektromos ingerlése lassítja, majd megállítja a szívet.

1852: Stannius a róla elnevezett „Stannius-ligaturák” alkalmazásával megállapítja, hogy a békaszívben az ingerület a sinus venosusban keletkezik, és onnan terjed tovább a pitvarokra és a kamrára.

1855: R. A. Kölliker és H. Müller a békából nyert ideg-izom preparátumot, mint galvanométert használják, és ezzel kimutatják a működő békaszív elektromos aktivitását.

1870: Adolf Fick egy előadásában ismerteti a szív perctérfogatának meghatározására alkalmazható elvét.

1871: Henry P. Bowditsch leírja a szív „minden vagy semmi” törvényét: egy külsőleg alkalmazott elektromos inger, amennyiben elég erős a szív összehúzódásának kiváltására, maximális szívösszehúzódást vált ki.

1880: Sidney Ringer egy véletlen kapcsán felfedezi, hogy a NaCl-oldatba helyezett békaszív működéséhez K+- és Ca2+-ok meghatározott arányú hozzáadására van szükség („Ringer-oldat”).

1906: Tawara a patológus L. Aschoff laboratóriumában dolgozva a jobb pitvar falában kompakt csomót képező sejthalmazt talál, amelynek sejtjei feltűnően különböznek a myocytáktól. Ez az atrioventricularis csomó, amelyet a német irodalom Aschoff–Tawara-csomóként említ.

1907: M. Flack, a hisztológus A. Keith laboratóriumában dolgozva a jobb pitvar falában kisméretű „izomsejteket” talál, amelyek hasonlítanak a Tawara által leírt sejtekhez: ez a mai sinuscsomó (régebbi könyvekben a „Keith–Flack-csomó” elnevezés is megtalálható, angol neve „sinoatrial node”, SA-node). Flack a későbbiekben kimutatja, hogy a csomó környékének helyi hűtése vagy melegítése megváltoztatja a szívfrekvenciát.

1951: Silvio Weidman A. L. Hodgkin cambridgei laboratóriumában kutyaszív Purkinje-rostjaiban intracelluláris elvezetéssel megméri a nyugalmi membránpotenciált és akciós potenciált regisztrál.

Az emberi szervezet vizsgálata és gyógyítása

1816: René Laennec megszerkeszti a sztetoszkópot („hallgatócső”), és a szív feletti hallgatózási leletet szisztematikusan összehasonlítja a később elhunyt betegek kórbonctani leletével. 1818-ban a Francia Tudományos Akadémián beszámol a szív feletti hallgatózásról (auscultatio) és annak diagnosztikai jelentőségéről: az előadás 1819-ben „De l'auscultation médiate” címmel jelenik meg.

1898: G. N. Stewart az indikátorhígulási módszert javasolja a perctérfogat meghatározására.

1903: Willem Einthoven húros galvanométerével a testfelszínről vezeti el a szív elektromos aktivitását, és ezzel megalapozza az elektrokardiográfiát. Az elektrokardiográfiát, mint a kardiológiai diagnosztika alapvető módszerét azonban Sir Thomas Lewis dolgozza ki: klasszikus monográfiája: Mechanism and Graphic Registration of the Heart Beat, London, Shaw, 1925.

1929: Werner Forssmann német urológus saját magán röntgensugár-ellenőrzés mellett uréterkatétert vezet fel a vena cubitin keresztül a szívbe (szívkatéterezés). Az úttörő kisérletet A. F. Cournand és D. W. Richards, Jr. szisztematikus munkával a szívdiagnosztika klinikailag használható módszerévé fejlesztik.

1967: Christian Barnard végrehajtja az első emberi szívátültetést.

A FRANK−STARLING-mechanizmus

1895: Otto Frank megállapítja a szívizomrostok kezdeti hossza és összehúzódási ereje közötti alapvető összefüggést: ez a munka voltaképpen A. Fick (1882) és Blix (1895) vázizomzaton végzett méréseinek kiterjesztése a szívizomra.

1910-től kezdődően: Ernest Henry Starling és munkatársai tökéletesítik az addig alkalmazott szív-tüdő készítményt, és az ezen végzett vizsgálatokkal (újra)felfedezik a diasztolés rosthosszúság és a kontrakció ereje közötti összefüggéseket („a szív törvénye”). Starling a kiterjedt vizsgálatokat 1918-ban közzétett előadásában foglalja össze (The Linacre Lecture on the Law of the Heart, Longmans and Green, London).