Механическая активность сердца Строение и цикл работы сердца Строение и цикл работы сердца Работа клапанного аппарата Работа клапанного аппарата Механизм сокращения кардиомиоцитов Механизм сокращения кардиомиоцитов Электромеханическое сопряжение, влияние медиаторов вегетативной нервной системы Электромеханическое сопряжение, влияние медиаторов вегетативной нервной системы Регуляция работы сердца: «собственная», нервная и гуморальная Регуляция работы сердца: «собственная», нервная и гуморальная

Клапанный аппарат сердца млекопитающих Дуга аорты Нисходящая аорта Левый желудочек Папиллярные мышцы Сухожильные нити Левая легочная вена Левая легочная артерия Полулунный клапан легочной артерии Верхняя полая вена Нижняя полая вена Правый желудочек Правое предсердие Двухстворчатый (митральный) клапан Трех- створчатый клапан Ветви правой легочной артерии Клапан легочной артерии (закрыт) Митральный клапан (открыт) Трехстворчатый клапан (открыт) Клапан аорты (закрыт) Поперечный разрез Полулунный клапан аорты

пока давление в желудочках выше, чем в предсердиях (и створчатые клапаны закрыты): изоволюмическое расслабление пока давление в желудочках не превысило давление в артериях (и полулунные клапаны закрыты): изоволюмическое сокращение Кровоток в сердце во время сердечного цикла показан стрелками. Части миокарда, сокращающиеся на каждой стадии, отмечены цветом. наполнение изгнание Фазы сердечного цикла Поздняя диастола Систола предсердий Изоволюми- ческое сокращение желудочков Изгнание крови из желудочков Изоволюми- ческое расслабление желудочков «ранняя диастола»)

лев. пред- сердие левый желудочек аорта дикротический зубец Поздняя диастола Систола предсердий Изоволюмическое сокращение желудочков Изгнание крови из желудочков Изоволюмическое расслабление желудочков ЭКГ Давление в предсердии, желудочке и аорте (мм рт.ст.) Тоны сердца Объем левого желудочка (мл) P QRS T АК - аортальный клапан МК - митральный клапан Закр. МК Откр.МК Закр. АК Откр. АК Цикл левого сердца Систола предсердий

лев. пред- сердие левый желудочек наполнение предсердий начинается уже на стадии изгнания за счет смещения АВ перегородки наполнение желудочков идет в основном в поздней диастоле; вклад сокращения предсердий составляет 8-10%, но увеличивается при росте частоты сокращений КДО: конечно- диастолический объем мл КСО: конечно- систолический (резервный) объем, 65 мл УО=КДО-КСО ( ударный объем, 70 мл) Фракция выброса = УО/КДО×100% (в норме 40-50%) аорта дикротический зубец Поздняя диастола Систола предсердий Изоволюмическое сокращение желудочков Изгнание крови из желудочков Изоволюмическое расслабление желудочков КДО КСО ЭКГ Давление в предсердии, желудочке и аорте (мм рт.ст.) Тоны сердца Объем левого желудочка (мл) P QRS T АК - аортальный клапан МК - митральный клапан Закр. МК Откр.МК Закр. АК Откр. АК Цикл левого сердца Систола предсердий

Левое сердце Правое сердце Давление крови (мм рт.ст.) Объем желудочков (мл)

Сокращение кардиомиоцитов происходит по принципу скольжения нитей (как и для скелетных мышечных волокон) Миофибриллы – тяжи, состоящие из сократительных белков Саркомер – единица строения и работы миофибриллы

Сокращение кардиомиоцитов происходит по принципу скольжения нитей (как и для скелетных мышечных волокон) Миофибриллы – тяжи, состоящие из сократительных белков Саркомер – единица строения и работы миофибриллы Расположение тропомиозина и тропонинового комплекса на актиновом филаменте Взаимодействие актина и миозина возможно лишь при повышении внутриклеточной концентрации Са 2+ Актин Тропомиозин Низкая концентрация Са 2+ (10 -5 M) Тонкий филамент Толстый филамент Тропониновый комплекс

Динамика основных этапов электромеханического сопряжения в скелетной мышце Потенциал действия Сокращение Изменение внутриклеточной концентрации Ca мс Электромеханическое сопряжение - это сопряжение возбуждения наружной мембраны мышечной клетки (ПД - электрического процесса) и сокращения мышцы (механического ответа)

Влияние дигидропиридина (блокатора потенциалзависимых Са 2+ - каналов L-типа) на потенциал действия и силу сокращения миокарда Влияние дигидропиридина (блокатора потенциалзависимых Са 2+ - каналов L-типа) на потенциал действия и силу сокращения миокарда Са 2+ - каналы L-типа = «дигидропиридиновые рецепторы» (блокируются производными дигидропиридина) СРАВНИТЕЛЬНО НЕБОЛЬШОЕ уменьшение длительности ПД Концентрация дигидропиридина (мкМ) ОЧЕНЬ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ уменьшение силы Контроль

При сокращении 20% Са 2+ поступают из наружной среды, а 80% - из саркоплазматического ретикулума. Но если 20% «не войдут», то 80% «не выйдут» и сокращения не будет! Возбуждение и сокращение Восстановление Основной механизм регуляции силы сокращения - изменение количества «спускового» Са 2+ Ингибирует активность Са-насоса

Ryania speciosa – обитатель тропиков Америки Кальциевые каналы СПР – рианодиновые рецепторы (RyR) Вид сбоку Вид со стороны цитоплазмы Вид изнутри СПР Цитоплазма- тический домен Гидрофобная часть, погруженная в мембрану СПР Центральный ионопроводящий канал Радиальный ионопроводящий канал RyR активируется Са 2+ (в микромолярных концентрациях), АТФ, жирными кислотами, кофеином Инактивируется: Са 2+ (в миллимолярных концентрациях), А.М.Рубцов Соросовский образовательный журнал 2000, том 6, 9, с.17-24

Механизмы выброса Са 2+ из СПР Каждый второй рианодиновый рецептор (RyR) механически связан с «ножками» четырех Са 2+ -каналови L-типа ПДсмещение ножекоткрывание RyRвысвобождение Са 2+ из СПР «Несвязанные» RyR активируются ионами Са 2+ в скелетной мышце в сердечной мышце Нет механической связи между RyR и Са 2+ -каналами L-типа RyR активируются ионами Са 2+, которые входят с клетку через Са 2+ -каналы L-типа (Са 2+ -каналы L-типа)

Скорость нарастания давления во время систолы (dP/dt) – показатель инотропии сердца Давление в левом желудочке (мм рт.ст.)

Отрицательный инотропный эффект стимуляции блуждающего нерва Положительный инотропный эффект стимуляции симпатического звездчатого ганглия Инотропные эффекты медиаторов вегетативной нервной системы Растет скорость сокращения Растет скорость расслабления До стимуляции симпатического ганглия Во время стимуляции симпатического ганглия

Влияние изопротеренола (Iso) на внутриклеточную концентрацию Са 2+ и силу сокращения кардиомиоцитов желудочка Концентрация Са 2+ Сила сокращения Увеличение силы сокращения миокарда при активации β-адренорецепторов связано с повышением внутриклеточной концентрации Са 2+ Люминес- ценция экворина

* * * Протеин- киназа А Na+/K+ насос α 1 -адренорецепторы: активация фосфоинозитидного обмена, в результате образуется инозитолтрифосфат, который вызывает выброс Са 2+ из СПР β-Адренорецепторы: активация аденилатциклазы накопление циклического АМФ активация протенинкиназы А фосфорилирование и активация Са-каналов L-типа; фосфорилирование RyR 2 : увеличение выброса Са 2+ из СПР; фосфорилирование фосфоламбана: «снимается» его ингибирующее влияние на Са-насос, ускорение расслабления Протеин- киназа А Na+/K+ насос Механизмы положительного инотропного действия катехоламинов

А.М.Рубцов Соросовский образовательный журнал 2000, том 6, 9, с Фосфоламбан ингибирует Са-насос. Фосфорилирование фосфоламбана протеинкиназой А устраняет ингибирование, скорость расслабления миокарда увеличивается Регуляция работы Са 2+ -насоса СПР Са 2+ -насос СПР Фосфоламбан Увеличение скорости расслабления обеспечивает доставочное наполнение желудочков при высокой ЧСС

Механизм действия сердечных гликозидов Протеин- киназа А Сердечные гликозиды (оуабаин, дигоксин) подавление работы Na + -K + -насоса рост внутриклеточного Na + подавление работы Na + -Ca 2+ -обменника накопление внутриклеточного Са 2+ и усиление сокращений Оказывают положительное инотропное действие (применяются для лечения сердечной недостаточности) дигоксин Na+/K+ насос

2. Активирует ацетилхолин-зависимые K-каналы (K Ach ), что приводит к укорочению ПД и, следовательно, к уменьшению количества «спускового Са 2+ ) 1. Ингибирует аденилатциклазу: эффекты обратны эффектам катехоламинов Ацетилхолин Механизмы отрицательного инотропного действия ацетилхолина Этот эффект развивается быстрее, чем эффект торможения аденилатциклазы

ЗАКОН ФРАНКА- СТАРЛИНГА («закон сердца»): Чем больше мышца сердца растянута поступающей кровью, тем больше сила сокращения и тем больше крови поступает в артериальную систему

Открытие закона Франка-Старлинга Давление в желудочке (мм рт.ст.) Систолическое Диастолическое Датчик давления Сердце Диастолический объем (мл) Эксперимент, поставленный О.Франком Результаты, полученные Старлингом в сходном эксперименте на сердце собаки Давление, развиваемое в изоволюмическом режиме при различных значениях конечно- диастолического объема

«Классическое» объяснение: при изменении длины саркомера изменяется степень перекрывания актиновых и миозиновых филаментов Сила сокращения (%) Длина саркомера (мкм)

Дополнительные механизмы 1.Уменьшение площади поперечного сечения миофибрилл при увеличении их длины - сближение миофиламентов (миозиновым головкам становится легче цепляться за нити актина) 2.Вход кальция через кальциевые каналы наружной мембраны, активирующиеся при растяжении клетки 3.Повышение чувствительности сократительного аппарата к ионам кальция при растяжении клеток

ЗАКОН ФРАНКА- СТАРЛИНГА («закон сердца»): Чем больше мышца сердца растянута поступающей кровью, тем больше сила сокращения и тем больше крови поступает в артериальную систему Закон Франка-Старлинга обеспечивает: приспособление работы желудочков сердца к увеличению нагрузки объемом; «уравнивание» производительности левого и правого желудочков сердца (в единицу времени в большой и малый круги кровообращения поступает одинаковое количество крови)