curs fiziologie cardiac

Curs Fiziologie - Cardiac

1

FIZIOLOGIA SISTEMULUI CARDIOVASCULAR

Aparatul cardiovascular este constituit din inim (cord) i un sistem de vase sanguine care alctuiesc circulaia mare sau sistemic i circulaia mic sau pulmonar. Sistemul cardio-vascular asigur aprovizionarea tuturor celulelor organismului cu O2, substane nutritive i nlturarea produilor metabolismului celular, transportul substanelor biologic active, uniformizarea temperaturii corporale i procesele de adaptare i aprare ale organismului.

Principalele componente ale aparatului cardio-vascular sunt: Inima are funcie de pomp asigurnd diferenele de presiune necesare circulaiei sngelui n sistemul

cardiovascular Arterele - reprezint ducte de distribuie a sngelui spre organe Microcirculaia - reprezint zona unde se realizeaz schimburile dintre snge i esuturi Venele - servesc ca rezervoare sanguine i colecteaz sngele pentru a-l rentoarce la inim

Circulaia sistemic i circulaia pulmonar funcioneaz n regim presional diferit i ndeplinesc roluri diferite. Circulaia pulmonar asigur deplasarea sngelui din ventriculul drept (VD), prin artera pulmonar (AP), ctre plmni unde se realizeaz schimburile de gaze i apoi prin venele pulmonare (VP) n atriul stng (AS). Circulaia sistemic asigur deplasarea sngelui din ventriculul stng (VS) n atriul drept (AD) parcurgnd trei segmente: de distribuie (aorta i ramurile sale), de schimb (capilarele i venulele) i colector (venele i atriul drept).

1. PARTICULARITI MORFOFUNCIONALE ALE INIMII 1.1. STRUCTURA FUNCIONAL A INIMII

Inima este un organ musculo-cavitar care ndeplinete rolul de pomp, cu activitate ritmic sistolo-diastolic. Inima este situat n mediastinul anterior, la stnga liniei mediane, ntre cei doi plmni. Axul ei longitudinal este orientat n jos, nainte i spre stnga. Dimensiunile inimii variaz n funcie de mrimea corpului, vrst i sex. La adult, reprezint aproximativ 0,43% din greutatea corpului, avnd n medie 300 g. Mrimea ei se apreciaz pe o radiografie simpl prin raportul cardio-toracic (raportul dintre diametrul transversal al inimii i al toracelui), care nu trebuie s fie mai mare de 0,5. Aceast apreciere este doar orientativ, deoarece msurarea exact a dimensiunilor inimii i a cavitilor sale se realizeaz cu ajutorul ecocardiografiei.

Inima are n structura sa un perete alctuit din 3 tunici (epicardul, miocardul i endocardul) i un sistem de valve i prezint o vascularizaie i inervaie prorpie.

ENDOCARDUL - este reprezentat de un strat de celule endoteliale spre interior (identic cu endoteliul vaselor) i un strat de esut conjunctiv elastic la exterior, care acoper faa intern a atriilor, ventriculilor, extinzndu-se i la nivelul valvelor. Endocardul sintetizeaz unii mesageri chimici, cum ar fi endocardina, care prelungete contracia miocardic i are proprieti vasoconstrictoare.

MIOCARDUL - este constituit din fibre musculare cardiace, un sistem excitoconductor i un schelet fibros care, mpreun cu endocardul, particip la formarea sistemului valvular. Fibrele musculare sunt dispuse n straturi suprapuse, ancorate de scheletul fibros.

La nivelul atriilor se descriu dou straturi subiri, unul superficial, dispus oblic, care nvelete ambele atrii, i unul profund, dispus perpendicular pe direcia fibrelor superficiale, separat pentru fiecare atriu.

La nivelul ventriculilor se descriu patru sisteme de fibre musculare care acioneaz n sensul reducerii cavitilor ventriculare n timpul sistolei. Ventriculul stng este preponderent, reprezentnd 50% din greutatea total a inimii, deoarece, n circulaia sistemic, presiunea este mai mare comparativ cu presiunea din circulaia pulmonar.

PERICARDUL este alctuit din dou foie (visceral i parietal), care nvelesc inima i ntre care se gsete o cantitate mic de lichid seros (lichidul pericardic), cu rol de lubrefiere i protecie. Lichidul pericardic are rolul i de a limita expansiunea i umplerea diastolic, n special a VD, protejnd astfel circulaia pulmonar mpotriva unei suprancrcri.


2

VALVELE INIMII - sunt formaiuni care se inser la nivelul orificiilor atrio-ventriculare sau al marilor vase i au rolul de a asigura curgerea unidirecional a sngelui. Valvele se mic pasiv sub aciunea presiunii sngelui din caviti. Structura valvelor i modul lor de funcionare au rol important n activitatea de pomp a inimii. Valvele atrioventriculare - au form de plnie i sunt inserate pe un inel fibros. Se descriu 2 foie

pentru valva mitral i 3 pentru tricuspid. Marginile valvelor se inser prin intermediul cordajelor tendinoase de vrful muchilor papilari. Contracia acestor muchi este important pentru meninerea valvelor n poziie nchis n timpul sistolei ventriculare.

Valvele arteriale (sigmoide sau semilunare) - sunt reprezentate de 3 foie simetrice situate n aa fel nct marginile lor vin n contact. n timpul sistolei ventriculare valvele sunt deschise, iar la sfritul sistolei cnd ejecia nceteaz, valvele se nchid datorit scderii presiunii din ventriculi. Valvele aortic i pulmonar nu se nchid simultan datorit faptului c ejecia ventriculului drept o depete pe cea a ventriculului stng cu pn la 0,04 sec, diferen ce se accentueaz n inspir. VASCULARIZAIA INIMII - este asigurat de vasele coronare. INERVAIA INIMII (miocard, esut nodal i vase coronare) - se realizeaz prin nervi senzitivi i motori

vegetativi care formeaz plexurile cardiace. Fibrele parasimpatice sunt terminaii ale nervilor vagi i mpreun cu fibrele simpatice formeaz plexuri n miocardul subepicardic i subendocardic. Nodul sinoatrial (NSA) i atrioventricular (NAV) sunt bogat inervate de fibre adrenergice i colinergice, cele din urm avnd densitate mai mare dect n miocardul ventricular. Concentraia acetilcolinei gsit n ventriculi reprezint doar 20-50% din cea gsit n atrii. 1.2. STRUCTURA FUNCIONAL A CELULEI MIOCARDICE CONTRACTILE

Miocardul conine celule cu proprieti contractile, care formeaz marea mas a miocardului i prezint o serie de particulariti morfologice i funcionale. Celulele miocardice contractile (miocitele) au o form aproximativ cilindric, un diametru ntre 10-15 m i o lungime ntre 30-60 m. Exist diferene ntre celulele atriale i cele ventriculare:

- Celulele atriale - sunt mai mici i posed numeroase granule ce conin peptidul natriuretic atrial (ANP), eliberat n urma distensiei atriale

- Celulele ventriculare - sunt mai mari i prezint caracteristici electrofiziologice diferite pentru celulele epicardice, endocardice i celule M (midmyocardial).

Examinate la microscopul optic, celulele miocardice atriale i ventriculare prezint striaii i apar interconectate prin discuri intercalare, formnd o reea sau un sinciiu funcional. Discurile permit n acelai timp trecerea cu mare uurin a unor ioni sau molecule de la o celul la alta.

DISCUL INTERCALAR constituie zona de jonciune ntre celulele miocardice, avnd o structur complex. Se descriu trei tipuri de formaiuni joncionale:

- Nexus sau gap jonction - format prin apoziia sarcolemelor, acestea fiind desprite de o zon foarte ngust (2 nm)

- Desmozomul sau macula adherens" - constituit din corpi citoplasmatici pereche cu structur dens, situai de o parte i de alta a discului intercalar, care ndeplinesc un rol mecanic constituind puncte de sprijin n legarea celulelor

- Jonciunea intermediar sau "fascia adherens" - ocup cea mai mare parte a discului intercalar i ndeplinesc un rol mecanic, la acest nivel ptrund filamentele de actin

Comportamentul funcional de tip sinciiu se datoreaz jonciunilor strnse i a prezenei la acest nivel a unor structuri proteice, de tip canal, conexonii. Acetia realizeaz o conectare cu rezisten electric sczut n axul longitudinal i leag direct citoplasmele celor dou celule permind trecerea ionilor i a unor molecule mici ntre celule. Diferitele tipuri de proteine din structura canalului (conexine 43,40,45) pot influena permeabilitatea selectiv pentru molecule mici. De exemplu, celulele din sistemul His-Purkinje au canalele joncionale strnse formate din conexina 40, cu o conductan sporit, contribuind la transmiterea mai rapid a impulsului. Viteza de conducere este de 2-3 ori mai mare msurat longitudinal dect transversal. Adrenalina i acetilcolina influeneaz comunicarea intercelular prin aciunea de fosforilare a AMPc i GMPc la nivelul proteinelor joncionale. Conductana joncional mai poate fi modulat de o serie


3

de factori cum ar fi: Ca2+, H+, calmodulina, agoniti -adrenergici. Acidoza i creterea [Ca2+] induc nchiderea canalelor la nivel joncional, pentru limitarea distrugerilor celulare atunci cnd o regiune a inimii este lezat ca n infarctul miocardic.

Fiecare celul contractil este nconjurat de o membran celular complex - sarcolema i conine organite celulare, dintre care miofibrilele reprezint elementele contractile.

SARCOLEMA - prezint numeroase modificri funcionale care i influeneaz permeabilitatea selectiv i asigur repartizarea inegal a ionilor n interiorul i exteriorul celulei. Fluxul ionic prin membran este controlat prin molecule proteice ce pot fi canale ionice, pompe sau dispozitive de schimb. Canale ionice - prezint selectivitate pentru anumii ioni (Na+, K+, Ca2+) al cror transport este pasiv n

virtutea gradientului electrochimic. Aceste canale sunt voltaj-dependente sau operate de liganzi reprezentai de hormoni i neurotransmitori

Pompele ionice - utilizeaz direct energia eliberat de ATP pentru deplasarea ionilor mpotriva gradientului electrochimic (transport activ primar). Cele mai importante pompe ionice sunt: - Pompa Na+/K+ - reprezint unul din cele mai importante sisteme de transport de la nivelul

membranei miocardice. Aceasta are rolul de a scoate din citosol cantitile mici de Na+ care au ptruns n celul n timpul depolarizrii i de a readuce n citosol K+ care a prsit celula n timpul repolarizrii. Pentru o molecul de ATP raportul este de 3Na+/2K+. Gradientul electrochimic al Na+ astfel format asigur activitatea schimbtorului Na+/Ca2+

- Ca2+-ATP-aza este o alt pomp membranar care contribuie la reducerea [Ca2+] n timpul relaxrii miocardului.

Dispozitivele de schimb - folosesc energia gradientului unui ion pentru a transporta cuplat i alt ion (transport activ secundar): - Schimbtorul Na+/Ca2+ - transport 3Na+ spre interior cuplat cu 1Ca2+ spre exterior i contribuie la

reducerea [Ca2+] n timpul relaxrii miocardului La nivelul membranei se gsesc i numeroi receptori pentru interceptarea semnalelor transmise de

neurotransmitori i hormoni. n zona intern a membranei sunt situate i proteinele Gs care stimuleaz adenilatciclaza i Gi care inhib adenilatciclaza. Receptorii membranari exprimai de celula miocardic sunt :

- Adrenergici - de tip 1 - cuplai cu proteina Gs care stimuleaz adenilatciclaza i cresc AMPc - Colinergici - de tip M2 (muscarinici) - care inhib adenilatciclaza prin proteina Gi i scad AMPc

Tubulii T - reprezint invaginaii ale sarcolemei mai ales n zona membranelor Z ale miofibrilelor, constituind aa numitul sistem transversal. Tubulii T extind spaiul extracelular spre interiorul celulelor, au rolul de a transmite potenialul de aciune spre cisternele terminale ale reticulului sarcoplasmatic i de a declana contracia n urma depolarizrii. Acest sistem este mai bine reprezentat la miocitele ventriculare fa de cele atriale i lipsete la fibrele Purkinje. SARCOPLASMA - cuprinde fluidul intracelular i proteinele cu rol de enzime. Componenta lichid a

sarcoplasmei, lipsit de proteine, este citosolul, locul unde [Ca2+] poate crete determinnd contracia sau scade iniiind relaxarea. Mitocondriile reprezint 30-35% din volumul celular, fiind situate ntre miofibrile i n imediata

vecintate a sarcolemei. Au rol principal n fosforilarea oxidativ i n furnizarea de energie (ATP) necesar meninerii funciei contractile i gradienilor ionici. Mitocondriile reprezint i rezervoare de Ca2+, dar avnd o vitez redus de preluare i eliberare nu au rol n procesul de cuplare a excitaiei cu contracia.

Reticulul sarcoplasmatic (RS) - constituie o reea fin de tubuli, delimitat de o membran cu structur similar celei sarcolemale, cu rol n transportul i depozitarea Ca2+. RS prezint dou poriuni: - RS joncional sau cisterne subsarcolemale sunt dilataii situate sub membrana intern a

sarcolemei sau n apropierea tubulilor T. Uneori cisternele se dispun n perechi de o parte i de alta a tubului T, ntreaga structur avnd aspectul unei triade. Funcia lor este de eliberare a Ca2+ prin canale de Ca2+ (numite i receptori de rianodin), pentru iniierea contraciei. Rianodina induce deschiderea de lung durat a canalelor, cu o scurgere continu a Ca2+ i pierderea capacitii de stocare i eliberare fazic a Ca2+


4

- RS longitudinal se prezint ca o reea de tubuli care are rolul de a capta Ca2+ pentru iniierea relaxrii. Captarea este realizat de pompa de calciu ATP-dependent, a crei activitate este crescut de stimularea -adrenergic. n structura membranei RS exist o protein numit fosfolamban care, n stare defosforilat, inhib activitatea pompei. Fosforilarea sa de ctre proteinkinaza AMPc-dependent activeaz pompa de Ca2+. Calciul captat este depozitat n RS cu ajutorul unor proteine electronegative, dintre care cea mai important este calsechestrina.

Miofibrilele - reprezint aparatul contractil al celulei miocardice ocupnd 50-60% din volumul acesteia. Unitatea morfologic i funcional a miofibrilelor este sarcomerul delimitat de liniile Z, cu o lungime care variaz ntre 1,6 -2,2 m n funcie de gradul scurtrii fibrei n timpul sistolei i al ntinderii n timpul diastolei. Sarcomerul este constituit din miofilamente subiri de actin i miofilamente groase de miozin care se ntreptrund. Zona care cuprinde att filamente de miozin, ct i de actin, constituie zona A (anizotrop), flancat de zonele care conin numai filamente subiri constituind zonele izotrope (I). Poriunea central a sarcomerului (H = 0,2 m) conine numai miofilamente de miozin.

Principalele proteine cu rol n contracie sunt: actina i miozina numite proteine contractile (85-90 %), respectiv tropomiozina i troponina numite proteine reglatoare (10-15 %)

Miozina - componenta major a filamentelor groase, este o protein complex, asimetric, format din 6 lanuri polipeptidice: 2 lanuri grele i 4 lanuri uoare. Cele dou lanuri grele sunt identice i se afl dispuse fiecare n conformaie alfa-helix, nfurate unul n jurul celuilalt alctuind axul filamentului de miozin. La unul din capete cele dou lanuri grele pierd conformaia de alfa-helix n favoarea celei de pliere, rezultnd un aspect globular capul (alctuit din dou pri simetrice). Orientarea capetelor este transversal fa de axul filamentului cu care face un unghi de 90. Capetele au activitate ATP-azic i capacitate de a lega actina. Cnd [Ca2+] crete se declaneaz activitatea ATP-azic, capetele i modific unghiul fa de axul longitudinal (45) i formeaz puni acto-miozinice, repetitive. Filamentele de actin vor glisa printre cele de miozin, n interiorul sarcomerului. Capul miozinic (subfragmentul S1 de 70 kDa) prezint: situsul nucleotidic ATP-azic, de fixare i hidroliz a ATP-ului i zona de interaciune cu actina a crei conformaie, de despictur, se modific n timpul formrii punilor transversale i a contraciei musculare. Activitatea ATP-azei miozinice este accentuat de creterea concentraiei Ca2+. ntre capul miozinic i axul filamentului de miozin se interpune gtul sau braul punii transversale (subfragmentul S2 de 20 kDa). La acest nivel sunt dispuse lanurile uoare care sunt clasificate n: lanuri uoare eseniale - cu rol structural i care prin interaciunea cu actina inhib formarea punilor transversale i lanuri uoare reglatoare - situs potenial de fosforilare -adrenergic care stimuleaz formarea punilor transversale

Titina (conectina) - este o protein mare ce fixeaz molecula de miozin de linia Z. Prezint dou segmente, unul inextensibil, care interacioneaz cu miozina i al doilea, extensibil, care variaz cu lungimea sarcomerului. Are rol n elasticitatea miocardului.

Actina - este format din dou lanuri de actin F, dispuse helicoidal, asemntor lanurilor grele ale miozinei. Fiecare filament de actin F este format prin polimerizarea monomerilor de G actin. n contrast cu miozina, actina nu are activitate enzimatic intrinsec, dar este capabil s se combine reversibil cu miozina n prezena ATP i Mg2+ care activeaz ATP-aza miozinic. Actina se asociaz cu proteinele reglatoare: tropomiozina i troponina formnd lanurile subiri.

Tropomiozina - este alctuit din dou lanuri polipeptidice rsucite helicoidal i aezate n anul dintre cele dou filamente de actin. Fiecare molecul de tropomiozin vine n contact cu 7 monomeri de actin G, blocnd situsurile de legare ale actinei cu miozina.

Troponinele T, I, i C - sunt fixate la intervale regulate pe filamentul de tropomiozin. - Troponina T - leag complexul troponinic de tropomiozin - Troponina I - inhib ATP-aza miozinic i deci formarea complexului acto-miozinic - Troponina C - interacioneaz cu Ca2+, atunci cnd Ca2+ crete i moduleaz conformaia

ntregului complex, descoperind situsurile de interaciune de la nivelul actinei. De asemenea Ca2+ crescut inhib activitatea troponinei I i astfel este iniiat interaciunea repetitiv crossbridge cicling ntre capetele miozinei i filamentele de actin.


5

2. POTENIALE BIOELECTRICE CARDIACE

2.1. POTENIALUL DE REPAUS AL CELULELOR CONTRACTILE n repaus, ntre interiorul i exteriorul celulei miocardice exist o diferen de potenial ce reprezint

potenialul de repaus (PR) sau potenialul de membran. Aceast diferen de potenial poate fi msurat prin tehnica microelectrozilor. Valoarea potenialului de repaus a celulelor contractile este de - 80 mV la miocitele atriale i -90 mV la cele ventriculare i are o valoare stabil n perioada dintre dou excitaii. Factorii care determin potenialul de repaus sunt permeabilitatea selectiv a membranei i mecanismele de transport electrogenic. Permeabilitatea selectiv a membranei realizeaz repartiia inegal a ionilor n interiorul celulei fa de

exterior. Anionii intracelulari organici au o difuzibilitate redus i influeneaz micrile celorlali ioni conform echilibrului Donnan. Permeabilitatea membranei este mai mare pentru K+ i mai mic pentru Na+. K+ este ionul cu rol major n determinarea PR. Ca i n alte celule [K+] intracelular este cu mult mai mare dect [K+] extracelular. Astfel, K+ tinde s difuzeze din interiorul celulei spre exterior n direcia gradientului de concentraie. Orice flux de K+ are loc numai prin canale specifice. Un gradient de concentraie invers exist pentru Na+ i Ca2+ (Tab.2.I).

TABEL 2.I. Repartiia intra- i extracelular a ionilor n repaus.

ION Concentraie extracelular (mM)

Concentraie intracelular (mM)

POTENIAL DE ECHILIBRU (mV)

Na+ 145 10 70 K+ 4 135 -94

Mecanismul de transport electrogenic este reprezentat de pompa Na+/K+. Pompa este electrogen

genernd o micare net de sarcini pozitive n afara celulei din cauz c transport 3 Na+ spre exterior i 2 K+ spre interiorul celulei. Pompa Na+/K+ este ATP-dependent i realizeaz un curent spre exterior care hiperpolarizeaz membrana. Creterea frecvenei cardiace determin creterea ratei de pompare a Na+ i K+ pentru meninerea gradienilor ionici.

2.2. BAZELE IONICE ALE POTENIALULUI DE ACIUNE Membrana miocitelor prezint structuri proteice denumite canale care permit micrile ionice prin

bariera hidrofob, conform gradientului electrochimic. Canalele prezint selectivitate, dar aceasta nu este ns perfect. Un canal ionic se caracterizeaz prin permeabilitate i excitabilitate sau capacitatea de a reaciona la modificrile voltajului membranar. Se descriu dou tipuri de canale principale pentru curenii spre interior cu aciune depolarizant: canale rapide pentru Na+ i canalele mai lente pentru Ca2+ . Canalele de Na+ - sunt glicoproteine formate din subuniti , 1 i 2. Subunitatea prezint situsuri

receptoare pentru tetrodoxin. Activitatea canalelor este dependent de voltaj i se realizeaz prin modificri conformaionale care deschid porul transmembranar. Depolarizarea acioneaz asupra senzorilor de voltaj reprezentai de segmentul S4 transmembranar. Conductana canalelor de Na+ este reglat prin dou tipuri de pori: - m de activare - situat pe faa extracelular i - h de inactivare - situat spre interior n repaus, n stare repolarizat, porile m sunt nchise, iar cele h sunt deschise. Depolarizarea

membranei deschide porile m i nchide porile h, dar porile m se deschid mai rapid cu 1 msec dect se nchid porile h. Astfel, ionii Na+ trec prin canal timp de circa 1 msec, cnd ambele pori sunt deschise. Deci, starea canalului poate avea 3 poziii: nchis - de repaus, deschis - activat i nchis - inactiv sau refractar. Trecerea de la o stare la alta este controlat de schimbri ale potenialului de membran care modific configuraia canalelor, precum i de diverse medicamente. Medicamente antiaritmice i anestezicele locale au situsuri receptoare n partea intern a canalelor de Na+ i influeneaz permeabilitatea acestora.


6

Canalele de Ca2+ existente la nivelul sarcolemei sunt de dou tipuri: - canalele T (transient) - se deschid la un voltaj mai negativ, au un interval scurt de deschidere i nu

interacioneaz cu antagonitii; - canalele L (longlasting) - au un interval mai lung de deschidere i sunt influenate de blocante i de

neurotransmitori. Pragul de activare al ICaL (potenialul la care trebuie s ajung celula pentru a porni curentul lent spre interior) este de -40 mV pn la -30 mV.

Canalele de Ca2+ prezint de asemenea dou pori (d i f) i au urmtoarele caracteristici: timpul necesar pentru activare i inactivare este mai lent, rmn deschise mai mult timp, iar recuperarea dup inactivare dureaz mai mult, de fapt recuperarea excitabilitii depete n timp revenirea complet a potenialului diastolic maxim. Deschiderea canalelor de Ca2+ permite difuziunea n celul a ionilor genernd un curent lent spre interior care aduce sarcini pozitive contribuind la depolarizare, constituie semnal pentru eliberarea Ca2+ din reticulul sarcoplasmatic i activeaz canale de K+. Curenii de influx (Tab.2.II) sunt urmtorii:

INa - curent rapid de Na+ prin canale rapide, activate de modificrile de voltaj membranar ICaL - curent de Ca2+ de durat lung, produce depolarizarea i propagarea n celulele NSA i NAV i

contribuie la platoul potenialului de aciune nregistrat la muchiul atrial, ventricular i la fibrele His-Purkinje;

ICaT - curent de Ca2+ tranzitor, contribuie la depolarizarea diastolic n celulele NSA i His-Purkinje If - curent de Na+ activat la poteniale negative n celulele NSA, NAV i His-Purkinje, genereaz

depolarizarea lent a fazei 4 i crete frecvena impulsurilor n celulele pacemaker. TABEL 2.II. Caracteristicile curenilor rapizi i leni de influx n esutul miocardic (dup Braunwald)

Caracteristici CURENT RAPID CURENT LENT Sarcina transportoare Na+ Ca2+ Pragul de activare - 70 la - 55 mV - 55 la - 30 mV Constanta de timp pentru: - activare - inactivare

1 ms 1 ms

10-20 ms 50-500 ms

Inhibitori Tetrodoxina Verapamil, Nifedipin Potenial membranar de repaus - 80 la - 95 mV - 60 mV Viteza de conducere 0,5 pn la 3 m/sec 0,05 m/sec Amplitudinea potenialului de aciune (PA) 120 mV 60 mV Recuperarea excitabilitii Prompt, se ncheie odat cu

repolarizarea ntrziat, depete n timp sfritul repolarizrii

Curentul major al PA n: nod SA miocard atrial nod AV sistem His-Purkinje miocard ventricular

- + - + +

+ - + - -

Influena neurotransmitorilor - beta-adrenergic - colinergic muscarinic

- -

Canalele de K+ existente la nivelul miocardului sunt de 6 tipuri, iar curenii acestor canale pot fi grupai

n trei clase funcionale: rectificatori ntrziai, tranzitorii i rectificatori spre interior. Canalele numite rectificatoare las s treac ionii mai uor ntr-o direcie dect n alta, fiind responsabile pentru curenii spre exterior rectificatori. Canalele de K+ prezint o mare variabilitate a funciilor, dei structural sunt tetrameri ca i celelalte canale.

Curs Fiziologie - Cardiac Curenii de eflux sunt:

IK1 - reprezint curentul rectificator anormal spre interior. Menine potenialul de repaus la celulele atriale, ventriculare i His-Purkinje. Lipsete la celulele NSA. Este blocat de chinidin sau propafenon.

IKto (transient outward) - este un curent tranzitor ce contribuie la repolarizarea iniial. Are rol n modificarea formei i duratei PA. Este prezent n zonele subepicardice, dar nu i n cele subendocardice. Poate fi modulat de neurotransmitori i poate fi blocat de dihidropiridin, propafenon i chinidin.

IK - reprezint curentul rectificator ntrziat (delayed) spre exterior, fiind curentul cu rol major n repolarizare. Este voltaj dependent i se nchide lent. Are o component lent (IKS) i una rapid (IKR). O a treia component ultra rapid (IKUR) are rol important n repolarizarea atrial. IK este stimulat de creterea AMPc i inhibitorii fosfodiesterazei i inhibat de activarea receptorilor muscarinici.

IK(Ca) - se deschide cnd crete concentraia Ca2+ n citoplasm i are rol n cazul suprancrcrii cu Ca2+.

IK(Ach) - curent de K+ al crui canal este activat de ctre receptorii muscarinici M2 i induce hiperpolarizarea celulelor atriale sau ale NSA i NAV.

IK(ATP) - curent blocat de ATP i activat n ischemie i hipoxie.

2.3. POTENIALUL DIASTOLIC I DE ACIUNE AL CELULELOR PACEMAKER Celulele pacemaker sunt celule specializate n generarea i conducerea stimulului depolarizant i intr

n structura sistemului nodal sau excitoconductor. Potenialul maxim diastolic al celulelor miocardice din sistemul nodal nu are un nivel constant. PR are o valoare de -60 mV i prezint o depolarizare lent diastolic spontan, care atuni cnd atinge un anumit prag iniiaz potenialul de aciune (Fig.2.1).

Fig.2.1. Potenialul membranar al celulelor pacemaker i curenii responsabili pentru fiecare faz a potenialului de aciune. IK - curentul rectificator ntrziat spre exterior; If - curent de Na+ activat la poteniale negative; ICaT- Curent de Ca2+ tranzitor; ICaL curent de Ca2+ de lung durat.

Depolarizarea lent diastolic - este explicat prin reducerea curentului net spre exterior realizat n special prin creterea curentului spre interior. Studiile efectuate prin metoda patch clamp voltage pe celulele sinoatriale izolate au stabilit mai multe mecanisme ionice care stau la baza activitii de pacemaker. Astfel, se consemneaz: reducerea curentului de K+ spre exterior (IK), activarea curentului If i activarea a doi cureni de Ca2+, unul tranzitor i cellalt de lung durat. Deci depolarizarea lent diastolic spontan este realizat prin: nchiderea mai rapid a canalelor de K+, creterea curentului de Na+ (If) i creterea curentului tranzitor de Ca2+ (ICa2+T). La atingerea potenialului prag de -40 mV se declaneaz potenialul de aciune.

Potenialul de aciune - are faza 0 mai lent i se datoreaz curentului lent de Ca2+ (ICa2+L), iar faza de platou lipsete. Repolarizarea este mai lent i se datoreaz curenilor de K+ . Amplitudinea PA este redus avnd o valoare de 60 mV. Poteniale de aciune ale celulelor pacemaker au o importan deosebit pentru c induc activitatea contractil automat ritmic a inimii, independent de inervaie, prin care inima realizeaz rolul de pomp. Curentul de Na+ (If) este activat de polarizarea membranar la poteniale mari n celulele nodale. Cinetica sa este lent i puternic influenat de neurotransmitori prin AMPc (Fig.2.2)

7

Fig.2.2. Efectul stimulrii simpatice i parasimpatice asupra potenialului celulelor pacemaker.

Curs Fiziologie - Cardiac Stimularea simpatic influeneaz mai muli cureni ionici la nivelul celulelor nodale: - creterea If i ICa contribuie la accentuarea pantei depolarizrii lente diastolice i creterea frecvenei

cardiace prin atingerea mai rapid a potenialului prag i a declanrii potenialului de aciune; - creterea IK indus de catecolamine contribuie la scurtarea PA Stimularea vagal ncetinete depolarizarea lent diastolic i deci reduce frecvena cardiac prin: - reducerea curentului de Na+ (If) - creterea conductanei pentru K+ prin canale dependente de acetilcolin care determin creterea

potenialului maxim diastolic

2.4. POTENIALUL DE ACIUNE AL MIOCITELOR CU RSPUNS RAPID Miocitele cu rspuns rapid sunt celule contractile din miocardul atrial, ventricular i celulele Purkinje.

Potenialul membranar de repaus al miocitelor contractile este ntre 80 mV i 90 mV. Stimularea acestor miocite induce modificri ale potenialului de membran reprezentnd potenialul de aciune propagat, responsabil de iniierea contraciei. Fazele potenialului de aciune sunt datorate unor schimbri ale permeabilitii membranei celulare pentru Na+, K+ i Ca2+ (Fig.2.3).

Fig.2.3. Potenialul de aciune al miocitelor cu rspuns rapid i modificarea permeabilitii membranare pentru ioni. INa- curent rapid de Na+; ICa - curent de Ca2+ de lung durat; ITO- curent K+ tranzitor extern; IK - curent K+ rectificator ntrziat cu: IKUR - componenta ultrarapid, IKR- componenta rapid i IKS- componenta lent. (Ganong, 1997).

Faza 0 Depolarizare rapid cu overshoot se realizeaz prin influx de Na+ datorit creterii conductanei canalelor rapide de Na+ voltaj dependente. Potenialul se modific rapid pn atinge valoarea de +20 mV. Fluxul de Na+ este controlat prin cele dou tipuri de pori ale canalului:

- poarta m nchis n repaus este poarta de activare i se deschide la startul depolarizrii, la un potenial de membran de 70 mV sau -80 mV

- poarta h este poarta de inactivare care nchide canalul dup 1 ms Na+ intr n celul datorit gradientului chimic (concentraia intracelular mai mic) i gradientului

electrostatic (electronegativitatea mediului intracelular) (Fig.2.4). Curentul de Na+ este numit regenerativ deoarece intrarea n celul a unei mici cantiti de Na+ depolarizeaz membrana i mai mult ceea ce duce la creterea conductanei i deci la un influx mai mare de Na+. La un moment dat, totui concentraia intracelular a Na+ i sarcinile pozitive din interiorul celulei ncetinesc micarea de intrare a Na+. Cnd este atins potenialul de echilibru, Na+ nu mai ptrunde n celul deoarece fora care-l atrage spre interior este egal cu cea care tinde s-l deplaseze spre exterior. n plus, conductana canalului este dependent de timp i dureaz numai 1 ms.

Fig.2.4. Potenialul de aciune n fibrele cardiace de lucru (fibre cu rspuns rapid) i principalii cureni ionici (Berne, 1998).

8


9

Faza 1 Repolarizare rapid pn la aproximativ 0 mV. Se nchid canalele rapide de Na+ i se activeaz cele de K+. Activarea canalelor de K+ induce un eflux scurt de K+ din celul. De asemenea, se mai descrie un influx de Cl-. Faza 1 este evident la celulele Purkinje i la miocitele ventriculare din zona epicardic, dar neglijabil la cele din zona endocardic.

Faza 2 - Platoul potenialului de aciune apare datorit deschiderii lente dar prelungit a canalelor de Ca2+L voltaj dependente. Influxul de Ca2+ din aceast faz este implicat n cuplarea excitaie-contracie. Potenialul membranar se menine n jurul valorii de 0 pentru c influxul de Ca2+ este contrabalansat de efluxul de K+. Forele chimice i electrostatice favorizeaz efluxul de K+ din celule.

Faza 3 - Repolarizarea final se realizeaz prin nchiderea canalelor de Ca2+ i prin eflux de K+ mai ales prin canalele de K+ rectificatoare.

Faza 4 - Potenialul de repaus este refcut, dar echilibrul ionic se realizeaz prin pompa Na+/K+ i schimbtorul Na+/Ca2+. Pompa Na+/K+, pentru o molecul de ATP consumat, scoate din celul 3Na+ i introduce 2K+. Astfel, pompa este i electrogen i n plus realizeaz gradientul de Na+ pentru schimbtorul Na+/Ca2+.

Aspectul PA al fibrelor miocardice atriale difer de potenialul nregistrat la fibrele ventriculare. Astfel: platoul (faza 2) este mai scurt, repolarizarea (faza 3) este mai lent, iar durata PA este mai mic pentru c efluxul de K+ este mai mare n timpul platoului. Durata PA variaz n diferitele fibre miocardice de tip rapid, fiind ntre 200-300 ms la miocitele atriale i ventriculare i mai mare de 300 ms la fibrele Purkinje. Lungimea PA i a perioadei refractare asigur protecia inimii mpotriva aritmiilor prin limitarea frecvenei ventriculare. Neurotransmitorii i unele droguri pot influena conductana canalelor i deci fazele potenialului de aciune. Astfel, medicamente utilizate n aritmiile cardiace acioneaz prin blocarea canalelor rapide de Na+. Catecolaminele - stimuleaz, prin receptorii -1 membranari, adenilat-ciclaza cu creterea AMPc. AMPc activeaz canalele de Ca2+ de tip L inducnd un influx crescut de Ca2+ i reducerea platoului PA. Acetilcolina scade conductana Ca2+ prin aciunea asupra receptorului M2 membranar care inhib adenilatciclaza. Blocante ale canalelor de Ca2+ (verapamil, diltiazem) - reduc influxul de Ca2+ i scad durata platoului PA diminund i contracia cardiac.

3. FIZIOLOGIA SISTEMULUI NODAL

esutul nodal sau excitoconductor coordoneaz activitatea inimii, iniiaz impulsuri depolarizante i este constituit din mai multe componente: nodul sinoatrial, nodul atrioventricular, fasciculul His cu ramurile sale i fibrele Purkinje.

3.1. NODUL SINOATRIAL Nodul sino-atrial (SA) este situat n atriul drept n apropierea locului de vrsare a venei cave superioare. Are 10-20 mm lungime i 2 pn la 3 mm lime, respectiv grosime. Nodul SA conine celule nodale, tranziionale i celule atriale. Celulele nodale P (pacemaker) - se afl n regiunea central. Sunt celule mici, rotunde, cu puine

organite mitocondrii i miofibrile i nu prezint sistem tubular transvers. Celule tranziionale T - fac legtura ntre celulele P i cele ale miocardului atrial. Celulele T se leag de

cele nodale prin jonciuni simple, iar cu cele atriale prin discuri intercalare. Asigur singura cale funcional de distribuire a impulsului, format n celulele nodale, ctre restul miocardului atrial. Celulele P funcioneaz ca nite oscilatori cuplai ntre ei, ce descarc impulsuri n mod sincron avnd

rate de descrcare diferite, mai rapide sau mai lente. Astfel, celulele cu descrcare mai rapid sunt ncetinite de cele cu descrcare mai lent care la rndul lor sunt accelerate, rezultnd o frecven de descrcare de 100-120/minut numit frecven intrinsec.

NSA reprezint pacemakerul fiziologic producnd un impuls care se propag apoi n tot miocardul. Frecvena cardiac de 60-80 bti/min imprimat de NSA reflect echilibrul ntre stimularea simpatic i parasimpatic. Aceste celule prezint mai puine jonciuni strnse dect celulele tranziionale sau atriale. Numrul mic i dimensiunile reduse ale jonciunilor gap sunt responsabile de viteza mic de conducere n nodul sinusal.

Curs Fiziologie - Cardiac Celulele P prezint urmtoarele caracteristici electrofiziologice: potenialul de repaus este de -60 mV,

depolarizarea lent diastolic atinge pragul la -40 mV, viteza de depolarizare este lent, panta fazei 0 este mai puin abrupt, platoul nu este susinut, iar faza 3 este mai lent. Iar conducerea PA n zona NSA are o vitez medie de 0,05 m/s. Vascularizaia NSA este asigurat de o arter ce provine din artera coronar dreapt sau din circumflexa stng. Inervaia N SA este reprezentat de terminaii nervoase postganglionare adrenergice i colinergice. Stimularea adrenergic accelereaz rata descrcrilor de impulsuri crescnd frecvena cardiac (efect cronotrop pozitiv). Stimularea vagal ncetinete rata descrcrilor de impulsuri prin inhibarea curentului pacemaker If (efect cronotrop negativ), crete perioada refractar a NSA (efect batmotrop negativ) i alungete timpul conducerii intranodale pn la gradul de bloc sino-atrial (efect dromotrop negativ).

3.2. NODUL ATRIO-VENTRICULAR (AV) Nodul AV este situat n partea dreapt a septului interatrial i posterior, lng ostiumul sinusului coronar. Prezint aproximativ: 22 mm lungime, 10 mm lime i 3 mm grosime. Nodul AV conine aceleai tipuri de celule ca nodul SA, dar celulele rotunde (P) sunt n numr mai mic, iar celulele alungite tranziionale (T) sunt predominante.

Nodul AV este alctuit din trei regiuni funcionale: regiunea atrionodal (AN) - zona de tranziie ntre atriu i restul N, este mai larg avnd rolul de a

aduna undele de excitaie atriale i de a le nsuma pentru a fi apoi transmise la ventriculi regiunea medionodal (N) - poriunea de mijloc a N regiunea nodohisian (NH) - zona n care fibrele nodale se unesc gradat cu fasciculul His care este

poriunea superioar a sistemului de conducere specializat pentru ventriculi Fiecare regiune conine celule ce prezint caracteristici diferite din punct de vedere electrofiziologic (Fig.3.1): celulele AN - sunt n special tranziionale i prezint PR variabile i PA cu pante de depolarizare rapide

sau lente celulele din zona medionodal sunt celule nodale P ce au PR de aproximativ - 60 mV, iar PA are

panta de depolarizare lent similar cu celulele NSA i viteza de conducere de 0,05 m/s. Ele reprezint un pacemaker latent cu o frecven de descrcare a impulsurilor de 50-60/min, activitate suprimat de automatismul NSA

celulele nodohisiene - au PR ample i PA rapide intermediare ntre acelea ale regiunii N i sistemul His-Purkinje

Fig.3.1. Potenialul de aciune transmembranar al celulelor din sistemul nodal i al miocitelor atriale i ventriculare (dup Ganong, 1997).

Aceste caracteristici electrofiziologice diferite ale celulelor din regiunea medionodal comparativ cu celulele contractile ale miocardului sau sistemului His-Purkinje, se datoreaz urmtorilor factori:

- densitatea sczut a canalelor de K+ responsabile de curenii rectificatori IK1 - potenialul de repaus este dependent de celelalte canale de K+ rectificator ntrziat IK i n special

IK(Ach)

10 - potenialul de aciune este dependent de curentul lent de calciu ICaL


11

Tetrodotoxina, care blocheaz canalele rapide de Na+, nu are efect asupra potenialelor de aciune din aceast regiune. n schimb, antagonitii canalelor de calciu scad amplitudinea i durata potenialului de aciune i scad conducerea AV. Ca i la celelalte poteniale de aciune cu rspuns lent, perioada refractar relativ a celulelor din regiunea nodal N se extinde peste ultima perioad a repolarizrii totale. Cea mai mare cretere a ntrzierii conducerii AV anterograde are loc n zona celulelor nodale, locul obinuit de apariie a blocurilor de conducere. Este posibil i conducerea retrograd, dar ea este blocat la o frecven de stimulare cu mult mai sczut dect cea anterograd. Unda de excitaie atrial ajunge la ventriculi trecnd prin NAV. La nivelul NAV are loc ntrzierea cu 100 - 160 ms a impulsurilor sosite de la atrii. Aceast ntrziere fiziologic ndeplinete mai multe roluri:

- n ritmul sinusal se asigur sincronizarea stimulrii atriilor urmat de cea a ventriculilor. n urma stimulrii atriile se contract desvrind umplerea ventriculilor

- se asigur protecia mpotriva apariiei unor aritmii grave prin ntrzierea transmiterii depolarizrii atriale, pentru ca aceasta s nu ajung la miocitele ventriculare n cursul perioadei vulnerabile

- previne transmiterea frecvenelor mari de stimulare a atriilor la ventriculi n cazul flutter-ului atrial (250-350 c/min) sau a fibrilaiei atriale (400-600 c/min)

Viteza de conducere lent de 0,05 m/s (0,01-0,1 m/s) se explic prin: - prezena celulelor P ce au capacitate redus de a transmite impulsurile - diametru mai mic al fibrelor - numr mic de jonciuni strnse la nivelul discurilor intercalare - accesul multiplu al excitaiilor care se pot suma sau anula

Sistemul nervos vegetativ i mediatorii chimici regleaz conducerea AV. NAV are o inervaie adrenergic, iar cea colinergic, mai semnificativ dect a miocardului ventricular, provine n special din vagul stng.

Sistemul nervos simpatic i agonitii beta adrenergici accentueaz conducerea AV i de asemenea cresc ritmicitatea pacemaker-lor lateni ai N AV prin creterea ratei depolarizrii diastolice. Aceste efecte se realizeaz prin stimularea urmtorilor cureni: pacemaker If; lent de calciu ICaL i rectificator ntrziat IK. Astfel noradrenalina eliberat de terminaiile nervoase simpatice crete amplitudinea i panta potenialelor de aciune ale N AV, n special n regiunile AN i N.

Stimularea vagului prelungete conducerea. Acetilcolina eliberat de fibrele nervoase vagale hiperpolarizeaz fibrele din regiunea N. Cu ct este mai mare hiperpolarizarea n momentul impulsului atrial cu att scade mai mult conducerea AV. Acest efect este realizat de acetilcolina prin activarea curentului spre exterior IK(Ach). Adenozina, agonist purinergic, acionnd pe receptori A1 are acelai efect. n plus acetilcolina i adenozina pot inhiba creterea ICa i If indus de catecolamine.

3.3. SISTEMUL HIS-PURKINJE Fasciculul His ia natere n poriunea inferioar a jonciunii AV i este constituit din fibre specializate. Se ntinde pe o lungime de aproximativ 1 cm n poriunea superioar dreapt a septului interventricular i apoi se divide n dou ramuri, dreapt i stng. Cea stng se mparte la rndul ei dup un scurt traiect ntr-o ramur stng anterioar i una posterioar ce se continu cu reeaua Purkinje la nivelul ventriculilor.

Sistemul His-Purkinje conine celule Purkinje mari, ce preyint puine miofibrile i sunt conectate n lungime, cap la cap, prin mai multe jonciuni strnse. Acestea favorizeaz conducerea rapid a excitaiei cu o vitez de 2 3 m/s. Potenialul de aciune al acestor celule este de tip rapid i are o durat mai mare dect potenialul de aciune al celulelor ventriculare. PA mai lung asigur o perioad refractar mai lung i mpiedic apariia circuitelor de reintrare. Unele celule pot prezenta o depolarizare lent diastolic spontan, fiind capabile de activitate de tip pacemaker, dar cu o frecven redus de 25-30/minut. Funcia principal a celulelor Purkinje este aceea de a conduce impulsurile spre musculatura ventricular. n cazul unor leziuni pot apare condiii de blocare a conducerii prin ramurile fasciculului His sau apariia reintrrii, ce poate constitui un factor important n geneza aritmiilor.

Curs Fiziologie - Cardiac 4. FENOMENE ELECTRICE CARDIACE. ELECTROCARDIOGRAMA

Electrocardiograma reprezint nscrierea grafic a fenomenelor bioelectrice produse n timpul activitii

cardiace. Semnalele sunt detectate cu ajutorul electrozilor metalici plasai la nivelul extremitilor i peretelui toracic, amplificate i ulterior redate grafic.

4.1. ACTIVITATEA ELECTRIC NORMAL A INIMII. GENEZA ELECTROCARDIOGRAMEI Pacemaker-ul dominant al inimii este nodul sino-atrial, care genereaz 60-80 impulsuri/minut. Stimulul sinusul se propag n miocardul atrial i ulterior n cel ventricular, determinnd iniial depolarizarea atriilor i apoi a ventriculilor. Activarea miocardului atrial. Stimulul elaborat n nodul sinusal se propag n musculatura atrial

radiar, din aproape n aproape, determinnd depolarizarea celor dou atrii n 0,06 - 0,10 sec (mai nti a atriului drept i apoi a atriului stng la un interval de 0,01 - 0,02 sec). Grafic (Fig.4.1), acest proces se nscrie sub forma unei unde pozitive, rotunjite, notate cu P. Depolarizarea i repolarizarea atrial se realizeaz dinspre endocard spre epicard. Repolarizarea atrial este mascat de depolarizarea ventricular, proces electric mult mai amplu, masa miocardului ventricular fiind mult mai mare dect cea a celui atrial.

Endocard Epicard

DEPOLARIZAREATRIAL

REPOLARIZAREATRIAL

Endocard Epicard

P P

Fig.4.1. Sensul depolarizrii i repolarizrii atriale

Activarea miocardului ventricular. Stimulul sinusal ajunge la nivelul NAV prin cele 3 fascicule

internodale (anterior Bachman, mijlociu Wenckebach, posterior Thorel). La nivelul NAV are loc "ntrzierea fiziologic a impulsului" de 0,10 0,16 secunde, dup care stimulul ajunge la nivel ventricular. Excitaia se transmite prin fasciculul His i reeaua Purkinje, iniial depolarizndu-se septul interventricular, apoi vrful inimii i pereii laterali i n final baza ventriculilor. Depolarizarea ventriculilor se face dinspre endocard spre epicard n 0,08-0,10 secunde, fenomen nscris sub forma unui complex de unde, notat cu QRS. Repolarizarea ventricular se realizeaz de la epicard spre endocard, deoarece n timpul sistolei ventriculare presiunea intracavitar ridicat comprim regiunea subendocardic, ceea ce afecteaz procesele de la acest nivel. Grafic (Fig.4.2), repolarizarea ventricular apare sub forma undei T, deflexiune pozitiv, asimetric, cu panta ascendent lent i panta descendent abrupt.

sul depolarizrii i repolarizrii

operaiilor cu torace deschis) sau

Fig.4.2. Sen

Endocard Epicard

DEPOLARIZARE REPOLARIZARE

ventriculare. VENTRICULAR VENTRICULAR

Endocard Epicard

R R T

4.2. NREGISTRAREA ELECTROCARDIOGRAMEI. DERIVAII ECG n funcie de locul de plasare a electrozilor de culegere, metodele de nregistrare ECG pot fi:

directe - care presupun aplicarea electrozilor direct pe cord (n timpulintracelular (cu microelectrozi care nregistreaz PA transmembranar

12

Curs Fiziologie - Cardiac semidirecte - n care electrozii sunt introdui pe ci naturale n vecintatea inimii (esofag) sau

intracavitar

uncte n care se plaseaz electrozii; prezint dou puncte de aplicare a electrozilor i un ax de nregistrare, adic o dreapt care unete cele dou pun

se folosesc 12 derivaii care reprezint tot attea puncte de vedere

te de diferena de potenial

iile indirecte sunt clasificate n: derivaii ale membrelor (6), n care electrozii sunt plasai la extr

n plan frontal. Electrozii sunt plasai le extr

teral, 3 puncte sunt plasate pe braul drept (right R), braul stng (left L) i erivaiile se noteaz cu DI, DII i DIII i au polaritatea dup cum urmeaz:

t la subiecii normali depolarizarea ventricular produce o def

c este ndeprtat nu influeneaz nregistrarea (tehnic, rin introducerea n circuit a unei borne centrale de

mbrelor se reprezint (Fig.4.3). n aceste derivaii se nregistreaz unde sau

ora se apropie de electrodul explorator pozitiv.

Triunghiul Einthoven, derivaiile bi- i unipolare ale membrelor.

indirecte - care presupun electrozi plasai pe tegumentele membrelor i toracelui, n interiorul cmpului electric al inimii dezvoltat de rezultanta momentan a dipolilor electrici Derivaia poate fi definit ca raportul spaial ntre dou pcte de nregistrare, dup anumite reguli de reprezentare. DERIVAIILE INDIRECTE - permit nregistrarea simpl, printr-o metod nesngernd, a activitii

electrice cardiace. n mod obinuit asupra unui proces unic care este activitatea electric a inimii. Diferena de potenial generat n cursul activitii cardiace poate fi culeas:

- bipolar - cu 2 electrozi exploratori plasai n cmpurile electrice generadintre baza i vrful inimii;

- unipolar - cu 2 electrozi: un electrod explorator i un electrod indiferent. Derivaemitile membrelor, i derivaii precordiale (6), electrozii fiind situai pe peretele toracic, n vecintatea

cordului. 1. Derivaiile membrelor sunt n numr de 6 i exploreaz inima emitile membrelor (Fig.4.3.). Aceste derivaii pot fi bi- i unipolare. (a) Derivaii bipolare ale membrelor sau derivaii standard (3) Aceste derivaii au fost introduse n practic de ctre Einthoven n 1908. Electrozii exploratori sunt

plasai n dou din cele 3 puncte echidistante fa de cord, puncte care formeaz un triunghi echilatriunghiul Einthoven. Celepiciorul stng (foot F). D

- DI : R( -) L (+) - DII : R( -) F (+) - DIII :L ( -) F (+) Derivaiile standard sunt astfel orientate nc

lexiune pozitiv n toate cele 3 derivaii. (b) Derivaii unipolare ale membrelor (3) Aceste derivaii utilizeaz un singur electrod explorator care reprezint ntotdeauna polul pozitiv, polul

negativ fiind electrodul indiferent care prin faptul ndeprtarea electrodului indiferent se realizeaz ppotenial 0 sau a unei rezistene). Se noteaz cu:

- aVR electrodul explorator pe braul drept - aVL electrodul explorator pe braul stng - aVF electrodul explorator pe piciorul stng "V" provine de la Volt i "a" de la amplificate (augmented), curenii nregistrai au amplitudine mic i

necesit o amplificare de 50%. Sub raport strict geometric, derivaiile unipolare ale meca bisectoare n triunghiul echilateral Einthoven complexe pozitive dac vectorul acest R L I

II III

13

Fig.4.3.

F

_ +

_

+ +

_ aVR aVL

aVF

Curs Fiziologie - Cardiac Bazele teoretice i practice ale electrocardiografiei au fost puse de Einthoven n 1903 (premiul Nobel

pentru medicin) care a considerat c inima este un dipol situat n centrul toracelui i acesta n centrul corpului, toracele este sferic, articulaiile radiocarpiene i tibiotarsiene sunt echidistante fa de cord i rezistenele electrice ale esuturilor sunt egale. Postulatele lui Einthoven (rezult din aplicarea legii a II-a a

ia din aVL + proiecia din AVF = 0 atori pozitivi fiind plasai n apropierea

ng, parasternal

r nia axilar medie

riculul drept (precordiale drepte) entricular

z unde sau complexe pozitive dac vectorul acestora se apropie e electrodul explorator pozitiv i invers.

sau negativ - dedesubtul liniei izoelectrice), durat ntre dou unde; se caracterizeaz prin poziie fa de linia izoelectric i

n sutimi de secund) caroiat n ptrate mici (delimitate prin linii subiri)

1mm pe orizontal = 0,04 sec.) i o amplificare de

ECG - unde, segmente i intervale.

circuitelor - Kirchhoff n triunghiul Einthoven): - Proiecia din DII = proiecia din DI + proiecia din DIII - Proiecia din aVR + proiec2. Derivaiile precordiale(6) Derivaiile precordiale sunt derivaii unipolare, electrozii explor

cordului; se noteaz cu V1 - V6, electrozii avnd urmtoarele poziii: - V1 electrodul explorator n spaiul IV intercostal drept, parasternal - V2 electrodul explorator n spaiul IV intercostal st- V3 electrodul la jumtatea distantei ntre V2 i V4 - V4 electrodul n spaiul V intercostal stng, pe linia medio-clavicular - V5 electrodul n spaiul V intercostal stng, pe linia axilar anterioa- V6 electrodul n spaiul V intercostal stng, pe liAceste derivaii exploreaz inima n plan transversal: - V1 i V2 exploreaz predominant vent- V3 exploreaz septul interv- V4 exploreaz vrful inimii - V5 i V6 exploreaz predominant ventriculul stng (precordiale stngi) n derivaiile precordiale se nregistrea

d

4.3. MORFOLOGIA ELEMENTELOR ECG Pe ECG se pot identifica urmtoarele elemente grafice (Fig.4.4):

unde, care reprezint deflexiuni situate deasupra sau dedesubtul liniei izoelectrice; se caracterizeaz prin form, sens (pozitiv - deasupra liniei izoelectrice (exprimat n sutimi de secund) i amplitudine(mV)

segmente, poriuni de traseu durat (n sutimi de secund) intervale - constituite din unde i segmente i se caracterizeaz prin durat (Pentru aprecierea corect a duratei i amplitudinii acestor elemente grafice: - traseul ECG este nregistrat pe hrtie milimetric

i ptrate mari (delimitate prin linii groase); - este necesar cunoaterea etalonrii aparatului pentru vitez i amplitudine. Uzual se folosete o

vitez de derulare a hrtiei de 25 mm/sec. (1cm = 1mV ( 1mm pe vertical = 0,1 mV).

14

Fig.4.4.

interval PQ interval QT

sg.PQ sg.ST

unda P

complex QRS

unda T

Q

R

S unda U

Curs Fiziologie - Cardiac Unda P - reprezint unda de depolarizare atrial. Ea reprezint depolarizarea celor dou atrii. Unda P

este o und rotunjit, cu durata de 0,06 -0,10 sec. i amplitudine de 0,10 - 0,25 mV (maxim n DII) (Fig.4.5). Unda P este pozitiv n majoritatea derivaiilor (obligatoriu n DII, DIII, aVF) i negativ n aVR. n derivaiile precordiale, unda P se vede cel mai bine n derivaiile V1 i V2, deoarece vectorul corespunztor depolarizrii atriale se ndreapt spre electrodul explorator pozitiv.

AD

AS DI

DII DIII

_ +_

+

_

+

Fig. 4.5. Vectorii de depolarizare atrial i aspectul undei P n derivaiile standard

Complexul QRS - este un ansamblu de unde negative i pozitive generate de depolarizarea ventricular. Dac prima und a complexului este negativ, ea este notat cu Q. Prima und pozitiv este denumit R, iar unda negativ care i urmeaz este notat cu S. Se folosesc litere mari (Q, R, S) pentru deflexiuni mai mari de 3 mm i litere mici (q, r, s) pentru cele sub 3 mm. Complexul QRS are o durat de 0,08-0,10 sec. i amplitudine de 1-1,5 mV (minimum 5 mm n DI, II, III i minimum 10 mm n precordiale). Complexul poate fi trifazic (compus din toate cele trei unde, QRS), bifazic (alctuit din dou deflexiuni, de tip QR sau RS) sau monofazic (normal, constituit numai din unda R i patologic QS). Cele trei unde reprezint momente diferite n evoluia vectorului cardiac momentan: Q reprezint depolarizarea septului interventricular (de la stnga la dreapta), R depolarizarea vrfului inimii (de la dreapta la stnga i de sus n jos), iar S este determinat de depolarizarea poriunii postero-bazale a ventriculului stng (vector orientat n sus i uor spre dreapta) (Fig.4.6). n derivaiile precordiale aspectul QRS mbrac cteva particulariti: undele R au amplitudine din ce n ce mai mare de la V1 la V5, scznd puin n V6, iar undele S au un comportament invers undelor R (n V1,V2 R < S, n V3 sau V4 R = S, n V5,V6 R > S); unda Q trebuie s lipseasc n derivaiile precordiale drepte, iar n cele stngi nu trebuie s fie 1mm (0,04 sec.) sau 1/3 din amplitudinea undei R pe care o precede.

Fig.4.6. Momentele principale ale depolarizrii ventriculare. Aspectul complexului QRS n derivaiile standard i derivaiile precordiale (V1 i V6).

15

Curs Fiziologie - Cardiac Pentru nelegerea sensului undelor, trebuie cunoscute regulile de nscriere vectorial. Astfel dac: - vectorul de ndreapt spre un electrod explorator, se nscrie o deflexiune pozitiv - vectorul se ndeprteaz de electrodul explorator, se nscrie o deflexiune negativ - vectorul se apropie si apoi se ndeprteaz de electrodul explorator, se nregistreaz o deflexiune

bifazic, iniial pozitiv si ulterior negativ (Fig.4.7).

- - - - + + + +

+ + + + - - - -

ggg

Fig.4.7. Aspectul grafic al procesului de depolarizare n funcie de poziia electrodului explorator.

Unda T - reprezint unda de repolarizare ventricular. Este o und asimetric, cu panta ascendent

lent i cea descendent mai abrupt, cu durat de 0,13 -0,30 sec. i amplitudine de 1/3 -1/2 din amplitudinea QRS. Unda este pozitiv n majoritatea derivaiilor, negativ n aVR (sensul undei T trebuie s fie concordant cu cel al complexului ventricular), iar la copii i tineri i n V1,V2.

Unda U - este determinat de repolarizarea muchilor papilari. Unda U apare ca o und pozitiv rotunjit vizibil la copii i tineri n V2, V3; are durata de 0,15-0,25 sec. i amplitudine sub 0,2 mV.

Segmentul PQ sau PR - reprezint stadiul depolarizat atrial i stadiul polarizat ventricular. Normal, are poziie izoelectric i o durat de 0,06 - 0,10 sec.

Segmentul ST - constituie stadiul depolarizat ventricular. Normal, are poziie izoelectric. nceputul segmentului ST este marcat de punctul J (jonciune) prin care se face delimitarea de complexul QRS. n precordialele drepte se admit supradenivelri de maximum 3 mm (0,3 mV), cu condiia ca unda T s aib aspect normal.

Intervalul PQ sau PR - cuprinde unda P i segmentul PQ (PR) i reprezint timpul ntre debutul depolarizrii atriale i a celei ventriculare. Are o durat de 0,12-0,20 sec, durata fiind invers proporional cu frecvena cardiac (la un adult cu o frecven cardiac de 75-80/min., intervalul PQ de 0,18-0,20 sec. este normal, dar aceeai durat a intervalului este anormal la o FC de 120/min., sugernd un bloc atrio-ventricular incipient).

Intervalul QT - este constituit din complexul QRS, segmentul ST i unda T i reprezint nscrierea activitii electrice ventriculare (depolarizare i repolarizare). Durata intervalului QT este invers proporional cu frecvena cardiac (n medie 0,42 sec) i se apreciaz cel mai bine n derivaiile precordiale V4 i V5.

Intervalul RR - este intervalul dintre dou unde R succesive i constituie durata unei revoluii cardiace. Durata RR se utilizeaz pentru calcularea frecvenei cardiace.

4.4. INTERPRETAREA ELECTROCARDIOGRAMEI A.Stabilirea ritmului de baz al inimii - normal, ritmul este sinusal, adic activitatea cardiac este

iniiat de nodul sino-atrial, de la care stimulul se propag prin atrii spre nodul atrio-ventricular i apoi prin sistemul His-Purkinje la ventriculi. Criteriile de recunoatere ale ritmului sinusal pe ECG sunt:

- prezena undelor P pozitive n majoritatea derivaiilor (obligatoriu n DII, DIII i aVF), dar negative n aVR

- unde P cu aceeai form i caracteristici n majoritatea derivaiilor (rotunjite, cu durat de 0,06 - 0,10 sec. i amplitudine de 0,10 - 0,25 mV)

- undele P sunt urmate de complexe QRS B. Calcularea frecvenei cardiace (FC) - se realizeaz prin metode directe, exacte i prin metode

indirecte, aproximative dar rapide. Valoarea normal a frecvenei cardiace este de 60-80 b/min. n caz de ritm sinusal, o frecven cardiac mai mare de 100 b/min. se consider tahicardie sinusal, iar bradicardia sinusal presupune o frecven mai mic de 60 b/min. n mod fiziologic, la copii i tineri se poate observa creterea frecvenei cardiace n inspir i reducerea acesteia n expir, aspect care poart numele de aritmie sinusal respiratorie. 16

Curs Fiziologie - Cardiac C. Determinarea axului electric al inimii

Rotaia inimii n jurul axului antero-posterior al cordului (n plan vertical) Cel mai important vector cardiac este vectorul/axul electric al complexului QRS, deoarece reprezint

vectorul celei mai importante mase musculare cardiace i modificrile sale prezint cele mai multe semnificaii. n general, axul electric al inimii se suprapune axului anatomic. Orice modificare a poziiei axului anatomic influeneaz, ntr-o anumit msur, i poziia axului electric. Axul electric se determin prin metode clasice (metoda triunghiului echilateral, metoda sistemului triaxial, precum i prin metode de "citire rapid", cele mai utilizate n practic (vezi Lucrri practice).Valorile normale i variaiile patologice ale axului electric al inimii sunt prezentate n Tab.4.I i Fig.4.8. TABEL 4.I. Valorile normale i variaiile patologice ale axului electric

AX ELECTRIC VALOARE normal - orizontalizat - intermediar - verticalizat

-30 +110 0 +30 +30 +60 +60 +90

deviat la stnga (DAS) -30 -90 deviat la dreapta (DAD) +110 +180

Rotaia inimii n jurul axului longitudinal al cordului (n plan orizontal)

Pentru aprecierea poziiei electrice a cordului n plan orizontal se vor urmri derivaiile precordiale V3 i V4, la nivelul crora, n mod normal, complexul QRS este de tip echidifazic (amplitudinea undei R este egal cu amplitudinea undei S):

- rotaia orar (la stnga) se caracterizeaz prin deplasarea zonei R = S n precordialele stngi (V5, V6)

- rotaia antiorar (la dreapta) se caracterizeaz prin deplasarea zonei R = S n precordialele drepte (V1, V2)

Variaii fiziologice ale axului electric al inimii

n funcie de tipul constituional: la longilini axul electric este verticalizat, iar la picnici axul electric este orizontalizat

n funcie de vrst: la copii i adolesceni axul electric este verticalizat sau deviat la dreapta, iar la vrstnici axul electric este deviat la stnga

n funcie de stri fiziologice: la gravide axul electric este orizontalizat sau deviat la stnga

Deviaie axial stng

AX ELECTRIC NORMAL

AX ORIZONTALIZAT

AX INTERMEDIAR

AX VERTICALIZAT

00

+900

+300

+600

-900

Deviaieaxial dreapt

1800

-300

+1100

Fig.4.8. Valorile normale i variaiile patologice ale axului electric al inimii 17

Curs Fiziologie - Cardiac D. Analiza morfologic i cronologic a undelor, segmentelor i intervalelor presupune: - identificarea elementelor grafice ale ECG - msurarea duratei i amplitudinii undelor i intervalelor (n special a intervalului PQ) - examinarea poziiei segmentelor i intervalelor fa de linia izoelectric - observarea prezenei unor elemente grafice neobinuite (ex. unda delta a complexului QRS

prezent n caz de sindrom de preexcitaie) ECG este o metod neinvaziv i ieftin care ofer informaii extrem de importante asupra activitii

electrice cardiace; metoda permite detectarea aritmiilor, tulburrilor de conducere, ischemiei miocardice, precum i evidenierea modificrilor induse de tulburri electrolitice i metabolice.

5. PROPRIETILE FUNDAMENTALE ALE MUCHIULUI CARDIAC

5.1. AUTOMATISMUL CARDIAC Automatismul sau cronotropismul este proprietatea de a genera un potenial de aciune spontan, n absena unui stimul exterior. Automatismul caracterizeaz activitatea de pacemaker a celulelor sistemului nodal. La baza acestei proprieti stau fenomenele de depolarizare lent diastolic spontan, ce progreseaz pn se atinge valoarea potenialului prag, cnd se declaneaz un potenial de aciune propagat. Fiecare din regiunile inimii posed structuri cu proprieti de pacemaker, dar comanda este deinut de nodul sinoatrial (NSA) care este pacemaker-ul fiziologic. Acesta are cea mai mare frecven de descrcare a impulsurilor i un grad nalt de ritmicitate. NSA, izolat de inervaie, are o frecven de stimulare de 100-120 stimuli/minut, numit frecven cardiac intrinsec. Normal activitatea vagal (tonusul vagal) scade frecvena de stimulare a N SA la aproximativ 70 stimuli/minut. Stimularea vagal puternic poate bloca complet impulsul din nodul SA.

Activarea inimii generat de NSA induce ritmul sinusal evideniat pe ECG prin: prezena undelor P, pozitive n majoritatea derivaiilor i negative n aVR, urmate de complexe QRS normale (0,08-0,10 sec) la interval PQ constant (0,12-0,20 sec) i intervale P-P constante. Celelalte zone ale sistemului excito-conductor reprezint pacemakeri lateni i pot prelua comanda n cazul scderii automatismului NSA. Celule active spontan exist n NAV i chiar la nivelul fibrelor Purkinje. Dar frecvena de descrcare a celorlalte zone ale sistemului nodal este redus: 50-60 /minut pentru NAV i 30-40/minut pentru celulele sistemului His-Purkinje. Descrcarea mai frecvent a NSA suprim activitatea de pacemaker a altor zone. Aceast activitate poate ns deveni manifest dac frecvena lor de descrcare crete. Dac zona de generare a impulsurilor este nafara sistemului excitoconductor se consider un focar ectopic. Frecvena de depolarizare a NSA se poate schimba prin modificarea: pantei depolarizrii lente diastolice, valorii potenialului prag i potenialului maxim diastolic (Fig.5.1).

Activitatea autoritmic a NSA este influenat att de inervaia simpatic i catecolamine ct i de inervaia parasimpatic reprezentat de nervii vagi. Frecvena cardiac reflect echilibru dintre cele dou componente ale sistemului nervos vegetativ. Stimularea simpatic are efect cronotrop pozitiv mediat de receptorii 1 membranari, prin creterea permeabilitii membranei pentru Ca2+ i K+. Astfel creterea AMPc induce, prin proteinkinazele activate, fosforilarea canalelor de Ca2+. Creterea Ca2+ intracelular influeneaz

curenii If i IK. Se accentueaz panta depolarizrii lente diastolice i deci crete frecvena cardiac. Frecvena de stimulare mai este crescut de adrenalin, hormonii tiroidieni i creterea temperaturii. Rata de generare a stimulilor este mai mare la tineri i scade cu naintarea n vrst.

18

Fig.5.1. Modalitile prin care se poate modifica frecvena activitii de pacemaker. A creterea pantei depolarizrii diastolice (a); B modificarea potenialului prag (PP2-b) sau a potenialului maxim diastolic (d-e) (Sabu, 1999).

Curs Fiziologie - Cardiac Stimularea vagal, prin acetilcolin, scade frecvena de stimulare a NSA prin hiperpolarizare i

reducerea pantei depolarizrii lente diastolice, efect nlturat de atropin. Efecte similare cu ale acetilcolinei are i adenozina ce deprim automatismul celulelor N SA prin hiperpolarizare i scurtarea PA. Acidoza produce hiperpolarizare prin curentul Ik(ATP), blocat de ATP i activat de ischemie i hipoxie. De asemenea sunt blocai curenii care mediaz comunicarea intercelular. Automatismul celulelor pacemaker dup o perioad de stimulare cu frecven crescut, diminu pn la suprimare. Excitaia susinut crete activitatea pompei Na+/K+ care determin un exces de sarcini pozitive n exterior, cu efect hiperpolarizant. Acest fenomen este cunoscut ca overdrive suppression. Timpul necesar relurii activitii de pacemaker a N SA stimulat cu o frecven mai mare dect frecvena sa de descrcare, este numit timpul de recuperare a N SA i este utilizat n diagnosticarea bolii N SA.

5.2. EXCITABILITATEA MIOCARDULUI Excitabilitatea sau batmotropismul este proprietatea miocardului de a rspunde la stimuli care au atins pragul de excitaie printr-un potenial de aciune (PA). Excitabilitatea celulelor cardiace difer dup PA care poate fi cu rspuns rapid sau lent.

A. FIBRELE CU RSPUNS RAPID - se gsesc n miocardul atrial, ventricular i celulele sistemului Hiss Purkinje. Prezint urmtoarele caracteristici:

- sunt puternic polarizate n repaus, potenialul de repaus fiind de -80 mV la miocardul atrial i de -90 mV la cel ventricular i celulele Purkinje

- faza 0 a potenialului de aciune este rapid, cu overshoot, pn la +20 mV, prin activarea canalelor rapide voltaj dependente de Na

- repolarizarea final depinde de inactivarea canalelor de CaL voltaj dependente i activarea unui curent puternic de potasiu IK

- conduc impulsul rapid Fibrele cu rspuns rapid prezint mai multe perioade ale excitabilitii:

Perioada refractar efectiv (PRE). Dup ce rspunsul rapid a fost iniiat, celula depolarizat nu este excitabil pn cnd nu va fi parial repolarizat. Intervalul de la nceputul PA pn cnd fibra este capabil s conduc alt PA este numit perioada refractar efectiv (Fig.5.2). Indiferent de intensitatea stimulului n aceast perioad nu se obine un alt rspuns, datorit faptului c n acest timp canalele rapide de Na+ sunt inactivate. Aceast perioad dureaz de la nceputul fazei 0 pn n punctul fazei 3 unde repolarizarea a atins aproximativ - 50 mV. La aceast valoare a potenialului de membran (Vm) porile m si h ale celor mai multe canale de Na+ au fost restabilite. Perioada refractar este reglat mai ales de cinetica curentului INa. Perioada refractar lung a celulelor miocardului previne reexcitarea lor rapid.

cu

Fig.5.2. Potenialul de aciune n fibrele cardiace de lucru (A) n comparaie potenialul de aciune al celulelor pacemaker din nodul SA i AV (B).

Perioada refractar relativ (PRR). Fibra miocardic prezint apoi o perioad n care rspunde numai la stimuli mai puternici dect cei normali. Potenialul de aciune dei se propag are ascensiune lent i amplitudine submaximal, datorit faptului c unele canale de Na+ sunt nc n stare parial inactivate. Cu ct stimularea se va produce mai trziu n aceast perioad, cu att amplitudinea i viteza de cretere a fazei 0 a acestui PA vor fi mai mari (Fig.5.3). Probabil, c pe msur ce faza a 3-a a potenialului se apropie de sfrit, un numr tot mai mare de canale rapide de Na+ sunt scoase din starea de inactivare.

19

Curs Fiziologie - Cardiac Fig.5.3. Poteniale de aciune iniiate n diferite etape ale perioadei refractare relative.

La sfritul fazei a 3-a a PA este o perioad cu excitabilitate crescut perioada supranormal (PSN). Astfel, stimuli mai slabi dect cei prag pot determina poteniale de aciune ce se pot propaga. Mecanismul acestei excitabiliti crescute const n faptul c la fibrele Purkinje, unde este observat n mod obinuit, exist o uoar depolarizare la trecerea repolarizrii terminale la potenialul de repaus. Perioada receptiv optimal. Coincide cu faza 4-a a PA cnd se obin rspunsuri normale la stimuli

prag, respectnd legea tot sau nimic. Existena perioadei refractare are o importan deosebit deoarece favorizeaz activitatea ritmic a

inimii. Explic imposibilitatea tetanizrii muchiului cardiac. Perioadele excitabilitii sunt dependente de voltaj. Rata creterii PA (dV/dt) este corelat cu potenialul de repaus de la care a fost iniiat. Capacitatea unui impuls de a fi condus depinde de viteza de depolarizare.

Refacerea neuniform a excitabilitii n teritorii adiacente poate crea cureni de vecintate care pot depolariza teritoriile din jur. n cazul miocardului ischemic, n jurul unor astfel de zone esutul normal are o excitabilitate crescut. Durata perioadei refractare poate fi influenat de lungimea ciclului precedent ca i de prezena btilor premature. Btaia prematur poate ntlni n sistemul de conducere un esut refractar, fiind fie condus lent, fie eliminat prin bloc fiziologic. Dar btile premature pot iniia cele mai multe forme de tahicardie paroxistic (frecvena de stimulare > 180/min). n cazul creterii frecvenei cardiace scurtarea PA are urmtoarele cauze:

- creterea Ca2+ citosolic prin frecvena crescut a deschiderii canalelor de Ca2+ - refacerea incomplet a canalelor de Ca2+ ceea ce scade curenii depolarizani de Ca2+ i scurteaz

platoul - accelerarea repolarizrii prin deschiderea canalelor de K+ activate de Ca2+ - creterea Na+ citosolic datorit frecvenei crescute de deschidere a acestor canale i totodat

creterii curentului spre exterior datorit intensificrii activitii pompei de Na+/K+

B. FIBRE CU RSPUNS LENT - se ntlnesc n NSA i NAV. Prezint urmtoarele caracteristici: - potenialul diastolic maxim este de -70 mV - 60 mV - faza 0 a PA este lent, datorit activrii canalelor de calciu lente cu generarea unui curent lent de

intrare ICaL - viteza de conducere este mic = 0,05 m/s (0,01-0,1 m/s)

Recuperarea excitabilitii este de asemenea lent, depete deplina repolarizare. Astfel la celulele N SA i ale jonciunii atrioventriculare faza refractar se poate extinde mult peste durata PA (Fig.5.). Excitabilitatea depinde de valoarea potenialului de repaus membranar i de valoarea potenialului prag. Excitaia apare i la un stimul mai slab dac potenialul de repaus membranar este sczut (mai aproape de valoarea potenialului prag). Dac potenialul prag este mare, pragul se atinge mai greu i apare o stare de hipoexcitabilitate. Factorii care influeneaz batmotropismul sunt:

- stimularea parasimpatic are efect batmotrop negativ - stimularea simpatic are efect batmotrop pozitiv - creterea temperaturii locale sau hipoxia de asemenea cresc excitabilitatea - factori endocrini: hormonii tiroidieni n exces cresc sensibilitatea receptorilor beta adrenergici la

aciunea catecolaminelor, avnd efect batmotrop pozitiv 20


21

Postdepolarizare precoce este ntlnit n anomalii ale curenilor ionici de K+ responsabili de faza a 3-a a PA sau ale reactivrii curentului de Na+ i a unui curent spre interior prin schimbul Na+/Ca2+. Poate apare n: hipoxie, ischemie, distensie, sub aciunea unor agonitii beta adrenergici. Postdepolarizare tardiv - survine dup ce s-a realizat repolarizarea (faza 4) n cazul suprancrcrii cu Ca2+, fie prin eliberare repetitiv a Ca2+ din reticulul sarcoplasmatic, fie prin activarea unui curent de Na+, ce s-ar realiza prin canale speciale sau prin schimbul Na+/Ca2+. Are importan clinic n reperfuzia cordului ischemic, ce reprezint o cauz major a suprancrcrii cu Ca2+.

5.3. FUNCIA DE CONDUCERE A MIOCARDULUI Excitaia iniiat de nodul SA se transmite radiar prin musculatura atriilor la nodul AV de unde prin

fasciculul His, ramurile sale i reeaua Purkinje depolarizeaz musculatura ventricular. Conducerea excitaiei se realizeaz din aproape n aproape, asigurnd contracia coordonat a inimii. Viteza de conducere depinde de: tipul fibrelor, amplitudinea potenialului de aciune, diametrul fibrelor i de numrul de discuri intercalare cu conexoni (Tab.5.I). Tipul fibrelor - viteza de conducere n fibrele cu rspuns rapid este 0,5-1 m/s pentru miocitele atriale i

ventriculare i pn la 3 m/s pentru celulele Purkinje. n fibrele cu rspuns lent din nodul SA i AV este de 0,05 m/s

Diametrul fibrei - influeneaz conducerea excitaiei. Astfel celulele Purkinje cu diametrul cel mai mare au i viteza de conducere cea mai mare

Numrul de discuri intercalare - influeneaz conducerea. Astfel celulele cu puine discuri intercalare (P i T) au viteza de conducere cea mai mic

Amplitudinea PA - este egal cu diferena de potenial dintre zona cu depolarizare total i regiunile complet polarizate ale celulei. Cu ct este mai mare diferena de potenial ntre aceste zone cu att va fi mai intens stimulul local n depolarizarea prilor adiacente ale membranei i mai rapid valul de depolarizare propagat de-a lungul fibrei. Viteza de conducere variaz direct proporional cu amplitudinea PA i rata schimbrii potenialului (dVm/dt) n timpul fazei 0. Nivelul PR este de asemenea un determinant important al vitezei de conducere pentru c influeneaz amplitudinea i panta ascendent a PA Potenialul transmembranar poate varia din urmtoarele cauze: - modificarea K+ n mediul extracelular - excitarea prematur nainte ca repolarizarea membranei s fie complet n general, cu ct este mai puin negativ Vm cu att este mai mic viteza propagrii impulsului,

indiferent de cauza schimbrii Vm. Cele mai multe modificri ale potenialului transmembranar apar n afeciuni coronariene cnd fluxul de snge este inadecvat i activitatea Na+/K+ ATP-azei este diminuat, iar miocitele ischemice ctig Na+ i pierd K+ n spaiul interstiial. Aceste schimbri vor afecta ritmul cardiac i conducerea excitaiei. TABEL 5.I. Factori de care depinde viteza de conducere a fibrelor cardiace.

ESUT Diametrul fibrei (m)

Potenial de repaus (mV)

Potenial de aciune (mV)

Vitez de conducere (m/sec)

Nod sinoatrial 5 - 10 - 50, -60 60 - 70 0,05 Miocard atrial 8 - 10 - 80, -90 110 -120 0,5 Tracturi internodale 15 - 20 -80, -90 110 -120 1,0 Nod atrioventricular variabil - 60,-70 70 - 80 0,05 Fibre Purkinje 70 - 80 -90, -95 120 3,0 Miocard ventricular 10 - 16 -80, -90 110 -120 0,5

A. Conducerea atrial

De la NSA impulsul generat se propag radiar prin atriul drept de-a lungul fibrelor miocardice atriale. Mai multe unde de depolarizare progreseaz simultan n mai multe direcii. Atriul drept este depolarizat mai


22

rapid. Apoi excitaia ajunge la atriul stng i ultima zon activat ar fi cea posteroinferioar. Unda de excitaie care nainteaz prin atriul drept ajunge la nodul AV, care este normal singura cale de intrare a impulsului cardiac la ventriculi. Unda P reprezint depolarizarea atriilor i este pozitiv n majoritatea derivaiilor avnd o durat de 0,06-0,10 sec. S-au descris i trei ci internodale prin care s-ar realiza o conducere preferenial:

- fasciculul anterior (Bachman) - conduce impulsul de la nodul SA direct la atriul stng - fasciculul mijlociu (Wenckebach) - evolueaz direct spre nodul AV - fasciculul posterior (Thorel) - ajunge la nodul AV dup ce trimite i cteva ramuri spre atriul stng. O

ramur a acestui fascicul, descris de James se termin n zona inferioar a N AV i astfel excitaia poate ajunge mai repede la ventriculi

Exist controverse privind existena unor structuri bine organizate. Celulele care alctuiesc aceste fascicule sunt un amestec de fibre Purkinje cu celule musculare obinuite. Conducerea preferenial poate fi explicat i prin aranjamentul arhitectural tisular. Conducerea este mai rapid n cazul fibrelor aezate paralel, de-a lungul axului lor, dect n direcie perpendicular. Este posibil i activarea retrograd a atriilor, dar propagarea excitaiei este diferit i modific polaritatea undelor P.

B. CONDUCEREA ATRIOVENTRICULAR (AV) Jonciunea AV are rolul de a aduna impulsurile care depolarizeaz atriile i de a le ntrzia cu 100-160

ms. Aceast ntrziere asigur timpul pentru contracia atrial care desvrete umplerea ventricular, n special la frecvene crescute. Viteza de conducere este redus la 0,05 m/s. ncetinirea vitezei de conducere la nivelul N AV are drept cauze:

- diametrul mai mic al celulelor din structura NAV - PA de tip lent, datorit curentului lent de Ca2+ - accesul multiplu al excitaiilor care se pot suma sau anula Viteza sczut i gradul mare al refractivitii sunt evideniate prin posibilitatea conducerii decrementale,

conducere tot mai lent pn cnd impulsul poate fi blocat la un moment dat. Aceasta explic fenomenul Wenckebach (ntrzierea progresiv a conducerii AV). Conducerea ntrziat n nodul AV reprezint bloc AV grad I (interval PQ 0,24 sec). n cazul blocului AV de gradul II undele P sunt blocate intermitent. Dac numrul de impulsuri ce ajunge la nodul AV este foarte mare, ca n flutter-ul atrial i fibrilaia atrial, refractivitatea sa crete i o parte din aceti stimuli sunt blocai (2/1, 3/1, 4/1) pentru ca ventriculii s se contracte cu o frecven mult mai lent. n mod normal stimulul este condus de la atrii spre ventriculi prin nodul AV, dar pot exista i fascicule aberante ce scurtcircuiteaz nodul AV, cum ar fi fasciculul Kent care unete atriile cu ventriculii. Acesta poate induce o excitaie mai rapid a ventriculilor, ca n sindrom WPW, ce poate fi detectat pe ECG. NAV este bogat inervat att de fibre simpatice ct i vagale. Stimularea simpatic crete conducerea atrioventricular, iar stimularea parasimpatic (vagal) scade viteza de conducere i prelungete perioada refractar.

Variate afeciuni ca boli ale arterelor coronare sau miocardite pot mpiedica complet trecerea impulsurilor atriale prin nodul AV - bloc total grad III cnd stimularea ventriculilor se realizeaz de ctre un pacemaker ectopic ventricular cu o frecven foarte sczut, de 25-35 stimuli/minut. n aceste condiii este necesar implantul unui pacemaker electronic pentru a stimula ventriculii s se contracte cu o frecven adecvat.

C. CONDUCEREA VENTRICULAR Impulsurile conduse prin nodul AV sunt distribuite la ventriculi prin fibre specializate. Fasciculul His, ce

continu nodul AV, este localizat subendocardic n partea dreapt a septului interventricular i transmite impulsurile prin ramurile sale cu vitez mare. Aceste celule au cel mai mare diametru i cea mai mare vitez de conducere a stimulului. Blocarea conducerii prin ramura dreapt sau stng a fasciculului His induce modificri caracteristice ECG (complex QRS 0,12 sec i unda T negativ). Reeaua Purkinje continu fasciculul His i este distribuit ambilor ventriculi la nivel subendocardic. Viteza de conducere crescut permite o activare rapid a suprafeei endocardice totale a ventriculilor. Depolarizarea musculaturii


23

ventriculare se realizeaz de la endocard spre epicard. Iniial depolarizarea ajunge la suprafaa ventriculului la apex i avanseaz spre baze. Ultima suprafa ce va fi depolarizat este baza ventriculului stng. Viteza de conducere mare (0,5 m/sec) asigur contracia ambilor ventriculi aproape simultan, ceea ce crete eficiena contraciei.

Tulburrile de ritm cardiac au drept mecanisme fie tulburri n formarea stimulului excitator, fie tulburri n conducerea stimulului. Aritmiile se pot clasifica dup sediu n: sinusale, supraventriculare (miocardul atrial, jonciunea AV) i ventriculare. n cazul tulburrilor n formarea stimulului excitator se descriu: alterarea frecvenei i/sau a regularitii generrii impulsului la nivelul NSA automatismul NSA este

influenat de sistemul nervos vegetativ (emoii, efort, manevre vagale) ritmuri de scpare care, la rndul lor, pot fi:

- pasive - cnd activitatea NSA este alterat datorit unui proces patologic, comanda va fi preluat de un pacemaker secundar ce poate fi nodul AV inducnd ritmul nodal sau sistemul His-Purkinje inducnd ritmul idio-ventricular

- active - creterea automatismului unui focar ectopic ce depete frecvena de generare a stimulilor de ctre nodul SA (ischemie, acidoz, dezechilibre electrolitice)

activitate declanat (automatism declanat) sub form de: - postpoteniale precoce de depolarizare - prin ntreruperea fazei 3 de repolarizare i apariia unui

rspuns repetitiv; - postpoteniale tardive de depolarizare - prin oscilaii ale potenialului de repaus, care dac ating

pragul devin stimuli repetitivi. Activitatea declanat poate fi mecanism de producere a extrasistolelor, tahicardiilor paroxistice,

fibrilaiei. n cazul alterrii conducerii impulsului se descriu: - conducerea decremental - reprezint scderea progresiv a amplitudinii i pantei fazei 0 pn la

blocarea conducerii impulsului cu apariia blocurilor, dintre care cel mai frecvent este blocul AV; - mecanismul de reintrare - se datoreaz existenei a dou ci de conducere unite n poriunea lor

proximal i distal, care au perioade refractare i viteze de conducere diferite. Blocarea parial a conducerii la nivelul unei ci determin ca excitaia care parcurge calea normal s gseasc calea parial blocat n perioada refractar relativ. Apoi excitaia parcurge retrograd calea blocat, genernd un circuit de reintrare care poate excita prematur zona afectat.

6. CONTRACTILITATEA MIOCARDULUI

6.1. CUPLAREA EXCITAIEI CU CONTRACIA

Cuplarea fenomenului electric (depolarizarea sarcolemei) cu fenomenul mecanic (scurtarea sarcomerului) are ca verig de legtur ionul de Ca2+. n cazul fibrei miocardice, Ca2+ prezint o micare intracelular specific ce implic structuri cum ar fi: sarcoplasma, sarcolema, reticulul sarcoplasmatic, mitocondriile i sarcomerul.

SARCOPLASMA. Conine n repaus Ca2+ liber n concentraie de 10-7M, necesar meninerii elementelor contractile n stare inactiv. n timpul contraciei Ca2+ citosolic crete la 10-5M. Concentraia Ca2+ la nivelul sarcoplasmei exprim raportul ntre:

- influxul i efluxul Ca2+ la nivelul sarcolemei - eliberarea i recaptarea Ca2+ la nivelul RS - legarea i eliberarea Ca2+ la nivelul Tn-C Ca2+ prezint o dinamic specific n raport cu fazele potenialului de aciune. Concentraia sa ncepe s

creasc imediat dup faza 0 a potenialului de aciune, atinge un vrf n timpul fazei de dezvoltare maxim a contraciei i apoi scade exponenial. Micrile Ca2+ n sarcoplasm au o durat mai scurt n atrii fa de ventriculi i sunt influenate de compoziia ionic a mediului extracelular, temperatur, frecven cardiac i aciunea unor medicamente.

SARCOLEMA. Are un rol important n micrile Ca2+, asigurnd un influx pasiv prin canale de Ca2+ i

un eflux activ prin schimbtorul Na+/Ca2+ i pompa de Ca2+ (Ca2+-ATP-aza).

Curs Fiziologie - Cardiac Canalele de Ca2+ - sunt canale lente, voltaj-dependente, de tip L (long lasting). Structura lor este

asemntoare cu cea a canalelor de Na+ (care se deschid n faza 0 a potenialului de aciune), dar spre deosebire de acestea pentru activare este necesar o depolarizare mai intens. Dinamica acestui canal este mai lent, mai strns legat de starea metabolic a celulei i poate fi modulat de o serie de hormoni i neurotransmitori. Catecolaminele sunt principalul factor activator al acestor canale. Ocuparea receptorul 1- adrenergic este urmat de creterea AMPc care fosforileaz i activeaz canalele de Ca2+. n concentraie crescut, catecolaminele cresc numrul de canale de Ca2+ activate, dar i sensibilitatea acestora la variaiile de voltaj membranar.

Schimbtorul Na+/Ca2+ - asigur schimbul unui ion de Ca2+ pentru trei ioni de Na+. Sensul acestui schimb depinde de voltajul membranar i de concentraia ionilor de o parte i de alta a membranei. ntre cei doi ioni exist o competiie pentru locul de fixare pe acelai transportor. Schimbtorul Na+/Ca2+ asigur 75-80% din efluxul de Ca2+ necesar relaxrii musculare i meninerii gradientului transmembranar de Ca2+ n condiii de repaus. Schimbtorul scoate Ca2+ din celul folosind energia gradientului sodic rezultat prin activitatea pompei Na+/K+. O scdere a activitii pompei Na+/K+ diminu gradientul de Na+ transmembranar i inhib activitatea schimbtorului Na+/Ca2+. Depolarizarea sarcolemei determin acumularea ionilor de Na+ i inversarea schimbului Na+/Ca2+. Acesta asigur n faza de platou a potenialului de aciune influxul de Ca2+ necesar cuplrii excitaiei cu contracia i efluxul de Na+ necesar refacerii echilibrului ionic.

Pompa de Ca2+ (Ca2+-ATP-aza) - funcioneaz mai ales n condiiile creterii concentraiei Ca2+ la valorile necesare declanrii contraciei. Este mai puin eficient dect schimbtorul Na+/Ca2+, asigurnd 20-30% din efluxul de Ca2+ necesar relaxrii musculare i, respectiv 10% din efluxul de Ca2+ n condiii bazale. Activitatea sa este crescut de o proteinkinaz AMPc - dependent. RETICULUL SARCOPLASMATIC. Are rol n depozitarea, eliberarea i recaptarea Ca2+, jucnd un rol

important att n contracie ct i n relaxare. Eliberarea Ca2+ este un proces pasiv desfurat prin canale de Ca2+, iar recaptarea este un proces activ asigurat de pompa de Ca2+ (Fig.6.1). Canalele de Ca2+ - sunt canale voltaj-dependente situate la nivelul cisternelor terminale, n imediata

vecintate a tubilor T. Aceste canale fac parte din structura receptorului pentru rianodin. O parte a acestui receptor se ntinde de la membrana RS ctre tubul T, constituind piciorul sau complexul canalicular joncional. Acesta realizeaz o punte de legtur ntre RS i tubul T i funcioneaz ca senzor al modificrilor de voltaj de la nivelul tubului T. Influxul de Ca2+ indus prin depolarizarea tubului T determin modificarea configuraiei moleculare a receptorului pentru rianodin, care, la rndul su, determin deschiderea canalelor de Ca2+ sarcolemale. Se poate spune c influxul unei mici cantiti de Ca2+ activeaz cel mai important fenomen n cadrul procesului de cuplare a excitaiei cu contracia, i anume, eliberarea Ca2+ din RS. Fluxul de Ca2+ astfel generat, de 10-100 x mai mare dect cel din sarcolem, este cunoscut i sub denu

curs fiziologie cardiac

Documents