1. HJÄRTFYSIOLOGI; REPETITION Leif Jansson Inst f med cellbiologi Leif.jansson@mcb.uu.se

2. Hjärtat som pump Venous return (VR) = Den volym blod som per minut flödar in i respektive förmak Cardiac output (CO) = Den volym blod som varje hjärthalva pumpar ut i truncus pulmonalis/aorta per minut Normalt: VR = CO; observera att CO be- stämmer VR CO = slagvolym x frekvens (puls) Man (20 år, 70 kg) har i vila CO på 5 liter (slagvolym 70 ml, puls 70) Vid hård ansträngning är CO 20-25 liter (slagvolym 120 ml, puls 180) Elitidrottsman: CO upp mot 35 liter (slagvolym 180 ml, puls 180)

3. Blodets distribution Cardiac output distributionO 2 konsumption Myocardiet har liten syrgasreserv

4. Myocardiets metabolism Den arteriovenösa O 2 - skillnaden är hög; cirka 75% syrgasextraktion (generellt i kroppen cirka 20-25%) AEROB metabolism Fria fettsyror svarar för 70% av energin Glukos + laktat + ketoner svarar för 30% Mycket laktatdehydrogenas (LDH) gör att myocardiet kan konsumera laktat. Viktigt vid ansträngning O 2 konsumption i myocard (ml/min x 100 g) Flöde i Kranskärl (ml/min x 100 g) Adenosin viktig nediator

5. Hjärtcykelns fyra faser Systole (kammar- muskelkontraktion) Diastole (kammar- muskelrelaxation Blodet går från högt till lågt tryck Fyllnadsfas (diastole) Isovolumetrisk kontraktion (systole) Ejektion (systole) Isovolumetrisk relaxation (diastole)

6. Hjärtcykeln SYSTOLE (0.35 sek) Isovolumetrisk kontraktion : 0.05 sek. Kamrarna kontraherar med stängda klaffar – inget blod lämnar ventriklarna men trycket stiger kraftigt Ejektion: 0.3 sek. Pulmonalis- och aortaklaffarna öppnar sig eftersom trycket i kamrarna är högre än i kärlen. Blodet strömmar ut och ejektions-fasen avslutas av att de nämnda klaffarna stängs. Loopens YTA är det utförda arbetet Vänster kammare

7. Hjärtcykeln; DIASTOLE (0.67 sek) Isovolumetrisk relaxation: 0.08 sek. Alla klaffar är stängda och muskulaturen relaxerar varvid trycket i kamrarna snabbt sjunker. Kammarfyllnadsfasen: 0.58 sek. Startar när tricuspidalis- och mitralisklaffarna öppans (trycket i kamrarna lägre än i förmaken). Avslutas med att AV-klaffarna stängs. Under diastole ombesörjs 80% av myocardiets blodförsörjning Vänster kammare

8. Tryck (mm Hg) Kammar- volym (ml) Flödeshastighet Aorta (cm/sek) FKG EKG Aorta Vänsterkammre Förmak (~ CVP)

9. Normalvärden Medeltryck (mm Hg) HögerVänster 3 8 4 9 25 120 Respons hos vuxen i vila och vid ansträngning O 2 konsumption (ml(min) 250 – 3000 Cardiac output (l/min) 4.8 – 21,6 Puls (min -1 ) 60 – 180 Slagvolym (ml/min) 80 – 120 Enddistaolisk volym (ml) 120–140 Endsystolisk residualvolym (ml) 40 – 20 Ejektionsfraktion (%) 67-86 Hjärtcykeltid (sek) 1.0 – 0.33 Duration systole (sek) 0.35 – 0.20 Duration diastole (sek) 0.65– 0.13 Atrium Kammare Slut diastole Peak systole

10. Reglering av slagvolym och cardiac output Frank-Starling’s hjärtlag: Den mängd blod som Kommer in i kamrarna (venous return) pumpas ut.

11. Starlings hjärtlag Kontraktionskraften proportionell mot sarkomerlängden Normalt 1.8 – 2.0 µm Går inte över 2.2 µm Bättre geometrisk relation mellan aktin- myosin (viktigast i skelett- muskel) Ökad känslighet för Ca 2+ (viktigast i hjärtat)

12. Effekter på preload, venous return Blodvolym ner, VR ner Ventonus, sympatikus-aktivitet upp, VR upp Gravitation. Vid stående venvolym upp, VR ner Muskelpump. Reducerar benens venvolym VR upp Inandning ökatr VR Cardiac output påverkar VR I detta fall kan sambandet VR och preload ersättas med central venous pressure (CVP)

13. Effekter på afterload; artärtryck Normalt: Akut tryckstegring i aorta gör att afterload ökar och slagvolymen går ner (W till 1). Enddiastoliska volymen ökar då och Starlings hjärtlag gör att slag-volymen normaliseras (1 till 2). Svikt: Slagvolymen redu- cerad (3) men myocyterna kan inte svara upp med ökad kontraktilitet. Minskat blodtryck (4) förbättrar slagvolymen

14. Afterload; fördjupning om akut tryckökning Frank-Starling mekanismen som beskrevs ovan inom några hjärtslag Anrep response(slow force response). Över nästa 5-10 min. Ventrikrelns kontrak- tilitet ökar så att slagvoly- men kan bibehållas vid lägre enddiastolisk volym. Inotropa ämnen som angio- tensin II och endothelin-1 frisätts i myocardiet. Ger parakrin ökning av myocy- ternas Ca 2+. Anrep response forts. Intracellulärt Na + ökas (via Na + -H + pump vilket förlångsammar utflödet av Ca 2+ via Na + -Ca 2+ exchangers. Dessutom stimuleras sträck- aktiverade Ca 2+ –kanaler så att Ca 2+ tranbsporteras in i myocyterna. Baroreceptorreflexen tenderar att motverka dessa effekter akut via minskad sympatikusaktivitet.

15. Definitioner preload/afterload Preload Preload i ventrikeln beror på väggstress (S), enddiastoliskt tryck (P), kammar-radien (r) och väggtjock-leken (w) enligt Love’s [Laplace’s] lag. S = Pr/2w Afterload Beror på artärtryck, kammarradie och kammarens väggtjovklek

16. Konsekvenser vid hjärtdilatation Som nämnts beror afterload inte bara på artärtrycket utan ockå på kammarens radie. För ett givet artärtryck ger en högre kammarradie ett högre afterload. Vid normal ejektion sjunker ju kammarradien och afterload sjunker då också, d v s sena ejektionsfasen faciliteras. Starling’s och Laplace’s lagar leder till motsatta effeker. Vid vidgning av kammare ökar den förstnämnda kontrak- tiliteten medan den sistnämnda gör att trycket i kammaraen för en given kontraktionskraft minskar. Vid normal distension dominerar de positiva effekterna av Starling’s lag.

17. Konsekvenser vid hjärtdilatation forts. Vid hjärtsvikt ses ofta dilaterade hjärtan vilkket gör att Laplace- effekten blir dominerande. Får alltså liten effekt av förlängningen av musklerna. Viktig behadlingsprincip är reducera hjärtats distension, t ex genom att minska fyllnadstrycket med t ex diuretika. Dessa patienter har ökad sympatikusaktivitet (kronotrop effekt) men  1-receptorer nedregleras Även endothelin-1 och angiotensin II uppregleras.

18. Hjärtdilatation

19. Hjärthypertrofi Excentrisk Normal hos vältränade Kammarvolymen ökar, men väggtjockleken påverkas mindre. Fler kapillärer Nya sarkomerer kopplas i serie med de som redan finns. De blir längre men inte bredare. Ökad kontraktilitet IGF-1 Koncentrisk Vid t ex hypertension (ökat afterload) Ökad väggtjocklek men ingen ökning av kammar- volymen Lokal produktion av angiotensin Ii och endothelin-1 (MAP kinaser) På sikt risk för sviktande kontraktilitet

20. Reglering genom kontraktilitetspåverkan Frank-Starling’s hjärtlag: Den mängd blod som Kommer in i kamrarna (venous return) pumpas ut.

21. Autonoma nervsystemet Sympatikus Finns i hela hjärtat Noradrenalin har positiv kronotrop och inotrop effekt;  1-receptorer. Aktivering ger ökad kontraktilitet (Ca 2+ ökning) utan initial påverkan på fibrernas längd (dvs EDV) och ökar frekvensen (sinus- och AV-knuta) genom att öka vilopotentialens lutning Parasympatikus Finns mest i förmalen Påverkar inte nämnvärt kontraktiliteten, men via M2-receptorer på simus- och AV-knutan har det en negativ kronotrop effekt. Normalt dominerar parasymp effekter på pulsen men vid ansträngning dominerar sympatikus.

22. Autonoma nervsystemet forts.