curs fizio

Cursul 1

Noiuni Generale

Fiziologia SistemuluiCardiovascular

2015 Prof. Dr. Carmen Panaitescu Bunu

Universitatea de Medicin i Farmacie Victor Babe TimioaraDisciplina de Fiziologie

Cuprins

1. Componentele sistemului cardiovascular

1.1 Principalele funcii ale sistemului cardiovascular

1.2. Caracteristicile celor dou sisteme circulatorii: circulaiasistemic i circulaia pulmonar

1.3. Tipuri de fibre cardiace

2. Structura fibrei miocardice

Caracteristici morfo-funcionale ale celulei cardiace

3. Mecanismul contraciei n fibra cardiac

a) Etapele cuplrii excitaie-contracie

b) Bazele moleculare ale contraciei n fibrele cardiace

Obiective de nvare

1. Descrierea componentelor sistemului cardiovascular

2. Cunoaterea principalelor funcii ale sistemului cardiovascular

3. Cunoaterea caracteristicilor circulaiei sistemice i pulmonare

4. Descrierea structurii inimii i rolul sistemului valvular cardiac

5. Definirea proprietile fundamentale ale inimii

6. Clasificarea i caracterizarea fibrelor cardiace

7. Descrierea structurii morfo-funcionale a fibrelor cardiace:

sarcolema i principalele canale i pompe sarcolemale

discurile intercalare i sistemul sarco-tubular

structura miofibrilelor, a proteinelor contractile (actina i miozina) i a proteinelor reglatorii (troponina i tropomiozina)

8. Descrierea mecanismului contraciei n fibra cardiac: etapele cuplrii excitaie-contracie i bazele moleculare ale contraciei

1. Inima = pompa care asigur fora necesar circulaiei sngelui n organism, prin intermediul celor dou circulaii:

pulmonar - n regim de joas presiune;

sistemic - n regim de nalt presiune;

2. Arterele = sistemul de distribuie a sngelui pn la nivel tisular;

3. Microcirculaia (care include capilarele) = asigur schimburile dintre snge i esuturi;

4. Venele = servesc ca rezervoare i colecteaz sngele pentru a-l readuce la inim.

1. Componentele sistemului cardiovascular

1. asigurarea nutriiei esuturilor i ndeprtarea produilor de catabolism - cea mai important funcie;

2. transportul substanelor de la un organ la altul;

3. transportul hormonilor care regleaz diferitele funcii ale organelor;

4. transportul componentelor sistemului imun;

5. meninerea echilibrului hidro-electrolitic

Dezvolt i menine o TA medie adaptat la cerinele tisulare, ncondiii de flexibilitate i de minimalizare a efortului inimii, pentru:

1.1. Principalele funcii ale sistemului cardiovascular

atriul (AD) i ventriculul drept (VD)

atriul (AS) i ventriculul stng (VS)

funcie: 2 pompe legate n serie (pom-pa dreapt i stng), conectate prin circulaia pulmonar i sistemic;

pompa VS funcioneaz la presiune (de 5-6x mai mare ca cea din VD):

n sistol (contracie): VS dezvolt o presiune de 120-135 (140) mmHg, fa de 15-20 mmHg n VD;

n diastol (relaxare): n ambii ventriculi presiunea scade la doar civa mmHg

Organ musculo-cavitar, cu form conic i perei bine dezvoltai dezvolt presiune nalt, prezint 4 camere:

a) Inima

Pereii inimii

Peretele inimii are 3 straturi: 1. endocardul - peretele intern= esut endotelial care tapeteazntregul sistem circulator suprafa antiagregant, anticoagulant;

2. miocardul - muchiul striat cardiac, cu grosimea cea mai mare

mai gros n ventriculi ca n atrii ventriculii = adevrate pompe

grosimea peretelui VS > 3-4 ori dect a VD

3. pericardul - membrana extern care nvelete inima;

cu 2 foie (visceral i parietal), delimitnd cavitatea pericardic

ntre foie: un strat fin de lichid cu rol lubrifiant

Sistemul valvular cardiac

Sistemul valvular cuprinde:

a) Valvele atrio-ventriculare - localizatentre atrii i ventriculi:

valva mitral (M) - ntre AS i VS

valva tricuspid (T) - ntre AD i VD

b) Valvele sigmoidiene - localizate ntre ventriculi i marile artere:

valva aortic (Ao) - ntre VS i aort

valva pulmonar (P) - ntre VD i artera pulmonar

Sistemul valvular cardiac

Fiecare valv are trei cuspide, cu excepia valvei mitrale, cu numai dou cuspide

Cuspidele sunt ancorate de pereii ven-triculari prin cordaje tendinoase cu rol (1) de fixare + (2) mpiedic deschiderea lor spre interior n timpul contracieiventriculare

Cordajele tendinoase sunt ancorate de muchii papilari cu care particip la susinerea mai bun a valvei nu per-mit prolapsul valvei mpiedic regurgitarea sngelui ntre cuspide

Controlul deschiderii i nchiderii valvelor este dat de diferenele de presiune generate n inimhttp://www.cts.usc.edu/hpg-valvesoftheheart-circulationofblood2.html

Rolul valvelor: Asigur curgerea unidirecional, esenial pt

funcia de pomp a inimii sngele trece numai din vene atrii ventriculi aort sau artera pulmonar, dar nu i n sens invers;

Previn regurgitarea sngelui.

Tipuri de disfuncii ale valvelor cardiace: insuficiena: valvele nu se nchid complet

determin refluarea (regurgitarea) sngelui;

stenoza: deschiderea valvelor este redus sau se realizeaz greu inima trebuie s dezvolte o for mai mare pentru a mpinge sngele prin orificiul stenozat;

valvele pot prezenta una sau ambele tipuri de disfuncii n acelai timp

Cum funcioneaz valvele cardiace?

2. Proprietile inimii

1. Automatismul cardiac - definete capacitatea de a genera impulsuri automat (auto-excitaie) = funcia de pacemaker

este o proprietate a celulelor sistemului excito-conductor (SEC);

determin stimularea automat i ritmic a inimii, respectiv frecvena cardiac (NSA = pacemaker activ);

2. Funcia batmotrop (excitabilitatea) - definete capacitatea de a rspunde la stimuli printr-un potenial de aciune (PA)

este o proprietate a tuturor tipurilor de celule cardiace, n special a fibrelor miocardice contractile (cu rspuns rapid);

3. Funcia cronotrop (ritmicitatea) - definete frecvena cardiac (FC) i ritmicitatea btilor inimii (succesiunea lor);

este o proprietate a celulelor SEC;

2. Proprietile inimii

4. Funcia dromotrop (de conducere) - definete capacitatea de a conduce stimulii generai la nivel cardiac;

este o proprietate a tuturor tipurilor de celule cardiace, dar n special a celulelor SEC;

5. Funcia inotrop (contractilitatea) - definete capacitatea de a rspunde la stimuli printr-o contracie;

este o proprietate a fibrelor miocardice contractile atriale i ventriculare;

6. Funcia tonotrop (tonicitatea) - definete capacitatea celulelor cardiace de a menine un tonus contractil bazal;

este o proprietate a fibrelor miocardice contractile atriale i ventriculare;

a) Aorta i arterele mari:

sunt artere elastice se destind n sistol datorit presiunii exercitate de sngele ejectat sub presiune din inim + revin la forma iniial n diastol, comprimnd coloana de snge asigur curgerea continu a sngelui;

"rezervoare de nalt presiune";

b) Arterele mici i arteriolele:

cu musculatur neted asigur distribuia sngelui ctre organe, prin modificarea diametrului lor, ca rspuns la stimularea simpatic i la mecanismele locale de control;

"vase de rezisten";

conin 20% din volumul sanguin.

b) Arterele

c) Capilarele

simple ducte cu pereii formai dintr-un strat endotelial pe o membran bazal, fr musculatur neted nu i pot modifica n mod activ diametrul;

datorit grosimii (1m) spaiu redus ntre sngele capilar i celulese asigur condiiile ideale pentru schimburile dintre snge i esuturi;

vase de schimb pentru substane nutritive, produi de catabolism, gaze respiratorii i ap;

conin 5% din volumul sanguin.

d) Venele i venulele

au perei mai subiri dect arterele;

sunt mai largi dect arterele corespondente (de 3-4x);

vase de capacitan, coninnd cea mai mare parte din volumul sanguin ( 75%) la o presiune sczut.

colecteaz sngele din capilare i l transport la inim asigur ntoarcerea venoas;

chiar dac presiunea venoas este sczut, este suficient pentru umplerea inimii cu snge n cursul diastolei.

Rentoarcerea sngelui din circulaia sistemic se face prin venele cave n AD n VD, care pompeazsngele n plmni (prin artera pulmonar);

Rentoarcerea sngelui din circulaia pulmonar seface prin venele pulmonare n AS n VS, care l pompeaz n circulaia sistemic prin aort.

1.2. Caracteristicile celor 2 sisteme circulatorii

Sngele se rentoarce din plmni la inim prin cele patru vene pulmonare, n AS;

AS este mai puin compliant dect AD i n sistol dezvolt o presiune mai mare dect n AD (6-10 mmHg);

Sngele trece din AS n VS prin orificiul valvei mitrale;

VS are un perete muscular gros poate genera o presiune crescut n timpul sistolei Pompa V stng genereaz presiune :

n sistol: 120-140 mmHg (de 5-6x ca VD)

n diastol: 0-2 mmHg

Sngele din VS trece n aort prin orificiul valvei aortice

a) Circulaia sistemic

b) Circulaia pulmonar

Atriul drept are distensibilitate se poate acomoda la cantitatea de snge venos care se rentoarce menine o presiune sczut (0-2 mmHg);

Presiunea normal n AD depinde de: volumul de snge din atriu; compliana atriului;

Sngele trece din AD n VD prin orificiul valvei tricuspide;

Peretele VD = mai puin dezvoltat ca i cel al VS Pompa V dreapt genereaz presiune :

n sistol: 15-20 mmHg n diastol: 0-2 mmHg Sngele din VD trece prin orificiul valvei

pulmonare n artera pulmonar.

1.3. Tipuri de fibre cardiace

1. Fibre contractile fibre musculare striate miocardice (majoritatea);

2. Fibrele sistemului excito-conductor (SEC) din esutul nodal - au automatism (celule pacemaker) generare stimuli:

NSA (60-80/min) pacemaker fiziologic;

NAV (40-50/min) determin blocul fiziologic;

Ci internodale conecteaz NSA i NAV;

Fasciculul His + ramurile dr. i stg. (25-35/ min) conduc stimulii n ventricul;

Reeaua Purkinje (20-30/min)transmite stimulii la pereii ventriculilor

Celula cardiac (miocitul) este o fibr muscular striatspecializat cu un diametrul de 25 m i o lungime de 100 m;

Este compus din fascicule de miofibrile ce conin miofilamente;

Principala funcie a fibrei miocardice este de a realiza ciclul contracie-relaxare

2. Structura fibrei miocardice

1) Sarcolema

este o membran complex, care nvelete fiecare fibr miocardic

structura: este compus dintr-un strat bilipidic i mai multe tipuri de proteinecu funcii multiple (pompe, canale, carrieri, proteine G, receptori, enzime)

principalele canale: Na+, K+, Ca++

principalele pompe:

TA primar: Na+/K+, Ca++,

TA secundar: antiporterul Na+/Ca++

Caracteristici morfo-funcionale ale fibrei miocardice

Principalele tipuri de canale sarcolemale

1. Canalele de Na+

n fibrele rapide (contractile): canale de Na+ rapide (voltaj-dependente), deschise n depolarizare (faza 0) asigur influx rapid Na+;

n fibrele lente (pacemaker): canale de Na+ non-gated sau funny channels, deschise n timpul depolarizrii lente diastolice (DLD - faza 4)

asigur influx lent Na+ baza automatismului

2. Canalele de K+

tipuri: (a) voltaj dependente i (b) dependente de Ach; deschise n faza de repolarizare asigur eflux de K+; rol principal: refacerea potenialului de repaus i controlul nivelul

excitabilitii celulare;Ach le menine mai mult deschise induce hiperpolarizare

Principalele tipuri de canale sarcolemale

3. Canalele de Ca++ (tipurile L- i T-voltaj dependente)

n fibrele cu rspuns rapid (contractile):

tip-L (long-lasting sau canale DHP) - sunt canalele standard de Ca++ asigur influx lent de Ca++;

deschise n faza de platou Ca++ care trece intracelular i determin deschidere canalelor de Ca++ de la nivelul tubilor L rol n procesul de eliberare de calciu indus de calciu , important n iniierea mecanismului de contracie;

n fibrele cu rspuns lent (celule pacemaker):

tip-T (transient) - activate n cursul DLD (faza 4) asigur influx lent Ca++ baza automatismului

tip-L (long lasting) - activate n faza de depolarizare (faza 0).

Principalele tipuri de pompe sarcolemale

1. Pompa Na+/K+ (ATP-aza Na+/K+)

asigur transport activ primar (TA I), cu rol major n faza 4, pentru a restabili echilibrul ionic;

pompeaz 3 Na+ n afar i 2 K+ nuntru pentru fiecare moleculde ATP consumat

2. Antiporter-ul Na+/Ca++

asigur transport activ secundar (TA II) funcioneaz cuplat cu pompa Na+/K+, folosind gradientul de Na+ creat de aceasta;

expulzeaz 1 Ca++ n schimbul a 3 Na+ (n faza 4)

3. Pompa Ca++ (ATP-aza Ca++)

asigur transport activ primar (TA I) expulzeaz Ca++, pentru a restabili echilibrul ionic (n faza 4)

Principalele tipuri de canale i pompe sarcolemale

Ca++

2) Discurile intercalare

Structuri membranare n zig-zag de la capetele fibrei musculare, cu rol prin:

1. gap junctions (nexusuri) formate din conexoni conecteaz citosolul

celulelor adiacente; regiuni cu rezisten electric sczut; rol: transmitere rapid a stimulului din celul

n celul funcionarea miocardu-lui ca un tot unitar sinciiu electric

2. macula adherens (desmozomii) i fascia adherens

formeaz arii de adeziune puternic ntre celule leag celulele adiacente

Asigur legtura ntre celulele adiacente + comunicarea intercelular

3) Tubii transversali (tubii T)

Invaginaii ale sarcolemei formaiuni tubulare alungite care extind spaiul extracelular spre interior;

mai bine dezvoltai n miocardul ventricular

Roluri:

1)conduc PA n interiorul celuleieliberarea de Ca++ din tubii L n sarco-plasm iniierea contraciei unitar n toata fibra muscular;

2)asigur 30% din Ca ++ necesar contraciei (sursa extracelular) pot lega Ca++, pt c au:

diametru (5x muchiul scheletic)

electronegativitate - prin canti-tatea de mucopolizaharide

4) Tubii longitudinali (Tubii L)

Sunt reticulul sarcoplasmatic (RS)

Tubi cu diametrul mic, n apropierea elementelor contractile i n apoziie strns cu tubii T

La capete prezint cisterne, de-a lungul suprafeei interne a sarcolemei sau n jurul tubilor T

Mai puin dezvoltai ca n muchiul scheletic stocheaz mai puin Ca++

n fibrele cardiace, sursa de Ca++

trebuie s fie dubl:

intracelular (din RS);

extracelular (din tubii-T).

Ca++ este depozitat n RS n cantitate mare, fixat pe proteinele de stocare (ex: calsequestrina)

Membrana RS are:

1.receptori cuplai cu canale de Ca++

(ryanodinici) la stimulare se deschid eliberare Ca++ n citoplasm Ca++ de la 10-7M 10-5 M iniierecontracie

2.pompe de Ca++(SERCA) activate laoprirea stimulrii Ca++ pompat activn RS iniiere relaxare

activitate de beta-agoniti

Rolul RS: depoziteaz Ca++ i l elibereaz la stimulare n vedereacuplrii excitaie-contracie:

4) Tubii longitudinali (Tubii L)

5) Mitocondriile i 6) Nucleul

Mitocondriile

foarte bine reprezentate (ocup 1/4-1/3 din volumul celulei)

rol: de a genera energie, sub form de ATP, necesar meninerii funciei contractile i gradientului ionic asociat

Nucleul

conine informaia genetic a celulei

de obicei localizat central

unele miocite pot fimultinucleate

7) Miofibrilele

Elementele contractile ale miocitului (ocup 1/2 din miocitul ventricular);

Alctuite din miofilamente aliniate n serie:

groase - de miozin

subiri - de actin

Miofilamentele - organizate n discuri:

disc izotrop (I) - conine actina, i este strbtut central de benzile Z;

disc anizotrop (A) - conine miozina i actina.

Benzile Z

8) Sarcomerul

Unitatea morfo-funcional a miocitului;

Limitat la fiecare capt de benzile Z (abreviere de la germ. Zckung, contracie);

Benzile Z fixeaz miofilamentele de actin asigur dispoziia ordonat a miofilamentelor + limiteaz alungirea sarcomerului

lungimea sarcomerului este variabil:li=1,6-2,2 (2,4) m (n funcie de gradul de alungire a fibrei n funcie de volumul de snge din inim)

9) Proteine contractile i reglatorii

Principalele proteine contractile:

Miozina

Actina

Principalele proteine reglatorii:

Tropomiozina

Troponina (C,I,T)

Actinina

2 lanuri grele organizate n dublu helix, terminndu-se cu 2 structuri globulare formeaz 2 capete: capetele - dispuse lateral fa de lanul greu punile restul lanului formeaz corpul (coada)

4 lanuri uoare (MLC = light chain): cte 2 MLC/cap, cu rol modulator: MLC-1 inhib contracia prin interaciune cu actina; MLC-2 crete rata de cuplare a punilor prin afinitii pentru

actin (ex. rspunsul la beta-agoniti).

Miozina

Principala protein contractil; asimetric, G470,000 D

Structur:

Proprietile capului miozinic:

1. prezint situs de legare a ATP-ului leag ATP-uli produii si de metabolism ADP i Pi

2. funcie de ATPaz hidrolizeaz ATP-uli furnizeaz energia necesar contraciei- [Ca++]citoplasmatic (de la 10

7M la 5105M) crete de 5 x activitatea ATP-azei

3. prezint situs de legare al actinei

Poriunea bazal alungit a capului (gtul) i modific conformaia n timpul ciclului contractil;

Titina (conectina) = structur elastic pt susinerea miozinei, cu 2 funcii: ancoreaz moleculele de miozin de linia Z; asigur elasticitatea muchiului

Miozina

Actina

1. polimerizare: actina-Gactina-F lan de uniti repetitive filamentele subiri sunt formate din 2 uniti de actin dispuse n alfa-helix + cele 2 proteine reglatoare

2. prezint situsuri de legare a miozinei

n faza de relaxare, situsul actinic este blocat de tropomiozin inhib interaciunea actin-miozin

la stimulare tropomiozina este deplasat lateral (prin modificarea conformaional a troponinei) situsul actinic este liber permite interaciune actin-miozin

Protein contractil cu structur globular;

2 forme: - actina-G

- actina-F

Proprieti:

Tropomiozina (Tmz) blocheaz situsurile de legare ale actinei; - raport: 7 G-actine/1 Tmz;

Troponina (TN) - ataat de Tmz, are 3 subuniti:

1. troponina-T (TN-T) - ataat de Tmz

2. troponina-I (TN-I) - inhib legarea miozinei pe actin rol: dac este fosforilat de beta-agoniti relaxarea;

3. troponina-C (TN-C) - leag Ca++ n timpul cuplrii excitaie-contracie (4 Ca++/1 TN-C) modific conformaia TN nltur inhibiia dat de TN-I deplasarea Tmz lateral de pe actin permite interaciunea actin-miozin.

Proteine reglatorii: tropomiozina i troponina

1) Stimulul este condus rapid de la o celul la alta prin intermediul conexonilor;

2) PA este condus de-a lungul sarcolemei tubii T;

3) n faza de platou a PAinflux lent de Ca++ (prin canalele L sarcolemale);

4) Influxul de Ca++ acioneaz ca trigger asupra RS eliberarea de Ca++ din RS Ca++ induce eliberarea de Ca++ ;

a) Etapele cuplrii excitaie-contracie

2.2. Mecanismul contraciei n fibra cardiac

5) Rezultat: [Ca++]ic (de la 10-7 M

la 10-5 M) Obs: pentru iniierea ciclului contractil sursa de Ca++ :- intracelular (din RS) i - extracelular (din tubii T);

6) Ca++ se cupleaz cu TN-C nltur inhibiia dat de TN-I;

7) Prin modificarea conformaiei TN deplasarea lateral a tropomiozinei de pe situsurile de legare ale actinei actina poate interaciona cu miozina;


8) Capul miozinic interacioneaz cu actina = formarea punilor acto-miozinice;

9) Filamentele de actin se deplaseaz n interior, prin flectarea capului miozinei spre centrul sarcomerului, apropiind liniile Z scurtarea sarcomerului;

10) La sfritul fazei de platou oprirea brusc a influxului Ca++ + pomparea rapid a Ca++ n RS sau n tubii T rapid [Ca++]IC (10

-5

M 10-7M) oprirea contraciei pn n momentul generrii unui nou potenial.


1) nainte de nceperea contraciei, capul miozinic leag un ATP capul se deconecteaz de actin (Fig. A);

2) Sub aciunea ATPazei miozinice: ATP ADP +Pi iniial legai decapul miozinic. Capul se flecteaz n vecintatea unei noi moleculede actin, dar fr a se lega (Fig. B);


3) Prin hidroliza ATP-ului capul miozinic se leag tranzitoriu i labilde nou molecul de actin. n momentul eliberrii Pi de pe capulmiozinic legare puternic a capului miozinic de actin (Fig. C);


4) Capul miozinei se ndreapt i se flecteaz pe corpul miozinei fora de contracie a capului miozinic alunecarea filamentului deactin (molecula de actin se deplaseaz ntre 5 i 10 nm) (Fig. D);


5) Capul miozinic este strns legat de actin rigor (Fig. E);

6) Legarea unui nou ATP de capul miozinei detaarea capuluimiozinei de pe actin finalizarea strii de rigor;


7) Dup detaarea capului, noua molecul de ATP este scindat n ADP i Pi n vederea unui nou ciclu;

8) Cuplarea acto-miozinic ciclic (formarea punilor) scurtarea sarcomerelor.


Contracia: ipoteza glisrii filamentelor

Efectul catecolaminelor i ionilor asupra contractilitii inimii

Accelereaz ambele faze: - contracia - relaxarea (efect lusitropic)

Na+ec - inima hipoexcitabil stop cardiac (PA depinde de Na+

ec)- P de repaus = independent de Na+ de-a lungul sarcolemei

K+ec - efect redus pe excitaia i contracia cardiac

- excitabilitatea miocardic inima oprit n diastol

Ca++ec - F de contracie inima oprit n diastol

- F de contracie inima oprit n sistol (rigor)

Ca++ic - F de contracie indus de: - Na+ la nivelul sarcolemei

- influxul de Ca++ dat de BCC

- F de contracie indus de: - Na+ - glicozidele cardiace

- Na+ec sau Ca++

ec

- catecolamine

Catecolamine

Sistola i Diastola

Scurtarea tuturor sarcomerelor determin contracia. Sistola = faza de contracie a ciclului cardiac;

Atunci cnd Ca++ se desprinde de pe TN-C, nu se mai formeazpunile acto-miozinic Relaxarea Diastola;

Contracia muchiului cardiac ncepe la cteva ms dup generarea PA i mai continu cteva ms dup terminarea acestuia durata contraciei depinde n principal de durata PA (0,2 0,3 sec);

La FC durata ambelor faze (relaxarea scade mai mult) inima nu se relaxeaz suficient nu permite umplerea complet cu snge a inimii.

ntrebarea 1

Principalele proteine reglatorii n fibrele miocardice cu rspuns rapid sunt:

A. Mioglobina

B. Actina

C. Tropomiozina

D. Miozina

E. Troponina (C, I, T)

ntrebarea 2

*Automatismul cardiac este:

A. Caracteristic celulelor cu cea mai rapid pant a fazei 0 (de depolarizare)

B. Proprietatea celulelor cardiace specializate de a rspunde la un stimul

C. Proprietatea celulelor cardiace specializate de a genera un stimul

D. Rezultatul aciunii SNVS asupra inimii

E. Rezultatul aciunii vagului asupra inimii

ntrebarea 3

*Care dintre urmtoarele afirmaii cu privire la miocard este cea mai corect:

A. Tubii T miocardici pot stoca mai puin calciu dect tubii T din musculatura striat scheletal

B. Puterea i contracia miocardului depind de cantitatea de calciu din jurul cardiomiocitelor

C. Iniierea potenialului de aciune la nivelul miocardului produce deschiderea imediat a canalelor lente de calciu

D. Repolarizarea miocardului este produs de deschiderea canalelor de sodiu

E. Mucopolizaharidele din tubii T leag ioni de clor

Documents

curs fizio