cardiac physiology - Flashcards
תא שריר הלב:
מיופיבריל: מכיל בתוכו הרבה סרקומרים מחוברים בטור ובמקביל.
הסרקומר מכיל בעיקר מיוזין )פילמנטים עבים( ואקטין )פילמנטים דקים(.
האזור שמכיל את סיבי המיוזין הוא בעל אורך קבוע.
התכווצות: המיוזין מושך כלפיו את האקטין, כך מקצר את האזור שמכיל סיבי אקטין בלבד.
על מנת להתכווץ, אמור להיות overlap בין סיבי האקטין לראשי המיוזין. ככל שהוא טוב יותר כך ההתכווצות תהיה
יותר יעילה.
באמצע המיוזין יש אזור ללא ראשי מיוזין.
מדובר על מבנה תלת-ממדי מורכב, כך סביב כל סיב מיוזין יש מספר סיבי אקטין מסודרים סביבו.
סכמה של cardiomyocyte:
תכולה עיקרית:
תא שמטרתו להתכווץ. תכולה עיקרית: מיופיברילים, צברים של האלמנטים הקונטרקטילים
)הסרקומרים( מחוברים בטור ובמקביל. 50% מתכולת התא.
תא שריר הלב מכיל מיטוכונדריות בכמות גדולה. ה-ATP דרושה גם
לתהליך ההתכווצות וכן להפעלת משאבות יוניות שאחראיות על הצימוד בין פו”פ לבין ההתכווצות המכנית.
כדי לאפשר את האינטראקציות בין פו”פ לבין התכווצות הסרקומרים, יש קשר אנטומי בין ממברנת התא דרך ה-t-tubules לבין ה-SR דרך ה-terminal cisternae. קשר בין האירועים מחוץ התא לפנים התא.
Excitation-contraction coupling
סידן חוץ-תאי:
נמצא בריכוז נמוך יחסית, אבל גבוה מהריכוז בתוך-התא
במצב מנוחה.
הסידן החוץ-תאי הכרחי להתכווצות.
אם נגרום לפו”פ בתא שריר שאין במדיום סידן, לא תהיה
התכווצות.
כתוצאה מפו”פ, נכנס סידן מחוץ התא לתוך התא בהתאם
למפל הריכוזים, דרך תעלות סידן תלויות מתח, המופעלות על ידי הפו”פ ושינוי המתח.
כמות הסידן שנכנסת דרך התעלות האלו קטנה באופן כמותי, לא מספיקה לצורך התכווצות וקיצור הסרקומר.
מהווה טריגר לשחרור מסיבי של סידן מתוך ה-SR, שמביא בסוף לקיצור הסרקומר.
הקרבה בין חוץ-התא )t-tubules שהן שלוחות ה-sarcolemma( לתוך התא )terminal cisternae שלוחות ה-SR(
מאפשרת שזרם הסידן החוץ תאי גורם לשחרור מסיבי של סידן ב-SR באמצעות תעלות סידן תלויות סידן.
סידן תוך-תאי עולה, וכך מאפשר את האינטראקציה בין אקטין למיוזין.
ביצוע ההתכווצות
ראשי המיוזין נקשרים לאקטין, עושים מעין תנועות חתירה, כך מקרבים את האקטין כלפי המיוזין.
כך הוא מקצר את הסרקומר.
הרגולציה: נעשית באמצעות האקטין ומספר חלבונים נוספים.
קומפלקס של אקטין, טרופומיוזין, טרופונין.
על האקטין קיימים אתרי myosin binding sites, שם נקשרים ראשי המיוזין.
טרופומיוזין מכסה את אתרי הקישור בזמן מנוחה. מונע את האינטראקציה בין
ראשי המיוזין לאקטין.
קומפלקס של טרופונין אחראי על שינוי הקונפורמציה של הטרופומיוזין ותזוזה
שלו כתגובה לעליה בקלציום התוך-תאי.
כתוצאה מתזוזת הטרופומיוזין, אתרי הקישור על האקטין נחשפים, וכך ראשי
המיוזין יכולים להיקשר אליהם ותתחיל ההתכווצות.
ביצוע ההתכווצות
ראשי המיוזין מבצעים את תנועת החתירה וקירוב האקטין כלפי מרכז סיב המיוזין.
ראשי המיוזין מכילים ATPase. תהליך ההתכווצות הוא תהליך דורש אנרגיה ולכן דורש ATP.
ראשי המיוזין קושרים את ה-ATP, שעובר הידרוליזה חלקית ל-ADP+Pi.
במצב במנוחה: אקטין )פילמנט דק(, עליו קשור טרופומיוזין, מכסה )covering( את אתרי הקישור לראשי המיוזין.
במצב התכווצות: uncovering-> תזוזה של הטרופומיוזין חשיפת האתרים-> אינטראקציה של ראשי המיוזין.
קומפלקס הטרופונין אחראי על התזוזה של הטרופומיוזין
קומפלקס הטרופונין מכיל 3 רכיבים:
Tn T: קישור בין הטרופונין לטרופומיוזין.
Tn I: אינהיביציה של אינטרקצית אקטין-מיוזין.
Tn C: חלבון קישור לסידן דיסאינהיביציה של אינטרקציית של אקטין-מיוזין חשיפה של אתרי קישור למיוזין
תהליך הכיווץ.
ראשי המיוזין הם אלו שעושים את פעולת הכיווץ בפועל. האינטראקציה בין אקטין למיוזין, הרגולציה של כל התהליך, מתבצעת על ידי סיבי האקטין ובקומפלקס החלבונים.
במנוחה, ראשי המיוזין מוכנים לפעולה. מלאי אנרגיה )קשרו ATP(, ה-ATP עבר הידרוליזה חלקית ל-ADP+Pi.
לא מתחילים התכווצות משום שאתרי הקישור לראשי המיוזין חסומים על ידי טרופומיוזין.
בעקבות פו”פ -> סידן תוך-תאי עולה -> סידן נקשר לטרופונין C
גורם לתזוזה של הטרופומיוזין->חשיפה של אתרי הקישור למיוזין-> קישור של ראשי המיוזין לאקטין->תנועות חתירה->משיכת אקטין לכיוון מרכז הסרקומר.
לאחר תנועת חתירה אחת,
ADP+Pi משתחררים מראשי המיוזין-
ATP
חדש נקשר לאותם ראשי המיוזין->ראש משתחרר מהאקטין -הידרוליזה של ATP
ל-ADP+Pi
מחזור חדש.
רלקסציה של תאי שריר הלב
מנגנונים שפועלים יחדיו להורדת רמת הסידן התוך-תאי שתוביל לבסוף לרלקסציה
מנגנונים שפועלים יחדיו להורדת רמת הסידן התוך-תאי שתוביל לבסוף לרלקסציה:
מקור הסידן העיקרי הוא זה שמשתחרר מה-SR לתא.
ישנן משאבות שעושות reuptake של הסידן חזרה לתוך ה-SR. מורידות בצורה
משמעותית את רמת הסידן התוך-תאי.
ישנן מספר משאבות שעוזרות בתהליך:
o משחלף סידן-נתרן, עובד כנגד מפל ריכוזים כימיים. שחלוף של 3 יוני נתרן ויון סידן גורם לדה-פולריזציה.
.ATPמשאבתסידןעם o
o כמות קטנה של סידן נכנסת למיטוכונדריה.
שתי צורות התכווצות עיקריות: 1. התכווצות איזומטרית:
גירוי של השריר מוביל לכיווץ השריר, מבלי שינוי באורך שלו אלא רק במתח שלו.
הסרקומרים מתקצרים, אבל אורך השריר הכולל לא מתקצר. עובד מול משקולת שאין לו מספיק כוח להרים.
כיווץ הסרקומרים מאפשר לשריר לפתח מתח tension. מגיע לפלאטו מסוים שאותו לא ניתן לעבור.
ההשפעה של ה-PL) preload( על התכווצות השריר:
התכווצות איזומטרית בניסוי:
מחברים שריר למתח מתח tension transducer, לסטימולטור שיכול לגרום לו להתכווץ, ולמשקולת כבדה ממה שיכול להרים.
החיבור למשקולת הוא חיבור preload, גורם לעומס על השריר ולהארכה שלו עוד לפני שהוא מתכווץ.
כשהוא מתייצב באורך מסוים, מוסיפים מעצור, מונע התקצרות כשיופעל עוד עומס.
מגרים חשמלית את השריר. בגלל המעצור הוא לא יכול להתקצר אבל הוא מפתח
tension שימשיך כל עוד יש גירוי.
עקומת Frank-Starling:
מתארת את הקשר בין האורך הראשוני של סיב השריר )preload לפני ההתכווצות(, והכוח שהוא יפתח בהתכווצות.
ככל שאורך השריר עולה, המתח שהוא יכול לייצר עולה, עד גבול מסוים.
הטווח הפיזיולוגי של אורך שריר הלב הוא זה שמסומן במלבן. השיפוע של העקומה משתנה, ככל שמגיעים לנפחים יחסית גבוהים בקצה העקומה, שינוי קטן לא יוביל לשינוי משמעותי בביצועם של השריר.
בתחום הפיזיולוגי: עלייה ב-PL תשפר את הביצועים בזמן ההתכווצות, וירידה ב-PL תפגע בביצועים בזמן התכווצות.
הסברים אפשריים של העקומה:
שינויים באורכי הסרקומר: כאשר מגדילים את מידת החפיפה בין האקטין למיוזין )מקצרים את הסרקומר, הולכים שמאלה על הציר(המתח שהשריר מייצר עולה. קיימת חפיפה מקסימלית שמעבר לה האקטינים מפריעים אחד לשני להתחבר לראשי המיוזין, ומתח השריר מתחיל לרדת.
כשלוקחים סיב שריר ומותחים אותו, הוא מתארך ונהיה דק. סיבי המיוזין מתקרבים פיזית יותר מדי אל סיבי האקטין וזה מפריע להם להיקשר ולייצר כוח.
- התכווצות איזוטונית:
השריר משנה את האורך שלו בזמן ההתכווצות, אבל המתח נמצא בפלאטו.
כל האנרגיה הנוצרת בשריר מנוצלת להרמת המשקולת )ולא להעלאת המתח(.
התכווצות איזוטונית בניסוי:
מתחילים ב-preload קבוע )1(.
השריר מתארך ומוסיפים מעצור )2( בצד השני כדי שלא יאפשר לשריר להתארך יותר
מההתארכות הראשונית, רק להתקצר אם הוא מספיק חזק. משקולת נוספת )3(, afterload, מספיק קלה, השריר מסוגל להרים אותה בהתכווצות.
בשונה מה-PL, ה-AL לא יכולה לאריך את השריר עוד בגלל המעצור. היא גם לא משפיעה
על המתח בשריר.
מגרים את השריר חשמלית, השריר מתכווץ ומתחיל לפתח מתח.
ברגע שהמתח מגיע לסף מספיק גבוה כדי להעלות את המשקולת, השריר מתקצר.
מהרגע שהשריר מתקצר הוא לא משנה את המתח שלו, כלומר התכווצות איזוטונית.
כל התכווצות איזוטונית מתחילה ב
כל התכווצות איזוטונית מתחילה בהתכווצות איזומטרית. במצבי קיצון בהם ה-AL מאוד כבד, יהפוך התכווצות איזוטונית להתכווצות איזומטרית, כי השריר לא יוכל להגבר על העומס.
ההשפעה של ה-PL על ההתכווצות האיזוטונית:
ככל שמעלים את ה-PL בטווח הפיזיולוגי, הביצועים של השריר יהיו יותר טובים: הוא יתקצר יותר, ולכן יצליח להעלות
את המשקולת יותר גבוה.
ככל שמעלים את ה-PL, זמן ההגעה למתח הדרוש להרמת המשקולת יתקצר.
ערך המתח המקסימלי לא מושפע מה-PL, הוא קבוע ושווה למתח הדרוש להרמת המשקולת. האנרגיה שהשריר
משיג מנותבת לקיצורו ולא להעלאת המתח.
ההשפעה של ה-AL על ההתכווצות האיזוטונית:
ככל שמעלים את ה-AL, יש יותר התנגדות, וביצועי השריר מופחתים. הוא מתקצר פחות, וב-AL אינסופי ההתכווצות
איזומטרית )לא מצליח להתקצר בכלל(.
ככל שמעלים את ה-AL, סף המתח שאליו צרך להגיע כדי להרים את המשקולת גבוה יותר.
ככל שמעלים את ה-AL, משך הפלאטו מתקצר, רוב האנרגיה והזמן בוזבזו להעלאת מתח השריר והגעה אל הסף.
ככל שמעלים את ה-AL, השלב האיזומטרי יהיה יותר ארוך, והשלב האיזוטוני יהיה יותר קצר.
קונטרקטיליות
על כיווץ שריר הלב משפיעים 3 פרמטרים: preload ,afterload, קונטרקטיליות.
קונטרקטיליות היא יכולת אינהרנטית )פנימית( של השריר להתכווץ, בלי תלות ב-PL וב-AL.
מאפשר לענות על השאלה כמה השריר חזק.
יש הבדל בין קונטרקטיליות לבין contraction )תפוקת הלב, מידת כיווץ השריר, שגוזרת כמה הוא התקצר או יצר
.(PL-ו AL ,מושפע מהקונטרקטיליות ,tension
קונטרקטיליות של שריר הלב מושפעת מגורמים אינטרינזים ואקסטרינזים:
איסכמיה )תקטין קונטרקטיליות(.
פעילות סימפתטית ופארא-סימפתטית.
תרופות כגון דיגיטליס )מעלה קונטרקטיליות( וחסמי
β )מוריד קונטרקטיליות(.
עקומת Frank-Starling:
דיברנו בעיקר על העקומה אקטיבית בזמן ההתכווצות, על הביצועים של השריר בזמן שהוא מתכווץ.
סיב שריר )או משאבה, חדר שמאל(, גם בשלב הפסיבי, ככל שמותחים אותו יותר נוצר מתח מסוים בדפנות.
העקומה הפסיבית מתייחסת ליחס בין אורך סיב שריר או
נפח של חדר שמאל, לבין הלחץ בחדר שמאל או במתח הפסיבי של סיב השריר.
עקומה פסיבית:
היחס בין נפח לבין הלחץ באותו חלל באופן פסיבי.
ככל שנעלה את הנפח
הלחץ באותו חלל יעלה.
עקומה אספוננציאלית.
בהתחלה ההשפעה יחסית קטנה, עלייה בנפח לא תשנה מאוד את הלחץ בחלל.
בשלב מסוים, כשמתקרבים לקצה גבול היכולת של החלל לקלוט בתוכו נפח, נקבל שעל כל
עלייה יחסית קטנה בנפח, מקבלים עלייה מאוד גבוהה בלחץ.
זה בשלב הפסיבי, לפני תחילת ההתכווצות של חדר שמאל
היענות compliance:
היחס בין השינוי בנפח לשינוי בלחץ,
כמה החדר מצליח להתרחב כאשר מעלים את הלחץ בתוכו ביחידה אחת.
delta v\delta p
נוקשות stiffness:
ההופכי, .
כמה הלחץ בחדר יעלה כאשר נשנה את הנפח ביחידה אחת.
delta p\ delta v
בנפחים נמוכים\ גבוהים
היענות נוקשות?
ההיענות והנוקשות של שריר אינם קבועים, יש להם תלות בנפח.
בנפחים נמוכים: שינוי נפח יגרום לשינוי לחץ יחסית קל
היענות גבוהה ונוקשות נמוכה.
בנפחים גבוהים: שינויי נפח קטנים גורמים לשינויי לחץ גדולים
היענות נמוכה ונוקשות גבוהה.
ההיענות של החדר היא אופרטיבית, משתנה בהתאם לנפח ובתכונות הפנימיות של השריר.
היבט אחורי של הלב:
ניתן לראות את הריכוז הורידי לעלייה השמאלית והעלייה הימנית.
4 ורידי הראיה )לפעמים יש 5(, שמתנקזים לחלק האחורי של עלייה שמאל.
יש מספר ניקוזים לעלייה הימנית: coronary sinus ,IVC ,SVC.
ישנו ניקוז יחסית קטן של דם, ישירות מדפנות העלייה והחדר הימניים, אל החללים הרלוונטיים.
תפקיד השרירים הפפילריים: מבנה המסתם:
o עלה המסתם. רקמה פיברוטית. האורך לא משתנה.
o קורדות. רקמה פיברוטית. האורך לא משתנה.
o שרירים פפילריים.
o דופן חדר שמאל מהווה חלק מהמנגנון התת-מסתמי, מונעת דליפה של נוזלים.
