NOTER til forelæsningerne om HJERTET. Christian Olsen.-Fysiologisk Institut.

Transkript

1 Oktober 2001 NOTER til forelæsningerne om HJERTET. Christian Olsen.-Fysiologisk Institut. HJERTETS ELEKTRISKE AKTIVITET Membranpotentialer Ligevægtspotentialer Pacemakerpotentialer Impulsudbredningen Elektrokardiografi Arytmier HJERTETS MEKANISKE AKTIVITET Tryk- og volumenændringer gennem hjertecyklus Hjertets lyde og mislyde Hjertets minutvolumen Ændringer i hjertefrekvensen Ændringer i slagvolumen Hjertets arbejde Hjertets energiomsætning

2 Fysiologien indledes ofte med cellelære, betragtninger over cellens funktioner og dens krav til omgivelserne. De første celler lå badet i Urhavet hvis konstante sammensætning med henblik på salte, næringsstoffer og gasser sikrede cellerne et konstant eksternt miljø, samt muligheden for at regulere på de intracellulære forhold ved at ændre på cellemembranens funktioner. Mange af de fysiologiske funktioner, som jeg skal gennemgå i det kommende, handler netop om, hvorledes organismen bestræber sig på at holde ekstracellulærmiljøet konstant, således at cellerne er badet i en væske hvis ionsammensætning, koncentration af næringsstoffer, gastensioner, ph, temperatur osv. ligger så tæt ved det optimale som muligt. Kap. 1 HJERTET OG KREDSLØBET Indledning og model Hjertet og kredsløbet indtager en central placering i forbindelse med sikringen af ekstracellulærmiljøets konstante sammensætning. Hjertet og kredsløbets hovedfunktion er konvektiv transport af: 1. ilt og kuldioxyd 2. næringsstoffer 3. affaldsstoffer 4. varme 5. hormoner 6. hvide blodlegemer og antistoffer (forsvarssystemet) Man taler almindeligvis om eet hjerte og to kredsløb det store og det lille. Men en mere korrekt forestilling får man ved at tale om to hjerter eller to pumper og eet kredsløb. Dette fremgår tydeligt, hvis du ser på figur 1. Man ser de to pumper: højre og venstre hjerte. Følger vi blodet fra venstre hjerte ud i systemet, kommer vi først til aorta og arterierne, der fungerer som en art trykreservoir, hvor en del af energien fra hjertets systole opsummeres i de elastiske fibre, hvorved energien til blodets transport i diastolen sikres. Blodet fordeles via arterierne ud til organerne, hvor vi finder først arteriolerne, der er karakteriseret ved rigelig forsyning af glat muskulatur og nerveinnervation. Her ligger størstedelen af modstanden mod blodets strømning en modstand som kan reguleres, så de enkelte organer kan modtage blodgennemstrømning efter behov. Dernæst kommer kapillærerne, som er karakteriseret ved kun at bestå af ét lag celler -endothelet. Her foregår udvekslingen mellem væv og blod af de stoffer, der transporteres med blodet. Side 2

3 Figur 1. Hjerte- kredsløbsmodel. Venerne er karakteristiske ved, at de kan optage varierende mængder blod i sig uden at trykket ændres meget. De fungerer herved som en slags kapacitetskar eller blodreservoir. I situationer, hvor der er behov for øget gennemblødning f.eks. af tværstribet muskulatur ved overgangen fra arbejde til hvile, oplever man ofte at disse vener trækker sig sammen, hvorved blodet transporteres mod hjertet og ud i systemet. Det påståes, at disse kontraktioner i venerne giver anledning til fænomenet sidesting. Nu tilbage til højre hjerte, hvorfra blodet cirkulerer igennem lungerne til venstre hjerte. Ser vi på "hjerterne", så er de skitseret som pumper. Blodstrømningens retning er sikret ved ensretterventiler, som ses ved ind-og udløbet af både højre og venstre hjerte. Endelig viser modellen i fig. 1 at de to pumper er tvunget til at arbejde med samme frekvens, men pumper de lige meget ud pr. slag? - Hvad sker der, hvis ikke de pumper lige meget ud i et lidt længere tidsrum? Vi vil nu gå i detaljer med de enkelte afsnit i den model, jeg her har skitseret. A. HJERTET Hjertet pumper blodet rundt i kredsløbet. Denne mekaniske aktivitet forudsætter kontraktion af hjertemuskulaturen. Enhver kontraktion, hvad enten det er i tværstribet, glat eller hjertemuskulatur forudgåes af en elektrisk forandring i den pågældende muskels membran. Derfor må vi nu ændre perspektivet og gå tæt ind på membranen og se på de elektriske forhold her. HJERTETS ELEKTRISKE AKTIVITET Der hersker en elektrisk spændingsforskel over alle organismens cellemembraner (membranpotentialet), således at indersiden er negativ i forhold til ydersiden. På nerveog muskelvæv kan membranens potentiale imidlertid vendes om ved irritation, således at den bliver positiv på indersiden og negativ på ydersiden. Man taler om at vævene kan irriteres eller exciteres - de såkaldte excitable væv. Vi skal prøve at kigge lidt på, hvad der giver anledning til membranpotentialerne, og hvad der får dem til at ændres. Side 3

4 LIGEVÆGTSPOTENTIALER Koncentrationen af kaliumion (K + ) er høj inde i cellen, men lav udenfor - og omvendt for natriumionens (Na + ) vedkommende. Det hænger sammen med en pumpe i membranen, den såkaldte natrium pumpe eller den natrium-, kalium- aktiverede ATPase. Hvis den pumper 3 Na + ud for hver 2 K +, skulle det i sig selv kunne give anledning til, at membranen bliver negativ på indersiden, og at der kommer et positivt ladningsoverskud på ydersiden. Der er imidlertid andre forhold af betydning for mem branens potentiale i hvile, og her er permeabilitetsforholdene nok de vigtigste. Lad os betragte Na + isoleret. Hvad vil der ske, hvis membranens permeabilitet for Na + blev meget høj? Na + ville, p.gr.a. forskellen i koncentrationen, løbe fra det sted med den højeste koncentration til det sted med den lavere koncentration. Dette ville medføre, at positive ladninger ville blive transporteret udefra ind i cellen, hvorved der ville blive ladningsoverskud intracellulært, og membranen ville blive positiv på indersiden. Dette elektriske potentiale ville imidlertid virke bremsende på indløbet af natrium, og man kan forestille sig en ligevæ gt opstå m ellem koncentrationsgradienten ind og den elektriske gradient ud af cellen. I denne tænkte situation kunne man tale om, at Na + er i ligevægt. Transporten ind i cellen betinget af det kemiske potentiale udbalanceres netop af transporten ud af cellen på grund af det elektriske potentiale, hvorved nettotransporten bliver 0. Det elektriske arbejde (W e) er den energi, der skal tilføres for at transportere et mol Na + fra rum 1 til rum 2, mod den elektriske potentialeforskel mellem de to rum (E 2 - E 1 ) volt. F er Faraday's tal, z er ionens valens. W e = z x F (E 2 - E 1 ) Det kemiske arbejde W k er den energi, som kræves for at transportere et mol Na + fra det ene rum mod koncentrationsforskellen af Na + i rummene (C 2 - C 1 ). W k = R x T x ln (C 2 - C 1 ) R = gaskonstanten, T = den absolutte temperatur. Det elektro-kemiske arbejde (W ek) er summen af det elektriske og kemiske arbejde. W ek = W e + W k = z x F (E 2 - E 1 ) + R x T x ln Ved ligevægt er det elektro-kemiske arbejde netop lig 0. W ek = 0 dvs. W e = W k. z x F (E 2 - E 1 ) = R x T x ln C1/C2 dvs. at ligevægtspotentialet for Na + E + Na bliver Dette udtryk kaldes Nernst ligning. Ved 37 C og for monovalente ioner (som Na + og K + ) kan den skrives E = 61.5 log Side 4

5 MEMBRANPOTENTIALER Tabel 1. INTRA- OG EKSTRACELLULÆRE KONCENTRATIONER OG BEREGNEDE LIGEVÆGTSPOTENTIALER Ekstracellulær mm Intracellulær mm Ligevægtspotentiale mv Na + Ca ++ K I Tabel 1 ses de omtrentlige koncentrationer af Na +, K + og Ca ++ inde i og udenfor cellerne. De beregnede ligevægtspotentialer for ionerne er også angivet. Det fremgår at ligevægtspontentialerne for Na + og Ca ++ er klart positive hvorimod ligevægtspotentialet for K + er negativt. Figure 2 Aktionspotentialet fra myocardiet, samt permeabilitetsændringerne for Na +, Ca ++ og K +. Aktionspotentialet(fig.2) fra en ventrikelmuskelcelle indledes af en hurtig depolarisering betinget af en meget kortvarig, kraftig stigning i permeabiliteten for Na +. Bemærk desuden en plateaufase i hjertemuskelcellens aktionspotentiale især betinget af kalciumpermeabilitetssøgningen. Aktionspotentialet har en varighed på omkring 300 msec. PACEMAKER POTENTIALER Registrerer man potentialet i sinusknuden får man et resultat som på figur 3. Det man især vil hæfte sig ved på fig. 3 er, at der ikke opnåes noget veldefineret hvilepotentiale. Svarende til fase 4 (som ofte bærer betegnelsen pacemakerpotentiale) ses en jævn depolarisering mod den prikkede linie, der er markeret TP (= TrickerPotentialet eller TærskelPotentialet). Forklaringen på fase 4 må søges i permeabilitetsændringer, - faldende for kalium og stigende for natrium og calcium. Når tærskelpotentialet er nået, åbner elektrisk drevne calciumkanaler og membranen depolariseres. Repolarisering kan forklares ved en normalisering af kalium- og calciumpermeabiliteten. Da hvilepotentialet således ikke er stabilt, vil der med jævne mellemrum udløses et aktionspotentiale. Stejlheden i fase 4 bliver afgørende for, hvornår næste aktionspotentiale udløses. Hvis sinusknuden ikke er påvirket af nerver eller hormoner, vil frekvensen være ca 120 depolariseringer pr. min., man taler om sinusknudens egenfrekvens. På figuren ses sinusknuden påvirket af transmitterstoffet fra det parasympatiske nervesystem acethylcolin. I den stiplede figur er hældningen af fase 4 er meget mindre end i den fuldt optrukne, det varer altså længere før tærskelpotentialet nåes, og derfor bliver frekvensen lavere. Figure 3 Pacemakerpotentialer fra sinusknuden. Side 5

6 Ved kraftig parasympaticus' påvirkning af hjertet kan frekvensen falde helt mod 0. Omvendt vil frekvensen kunne øges til omkring 200 hos yngre individer ved maksimal sympaticus påvirkning af sinusknuden. Tabel 2. POTENTIALER A. LIGEVÆGTSPOTENTIALET Er den elektriske spændingsforskel over en membran, der skal til for at udbalancere en ions kemiske potentiale, således at nettotransporten af ionen bliver nul. Beregnes v.h.a. Nernst's ligning. B. MEMBRANPOTENTIALET Er den elektriske spændingsforskel, der kan måles mellem en celles yder- og inderside (1, 2 og 3 nedenfor): 1. HVILEPOTENTIALET Er membranpotentialet i en celle, der ikke danner et elektrisk signal. 2. AKTIONSPOTENTIALET Er en kortvarig ("alt eller intet") ændring i membranpotentialets polaritet. 2. PACEMAKERPOTENTIALET Er en spontan graderet ændring (depolarisering) i membranpotentialet, som kan udløse et aktionspotentiale. Da sinusknuden depolariserer med den højeste frekvens bliver sinusknuden under normale omstændigheder pacemaker. Fra sinusknuden udbredes impulsen ud over højre og venstre atrie uden behov for noget specielt ledningsvæv. Impulsen eller depolariseringen breder sig fra atriemuskelfibre til atriemuskelfibre idet hjertemuskulaturen - i modsætning til tværstribet muskulatur og i modsætning til nervevæv er i stand til direkte at lede elektriske forandringer over cellemembranen fra celle til celle. Figure 4 Normal udbredning af depolariseringen. På fig. 4 kan du se signalet starte i sinusknuden og brede sig over atriet til av-knuden. Her fanges signalet op af specielle fibre og ledes fra av-knuden gennem det Hiske bundt igennem septum intraventriculare mod apex og resten af hjertet. Overledningen fra atriet til ventriklen kræver specialisert væv, idet atrie- og ventrikel-muskelfibrene nok er i kontakt med hinanden svarende til den fibrøse ring mellem atrier og ventrikler, men den elektriske kontakt mellem cellerne fungerer kun mellem atriemuskulaturens celler indbyrdes og mellem ventrikelmuskulaturens celler indbyrdes. Signalet bliver som sagt samlet op i atrioventrikulærknuden og herfra ledt via det Hiske bundt ned i ventriklerne. De specialiserede fibre (Purkinje fibre), som leder signalet mod apex i hjertet leder med langt større hastighed end overførslen fra ventrikelmuskelfibre til ventrikelmuskelfibre. Derfor vil depolariseringen nå apex meget Side 6

7 hurtigt, hvorimod depolariseringen i omkredsen af hjertet omkring pulmonal- og aorta ostierne forløber væsentligt langsommere. Som sagt forudgåes hjertets mekaniske aktivitet af den elektriske depolarisering, og det er derfor hensigtsmæssigt at den forløber som beskrevet. Ved at starte højt i atrierne kontraheres muskulaturen om venernes indmunding sfinkteragtigt. Depolariseringen breder sig derefter ned over atrierne i blodstrømmens retning mod ventriklerne. Blodstrømmen fra ventriklerne går i modsat retning, idet strømningen er fra apex mod basis af hjertet ud gennem aorta og arteria pulmonalis. Da depolariseringen ledes hurtigt gennem det specialiserede væv mod apex, afsluttes udbredelsen over ventriklerne netop fra apex mod basis. Kendskabet til impulsudbredningen spiller ikke kun en rolle for forståelsen af det mekaniske, men også for forståelsen af de enkelte takkers opståen i elektrokardiogrammet. ELEKTROKARDIOGRAFI (EKG) Aktionspotentialer i hjertemuskelfibre af størrelsesordenen op til 100 mv. Vi har set hvorledes disse breder sig ud over hjertet. Hvordan giver dét sig til kende på organismens overflade? Lad os først betragte et udsnit af hjertemuskulaturen (se fig. 5), hvor en del af muskelmassen er depolariseret og den øvrige normalt polariseret. Det normalt polariserede område har positiv fortegn på overfladen i forhold til det depolariserede område til venstre på figuren. Her er potentialforholdene vendt om, og der vil opstå "strømsløjfer" mellem det Figur 5 Depolarisering. depolariserede og det normalt polariserede område. Disse "strømsløjfer" kan samles i en enkelt vektor som vist på figuren. Forholdene er gjort mere realistiske i fig. 6. Vi ser ventriklerne på et tidspunkt, hvor septum er depolariseret, hvorved væggen vil blive negativ på overfladen i forhold til resten af hjertet. Der opstår "strømsløjfer", som igen kan samles i en vektor. Betragter vi nu samme hjerte in situ (fig. 7), ser vi det igen delvist depolariseret med "strømsløjfer", der kan opfanges fra overfladen mellem punkterne A og B. Figur 6 Depolarisering af septum. Om man registrerer fra roden af ekstremiteterne som i fig. 7 eller anvender ekstremiteterne som ledninger og for nemheds skyld registrerer fra hånd- og fodled, gør ingen forskel, idet modstanden i ekstremiteterne er meget ringe. I fig. 8 ser man hvorledes den normale registrering udføres i det, der kaldes standard afledning eller ekstremitets afledning. Man registrerer tre afledninger, betegnet I, II og III. Figure 7 Registrering fra overfladen. Side 7

8 Figure 8 Ekstremitetsafledning. Denne registreringsform er bipolær, begge elektroder er differente. Man kan også registrere med én indifferent og én different elektrode - såkaldt unipolær afledning. Et eksempel herpå ses i fig. 9. Den indifferente elektrode etableres ved at forbinde ledningerne fra armene og venstre ben. Den differente elektrode anbringes på thorax foran hjertet (præcordialt) og afledningerne kaldes derfor præcordial afledninger. Afhængig af hvor på thorax elektroderne er placeret nummereres de V 1, V 2, V 3... V 6. Disse præcordiale afledninger giver et "kig" ind mod højre respektiv venstre ventrikel. Registreringen foregår i det horisontale plan. Figure 9 Præcordialafledning. Standardafledningerne registrerer i det frontale plan. De elektrokardiogrammer, du vil møde i resten af teksten, er registreret ved hjælp af standard afledningerne. Tabel 3. ELEKTROKARDIOGRAFI BETEGNELSE REGISTRERING PLAN SYMBOL Ekstremitetsafledning eller Standardafledning Bipolar Frontal I, II og II Præcordialafledning Unipolar Horisontal V 1, V 2,...V 6 Figure 10 Normalt elektrokardiogram (2. standardafledning). til kende på overfladen. Hvad vil man forvente at finde, når man registrerer hjertets elektriske aktivitet fra overfladen? Man vil nok forvente en mindre amplitude samt dæmpning af udslaget, i forhold til registrering direkte fra myocardiet. Amplituden af den største tak er netop kun ca. 1 mv (sml. m. aktionspotentialets ca. 100 mv). Kun relativt store potentialforandringer i forhold til tiden giver sig Side 8

9 I fig. 10 ser vi et eksempel på et normalt elektrokardiogram registreret i anden standard afledning. Læg mærke til betegnelsen af takker og intervaller. Lad os prøve at finde en - forklaring på de enkelte takker og intervaller i elektrokar- Figure 11 Elektrokardiogrammets baggrund diogrammet ved at se nøjere på fig.11 og 12. Her ser man den før omtalte vektor på forskellige tidspunkter i cyklus anbragt i en figur, der anatomisk fremstiller hjertet. Koncentrerer vi os om anden standardafledning (II), vil vi se at en depolarisering, der bevæger sig fra basis mod apex samlet i en vektor med denne retning giver et positivt udslag. Vi ser netop, at atriernes depolarisering af giver anledning til den positive P-tak. Depolariseringen samles nu op i a-v-knuden og ledes gennem det hiske bundt og højre og venstre grene. Denne overledning Figure 12 Elektrokardiogrammets baggrund (fortsat). giver ikke anledning til noget udslag på elektrokardiogrammet vi har et isoelektrisk stykke fra P til Q. Herefter har depolariseringen nået septum og bevæger sig nu ind i septum, delvist bort fra apex, hvilket kan give anledning til en lille negativ tak Q- takken. Side 9

10 Herfra breder depolariseringen sig fra de subendocardielt lejrede Pukinjefibre ud mod pericardiet omkring apex. Den store ventrikelmasse depolariseres og vi får den markerede R-tak. Den del af ventrikelmuskulaturen, der depolariseres senest er den del, der ligger i omkredsen af hjertet længst borte fra apex - omkring aorta og pulmonalostierne. Depolariseringen bevæger sig tydeligt bort fra apex, og vi ser også en negativ tak, S-takken. Nu er ventrikelmuskulaturen ensartet depolariseret, der er ikke nogen potentiale ændringer i elektrocardiogrammet, og vi har igen et isoelektrisk stykke indtil T-takken. T-takken forårsages af ventriklernes repolarisering. At T-takken er positiv skyldes, at repolarisering følger det omvendte mønster af depolarisering. Hvor er i øvrigt atriernes repolariseringstak? Tabel 4. ELEKTROKARDIOGRAMMETS GENESE HÆNDELSE Atrie depolarisering Atrio-ventrikulær overledning Depolarisering af septum Depolarisering af ventrikelmuskulatur Depolarisering af circumferens Repolarisering af ventriklerne REGISTRERING P-tak PQ-interval Q-tak R-tak S-tak T-tak Jeg minder om, at et normalt depolariseringsmønster, (som netop beskrevet) sikrer et efterfølgende kontraktionsforløb i blodstrømmens retning. Elektrokardiografi giver mulighed for indsigt i hjertets normale og patologiske forhold uden indgreb (non-invasivt). Vi vil nu se på en enkelt gruppe (hovedsageligt) patologiske forstyrrelser i rytme og impuls-udbredning, de såkaldte arytmier. ARYTMIER Vi nøjes her med at koncentrere os om: I. Rytmeforstyrrelse udløst fra sinus-knuden (sinusarytmier) II. Forstyrrelser i overledning fra atrie til ventrikel III. Ekstrasystoler, som kan stamme fra atrier resp. ventrikler I. Sinusarytmi Som omtalt er sinusknuden påvirket af det autonome nervesystem. Variationer i impulsudsendelsen fra det autonome nervesystem kan afspejles i sinusknudens rytmik. I fig. 13 ses et eksempel på en sådan sinusarytmi. Man ser hjertefrekvensen øges under Side 10

11 Figure 13 Sinusarytmi. er således ikke nogen patologisk tilstand. inspiration og nedsættes under eksspiration. Dette tyder på, at fænomenet er relateret til respirationen. Arytmien ophører, hvis man holder vejret. Man ser sinusarytmi hos over halvdelen af normale unge, og det II. Atrioventrikulær blokering Atrioventrikulær blokering ses i tre sværhedsgrader: 1. forlænget overledningstid 2. delvis av-blokering 3. fuldstændig av-blokering P-R intervallet er normalt ikke over 0.22 sek. Er P-R intervallet længere taler man over forlænget overledningstid. Delvis av-blokering ses i fig. 14A. Man ser P-takker med regelmæssige intervaller, men ikke alle P-takker efterfølges af ventrikelkomplekser. Ved fuldstændig av-blokering bliver ingen af atriets depolariseringer overledt til ventriklerne. P-takkerne kommer regelmæssigt, men efterfølges ikke af noget QRS-kompleks. Figure 14 Eksempel på av-blok og ekstrasystoler. i såvel atrier som ventrikler. Ventrikelkomplekserne kommer i en rytme, som er aldeles uafhængig af P-takkernes og oftest med lavere frekvens end disse (fig. 14B). III. Ekstrasystoler Ekstrasystoler er depolariseringer, som kommer på et for tidligt tidspunkt i forhold til den normale rytme. Depolarisering-erne stammer ikke nødvendigvis fra det normale pacemakervæv, men kan opstå hvor som helst Side 11

12 Atriale ekstrasystoler er karakteriseret ved P-takkens konfiguration. Den kan ofte være negativ, hvorimod ventrikelkomplekset er uændret (fig. 14C). Afstanden fra ekstrasystolens R-tak til den følgende R-tak er den samme sam afstandene mellem de normale R- takker. Konfigurationen af de ventrikulære ekstrasystoler er præget af deres opståelsessted og langsomme udbredning. De forudgåes naturligvis ikke af en P-tak. Pausen efter en ventrikulær ekstrasystole er længere end det normale R-R interval. Det fremgår af fig. 14D at afstanden fra den forudgående R-tak til den følgende normale R-tak svarer til det dobbelte R-R-interval. I fig. 15 kan man, svarende til ekstrasystolen, skimte en normal P-tak. Figure 15 Ventrikulær ekstrsystole. Afstanden mellem P-takkene er altså upåvirket af den ventrikulære ekstrasystole, men atriedepolariseringen når av-knuden og ventriklerne i deres refraktære periode. Ekstrasystoler er ikke ualmindelige hos iøvrigt hjertesunde personer. Ses hyppigt i forbindelse med nervøsitet, evt. misbrug af tobak, kaffe eller spiritus. HJERTETS MEKANISKE AKTIVITET Under depolariseringen er kalciumpermeabiliteten kraftigt øget med stigende kalciumkoncentrationer i sarcoplasmaet til følge. Stigningen i kalciumkoncentrationen starter koncentrationsmekanismen: Elektrisk aktivitet Ca ++ > Kontraktion Hjertekontraktionens kraft kan reduceres af stoffer, der påvirker kalciumpermeabiliteten (kalcium kanal blokkere). TRYK- OG VOLUMENÆNDRINGER GENNEM HJERTECYKLUS I fig. 17 ses tryk- og volumenvariationer i forhold til tiden. Dem kan du nu sammenholde med elektrocardiogrammet i samme figur. Lad os først se på forholdene omkring venstre hjertehalvdel. Det fremgår af figuren at trykket i venstre ventrikel er omkring 0 i diastolen, og at det stiger til 120 i systolen. Man skriver: 120/0. Samtidig med trykstigning i venstre ventrikel stiger trykket i aorta ligeledes til omkring 120. I diastolen falder det til ca. 70, altså 120/70. Kaldes ofte blodtrykket (BT), herved forstår man altså blodets tryk i aorta og det store kredsløbs arterier. Venstre ventrikel uddriver i systolen 70 ml blod til aorta. Ventriklen er ikke tom efter systolen, men rummer ca. 70 ml blod. Vi skal senere se nøjere på fig. 17, men forinden afsætte samhørende tryk og volumenværdier fra denne i et nyt diagram. Side 12

13 I fig. 16 ser vi trykket afsat ud ad y-aksen og venstre ventrikels volumen ud ad x-aksen. Tiden indgår altså ikke i figuren, men den tidsmæssige rækkefølge er skitseret ved pilene. Pkt. A svarer til slutningen af systolen altså starten af diastolen. I diastolen fyldes ca. 70 ml blod i ventriklen, og trykket i ventriklen stiger ganske let. Svarende til pkt. B går ventriklen fra diastole over i systole. Den moderate trykstigning får cuspidalklapperne til at lukke, og fra B til C er ventriklen aflukket fra omgivelserne. Man ser her en trykstigning uden volumenændring. Perioden kaldes den isovolumetriske anspændingsfase. Når trykket bliver lig med trykket i aorta (på dette tidspunkt = 70 mmhg) åbnes semilunærklapperne. Nu Figure 16 PV-diagram for ve. ventrikel. drives blodet ud i aorta under stadig trykstigning. Svarende til pkt. D lukker semilunærklapperne igen. Fra D til A er begge klapsæt lukkede vi har den isovolumetriske afspændingsfase. Ved pkt. A åbnes cuspidalklapperne atter og blodet strømmer nu ind i ventriklerne fra atrierne. For at samle op: A: åbning af cuspidalklapperne B: lukning af cuspidalklapperne B-C: isovolumetrisk anspændingsfase C: åbning af semilunærklapperne D: lukning af semilunærklapperne D-A: isovolumetrisk afslapningsfase Gå til fig. 17 og find åbnings- og lukningstidspunkterne for klapperne. I fig. 17 ser vi også trykkene fra højre side af hjertet. Trykket i højre ventrikel svinger fra omkring 0 i diastolen til omkring 25 i systolen. I a. pulmonalis svinger trykket mellem 25 og 8. Trykket i højre atrium svinger også omkring 0, med en tilbøjelighed til at blive negativ. Hvorledes kan trykket i højre atrium blive negativt? Højre ventrikel må naturligvis udpumpe stort set det samme slagvolumen som venstre, og højre ventrikels tryk og volumenforhold kan derfor plottes på samme vis som for venstre ventrikel. I fig. 16 er forholdene for højre ventrikel vist med stiplet linie. I fig. 17 observerede du måske, at trykket i aorta er højere end trykket i ventriklen, medens der stadigvæk strømmer blod ud af venstre ventrikel? I starten af systolen, hvor trykket er højest i ventriklen, tildeles blodet en bevægelsesmængde. Da der kun er ganske ringe gnidningsmodstand i aortaostiet vil blodet blive ved med at strømme, hvis ikke kræfterne vendes om. Og dette er netop tilfældet i slutningen af uddrivningsperioden, hvor trykket er højest i aorta. Blodet decellereres, og vil til slut begynde at strømme tilbage til venstre ventrikel. Herved fyldes semilunærklapperne, og deres rande vil mødes. Aortaostiet er nu lukket. HJERTETS LYDE OG MISLYDE Laminar strømning er lydløs, hvorimod turbulent strømning ofte kan høres. Strømningen i kredsløbet er hovedsagelig laminar, men i forbindelse med lukning af hjertets klapper opstår der turbulens. Dette giver anledning til lyd. Side 13

14 Lytter man til hjertet eller optager man, ved hjælp af en mikrofon, et fonokardiogram som i fig. 17 bemærker man især to hjertelyde. 1. hjertelyd opstår ved turbulens ved lukningen af cuspidalklapperne. 2. hjertelyd ved lukning af semilunærklapperne. Lyden ledes af det strømmende blod, og de enkelte ostier vil derfor høres med varierende intensitet forskellige steder over prækordiet. Ved klapfejl vil der kunne opstå mislyde. Hvis en klap er forsnævret (stenose) vil der opstå turbulens ved blodets strømning herigennem. Er der defekter i klapperne, vil blodet kunne strømme igennem defekten, når klapperne ellers ville være lukkede (insufficiens). Dette giver også anledning til mislyde. Høres en mislyd mellem 1. og 2. hjertelyd kaldes den systolisk, mellem 2. og 1. hjertelyd diastolisk. Figure 17 Ventriklernes tryk- og volumenændringer i forhold til tiden. En systolisk mislyd kan således enten skyldes stenose af semilunærklapperne eller insufficiens af cuspidalklapper, og tilsvarende for diastoliske mislyde som det fremgår af tabellen. Tabel 5. MISLYDE og KLAPFEJL MISLYD INSUFFICIENS STENOSE Systolisk Cuspidal Semilunær Diastolisk Semilunær Cuspidal HJERTETS MINUTVOLUMEN Hjertets minutvolumen er i hvile 4-5 l/min. Under muskelarbejde kan hjertets minutvolumen nå op på l/min. Hvordan kommer disse ændringer i hjertets minutvolumen i stand? Hjertets minutvolumen er produktet af frekvens (fr) og slagvolumen (SV) dvs. Side 14

15 = fr x SV Lad os først se på ændringer i hjertefrekvensen. Hjertets pacemaker er sinusknuden. Hvis denne ikke påvirkes af nerver eller hormoner e.l. vil frekvensen ligge omkring min -1 (sinusknudens egen frekvens). Hjertefrekvensen kan øges ved sympatikus stimulation til omkring 200 hos yngre individer. Cirkulerende adrenalin og andre stoffer, der virker som sympatikus transmitter vil også øge frekvensen. Hjertefrekvensen kan nedsættes ved parasympatikus stimulation. I hvile til omkring 60 min -1. Ved meget kraftig parasympatikus stimulation kan frekvensen blive meget lavere. Frekvensen kan altså stige fra 60 til godt 180 dvs. med en faktor ca. 3, men da minutvolumen som nævnt kan øges med en faktor 6-8, må slagvolumen altså også variere betydeligt. Slagvolumen kan beregnes: a. slutdiastolisk volumen (150 ml) b. slutsystolisk volumen ( 75 ml) a. b. = slagvolumen ( 75 ml) Man kan nu forvente at en stigning i slag-volumen vil kunne komme i stand ved at øge a. eller nedsætte b. Lad os undersøge de to muligheder: Ad a. Hvad vil der ske ved øget slutdiastolisk volumen? I fig. 18 ser du PV- diagrammet fra tidligere. Samtidig er her indtegnet situationen ved øget slutdiastolisk volumen. Det fremgår tydeligt at slagvolumen er øget, men ligeledes fremgår det at forudsætningen herfor er, at det slutsystoliske volumen ikke er meget anderledes end før. Holder denne forudsætning? Figure 18 Øget slutdiastolisk fyldning. Det viser sig, at lader man en ventrikel med konstant kontraktilitet kontrahere sig fra varierende slutdiastoliske volumina og mod varierende tryk, ligger de resulterende slutsystoliske volumina og tilhørende slutsystoliske tryk på en ret linie fig. 19. Lader man ventriklen kontrahere sig uden mulighed for tømning (isovolumetrisk kontraktion) ved forskellige volumina, vil de resulterende systoliske tryk ligge på samme rette linie. Det betyder med andre ord, at kontraherer ventriklen sig fra et øget slutdiastolisk volumen med uændrede tryk i omgivelserne, vil det slutsystoliske trykvolumenpunkt være det samme som i udgangssituationen. Side 15

16 Indenfor relativt vide grænser gælder altså: Øget diastolisk fyldning giver øget slagvolumen. (Starlings hjertelov). Øget diastolisk fyldning ses ved: 1. Øget fyldningstryk. Det øgede fyldningstryk kan være betinget af ændrede trykforhold i venerne ved stillingsændring. En kontraktion af den glatte muskulatur i venerne vil også øge fyldningstrykket (i højre ventrikel). 2. Øget diastole varighed. Dette ses ved nedsat frekvens, idet frekvens- ændringer især påvirker diastolevarigheden. Ad b. Lad os undersøge den anden mulighed for at øge slagvolumenet nemlig nedsat slutsystolisk volumen. Figure 19 Konstant kontraktilitet og varierende volumina. Figure 20 Øget kontraktilitet. Nedsat slutsystolisk volumen ved uændret tryk er ensbetydende med øget kontraktilitet. I fig. 20 ser vi at den rette linie, som forbinder samhørende slutsystoliske tryk og volumenpunkter har større hældning end i fig. 18 og 19. Det fremgår også af figuren, at ved uændret slutdiastolisk volumen vil det reducerede slutsystoliske volumen medføre øget slagvolumen. Samtidig ses det at ventriklen er i stand til at præstere større slutsystoliske tryk ved de samme volumina. En sådan stigning i hældningen er altså udtryk for en øget kontraktilitet, som kan fremkaldes ved øget sympatikusstimulation eller øget mængde adrenalin i blodet. En stigning i slagvolumen kan altså opnås ved : a. Øget diastolisk fyldning (Starlings hjertelov) b. Øget kontraktilitet (f.eks. ved øget sympatikusstimulation). HJERTETS ARBEJDE I een hjertecyclus udfører venstre ventrikel et arbejde på blodet, der repræsenteres af arealet under den systoliske trykvolumenkurve C-D i fig. 19 minus arealet under tilhørende afsnit A-B. Tryk x volumen er lig arbejde (som kraft x vej). Det arbejde, der udføres på blodet pr. slag kaldes hjertets slagarbejde (SW) eller hjertets ydre arbejde. Dette er vist prikket på fig. 21. Side 16

17 Højre ventrikelarbejde er normalt lidt mindre end 1/5 af venstres, da højre ventrikels tryk er knap 1/5 af venstres, og de to ventriklers gennemsnitlige slagvolumina er ens. Ventriklen ophører som bekendt normalt med at uddrive blod, inden det intraventrikulære tryk er faldet til 0. I fig. 21 ophører uddrivningen svarende til pkt. D. Under specielle forsøgsomstændigheder hvor semilunærklapperne ikke lukker, fordi trykket i aorta gradvist nedsættes mod 0, finder man faktisk at ventriklen tømmer sig mod et volumen svarende til Vo. Arealet VoAD (skraveret i fig. 21) repræsenterer altså en potentiel (elastisk) energi (PE) i ventriklens væv ved afslutningen af systolen. Denne energi forbliver uudnyttet hjertet in vivo. Figure 21 Tryk-volumen-arbejdet for ve. ventrikel. Ventriklens samlede mekaniske energiomsætning er summen af det ydre arbejde (SW) og den potentielle energi (PE) afgrænset i fig. 21 af VoBCD, kaldet trykvolumenarealet PVA. PVA = SW + PE HJERTETS ENERGIOMSÆTNING OG NYTTEVIRKNING Ved konstant kontraktilitet findes der en høj grad af lineær korrelation mellem myocardiets iltoptagelse pr. slag ( O 2 ) og trykvolumen arealet (PVA) uanset hvilken type kontraktion hjertet udfører. Dette er skitseret i fig. 22. Da iltoptagelsen kan omregnes til energiomsætning (EO) kan denne størrelse lige så vel anvendes som enhed på y-aksen, og vi får da samme benævnelse på begge akser (J x slag -l ). Ligningen for den rette linie bliver da: EO = a x PVA + b a er hældningen og kan aflæses af figur 22: a = 2,66. b er skæringen med y-aksen og repræsenterer energiomsætningen pr. slag for det ubelastede hjerte, svarende til: 1. den basale energiomsætning (svarende til et standset hjerte) og 2. energi til eksitation og ubelastet kontraktion (hovedsageligt pumpning af Na +, K + og Ca ++ -ioner) Ligningen for linien kan nu skrives: Side 17

18 EO = 2,66 x PVA + basal EO Dette udtryk kan omskrives: Brøken udtrykker den mekaniske (netto)nyttevirkning, nemlig den del af stigningen i energiomsætningen, der bliver til mekanisk energi. Her altså beregnet til 38%. Nu bliver jo kun en del af den energi, der er repræsenteret i PV- arealet afsat på omgivelserne, nemlig svarende til slagarbejdet (SW). Da slagarbejdets andel af PV-arealet er varierende (udgør mellem 0 og 70%) bliver nyttevirkningen ved hjertets ydre arbejde selvfølgelig tilsvarende reduceret. Man kan således forvente nyttevirkninger for hjertet mellem 0 og godt 25%. Figure 22 Sammenhængen mellem PV-arbejdet og energiomsætningen. Det fremgår altså at den potentiel elastiske energi er uudnyttet, og jo mindre en andel denne udgør af den samlede mekaniske energi jo højre nyttevirkning vil hjertet arbejde med. Det fremgår af figurerne at PE- arealet bliver større og dermed energiomsætningen større jo højre tryk ventriklen arbejder mod. Det fremgår ligeledes, at en stigning i ventriklens slagarbejde (SW) stiller øget krav til energiomsætningen. Det er imidlertid vigtigt, at være opmærksom på, at en stigning i slagarbejdet, på grund af øget tryk, stiller langt større krav til hjertets energiomsætningshastighed end en tilsvarende stigning betinget af øget slagvolumen. Øges hjertets minutvolumen er det langt mere økonomisk såfremt dette især finder sted ved stigning i slagvolumen frem for en stigning i frekvensen. C:\Documents and Settings\hjertenoter2001.wpd Side 18