2 курс / Нормальная физиология / ВИРТУАЛЬНЫЙ_ПРАКТИКУМ_ПО_НОРМАЛЬНОЙ_ФИЗИОЛОГИИ
.pdfТЕМА 6. Физиология сердца
Цель:
1.Дать определение автоматии, синоатриальному узлу, пейсмекерным клеткам.
2.Понять эффекты симпатической и парасимпатической нервных систем на автоматию сердца.
3.Понять фазы и пояснить потенциал действия сердца.
4.Перечислить, по крайней мере, два ключевых различия между сердечной и скелетной мышцей.
5.Определить абсолютный и относительный рефрактерный
период.
6.Понять и объяснить эффекты влияния следующих факторов: адреналин, пилокарпин, атропин, дигиталис, температура,
Na+, Ca2+, K+.
Основные обозначения:
Адреналин – Epinephrine Атропин – Atropine
Дигиталис – Digitalis
Зарегистрировать результат – Record Date Изменения сердечного ритма – Modifiers of Hart Rote Инструменты – Tools
Ионы калия – Sodium Ions
Ионы кальция – Calcium Ions
Ионы натрия – Potassium Ions
Многократный стимул – Multiple Stimuli Нормальный ритм сердца – Heart Rate Normal Одиночный стимул – Single Stimulus Остановка стимула – Stop Stimulus
Падение – Fall
Пилокарпин – Pilocarpine
Прямая стимуляция сердца – Direct Heard Stimulation Сердечно-сосудистая физиология лягушки – Frog Cardiovascular Physiology
Стабильный ритм сердца – Heart Rate Stabile Стимуляция вагусного нерва – Vagus Nerve Stimulation Эксперимент – Experiment
Электрическая стимуляция – Electrical Stimulation
101
https://t.me/medicina_free
Теоретическая часть
Сердце, как орган, обладает автоматией, т.е. способностью к самовозбуждению. У животных её природа-миогенная. Клетки, способные к автоматической генерации потенциала действия, об-
разуют узлы автоматии (водители ритма или пейсмекеры). У
млекопитающих выделят три узла автоматии:
1.Синоатриальный узел (САУ), расположенный в районе венозного входа в правое предсердие (узел Киса‒Фляка). В норме он является водителем ритма сердца, т.е. пейсмекером первого порядка.
2.Атриовентриоулярный узел (АВУ) (узел АшоффаТавара), который расположен на границе правого и левого предсердий и между правым предсердием и правым желудочком. Состоит из трёх частей верхней, средней и нижней. В норме, не генерирует спонтанные потенциалы действия, а «подчиняется» САУ и играет роль передаточной «станции», а также осуществляет функцию «атриовентрикулярной» задержки, за счёт формирования так называемого «морфо-функционального» синапса». В случае выключения САУ из работы, берет на себя функцию во-
дителя ритма сердца – пейсмекер второго порядка.
3.Волокна Пуркинье – миоциты, которые расположены в толще сократительного миокарда желудочков, как конечная часть ножек Гиса. Они являются водителями ритма третьего порядка. Их автоматия самая низкая, поэтому в норме являются лишь ведомыми и участвуют в процессе проведения возбуждения по миокарду.
САУ представляет собой соединительнотканный остов, в котором расположены специализированные атипичные мышечные клетки – в основном, так называемые Р-клетки, собранные в агрегаты. Каждая из этих Р-клеток способна к автоматии, т.е. способна к генерации, так называемых, спонтанных медленных потенциалов действия. Единый пейсмекерный ритм строится на основе интегрированного взаимодействия всех элементов гетерогенного пейсмекера. Роль САУ огромна, так как все регулирующие воздействия, меняющие автоматию сердца, оказывают своё воздействие на водитель ритма первого порядка. Если он «выходит» из работы, то ни симпатическая, ни парасимпатическая системы сами по себе не могут запустить деятельность сердца.
102
https://t.me/medicina_free
В норме у взрослого человека совершается 60‒80 уд./мин (у новорожденного – 140) сердца. При патологии наблюдается синусовая тахикардия, когда натуральный водитель ритма задает ритм, превышающий 90‒100 уд./мин или наоборот – синусовая брадикардия, когда частота сокращений становится 40‒50 уд./мин. При нарушении проводимости по сердцу может возникнуть явление трепетания – когда возникает до 200‒300 сокращений в минуту (при этом синхронность работы предсердий и желудочков сохраняется, так как пеймейкером остаётся САУ). Фибриляция или мерцание сердца, другой вид нарушения проводимости, когда предсердия и желудочки сокращаются асинхронно, так как возбуждение возникает в разных местах, а в целом число сокращений достигает 500‒600 в мин. Часто это состояние возникает при инфаркте миокарда – в результате циркуляции возбуждения между «мертвым» и «живым» участками миокарда. Другая форма нарушения ритма сердца – это появление экстрасистол – внеочередных сокращений сердца, когда возбуждение может возникнуть в сердечной мышце после очередного возбуждения в результате появления «нового» очага возбуждения, то есть «нового» пейсмекера. Как правило, это обусловлено возникновением возбуждения в участках, расположенных за пределами САУ. Поэтому, очаги называют эктопическими. У человека спонтанно возникающие экстрасистолы могут быть желудочными (эктопический очаг возбуждения находится в желудочке) и предсердными – внеочередной импульс (более ранний) возникает в предсердиях. Предсердная экстрасистола не сопровождается компенсаторной паузой (выпадением очередного сокращения). После желудочковой экстрасистолы компенсаторная пауза возникает, так как очередной импульс от пейсмекера первого порядка приходит во время экстрасистолы и попадает в период абсолютной рефрактерности и не может вызвать очередного сокращения сердца. Ее можно получить в опыте на лягушке во время регистрации сокращений сердца, раздражая желудочек в различные фазы цикла сердечной деятельности. Можно убедиться, что экстрасистолы возникают, если раздражения наносятся во время диастолы. В основе появления экстрасистолы лежит явление гикоксии и аноксии – резкого нарушения нормального уровня метаболизма в кардиомиоцитах. Экстрасистолы могут появляться эпизодически, редко или наоборот непрерывно.
103
https://t.me/medicina_free
При половом созревании и у спортсменов при явлениях перетренировки также могут возникать явления экстрасистолии.
Все мышечные клетки сердца можно разделить на два больших класса: клетки рабочего миокарда (сократительные кардиомиоциты), составляющие основную массу сердца (99%) и обеспечивающие его нагнетательную функцию, а также атипические мышечные волокна (атипические кардиомиоциты), образующие проводящую систему сердца и обеспечивающие его автоматию.
Миоциты, входящие в состав узлов автоматии (САУ, АВУ, волокна Пурканье) и в состав проводящей системы (тракты или пучки Бахмана, Венкебаха, Тореля, Кента, Мегийма, Паладино, ножки пучка Гиса) предназначены для генерации спонтанных потенциалов действия или для быстрого проведения возбуждения по сердцу, а способность к сокращению, которая у них есть, выражена очень слабо и не представляет большого значения для сердца как насоса.
Все кардиомиоциты обладают способностью к возбуждению, однако возбудимость и параметры потенциалов действия у них разные. Так, сердечной мышце (рабочему миокарду) присущи те же основные свойства, что и скелетной мышце, но есть существенные особенности, отличающие их. У скелетной мышцы пик потенциала действия длится в среднем 1‒3 мсек. Примерно столько же длится и фаза абсолютной рефрактерности, которая соответствует длительности потенциала действия. Длительность потенциала действия кардиомиоцитов желудочков, имеющих выраженное плато, составляет в среднем, около 330 мсек (300‒350 мсек), а период абсолютной рефрактерности составляет 270 мсек: он соответствует фазе плато потенциала действия и начальной части фазы конечной реполяризации до достижения критичного порога (около 40 мВ). Затем следующей фаза отно-
сительной рефрактерности (30 мсек), соответствующая
остальной части фазы реполяризации потенциала действия. За этой фазой следует фаза супернормальной возбудимости (ещё
30 мсек) или фаза экзальтации. Необходимо отметить, что продолжительность потенциала действия этих крадиомиоцитов почти соответствует длительности сокращения мышцы желудочков. Продолжительность потенциала действия кардиомиоцитов предсердий составляет ~ 120 мсек, почти столько же длиться систола предсердий. Таким образом, длительность абсолютной рефрак-
104
https://t.me/medicina_free
терной фазы кардиомиоцитов примерно в 200–300 раз больше, чем волокон скелетной мышцы. Наличие продолжительной фазы абсолютной рефрактерности чрезвычайно важно для выполнения насосной функции сердца:
1.Сердце не способно к тетаническому сокращению (в отличие от скелетных), так как к моменту восстановления возбудимости заканчивается процесс сокращения.
2.Предотвращает наличие кругового (циркулирующего) распространения возбуждения по миокарду.
При выполнении работ сравнивайте полученные результаты с результатами, которые Вы получили в разделе «Физиология скелетных мышц».
Практическая часть
Рис. 23. Экран работы «Электрическая стимуляция»
В основном меню выбрать лабораторную работу «Сердечнососудистая физиология лягушки». Появится экран для работы «Электрическая стимуляция».
105
https://t.me/medicina_free
Работа № 1. Прямая стимуляция сердца
Эта работа проводится с целью определения роли рефракторности сердечной мышцы (рис. 23).
Ход работы:
1.Нажмите на кнопку обозначения электрода «Прямая стимуляция сердца», и переместите его в электродный держатель (опора с четырьмя зелеными квадратами). Освободите электрод, после его перемещения на указанное место, прикрепите его к желудочку сердца.
2.Наблюдайте за записью сердечных сокращений. Помните, что наименьшее повышение является расслаблением сердца, а наибольшее увеличение является сокращением желудочков. Нажмите кнопку «Одиночный стимул» справа в начале сокращения желудочков.
Наблюдаете ли вы какие-либо изменения в записи? ____________
Почему (почему нет)? _____________________________________
3.Нажмите снова «Одиночный стимул», но в этот раз по времени около пика сокращений желудочков.
Наблюдаете ли Вы какие-либо изменения в записи? ____________
Почему (почему нет)?_____________________________________
4.Нажмите слева «Одиночный стимул», теперь во время «Падения» желудочковых сокращений. Если вы не замечаете ка- ких-либо изменений в записи, попытайтесь нажать кнопку «Одиночный стимул» дважды, пока не увидите изменений.
Опишите изменения, которые вы наблюдаете на записи. Чем эта запись отличается от контрольной? ____________________
5.Теперь нажмите кнопку «Многократный стимул» (заметьте, что обозначение кнопки меняется на «Остановка стимула»). При этом стимулы к сердцу повторяются (20 уд./с). Через несколько секунд нажмите кнопку «Остановка стимула», чтобы остановить стимуляцию.
Какой эффект оказывает повторный стимул на запись сердце-
биений? _________________________________________________
Какая часть записи показывает рефрактерный период? _______
Возникает ли суммация? __________________________________
Почему важно, чтобы суммация не возникала в сердечной мыш-
це? _____________________________________________________
106
https://t.me/medicina_free
6.Верните электрод «Прямая стимуляция сердца» в его исходное местоположение.
7.Ответьте на поставленные вопросы в своем отчете, зарисуйте полученные результаты и сделайте выводы.
Работа № 2. Эффекты стимуляции вагусного нерва
В этой работе мы будем косвенно стимулировать сердце за счет раздражения вагусного нерва. Заметим, что n. vagus обеспечивает передачу парасимпатических сигналов к сердцу.
Ход работы:
1.Нажмите клавишу, обозначенную электрод «Стимуляция вагусного нерва». Отметьте, что, когда электрод помещается на указанное место, вагусный нерв будет располагаться над ним. Любой раздражающий стимул будет направляться непосредственно к n. vagus и косвенно к сердцу.
2.Нажмите кнопку «Многократный стимул». Отметьте, что число стимулов составляет до 50 в секунду.
3.Наблюдайте эффекты стимуляции на записи сердцебиений. Позвольте записи пересечь длину монитора пять раз до того, как вы нажмете кнопку «Остановка стимула».
4.Ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.
Опишите эффект стимуляции n. vagus на сердцебиение _______
После того, как вы приложили стимул, увеличится или уменьшится ритм сокращений сердца? ___________________________
Почему? ________________________________________________
Как симпатическая и парасимпатическая нервные системы работают вместе, регулируя ритм сердца? ____________________
Закончите следующее предложение: Поскольку ритм сердца снижается, сердечный выброс _____________________________
Закончите следующее предложение: Поскольку сердечный ритм увеличивается, сердечный выброс ___________________________
Исследования показали, что в отсутствии нервных и гуморальных влияний, синоатриальный узел генерирует потенциалы действия при частоте ≈ 100 ударов в минуту. Говорит ли это о связи парасимпатической нервной системы с симпатической нервной системой и гормонами? _______________________________
5.Зарегистрируйте полученные результаты и сделайте выводы в отчётах.
107
https://t.me/medicina_free
Изменения сердечного ритма
В данной серии работ мы будем наблюдать эффекты разных препаратов, гормонов и ионов на ритм сердца. Нажмите кнопку «Эксперимент» на верхней панели экрана, а затем выберите «Изменения сердечного ритма» (рис. 24). Обратите внимание на капельницу, находящеюся на полке над монитором. Вы будите наносить капли из каждой бутылки на сердце лягушки и наблюдать эффект. Сохраняйте запись результатов, нажимая кнопку «Зарегистрировать результат» на табло сбора данных внизу экрана.
Рис. 24. Экран работы «Изменения сердечного ритма»
Работа № 3. Эффект адреналина (эпинефрина)
Адреналин является гормоном, секретируемый надпочечниками. Он проходит через кровоток к сердцу, оказывая выраженный эффект. Адреналин является важным медиатором быстрой мобилизации энергии или увеличения скорости метаболизма.
108
https://t.me/medicina_free
Ход работы:
1.С помощью «мышки» укажите на клавишу верхней панели, где находится капельница с этикеткой «Адреналин», и нанесите ее сверху над сердцем лягушки, после этого уберите палец с «мышки». Вы можете наблюдать, как капли адреналина освобождаются из пипетки, попадая на сердце.
2.Наблюдайте запись сердечного ритма и следите за окном дисплея в верхнем углу монитора сердечного ритма.
3.Дождитесь. Пока в окне дисплея не покажется надпись: «Стабильный ритм сердца», затем нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».
4.Установите температуру раствора Рингера 23 оС (комнатная температура) с помощью кнопки над ванночкой с сердцем и отмойте адреналин. Подождите, пока в окне дисплея не появится надпись «Нормальный ритм сердца», перед выполнением следующей работы.
5.Сделайте заключение и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.
Каков эффект адреналина на ритм сердца? __________________
Имитирует ли этот эффект влияние симпатической нервной системы или парасимпатической нервной системы? __________
Что представляет собой ритм сердца, когда в окне дисплея появляется надпись: «Стабильный ритм сердца»? ______________
6.Зарегистрируйте полученные результаты и сделайте вы-
воды.
Работа № 4. Эффект пилокарпина
Пилокарпин – алкалоид, полученный из растения Pilocarpus Pinnatifolins Jaborandi, является холинэргическим агентом, который активирует периферические М-холинореактивные системы.
Ход работы:
1.С помощью кнопки «мышки» переместите капельницу с пилокарпином над сердцем лягушки и освободите кнопку «мышки». Вы видите капли пилокарпина, действующие на сердце.
2.Наблюдайте запись ритма сердца и следите за окном дисплея в нижнем правом углу монитора ритма сердца.
109
https://t.me/medicina_free
3.Подождите, пока в окне не появится надпись: «Стабильный ритм сердца», затем нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».
4.Нажмите кнопку 23 оС (комнатная температура) раствора Рингера над ванночкой с сердцем и отмойте пилокарпин. Подождите, пока в окне дисплея появится подпись «Нормальный ритм сердца», прежде чем начнете новую работу.
5.Сделайте заключение и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.
Каков эффект пилокарпина на ритм сердца? _________________
Каков ритм сердца, когда в окне дисплея появляется надпись:
«Стабильный ритм сердца»? ______________________________
Работа № 5. Эффект атропина
Атропин, алколоид семейства пасленовых, препаратом, блокирующим М-холинореактивные системы организма.
Ход работы:
1.С помощью кнопки «мышки» перенесите капельницу, с атропином, и поместите ее над сердцем лягушки, освободите кнопку «мышки». Вы видите, как капли атропина освобождаются из пипетки на сердце.
2.Наблюдайте за записью ритма сердца и за окном дисплея
внижнем правом углу монитора сердечного ритма.
3.Подождите, пока в окне появится надпись: «Стабильный ритм сердца», затем нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».
4.Нажмите кнопку 23 оС (комнатная температура) раствора Рингера над ванночкой с сердцем и отмойте атропин. Дождитесь, пока в окне дисплея появится надпись: «Нормальный ритм сердца», прежде чем перейти к следующей работе.
5.Сделайте заключение и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.
Каков эффект атропина на ритм сердца? ___________________
Каков ритм сердца, когда в окне дисплея появится надпись:
«Стабильный ритм сердца»? ______________________________
Выберите правильный термин: атропин ингибирует/имитирует, повышает действие ацетилхолина на ритм сердца. ___________
110
https://t.me/medicina_free