Сократимость сердца и функция миокарда

Сократимость сердца — это внутренняя способность сердечной мышцы генерировать силу и укорачиваться независимо от условий нагрузки. Это свойство, которое сопряжение возбуждения-сокращения преобразует в сердцебиение, и оно наряду с преднагрузкой и постнагрузкой является определяющим фактором ударного объема. Различение истинного сократительного состояния от зависящей от нагрузки производительности имеет центральное значение для понимания как нормальной функции миокарда, так и ее нарушения при заболеваниях.

Definition

Сократимость (инотропия) — это независимый от нагрузки компонент производительности миокарда — внутренняя способность сердечной мышцы развивать силу и укорачиваться при заданной длине волокна и нагрузке, операционализированная такими показателями, как наклон зависимости давления от объема в конце систолы.

Scope

Эта статья охватывает клеточные основы сокращения посредством сопряжения возбуждения-сокращения и кальциевого цикла, независимое от нагрузки описание сократимости (в частности, конечно-систолическую эластичность), энергетику сердца, поддерживающую генерацию силы, и концепцию инотропии. Это справочный и образовательный материал, который не содержит информации о дозировках лекарств или индивидуальном лечении.

Core questions

• Как сопряжение возбуждения-сокращения преобразует деполяризацию мембраны в силу?
• Как сократимость можно отделить от эффектов преднагрузки и постнагрузки?
• Какие процессы транспорта кальция и энергетические процессы определяют и ограничивают сократительный резерв?
• Как сократительная функция ухудшается при ремоделировании и недостаточности?

Key concepts

• Инотропия
• Кальций-индуцированное высвобождение кальция
• Тропонин и цикл поперечных мостиков
• SERCA и обратный захват кальция
• Конечно-систолическая эластичность (Ees)
• Зависимость силы от частоты
• Сократительный резерв

Key theories

Сопряжение возбуждения-сокращения

Кальций-индуцированное высвобождение кальция: поступление кальция в сарколемму через L-тип каналов запускает большее высвобождение из саркоплазматического ретикулума через рианодиновые рецепторы, повышая цитозольный кальций, который связывается с тропонином C и позволяет циклически взаимодействовать поперечным мостикам; обратный захват SERCA и выведение натрий-кальциевым обменником завершают сокращение.

Зависимость давления от объема в конце систолы (эластичность)

Наклон (Ees) линии, соединяющей точки давления-объема в конце систолы при различных нагрузках, обеспечивает относительно независимый от нагрузки показатель сократительного состояния, формализуя сократимость как эластичность желудочка.

Mechanisms

Потенциал действия открывает L-тип кальциевых каналов, пропуская кальций, который запускает высвобождение большего запаса из саркоплазматического ретикулума через рианодиновые рецепторы. Возникающее повышение цитозольного кальция связывается с тропонином C, вытесняя тропомиозин и позволяя актин-миозиновым мостикам циклически взаимодействовать и генерировать силу; расслабление происходит по мере того, как насосы SERCA перекачивают кальций обратно в саркоплазматический ретикулум, а натрий-кальциевый обменник выводит оставшийся кальций. Симпатическая стимуляция усиливает сократимость путем фосфорилирования этих белков, участвующих в транспорте кальция. Сократительная работа энергетически затратна, зависит от непрерывного поступления АТФ из окислительного метаболизма, а нарушения кальциевого цикла или метаболизма субстратов ослабляют генерацию силы и сократительный резерв в больном миокарде.

Clinical relevance

Сократимость лежит в основе того, как сила насосной функции сердца концептуализируется в периоперационных условиях и условиях интенсивной терапии, где независимое от нагрузки описание помогает отличить действительно слабый желудочек от того, который просто сталкивается с высокой постнагрузкой. Статья объясняет физиологические принципы, имеющие отношение к интерпретации функции миокарда, и не является источником индивидуальных терапевтических рекомендаций.

Evidence & guidelines

Механистическое описание здесь основано на экспериментальной и обзорной литературе по транспорту кальция и энергетике сердца, а не на клинических рекомендациях; материал уровня рекомендаций содержится в темах, посвященных сердечной недостаточности и клапанным порокам, которые строятся на этих принципах.

History

Количественное изучение сократимости развивалось благодаря механике мышц в двадцатом веке и разработке модели изменяющейся во времени эластичности желудочка Сугой и Сагавой, в то время как молекулярная картина кальций-индуцированного высвобождения кальция и его регуляции была консолидирована в последующие десятилетия и синтезирована в влиятельных обзорах Берса.

Key figures

• Donald Bers
• Hiroyuki Suga
• Kiichi Sagawa
• Arnold Katz

Seminal works

• bers-2002
• katz-2010

Frequently asked questions

Чем сократимость отличается от сердечного выброса?

Сократимость — это внутренняя способность мышцы генерировать силу независимо от нагрузки, тогда как сердечный выброс — это интегрированный результат сократимости вместе с преднагрузкой, постнагрузкой и частотой сердечных сокращений.

Какую роль играет кальций в сокращении?

Кальций является триггером и регулятором сокращения: его высвобождение из саркоплазматического ретикулума позволяет образовываться поперечным мостикам, а его обратный захват обеспечивает расслабление, поэтому нарушения в транспорте кальция напрямую ухудшают функцию миокарда.