Сокращение и механика сердечной мышцы

Сокращение и механика сердечной мышцы описывают, как электрический сигнал каждого сердцебиения преобразуется в механическую силу. Кальций, поступающий в кардиомиоцит, вызывает высвобождение дополнительного кальция из внутренних запасов, что приводит к скольжению актиновых и миозиновых филаментов и вызывает сокращение, выбрасывающее кровь. Взаимосвязь между наполнением, силой и выбросом определяет, насколько сильно сокращается сердце.

Definition

Сокращение и механика сердечной мышцы относятся к молекулярным и механическим процессам — электромеханическому сопряжению, циклу поперечных мостиков и поведению сердечного цикла по типу «давление-объем» — посредством которых миокард развивает силу и выбрасывает кровь.

Scope

Тема охватывает саркомер и сократительные белки, электромеханическое сопряжение и кальций-индуцированное высвобождение кальция, роль саркоплазматического ретикулума, сердечный цикл с его взаимосвязями давления и объема, а также детерминанты сократительной способности, такие как преднагрузка, постнагрузка и сократимость. Это описательная физиология, которая не содержит рекомендаций по лечению.

Core questions

• Как потенциал действия преобразуется в механическое сокращение?
• Какую роль играет кальций в запуске и расслаблении сердечного сокращения?
• Как преднагрузка, постнагрузка и сократимость влияют на насосную функцию?
• Как фазы сердечного цикла связаны с давлением и объемом в камерах?

Key concepts

• Саркомер и сократительные белки (актин, миозин, тропонин)
• Электромеханическое сопряжение
• Кальций-индуцированное высвобождение кальция и саркоплазматический ретикулум
• Цикл поперечных мостиков
• Преднагрузка, постнагрузка и сократимость
• Закон Франка-Старлинга и петля «давление-объем»

Mechanisms

Деполяризация мембраны открывает L-тип кальциевых каналов; небольшой приток кальция вызывает более значительное высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума через рианодиновые рецепторы — кальций-индуцированное высвобождение кальция. Кальций связывается с тропонином C, освобождая актин для взаимодействия с миозином, и цикл поперечных мостиков укорачивает саркомер. Расслабление наступает, когда кальций закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум и выводится из клетки (Bers, 2002; Bers, 2014). На уровне органа, большее диастолическое наполнение растягивает миокард и увеличивает силу следующего сокращения (закон Франка-Старлинга), а сердечный цикл может быть представлен как петля «давление-объем», форма которой отражает преднагрузку, постнагрузку и сократимость.

Clinical relevance

Показатели сократительной функции и концепция «давление-объем» являются базовыми для оценки систолической и диастолической функции. Эта тема описывает нормальную механику сокращения и носит образовательный характер; она не является основой для индивидуальной диагностики или терапии.

Evidence & guidelines

Сократительная физиология основана на фундаментальных обзорах электромеханического сопряжения (Bers, 2002; Bers, 2014) и стандартных текстах по физиологии сердца (Katz, 2010; Opie, 2004). Эта тема обобщает нормальную механику и не является клиническим руководством.

History

Теории скользящих нитей и поперечных мостиков мышечного сокращения, разработанные в 1950-х и 1960-х годах, были распространены на сердечную мышцу и связаны с обменом кальция в последующие десятилетия. Закон Франка-Старлинга, описанный на рубеже XX века, остается краеугольным камнем на уровне органа, связывающим наполнение с силой выброса.

Key figures

• Donald M. Bers
• Andrew F. Huxley
• Hugh Huxley
• Otto Frank
• Ernest Starling

Seminal works

• bers-2002
• bers-2014

Frequently asked questions

Что такое кальций-индуцированное высвобождение кальция?

Небольшое количество кальция, поступающее в клетку во время потенциала действия, вызывает гораздо более значительное высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума, что фактически активирует сократительные белки.

Что такое закон Франка-Старлинга?

В физиологических пределах большее наполнение желудочка растягивает сердечную мышцу и увеличивает силу последующего сокращения, так что сердце выбрасывает тот объем крови, который получает.