ระบบประสาทอัตโนมัติกับการควบคุมการทำงานของหัวใจ

ระบบประสาทอัตโนมัติเป็นกลไกการควบคุมระบบหัวใจและหลอดเลือดที่รวดเร็วที่สุด โดยจะปรับอัตราการเต้นของหัวใจ การนำไฟฟ้าของหัวใจ การบีบตัวของหัวใจ และความตึงตัวของหลอดเลือดภายในไม่กี่วินาทีผ่านทางระบบประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติก อิทธิพลที่ตรงกันข้ามแต่ทำงานร่วมกันของระบบทั้งสองนี้ช่วยให้หัวใจตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงท่าทาง กิจกรรม อารมณ์ และความดันโลหิตได้อย่างรวดเร็วและละเอียดอ่อน

Definition

การควบคุมการทำงานของหัวใจโดยระบบประสาทอัตโนมัติ คือการควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ การนำไฟฟ้าของหัวใจ และการบีบตัวของหัวใจ (รวมถึงความตึงตัวของหลอดเลือด) โดยระบบประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบประสาทอัตโนมัติ โดยมีการบูรณาการหลักผ่านรีเฟล็กซ์ในก้านสมองที่ตอบสนองต่อสัญญาณจากตัวรับความดันในหลอดเลือดแดงและตัวรับในระบบหัวใจและปอด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่ระบบประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติกส่งสัญญาณไปถึงและออกฤทธิ์ต่อหัวใจ วิธีที่รีเฟล็กซ์บารอรีเซพเตอร์ (baroreceptor reflex) ปิดวงจรควบคุมความดันโลหิต และวิธีการประเมินกิจกรรมของระบบประสาทอัตโนมัติที่ควบคุมหัวใจผ่านการวัดค่าต่างๆ เช่น ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ (heart rate variability) และความไวของบารอรีเฟล็กซ์ (baroreflex sensitivity) เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Core questions

• ระบบประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติกออกฤทธิ์ต่อหัวใจอย่างไร และมีการทำงานร่วมกันอย่างไร?
• รีเฟล็กซ์บารอรีเซพเตอร์เปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงความดันไปเป็นการปรับระบบประสาทอัตโนมัติได้อย่างไร?
• ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจและความไวของบารอรีเฟล็กซ์เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับความสมดุลของระบบประสาทอัตโนมัติ?

Key concepts

• การส่งสัญญาณประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติก (เวกัส) ไปยังหัวใจ
• Accentuated antagonism ระหว่างระบบทั้งสอง
• Chronotropy, dromotropy, และ inotropy
• รีเฟล็กซ์บารอรีเซพเตอร์
• ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ
• ความไวของบารอรีเฟล็กซ์
• ความสมดุลของระบบประสาทซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติก

Mechanisms

เส้นใยประสาทพาราซิมพาเทติกเดินทางในเส้นประสาทเวกัส และผ่านการทำงานของอะเซทิลโคลีน (acetylcholine) ที่ตัวรับมัสคารินิก (muscarinic receptors) จะทำให้ไซโนเอเทรียลโนด (sinoatrial node) และการนำไฟฟ้าของเอเทรียลเวนตริคูลาร์ (atrioventricular conduction) ช้าลง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอัตราการเต้นของหัวใจอย่างรวดเร็วในแต่ละจังหวะ ส่วนเส้นใยประสาทซิมพาเทติกจะปล่อยนอร์เอพิเนฟริน (norepinephrine) ไปยังตัวรับเบต้า-อะดรีเนอร์จิก (beta-adrenergic receptors) ซึ่งจะเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจ ความเร็วในการนำไฟฟ้า และการบีบตัวของหัวใจ โดยมีผลที่เกิดขึ้นและลดลงช้ากว่า ระบบทั้งสองไม่ได้ทำงานแบบรวมกันง่ายๆ: กิจกรรมของเส้นประสาทเวกัสสามารถลดผลของระบบประสาทซิมพาเทติกได้อย่างไม่สมส่วน ซึ่งเป็นความไม่เป็นเชิงเส้นที่ Levy อธิบายว่าเป็น accentuated antagonism รีเฟล็กซ์บารอรีเซพเตอร์เป็นวงจรป้อนกลับเชิงลบที่สำคัญที่สุด โดยตัวรับแรงยืด (stretch receptors) ใน carotid sinus และ aortic arch จะส่งสัญญาณความดันโลหิตไปยังก้านสมอง ซึ่งจะปรับการส่งสัญญาณของระบบประสาทอัตโนมัติเพื่อต้านทานการเปลี่ยนแปลงนั้น ความผันผวนของอัตราการเต้นของหัวใจเมื่อเวลาผ่านไป (heart rate variability) และอัตราส่วนที่เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงความดันกับการเปลี่ยนแปลงอัตราการเต้นของหัวใจ (baroreflex sensitivity) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินการทำงานของระบบประสาทอัตโนมัติ

Clinical relevance

การควบคุมการทำงานของหัวใจโดยระบบประสาทอัตโนมัติเป็นพื้นฐานในการตีความปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การตอบสนองต่อการเปลี่ยนท่าทาง (orthostatic responses) และความไม่สมดุลของระบบประสาทอัตโนมัติมีความเกี่ยวข้องกับภาวะต่างๆ เช่น ความดันโลหิตสูงและภาวะหัวใจล้มเหลว การวัดค่าต่างๆ เช่น ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจถูกศึกษาในฐานะตัวบ่งชี้ของความสมดุลนี้ ข้อมูลนี้มีไว้สำหรับการอ้างอิงและการศึกษาเท่านั้น และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

มาตรฐานของคณะทำงานปี 1996 (1996 Task Force standards) ยังคงเป็นกรอบอ้างอิงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวัดและตีความความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ โดยกำหนดมาตรวัดในโดเมนเวลาและความถี่ และเตือนเกี่ยวกับการตีความทางสรีรวิทยาของมาตรวัดเหล่านั้น

History

การทำงานที่ตรงกันข้ามของเส้นประสาทเวกัสและเส้นประสาทซิมพาเทติกต่อหัวใจได้รับการยืนยันในสรีรวิทยาคลาสสิก แต่การเน้นย้ำถึงปฏิสัมพันธ์ของระบบทั้งสองในปัจจุบันได้รับการพัฒนาให้ชัดเจนขึ้นจากการวิเคราะห์ accentuated antagonism ของ Levy ในปี 1971 เครื่องมือเชิงปริมาณตามมา: การทดสอบความไวของบารอรีเฟล็กซ์ และหลังจากการกำหนดมาตรฐานของคณะทำงานปี 1996 การวิเคราะห์ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจได้นำการประเมินระบบประสาทอัตโนมัติเข้าสู่การวัดที่สามารถทำซ้ำได้

Debates

ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจสามารถบ่งชี้ภาวะของระบบประสาทอัตโนมัติได้ดีเพียงใด?

มาตรวัดในโดเมนความถี่มักถูกตีความว่าเป็นตัวบ่งชี้กิจกรรมของระบบประสาทซิมพาเทติกและเวกัส แต่การจับคู่ยังไม่สมบูรณ์ — กำลังความถี่สูงสะท้อนการปรับโดยระบบประสาทเวกัสได้ค่อนข้างดี ในขณะที่การตีความกำลังความถี่ต่ำและอัตราส่วน 'sympathovagal balance' ใดๆ ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

Key figures

• Matthew N. Levy
• Maria Teresa La Rovere
• Giuseppe Mancia

Seminal works

• levy-1971
• task-force-hrv-1996

Frequently asked questions

ระบบประสาทอัตโนมัติส่วนใดที่เปลี่ยนอัตราการเต้นของหัวใจได้เร็วกว่ากัน?

ระบบประสาทพาราซิมพาเทติก (เวกัส) ออกฤทธิ์ได้เร็วที่สุด โดยเปลี่ยนอัตราการเต้นของหัวใจแบบจังหวะต่อจังหวะผ่านอะเซทิลโคลีนที่ไซโนเอเทรียลโนด ในขณะที่ผลของระบบประสาทซิมพาเทติกจะเกิดขึ้นและจางหายไปช้ากว่า

รีเฟล็กซ์บารอรีเซพเตอร์คืออะไร?

เป็นวงจรป้อนกลับเชิงลบที่ตัวรับแรงยืดใน carotid sinus และ aortic arch รับรู้ความดันโลหิตในหลอดเลือดแดง และก้านสมองจะปรับการส่งสัญญาณของระบบประสาทอัตโนมัติไปยังหัวใจและหลอดเลือดเพื่อต้านทานการเปลี่ยนแปลงความดัน