กลศาสตร์หัวใจและเฮโมไดนามิกส์
กลศาสตร์หัวใจและเฮโมไดนามิกส์คือการศึกษาว่าหัวใจสร้างแรงได้อย่างไร และเลือดเคลื่อนที่ผ่านระบบไหลเวียนโลหิตได้อย่างไรอันเป็นผลมาจากแรงนั้น โดยเชื่อมโยงเหตุการณ์ระดับโมเลกุลของการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจเข้ากับความดัน ปริมาตร และการไหลเวียนที่หัวใจสร้างขึ้น อธิบายว่าอวัยวะนี้ทำหน้าที่เป็นปั๊มได้อย่างไร และการสูบฉีดนั้นสอดคล้องกับความต้องการของร่างกายได้อย่างไร
Definition
กลศาสตร์หัวใจอธิบายถึงแรง ความดัน และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของการหดตัวของหัวใจ ในขณะที่เฮโมไดนามิกส์อธิบายถึงความดัน ปริมาตร และการไหลเวียนของเลือดที่เกิดขึ้นผ่านระบบหัวใจและหลอดเลือด
Scope
สาขานี้จะนำผู้อ่านไปสู่สรีรวิทยาของการทำงานของปั๊มหัวใจ: กล้ามเนื้อหัวใจหดสั้นลงได้อย่างไร ปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้ง (stroke volume) และปริมาณเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจในหนึ่งนาที (cardiac output) ถูกสร้างและวัดได้อย่างไร โพรงหัวใจทำงานเป็นระบบความดัน-ปริมาตรได้อย่างไร เหตุการณ์ทางกลของหัวใจมีเสียงอย่างไรเมื่อทำการฟัง และความดันโลหิตแดงถูกสร้างและควบคุมได้อย่างไร นี่คือภาพรวมอ้างอิงของกลไกปกติและหลักการเบื้องหลังการวัดเฮโมไดนามิกส์ ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- กล้ามเนื้อหัวใจเปลี่ยนการกระตุ้นทางไฟฟ้าเป็นแรงกลได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้ง (stroke volume) และปริมาณเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจในหนึ่งนาที (cardiac output)?
- การเติมเลือด (preload), ภาระที่ต้องทำงานต้านทาน (afterload) และความสามารถในการหดตัวโดยธรรมชาติ (contractility) มีผลต่อประสิทธิภาพของโพรงหัวใจอย่างไร?
- เหตุการณ์ทางกลของวงจรหัวใจสะท้อนออกมาในเสียงหัวใจได้อย่างไร?
- ความดันโลหิตแดงถูกสร้างและรักษาให้อยู่ในช่วงที่ควบคุมได้อย่างไร?
Key concepts
- การเชื่อมโยงการกระตุ้น-การหดตัว (Excitation-contraction coupling)
- การเติมเลือด (Preload), ภาระที่ต้องทำงานต้านทาน (afterload) และความสามารถในการหดตัวโดยธรรมชาติ (contractility)
- ปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้ง (Stroke volume) และปริมาณเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจในหนึ่งนาที (cardiac output)
- วงจรความดัน-ปริมาตร (Pressure-volume loop)
- วงจรหัวใจและเสียงหัวใจ
- ความดันโลหิตแดงเฉลี่ย (Mean arterial pressure) และความต้านทานของหลอดเลือด (vascular resistance)
Key theories
- กลไก Frank-Starling
- ภายในขีดจำกัดทางสรีรวิทยา การเพิ่มขึ้นของปริมาตรเลือดที่เติมเข้าสู่โพรงหัวใจ (การยืดตัวเมื่อสิ้นสุดระยะคลายตัว) จะเพิ่มแรงหดตัวและดังนั้นจึงเพิ่มปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้ง ทำให้หัวใจสามารถปรับปริมาณเลือดที่สูบฉีดให้เข้ากับการไหลกลับของเลือดดำในแต่ละจังหวะการเต้น
- แบบจำลองความดัน-การขับโซเดียมของ Guyton ในการควบคุมความดันโลหิตระยะยาว
- Guyton แย้งว่าความสัมพันธ์ระหว่างความดัน-การขับโซเดียมของไต ซึ่งคือการขับเกลือและน้ำมากขึ้นเมื่อความดันโลหิตแดงสูงขึ้น เป็นวงจรป้อนกลับที่มีอัตราขยายสูงอย่างไม่จำกัด ซึ่งกำหนดระดับความดันโลหิตแดงในระยะยาว
Mechanisms
การเต้นของหัวใจแต่ละครั้งเริ่มต้นเมื่อการลดขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์กระตุ้นการเข้าและการปล่อยแคลเซียม ซึ่งเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดสั้นลงของไมโอฟิลาเมนต์ นี่คือพื้นฐานระดับโมเลกุลของการหดตัวที่อธิบายโดย Bers โพรงหัวใจที่หดตัวจะขับปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้ง (stroke volume) ซึ่งขึ้นอยู่กับการเติมเลือด (preload) ภาระที่ต้องทำงานต้านทาน (afterload) และความสามารถในการหดตัวโดยธรรมชาติ (contractility) โดยมีกลไก Frank-Starling ที่เชื่อมโยงการเติมเลือดเข้ากับแรงตามที่เส้นโค้งการทำงานของโพรงหัวใจของ Sarnoff แสดงให้เห็น ปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจแต่ละครั้งคูณด้วยอัตราการเต้นของหัวใจจะให้ปริมาณเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจในหนึ่งนาที (cardiac output) และปริมาณเลือดที่ถูกสูบฉีดออกจากหัวใจในหนึ่งนาทีที่ทำปฏิกิริยากับความต้านทานของหลอดเลือดจะสร้างความดันโลหิตแดง ซึ่งระดับระยะยาวถูกกำหนดโดยการจัดการของไตเกี่ยวกับของเหลวและเกลือตามที่ Guyton เสนอ
Clinical relevance
หลักการในสาขานี้เป็นพื้นฐานที่แพทย์ใช้ในการตีความความดันโลหิต เสียงหัวใจ อัตราส่วนการบีบตัวของหัวใจ (ejection fraction) และการวัดเฮโมไดนามิกส์ และทำความเข้าใจกลไกของความผิดปกติ เช่น ภาวะหัวใจล้มเหลว เนื้อหานี้อธิบายสรีรวิทยาปกติและหลักการวัดเพื่อการอ้างอิงทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
เนื้อหาอ้างอิงจากสรีรวิทยาคลาสสิก (เส้นโค้งการทำงานของโพรงหัวใจของ Sarnoff, กรอบการควบคุมความดันของ Guyton), การทบทวนระดับโมเลกุลสมัยใหม่ (Bers เกี่ยวกับการเชื่อมโยงการกระตุ้น-การหดตัว) และตำราสรีรวิทยามาตรฐาน (Guyton and Hall) สิ่งเหล่านี้เป็นแหล่งข้อมูลพื้นฐานและแหล่งทบทวนมากกว่าหลักฐานการแทรกแซง
History
ความเข้าใจทางกลของหัวใจถูกกำหนดโดยงานของ Otto Frank และ Ernest Starling ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างการเติมเลือดและการหดตัว ซึ่งต่อมาได้รับการจัดระเบียบอย่างเป็นทางการโดยเส้นโค้งการทำงานของโพรงหัวใจของ Sarnoff ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษ Arthur Guyton ได้ปรับกรอบการควบคุมความดันโลหิตระยะยาวโดยเน้นที่ไต และสรีรวิทยาระดับโมเลกุล ซึ่งเป็นตัวอย่างโดยการสังเคราะห์การเชื่อมโยงการกระตุ้น-การหดตัวของ Bers ได้เชื่อมโยงกลไกของอวัยวะทั้งหมดเข้ากับการจัดการแคลเซียมในระดับเซลล์
Key figures
- Ernest Starling
- Otto Frank
- Stanley Sarnoff
- Arthur Guyton
- Donald Bers
Related topics
Seminal works
- sarnoff-1955
- guyton-1991
- bers-2002
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างกลศาสตร์หัวใจและเฮโมไดนามิกส์คืออะไร?
- กลศาสตร์หัวใจเกี่ยวข้องกับแรงและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของกล้ามเนื้อหัวใจและห้องหัวใจขณะหดตัว ในขณะที่เฮโมไดนามิกส์เกี่ยวข้องกับความดัน ปริมาตร และการไหลเวียนของเลือดที่เกิดขึ้น ทั้งสองมีความเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดเนื่องจากกลไกของหัวใจเป็นตัวขับเคลื่อนเฮโมไดนามิกส์ของการไหลเวียนโลหิต
- ทำไมกลไก Frank-Starling จึงมีความสำคัญ?
- มันช่วยให้หัวใจสามารถปรับปริมาณเลือดที่สูบฉีดให้เข้ากับปริมาณเลือดที่ไหลกลับเข้าสู่หัวใจโดยอัตโนมัติ: การเติมเลือดที่มากขึ้นจะยืดกล้ามเนื้อและเพิ่มแรงของการหดตัวครั้งต่อไป ดังนั้นหัวใจจึงสูบฉีดสิ่งที่ได้รับออกไปโดยไม่ต้องมีการควบคุมจากภายนอก