Тема. Гуморальная регуляция сердечной деятельности. Введение

Отчет №2.

Тема. Гуморальная регуляция сердечной деятельности.

Введение.

Выделяют два типа регуляции деятельности сердечной мышцы: собственная (внутрисердечная) и внешняя (внесердечная). Гуморальная регуляция является внесердечной и представляется собой изменение работы сердца под влиянием различных внешних факторов. Это могут быть кардиоактивные гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции и поступающие в сердце с током крови (гормональная регуляция) или локально выделяющиеся продукты тканевого обмена (метаболическая регуляция).

К местным метаболитам относятся такие продукты тканевого обмена как углекислота, кислород, различные неорганические ионы (Na+, K+, Ca2+) и ряд других.

Напряжение кислорода (РО2) в артериальной крови, проходящей через миокард, оказывает прямое влияние на деятельность сердечной мышцы. Влияние кислородного голодания делится на две фазы: легкая гипоксия оказывает стимулирующее воздействие, тогда как более сильная гипоксия вызывает угнетение сердечной деятельности вследствие ограничения процессов окисления. Изменение напряжения кислорода в крови (РаО2), проходящей через мозг и периферические хеморецепторы, влияет на сердце с помощью нервных механизмов.

Изменения РаСО2 могут также оказывать прямое и косвенное влияние. Непосредственное воздействие, вызванное изменением РСО2 в крови коронарной артерии, проявляется в следующем: снижение РСО2 производит стимулирующий эффект, тогда как увеличение РСО2 оказывает угнетающее воздействие. Косвенное влияние повышения РаСО2 в общей артериальной крови, которое осуществляется с помощью нервных механизмов, похоже на эффект, наблюдающийся при снижении РаСО2. При умеренном повышении РСО2 в системной артериальной крови увеличиваются ЧСС и сердечный выброс и повышается артериальное давление, т. е. умеренное повышение РСО2 в общей артериальной крови превосходит прямое угнетающее влияние на деятельность миокарда, вызываемое увеличением РСО2 в крови коронарной артерии.

Изменение внутриклеточного рН оказывает заметное влияние на функциональное состояние миокарда. Пониженный внутриклеточный уровень рН уменьшает количество внутриклеточного Са2+, высвобождаемого из саркоплазматического ретикулума при ответной реакции на возбуждение, уменьшает чувствительность микрофиламентов к Са2+. Это проявляется в снижении амплитуды и частоты сокращений, что, вероятно, обусловлено угнетением взаимодействия актина и миозина и, как следствие, сократительной способности сердечной мышцы. Повышение внутриклеточного уровня рН производит противоположный эффект.

Влияние изменения концентрации ионов Na+, K+, Ca2+ на работу сердца обусловлено их ролью в генерации возбуждения. При повышении содержания K+ в крови или перфузате изолированного сердца наблюдается снижение потенциала покоя вследствие уменьшения градиента концентрации K+ и увеличения проницаемости мембран для этого иона. Увеличение концентрации K+ в наружной среде вдвое приводит к незначительной деполяризации, сопровождающейся повышением возбудимости и скорости проведения. При значительном возрастании концентрации K+ (гиперкалиемия) наблюдается угнетение сердечной деятельности (отрицательное ино-, хроно- и дромотропное действие) и остановка сердца в диастоле. Отрицательное хронотропное действие объясняется замедлением скорости нарастания медленной диастолической деполяризации в пейсмекерных клетках синоатриального узла, а отрицательный инотропный эффект — уменьшением длительности плато желудочкового ПД, в результате чего уменьшается вход ионов Са2+ внутрь клеток (проницаемость для Са2+ повышена в фазу плато ПД).

Падение концентрации Са2+ в миокарде вызывает в конечном счете уменьшение сократительной активности сердца. Увеличение концентрации Са2+ приводит к противоположным эффектам: амплитуда и частота сердечных сокращений возрастают. Увеличение сократительной активности связано с увеличением входа Са2+ в миокардиальные клетки, а увеличение ритма — с возрастанием скорости медленной диастолической деполяризации. Однако при очень большом увеличении внутриклеточной концентрации Са2+ (гиперкальциемия) сердце останавливается в систоле (так называемая «кальциевая перегрузка»).

Метаболическая регуляция ограничена скоростью диффузии выделяющихся веществ, действует локально, на расстоянии нескольких микрометров от места выделения.

В организме нарушения метаболической регуляции возникают только при патологических состояниях. Так, дефицит Na+ и К+ может развиться при усиленном выделении этих ионов из организма, например, при холерном поносе, при гипофункции коры надпочечников, гормоны которой регулируют содержание минеральных солей; недостаток Са2+ - при длительной неподвижности (иммобилизация).

В норме изменение содержания электролитов возникает, например, при физической нагрузке: в условиях рабочей гиперемии наблюдается увеличение содержания в плазме крови ионов Na+, K+, Ca2+. Относительное постоянство ионного состава и рН крови обеспечивается гомеостатической регуляцией, направленной на поддержание или восстановления постоянства внутренней среды организма.

В отличие от метаболической, при гормональной регуляции возможно дистанционное управление деятельностью сердца. Гормоны равномерно распределяются по всему сосудистому руслу и с током крови поступают в сердце. Железы внутренней секреции контролируются центральной нервной системой, поэтому гормональная и нервная регуляция тесно взаимосвязаны.

Катехоламины. Действие адреналина — главного гормона мозгового слоя надпочечников — является наиболее изученным. Мозговое вещество надпочечников, по существу, представляет собой составную часть вегетативной симпатической нервной системы. Адреналин является основным синтезируемым гормоном, также вырабатывается некоторое количество норадреналина. Скорость секреции катехоламинов в значительной степени регулируется теми же механизмами, которые регулируют активность симпатической нервной системы. Это обуславливает сходство действия адреналина и симпатических эффектов. В покое скорость выделения адреналина довольно низкая; физиологическая концентрация его в крови не превышает 1-5 мкг/кг. Однако при резких физических нагрузках или эмоциональном стрессе скорость выделения может увеличиваться в 20 и более раз, а концентрация в крови — до 50 мкг/г. В связи с этим адреналин иногда называют «аварийным гормоном». Увеличение концентрации адреналина в крови приводит к возрастанию ЧСС и ударного (систолического) объема, в результате чего увеличивается и сердечный выброс (минутный объем).

Эффекты катехоламинов объясняются их действием на миокардиальные адренорецепторы. В сердце преимущественно находятся β-адренорецепторы, которые активируются катехоламинами, в результате чего происходит запуск каскада реакций аденилатциклазной системы. Итогом является наблюдаемый эффект увеличения сердечного выброса. Кардиостимулирующий эффект адреналина используется в клинике при резком снижении возбудимости миокарда. В случае остановки сердца адреналин иногда вводят внутрисердечно, а в менее тяжелых случаях — подкожно, внутримышечно или (реже) внутривенно (капельным методом).

Адренокортикостероиды увеличивают сократительную способность сердца у некоторых животных (положительный инотропный эффект), а у некоторых вызывают более быстрое утомление сердца.

Гормоны щитовидной железы (тирозин и трийодтиронин) увеличивают сократительную способность миокарда. Скорость гидролиза АТФ и поглощения внутриклеточного Ca2+ саркоплазматическим ретикулумом увеличивается при гипертиреозе, при гипотиреозе наблюдается обратный эффект. Гормоны щитовидной железы увеличивают синтез белков в сердце, что приводит к его гипертрофии. Эти гормоны затрагивают также набор миозиновых изоферментов в сердечной мышце. Преимущественно увеличивая эти ферменты при наибольшем уровне активности АТФазы, гормоны щитовидной железы увеличивают сократительную способность миокарда.

Инсулин оказывает на сердце ярко выраженное инотропное действие, которое усиливается антагонистами β-адренорецепторов. Глюкагон оказывает выраженные положительные инотропное и хронотропное влияния. Механизм, действия этого гормона схож с таковым для катехоламинов и некоторых метаболитов: глюкагон активизирует аденилатциклазу, что увеличивает количество цАМФ и вход Ca2+ в тканях миокарда.

Некоторые пептиды, например соматостатин, подавляют сердечную активность, другие, в частности нейротензин, усиливают ее.

Гуморальная и нервная регуляция сердца различаются по времени действия (нервная регуляция действует более срочно) и месту действия. Кардиоактивные гормоны могут влиять на любой участок сердца, в котором есть соответствующие рецепторы, а эффект нейромедиатора, выделяющегося из окончаний эфферентных нервных волокон, ограничен синаптической областью.

В последние годы показано, что и само сердце может рассматриваться как эндокринный орган. В нем синтезируется и выделяется в кровь предсердный натрийуретический фактор, действие которого направлено в первую очередь на почки: он значительно увеличивает диурез и натрийурез. Таким образом, сердце участвует в регуляции водно-солевого гомеостаза.

Гуморальная регуляция сердца в организме тесно связана с регуляцией других органов, прежде всего сосудов, поэтому о прямом влиянии тех или иных веществ на миокардиальные структуры можно судить только при проведении экспериментов на изолированном сердце. Одним из наиболее удобных объектов в этом отношении является сердце лягушки, не требующее для поддержания своей деятельности оксигенации перфузионного раствора и постоянного температурного режима. Кроме того, сердце лягушки лишено коронарных сосудов, в силу чего наблюдаемые эффекты не будут обусловлены изменением пропускной способности коронарного русла.

Задача. Действие на изолированное сердце лягушки растворов с измененной концентрацией ионов K+, Ca2+ и Н+.