16927

Гуморальная регуляция сердечной деятельности

Лекция

Биология и генетика

Тема: ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Под гуморальной регуляцией сердца понимают изменение его работы под влиянием кардиоактивных гормонов вырабатываемых железами внутренней секреции и поступающих в сердце с током крови гормональная регуляция или ...

Русский

2013-06-28

57.5 KB

30 чел.

Тема: ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Под гуморальной регуляцией сердца понимают изменение его работы под влиянием кардиоактивных гормонов, вырабатываемых железами внутренней секреции и поступающих в сердце с током крови (гормональная регуляция) или локально выделяющихся продуктов тканевого обмена (метаболическая регуляция).

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

Увеличение концентрации K+ в крови или в перфузате изолированного сердца (гиперкалиемия) угнетает сердечную деятельность, оказывая отрицательное хроно-, ино- и дромотропное действие. При значительной гиперкалиемии сердце останавливается в диастоле.

Отрицательное хронотропное действие избытка К+ 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 Ca2+ (проницаемость для Ca2+ повышена в фазу плато ПД). Падение концентрации Са2+ в миокарде и вызывает в конечном счете уменьшение сократительной активности сердца.

Увеличение концентрации Са2+ приводит к противоположным эффектам: амплитуда и частота сердечных сокращений возрастают. Усиление сократительной активности связано с увеличением входа Са2+ в миокардиальные клетки, а увеличение ритма - с возрастанием скорости медленной диастолической деполяризации. Однако при очень большом увеличении внеклеточной концентрации Са2+ (гиперкальциемии) сердце останавливается в систоле (так называемая "кальциевая перегрузка").

Работа сердца изменяется и при изменении pH перфузионного раствора: увеличение pH повышает амплитуду и частоту сокращений, а понижение pH действует противоположно.

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

В отличие от этого 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 нейрогенная и гормональная регуляция тесно взаимосвязаны. Отличаются они по времени действия (нервная регуляция действует более срочно) и по 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 отличие от этого при гормональной регуляции возможно дистанционное управление деятельностью сердца. Гормоны равномерно распределяются по всему сосудистому руслу и с током крови поступают в сердце.

Гормональная регуляция сердца исследовалась в основном в связи с действием главного гормона мозгового слоя надпочечников - адреналина. В покое скорость выделения адреналина довольно низка; физиологическая концентрация его в крови 1-5 мкг/кг. Однако при резких физических нагрузках или эмоциональном стрессе скорость выделения может увеличиваться в 20 и более раз. В связи с этим адреналин называют иногда "аварийным гормоном".

Увеличение концентрации адреналина в крови приводит к возрастанию частоты сердечных сокращений (ЧСС) и ударного (систолического) объема, в результате чего увеличивается и сердечный выброс (минутный объем).

Эффекты адреналина объясняются его действием на миокардиальные адренорецепторы. Известны две основные группы адренорецепторов - альфа и бета. В сердце преимущественно находятся бета-адренорецепторы. Активация их при действии адреналина и вызывает увеличение сердечного выброса. Действие адреналина во многом напоминает симпатические эффекты на сердце.

Кардиостимуляторный эффект адреналина используется в клинике при резком снижении возбудимости миокарда. В случае острой остановки сердца адреналин вводят иногда внутрисердечно.

На работу сердца влияют и некоторые другие гормоны, а также ряд регуляторных пептидов, циркулирующих в крови. Так, например, гормоны щитовидной железы тирозин и трийодтиронин учащают и усиливают сердечные сокращения, гормоны коркового слоя надпочечников (кортикостероиды)оказывают положительное инотропное действие, некоторые пептиды (например, соматостатин) подавляют сердечную активность, другие (например, нейротензин) усиливают ее. Однако механизм действия этих биологически активных веществ на сердце пока еще во многом неясен.

В последние годы показано, что и само сердце может рассматриваться как эндокринный орган. В сердце 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 регулирует водно-солевой гомеостаз.

Гуморальная регуляция сердца в целом 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, т.к. оно не требует для поддержания своей деятельности оксигенации перфузионного раствора и постоянства 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 К+, Са2+, И Н+. ЭФФЕКТЫ АДРЕНАЛИНА И АЦЕТИЛХОЛИНА.

 Целью работы является исследование действия ряда электролитов, изменения pH среды и гормона мозгового слоя надпочечников адреналина на силу сердечных сокращений изолированного перфузируемого сердца лягушки.

МЕТОДИКА.

В опыте используют изолированное и перфузируемое по Штраубу сердце лягушки.

Лягушку обездвиживают разрушением головного и спинного мозга и фиксируют на препаровальном столике брюшной стороной вверх. Делают разрез кожи в области мечевидного отростка, который затем удаляют; в образовавшемся отверстии становится хорошо видным желудочек сердца. Затем разрезают по средней линии плечевой пояс, снимают перикард с сердца, закрепляют на верхушке желудочка серфин. Сердце осторожно приподнимают и перерезают уздечку, освобождая таким образом от связи с внутренними органами. Сердце опускают и с помощью нитки серфина слегка оттягивают в каудальном направлении; при этом становится хорошо видным пространство под дугами аорты (Рис.21А).

Рис.21.  А. - вид на сердце лягушки спереди, с лигатурой, подведенной под дуги аорты.

         Б. - вид на сердце лягушки сзади, показаны крупные    вены, подходящие к сердцу и лигатура для их перевязки.

          В. - канюля для работы с изолированным сердцем

               1.- шейка канюли,

               2.- носик канюли.

    В это пространство подводят лигатуру, после чего лигатуру осторожно проводят под предсердиями так, чтобы концы ее были направлены в сторону задних конечностей. Затем лигатуру завязывают, оттянув ее как можно дальше от сердца (для того, чтобы не наложить "первой лигатуры Станниуса", что вызовет остановку сердца). В результате с помощью одной лигатуры оказываются перевязанными все сердечные вены (Рис.21Б).

Следующий этап препаровки - введение перфузионной канюли в луковицу аорты. Препаровальный столик повернуть так, чтобы голова лягушки была обращена к экспериментатору. С помощью глазных ножниц или микроскальпеля, приготовленного из лезвия бритвы, сделать надрез в средней части луковицы аорты, предварительно с помощью малой хирургической иглы подведя выше места предполагаемого надреза лигатуру под луковицу. В надрез ввести стеклянный крючок так, чтобы его кончик оказался в полости желудочка (Рис.22).

  Затем осторожно вывести крючок и ввести в надрез перфузионную канюлю, кончик которой  должен быть заполнен раствором Рингера. Можно применять и другой вариант введения канюли: канюлю заранее насаживают на тонкий зонд, который вводится в надрез, а затем уже по зонду вводится канюля.

Рис.22. Вид изолированного сердца c серфином, закрепленного на канюле.

   Канюлю подвязывают к луковице аорты с помощью заранее подведенной лигатуры; если был использован зонд, то после подвязывания канюли его вынимают.

Последний этап препаровки - изоляция сердца из организма. Сердце приподнимают за канюлю и глазными ножницами обрезают все ткани и сосуды (ниже места наложения лигатуры), связывающие сердце с организмом.

После изоляции тщательно промывают сердце раствором Рингера путем введения и выведения раствора из канюли до полного обесцвечивания жидкости (эту процедуру можно делать и до изоляции сердца из организма). Промытое сердце за канюлю закрепляют в лапке универсального штатива над регистрирующим рычажком и подсоединяют к рычажку с помощью нитки серфина, закрепленного на верхушке желудочка. Колебания рычажка, вызываемые сокращением сердца, передаются на механо-электрический преобразователь и на вход самописца.

Усиление на самописце должно быть достаточным для того, чтобы амплитуда регистрируемых сигналов исходно составляла 1,5-2 см. Запись ведется на минимальной скорости ленты (1 мм/с).

При записи сократительной активности сердца необходимо следить за постоянством уровня жидкости в перфузионной канюле: этот объем должен составлять примерно 1/3 объема канюли. Изменение объема жидкости будет приводить к изменению силы сокращений сердца по закону Старлинга.

ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Исследование действия на работу сердца избытка ионов К+.

Порядок работы: запись исходной сократительной активности сердца, замена нормального раствора Рингера (NaCl 110 mM; KCl 2 mM; CaCl2 1,2 mM; NaHCO3 2mM) на раствор с увеличенной в 4 раза концентрацией К+ (NaCl 104 mM, KCl 8 mM, CaCl2 1,2 mM, NaHCO3 2 mM), запись работы сердца на фоне действия гиперкалиемического раствора. При отчетливом падении амплитуды гиперкалиемический раствор заменяют на нормальный и несколько раз тщательно промывают сердце до восстановления исходного уровня активности.

2. Исследование действия на сердце избытка Ca2+.

Вновь записывают исходную сократительную активность сердца, после чего повторяют те же процедуры, что и в 1-ом опыте, но исходный раствор заменяют на раствор с увеличенным в 2 раза содержанием Ca2+. Концентрации остальных веществ остаются теми же, что и в норме.

После четкого проявления стимуляторного эффекта Ca2+ проводят промывку сердца.(При слишком большом увеличении концентрации Ca2+ возможен противоположный эффект - остановка сердца в систоле).

 

3. Исследование действия на сердце бескальциевого раствора (дополнительное задание).

После записи исходной активности сердце перфузируют раствором Рингера без Ca2+ (NaCl 11,2 mM; KCl 2 mM, NaHCO3 2 mM). При падении активности начинают промывку сердца нормальным раствором Рингера.

4. Исследование действия на сердце изменения pH раствора (дополнительное задание). С целью повышения pH увеличивают в 3 раза концентрацию NaHCO3, с целью понижения pH - осторожно добавляют несколько капель 0,01 N HCl. Наблюдения за работой сердца ведутся так же, как и в прежних экспериментах.

5. Исследование действия на сердце адреналина (10-7 г/мл).

Опыт ведется по прежней схеме, однако адреналин добавляют в исходный раствор Рингера (2-3 капли раствора). Регистрируют увеличение амплитуды сердечных сокращений. После проявления эффекта сердце промывают.

6. Исследование действия на сердце медиатора парасимпатической системы ацетилхолина (дополнительное задание).

Медиатор парасимпатической системы ацетилхолин не относится к гуморальным агентам, т.к. в крови быстро разрушается холинэстеразой. Однако при активации парасимпатической системы в сердце могут выделяться относительно большие количества ацетилхолина, который в силу специфики строения миокардиального синапса может действовать не только строго локально. Действие ацетилхолина при введении его в перфузат желудочка выражается в падении амплитуды сердечных сокращений. В опыте используют ацетилхолин в концентрации 10-6-10-7 г/мл. Порядок проведения опыта тот же, что и при изучении действия адреналина. Эффект ацетилхолина не разовьется, если в перфузат будет предварительно введен атропин (10-4-10-5 г/мл), являющийся блокатором миокардиальных холинорецепторов.

АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Для анализа полученных результатов необходимо просчитать амплитуду сокращений (в мм) в норме и при максимальном развитии эффекта от введения каждого из исследованных веществ. Величины инотропных эффектов выразить в %% по отношению к норме. Объяснить полученные изменения при действии соответствующих веществ.* 

ВОПРОСЫ К ТЕМЕ

"Гуморальная регуляция деятельности сердца".

1. Что такое гуморальная регуляция?

2. Отличия гуморальной регуляции от нейрогеннной.

3. Что общего между действием на сердце избытка К+ и недостатка Ca2+ ?

4. Механизм действия на сердце адреналина. Почему его называют "аварийным" гормоном?

5. Как действуют на сердце другие гормоны ?

6. Что известно о деятельности сердца как эндокринного органа?

ЛИТЕРАТУРА К ТЕМЕ

"Гуморальная регуляция деятельности сердца":

1. Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. М.: Изд. Мир.-1986. Т.3 "Кровь. Кровообращение. Дыхание."

  1.  Физиология человека. Под ред. Г.И.Косицкого. М.: Медицина.-1985.

Руководство по физиологии. Физиология кровообращения. Физиология сердца. Л.: Наука. 1980.

 Примечание: в целом организме нарушения метаболической регуляции возникают только при патологических состояниях. Так, дефицит Na+ и K+ может развиться  при усиленном выделении этих ионов из организма, например, при холерном поносе, при гипофункции коры надпочечников, гормоны которой регулируют содержание минеральных солей; недостаток Ca2+ - 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 натрия, калия и кальция. Относительное постоянство ионного состава и pH крови обеспечивается гомеостатической регуляцией, направленной на поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма.

*  Примечание: при перфузии сердца по Штраубу перфузат попадает только в желудочек, поэтому изменений частоты сердечных сокращений не возникает. При анализе данных следует обратить на это специальное внимание: изменение ритма сердца будут свидетельствовать о неудачном канюлировании желудочка (если канюля пройдет через атриовентрикулярный клапан, то перфузат будет забрасываться в правое предсердие и содержащиеся в нем вещества будут влиять на пейсмекерный ритм). Влияния основных потенциалобразующих ионов и адреналина на частоту сердечных сокращений рассматриваются в задаче "Автоматия сердца".


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63196. Київська Русь за наступників Ярослава 33.25 KB
  Мета: формувати в учнів уявлення про внутрішнє і зовнішньополітичне становище Київської Русі після смерті Ярослава Мудрого за правління Ярославичів; розвивати в учнів уміння працювати з джерелами інформації аналізувати...
63197. Право власності 26.77 KB
  Мета: пояснити зміст права власності; розповісти про те як дитина стає власником і як вона може розпорядитися майном яке їй належить; навчити аналізувати правові ситуації на підставі окремих положень цивільного законодавства...
63198. Київська Русь за Володимира Мономаха 25.89 KB
  Мета: характеризувати процес посилення великокнязівської влади за Володимира Мономаха та довести що за його правління Київська Русь зазнає періоду піднесення; розвивати в учнів уміння давати характеристику історичному...
63200. Роздробленість Київської Русі, політична роздробленість 27.35 KB
  Сизначати причини роздробленості Київської Русі її сутність та наслідки; розвивати в учнів уміння встановлювати причинно-наслідкові звязки працювати з джерелами інформації аналізувати історичний матеріал...
63201. Захист особистих немайнових і майнових прав 28.06 KB
  Мета: сформувати в учнів поняття про особисті немайнові та майнові права навчити їх розрізняти; розвивати вміння аналізувати ситуації і правильно їх оцінювати; виховувати в учнів розуміння цінності особи необхідності поваги і дотримання її прав.
63202. Політичний і соціально-економічний розвиток Київського, Чернігово-Сіверського та Переяславського князівств у середині XII - першій половині XIII століття 35.58 KB
  Київське князівство Географічне положення Київське князівство полянське Правобережжя землі древлян південнозахідні райони розселення дреговичів а також землі уличів у басейні Південного Бугу.