Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>7.</strong> <strong>Systém</strong> <strong>látkové</strong> <strong>výměny</strong><br />
<strong>7.</strong>1. Začínáme<br />
<strong>Systém</strong> <strong>látkové</strong> <strong>výměny</strong> zahrnuje všechny<br />
části živého organismu, které se podílejí na<br />
příjmu, přeměně, uchovávání a vylučování látek<br />
(živin) a energie. Energií zásobuje všechny podsystémy<br />
organismu (výstupní jednotky a řídicí a<br />
informační podsystém - ten naopak systém <strong>látkové</strong><br />
<strong>výměny</strong> na všech organizačních úrovních řídí),<br />
včetně sebe sama. Skládá se ze vstupních a<br />
výstupních jednotek, které jsou přímo propojeny<br />
s vnějším prostředím, distribučních jednotek a<br />
jednotek, zajišťujících potřebné vazby a propojení.<br />
Vstupy a výstupy lidského organismu zajišťují<br />
především respirační, zažívací a vylučovací<br />
systém. Důležitou roli (respirační, vylučovací) zde<br />
hraje i kůže.<br />
Obr.<strong>7.</strong>1 Blokové schéma systému <strong>látkové</strong> <strong>výměny</strong><br />
(podle [1])<br />
Základní funkcí respiračního systému je tzv. zevní dýchání - výměna plynů mezi organismem a<br />
vnějším prostředím. (Na rozdíl od vnitřního dýchání, které spočívá v oxidaci živin, nutné pro přeměnu<br />
v nich akumulované chemické energie na teplo a mechanickou práci.) Kyslík z vnějšího prostředí se<br />
dostává dýchacími pohyby do plicních sklípků (jejich povrch je celkem přibližně 100 m 2 ), odtud difúzí<br />
do krve a s tou kardiovaskulárním systémem až do vyživovaných buněk, resp. k jejich mitochondriím,<br />
kdy se opět uplatňuje difúze přes buněčnou membránu. Naopak, kysličník uhličitý vznikající na konci<br />
uvedeného řetězce je z těla vylučován opačným směrem.<br />
Zažívací (trávicí) systém, skládající se z gastrointestinálního traktu a žláz jako jsou játra a slinivka<br />
břišní, zajišťuje:<br />
• příjem a posun potravy od vstupu k výstupu ze zažívacího traktu;<br />
• rozklad (mechanické a chemické zpracování) stravy - trávení;<br />
• vstřebávání rozložené potravy stěnou zažívacího traktu do tělesných tekutin;<br />
• skladování potravy a tráveniny a tím vyrovnávání nárazového příjmu stravy;<br />
• obranné činnosti vůči cizím organismům a látkám, které vstupují do organismu s potravou.<br />
Látky, které jsou buď organismu nepotřebné nebo dokonce škodlivé, je organismus schopen<br />
v různých fázích zpracování rozlišit a z těla vyloučit. Jsou to především:<br />
• látky organismu nepotřebné, tj. organismem dále nepoužitelné metabolické zbytky;<br />
• látky organismu potřebné a prospěšné, ale jejichž koncentrace je v daném okamžiku příliš vysoká;<br />
• inertní nosiče vylučovaných látek;<br />
• cizí látky organismu škodlivé (jedy, léky, ...).<br />
Přesné řízení vylučování nežádoucích látek zajišťuje stabilitu složení vnitřního prostředí organismu<br />
(homeostázu) v situaci, kdy je řízení příjmu potravy jen velice orientační - subjektivní pocity,<br />
vyvolávající globální potřebu příjmu potravy či tekutin, neodpovídají přesným požadavkům na upravení<br />
(doplnění) koncentrace daných substancí.<br />
Vylučování může být primární funkcí určitého orgánu či systému organismu (ledviny) nebo pouze<br />
jeho druhotnou činností (trávicí ústrojí, respirační systém, kůže).<br />
Hlavní součásti distribučního podsystému jsou kardiovaskulární, lymfatický a cerebrospinální<br />
systém.<br />
Lymfatický systém je pomocný odvodný systém, jehož účelem je odvádět z intersticia (řídké vazivo<br />
tvořící základní kostru orgánů) do krve prostřednictvím lymfy (tekutina vznikající ve většině orgánů<br />
z tkáňového moku - mezibuněčné tekutiny, která bezprostředně zajišťuje buněčnou výživu - řec.<br />
lymfa - čistá voda) přebytečné tekutiny, bílkoviny, příp. další vysokomolekulární sloučeniny a částice,<br />
97
které nemohly bezprostředně přejít do krve. Lymfatické cévy procházejí mízními uzlinami, kde jsou<br />
jednak z lymfy (mízy) zachycovány a likvidovány cizorodé látky, jednak je tam lymfa obohacována o<br />
bílé krvinky - obě aktivity jsou součástmi reakcí imunitního systému.<br />
Rovněž cerebrospinální (mozkomíšní) systém je pomocný cirkulační systém, v němž mozkomíšní<br />
mok (likvor - lat. liquor - tekutina), vznikající ve speciálních buňkách v mozkových komorách, je<br />
posléze vstřebáván do krve ve venózní části kardiovaskulárního systému. Cerebrospinální tekutina<br />
slouží jako ochrana vůči mechanickému působení na mozkovou tkáň (zamezuje běžnému kontaktu<br />
mezi měkkou mozkovou tkání a lebeční kostí, omezuje sílu působení na tkáň mozku při úderu do hlavy),<br />
vyrovnává objemové změny tkáně CNS, příp. jí prostupujících cév. Má samozřejmě i funkci distribuční,<br />
jeho složení se může měnit s různým postižením CNS.<br />
<strong>7.</strong>2. Kardiovaskulární systém<br />
<strong>7.</strong>2.1. Obecně<br />
Kardiovaskulární systém (KVS) je základní distribuční systém, za jehož primární funkcí je považována<br />
doprava kyslíku a živin (glukóza, mastné kyseliny a aminokyseliny) ze vstupních orgánů těla<br />
(plíce, střeva) do buněk tělesných tkání a orgánů a odpadních látek (CO2, produkty dusíkového metabolismu)<br />
produkovaných těmito částmi těla do výstupních orgánů (zejména plic a ledvin). Nositelem<br />
uvedených látek je krev. Tímto způsobem je z převážné části udržována rovnováha mezi příjmem a<br />
výdejem energie nejrůznějších struktur těla. Avšak transportní funkce KVS je ještě obecnější, do<br />
funkčních tkání jsou dopravovány látky nejen ze vstupních orgánů, ale i z tělních depozit (např. glukóza<br />
či tuky z jater), krví jsou dopravovány i hormony žláz s vnitřní sekrecí, jako informační média endokrinního<br />
systému.<br />
Celkový objem krve je cca 4,5 - 5,5 l, tj. zhruba 7% hmotnosti těla.<br />
Anatomicky i funkčně se KVS dělí na dvě části - část pohonnou (srdce) a část rozvodnou (cévní<br />
systém).<br />
Srdce je dutý sval,<br />
přibližně vejčitého tvaru a<br />
normální váze cca 300 g,<br />
umístěný v levé části hrudníku.<br />
Srdce se skládá<br />
z vazivového skeletu a<br />
svalové tkáně. Vazivový<br />
skelet vytváří v srdci příčnou<br />
a podélnou přepážku,<br />
takže vznikají čtyři dutiny -<br />
pravá a levá síň a pravá a<br />
levá komora. Kromě toho<br />
jsou z vazivové tkáně vy-<br />
Obr.<strong>7.</strong>2 Schématický blokový diagram kardiovaskulárního systému<br />
tvořeny čtyři chlopně, které fungují jako jednosměrné ventily ovládající tok krve srdcem a ze srdce<br />
ven. Základem srdeční svaloviny jsou příčně pruhovaná svalová vlákna navzájem souvisle pospojovaná<br />
(na rozdíl od kosterních svalů) šikmými spojkami, což způsobuje, že stah srdečního je koncentrický<br />
a srdeční dutiny při něm zmenšují svůj objem. Svalovina srdečních síní je relativně tenká, srdeční<br />
komory, které vypuzují krev ze srdce ven do cévního systému, mají svalovinu podstatně silnější<br />
(zejména levá komora). Srdce zajišťuje pohyb většiny tělesných tekutin a umožňuje jejich míšení. Tok<br />
krve, ovládaný činností srdce, je přizpůsobován činnosti celého organismu. Rytmické stahování srdečního<br />
svalu je řízeno autonomní nervovou soustavou.<br />
Cévní systém KVS je rozdělen na dvě části - velký (tělní, systémový, periferní) oběh a malý<br />
(plicní) oběh. Za součást tělního krevního oběhu lze považovat portální (jaterní) oběh. Levé srdce<br />
vypuzuje krev do tepenného řečiště (vysokotlaká část krevního oběhu), aortou, velkými tepnami, jejich<br />
větvemi, tepénkami až do kapilár, kde dochází k předávání dopravovaných živin do tkání, aniž krev<br />
opustí krevní řečiště. Kapilární část krevního řečiště je schopna zmenšit svůj průřez (tzv. vasokonstrikce)<br />
a tím způsobem regulovat periferní cévní odpor v jednotlivých částech těla a zprostředkovaně<br />
směřovat tok krve do různých oblastí dle potřeby organismu. Tepny nejen dopravují krev ze srdce na<br />
periférii (střední rychlost proudění dosahuje v klidu až 20 cm/s), ale díky své pružnosti mění pulzní<br />
charakter toku krve na tok plynulý - pružníková funkce. Po průtoku kapilárami je krev dopravována<br />
nízkotlakým žilním systémem (s rezervoárovou funkcí - obsahuje přibližně 80% celkového objemu<br />
98
krve) žilkami, žílami, velkými žílami do duté žíly (vena cava) a pravého srdce. Odtud krev pokračuje<br />
plicními tepnami do plic, kde v plicních kapilárách dochází k difúzní výměně plynů mezi krví a alveolárním<br />
vzduchem. Dále se krev vrací plicními žilami do levého srdce.<br />
Srdce pracuje v opakujících se srdečních cyklech, které se dělí do dvou základních fází - systolické<br />
a diastolické. Během systoly (stažení, kontrakce - řec. systello - stahuji) , je krev vypuzována<br />
z příslušné části srdce ven. Systola má dvě dílčí fáze - napínací a vypuzovací. V diastola (řec. diastello<br />
- roztahuji) je srdce v klidu, plní se krví. V klidu je doba diastoly delší než trvání systoly, se zvětšující<br />
se zátěží a tím zvyšováním srdeční frekvence se trvání diastoly zkracuje. Diastola má rovněž dvě<br />
dílčí fáze - relaxační a plnící.<br />
Hlavní veličiny, které popisují kvalitu<br />
činnosti KVS jsou systolický tepový<br />
objem, resp. minutový srdeční výdej, srdeční<br />
frekvence a tlak krve v jednotlivých<br />
fázích srdečního cyklu a místech KVS.<br />
Systolický objem je objem krve vypuzený<br />
z levé srdeční komory jedním<br />
srdečním stahem. U normálního srdce je<br />
to přibližně 0,07 l. Srdeční frekvence je<br />
dána počtem srdečních stahů za časovou<br />
jednotku, zpravidla minutu, a minutový<br />
srdeční výdej je definován jako objem,<br />
který vypudí srdce za jednu minutu, tj. je<br />
určen součinem systolického objemu a<br />
srdeční frekvence. Normální hodnota<br />
minutového srdečního výdeje v klidu je<br />
přibližně 5 l krve.<br />
Pomocí krevního tlaku popisujeme<br />
především procesy v tepenné části velkého<br />
krevního oběhu. Hodnoty krevního<br />
tlaku během každého srdečního cyklu<br />
kolísají mezi dvěma krajními hodnotami -<br />
maximem, tzv. systolickým tlakem, měřeným<br />
v systole, a minimem, tzv. diastolickým<br />
tlakem. V klidovém stavu je v aortě<br />
normální systolický krevní tlak cca<br />
120 mmHg, tj. 16 kPa, a diastolický tlak<br />
cca 80 mmHg, tj. 10,7 kPa. Na výstupu<br />
pravého srdce jsou obě tyto mezní hodnoty<br />
přibližně 25 mmHg (3,3 kPa) a 10<br />
mmHg (1,3 kPa). Rozdíl obou krajních<br />
hodnot se nazývá tlaková amplituda. Je<br />
závislá na tepovém objemu a pružnosti<br />
tepen. Poslední užívanou tlakovou hodnotou<br />
je střední arteriální tlak, který lze určit<br />
střední hodnota z průběhu tlaku během<br />
úplného srdečního cyklu. Při konstantním<br />
minutovém výdeji je střední arteriální tlak<br />
úměrný celkovému perifernímu odporu<br />
(Ohmův zákon).<br />
<strong>7.</strong>2.2. Elektrické procesy<br />
na srdci<br />
Z elektrického hlediska lze srdce<br />
považovat ze generátor elektrických potenciálů<br />
umístěný v nehomogenním vodivém<br />
prostředí (hrudníku).<br />
Elektrický vzruch vzniká<br />
Obr.<strong>7.</strong>3 Kardiovaskulární systém<br />
Obr.<strong>7.</strong>4 Šíření elektrického vzruchu svalovinou srdce<br />
99
v sinoatriálním (SA) uzlu jako důsledek inervace sympatickým a parasympatickým nervovým systémem.<br />
SA uzel je shluk specializovaných buněk (tzv. buněk P), který se nachází v zadní části pravé<br />
srdeční síně (v blízkosti zaústění horní duté žíly do srdce), automaticky generuje akční potenciály<br />
s frekvencí závislou na stavu organismu, typicky 70 - 80 tepů/min. Vzniklé AP se šíří od buňky k buňce<br />
lokálními elektrickými proudy nejdříve svalovinou síní. Aby bylo dosaženo optimální synchronizace<br />
mechanických stahů jednotlivých buněk - jak z hlediska součinnosti srdečních síní s komorami, tak<br />
součinnosti levého a pravého srdce (resp. velkého a malého krevního oběhu) - jsou ve srdeční tkáni i<br />
jisté urychlující dráhy - internodální trakty, příp. interatriální dráha, která rychleji přivádí depolarizační<br />
vlnu do oblasti levé síně. Přes toto zrychlení je levá síň aktivována později než síň pravá. Odhadovaná<br />
rychlost síňové elektrické aktivace je 0,8 až 1,0 m/s.<br />
Další významný uzel v elektrickém převodním systému srdce je atrioventrikulární (AV) uzel. Ten<br />
je umístěn ve spodní části pravé síně. AV uzel významně zpomaluje šíření elektrického vzruchu srdcem,<br />
rychlost vedení je řádově cm/s. Krev v síních tak má po kontrakci síní více času na opuštění<br />
síní. (U umělých kardiostimulátorů schopných odděleného buzení jak srdečních síní, tak komor, je<br />
interval mezi oběma stimulačními impulsy přibližně 120 ms, což simuluje zpoždění zaváděné při normální<br />
činnosti srdce AV uzlem.) Takováto dvojitá stimulace umožňuje zvýšit objem srdečního výdeje<br />
oproti situaci, kdyby byly stimulovány jen srdeční komory. AV uzel je rovněž schopen automaticky<br />
vytvářet budící impulsy, jejich frekvence (tzv. nodální či junkční rytmus - kolem 40 tepů/min) je však<br />
podstatně nižší než frekvence stimulů z SA uzlu. Toto snížení garantuje, že za normálních okolností<br />
nedochází k prolínání obou rytmů, dojde-li ale k selhání SA rytmu, je náhradní nodální rytmus schopen<br />
zajistit uspokojivý tok krve tělem.<br />
AV uzel přechází ve vlákna atrioventrikulárního Hisova svazku, ve kterém je rychlost vedení<br />
vzruchu srdcem největší - cca 1,5 m/s. Dále vzruch rychle pokračuje mezikomorovou přepážkou třemi<br />
Tawarovými raménky (pravým, levým předním a levým zadním), které se dále větví až do terminálního<br />
systému Purkyňových vláken, přivádějících vzruch až ke svalovým vláknům srdce. Selže-li pacemakerová<br />
funkce obou dříve umístěných uzlů (SA a AV), je Hisova-Purkyňova převodní soustava<br />
posledním záchranným prvkem systému elektrického řízení srdce. Frekvence zde generovaných impulsů<br />
dosahuje přibližně 20 imp/s. Hrot srdeční a levá zadní stěna se aktivují obvykle později. Přechod<br />
vzruchu z Hisova svazku až na hrot trvá 0,013 s a na vnitřní stranu báze levé komory 0,053 s.<br />
Nakonec se aktivuje vnější povrch bází komor, 0,055 s vpravo a 0,065 s vlevo. Hisův svazek představuje<br />
jediné řádně vodivé spojení mezi srdečními síněmi a komorami. Pokud se toto spojení přeruší,<br />
např. vlivem patologických změn, rytmus síní a komor se disociuje, tj. obě tyto části začnou pracovat<br />
nezávisle na sobě.<br />
Síť Purkyňových vláken je silně asymetrická, protože slouží dvěma rozdílným komorám. Stěna<br />
levé komory, pumpující krev do velkého krevního oběhu, je v normálním případě asi třikrát tlustší než<br />
stěna pravé komory. Velikost svalových buněk je na obou stranách stejná, levá komora má tedy výrazně<br />
větší počet svalových buněk a potřebuje tak i větší počet budicích vláken.<br />
<strong>7.</strong>2.3. Mechanické procesy na srdci<br />
Základní popis mechanické činnosti srdce<br />
Z biomechanického hlediska lze srdce považovat za elektricky řízenou pumpu transportující<br />
krev do všech míst organismu, kam je potřeba.<br />
Všechny procesy (elektrické, mechanické, biochemické, akustické, ...), které dohromady representují<br />
jeden srdeční cyklus, lze jak již bylo dříve řečeno rozdělit do dvou základních fází - systoly a<br />
diastoly.<br />
Jakmile se otevřou chlopně mezi předsíněmi a komorami, začíná časná diastola - stadium rychlého<br />
plnění srdečních komor. Krev proudí do komor, pokud je krevní tlak v předsíních vyšší než tlak<br />
v komorách. Jak se v komorách zvětšuje objem krve, roste zde i krevní tlak a tok krve se zpomaluje,<br />
až se s vyrovnáním tlaku mitrální a trojcípá chlopeň uzavírá. Tok krve do komor je podmíněn především<br />
dynamikou mechanického uspořádání srdce, aktivní systola síní podmíněná elektrickým podrážděním<br />
přispívá k plnění komor jen asi z 15%. Následuje kontrakce srdečního svalu. Ve chvíli, kdy jsou<br />
všechny chlopně uzavřené, je svalová kontrakce izovolumická (objem komory se nemění). Tlak<br />
v komorách rychle narůstá a sotva dosáhne tlaku krve v aortě, nebo plicnici, otevřou se poloměsíčité<br />
chlopně na výstupu ze srdečních komor a krev je hnána ze srdce ven. Během časné systoly, tj. časového<br />
intervalu, kdy je krev prudce vypuzována ze srdce, opustí srdce asi 50% systolického objemu<br />
krve. Krev proudí ze srdce, pokud je tlak krve v komorách větší než tlak v aortě a plicnici. Jakmile ale<br />
tlak krve v těchto cévách dosáhne hodnoty vyšší než je tlak uvnitř srdce, chlopně se zavírají a opět<br />
100
začíná diastola svou izometrickou relaxační fází. Během relaxace srdečních svalových vláken padá<br />
hodnota tlaku v komorách pod hodnotu předsíňového tlaku (předsíně se mezitím naplnily krví vlivem<br />
snížení přepážky mezi síněmi a komorami během vypuzovací fáze), mitrální a trojcípá chlopeň se<br />
otevírá a cyklus se opakuje. V celém srdečním cyklu se tlak v levé srdeční komoře pohybuje<br />
v rozsahu od 1 do 16 kPa, v pravé komoře od 0 do 3 kPa.<br />
Pracovní diagram levé srdeční komory<br />
Diagram (obr.<strong>7.</strong>5) vyjadřující vztah mezi objemem srdeční komory a komorovým tlakem je základním<br />
prostředkem umožňujícím popsat fyzikální podstatu dějů probíhajících v srdci během srdečního<br />
cyklu.<br />
V tomto pracovním diagramu jsou různé význačné stavy srdce popsány několika následujícími<br />
křivkami:<br />
• křivka klidového tlaku (předpětí) - definuje velikost tlaku v komoře vyvolaného pasivně, pouze různou<br />
velikostí komorové náplně (bez aktivní svalové činnosti);<br />
• křivka izovolumických maxim - udává maximální dosažené hodnoty komorového tlaku při různých,<br />
konstantních objemech (náplních) srdeční komory;<br />
• křivka izotonických maxim - udává nejmenší hodnoty objemu srdeční komory, při které lze udržet<br />
danou konstantní hodnotu komorového tlaku při izotonickém vypuzování krve z komory;<br />
• křivka podpůrných maxim (U křívka) - téměř lineární spojnice hodnoty maximálního tlaku při objemu<br />
komory na konci diastoly (telediastolický objem - TDV) a hodnoty izotonického maxima odpovídající<br />
komorovému tlaku na konci diastoly. Hodnoty komorového objemu a tlaku ležící na této křivce<br />
odpovídají stavu po reálném srdečním stahu (tzv. podpůrný stah), který se skládá<br />
z izovolumického sevření následovaného auxotonickou vypuzovací fází, reprezentovanou zmenšováním<br />
objemu současně s dalším nárůstem tlaku.<br />
Stavové hodnoty komorového objemu a tlaku během jednoho srdečního cyklu (srdeční revoluce)<br />
tvoří uzavřenou křivku spojující v diagramu body A-D-S-K-V. Popis činnosti srdce začněme na<br />
konci diastoly v bodu A. V tomto okamžiku obsahuje srdce maximální množství krve (telediastolický<br />
objem), stěny srdečních komor jsou napnuty jenom v důsledku pasivních sil vyvolaných krevní náplní<br />
a elektrické podráždění právě dosáhne komorových stěn, které se začnou rychle stahovat. Tlak prudce<br />
vzrůstá při konstantním objemu, protože obě chlopně jsou uzavřené. Jakmile se tlak v komoře a<br />
aortě vyrovná (bod D), aortální chlopeň se otevírá a krev je vytlačována z komory. Komorový objem<br />
krve se začíná zmenšovat, tlak však stále roste díky nedokončené mechanické odezvě srdce na elektrické<br />
dráždění, až do bodu S. Od této chvíle se komorový objem již téměř nemění a zůstává na hodnotě<br />
systolického reziduálního objemu (SRV), tlak však v důsledku uvolnění komorových stěn poklesne<br />
nejdříve k bodu K, kdy dojde k uzavření aortální chlopně a poté dále do bodu V na začátku<br />
Obr.<strong>7.</strong>5 Pracovní diagram levé srdeční komory<br />
diastoly. Nyní obsahuje srdeční komora minimum krve a současně jsou její stěny maximálně uvolněné,<br />
komorový tlak je dán pouze pasivní tenzí, vyvolanou náplní komory. Protože tento tlak je nižší než<br />
101
tlak v předsíni, otevírá se mitrální chlopeň a do uvolněné komory začne proudit krev. Objem se významně<br />
zvětšuje, avšak tlak roste je nepatrně a tak se srdce dostává zpět do stavu reprezentovaného<br />
bodem A.<br />
Práci vykonanou srdcem během jednoho cyklu je dána součtem prací vykonaných během<br />
systoly a během diastoly. Systolická práce srdeční komory, jejíž největší část je vykonána aktivní kontrakcí<br />
komorových stěn, je určena plochou vymezenou výše popsanou uzavřenou křivkou. V klidu je<br />
systolická práce vykonaná levou komorou během jednoho srdečního cyklu rovna zhruba 0,8 J a celková<br />
systolická práce srdce asi 1,1 J. Této hodnotě by samozřejmě odpovídal i výkon srdečních komor<br />
při frekvenci 60 tepů/min. Energie, která je dána pasivním napětím srdečních svalových vláken a<br />
která přispívá k celkové práci srdce, je srdci dodávána během diastoly činností srdečních síní, dýchacích<br />
svalů, příp. kosterních svalů (žilní návrat). Diastolické práci odpovídá vyšrafovaná plocha pod<br />
křivkou klidového předpětí.<br />
Mechanismy autonomního řízení systolického objemu<br />
Pracovní diagram činnosti srdeční komory může posloužit i pro vysvětlení základního autonomního<br />
mechanismu - tzv. Frankova-Starlingova mechanismu, který se uplatňuje při řízení srdeční funkce<br />
při změnách některých parametrů kardiovaskulárního systému - náplně komor (angl. preload),<br />
tlaku v aortě (angl. afterload), příp. stažlivosti (kontraktility) srdečního svalu.<br />
Zvětší-li se množství krve vtékající do komory (obr.<strong>7.</strong>6a), posune se adekvátně i bod A na křivce<br />
klidového předpětí, který reprezentuje konec diastolického plnění, resp. začátek izovolumické napínací<br />
fáze. Tomuto posunu odpovídají i jiné hodnoty na křivkách izovolumických a izotonických maxim,<br />
tím i jiná U-křivka podpůrných maxim. V důsledku tohoto posunu se zvýší systolický tepový objem<br />
i reziduální systolický objem. Zvětšením systolického objemu se zvýší i množství srdcem vykonané<br />
práce - srdce se více namáhá.<br />
Při zvětšení aortálního tlaku (obr.<strong>7.</strong>6b) (např. nárůstem periferního odporu, snížením pružnosti<br />
tepen, atd.) se aortální chlopeň otevírá při vyšší hodnotě komorového tlaku. Tomu odpovídá přechodné<br />
snížení systolického objemu a zprostředkovaně zvýšení reziduálního systolického objemu. Zůstane-li<br />
zachováno množství přitékající krve - náplň, má zvýšení reziduálního objemu za následek zvýšení<br />
celkového telodiastolického objemu. Po ustálení přechodného děje je systolický objem přibližně týž<br />
jako na začátku, ale díky zvýšení reziduálního objemu je srdeční cyklus posun k vyšším objemovým<br />
hodnotám a z toho opět vyplývá zvýšení práce vykonávané srdcem.<br />
Zvýšená kontraktilita srdečního svalu (obr.<strong>7.</strong>6c) má za následek posun křivky izovolumických<br />
maxim a tím i změnu pozice křivky podpůrných maxim. Takováto změna poměrů má za následek snížení<br />
reziduálního a zvýšení systolického objemu, tím zvýšení aortálního tlaku a opět zvýšení srdeční<br />
práce.<br />
a) b) c)<br />
Obr.<strong>7.</strong>6 Frankův-Starlingův mechanismus - a) při zvýšené náplni; b) při zvýšení tlaku v aortě;<br />
c) při zvýšení kontraktility<br />
102
<strong>7.</strong>2.4. Měření kvality elektrických procesů na srdci - elektrokardiografie<br />
Obecně úvodem<br />
Postup elektrického vzruchu srdeční tkání způsobuje, že se v jednotlivých okamžicích nachází<br />
na nepravidelných plochách v hmotě srdečního svalu rozhraní mezi podrážděnou a klidovou tkání. Na<br />
těchto plochách je v daném čase napěťový rozdíl rovný přibližně 110 mV. Tato pohybující se nespojitost<br />
napětí je zdrojem časově proměnného elektromagnetického pole v okolním prostoru.<br />
Hodnoty elektrických potenciálů, snímané v daném okamžiku na daném místě, charakterizují<br />
vlastnosti elektrické složky srdcem vytvořeného elektromagnetického pole. Grafický záznam časové<br />
závislosti rozdílů elektrických potenciálů, snímaných z elektrod rozmístěných zpravidla na povrchu<br />
těla nazýváme elektrokardiogram (EKG).<br />
Elektrokardiogram tedy poskytuje údaje pouze a jen o elektrických procesech, které probíhají<br />
v srdci, nikoliv o mechanické činnosti srdce. Na druhé straně, změní-li se vlastnosti buňky, projeví se<br />
tato změna zpravidla jak v jejich mechanické, tak i v elektrické funkci.<br />
Abychom získali co nejkvalitnější informaci o charakteru elektrokardiografického pole je potřeba<br />
definovat vhodný způsob rozmístění snímacích elektrod, příp. předpis pro výpočet jednotlivých elektrokardiografických<br />
signálů- tzv. elektrokardiografický svodový systém.<br />
Elektrokardiografické svodové systémy<br />
V případě humánní elektrokardiografie jsou definovány dva typy svodových systémů - standardní<br />
12 svodový systém a ortogonální svodové systémy.<br />
Standardní 12 svodový systém používá signály snímané ze čtyř končetinových (R, L, F a N) a<br />
šesti hrudních (V1, V2, V3, V4, V5, V6) elektrod. Z těchto signálů vytváří tři bipolární končetinové svody<br />
I, II a III, tři unipolární končetinové svody aVR, aVL a aVF a šest unipolárních hrudních svodů V1,<br />
V2, V3, V4, V5 a V6.<br />
Obr.<strong>7.</strong>7 Einthovenův trojúhelník<br />
Končetinové elektrody jsou umístěny na obou horních<br />
končetinách (R,L) a levé noze (F). Pravá noha (N) je<br />
uzemněna, tj .připojena na přibližně nulový potenciál<br />
kostry přístrojů. Celý prostor okolo srdce jako generátoru<br />
elektrického pole je velice nehomogenní - vlastní myokard<br />
má měrnou vodivost asi 180 mS/m, krev uvnitř srdce<br />
více než 650 mS/m, plíce, vyplňující velkou část hrudníku<br />
kolem 50 mS/m. Měrná vodivost kosterních svalů závisí<br />
na směru měření - hodnota příčné vodivosti je cca 45<br />
mS/m (tj. dokonce o něco méně než plíce), podélná vodivost<br />
je však průměrně 360 mS/m. Je-li vodivost končetin<br />
přibližně 8krát větší než vodivost plic, můžeme považovat<br />
končetiny za vodiče v podstatě se stejným potenciálem -<br />
v případě paží je to přibližně potenciál ramen a potenciál<br />
levé nohy představuje průměrný potenciál bránice.<br />
V ideálních, homogenních podmínkách bychom mohli<br />
uspořádání končetinových svodů popsat rovnostranným<br />
Einthovenovým trojúhelníkem s dipólem coby zdrojem<br />
elektrického pole umístěným ve středu trojúhelníka. Je-li<br />
mf průmět momentu tohoto dipólu do frontální roviny, pak<br />
můžeme pro potenciály v jednotlivých elektrodových pozicích<br />
psát<br />
jωmf ΦL= 2<br />
4πσr<br />
cos Θ;<br />
jωmf ΦR= 2<br />
4πσr<br />
cos( Θ + 120)<br />
;<br />
jωmf ΦF= 2<br />
4πσr<br />
cos( Θ + 240)<br />
.<br />
103<br />
(<strong>7.</strong>1)
Bipolární končetinové svody I, II a III jsou definovány jako rozdíly<br />
UI = ΦL − ΦR ; UII = ΦF − ΦR ; UIII = ΦF − ΦL . (<strong>7.</strong>2)<br />
Unipolární končetinové svody jsou definovány rozdílem potenciálu v místě elektrody a průměrného<br />
potenciálu uprostřed Einthovenova trojúhelníka, v místě tzv. Wilsonovy svorky. Protože<br />
v ideálním případě pro rovnostranný trojúhelník je<br />
ΦW = (ΦL + ΦR + ΦF)/3 = 0 (<strong>7.</strong>3)<br />
jsou napětí unipolárních končetinových svodů VR, VL a VF rovna potenciálům ΦL, ΦR a ΦF. Větší hodnoty<br />
napětí dostaneme tak, že hodnoty potenciálů ve vrcholech Einthovenova trojúhelníka nevztáhneme<br />
k Wilsonově svorce, nýbrž průměrnému potenciálu protilehlé strany. Tato napětí označujeme<br />
jako napětí Goldbergerových zesílených (zvětšených) svodů. Platí pro ně<br />
ΦL + ΦF<br />
UaVR = ΦR<br />
−<br />
2<br />
= 15 , UVR<br />
;<br />
ΦR + ΦF<br />
UaVL = ΦL<br />
−<br />
2<br />
= 15 , UVL<br />
;<br />
UaVF = ΦF<br />
ΦL −<br />
+ ΦR<br />
= 15 , UVF<br />
.<br />
2<br />
Skutečné uspořádání končetinových svodů je ale poněkud méně ideální. Jednotlivé elektrody<br />
nejsou stejně vzdáleny od srdce a Einthovenův trojúhelník není rovnostranný. Navíc kontakt mezi<br />
končetinami a hrudníkem není bodový ale plošný a poloha srdce se mění v závislosti na dýchání.<br />
Unipolární hrudní svody V1, V2, ..., V6 představují napětí mezi elektrodami umístěnými na<br />
hrudníku podle následujícího předpisu vůči napětí Wilsonovy svorky:<br />
V1 - IV. mezižebří vpravo od sterna;<br />
V2 - IV. mezižebří vlevo od sterna;<br />
V3 - uprostřed mezi V2 a V4;<br />
V4 - V. mezižebří v medioklavikulární čáře (clavicula - kost<br />
klíční);<br />
V5 - v přední axilární (podpažní) čáře horizontálně na úrovni<br />
V4;<br />
V6 - ve střední axilární čáře horizontálně na úrovni V4.<br />
Ve speciálních případech může být množina hrudních<br />
svodů doplněna:<br />
• polykatelnou jícnovou elektrodou (tj. umístěnou za srdcem);<br />
• přídavnými elektrodami umístěnými v levé části zad (V7,...,<br />
V9);<br />
• přídavnými elektrodami umístěnými v pravé přední polovině<br />
hrudníku (Vr3, ..., Vr6).<br />
Unipolární hrudní svody byly zavedeny do standardního svodového systému, aby bylo možné<br />
sledovat změny charakteru elektrického pole v místech co nejbližších srdci.<br />
Ortogonální svodové systémy vytvářejí obraz elektrokardiografického pole pomocí signálů definovaných<br />
v třídimenzionální pravoúhlé souřadnicové soustavě. Napětí měřená na osách ortogonálního<br />
souřadnicového systému proti nulové svorce můžeme vyjádřit vztahy<br />
U<br />
U<br />
U<br />
jωm =<br />
2<br />
4πσx<br />
cos υ = mf . x;<br />
jωm =<br />
2<br />
4πσy<br />
cos υ = mf . y;<br />
x x<br />
y y<br />
jωm = cos υ = mf .<br />
2<br />
z,<br />
4πσz<br />
z z<br />
104<br />
(<strong>7.</strong>4)<br />
Obr.<strong>7.</strong>8 Umístění snímacích elektrod<br />
hrudních unipolárních svodů<br />
(<strong>7.</strong>5)
kde jednotlivé kosiny mají význam směrových kosinů vektoru momentu m a jednotlivé svodové vektory<br />
f i , i = x,y,z, se liší jen velikostmi souřadnic x, y a z. Kdyby byly tyto souřadnice stejné, změřená<br />
napětí by byla úměrná jen průmětům momentu náhradního dipólu do směrů souřadnicových os. Tvar<br />
hrudníku však takovou volbu pozic elektrod vylučuje. Bylo by ale možné naměřená napětí korigovat<br />
přepočtem na stejnou vzdálenost podle vztahů<br />
2<br />
i<br />
( Ui)<br />
r = Ui, i= x, y, z.<br />
(<strong>7.</strong>6)<br />
0 2<br />
r<br />
0<br />
Dalším problémem konstrukce ortogonálního svodového systému je malá vzdálenost snímacích<br />
elektrod od generátoru elektrického pole a tím vliv pohybu zdroje v hrudníku. Tento nedostatek je<br />
možné řešit zvyšováním účinné plochy elektrod, např. vytvářením jednoho svodu váhovaným zprůměrněním<br />
signálů snímaných z multielektrodového pole. Příkladem takových řešení jsou ortogonální<br />
svodové systémy McFee, SVEC III, příp. nejvíce rozšířený ortogonální svodový systém v humánní<br />
elektrokardiografii - Frankův (obr.<strong>7.</strong>9).<br />
a)<br />
b)<br />
Obr.<strong>7.</strong>9 Ortogonální svodové systémy -<br />
a) Frankův systém; b) axiální systém<br />
McFee; c) systém SVESIII<br />
Na rozdíl od signálů standardního svodového systému, které je zvykem zobrazovat v časové<br />
doméně, je běžné vyjadřovat informaci obsaženou v ortogonálních signálech prostorově ve třech navzájem<br />
kolmých anatomických popisných rovinách - frontální, sagitální a transverzální (horizontální)<br />
(viz též obr.6.7). Průměty okamžitých vektorů elektrokardiografického napětí pak mají charakter uzavřených<br />
vektorkardiografických smyček.<br />
a) b) c)<br />
Obr.<strong>7.</strong>10 Příklad vektorkardiografických smyček v rovině - a) frontální; b) transverzální; c) sagitální<br />
105<br />
c)
Průběh elektrokardiografického signálu<br />
Průběh elektrokardiografického signálu odpovídající standardnímu průchodu elektrického vzruchu<br />
srdečním svalem se skládá z posloupnosti vlny P, kmitů Q, R, S a vlny T, příp. vlny U.<br />
Vlna P je obrazem šíření vzruchu z SA uzlu stěnou síní (depolarizace tkáně). Normální doba trvání<br />
vlny P je přibližně 80 - 120 ms, její výška je 0,1 až 0,2 mV. Tvar závisí stavu srdce a místě, odkud<br />
je signál snímán. Repolarizační část síňového komplexu je v normálním EKG signálu nezřetelná -<br />
malá výchylka, vyskytující se zpravidla v čase komplexu QRS.<br />
Po vlně P se vyskytuje úsek PQ bez elektrické<br />
aktivity (při automatické analýze signálu EKG<br />
reprezentuje úroveň tohoto úseku referenční hladinu<br />
pro měření všech výchylek v signálu) a dále<br />
následuje většinou malý kmit Q, vysoká pozitivní<br />
vlna R a opět záporný kmit S. Komorový komplex<br />
QRS reprezentuje depolarizační fázi komorové<br />
tkáně, navazující interval ST a vlna T repolarizaci<br />
komor. Tvar, trvání a velikost výchylky kmitů komplexu<br />
QRS opět závisí na stavu srdce a místě snímání<br />
signálu. Normální doba trvání celého komplexu<br />
je do 120 ms, velikost výchylek je řádově až<br />
v jednotkách mV.<br />
Doba trvání oblé vlny T je kolem 150 ms, její<br />
výška je většinou ve stovkách µV, v některých případech<br />
(např. u vagotoniků v unipolárních hrudních<br />
svodech) může dosáhnout nad 1 mV. Významné<br />
změny tvaru segmentu ST a vlny T souvisí především<br />
s infarktem myokardu.<br />
Obr.<strong>7.</strong>11 Tvar elektrokardiografického signálu<br />
Existence vlny U není dosud zcela objasněna. Vyskytuje se v ne více než 50% záznamů, nejčastěji<br />
v unipolárních hrudních svodech. Trvá od 160 do 250 ms, její výška nepřekračuje 50 µV. Vyskytuje<br />
se zejména u vegetativně slabších jedinců, po zvýšené tělesné námaze, ale i při nízké frekvenci<br />
srdeční činnosti.<br />
106