Cirkulationssystemet för sjuksköterskestuderande MARIE NEUMAN, LUNDS UNIVERSITET, HT 2014 Disposition • Cirkulationens mål • Tryck flöde och resistens • Hjärtats anatomi och fysiologi • Hjärtats elektrofysiologi • Hur arbetar hjärtat? Anatomi och fysiologi Anatomi är läran om kroppens uppbyggnad i vävnader och organ Fysiologi är läran om kroppens normala funktioner och hur dessa regleras Fysiologi är biologins reglerteknik Homeostas = strävan att hålla den inre miljön konstant trots varierande extern miljö T ex Termoreglering Blodtrycksreglering Nervösa hormonstyrda reflexer Reglering av pH Cirkulationens uppgifter Transportmekanismer • Kortvägstransport (kapillärvägg/blod) huvudsakligen genom diffusion • Långvägstransport (blodflöde) genom massflöde, s k ”bulkflow” = vätska/gas drivs från ett område med högt tryck till område med lågt tryck Tryck, flöde och resistens Vad orsakar flöde? • Flöde (Q) • Tryck (P) • Resistens (motstånd) (R) Tryck/resistens = flöde Dvs P/R = Q Flöde • Blodflöde – Volym blod genom ett kärl per tidsenhet – Ml/min eller ml/s • Flödeshastighet – Avstånd som vätskan förflyttar sig per tidsenhet – m/s eller cm/s • Genomblödning (perfusion) – Volym blod som passerar en viss mängd vävnad per tidsenhet – Ml/min/kg Turbulent och laminärt flöde • Turbulent flöde i kärl ökar i proportion till blodviskositeten, kärldiametern och densiteten. • Turbulent flöde är mycket lägre än laminärt, väggen hindrar. • Små kärl har låga flöden p g a diametern Tryck Trycket i blodkärlen eller i hjärtat Mäts i fysiologin oftast som mm Hg eller kPa – I kroppen är trycket högre än barometertrycket – 1 atm= 760 mm Hg = drygt 1000 kPa Tryckskillnaden (ej trycket) driver flödet Vander 12-4 Tryckskillnaden mellan systemkretsloppet (högtryck) och lungkretsloppet (lågtryck) ger bra förutsättningar för flöde Resistens • Resistensen i kärlen är beroende av – Kärlets radie (r) (arteriolerna) – Kärlets längd (L) – Vätskans viskositet (ŋ) Vid halvering av radien minskar flödet 16 ggr!!! Kärlradien (r) bestämmer resistensen(R) och blodflödet • Bild Vander 12:5 Hjärtats anatomi och fysiologi Hjärtats topografiska läge • Hjärtat, cor eller kardia • Thorax = bröstkorgen • Lätt vridet med hö.hjärtat uppåt, 2/3 ligger vä om medellinjen • Hjärtspetsen,apex cordis mellan 5e och 6e revbenet, intercostalrummet • Hjärtbasen, basis cordis, under andra revbenet • Mediastinumluftstrupen, matstrupen, aorta och ryggraden. • Nedanför hjärtat finns diafragma • Bröstbenet, sternum, och revbenen, costa, skyddar hjärtat framifrån Hjärtats anatomi Hjärtats anatomi Hjärtklaffarna- backventiler Cardiac cycle http://youtu.be/rguztY8aqpk Hjärtljud- ”lubb” – ”dubb” • 1- ”lubb”= AV-klaffarna stängs • 2- ”dubb”= a- pulmonalis och aortaklaffen stängs Hjärtvägg och hjärtsäck Coronarartärerna- hjärtats egen blodförsörjning Två kranskärl, coronarartärer Vänster: Huvudstammen= LM (left main) Främre dedåtstigande delen, LAD (left anterior descending artery) Circumflex gren från LAD till baksidan Höger: Höger coronarartär, RCA (Right Coronar Artery) Coronarkärlen tömmer sig i sinus coronarius i hö förmak Hjärtat försörjs i huvudsak i diastole. Coronarangiografi Stenoser markerade CABGCoronary Artery Bypass Grafting Hjärtats elektrofysiologi Depolarisation och repolarisation + + - + - + + - + - Kalium+ 4 Natrium+ 140 + + - Kalium+ 148 Natrium+ 10 Natrium vill in! Kalium vill ut! - - - + - + + + + - + + + Muskelcell i vila. Insidan av cellmembranet är negativ i förhållande till utsidan. Detta beror på en ojämn fördelning av jonerna. Aktionspotential i hjärtmuskelcell Vi retning av hjärtmuskelcellerna flyttar sig natrium-, kalium och calciumjoner över cellmembranet så att spänningsskillnaden upphävs → depolarisation → aktionspotential → muskelkontraktion . Därefter återgår jonerna till ursprungsläge → repolarisation. En ny depolarisation kan inte ske så länge natrium-, kalium- och calciumjoner flyttar sig över cellmembranet, refraktärperiod. Finns bara i hjärtmuskelceller och är till för att förhindra kramp där. Fiffigt! Hjärtats histologi • Hjärtmuskeln är likhet med skelettmuskeln tvärstrimmig • Hjärtmuskeln är i likhet med glatt muskulatur autonom och har liknande cellförbindelser • GAP- junctions mellan hjärtmuskelcellerna • Hjärmuskelceller kan depolariseras utan nervimpuls Retledningssystemet- snabbast ”äger” • Sinusknutan består av s.k. pacemakerceller vilka vid retning utlöser en aktionspotential som sprider sig över retledningssystemet och till hjärtmuskulaturen • Hjärtmuskelceller kan depolariseras utan nervimpuls • Sinusknutans frekvens ca 70/min (sinusrytm) • AV frekvens ca 50/min (nodal rytm) • Ventriklarnas frekvens ca 30/min (ventrikulär rytm) Sinusknutans aktionspotential Pacemakerceller Depolarisering av cellerna i sinusknutan utlöser en aktionspotential som sprider sig till hjärtmuskulaturen via retledningssystemet Conductive system of the heart • http://youtu.be/GjQVeVFSCUY Willem Einthoven 1903 Vad visar EKG-kurvan? Excitering av förmak och kammare- EKG Vander 12-11 Elektrodernas bestämda anatomiska positioner V1-V2 Höger kammare v3-v4 Vänster kammares främre vägg och septum (skiljeväggen) mellan höger och vänster kammare. v5-v6 Vänster kammares laterala vägg. Vad kan man se på EKG? Visar de elektriska impulsernas spridning över hjärtmuskeln • Rytm • Frekvens • Impulsursprung • Impulsspridning • Hjärtats väggtjocklek Ex. på diagnoser: hjärtinfarkt, elektrolytrubbningar, hjärtsäcksinflammation, högt blodtryck och klaffsjukdom Vad kan man inte se på EKG? • Hjärtats kontraktionskraft • Den mängd blod hjärtat pumpar För ovanstående frågeställningar kan man göra ultraljud (UKG), MR (magnetkameraundersökning) mm Hur arbetar hjärtat? Systole och diastole Systole: Arbetsfas/ejektionsfas. Kamrarna tömmer sig. Diastole: Vilofas/ fyllnadsfas, kamrarna fylls med blod. Varar ca ¾ av hjärtcykeln, syresättning av hjärtmuskeln sker Så pumpar hjärtat- eller? AV-plansrörligheten Klinisk fysiologi, Lund Hur mycket blod pumpar hjärtat? HF och SV bestämmer CO Hjärtfrekvens (HF) = puls = slag/min, normalt 60-80/min, spädbarn 140-220/min, vältränad 45-55/min Slagvolym, (SV) = Den blodmängd hjärtat pumpar under ett slag, normalt 70ml/slag Cardiac output (CO) = Minuvolym (MV) = Den blodmängd hjärtat pumpar under 1 minut, normalt ca 5 liter/min. Kan öka till ca 30 liter/min! HF X SV = CO. Ex 70ml x 70 slag/min = 4900ml Frank Starlings lag = Kontraktionskraften i kammaren ökar när den blir mer uttänjd, till en viss gräns. = Ju mer hjärtat tänjs i diastole desto mer blod kommer att pumpas ut i aorta, inom fysiologiska gränser Ökad diastolisk fyllnad ökad slagvolym Men - om hjärtat tänjs ut för mycket dålig återfjädring sämre kontraktionskraft mindre slagvolym Stela hjärtväggar sämre fyllnad mindre slagvolym (diastoisk dysfunktion) Preload och afterload Preload- uttänjningen av myocardiet i slutet av diastole (Starlings lag) Afterload- tensionen i kammarväggen, motståndet mot blodets utdrivning från kamrarna (perifera kärlmotståndet) Sammanfattning av dagen • Cirkulationens mål • Tryck flöde och resistens • Hjärtats anatomi och fysiologi • Hjärtats elektrofysiologi • Hur arbetar hjärtat? Disposition dag 2 • Blodkärlen • Kapillärutbytet • Hjärtminutvolymen • Venöst återflöde • Blodtryck • Sympaticus och parasympaticus • Fysisk ansträngning Blodkärl Artärer- leder blod från hjärtat ut i kroppen Arterioler- slutet av artärerna till kapillärerna Kapillärer- minsta blodkärlen, utbyte mellan blod och vävnad. Målet för hela cirkulationen! Venoler- i början av venerna Vener- leder blod tillbaka hjärtat Blodkärlens morfologi Vas, kärl Lumen, kärlens hålrum (blodbanan) • • • Tunica interna, endotel Tunica media, glatta (ej viljestyrda) muskelceller, fibroblaster vilka gör att diametern kan ändras Tunica externa (adventia)bindväv + blodkärl Mellan skikten finns elastin och elastisk bindväv Vasodilatation= kärlvidgning Vasokonstriktion= kärlsammandragning Artärer- tryckreservoarer och ledningar • Elastiska högtryckskärl tjockare vägg och mindre lumen än vener • Transporterar blodet från hjärtat till kroppens olika organ • Transporterar blodet med mycket liten tryckförlust p g a stor kärlradie som ger låg resistens Artärer Huvudets och halsens artärer Hjärnan har hög energiomsättning och behöver därför riklig cirkulation, 15-20% av CO Hjärnan försörjs av 4 artärer: De främre halsartärerna, a carotis och de bakre halsartärerna, a vertebralis Artärerna på hjärnans undersida Främre cirkulationen: a carotis och distala grenar: A carotis interna, a cerebri media i fissura sylvi (denna artär är involverad i 2/3 av alla stroke s k. medianstroke) och a cerebri anterior. Den bakre cirkulationen: Vertebralisartärerna A basilaris A cerebri posterior Bakre och främre cirkulationen förbinds genom grenarna ramus communicans anterior och posterior och bildar Circulus Willisii (liknar en rondell) (aneurysm ofta här) Olika blodtryck Systoliska trycket, Psyst – högsta arteriella trycket under ett hjärtslag – Systole ger en tryckvåg som kan palperas på ytliga artärer, t ex a radialis Diastoliska trycket, Pdiast – lägsta arteriella trycket under ett hjärtslag Medelartärtrycket, MAP, (MAP= Pdiast + 1/3 ( Psyst – Pdiast) – MAP är det genomsnittliga artärtrycket under hjärtcykeln Blodtrycket i olika delar av blodbanan Blodtrycksmätning Vilket blodtryck krävs för att kunna palpera pulsen? • A radialis- Systoliskt blodtryck > 90 mm Hg • A femoralis- vid systoliskt blodtryck > 70 mm Hg • A Carotis- vid systoliskt blodtryck > 55 mm Hg Enterohepatiska cirkulationen Det två stora venerna som löper samman och bildar v portae är v lienalis från mjälten och v mesenterica superior från tarmarna. V mesenterica inferior för blod till v portae från tjocktarmens distala del och ändtarmen Levern dräneras av de korta inre levervenerna, vv hepatica. Om det blir stopp i den entrohepatiska cirkulationen , eller hjärtsvikt så att hjärtat inte kan ta emot blodet påverkas bukorganen! Arterioler- resistenskärl Blodtrycksreglering och flödesfördelning • Har kärlsystemets största resistens • Rikligt med glatt muskulatur som kan styra blodflödet efter organens behov genom dilatation/ konstriktion • Mycket stor betydelse för reglering av det arteriella blodtrycket genom att öka/minska diametern. Blodtrycket måste hållas! Styrs av: • Lokal kontroll- Anpassar organets blodflöde efter dess omedbara behov! O2, CO2, pH, NO (kväveoxid), mm. • Reflexer- Sympaticus (noradrenalin, α-receptorer) arteriolekonstriktionhöjt blodtryck. Parasympatikus finns oftast inte här • Hormoral kontroll- hormonerna adrenalin, angiotensin II och vasopressin påverkar α-receptorer arteriolekonstriktionhöjt blodtryck Kapillärerna- målet för cirkulationen • Utbyte mellan blod och vävnad • Extremt tunna väggar ger kort diffusionsavstånd • Ca 5 μm i diameter lumen (röd blodkropp ca 7μm ) • Kan normalt inte släppa igenom proteinmolekyler • Stor kapillärtäthet- cellerna har nära till kapillärerna • Utbytesytan är 600 m2 , som fotbollsplan • Långsamt flöde genom kapillärerna gynnar utbytet • Blodflödet regleras av prekapillära sfinktrar (glatt muskulatur) i öppningarna, öppnar och stänger. Styrs b l a av vävnadens O2behov • Olika kapillärer i olika organ • Vanligaste utbytet genom diffusion- O2, CO2, glucos • Vätskeutbytet sker genom filtrering/kolloidosmos Microcirkulationen - målet för cirkulationen Kapillärutbytet Olika kapillärtyper i organen Hjärnan- blod-hjärnbarriären- s k ”tight junctions” släpper bara igenom små molekyler till hjärnan risken för ödem (vätskeansamling) i hjärnan minskar Levern: Motsatt hjärnans kapillärer, stora molekyler som t ex proteiner kan passera I njurarna: Många substanser kan filtreras efter kroppens behov 4 principer (krafter) för utbytet 1. Kapillärtryck- tvingar vätska ut genom kapillärmembranet 2. Interstitiellt vätsketryck- tvingar vätska in/ut beroende på om trycket är högt/lågt 3. Kolloidosmotiskt tryck- orsakar osmos in i kapillären 4. Interstitiellt kolloidosmotiskt tryck- orsakar osmos ut genom kapillärmembranet Diffusionden vanligaste regleringen Sockermolekylerna diffunderar från området med hög koncentration till området med låg koncentration Efter en stund är det samma koncentration i hela temuggen Stor koncentrationsskillnad ger snabbare diffusion Osmos och filtrationfrån hög koncentration eller högt tryck till låg koncentration eller lågt tryck Filtrering Eftersom hydrostatiska trycket är högre inne i kapillärerna än utanför pressas blodplasman ut i interstitiet genom massflöde. Alla lågmolekylära plasmabeståndsdelar drivs ut, men plasmaproteinerna stannar till största delen kvar i blodet. Kapillärväggen fungerar som ett filter Kolloidosmos Plasmaproteinernas närvaro gör vattenkoncentrationen lägre i blodplasman än i interstitiet. Vatten diffunderar därför från interstitiet in i blodet genom osmos Normalt är filtreringen något större än den kolloidosmotiska absorptionen. Det vätskeöverskott som tillförs interstitiet (ca 4 l/dygn; filtreringen i njurarna ej inräknad) återförs till blodet via lymfkärlsystemet Osmos och filtration Ödem Vener- volymreservoarer och ledningar • Tunnare väggar men större lumen än artärerna • De flesta venerna har klaffar (ej i t ex vener från inre organ) • Återför blodet till hjärtat med lågt drivande tryck p g a stor kärlradie som ger låg resistens • Blodvolymreservoarer (kapacitanskärl) som innehåller ca 60% av blodvolymen i vila. Mycket tänjbara vilket innebär att blodvolymen kan öka kraftigt utan att ventrycket ökar. En volymförlust (t ex blödning) kan kompenseras genom venkonstriktion • Det venösa trycket regleras av venerna själva genom vasokontriktion/dilatation. Det venösa återflödet påverkar hjärtats slagvolym enligt Starlings lag, se ovan Venernaföljer artärerna (med några undantag, se följande bilder) Ytliga vener i benen Åderbråck(varicer) beror på högt tryck i ytliga vener Ytliga vener i armarna Tunnare och har mindre volym än djupa vener. Blodprov, venpunktion, tas ofta i v mediana cubuli. OBS! A brachialis och n brachialis går nära under! Halsens stora vener Lär dig: V subclavia V brachiocefalica sin V jugularis interna V jugularis externa Venöst återflöde Venösa återflödet viktigt då det driver blodet tillbaka till hjärtat. Vid arbete måste ventrycket bibehållas eller öka för att hjärtminutvolymen ska bibehållas eller öka. Ventrycket sjunker b l a när blodvolymen minskar. Ventonus påverkar återflödet mot hjärtat Påverkas av • Sympatikusstimuleringvenkonstriktionbltr • Skelettmuskelpumpen venöst återflöde bltr • Respiratoriska pumpen venöst återflöde genom att ventrycket höjs i bukhålan och sänks i thorax vid inandning Genom att t ex höja benen kan man hjälpa till att öka det venösa återflödet. Skelettmuskelpumpen Jämför de olika kärlavsnitten Venöst återflöde styr CO Vander 12-46 Lymfsystemet Lymfoida organ: • Lymfkärl • Lymfkörtlar • Mjälte (=splen eller lien) • Benmärg Lymfkapillärerna börjar blint, förgrenar sig i större och större kärl och tömmer sig i två lymfgångar i de två stora systemiska venerna i thorax, v subclavia sin och v jugularis interna sin. Lymfa från hö arm och huvud tömmer sig i höger ventrikel Lymfsystemet Lågtryckssystem som dränderar intersitiet på vätska som filtrerats ur kapillärerna, ca 4 liter/dygn Återför plasmaproteiner till blodbanan Blockering av lymfkapillärerna leder till ödem Stor betydelse för immunförsvaret Har klaffar som venerna och återflödet stimuleras på samma sätt Hur är blodvolymen fördelad? Ca 5 liter blod (70kg man) Systemkretsloppet (85% av all blodvolym) – Vensystemet- 70% (reservoar!) – Kapillärnätet- 5% – Artärerna- 10% Lungkretsloppet- 10% Hjärtat 5% Blodtrycksregleringen Blodtryck- varför är det viktigt? • Nödvändigt för alla organs syre- och näringstillförsel • För lågt blodtryck (hypotoni) dålig genomblödning av organ vävnadsskador/död • För högt blodtryck (hypertoni) skador på blodkärl stroke, hjärtinfarkt mm • Normalt blodtryck hos friska i Sverige 2014 = 140/80 • T ex diabetikers blodtryck bör vara max 130/80 • Lågt blodtryck är ca <90 systoliskt Blodtrycksregleringen • Cirkulationscentrum i Medulla oblongata • Blodtrycket bestäms av – hjärtminutvolymen, CO – totala perifera resistensen, afterload Sympaticus och parasympatikus ”Gas” och ”broms” Sympaticus =” gas” Adrenerga receptorer, Noradrenalin – Ökar hjärtats kontraktionskraft (β1- receptorer) – Ökar sinusknutans frekvens (β1- receptorer) – Ökar ventonus venöst återflöde – Dilaterar kärl i muskler och hjärta (β2) – Drar ihop kärl i huden Parasympaticus- ”broms”. ”Alltid“på! – Kolinerga receptorer, acetylcolin – Sänker sinusknutans frekvens via n vagus Reglering av hjärtfrekvensen Autonoma reflexer (icke viljestyrda), s k nervösa reflexer, via baroreceptorsystemet, sympaticus och parasympaticus Hormoner- noradrenalin, adrenalin, thyreoideahormon Temperatur- HF ökar vid feber och minskar vid nerkylning Reglering av slagvolymen Beror på: • Preload, kontraktionskraft och afterload (hur mycket fylls hjärtat, pumpkraften och motståndet mot tömningen) Baroreceptorsystemet-korttidsreglering av blodtrycket- akuta nervösa reflexen Blodtrycksreglering- sammanfattning Snabba blodtrycksrelerande kretsar (nervösa mekanismer),inom sekunder Baroreceptorreflexen registrerar blodtrycket CNS (VMC) chemoreceptorer reagerar vasokonstriktion/dilatation av arterioler kontraktionskraft/puls/ Mellannivå: 30 min- 1h: Renin- Angiotensin vasokonstriktionsmekanismer Långtidsreglering: RAAS Volymreceptorer i hjärtats förmak och i venerna känner av volym. Om volym signal till hypofysen och ADH (antidiuretiskt hormon) frisätts reabsorbtion av vatten blodvolym Fysisk ansträngning Utvecklingen över 14 miljoner år Jordbruk – 5 000 år Industri – 2 000 år Data – 20 år Vad begränsar fysiskt arbete? • Trötthet • Dyspne • Smärta • (Motivation) Blodcirkulationen Det vi kallar kondition beskriver huvudsakligen vilken kapacitet hjärtat har att pumpa syresatt blod till kroppens olika organ. Mjölksyra När tillgången på syre är otillräcklig bildas mjölksyra (lactat) som ger värk och sätter ner musklernas arbetsförmåga. Syreskuld! Varför? – Hjärtats förmåga att pumpa ut syrerikt blod i kroppen är otillräcklig – Lungornas förmåga att syresätta blodet är otillräcklig – Kärlens förmåga att sprida syresatt blod och avlägsna avfallet från cellerna är otillräcklig Träningseffekter på hjärtat Hjärtmuskeln blir större vilket är den enskilt viktigaste faktorn för bättre syreupptagningsförmåga/ kondition Slagvolymen ökar → lägre vilopuls / högre maxpuls CO (minutvolymen) ökar Hjärtat kan öka CO från normala 5 L/ min till extrema 30L/min hos mycket vältränade Maxpuls • 220 minus ålder • Ålder och gener avgör Träningseffekter på lungorna Lungorna blir inte större men fungerar bättre pga. bättre cirkulation och djupandning Ventilationsvolymerna vid konditionsträning ökar Fler kapillärer öppnas för att tillgodose syrebehovet och behovet av att avlägsna CO2 Syresättningen i vila är klar redan efter 40% av lungkapillärernas längd vilket betyder att kroppen har stor reservkapacitet. Styrketräning Fler kärl bildas när behovet av syretransport ökar → bättre cirkulation, näringstillförsel och avfallstransport Alla muskler inkl. hjärtat blir större och starkare Styrkan ökar Generna sätter gränsen- vissa födda till sprinters och andra till maratonlöpare Medicinska effekter av träning Fysisk träning är den enda behandlingen som lindrar alla delar i det metabola syndromet! • Lägre blodtryck • Lägre blodsocker • Lägre blodfetter • Fettminskning Uthållighetsträning • Cellens avfallshanterare, mitokondrierna, blir större och fler • Muskler tränas • Kapillarisering Träningstipslika många som träd i skogen • Konditionsträning – Kontinuerlig träning – Intervall (60-80% av max) varvat med lågintensiv träning Styrketräning – 30-40 min/gång – 2 ggr/v – Minst 2 månader Sammanfattning av dag 2 • Blodkärlen • Kapillärutbytet • Hjärtminutvolymen • Venöst återflöde • Sympaticus och parasympaticus • Blodtrycksreglering • Fysisk ansträngning