1. Wstęp
1.1. Fizjologia czynności skurczowo-rozkurczowej lewej komory serca
Serce jest mięśniową pompą ssąco-tłoczącą, która zapewnia przepływ krwi w układzie krwionośnym dostarczającym substancje odżywcze i tlen do wszystkich narządów ciała i odbierającym powstające w nich produkty przemiany materii. W warunkach prawidłowych serce pompuje krew dzięki zmieniającym się ciśnieniom w jego poszczególnych jamach oraz dzięki sekwencyjnemu otwieraniu i zamykaniu się odpowiednich zastawek. Prawa komora (RV - right ventricle) serca tłoczy krew do małego - płucnego układu, natomiast lewa komora (LV - left ventricle, LK) wykonuje większą pracę, tłocząc krew do układu systemowego, czyli na obwód ciała. Pojedynczy cykl pracy serca składa się z kilku faz, analogicznych dla lewej i prawej komory. Prześledźmy go na podstawie LK (Ryc.1). Pierwsza faza to skurcz izowolumetryczny, wywołany depolaryzacją miokardium, w czasie którego rośnie ciśnienie w komorze, natomiast nie zmienia się jej objętość. Zastawka mitralna i aortalna są w tym czasie zamknięte. W momencie osiągnięcia w LK ciśnienia aortalnego zastawka aorty otwiera się i zaczyna przez nią płynąć krew, w objętości równej tzw. objętości wyrzutowej (SV - stroke volume). Po zakończeniu tej fazy skurczu i zmniejszeniu się objętości LK do objętości końcowo-skurczowej (ESV - end-systolic volume), następuje zamknięcie zastawki aorty i czas relaksacji izowolumetrycznej, podczas której spada ciśnienie w LK, bez wzrostu jej objętości.
Po obniżeniu się ciśnienia w LK do wartości ciśnienia w lewym przedsionku, otwiera się zastawka mitralna i rozpoczyna się napełnianie LK krwią żylną pochodzącą z żył płucnych.
W tym etapie wyszczególnia się trzy fazy: szybkiego napływu, wolnego napływu, czyli diastazy oraz dopełnienia LK wywołanego skurczem lewego przedsionka. LK osiąga maksymalną objętość - końcowo-rozkurczową (EDV - end-diastolic volume). Ponownie rozpoczyna się skurcz izowolumetryczny LK z zamknięciem zastawki mitralnej [1].
Wydajność serca jako pompy określana jest przez ilość krwi tłoczonej do łożyska naczyniowego w ciągu jednej minuty i definiowana jako rzut serca (CO - cardiac output) lub pojemność minutowa [1]. Wpływają na nią cztery podstawowe czynniki:
1. kurczliwość mięśnia sercowego 2. obciążenie wstępne (preload) 3. obciążenie następcze (afterload) 4. częstość i miarowość czynności serca
Ryc. 1. Cykl pracy lewej komory serca. Zaadaptowano z [2].
Kurczliwość mięśnia sercowego jest zależna od liczby i sprawności poszczególnych włókien mięśniowych oraz odpowiedniej elektrycznej i mechanicznej sekwencji ich pobudzania. Obciążenie wstępne jest to siła, z jaką rozciągana jest ściana komory pod koniec fazy rozkurczu i jest wprost proporcjonalne do ciśnienia końcowo-rozkurczowego panującego w komorze oraz promienia jej krzywizny zgodnie z prawem Laplace’a [3], które opisuje naprężenie ścian kulistych lub cylindrycznych naczyń:
gdzie,
S - naprężenie ściany naczynia P - ciśnienie w naczyniu
r - promień krzywizny naczynia h - grubość ściany naczynia
Ciśnienie końcowo-rozkurczowe w komorze może być wyrażone poprzez średnie ciśnienie w lewym przedsionku lub ciśnienie w płucnych naczyniach włosowatych (tzw.
ciśnienie „zaklinowania”1), które w warunkach fizjologicznych są sobie prawie równe i wynoszą średnio 8mmHg (5-12mmHg). Promień krzywizny komory można natomiast w przybliżeniu wyliczyć z objętości końcowo-rozkurczowej komory, którą wyznacza się w badaniach obrazowych serca, np. echokardiografii. W powyższym wzorze pojawia się jeszcze wielkość „h”, oznaczająca grubość ściany naczynia (komory), która odwrotnie proporcjonalnie wpływa na obciążenie wstępne, innymi słowy cieńsza ściana jest poddawana większej sile rozciągającej. Zjawisko to ma znaczenie w przypadku patologicznego powiększenia objętości komór serca, o czym będzie mowa w dalszej części pracy.
Obciążenie następcze to siła, z jaką rozciągana jest ściana lewej lub prawej komory na koniec skurczu izowolumetrycznego, czyli w momencie otwarcia odpowiednio zastawki aorty lub pnia płucnego. Zależy ono wprost od ciśnienia rozkurczowego panującego w aorcie lub pniu płucnym, od objętości komory, czyli promienia jej krzywizny i grubości jej ściany, zgodnie ze wspomnianym wyżej prawem Laplace’a. Obciążenie następcze można określić jako opór mechaniczny, który musi pokonać komora w celu wyrzucenia krwi do tętnicy głównej. W warunkach prawidłowych istnieje kilka mechanizmów regulujących objętość krwi przepompowywanej przez serce w jednostce czasu w zależności od potrzeb organizmu.
Zwiększony powrót żylny powoduje napełnianie komór serca większą ilością krwi (większe obciążenie wstępne), co zwiększa rozciągnięcie i napięcie włókien mięśniowych i zgodnie z prawem Franka-Starlinga [4] wywołuje silniejszy skurcz i większy wyrzut krwi. Drugim ważnym mechanizmem regulującym jest zmiana częstości pracy serca - szybszy rytm serca może przyczynić się do znacznego wzrostu pojemności minutowej, obserwowanego np.
podczas wysiłku fizycznego. Obciążenie następcze zależy głównie od stanu rozszerzenia łożyska naczyń tętniczych i objętości krwi krążącej, i wymaga wygenerowania odpowiedniej siły skurczu komory. Zachowanie właściwej proporcji między obciążeniem wstępnym a następczym, a także dostosowanie siły i częstotliwości skurczów mięśnia sercowego warunkuje wydajność pracy serca.
1 Ciśnienie „zaklinowania” w kapilarach płucnych (PCWP - pulmonary capillary wedge pressure) - mierzone jest podczas cewnikowania prawych jam serca najczęściej cewnikiem Swana i Ganza wprowadzanym do najmniejszych rozgałęzień tętnicy płucnej, aż do jego zaklinowania. Przyjmuje się, że wartość PCPW odzwierciedla ciśnienie w kapilarach płucnych [3].
Mięsień sercowy składa się z kilku warstw włókien mięśniowych ułożonych pod różnym kątem wobec siebie [5]. Obecnie przyjmuje się model trójwarstwowy, który wyodrębnia:
- zewnętrzną warstwę skośną - o lewoskrętnym układzie włókien pod kątem -60 stopni (patrząc od strony ściany przedniej)
- okrężną warstwę środkową, której włókna przebiegają pod kątem 0 stopni
- wewnętrzną warstwę podłużną, z prawoskrętnym układem włókien pod kątem ok.
80 stopni.
Skomplikowana budowa anatomiczna mięśnia sercowego, zwłaszcza lewej komory przekłada się na złożoną funkcję skurczowo-rozkurczową serca. Poszczególne warstwy odpowiadają za inne składowe skurczowej i rozkurczowej pracy lewej komory. Okrężna warstwa środkowa powoduje zmniejszenie wymiaru poprzecznego lewej komory, natomiast wewnętrzna warstwa podłużna i w mniejszym stopniu także zewnętrzna warstwa skośna odpowiada za skrócenie wymiaru podłużnego lewej komory w czasie systole.
Zaobserwowano także, że podstawa serca i koniuszek wykonują względem siebie przeciwstawny ruch okrężny. Z pewnym uproszczeniem można wyjaśnić, że w trakcie skurczu koniuszek wykonuje ruch skrętny przeciwny do wskazówek zegara (patrząc na lewą komorę od strony koniuszka), natomiast podstawa serca wykonuje ruch skrętny zgodny z ruchem wskazówek zegara. Całość opisanego mechanizmu kurczenia się lewej komory przypomina ruch „wyżymania” i zapewnia bardziej efektywne tłoczenie krwi do układu tętniczego. Podczas rozkurczu zachodzi odwrotna sekwencja zdarzeń, począwszy od przeciwskrętnego ruchu okrężnego koniuszka i podstawy serca względem siebie (o odwrotnych kierunkach niż w skurczu), zaczynającego się już w fazie izowolumetrycznego rozkurczu. Skomplikowany mechanizm rotacyjny lewej komory udało się nieco dokładniej poznać po wprowadzeniu do diagnostyki kardiologicznej sercowego rezonansu magnetycznego z funkcją tzw. tagowania tkankowego [6] oraz po opracowaniu metody śledzenia markerów akustycznych w echokardiografii (speckle-tracking echocardiography, STE) [7].
1.2. Wybrane parametry hemodynamiczne lewej komory serca i ich rola w