Rozdział ten jest istotny dla Sekcji G2(ii) Syllabusa Podstawowego CICM 2017, który prosi kandydata na egzamin o „zdefiniowanie składników i determinantów rzutu serca”. W szczególności rozdział ten koncentruje się na kurczliwości serca, zapomnianym i ignorowanym elemencie. W przeciwieństwie do obciążenia następczego i wstępnego, kurczliwość pojawiła się tylko raz na egzaminie, a było to w pytaniu 4 z drugiej pracy z 2012 roku. „Krótko scharakteryzuj dP/dT, zależność ciśnienia końcowoskurczowego od objętości (ESPV) oraz frakcję wyrzutową (EF)” – pytano. I „zdefiniuj kurczliwość mięśnia sercowego”.
Zaliczenie wyniosło 13,6%.
Bez schodzenia na najniższy poziom dyskursu, po krótkiej przerwie i kilku głębokich oddechach, autor mógł spokojnie przyznać, że chociaż nie ma uczciwego sposobu na przetestowanie wiedzy stażysty na temat definicji, która nie istnieje, to nadal prawdopodobnie rozsądnie jest ustalić, czy rozumie on otaczające go pojęcia na tyle dobrze, aby połączyć je podczas pytania krótkiej odpowiedzi. To działa jak swego rodzaju test IQ, odpowiednik ćwiczenia z rotacji umysłowej. Jeśli jesteś w stanie zsyntetyzować dobrą definicję w tak krótkim czasie, musisz mieć sporą wiedzę z zakresu fizjologii oraz pewną siebie, szybką myśl, która byłaby cenna na oddziale intensywnej terapii.
Podsumowując:
- Kurczliwość to zmiana w szczytowej sile izometrycznej (ciśnienie izowolumetryczne) przy danej początkowej długości włókna (objętość końcoworozkurczowa).
- Fizjologiczne determinanty kurczliwości obejmują:
- Obciążenie wstępne:
- Zwiększanie obciążenia wstępnego zwiększa siłę skurczu
- Szybkość wzrostu siły skurczu na każdą daną zmianę obciążenia wstępnego zwiększa się wraz z większą kurczliwością
- Wyraża się to zmianą nachylenia zależności ciśnienia końcoworozkurczowego od objętości (ESPVR)
- Obciążenie następcze (efekt Anrepa):
- Zwiększone obciążenie następcze powoduje zwiększenie objętości końcowoskurczowej
- Zwiększa to rozciągnięcie sarkomerów
- Prowadzi to do zwiększenia siły skurczu
- Częstość akcji serca (efekt Bowditcha):
- Przy wyższych częstościach akcji serca mięsień sercowy nie ma czasu na wydalenie wapnia wewnątrzkomórkowego, więc gromadzi się on, zwiększając siłę skurczu.
- Kurczliwość zależy również od:
- Wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia w miocycie
- Katecholaminy: zwiększają wewnątrzkomórkowe stężenie wapnia w mechanizmie pośredniczonym przez cAMP, działając na wolne, bramkowane napięciem kanały wapniowe
- Dostępność ATP (np. niedokrwienie): ponieważ sekwestracja wapnia w sarkolemmie jest procesem zależnym od ATP
- Wapń zewnątrzkomórkowy – jego dostępność jest niezbędna do skurczu
- Temperatura: hipotermia zmniejsza kurczliwość, co jest związane z zależnością ATPazy miozynowej od temperatury oraz zmniejszonym powinowactwem receptorów katecholaminowych do ich ligandów.
- Miary kurczliwości obejmują:
- ESPVR, który opisuje maksymalne ciśnienie, jakie może być wytworzone przez komorę przy danej objętości LV. Nachylenie ESPVR zwiększa się wraz ze wzrostem kurczliwości.
- dP/dT (lub ΔP/ΔT), zmiana ciśnienia w jednostce czasu. W tym kontekście jest to maksymalna szybkość zmiany ciśnienia w lewej komorze w okresie skurczu izowolumetrycznego. Parametr ten jest zależny od obciążenia wstępnego, ale minimalnie wpływa na niego prawidłowe obciążenie następcze.
Istnieje kilka dobrych źródeł, które pomogą czytelnikowi przebrnąć przez ten problematyczny temat. Muir & Hamlin (2020) przedstawiają znakomite spojrzenie z lotu ptaka na główne problemy stojące przed każdym, kto próbuje zdefiniować i określić ilościowo kurczliwość mięśnia sercowego. Dla autora miało to wartość dzięki temu samemu mechanizmowi, co wizyta w grupie wsparcia, w tym sensie, że normalizowało uczucia frustracji i dezorientacji jako naturalną reakcję na ten temat. Wszyscy jesteśmy tu z tego samego powodu, zdawali się mówić inni autorzy.
Definicja kurczliwości
Niezrażeni brakiem naukowego konsensusu w tej sprawie, egzaminatorzy wydają się podawać własną definicję kurczliwości w zaskakująco obszernych uwagach do pytania 4 z drugiego papieru z 2012 roku:
„Kurczliwość reprezentuje wydajność serca przy danym obciążeniu wstępnym i następczym. Jest to
zmiana szczytowej siły izometrycznej (ciśnienia izowolumetrycznego) przy danej początkowej długości włókien (końcowej
objętości rozkurczowej).”
Definicja ta ma swoje źródło w Berne & Levy’ego (str. 250 wydania 4), w tym sensie, że została stamtąd splagiatowana dosłownie:
„Contractility represents the performance of the heart at a given preload and afterload and at constant heart rate. Contractility may be determined experimentally as the change in peak isometric force (isovolumic pressure) at a given initial fibre length (end-diastolic volume)”
And you know this is an official definition because in the original textbook it appears in shouty all-caps. Chociaż Berne & Levy nie znajduje się na oficjalnej liście lektur dla CICM część pierwsza, wpis dotyczący kurczliwości w Pappano & Weir (str.78 wydania 10) jest identyczny, bezpośrednia kopia i wklej. Tak więc, albo ta definicja jest szczególnie dobra, albo redaktorzy są szczególnie leniwi. W obu przypadkach, wydaje się, że stażyści muszą zapamiętać tę konkretną definicję dla podstawowego.
Jak ze wszystkim innym w zaskakującym wymiarze piekła fizjologii wyjścia serca, kurczliwość ma kilka innych definicji, z których żadna nie jest wyraźnie lepsza od siebie. Vincent & Hall (2012) daje nam to:
„Kurczliwość mięśnia sercowego może być zdefiniowana jako rozwinięte napięcie i prędkość skracania (tj. „siła” skurczu) włókien mięśnia sercowego przy danym obciążeniu wstępnym i następczym. Reprezentuje ona unikalną i wewnętrzną zdolność mięśnia sercowego do generowania siły, która jest niezależna od zastosowanego obciążenia lub rozciągnięcia.”
Oszołomiony brakiem postępu w tej dziedzinie w ciągu ostatnich dwustu lat, Muir & Hamlin (2020) wycofał się do etymologii:
„Dosłownie zdefiniowany termin skurcz sugeruje, że coś stało się mniejsze, skurczone lub skrócone. Dodanie przyrostka „ility” sugeruje jakość tego procesu.”
Cardiovascular Hemodynamics przez Anvaruddin et al (2013), w doskonałym sidestep pytania, zamiast tego zdecydował się zdefiniować kurczliwość w kategoriach tego, co to nie jest:
„Contractility describes the factors other than heart rate, preload, and afterload that are responsible for changes in myocardial performance.”
Ta definicja pojawia się również w części pierwszej, co stawia ją na kolejnym najwyższym piedestale tuż poniżej definicji egzaminatorów CICM. Tak czy inaczej, można by oczywiście kontynuować tę sarkastyczną autopsję podręczników jeszcze przez kilka akapitów, ale rosnący stos poplątanych definicji nie przyniósłby żadnej satysfakcji autorowi, a już na pewno żadnego dodatkowego zrozumienia czytelnikowi. Poza utrwaleniem w pamięci definicji egzaminatorów CICM nie można sformułować żadnych użytecznych zaleceń.
Determinanty kurczliwości
Po przeczesaniu literatury stało się jasne, że Penefsky (1994) jest najbardziej użytecznym źródłem informacji na ten temat, ponieważ wszystkie parametry wpływające na obciążenie następcze są ułożone przez autora w logiczny wzór. Podjęto wyraźne wysiłki w celu stworzenia pewnego rodzaju związku pojęciowego między czynnikami makroskopowymi, które wpływają na działanie układu sercowo-naczyniowego jako całości, a czynnikami mikroskopowymi, które wpływają na działanie preparatów komórkowych.
Właściwości układu sercowo-naczyniowego, które wpływają na kurczliwość to:
- Preload
- Afterload
- Heart rate
Biochemiczne i komórkowe czynniki, które wpływają na kurczliwość to:
- Stężenie wapnia
- Katecholaminy i autonomiczny układ nerwowy
- DostępnośćATP (np. niedokrwienie)
- Wapń zewnątrzkomórkowy
- Temperatura
Wpływ obciążenia wstępnego na kurczliwość
Obciążenie wstępne jest głównym czynnikiem determinującym skurcz. Stopień rozciągnięcia sarkomerów na samym końcu rozkurczu jest ważnym czynnikiem w określaniu siły skurczu, jak możemy sobie przypomnieć z zależności Franka-Starlinga. Im większa objętość, tym większa siła skurczu, dopóki po przekroczeniu pewnego punktu rozciągnięcie sarkomerów nie stanie się zbyt
Ale to jest siła skurczu. A co z kurczliwością, „jakością tego procesu” skurczu? Ona również się zmienia, w przewidywalny sposób. Obciążenie objętościowe (bolus z około 250-600ml płynu Hartmanna) zwiększyło kurczliwość komór u psów w badaniu Mahlera i wsp. (1975) o około 11% (mierzono ją za pomocą dP/dT, co jest omówione później).
Jednakże, to nie jest najbardziej interesujący lub egzamin-punktujący element tego. Zmiany w kurczliwości zmieniają relację między ciśnieniem komorowym a objętością komory. I w tym momencie jesteśmy zmuszeni do omówienia pętli ciśnieniowo-objętościowych LV.
Pętla ciśnieniowo-objętościowa jako urządzenie narracyjne
Dla wyjaśnienia związku między kurczliwością a obciążeniem wstępnym użycie pętli ciśnieniowo-objętościowych jest nieuniknione ze względu na niektóre stwierdzenia egzaminatorów z college’u. Zaczynali od czegoś raczej niezobowiązującego, jak „diagram pętli ciśnieniowo-objętościowej jest bardzo pomocny przy opisie ESPV”, ale kończyli agresywnym ostrzeżeniem, że „brak diagramu (prawidłowo oznaczonego i wyskalowanego) był słabą stroną wielu odpowiedzi”. Krótko mówiąc, wyraźnie potrzebujesz tego diagramu, aby Twoja odpowiedź została wysoko oceniona. Po prawidłowym oznaczeniu i przeskalowaniu pętla ciśnieniowo-objętościowa LV wygląda trochę tak:
Nie uprzedzając treści całego rozdziału poświęconego pętlom PV, omówienie pętli PV skupi się tutaj głównie na ich zastosowaniu do opisu kurczliwości, a w szczególności jej zmian wraz z obciążeniem wstępnym i następczym.
Zależność ciśnienie końcowoskurczowe-objętość (ESPVR)
Szczególne zastosowanie pętli PV w omawianiu kurczliwości mięśnia sercowego ma na celu opisanie zmiany ciśnienia końcowoskurczowego wraz ze wzrostem objętości końcoworozkurczowej. Zależność ta, określana skrótowo jako ESPVR, opisuje maksymalne ciśnienie końcoworozkurczowe, które można osiągnąć przy danej objętości.
Jak to się ma do kurczliwości? No cóż:
- W miarę zwiększania obciążenia wstępnego (tutaj reprezentowanego przez objętość końcoworozkurczową), ciśnienie krwi wzrasta.
- Wzrasta zarówno ciśnienie skurczowe, jak i rozkurczowe.
- Tym samym, zastawka aortalna zamyka się przy wyższym ciśnieniu
- To wyższe ciśnienie na końcu skurczu oznacza, że objętość końcoworozkurczowa jest również wyższa
- Tym samym, punkt ciśnienia i objętości końcoworozkurczowej (i reszta pętli) jest przesunięta w prawo
Tak więc, gdybyś miał wykreślić pętlę kilka razy przy różnych warunkach objętości końcoworozkurczowej, punkt ciśnienia i objętości końcoworozkurczowej migrowałby na północny wschód:
Zależność tych punktów ciśnienie-objętość końcoworozkurczowa można wykreślić jako linię, która jest zależnością ciśnienie-objętość końcoworozkurczowa (ESPVR):
Więc…. dobra historia, ale znowu, jak to się ma do dyskusji o kurczliwości?
Podobnie:
Im bardziej „kurczliwa” komora, tym większa zmiana ciśnienia przy danym poziomie obciążenia wstępnego. Ergo, nachylenie linii ESPVR opisuje kurczliwość, a przynajmniej to, jak kurczliwość wpływa na odpowiedź na zmiany objętości LV.
Czytelnik dobrze zaznajomiony z tradycjami Deranged Physiology będzie na tym etapie zastanawiał się, kiedy autor spróbuje poprzeć tę teorię poprzez wydobywanie wyników eksperymentalnych jakiejś obrzydliwej wiwisekcji. Tak więc, oto zapis pętli ciśnieniowo-objętościowych przy różnych objętościach komór, pochodzący od Kass i wsp. (1986), którzy uchwycili te dane z komór psa. Jeden zestaw demonstruje efekty blokady autonomicznej (za pomocą chlorku heksametonium), a drugi efekty dobutaminy.
Więc, ESPVR wydaje się być dobrą zastępczą miarą kurczliwości. Jednak nie jest on doskonały:
- Nachylenie ESPVR zmniejsza się stopniowo wraz ze wzrostem wielkości komory, przy czym zmiana ta nie musi wskazywać na zmianę kurczliwości (Nakano i wsp., 1990)
- Bezpośredni pomiar in-vivo w tym zakresie jest utrudniony przez fakt, że, podczas obciążenia wstępnego, w odpowiedzi na zwiększony rzut serca baroreceptory i receptory rozciągania zmniejszyłyby częstość akcji serca, a tym samym kurczliwość, zaciemniając prawdziwą zależność
Oczywiście, ESPVR nie jest jedynym sposobem reprezentowania kurczliwości. Mnogość innych metod jest możliwa z powodu braku uzgodnionej definicji. To ładnie przechodzi w…
Mierniki kurczliwości
Tak, jest ich kilka. Najczęstsze z nich to:
- ESPVR, jak omówiono powyżej; związek kurczliwości z wpływem obciążenia wstępnego na ciśnienie końcowoskurczowe LV.
- Frakcja wyrzutowa, stosunek objętości wyrzutowej do objętości końcoworozkurczowej wyrażony w procentach. Jest to w zasadzie SV/EDV ×100.
- Odkształcenie mięśnia sercowego (Abraham & Nishimura, 2001)
- Średnia prędkość skracania włókien (Vcfc; Karliner i wsp., 1971)
- dP/dT, maksymalna szybkość zmiany ciśnienia w LV, która jest tematem następnego punktu:
dP/dT jako miara kurczliwości
DP/dT (lub ΔP/ΔT) to zmiana ciśnienia w jednostce czasu. Konkretnie, w tym przypadku jest to maksymalna szybkość zmiany ciśnienia w lewej komorze podczas skurczu izowolumetrycznego:
To nie jest źle, jeśli chodzi o miarę kurczliwości. Bardziej „kurczliwa” komora powinna kurczyć się lepiej (mocniej, szybciej, silniej) i ten parametr odzwierciedli to w krótszym skurczu izowolumetrycznym lub wyższym ciśnieniu osiągniętym w tym samym czasie. Podobnie, słaba, bezużyteczna komora będzie potrzebowała więcej czasu, aby osiągnąć niższe ciśnienie, więc tak to wygląda:
Oczywiście, kurczliwość nie jest tak prosta i parametr ten ma swoje wady. Zapożyczając od Masona (1969):
- dP/dT jest zależne od zmian ciśnienia rozkurczowego w tętnicy, tzn. podwyższone ciśnienie rozkurczowe powoduje wzrost szczytowego dP/dT.
- dP/dT zależy od częstości akcji serca, co oznacza, że nie można ocenić działania inotropu, jeśli ma on również działanie chronotropowe.
Więc na dP/dT wpływają pewne główne parametry hemodynamiczne, które trudno kontrolować. Jest on daleki od doskonałości i prawdopodobnie najmilszą rzeczą, jaką można o nim powiedzieć, jest to, że „zmiany w maksymalnym dp/dt mogą i często odzwierciedlają zmiany w kurczliwości mięśnia sercowego” (Wallace i wsp., 1963).
W odpowiedzi na pytanie 4 z drugiej pracy z 2012 roku egzaminatorzy wspomnieli, że parametr ten jest zależny od obciążenia wstępnego i niezależny od obciążenia następczego. Skąd się wzięło to stwierdzenie? Cóż, wydaje się, że jest to logiczny wynik zastosowania skurczu izowolumetrycznego jako okresu dT. Rozważmy: większość definicji obciążenia następczego w takim czy innym stopniu uwzględnia ciśnienie aortalne (lub twierdzi, że obciążenie następcze to ciśnienie aortalne). Jednak w okresie skurczu izowolumetrycznego zastawka aortalna pozostaje zamknięta. Tak więc, argumentują, jak dP/dT może być dotknięte przez afterload, jeśli jest obserwowane zanim afterload ma swój wpływ na LV?
Ta linia rozumowania jest nieco podejrzana. Po pierwsze, aortalne ciśnienie rozkurczowe jest zdecydowanie czynnikiem wpływającym na dP/dT i jest ono z pewnością związane z afterload. Trzeba też wziąć pod uwagę, że dP/dTmax (czyli maksymalne nachylenie krzywej, najbardziej stroma styczna) może być obserwowane na pewnym etapie po otwarciu się zastawki aortalnej.
Jakie są więc dowody doświadczalne? Aby przetestować te pomysły, Quiñones et al (1976), ponieważ był to 1976, byli w stanie przekonać pacjentów ambulatoryjnych do posiadania ogromnych bolusów angiotensyny. Szczytowe naprężenie ściany wzrosło o 44%, ale dP/dT prawie nie drgnęło (zmiana wyniosła 2,5%). Podobnie Kass i wsp. (1987) stwierdzili, że dP/dT nie różniło się zbytnio w zakresie wysokich wartości obciążenia następczego, stając się zależne od obciążenia następczego tylko wtedy, gdy obciążenie następcze było wyjątkowo niskie (tj. gdy ciśnienie rozkurczowe w aorcie było tak niskie, że maksymalna wartość dP/dT była obserwowana długo po otwarciu zastawki aortalnej). Podsumowując, można powiedzieć, że w normalnym zakresie wartości obciążenia następczego, dP/dT powinno być względnie niezależne od obciążenia następczego. Co będzie stanowiło pewien problem dla jego jakości jako miary kurczliwości, ponieważ na kurczliwość wyraźnie wpływa obciążenie następcze.
Wpływ obciążenia następczego na kurczliwość (efekt Anrep)
Obciążenie następcze wpływa na kurczliwość. Jest to rzecz znana. Gleb von Anrep wykrył to w 1912 roku po zaciśnięciu aorty u psa, chociaż nie miał pojęcia, na co patrzy. Serce, przy nagłym wzroście obciążenia następczego, wyraźnie i natychmiast zwiększyło siłę skurczu – a potem stopniowo, jeszcze bardziej, w ciągu kolejnych minut. Oto nagranie tego, jak to wygląda, wykonane przez Cingolani et al (2013) z mięśnia brodawkowatego szczura, którego torturowali:
Mechanizm stojący za gwałtowną fazą wzrostu to czysty Frank-Starling:
- Zwiększone obciążenie następcze powoduje wzrost objętości końcowoskurczowej
- To zwiększa rozciągliwość sarkomerów
- To prowadzi do wzrostu siły skurczu
Potem następuje stopniowy pełzający wzrost wapnia wewnątrzkomórkowego, napędzany głównie przez wpływy neurohormonalne. Cingolani et al (2013) przechodzą przez to w dużo większej ilości szczegółów niż nawet cierpliwy czytelnik by tolerował. W skrócie mamy do czynienia ze zwiększoną aktywnością wymiennika Na+/Ca2+ z powodu związanego z aldosteronem wychwytu wewnątrzkomórkowego sodu, a przemawia za tym fakt, że ten wzrost kurczliwości został całkowicie zablokowany przez eplerenon.
Wpływ częstości akcji serca na kurczliwość (efekt Bowditcha)
Wybitni autorzy nazwali to również zjawiskiem Treppe, zjawiskiem klatki schodowej (treppe to niemieckie słowo oznaczające klatkę schodową) oraz aktywacją zależną od częstotliwości. Podobnie jak w przypadku efektu Anrep, wszystko sprowadza się do posiadania większej ilości wapnia w miocytach, co jest ostatecznym wspólnym szlakiem dla wszystkich wzrostów kurczliwości. Na poziomie podstawowym, mechanizm jest następujący:
- Skurcz miocytów jest konsekwencją znacznego napływu wapnia do miocytów
- Relaksacja jest głównie spowodowana tym, że ten wapń jest wyrzucany z powrotem z komórki, lub ponownie sekwestrowany do sarkolemmy
- To wydalenie wapnia jest procesem chemicznym o skończonym czasie reakcji
- Ergo, przy zwiększonej częstości akcji serca, czas pozostały do usunięcia wapnia jest zmniejszony
- Ergo, pozostały wapń zwiększy kurczliwość miocytów, gdziekolwiek wysoka częstość akcji serca jest utrzymywana.
Do pewnego stopnia, mechanizmy, które zwiększają relaksację ze zwiększoną częstością akcji serca również pomóc w usuwaniu wapnia, ale te walczą z faktem, że wewnątrzkomórkowy wapń moduluje się (np. uwolnienie wapnia z sarkolemy jest wyzwalane przez wewnątrzkomórkowego wapnia).
Więc, jak szybko musisz iść, aby wyprodukować pokaźny efekt Bowditcha w miocytach? Aby wyprodukować ładnie wyglądające, nadające się do publikacji rozmiary efektów, badacze zazwyczaj muszą podkręcić tętno. Tutaj, Haizlip et al stymulowali włókna komory królika z szybkością 240, aby wyprodukować satysfakcjonujący wzrost generowanej siły:
Na tym etapie czytelnik może zauważyć, że jakikolwiek wzrost kurczliwości, który zależy od niedorzecznej częstości akcji serca, musi z pewnością być zrównoważony przez całkowitą porażkę rozkurczowego wypełnienia produkowanego przez taką częstość. Przypomnijmy sobie okrutne badania na ochotnikach podatnych na omdlenia, w których uzyskano objętość wyrzutową 20 ml i ciśnienie skurczowe 50 mmHg przy częstości 200. Krótko mówiąc, chociaż efekt ten jest znanym zjawiskiem i wymaga omówienia w warunkach egzaminacyjnych, większość rozsądnych ludzi przyzna, że ma on minimalną przydatność przy łóżku chorego.
Efekt Woodwortha
To prawdopodobnie również zasługuje na wzmiankę, ponieważ jest to kolejna wersja zjawiska klatki schodowej – a raczej jest to coś, co jest przeciwieństwem klatki schodowej. Zasadniczo, efekt ten opisuje pozytywny efekt inotropowy wydłużonego okresu pomiędzy skurczami – „efekt rekuperacyjny długiej przerwy”, by zapożyczyć słowa od samego Woodwortha (1902). Oto ilustracyjny diagram z oryginalnej pracy Woodwortha, oznaczony odpowiednim efektem.
Tak, to wszystko: wyższy niż normalnie szczyt skurczowy po okresie tachykardii. Ponownie, to jest związane z wapniem. Poprzez płukanie włókien mięśniowych w roztworze pozbawionym wapnia, efekt ten został całkowicie zniesiony przez Hajdu (1969).
Niektórzy autorzy wydają się również przypisywać nazwę „efekt Woodwortha” obserwacji, że bradykardia zwiększa pozorną siłę skurczu, ale w rzeczywistości może to być jedynie efekt lepszego obciążenia wstępnego. We współczesnej literaturze jest bardzo niewiele wzmianek o tym zjawisku.
Wpływ wapnia na kurczliwość
Jego centralna rola w sprzężeniu pobudzenie-skurcz sprawia, że wapń wewnątrzkomórkowy jest ostatecznym wspólnym szlakiem dla działania większości leków inotropowych i czynników fizjologicznych, które wpływają na kurczliwość. Jest to w zasadzie dźwignia, za którą pociągamy, gdy chcemy w ten czy inny sposób zmodyfikować kurczliwość. Podstawy jego centralnej roli w tym procesie są omówione w innym miejscu; dla natychmiastowego przeglądu można skierować się do Eisenera i wsp. (2017). W skrócie:
- Wejście wapnia do miocytów sercowych wyzwala zależne od wapnia uwalnianie wapnia z sarkolemmy
- Wapń wiąże się z troponiną, co skutkuje przesuwaniem się grubych i cienkich filamentów
- Siła skurczu zależy od ilości wapnia związanego z troponiną
- Therefore, głównym czynnikiem, który reguluje siłę skurczu jest poziom wewnątrzkomórkowego wapnia
Z tego wynika, że wewnątrzkomórkowe stężenie wapnia jest wyznacznikiem kurczliwości. Jest to dość pośrednia rzecz do omówienia, ponieważ zazwyczaj nie mierzymy go, nie miareczkujemy naszych interwencji do niego, ani nie myślimy o nim w żadnym sensownym sensie. A jednak ona tam jest. Każda dyskusja na temat kurczliwości serca musi uwzględniać udział wapnia i czynników, które go modyfikują. Które są:
Katecholaminy. Inotropowe działanie katecholamin systemowych i współczulnego układu nerwowego jest pośredniczone przez receptory β-1, które są receptorami sprzężonymi z białkiem Gs. Wynikający z ich aktywacji wzrost cyklicznego AMP zwiększa aktywność kinazy białkowej A, która z kolei fosforyluje kanały wapniowe. Następuje napływ wapnia. Sperelakis (1990) i Rüegg (1998) razem wzięte dają więcej szczegółów niż większość ludzi będzie w stanie obsłużyć, jeśli chodzi o ten aspekt.
Ischaemia. Chociaż zubożenie ATP, który ma wystąpić w przypadku braku tlenu jest wygodny mechanizm do winy za niedokrwienie związane spadek kurczliwości, w rzeczywistości ilość ATP w ostrym niedokrwieniu komórek nie jest zmniejszona na chwilę, podczas gdy kurczliwość cierpi natychmiast. Uważa się, że to upośledzenie funkcji kurczliwej jest spowodowane spadkiem zdolności wapnia wewnątrzkomórkowego do wyzwalania uwalniania większej ilości wapnia z sarkolemmy (Gomez i inni, 2001).
Wapń zewnątrzkomórkowy. Ten wapń – kiedy wlewa się do komórki podczas potencjału czynnościowego – musi skądś pochodzić. Kąpiel komórek w płynie pozbawionym wapnia to pewny sposób na zniesienie wszystkich skurczów. Lang i wsp. (1988) dializowali siedmiu pacjentów z przewlekłą niewydolnością nerek, aby uzyskać różne poziomy wapnia w surowicy i byli w stanie wykazać, że Vcfc (wybrana przez nich miara kurczliwości) zmniejszyła się znacząco wraz z hipokalcemią. W rzeczywistości, związek między poziomem wapnia a kurczliwością wydawał się być liniowy, w etycznie dopuszczalnym zakresie stężeń wapnia.
Wpływ temperatury na kurczliwość
Umiarkowana hipotermia (32-38º C) upośledza kurczliwość i dobrze znany jest proporcjonalny do temperatury spadek rzutu serca. Można by pomyśleć, że jest to coś związanego z receptorami katecholaminowymi, które tracą swoje powinowactwo (i aby być sprawiedliwym, tak właśnie jest), ale w grę wchodzą również inne czynniki. W szczególności, hipotermia powoduje zmniejszenie wrażliwości miofilamentów serca na wapń (Han i in., 2010), a aktywność ATPazy miozyny aktywowanej aktyną serca zmniejsza się (de Tombe i in., 1990).