Patofyziologie cirkulace

Funkce cirkulace Dostatečná perfuze k zajištění dodávky kyslíku dodávky živin odstranění zprodin a oxidu uhličitého další funkce Pumpa /srdce/ a systém elastických trubic

Některé termíny z fyziky W = F.d = F.d.S/S= F/S. d.S= p.V P = W / t = p. V/ t = p.Q Ohmův zákon: U = R.I R = U/I Pro laminární proudění trubicí platí: Δp = R . Q = R . S . v R = p/Q Kondenzátor: C = q / U Gumový elastický zásobník (i ve tvaru trubice): C = V / p Q= V/t = S.v

Některé termíny z kardiologie CO =HF x SV (4-8) Srdeční index = CO/povrch těla (2,5 až 4) Ejekční frakce EF = sV/EDV (50-65) PA (20-30, 8-12, 25) PCWP (4-12) MAP (70-100) Preload a afterload

Starlingova rovnováha na kapiláře

Osmotický tlak P1 > = P2 = C1 > C2 [H2O]1 < [H2O] 2 = souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic P1 > = P2 = C1 > C2 H2O Voda tvoři v organismu základní prostředí, v němž je rozpuštěno množství dalších solutů - zhruba na 200 molekul vody připadá jedna molekula solutu. S celkovou koncentrací rozpuštěných částic souvisí osmotický tlak. Jeho podstatu si demonstrujme na jednoduchém příkladě. Uvažujme dva prostory oddělené polopropustnou mebránou, která nepropouští soluty, ale ochotně propouští vodu. V prvním z nich je celková koncentrace solutů (C1) vyšší, než v druhém (C2). Čím větší je koncentrace rozpuštěných částic, tím na daný objem připadá relativně méně molekul vody. V prostoru s celkovou koncentrací solutů C1 je tedy nižší koncentrace vody (vyjádřená v molech/litr roztoku) než v prostoru s celkovou koncentrací solutů C2. V druhém prostoru bude tedy koncetrace vody vyšší. Znamená to tedy, že voda bude mít tendenci difundovat zkrze pro vodu propustné kanálky z tohoto prostředí do prvního prostředí, kde je koncentrace vody nižší - a celková koncentrace solutů vyšší. Přes polopropustnou membránu voda tedy difunduje směrem k prostoru z vyšší celkovou koncentrací solutů a snaží se tak koncentrace solutů v obou prostředích vyrovnat. To je podstata vzniku osmotických tlaků. Osmotický tlak v prostředí s vyšší celkovou koncentrací rozpuštěných látek bude tedy vyšší, než v prostředí s nižší celkovou koncentrací. V našem virtuálním experimentu stoupající tlak v prvním prostoru postupně vytlačuje píst směrem doleva. Přesunem vody do prvního prostoru se však postupně celková koncentrace solutů v tomto prostoru snižuje. V okamžiku, kdy se obě koncentrace solutů vyrovnají, ustane i rozdíl osmotických tlaků, který přesun vody zkrze polopropustnou memebránu pohání. [H2O]1 < [H2O] 2 =

Osmotický tlak souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic vztažených na hmotnost rozpouštědla: osmolalita (mmol/kg rozpouštědla) na objem roztoku: osmolarita (mmol/l roztoku). Hyperosmolalita Hyposmolalita Hyperosmolarita Hyposmolarita H2O Osmotický tlak tedy souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic vztažených na hmotnost rozpouštědla nebo objem roztoku. Pokud hovoříme o celkové koncentraci solutů na hmotnost rozpoštědla - hovoříme o osmolalitě. Při relativním porovnávání pak mluvíme o hyperosmolalitě či hypoosmolalitě. Vyjadřujeme-li celkovou koncentraci vyjádřenou na objem roztoku, pak mluvíme o osmolaritě, případně o hyper a hypo osmolaritě. Pojmy osmolalita a osmolartita je nutno rozlišovat, nic to však nemění na podstatě osmotických procesů: voda zkrz membránu, která je propustná pro vodu a nikoli pro soluty, se snaží přecházet z prostředí s nižší osmolalitou, resp. osmolaritou do prostředí s vyšší osmolalitou, resp. osmolaritou. H2O H2O H2O H2O H2O H2O

Isotonické prostředí H20 H20 290 ± 10 mmol/l Buňka Gradient hydraulických tlaků onkotických tlaků Gradient H20 H20 Céva Intersticium

pohyb filtrátu Intersticiální tekutina arteriola venula kapilára Lymfatická drenáž pohyb filtrátu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

Hromadění filtrátu v intersticiu Intersticiální tekutina arteriola Lymfatická drenáž Hromadění filtrátu v intersticiu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Zvýšení hydrostatického gradientu Městnání při kardiální insuficienci Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

Zvýšení protitlaku intersticia Lymfatická drenáž Zvýšení protitlaku intersticia Otok Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Zvýšení hydrostatického gradientu Městnání při kardiální insuficienci Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

Základní měření na srdci Nitrokomorový tlak (pravá komora) Nitrokomorový tlak (levá komora) Žilní rezervoár Regulovatelný odpor Přetlaková komůrka Průtokoměr Arteriální tlak Objemy komor Centrální žilní tlak Srdce

Co je správně?

nitrokomorový tlak plnící tlak objem komory

Stejný systolický objem Vyšší energetická náročnost Menší ejekční frakce

Izometrické svalové napětí Délka svalu Délka sarkomery

Izovolumická maxima Stimulace sympatiku nebo vliv katecholaminů Nitrokomorový tlak Selhávající srdce Diastolické plnění Objem komory

Nitrokomorový tlak Objem komory Izotonická maxima Izotonická maxima Diastolické plnění Objem komory

Nitrokomorový tlak Objem komory Izovolumický stah Izotonický stah Izovolumická maxima Izovolumický stah Izotonická maxima Auxotonické stahy Diastolické plnění Izotonický stah Objem komory

Systolická tlakově-objemová práce Nitrokomorový tlak Objem komory Izovolumická maxima Telediastolický objem Izotonická maxima afterload Diastolické plnění Systolický objem Diastolická tlakově-objemová práce preload Systolický reziduální objem Objem komory

Zvýšený preload... …zvýší minutový objem. Nitrokomorový tlak Izovolumická maxima Izotonická maxima Systolický objem Diastolické plnění Systolický objem Zvýšený preload... Objem komory …zvýší minutový objem.

Snížený preload... …sníží minutový objem. Nitrokomorový tlak Izovolumická maxima Izotonická maxima Syst. objem Diastolické plnění Systolický objem Snížený preload... Objem komory …sníží minutový objem.

Katecholaminy zvýší systolický objem Nitrokomorový tlak Izovolumická maxima Posunutá izovolumická maxima Katecholaminy zvýší systolický objem katecholaminy Izotonická maxima Systolický objem Diastolické plnění Systolický objem …ale přitom nezvýší preload Objem komory

... zvýší se ale preload Zvýšení „afterloadu“ nezmění systolický objem Nitrokomorový tlak Izovolumická maxima Zvýšení „afterloadu“ nezmění systolický objem Zvýšení „afterloadu“ Izotonická maxima Syst. objem Syst. objem Diastolické plnění Systolický objem ... zvýší se ale preload Objem komory

... že se při tom nezvýší preload Nitrokomorový tlak Izovolumická maxima Katecholaminy zajistí… katecholaminy Posunutá izovolumická maxima Zvýšení „afterloadu“ nezmění systolický objem Zvýšení „afterloadu“ Izotonická maxima Syst. objem Diastolické plnění Systolický objem ... že se při tom nezvýší preload Objem komory

ESPVR Nitrokomorový tlak Objem komory Izovolumická maxima =end systolic pressure volume relationship Izotonická maxima Syst. objem Diastolické plnění Systolický objem Objem komory

Jednoduchý simulátor srdce heart simulator http://www.columbia.edu/itc/hs/medical/heartsim/ username: heartsim password: heartuser

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Minutový objem srdeční Frank-Starlingův zákon Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Tlak na konci diastoly

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Tlak na vstupu Průtok Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu)

Základní vlastnosti cév

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Odpor arteriol a kapilár

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak Odpor arteriol a kapilár objem

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak Odpor arteriol a kapilár objem

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak Odpor arteriol a kapilár objem

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak Odpor arteriol a kapilár objem

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak Odpor arteriol a kapilár objem

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P C1 C2 Odpor arteriol a kapilár V objem V0 Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P C1 < C2 Odpor arteriol a kapilár dV1 dP dV2 V objem V0 dV1/dP< dV2/dP Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P C1 < C2 Odpor arteriol a kapilár V objem V0 dV1/dP< dV2/dP Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné arterie Tlak na vstupu Průtok Pružné vény Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) tlak P C1 < C2 Odpor arteriol a kapilár V objem V0 dV1/dP< dV2/dP Poddajnost C=dV/dP

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Odpor arteriol a kapilár

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q=0 Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Odpor arteriol a kapilár

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q=0 Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Odpor arteriol a kapilár

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q=0 Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Odpor arteriol a kapilár

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q=0 Pružné arterie Pružné vény Pa = Pm Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Pv = Pa = Pm Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pm – „mean circulatory pressure“ střední (rovnovážný) cirkulační tlak Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Pv=0 Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q už nemůže stoupat Pružné arterie Pružné vény Pv< 0 Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné vény kolabují Pv Pv<0 Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q=0 Pružné arterie Pružné vény Pa = Pm Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Pv= Pm Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pv Pv=0 Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Průtok Q už nemůže stoupat Pružné arterie Pružné vény Pa Srdce je pumpa řízená svým přítokem (resp. tlakem na jejím vstupu) Pružné vény kolabují Pv Pv<0 Q Odpor arteriol a kapilár Pm Pv

Minutový objem srdeční Tlak na konci diastoly

Minutový objem srdeční Zvýšení perif. odporu Tlak na konci diastoly

nebo snížení poddajnosti (zvýšením žilního tonusu) Minutový objem srdeční Zvýšení objemu krve nebo snížení poddajnosti (zvýšením žilního tonusu) Zvýšení perif. odporu Tlak na konci diastoly

Srdce + Cévy = Celý oběh

Minutový objem srdeční Tlak na konci diastoly Frank-Starlingova křívka Venózní (plnící) křívka Tlak na konci diastoly

3. Objem cirkulující krve 2. Periferní odpor Minutový objem srdeční 1. Inotropie myokardu Frank-Starlingova křívka 3. Objem cirkulující krve 2. Periferní odpor Venózní (plnící) křívka 4. Změna poddajnosti (změnou tonusu) Tlak na konci diastoly

Minutový objem srdeční diuretika insuficience kardiotonika Zvětšení objemu cirkulující krve, vasokonstrikce Zvýšení tlaku na konci diastoly: !edém plic, otoky Tlak na konci diastoly

Minutový průtok preload Snížení objemu vasokonstrikce zvýšení inotropie a frekvence Hypovolemický šok preload

Minutový průtok preload Snížení inotropie vasokonstrikce venokonstrikce zvýšení objemu Kardiogenní šok preload

Minutový průtok preload Snížení periferního odporu zvýšení inotropie a frekvence snížení objemu Distribuční šok preload

Nejjednodušší model cirkulace Starlingova křivka (srdce je řízeno přítokem) Q = KL * PVP Q = KR * PVS Ohmův zákon Q = (PAS - PVS)/RSyst Q = (PAP - PVP)/RPulm Poddajnost cév vzhledem k náplni VB = V0 + VAS + VVS + VAP + VVP VAS = CAS * PAS VVS = CVS * PVS VVP = CAP * PVP VAP = CVP * PAP RPulm PAP PVP VAP VVP CAP CVP KR KL Q PVS VVS PAS CVS VAS CAS V0 Blood Volume - VB RSyst

Nejjednodušší model cirkulace Starlingova křivka (srdce je řízeno přítokem) Q = KL * PVP Q = KR * PVS Ohmův zákon Q = (PAS - PVS)/RSyst Q = (PAP - PVP)/RPulm Poddajnost cév vzhledem k náplni VB = V0 + VAS + VVS + VAP + VVP VAS = CAS * PAS VVS = CVS * PVS VVP = CVP * PVP VAP = CAP * PAP RPulm = 1,79 torr/l/min PAP 15,02 torr PVP 5 torr VAP 0, 1 l VVP 0,4 l CAP = 0,00667 l/torr CVP = 0,08 l/torr KR = 2,8 l/min/torr PAS 100 torr KL = 1,12 l/min/torr Q 5,6 l/min PVS 2 torr VVS 3,5 l VAS 1 l CVS = 1,750 l/torr CAS = 0,01 l/torr V0 = 0,6 l Blood Volume: VB = 5,6 l RSyst = 17,5 torr/l/min