Aktywność sercowo-naczyniowa 2008/2009 – 20
Tytus Sosnowski
WPROWADZENIE DO PSYCHOFIZJOLOGII
Aktywność sercowo-naczyniowa
REGULACJA AKTYWNOSCI
SERCOWO-NACZYNIOWEJ
Ø aUTOMATYZM SERCA
§ węzeł zatokowo-przedsionkowy (“rozrusznik serca”), generuje rytmiczne skurcze serca »120 skurczów/min,
§ węzeł przedsionkowo-komorowy),
§ pęczek przedsionkowo-komorowy Hisa.
Ø AUTOREGULACJA
· Prawo Starlinga: serce pompuje tyle krwi, ile powraca do niego naczyniami żylnymi
Ø REGULACJA MIEJSCOWA (LOKALNA)
· Lokalny przepływ krwi przez tkanki zależy od intensywności zachodzących tam procesów metabolicznych
· Przepływ przez serce i mózg zależy niemal wyłącznie od mechanizmów lokalnych. Zapewnia to stały przepływ krwi niezależnie od zmian przepływu obwodowego
· Przepływ przez mięśnie szkieletowe: podczas wysiłku fizycznego przeważa regulacja lokalna; w stresie – przeważa wpływ regulacji centralnej.
Ø AUTONOMICZNY UKLAD NERWOWY
UKLAD PARASYMPATYCZNY /przywspółczulny(cholinergiczny: acetylocholina)
– Zmniejsza częstość skurczów mięśnia sercowego (hamuje węzeł zatokowo-przedsionkowy) – ujemny efekt chronotropowy.
– Odruch (feedback) z baroreceptorów zapobiega gwałtownym zmianom ciśnienia krwi: (chwilowy) wzrost ciśnienia w arteriach ® pobudzenie baroreceptorów ® hamowania węzła zatokowo-przedsionkowego ® zmniejszenie częstości skurczów serca + rozszerzenie naczyń ® obniżenie ciśnienia krwi.
– W czasie dużego wysiłku fizycznego lub silnego pobudzenia emocjonalnego (np. podczas reakcji typu: walka/ucieczka) następuje hamowanie odruchu z baroreceptorów. Częstość skurczów serca i ciśnienie krwi mogą wówczas osiągnąć bardzo wysokie wartości.
UKLAD SympatYCZNY / współczulny (adrenergiczny: noradrenalina)
– Działając na receptory beta-adrenergiczne zwiększa częstość (chronotropowy efekt dodatni) i siłę skurczów (inotropowy efekt dodatni) mięśnia sercowego;
– Działając na receptory alfa-adrenergiczne zwęża naczynia tętnicze (® podnosi ciśnienie tętnicze). Włókna współczulne, zwężające naczynia tętnicze pozostają w stałym napięciu tonicznym (włókna rozszerzające należą zarówno do układu sympatycznego jak i parasympatycznego).
– Krążąca z krwią adrenalina oddziałuje podobnie jak pobudzenie przekazywane przez włókna sympatyczne.
Ø CENTRALNY UKŁAD NERWOWY
Wpływ centralnego układu nerwowego widoczny jest w zmianach sercowo-naczyniowych towarzyszących procesom poznawczym i emocjonalno-motywacyjnym a także w zmianach towarzyszących procesom planowania działania.
WSKAŹNIKI AKTYWNOŚCI UKŁADU SERCOWO-NACZYNIOWEGO
CZYNNOŚĆ SERCA
Ø Szybkość pracy serca:
– długość cyklu pracy serca (interbeat interval – IBI, heart period – HP) w ms
– częstość skurczów serca w skurczach (uderzeniach)/min; heart rate (HR) – beats per minute (bpm);
podczas spoczynku HR »70 skurczów/min, podczas wysiłku (zwłaszcza u ludzi młodych) HR może przekroczyć 180 skurczów/min.
Do pomiaru szybkości pracy serca można użyć:– peak detector (rejestruje czas pojawiania się załamków R) – elektrokardiogramu (EKG) – zliczamy załamki R w jednostce czasu;– kardiotachometr;
– pletysmografu (tętno krwi).
Ø Zmienność rytmu serca (heart rate variability – HRV)
Nawet w czasie relaksu rytm serca nie jest stały ale podlega wahaniom o różnej częstotliwości i amplitudzie. Podobnym wahaniom podlegają inne parametry układu sercowo-naczyniowego, np. ciśnienie tętnicze. Najlepiej widoczna jest arytmia oddechowa (respiratory sinus arrhythmia – RSA): przyspieszenie rytmu serca w czasie wdechu i zwolnienie w czasie wydechu.
Analiza spektralna (spectral analysis) zwana też analizą widmową pozwala ujawnić komponenty (składowe) rytmu serca o różnej częstotliwości i obliczyć ich wariancję (moc).
High Frequency (HF): 0,15 – 0,40 Hz (T » 6,67-2,5s)
Low Frequency (LF): 0,04 – 0,15 Hz (T » 25-6,67s) Very Low Frequency (VLF): 0,0033 – 0,04 Hz (T » 300-25s)
Ultra Low Frequency (ULF): < 0,0035 Hz (T > 300s)
Największą amplitudę ma składowa HF, pokrywająca się zazwyczaj z częstotliwością oddechu. HF zależy głownie od układu parasympatycznego. LF jest łącznym efektem aktywności układu sympatycznego i parasympatycznego.
Stwierdzono że umieralność po przebytym zawale serca jest znacznie wyższa u pacjentów o obniżonej HRV. Przypisuje się to zmniejszonemu wpływowi układu parasympatycznego, co prowadzi do nadmiernej kontroli serca przez układ sympatyczny i niestabilności elektrycznej serca.
Aktywność poznawcza prowadzi do przyspieszenia czynności serca i jednocześnie do zmniejszenia jej zmienności (szczególnie w zakresie składowej LF), co interpretuje się jako wskaźnik obciążenia poznawczego.
Ø Objętość wyrzutowa serca (stroke volume – SV): objętość krwi wyrzucanej do naczyń w czasie jednego skurczu każdej z komór serca. Podczas spoczynku SV » 60-100 ml
SV zależy od: – powrotu żylnego (prawo Starlinga); na powrót żylny wpływa pompa mięśniowa i oddechowa
– kurczliwości mięśnia sercowego
Dobrymi wskaźnikami kurczliwości mięśnia sercowego są:
wielkość frakcji wyrzutowej oraz wskaźnik DP/Dt (szybkość narastania ciśnienia komorowego).
Ø Pojemność minutowa serca (cardiac output – CO, Q): ilość krwi pompowanej przez serca w czasie 1 minuty.
Podczas spoczynku CO » 5 litrów/minutę, podczas skrajnego wysiłku CO może przekroczyć 25 l/minutę
Kardiografia impedancyjna (Impedance Cardiography – IC) polega na pomiarze impedancji (oporności) tułowia.
Krew jest lepszym przewodnikiem elektrycznym niż inne tkanki. Wzrost objętości krwi w aorcie głównej po skurczu lewej komory powoduje chwilowy spadek impedancji tułowia. IC pozwala ocenić objętość wyrzutową serca oraz czas trwania poszczególnych faz cyklu pracy serca.
Ciśnienie Tętnicze Krwi
· Skurczowe (systolic blood pressure – SBP). W spoczynku SBP » 120 mm Hg
· Rozkurczowe (diastolic blood pressure – DBP). W spoczynku DBP » 80 mm Hg
· Średnie (mean arterial pressure – MAP).
Przybliżoną wartość MAP można obliczyć wg wzorów: MAP » DBP + 1/3 (SBP–DBP) lub MAP » (SBP + 2 DBP) / 3
MAP = pojemność minutowa serca x całkowity opór obwodowy (total peripheral resistance – TPR)
Pomiar ciśnienia tętniczego
– metoda osłuchowa (nadmuchiwany mankiet, stetoskop,wysłuchiwanie „dźwięków Korotkowa”). – w psychofizjologii problemem jest ciągły, nieinwazyjnypomiar ciśnienia krwi. Jedną z metod takiego pomiaru jestmetoda odciążenia ścianki naczynia opracowana przez Peñaza. Na zasadzie tej działają aparaty FINAPRES i PORTAPRES – pośrednią miarą ciśnienia skurczowego jest czas przejścia fali tętna (puls transit time - PTT)
Przepływ krwi
· szybkość strumienia krwi.
· Czas przejścia fali tętna (pulse transit time – PTT) i szybkość przejścia fali tętna (pulse wave velocity – PWV); PTT i PWV korelują pozytywnie z ciśnieniem skurczowym.
· Wielkość obwodowego przepływu krwi (peripheral blood flow).
Przepływ obwodowy wzrasta stosownie do zapotrzebowania energetycznego tkanek. Relatywnie stały jest natomiast przepływ krwi przez mózg: ~750 ml/min, co stanowi 15% CO.
Zatrzymanie krążenia na 5–10 s powoduje utratę świadomości
a na 3–4 min – nieodwracalne zmiany w mózgu
Bardzo stałe jest również całkowite zużycie energii przez mózg podczas czuwania i to niezależnie od rodzaju podejmowanej aktywności. Mózg (ważący ok. 1,4 kg) zużywa bardzo dużo bo ok. 20% tlenu zużywanego przez cały organizm. Mózg nie jest zdolny do zaciągania długu tlenowego.
Przepływ obwodowy może wzrosnąć:
· mięśnie szkieletowe x 25
· skóra x 10
· przewód pokarmowy x 9
Pletysmografia i fotopletysmografia
Jest to metoda pomiaru zmian przepływu krwi w naczyniach obwodowych
· szybkość tętna = częstość skurczów serca
· amplituda tętna (pulse amplitude) – zmiany fazowe
· zmiany objętości krwi (blood volume) – zmiany toniczne
Zastosowanie pletysmografii
Ogólna zasada: czym większy przepływ krwi przez dany narząd, tym wyższy jest jego metabolizm ® wyższa aktywność (o zasadę oparte są m.in. metody funkcjonalnego obrazowania pracy mózgu).
– Wzrost przepływu krwi przez narządy płciowe i wzrost ich temperatury jest najlepszą metoda badania pobudzenia seksualnego.
– Wykorzystanie pletysmografii do różnicowania OR i DR (Sokołow)
INTERPRETACJA PSYCHOLOGICZNA ZMIAN SERCOWO-NACZYNIOWYCH
· Zmiany TONICZNE, powolne, długotrwałe i mogące osiągać dużą amplitudę, są powodowane wzbudzeniem układu sympatycznego (beta-aderenergicznego)
· zmiany FAZOWE, szybkie lecz krótkotrwałe o niewielkiej amplitudzie, są efektem wzbudzenia układu parasympatycznego
· INTEGRACJA sercowo-somatyczna (cardiac somatic-coupling (integration) – Obrist
Gdy układ sercowo-naczyniowy jest pod kontrolą układu parasympatycznego, praca serca jest ściśle skorelowana ze zmianami pobudzenia układu somatycznego (mięśnie szkieletowe). Przykład: reakcja na bodziec orientacyjny, zadanie na czas reakcji, warunkowanie klasyczne.
Zdaniem Obrista integracja sercowo-somatyczna jest efektem integracji układu sercowo-naczyniowego i somatycznego przez ośrodkowy układ nerwowy.
Mechanizm ZMIAN TONICZNych
· wYMAGANIA METABOLICZNE
W czasie prostego wysiłku fizycznego CO i HR są wysoko i liniowo skorelowane z wydatkiem energii metabolicznej (zużyciem tlenu)
· NADWYŻKA PRACY SERCA (additional cardiac activity) Blix, Stromme & Ursin, 1974; Obrist; Sherwood; Turner.
W warunkach aktywnego radzenie sobie ze stresem i wzbudzenia układu sympatycznego (beta-adrenergicznego), częstość skurczów serca jest wyższa niżby to wynikało z wydatku energii ustroju (mierzonego zużyciem tlenu). Podobną nadwyżkę wykazują też niektóre inne parametry układu krążenia (np. pojemność minutowa serca), stąd mówi się o ...
bioeco