Circulation system

ระบบหมนเวยน

Chapter 5 ระบบไหลเวยนเลอด1. หวใจ - ปม2. ระบบหลอดเลอดแดง -pressure reservoir3. ระบบหลอดเลอดฝอย (Capillaries) -microcirculation4. ระบบหลอดเลอดดา (venous system) -blood reservoir

Central circulation:- heart, aorta + vena cavaPeripheral circulation:- arterial system, capillaries, venous

system

กลไกการไหลของเลอด1. Force (rhythmic contraction of heart)

2. Elastic recoil (arterial system)3. Body movement (squeeze blood vessel)4. Peristaltic contraction (smooth muscle)

ก า ร ไ ห ล เ ว ย น แ บ บ เ ป ด (open circulation)

• การไหลเวยนในสตวไมมกระดกสนหลงสวนใหญเปนแบบเปด – เลอดจากหลอดเลอดถกกรอง (fitration) เขาสโพรงเลอด (hoemocoel) ซงอยระหวางเอกโทเดรมกบเอนโดเดรม

– เรยกเลอดของสตวไมมกระดกสนหลงทมการไหลเวยนแบบเปดวา “ นาเหลองเลอด (hemolymph)”

– ชองวางบรรจเลอดคดเปน 30 เปอรเซนตของปรมาตรรางกายทงหมด– ชองตวแทจรง (eucoelom) เลกมากหรอไมมเลย ชองตวสวนใหญจงเปนโพรงเลอด (hoemocoel)

• การไหลเวยนแบบปด (closed circulation)– หมก

• การ บบเลอดไปเล ยงร างกายไสเดอนดน– อาศยการหดตวแบบบบรด

(peristalsis contraction) ของ หลอดเลอดด านหลง (dorsal vessels) และอาศยการป มของห ว ใจด านข า ง (lateral vessels)

– เลอดไหลจากหลอดเลอดดานหลงไปยงหวใจดานขาง ประมาณปลอง 11-13 และห ล อ ด เ ล อ ด ด า น ท อ งตามลาดบ

• ความดนเลอดสงสด (peak blood pressure)– ในหลอดเลอดดานหลงสงกวาทหลอดเลอดดานทอง 2 เทาเนองจากหลอดเลอดดานบนหดตวแบบบบรด

ความดนเลอด• หนวยวดความดนพาสคล (pascal) ตงขนตามชอนกคณตศาสตร , นกฟสกสและนกปรชญาชาวฝรงเศสชอ แบลส ปาสกาล (Blaise pascal) ค.ศ. 1623-1662ความดนทแตกตางกนระหวาง 2 จดในของเหลว ณ สมดลขณะอยในสนามโนมถวงขนอยกบความหนาแนนของเหลวและความแตกตางความสง

• หนวยพนฐานของแรง ,นวตน, ตงชอเซอรไอแซก นวตน (Sir Isaac Newton) ชาวองกฤษ ค.ศ. 1643-1727 เกดเมอปาสกาลอาย 20 ป

• 1 นวตนเปนแรงทมวล 1 กก. เคลอนทดวยความเรง 1 เมตรตอวนาทและเทากบแรง 105 ไดน (dyne)

• ความดนเปนแรงตอหนวยพนท 1 ปาสกาล (Pa) เทากบ 1 นวตน/เมตร2 หรอเทากบ 10 ไดน/เซนตเมตร2

• ความดน 1 บรรยากาศทระดบนาทะเลเทากบ 101.325 กโลปาสกาล เทากบความดนคอลมนปรอทสง 760 มม. (760 มม.ปรอท)

• 1 ทอร (torr) เทากบ 1 มม.ปรอทท 0 องศาเซลเซยสและความโนมถวงมาตรฐานเทากบ 133.32 ปาสกาล

• ความดนสามารถแสดงในคาของความสงของคอลมนของเหลวใด ๆ กได เชนความดน 1 บรรยากาศเทากบ 9.8 เมตรของเลอด เทากบ 10.32 เมตรของนา เทากบ 10.06 เมตรนาทะเล (ความสงของคอลมนแปรตามความหนาแนนของเหลว)

• ความดนอทกสถต (hydrostatic pressure) หมายถงความดนเนองจากนาหนกคอลมนนาหรอของเหลวใดเทานนเหนอจดวด

• สตวทอาศยในนาทะเลลก 100 เมตรจากผวนาจะสมผสกบความดน 11 บรรยากาศ

• ความดนทแตกตางกนระหวางภายในกบภายนอกหลอดเลอดเรยกวา “transmural BP”

• ความดนหลอดเลอดแดงมนษยปรกตแสดงเปนคาความดนชวงหวใจบบตว (systolic pressure) ตอความดนชวงหวใจคลายตว (diastolic pressure) ปรกต 120/80 มม. ปรอทหรอ 16/10.66 กโลปาสกาล (1 มม.ปรอท เทากบ 0.1333

• การไหลเวยนแบบปดในสตวเลยงลกดวยนม หวใจกลามเนอหวใจประกอบดวยเสนใยกลามเนอ 3 ชนด

1. เซลลกลามเนอหวใจปมไซโนเอเทรยล (sinoatrial node; SA node) หรอปมเอว (AV node)

• ขนาดเลกกวาเซลลกลามเนอหวใจชนดอน เปนเซลลทางานไดเอง ยดหดไดนอยและการนาไฟฟาระหวางเซลลชา

2. เซลลกลามเนอหวใจขนาดใหญสดพบทผวดานในของผนงหวใจหองลาง ยดหดไดนอยแตการนาไฟฟาเรวและเราเซลลหวใจไดทวถง

3. เซลลกลามเนอหวใจขนาดกลาง ยดหดไดมากและประกอบเปนเซลลสวนใหญของหวใจ

• คณสมบตทางไฟฟาของหวใจ• ตวคมจงหวะหวใจ (cardiac pacemaker)

– ปลาอยทไซนสวโนซส (sinus venosus)– สตวมกระดกสนหลงชนดอน อยทปมเอสเอโนด - ประกอบดวยกลมของเซลลกลามเนอหวใจทยดหดไดนอยและขนาดเลกทเซลลทางานไดเอง

- เซลลเหลานอาจเปนกลมเซลลประสาท (neurogenic pacemaker) พบในหวใจสตวไมมกระดกสนหลงมากมาย

- หรออาจเปนกลมเซลลกลามเนอ (myogenic pacemaker) พบในหวใจสตวมกระดกสนหลงหรอสตวไมมกระดกสนหลงบางกลม

ตวควบคมจงหวะหวใจได 2 ประเภท-

1. ตวคมจงหวะหวใจทเกดจากประสาท (neurogenic pacemaker)2. ตวคมจงหวะหวใจทเกดจากกลามเนอ (myogenic pacemaker)

และแบงหวใจสตวออกไดเปน 2 ประเภทดวยกน1. neurogenic heart

• ยงไมมความชดเจนในการจาแนกชนดของหวใจในสตวไมมกระดกสนหลงมากมาย

• แตพบวาในกลม decapod crustaceans เปนชนด neurogenic heart โดยตวคมจงหวะหวใจเปนปมประสาท (cardiac ganglion) ทอยบนหวใจ ปมประสาททหวใจประกอบดวยเซลลประสาท 9 หรอมากกวา 9 เซลลแบงเปนเซลลประสาทขนาดเลกและขนาดใหญ เซลลประสาทขนาดเลกทาหนาทเปนตวคมจงหวะและการนาไฟฟาแพรเขาไปยงกลมเซลลประสาทขนาดใหญและและเซลลกลามเนอหวใจและปมประสาทเหลานถกกระตนและยบยงไดโดยเซลลประสาทจากระบบประสาทสวนกลางและฮอรโมนทหลงเขานาเหลองเลอดกสามารถควบคมกมมนตภาพ (activity) ของหวใจ

2. myogenic heart– พบในสตวมกระดกสนหลง กลมหอย และสตวไมมกระดกสนหลง– ทางานโดยตวควบคมจงหวะหวใจจากกลมเซลลกลามเนอหวใจ– เซลลกลามเนอหวใจทงหมดกาเนดไฟฟาได ดงนนเซลลกลามเนอหวใจกลมใดทกมมนตภาพในตว (intrinsic activity) รวดเรวมากทสดกจะเปนตวกระตนเซลลหวใจอนทงหมดและเปนตวกาหนดอตราเตนหวใจ (heart rate)

– ปกตเซลลทเปนตวคมจงหวะหวใจ บดบง (overshadow) กมมนตภาพของตวควบคมจงหวะหวใจทชากวา

– อยางไรกตามถาตวคมจงหวะหวใจหยดทางานดวยเหตผลใดกตาม เซลลควบคมจงหวะหวใจอน จะทางานทดแทน แตอตราเตนหวใจชากวาปกตเดม

– ดงนนเซลลทเปนตวคมจงหวะหวใจไดอตโนวตอาจจดไดเปน 1) ตวคมจงหวะหวใจ (pacemaker) 2. ตวคมจงหวะแฝง (latent pacemaker) หรอเรยกตวคมจงหวะผดท (ectopic pacemaker)

กลไกการเกดศกยะงานของเซลลทเปนตวคมจงหวะหวใจ

• กลไกการเกดศกยะงานเซลลกลามเนอหวใจ– Phase 0

depolarization– Phase 3

repolarization– Phase 4 diastolic

depolarization หรอ pacemaker potential

depolarization

repolarization

Pacemaker potential

(diastolic depolarization)

• กลไกการเกดศกยะงานเซลลกลามเนอหวใจ– Phase 0

depolarization– Phase 1 early

repolarization– Phase 2 plateau– Phase 3

repolarization– Phase 4 resting

membrane potential (RMP)

• ศกยะงานตองเกดกอนการหดตว (Excitation-contraction coupling)• ศกยะงานยงไมเสรจสนสมบรณ (กนเวลานานเกอบ 200 มลลวนาทโดยเฉพาะระยะรโพลาไรเซชน) แตการหดตวกลามเนอหวใจเกอบเสรจสนสมบรณแลว

• ดงนนจงไมสามารถกระตนกลามเนอถ ๆ เพอใหเกดการหดตวตอเนองของกลามเนอ(tetanus) ไมได

• ศกยะงานกลามเนอโครงรางศกยะงานเกดเสรจสนสมบรณแลว (กนเวลา 20 มลลวนาท) กลามเนอโครงรางจงหดตวตาม ดงนนเมอกระตนกลามเนอโครงรางถ ๆ สามารถเกดการหดตวตอเนองของกลามเนอ (tetanus)

Heart block (ภาวะหวใจขด)– First Stannius ligature– Second Stannius ligature

Arrhythamia (ภาวะหวเสยจงหวะ) คอภาวะทหวใจเตนดวยอตราทผดปกตหรอไมเปนจงหวะสมาเสมอ

1. thachycardia อตราหวใจเตนเรว

2. bradycardia อตราหวใจเตนชา

สาเหตคอ 1. ความผดปกตในการเกดสญญาณ เชน extrasystole

2. และความผดปกตในการสงสญญาณ เชน bradycardia

autonomic nervous system1. Parasympathetic 2. และ sympathetic

เลยงเซลลกลามเนอหวใจ

• การกระตนตวคมจงหวะหวใจ (pacemaker )โดยเสนประสาทสมองเวกส (vagus nerve)

• การกระตนตวคมจงหวะหวใจโดยเสนประสาทซมพาเธตค

• ศกยะงานของต วคมจ งหวะหวใจ (cardiac pacemaker action potentials)

• เยอเซลลตวคมจงหวะหวใจเกด ดโพลาไรเซชน– หมายถงศกยะของตวคมจ ง ห ว ะ (pacemaker potential) ซงกระตนการเกดศกยะงานของกลามเนอหวใจ (cardiac action potential)

• ศกยะงานของเซลลกลามเนอหวใจ– จะเปนไปตาม “กฎออล-ออร-นน” (all-or-none law) หรอ”กฎไมหรทงหมด”

• ดโพลาไรเซชนทรวดเรว อตราเตนหวใจสงกวาปรกต

• ดโพลาไรเซชนทชา อตราเตนหวใจชากวาปรกต

• การวดศกยะงาน (Action potential) ของกลามเนอหวใจ ทางออมเรยกวา “surface action potential”

• ภาพทบนทกไดเรยกวา “ภาพคลนไฟฟาหวใจ (electrocardiogram; ECG หรอ electrokardiogram; EKG)”

Frank-Starling MechanismOtto Frank & Ernest Starling

ความสมพนธระหวางความดนหวใจหองลางซาย หองบนซาย การไหลของเลอดทหลอดเลอดแดงใหญ ปรมาตรหวใจหองลาง เสยงหวใจ คลนความดนหลอดเลอดดาและภาพคลนไฟฟาหวใจ

หนงวงรอบการทางานของหวใจ (cardiac cycle) หองลางซายและขวา

1. Filling 2. Isovolumetric contraction3. Emptying4. Isovolumetric relaxation

หวใจสตวมกระดกสนหลง1. ปลากระดกแขง (water-breathing teleost)

2. สตวสะเทนนาสะเทนบก หวใจพวกจงจก งและเตา– ไมม Conus Arteriosus แตม Systemic Arch[SA]

– Pulmonary Arteries[PA] ตดตอโดยตรงกบหวใจหองลาง

– หวใจหองบนแยกจากกนชดเจน

– หวใจหองลางม 3 หองแตตดตอซงกนและกน เลอดจากหวใจหองบนขวาเขาส Cavum Venosum (CV) และเลอดจากหวใจหองบนซายไหลเขาส CavumArteriosum (CA) ซงตดตอโดยตรงกบ CavumVenosum และ CavumVenosum แยกเปนบางสวนกบ CavumPulmonale (CP) โดยกลามเนอหนา

3. Non crocodilian reptiles เชน เตา งและจงจกบางชนด

ดานา- diving (R to L shunt

และลดเลอดทไปทปอด)- ปรมาณเลอดทออกจาก

หวใจตอนาท (Cardiac output) ลดลง-หวใจเตนชา

(Bradycardia)

4. Crocodilian reptiles

• หวใจแบงออกเปน 4 หองชดเจน

• เลอดจากหวใจหองลางซายผาน foramen of panizza กอนเขาส Left systemic arch

• หวใจหองลางขวาตดตอกบ pulmonary artery โดยตรง และตดตอกบ Left systemic arch ทาง foramen of panizza

Crocodilian reptileมการตดตอกนระหวางหวใจหองลางขวาและ left systemicarch ซาย ดงนนในชวงออกซเจนตา (Anoxia) หรอระหวางดานานาน ๆ (Prolonged Diving) เลอดจะไมแลกเปลยนแกสทปอด (Bypass Pulmonary Circuit) หลอดเลอดทปอดจะตบ (vasoconstriction) ทาใหความดนหวใจหองลางขวาสงกวาปกตสามารถดนลนทอยระหวางหวใจหองลางขวาและ left systemic Arch

พลศาสตรการไหลของเลอด (hemodynamics)การไหลเวยนรอบขาง (peripheral circulation)

ความดนเลอดทกาเนดเมอหวใจหดตวจะลดลงมากบรเวณหลอดเลอดแดงเลก (arterioles) เนองจากหลอดเลอดชนดนมความตานทานสงสด

ระบบหลอดเลอดแดงทาหนาท conduit และ pressure reservoir

หลอดเลอดฝอยและการไหลเวยนจลภาค (capillary และ microcirculation)

ชนดของ endothelial cell ในหลอดเลอดฝอย:-

การควบคมระบบไหลเวยน1. การควบคมระบบหวใจรวมหลอดเลอดกลาง

– Negative feedback loop

2. การควบคมการไหลเวยนจลภาค– NO กระตนการขยายตวของหลอดเลอด

Ach, ATP, bradykinin, serotonin, Substance P, histamine