Efectele ionilor, mediatorilor chimici, ph-ului, temperaturii şi a unor substanţe farmacologice asupra cordului izolat aspecte teoretice

EFECTELE IONILOR, MEDIATORILOR CHIMICI, pH-ULUI, TEMPERATURII ŞI A UNOR SUBSTANŢE FARMACOLOGICE ASUPRA CORDULUI IZOLAT
ASPECTE TEORETICE.

Proprietăţile fundamentale ale cordului pot fi modulate de o serie de „agenţi cardioactivi” şi anume: diverşi ioni (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺); mediatorii chimici ai sistemului nervos vegetativ simpatic (adrenalina, noradrenalina şi parasimpatic (acetilcolina); pH – ul mediului extra şi intracelular; diferite substanţe cu acţiune farmacologică.

Pentru studiul acţiunii acestor agenţi asupra inimii este necesar ca aceasta să fie scoasă din organism (cord izolat) şi să fie menţinută în activitate pentru mai multe ore, la parametri cât mai apropiaţi de cei fiziologici.

• 
  Modelul experimental de inimă izolată imaginat de Oskar Langendorff în 1895 a permis studiul proprietăţilor fundamentale ale cordului şi modul în care aceste proprietăţi sunt influenţate de adausul în lichidul de perfuzie a unor substanţe, precum şi de variaţiile de pH sau de temperatură.
  
• 
  Tehnica Langendorff prezintă avantajul utilizării cordului de mamifer, tetracameral şi cu circulaţie coronariană. Animalele de experienţă cele mai utilizate sunt: şobolanul, iepurele şi câinele. Spre deosebire de modelul de cord izolat de broască care poate funcţiona chiar şi 30 ore, cordul izolat de mamifer are parametri de funcţionare constanţi pentru o durată de numai 3-4 ore.
  
• 
  În modelul Langendorff, inima este scoasă din organism şi conectată la un perfuzor (la nivelul aortei) prin care circulă o soluţie de perfuzare încălzită şi oxigenată, la o presiune constantă de 60 mm Hg, care menţine cordul viabil. Soluţia de perfuzie va închide sigmoidele aortice şi va trece prin arterele coronare hrănind miocardul. Tot prin acest perfuzor se vor administra diferiţi modulatori farmacologici. În ventriculul stâng (prin valva mitrală) se introduce un transductor de presiune. Acesta transformă modificările de presiune în forţă de contracţie izometrică.
  

1. Efectul ionilor asupra proprietăţilor fundamentale ale cordului

• 
  Ionul de Na⁺
  

• 
  Concentraţia extracelulară a Na⁺ este de 140 ± 5 mmol/L (140 ± 5 mEq/L), iar cea intracelulară este de aproximativ 10 mmol/L.
  
• 
  În organism, Na⁺-ul participă la realizarea depolarizării lente diastolice la nivelul nodulilor de automatism, la producerea potenţialului de acţiune (faza 0) la nivelul fiberei miocadice contractile şi la toate celulele excitabile, la menţinerea osmolarităţii mediului intern, la realizarea echilibrului hidric şi la reglarea echilibrului acido-bazic.
  
• 
  Deşi este atât de important pentru fiziologia inimii, efectele scăderii sau creşterii concentraţiei Na⁺-ul sunt minime asupra cordului in situ; de exemplu, doar scăderea marcată a concentraţiei extracelulare a Na⁺-ului sub 30% din valoarea normală produce blocarea activităţii nodulului sinusal – efect cronotrop negativ.
  

Reamintiţi-vă din anul I

Rolul sodiului în generarea şi menţinerea osmolarităţii mediului intern şi în deplasarea apei între diversele compartimente ale acestuia.

• 
  Ionul de K⁺
  

• 
  Concentraţia K⁺ în mediul extracelular sau potasemia este de 3-5 mmol/L (3-5 mEq/L), iar concentraţia sa intracelulară este de cca. 138 mmol/L.
  
• 
  În organism, K⁺-ul participă la generarea potenţialul de repaus, la repolarizarea miocardului şi a altor celule excitabile şi la producerea depolarizării lente diastolice de la nivelul centrilor de automatism.
  
• 
  Creşterea concentraţiei K⁺- ului extracelular:
  

• 
  limita superioară critică este considerată a fi > 6,5 mmol/L. La aceste valori, K⁺- ul are efecte deprimante asupra tuturor proprietăţilor fundamentale ale miocardului;
  
• 
  la valori ale potasemiei > 8,5 mmol/L, cordul se opreşte în diastolă, fenomen cunoscut sub numele de inhibitio potassica.
  

Detaliat, creşterea concentraţiei K+ extracelular produce:

• 
  deprimarea automatismului (efect cronotrop negativ), exprimat prin scăderea frecvenţei cardiace;
  

• 
  efectul devine pregnant la concentraţii ale K⁺ extracelular peste 8 mmol/L şi se datorează creşterii permeabilităţii membranei celulelor pacemaker pentru K⁺.
  

K⁺ -ul iese mai rapid din celulă, se depune pe suprafaţa externă a membranei şi prin surplusul de sarcini pozitive produce hiperpolarizarea membranei, care devine hipoexcitabilă.

• 
  deprimarea dromotropismului (efect dromotrop negativ) - efectul se manifestă la concentraţii ale K⁺ extracelular peste 6,5 mmol/L şi se datorează aceluiaşi fenomen de hiperpolarizare a membranei. Se exprimă prin scăderea vitezei de conducere a stimulilor, cu posibilitatea apariţiei tulburărilor de conducere;
  
• 
  deprimarea contractilităţii (efect inotrop negativ) se datorează tot creşterii conductanţei (efluxului) pentru K⁺, ceea ce determină scurtarea perioadei de platou a potenţialului de acţiune şi scăderea cantităţii de Ca²⁺ care intră în celulele miocardului contractil, în cursul sistolei. Se exprimă prin scăderea forţei de contracţie;
  
• 
  scăderea tonusului miocardic (efect tonotrop negativ) – în hiperpotasemie, cordul devine dilatat şi flasc;
  
• 
  tulburări de ritm cardiac – hiperpotasemia determină apariţia de extrasistole ventriculare şi fibrilaţie ventriculară.
  

Concentraţia potasiului poate creşte în mai multe situaţii patologice:

• 
  Scaderea eliminării renale ca urmare a insuficienţei renale acute sau cronice, tratament cu antidiuretice care economisesc potasiul, ca spironolactona.
  
• 
  Aport crescut – administrare excesivă de potasiu în bolile cardiace, transfuzii de sange, consum de fructe cu conţinut mare de potasiu (banane).
  
• 
  Eliberarea de potasiu din celulele distruse in cursul unor traumatisme, arsuri sau necroze tisulare
  

• 
  Scăderea concentraţiei de K⁺ extracelular (hipopotasemia) produce:
  

• 
  stimularea uşoară a automatismului prin accelerarea vitezei de depolarizare lentă diastolică; la scăderi severe, acestă funcţie este deprimată;
  
• 
  deprimarea dromotropismului, mai ales la nivelul nodulului atrioventricular, ceea ce determină apariţia de fenomene de bloc atrioventricular de diferite grade; efectul se datorează alungirii potenţialului de acţiune, prin scăderea permeabilităţii sarcolemale pentru K+;
  
• 
  creşterea uşoară a tonusului miocardului;
  
• 
  tulburări de ritm cardiac care constau în tahicardie, extrasistole atriale şi ventriculare.
  

Cauze de hipopotasemie:

• 
  Scãderea aportului, eliminãri mari de potasiu prin vărsături, diaree, transpiraţie sau pe cale renală, inclusiv prin administrarea de diuretice care favorizează eliminarea acestui cation etc.
  

• 
  Ionul de Ca²⁺
  

• 
  Concentraţia Ca²⁺-ului în mediul extracelular sau calcemia sau calciul seric este de 8,5–11 mg/dL; pentru calciul ionic, concentraţia este de 2–2,5 mmol/L (4-5 mEq/L), iar concentraţia sa intracelulară este foarte mică, de cca 10^-8M.
  
• 
  n organism, calciul realizează cuplarea excitaţiei cu contracţia, modulează contractilitatea miocardică, participă, împreună cu Na+ la realizarea curentului lent de depolarizare lentă diastolică din nodulii de automatism, participă la transducţia semnalului prin membrana celulară ca urmare a rolului de mesager secund; face parte din structura oaselor şi dinţilor, este indispensabil pentru hemostază şi pentru coagularea laptelui etc.
  
• 
  Creşterea concentraţiei Ca²⁺-ului extracelular peste un anumit nivel: aproximativ 3 mmol/L sau 6 mEq/L) produce următoarele efecte:
  

• 
  creşterea forţei de contracţie prin creşterea concentraţiei Ca²⁺ liber intracitoplasmatic (efect inotrop pozitiv); actualmente acţiunea majorităţii agenţilor cardioactivi asupra contractilităţii se explică prin modificarea concentraţiei Ca²⁺ intracelular;
  
• 
  scăderea duratei potenţialului de acţiune, pe seama perioadei de platou, prin creşterea fluxului transmembranar de Ca²⁺;
  
• 
  creşterea tonusului miocardului;
  
• 
  la concentraţii foarte mari ale Ca²⁺ extracelular se produce oprirea cordului în sistolă, fenomen cunoscut sub numele de rigor calcis.
  

Hipercalcemia apare în hiperparatiroidism, boli ale glandelor suprarenale, hipertiroidism, insuficienţă renală, excesul de vitamina D etc..

• 
  Scăderea concentraţiei de Ca²⁺ extracelular produce:
  

• 
  creşterea frecvenţei de descărcare a nodulului sinusal; efectul devine evident când calcemia scade la 1/10 din valoarea sa normală şi se datorează accelerării vitezei de depolarizare lentă diastolică; se exprimă prin creşterea frecvenţei cardiace;
  
• 
  scăderea contractilităţii miocardice (efect inotrop negativ); la concentraţii foarte scăzute ale Ca²⁺ extracelular activitatea mecanică a cordului dispare, deşi activitatea sa electrică persistă (fenomenul de disociere electro-mecanică).
  
• 
  creşterea duratei potenţialului de acţiune a miocardului contractil, datorită alungirii perioadei de platou (canalele lente de Ca²⁺ stau deschise mai mult).
  

Hipocalcemia se datorează hipoparatiroidismului, hipomagnezemiei, creşterii concentraţiei de fosfaţi (mai ales prin consumul mare de băuturi carbogazoase, care conţin cantităţi mari de acid ortofosforic), aportului insuficient, deficitului de vitamină D.

2. Efectul pH –ului asupra proprietăţilor miocardului

• 
  Denumirea de pH semnifică puterea ionilor de hidrogen, iar ca definiţie reprezintă logaritmul cu sens invers, în baza 10 al concentraţiei ionilor de H⁺
  
• 
  Valori normale ale pH-ului: 7,38 – 7,42; scăderea < 7,38 se numeşte acidoză; creşterea >7,42 se numeşte alcaloză
  
• 
  Valoarea pH-ului mediului intern influenţează toate reacţiile din organism, deoarece Ionii de H⁺ în exces sau în minus pot accelera sau încetini aceste reacţii prin modificarea încărcăturii electrice şi a proprietăţilor proteinelor.
  

• 
  acidoza extracelulară (pH<7,38) are efecte deprimante asupra miocardului, asemănătoare cu cele apărute după administrarea de KCl; de altfel, acidoza intensifică efectele cardiace ale hiperpotasemiei.
  
• 
  alcaloza extracelulară (pH>7,42) determină stimularea contractilităţii şi deprimarea automatismului.
  

3. Efectul temperaturii mediului de perfuzie asupra proprietăţilor miocardului

• 
  creşterea temperaturii induce creşterea frecvenţei cardiace.
  
• 
  scăderea temperaturii deprimă automatismul; aceste efecte se datorează modificării permeabilităţii sarcolemale pentru ioni.
  

LUCRAReA practică

1. 
   Efectele ionilor, pH-ului şi temperaturii asupra proprietăţilor miocardului
   

Obiectivele lucrării

• 
  evidenţierea acţiunii ionilor de Ca²⁺ şi K⁺, ale pH-ului acid şi alcalin şi ale temperaturii asupra cordului de broască izolat.
  
• 
  desenarea graficelor rezultate şi explicarea acestora.
  

Materiale necesare:

• 
  Pentru experimentul simulat: computer şi programul de fiziologie virtuală, acelaşi ca pentru ligaturi şi cardiografia Marey.
  

Tehnica de lucru

• 
  Se urmează aceiaşi paşi ca la lucrarea “Ligaturile lui Stannius”, dar acum, din meniu se alege lucarea “Efectul ionilor”. În experimentul pe cord in situ, după fiecare administrare se face spălarea inimii pentru îndepărtarea substanţei care s-a adăugat înainte.
  

Rezultate – interpretare

• 
  administrarea unei soluţii de CaCl₂ (care simulează creşterea Ca²⁺-ului extracelular) determină creşterea forţei de contracţie, exprimată pe grafic prin creşterea amplitudinii;
  

Administrarea unor cantităţi mari de CaCl₂ produce oprirea cordului în sistolă -fenomenul de rigor-calcis.

• 
  administrarea unei soluţii de oxalat de amoniu, care chelează ionii de Ca²⁺ (simulează hipocalcemia) este urmată de scăderea forţei de contracţie;
  
• 
  după administrarea unei soluţii de KCl (care simulează hiperpotasemia) se observă scăderea frecvenţei şi a amplitudinii contracţiilor (scade forţa), iar inima devine flască şi dilatată;
  

La administrarea unor cantităţi mai mari de KCl, inima se opreşte în diastolă, fenomenul de inhibitio potasica. Efectele administrării KCl pot fi contracarate prin administrarea de CaCl₂;

• 
  după administrarea a câtorva picături de soluţie de HCl (pH acid) se observă scăderea amplitudinii şi frecvenţei de contracţie a cordului, efect similar cu cel apărut după administrarea de soluţie KCl.
  
• 
  dacă se administează o soluţie de NaOH (pH alcalin) se observă scăderea frecvenţei şi creşterea forţei de contracţie, efect similar cu cel apărut după administrarea de CaCl₂.
  
• 
  modificarea temperaturii mediului de perfuzie – perfuzia cordului cu soluţie Ringer rece (+4⁰C) determină bradicardie şi scăderea forţei de contracţie, pe când perfuzia cordului cu soluţie Ringer caldă (+25⁰C) determină tahicardie şi creşterea forţei de contracţie.
  

II. Studiul efectelor mediatorilor chimici şi a unor substanţe cu acţiune farmacologică asupra proprietăţilor miocardului, cu programul de simulare SimHEART

Programul de fiziologie virtuală SimHEART este o alternativă la experimentul clasic Langendorff efectuat pe animal. SimHEART este de fapt un laborator virtual care reproduce pe calculator componentele şi etapele de lucru din modelului experimental.

Programul simulează proprietăţile vitale ale unei inimi izolate de şobolan, după modelul Langendorff, reproducând astfel comportamentul fiziologic al inimii in situ.

Obiectivul acestor experimente este evidenţierea efectelor pe care diferiţi mediatori chimici sau substanţe cu acţiune farmacologică le au asupra proprietăţilor fundamentale ale inimii.

Principiul lucrării.

Transductorul plasat în ventriculul stâng converteşte modificările de presiune generate de contracţiile cadiace în semnale electrice, care sunt amplificate şi redate grafic sub forma unei cardiomecanograme. Analiza parametrilor cardiomecanogramei permite evidenţierea efectelor pe care mediatorii chimici ai sistemului nervos simpatic şi parasimpatic, precum şi diverse substanţe cardioactive le au asupra proprietăţilor miocardului.

Parametrii înregistraţi în cursul experimentului. Analiza traseului obţinut se face cu ajutorul parametrilor:

• 
  Frecvenţă (numărul de contracţii cardiace/minut)
  
• 
  Amplitudine: 1 mV/div. = 2 mmHg; 5 mV/div =10mmHg/div.
  
• 
  Poziţia faţă de linia diastolică.
  

Variaţia acestor parametri faţă de valorile iniţiale, de referinţă permite evaluarea efectelor diverselor substanţe asupra proprietăţilor inimii.

Variaţiile de frecvenţă – ne dau relaţii despre efectele substanţelor folosite asupra funcţiilor: cronotrope, batmotrope şi dromotrope:

• 
  creşterea frecvenţei - efect cronotrop pozitiv
  
• 
  scăderea frecvenţei - efect cronotrop negativ
  

Variaţiile de amplitudine - ne dau relaţii despre efectele substaţelor folosite asupra funcţiei inotrope

• 
  creşterea amplitudinii - efect inotrop pozitiv (creşte forţa de contracţie)
  
• 
  scăderea amplitudinii - efect inotrop negativ (scade forţa de contracţie)
  

Modificarea poziţiei graficului faţă de linia diastolică - semnifică efectele asupra funcţiei tonotrope:

• 
  supradenivelarea graficului - efect tonotrop pozitiv; subdenivelarea - efect tonotrop negativ
  

Substanţele utilizate în experimentul SimHEART sunt:

1. 
   Epinefrina (EPI) sau adrenalina. Face parte, alături de noradrenalină sau norepinefrină din grupul catecolaminelor. Este deopotrivă hormon sintetizat în medulosuprarenală şi neuromediator eliberat la nivelul terminaţiilor sistemului nervos vegetativ simpatic. Acţionează pe receptorii alfa şi beta adrenergici. În acestă lucrare este utilizată ca agonist al receptorilor β1 – adrenergici de la nivelul cordului. În urma stimulării simpaticului, EPI se eliberează la nivelul terminaţiilor simpatice cardiace, unde determină stimularea tuturor proprietăţilor fundamentale ale miocardului.
   
2. 
   Propranolol (PRO) este un blocant neselectiv al receptorilor β adrenergici. Ca medicament se foloseşte în tratamentul aritmiilor, al hipertensiunii arteriale, al fenomenelor vegetative din anxietate etc. După administrare determină scăderea frecvenţei cardiace, a amplitudinii contracţiilor şi a debitului cardiac.
   
3. 
   Fentolamina (PHE) sau regitina – este un blocant neselectiv al receptorilor α adrenergici. Ca medicament se foloseşte în urgenţele hipertensive.
   
4. 
   Acetilcolina (ACH) este mediatorul chimic al parasimpaticului, agonist al receptorilor M₂ – colinergici. În urma stimulării parasimpaticului, ACH se eliberează la nivelul terminaţiilor nervului vag, care inervează atriile şi determină deprimarea tuturor proprietăţilor fundamentale ale miocardului.
   
5. 
   Atropina (ATR) este un blocant al receptorilor colinergici. Atropina este un alcaloid natural extras din planta Atropa belladona (mătrăguna). Are acţiune anticolinergică sau antimuscarinică prin blocarea receptorilor M, colinergici. Prin blocarea acestor receptori se opune efectului deprimant al ACH. Administarea ei, după administrarea ACH va duce la revenirea frecvenţei şi a amplitudinii contracţiilor la valorile anterioare adausului de ACH.
   
6. 
   Verapamil (VER) este blocant al canalelor de Ca²⁺ de tip L din:
   

• 
  membrana celulelor cardiace de tip P (pacemacker). Acest tip de canale sunt concentrate mai ales în nodulul sino-atrial şi atrio-ventricular, motiv pentru care, verapamilul este folosit pentru a reduce conductibilitatea prin NAV şi a proteja astfel ventriculele de tahicardiile cu punct de plecare atrial;
  
• 
  membrana fibrelor musculare netede din structura vaselor, motiv pentru care este folosit ca vasodilatator.
  

În afara administrării separate a fiecărei substanţe, metoda Langendorff permite şi introducerea simultană în experiment a substanţelor cu efecte antagonice asupra proprietăţilor inimii. Datorită acestei facilităţi se pot studia două mecanisme fiziologice:

• 
  antagonismul fiziologic dintre epinefrină şi acetilcolină
  
• 
  inhibiţia competitivă dintre:
  
  • 
    epinefrină şi propranolol - pentru legarea de receptorii β - adrenergici
    
  • 
    acetilcolină şi atropină - pentru pentru legarea de receptorii M2 - colinergici
    

Programul are 3 secţiuni:

Preparation: care prezintă înregistrarea video a disecţiei şobolanului, obţinerea inimii izolate, cuplarea ei la perfuzor şi introducerea transductorului.

Getting started: care permite pregătirea soluţiilor care se vor utiliza într-un laborator virtual de chimie. Nu va fi utilizat în această lucrare.

Practical course: conţine laboratorul de fiziologie virtuală în care studenţii vor efectua experimentele.

După deschiderea programului:

• 
  Click pe Preparation pentru a viziona pregătirea cordului izolat de şobolan, după care daţi click pe exit.
  

• 
  Click pe Practical course pentru a pregăti şi a efectua experimentul
  

Organizarea laboratorului SimHEART. Laboratorul SimHEART cuprinde componentele prezentate în Figura 1.

• 
  Sistemul de fixare şi perfuzare a inimii izolate - inima izolată şi canulată la nivelul aortei este fixată de un sistem de perfuzare permanentă cu soluţie Krebs oxigenată, cu debit constant de 10 ml/min şi la temperatura de 37°C. Prin aceeaşi canulă ajung în inima izolată substanţele utilizate în experiment.
  
• 
  Transductorul de presiune - este conectat cu ventriculul stâng prin intermediul unui cateter.
  
  • 
    Traductorul înregistrează variaţiile de presiune din ventriculul stâng, pe care le amplifică şi în acelaşi timp le transformă în semnale electrice, redate grafic cu ajutorul sistemului inscriptor.
    
• 
  Perfuzorul – permite adăugarea substanţelor folosite în experiment
  
  • 
    Prezintă două poziţii de plasare a eprubetelor. Când se utilizează consecutiv două substanţe, prima eprubetă se plasează întotdeauna în poziţia din dreapta.
    
  • 
    Fiecare poziţie permite stabilirea debitului substanţei (μl/min) şi are trei trepte de funcţionare:
    
    • 
      pregătire - activare buton săgeată verticală —> bec culoare verde;
      
    • 
      activare (activare buton cu săgeată orizontală);
      
    • 
      oprire (activare buton STOP).
      
• 
  Stativul cu eprubete - cuprinde substanţele care pot fi utilizate pentru experiment în diverse concentraţii iniţiale (Mi). Pentru a uşura munca în laborator toate substanţele utilizate au concentraţia de 10^-2 M, după care, concentraţia se poate modifică prin schimbarea debitului de perfuzie.
  

Figura1. Organizarea Laboratorului SimHEART

• 
  Sistemul de inscripţionare - permite înregistrarea în timp real a modificărilor induse de utilizarea diverselor substanţe.
  

• 
  Prezintă un sistem de etalonare a înregistrării ca viteză (Speed - cm/s) şi amplitudine (Resolution - mV/Div), precum şi un sistem de schimbare a culorii peniţei (Pen Color) ce poate fi utilizat atunci când se studiază interacţiunea dintre două substanţe.
  
• 
  Cu ajutorul butonului POWER On/Off sistemul de inscripţionare se porneşte când se înregistrează efectele unei substanţe şi se opreşte când inima trebuie "spălată" de substanţele introduse în experiment.
  
• 
  Cu ajutorul cursorului vertical plasat la marginea din dreapta a sistemului de inscripţionare se stabileşte poziţia liniei diastolice a înregistrării.
  

EFECTUAREA EXPERIMENTULUI simHEART – operaţiuni valabile pentru oricare dintre etapele de lucru

• 
  Se stabileşte rezoluţia (amplitudinea) la 5 mV/div şi
  

• 
  viteza (speed), care poate fi de 1 cm/sec – în această situaţie 5 div. pe orizontală = 1 secundă
  
• 
  între 2 puncte numerotate ale graficului (de ex. între 1 şi 2) sunt 4 secunde. Pentru a calcula pe minut: numărul de vârfuri din cele 4 sec X 15
  

• 
  Se stabileşte poziţia liniei diastolice a înregistrării prin mişcarea în jos a cursorului, în jumătatea inferioară a “hârtiei”inscriptorului.
  
• 
  Din stativul cu eprubete
  

• 
  se alege eprubeta cu soluţia dorită, în concentraţia cea mai mare (10^-2M) şi se plasează în locul din dreapta al perfuzorului;
  
• 
  dacă se utilizează şi a doua substanţă, aceasta se plasează în locul din stânga al perfuzorului;
  
• 
  se stabileşte debitul la 100 μl/min (sau mai mult) pentru fiecare substanţă;
  
• 
  se pregăteşte perfuzorul (lumina roşie trebuie să devină verde);
  
• 
  se alege culoarea dorită pentru inscriptor (albastru, negru, roşu sau galben);
  
• 
  se porneşte osciloscopul (POWER/ON);
  
• 
  la începutul fiecărei etape trebuie înregistrat un scurt traseu de repaus;
  
• 
  se activează perfuzorul (butonul cu săgeată orizontală) cu substanţa dorită;
  
• 
  se aşteaptă obţinerea efectului şi stabilizarea traseului;
  
• 
  se opreşte OBLIGATORIU administrarea substanţei (STOP) şi înregistrarea traseului (POWER/OFF). Această manevră se repetă după fiecare etapă deoarece soluţia Krebs care perfuzează permanent inima izolată trebuie să "spele" substanţa utilizată.
  

Pentru Analiza datelor

• 
  se activează tasta ANALYSIS;
  
• 
  cu ajutorul butonului din stânga al mouse-ului care se ţine apăsat se "trage" de înregistrare până la segmentul dorit;
  
• 
  nu uitati că intre 2 puncte numerotate ale graficului sunt 4 secunde;
  
• 
  dacă aveţi nevoie de durate mai scurte de timp le puteţi delimita cu cele 2 cursoare (săgeţile în jos de la baza caroiajului);
  
• 
  pentru a salva graficul delimitat de cele 2 cursoare se deschide o pagină nouă prin click pe numerele din stânga jos ale paginii şi apoi pe imaginea cu grafic (de lângă "coşul de gunoi").
  
• 
  se determină:
  
  • 
    FC = numărul de vârfuri din 4 secunde (20 de diviziuni) x 15
    
  • 
    Amplitudinea = 10 mm Hg/diviziune (10 x nr. de diviziuni)
    
• 
  se notează valorile obţinute în tabelul corespunzător fiecărei etape;
  
• 
  se copiază pe caiet graficele obţinute şi se marchează momentul administrării substanţei;
  
• 
  pentru revenirea la etapa de înregistrarea se activează tasta Lab;
  
• 
  se completează tabelul cu rezultate finale.
  

ETAPELE DE LUCRU

1. ACŢIUNEA EPINEFRINEI ASUPRA PROPRIETĂŢILOR INIMII

Principiu: se administrează EPI şi se notează efectele obţinute.

• 
  Se stabileşte viteza şi rezoluţia (1 cm/sec şi 5 mV/div))
  

• 
  Se alege eprubeta cu EPI 10^-2 M şi se pune în perfuzor. Se alege debitul de 100 μl/min.
  
• 
  Se pregăteşte perfuzorul: click pe becul roşu -> verde
  

• 
  Se porneşte osciloscopul (POWER/ON);
  

• 
  Se înregistrează un scurt traseu de repaus
  
• 
  Se activează perfuzorul: click pe săgeata orizontală, apare verde şi se începe administrarea EPI.
  
• 
  După cca 15 secunde se opreşte (STOP) perfuzorul şi osciloscopul.
  

• 
  Se trece pe modulul ANALYSIS şi se determină:
  
  • 
    FC = nr. vârfuri pe 5 diviziuni x 60 (sau numărul de vârfuri din 4 secunde (20 de diviziuni) x 15
    
  • 
    Amplitudinea = 10 mm Hg/diviziune; (10 x nr. de diviziuni)
    
  • 
    Rezultatele se trec în tabel şi se copiază pe caiet graficele obţinute, cu marcarea momentului în care s-a administrat substanţa
    

Parametri	FC (b/min)	Amplitudine (mm Hg)	Tabel nr. 1. Efectele EPI asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor pe cordul de şobolan. Denivelare (mm Hg)
REPAUS		-	-
EPI 10^-2 M

1. 
   . EFECTELE EPINEFRINEI ÎN PREZENŢA ALTOR SUBSTANŢE
   

Principiu: se administrează EPI, se aşteaptă stabilizarea traseului şi apoi fără a opri administrarea EPI se adaugă, în etape câte una dintre substanţele: Propranolol (PRO) Fentolamină (PHE) şi Verapamil (VER).

• 
  ETAPA 1. Relaţia epinefrină- propranolol = inhibiţia competitivă
  

• 
  Se revine în LAB
  
• 
  Se verifică viteza si rezoluţia
  
• 
  Se pun eprubetele:
  

• 
  POZIŢIE EPRUBETĂ dreapta: EPI 10^-2 M cu debit 100 μl/min
  
• 
  POZIŢIE EPRUBETĂ stânga: PRO 10^-2 M cu debit 100 μl/min
  

• 
  Se porneşte osciloscopul
  
• 
  Se înregistrează un scurt traseu de repaus
  
• 
  Se activează perfuzorul cu EPI
  
• 
  Se aşteaptă stabilizarea traseului şi se activează perfuzorul cu PRO. Se recomandă schimbarea culorii de înregistrare la adăugarea PRO
  
• 
  După cca 15 secunde se opresc perfuzoarele şi osciloscopul
  
• 
  Se trece pe modulul ANALYSIS şi se face analiza parametrilor
  
• 
  Rezultatele se trec în tabel şi se copiază pe caiet graficele obţinute, cu marcarea momentului în care s-au administrat substanţele.
  

Parametri	FC (b/min)	Amplitudine (mm Hg)	Tabel nr. 2. Efectele Propranololului asupra modificărilor induse de Epinefrină - inhibiţia competitivă pentru receptorii β-adrenergici. Denivelare (mm Hg)
REPAUS			-
EPI 10^-2 M
PRO 10^-2 M

Figura nr. 2. Inhibiţia competitivă pentru receptorii B1 adrenergici, între EPI şi propranolol. Propranololul anulează efectele stimulatoare ale EPI.


ETAPA 2. Relaţia EPI – Fentolamină. Administrarea de Fentolamină nu modifică efectul stimulator al EPI, deoarece la nivelul cordului nu există receptori α – adrenergici.

• 
  Se repetă aceleaşi etape de lucru, numai că în loc de propranolol se adaugă fentolamină
  
• 
  Se completează tebelul şi se desenează traseul
  

Parametri	FC (b/min)	Amplitudine (mm Hg)	Tabel nr. 3. Administarea de PHE nu influenţează efectele induse de EPI, datorită absenţei receptorilor α – adrenergici de la nivelul miocardului. Denivelare (mm Hg)
REPAUS			-
EPI 10^-2M
PHE 10^-2 M

Figura nr. 3. Administarea de PHE, după adausul de EPI nu modifică efectele acesteia.


ETAPA 3. Relaţia EPI – Verapamil

Blocarea canalelor lente de Ca⁺⁺ din membrana celulelor pace-maker privează aceste celule de un ion depolarizant, astfel că efectele stimulatorii ale EPI sunt anulate.

• 
  Se repetă aceleaşi etape de lucru, numai că acum se adugă Verapamil
  
• 
  Se completează tebelul şi se desenează traseul (vezi şi figura 4)
  

Parametri	FC (b/min)	Amplitudine (mm Hg)	Tabel nr. 4. Relaţia de antagonizare necompetitivă dintre EPI şi VER. Denivelare (mm Hg) .
REPAUS			-
EPI 10^-2 M
VER 10^-^2 M

Fig. nr. 4. Efectele Verapamilului asupra modificărilor induse de Epinefrină. Chiar în prezenţa EPI, verapamilul scade frecvenţa şi amplitudinea contracţiilor.



ETAPA 4. Repetaţi administrarea Verapamilului în absenţa epinefrinei şi observaţi efectele deprimante asupra proprietăţilor inimii!

• 
  STOP EPI
  
• 
  Aşteptaţi cca. 1 minut. Când frecvenţa şi amplitudinea au scăzut foarte mult, “reanimaţi” inima cu EPI.
  
• 
  Desenaţi traseul şi marcaţi adăugarea substanţelor
  

Figura nr. 5. Efectele Verapamilului fără administrarea prealabilă a Epinefrinei.

2. ACŢIUNEA ACETILCOLINEI ASUPRA PROPRIETĂŢILOR MIOCARDULUI

Principiu: se administrează ACH şi se notează efectele obţinute.

• 
  Se lucrează la fel ca la EPI
  
• 
  După întreruperea perfuzoarelor şi a osciloscopului se trece în modul ANALYSIS, se completează tabelul şi se desenează traseul
  
• 
  
  

Parametri	FC (b/min)	Amplitudine (mm Hg)	Tabel nr. 5. Efectele ACH asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor pe cordul de şobolan. Denivelare (mm Hg)
REPAUS			-
ACH 10^-2 M

2.1. Efectele ACETILCOLINEI în prezenţa altor substanţe

Principiu: se administrează acetilcolină (ACH), se aşteaptă stabilizarea traseului şi fără a opri administrarea ACH se adaugă epinefrină (EPI). Se repetă operaţiunea cu atropină.

• 
  ETAPA 1. Relaţia Acetilcolină-Epinefrină – antagonismul fiziologic.
  

• 
  Se repetă aceleaşi operaţiuni de pregătire.
  
• 
  Se perfuzează ACH 10^-2 M cu debit 10 μl/min (eprubetă dreapta)
  

• 
  Se aşteaptă obţinerea efectului şi apoi, după câteva secunde se adaugă EPI 10^-2 M cu debit 1 μl/min
  
• 
  După cca. 10-15 secunde se opresc perfuzoarele şi osciloscopul şi se trece în modulul ANALYSIS pentru calcule.
  
• 
  Se completează tabelul şi se desenează traseul
  
• 
  
  

Parametri	FC (b/min)	Tabel nr.6. Efectele ACH asupra proprietăţilor inimii şi interacţiunea cu EPI - antagonismul fiziologic. Amplitudine (mm Hg)
REPAUS
ACH 10^-2 M
EPI 10^-2 M

Întrucât efectele epinefrinei şi acetilcolinei se produc prin activarea unor tipuri diferite de receptori, antagonismul dintre cele două substanţe este unul fiziologic şi nu competitiv.

Fig. nr. 6. Efectele Acetilcolinei asupra proprietăţilor inimii şi interacţiunea cu Epinefrina - antagonismul funcţional

• 
  ETAPA 2. Relaţia Acetilcolină-Atropină – inhibiţie competitivă.
  
  • 
    Se repetă operaţiunile de la etapa precedentă. În loc de EPI se pune ATR cu un debit de 10 μl/min.
    
  • 
    Se face analiza traseului şi se noteză în tabel. Se desenează traseul.
    

Parametri	FC (b/min)	Tabel nr.7. Efectele Atropinei asupra modificărilor induse de Acetilcolina -inhibiţia competitivă Amplitudine (mm Hg)
REPAUS
ACH 10^-2 M
ATR 10^-2 M

Fig. nr. 7. Relaţia Atropină - Acetilcolina - inhibiţia competitivă


Concluzii

1. 
   EPINEFRINA, mediatorul chimic al SNV simpatic.
   

• 
  EPI are efece stimulatoare asupra tuturor proprietăţilor miocardului prin acţiunea asupra receptorilor beta1-adrenergici.
  

• 
  efectul cronotrop pozitiv se manifestă prin creşterea frecvenţei cardiace;
  
• 
  efectul batmotrop pozitiv se manifestă prin creşterea excitabilităţii care se poate exprima atât prin creşterea frecvenţei cardiace, cât şi prin apariţia unor aritmii de tipul extrasistolelor atriale sau ventriculare, fibrilaţiei atriale etc.;
  
• 
  efectul inotrop pozitiv se manifestă prin creşterea forţei de contracţie. Urmarea este creşterea debitului cardiac şi a presiunii arteriale;
  
• 
  efectul dromotrop pozitiv se manifestă prin accelerarea conducerii stimulilor.
  

• 
  Blocarea receptorilor β cu beta-blocante (propranolol) anulează efectul stimulator al EPI prin fenomenul de inhibiţie competitivă la legarea pe aceeaşi receptori. Administrarea terapeutică a beta-blocantelor scade frecvenţa cardiacă, regularizează ritmul inimii (efect antiaritmic) şi, prin vasodilataţie scade tensiunea arterială.
  
• 
  Blocarea receptorilor alfa-adrenergici cu Fentolamină nu influenţează efectele EPI, deoarece la nivelul cordului avem numai receptori β₁ adrenergici.
  
• 
  Verapamilul – blocant al canalelor lente de Ca⁺⁺ are acţiune antagonică epinefrinei, scăzând frecvenţa şi amplitudinea contracţiei, dar NU prin inhibiţie competitivă ca beta-blocantele, ci prin scăderea influxul depolarizant de Ca⁺⁺ la nivelul nodulilor de automatism. Administrarea terapeutică are efecte antiaritmice şi hipotensoare.
  

2. ACETILCOLINA - mediatorul chimic al SNV parasimpatic

• 
  ACH are efece deprimante asupra tuturor proprietăţilor miocardului prin acţiunea asupra receptorilor muscarinici M2. Se eliberează la nivelul terminaţiilor vagale care inerveză în special atriile.
  

• 
  efectul cronotrop negativ se manifestă prin scăderea frecvenţei cardiace. La o stimulare puternică vagală, cordul se poate opri în diastolă (stop cardiac);
  
• 
  efectul batmotrop negativ se manifestă prin scăderea excitabilitaţii;
  

• 
  efectul inotrop negativ se manifestă prin scăderea forţei de contracţie. Urmarea este scăderea debitului cardiac şi a presiunii arteriale;
  
• 
  efectul dromotrop negativ se manifestă prin încetinirea conducerii stimulilor, cu posibilitatea apariţiei blocurilor atrio-ventriculare.
  

• 
  Efectele deprimante ale acetilcolinei (şi ale SNV parasimpatic) pot fi prevenite prin administrarea de atropină, care blochează receptorii muscarinici prin inhibiţie competitivă.
  
• 
  Acetilcolina şi epinefrina au efecte antagonice de tip funcţional şi nu prin competiţie pentru aceeaşi receptori.
  

Studiu individual

1. 
   Utilizând un dicţionar medical sau alte materiale de documentare explicaţi înţelesul următorilor termeni: in situ, in vivo, in vitro, agonist şi antagonism, efect sinergic, bradicardie, tahicardie, necroză.
   
2. 
   Explicaţi ce înseamnă: efect cronotrop pozitiv, efect batmotrop pozitiv, efect dromotrop pozitiv.
   
3. 
   Definiţi, explicaţi şi exemplificaţi următoarele mecanisme fiziologice: inhibiţie competitivă, antagonism funcţional, antagonism necompetitiv,
   

FIŞĂ DE LUCRU ÎN LABORATOR

1. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi administrarea de CaCl₂.şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

................................................................................................................................................

2. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi administrarea de oxalat de amoniu şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

………………………………………………………………………………………………..............

3. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi administrarea de KCl şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

................................................................................................................................................

4. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi administrarea de HCl şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

………………………………………………………………………………………………..............

5. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi administrarea de NaOH şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

..............................................................................................................................................

6. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi momentul în care s-a administrat EPI şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor.

………………………………………………………………………………………………..............

7. Pe graficul de mai sus continuaţi cu marcarea momentului în care se adăugă PRO. Interpretaţi rezultatele. Definiţi relaţia care se stabileşte între cele două substanţe. Explicaţi.

………………………………………………………………………………………………..............

8. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi momentul în care s-a administrat EPI şi evidenţiaţi efectul. Adăugaţi şi Fentolamină. Desenaţi în continuare şi explicaţi ce se întâmplă.

................................................................................................................................................

9. Desenaţi şi explicaţi relaţia EPI – Verapamil. Definiţi această relaţie.

………………………………………………………………………………………………..............

10. Desenaţi şi explicaţi ce se întâmplă la administrarea de Verapamil în absenţa Epinefrinei.

………………………………………………………………………………………………..............

11. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi momentul în care s-a administrat ACH şi evidenţiaţi efectul asupra frecvenţei şi amplitudinii contracţiilor. Comentaţi rezultatele

………………………………………………………………………………………………..............

12. Pe desenul de mai sus marcaţi şi adăugarea de EPI. Evidenţiaţi rezultatele. Definiţi relaţia Acetilcolină-Epinefrină.

………………………………………………………………………………………………..............

13. Desenaţi o cardiogramă în stare de repaus. Marcaţi momentul în care s-a administrat ACH şi evidenţiaţi efectul. Adăugaţi şi atropină. Desenaţi în continuare şi explicaţi ce se întâmplă. Definiţi relaţia Acetilcolină-Atropină.

………………………………………………………………………………………………..............

14. Completaţi tabelul cu: (+) efect de stimulare; (-) efect de inhibiţie, (x) - fără efect

Substanţe	Cronotropism	Inotropism	Tonotropism
Epinefrină
Propranolol
Verapamil
Fentolamină
Acetilcolină
Atropină

………………………………………………………………………………………………..............

15. Numiţi un agonist pentru receptorii: β₁ adrenergici; α adrenergici; M colinergici. Găsiţi sinonime pentru termenul de agonist.

………………………………………………………………………………………………..............

16. Numiţi un blocant al receptorilor: β adrenergici; α adrenergici; M colinergici şi al canalelor lente de Ca⁺⁺.

………………………………………………………………………………………………..............

17. Numiţi câteva boli sau situaţii în care se administrează: propranolul, atropină; verapamil, epinefrină, acetilcolină, fentolamină.

………………………………………………………………………………………………..............