Lucrări practice I. Ligaturile lui Stannius

LUCRĂRI PRACTICE

I. Ligaturile lui Stannius

În 1853, fiziologului german STANNIUS a pus la punct o procedură experimentală prin care demonstra existenţa centrilor de automatism şi a propagării (conducerii) excitaţiei prin sistemul excito-conductor al cordului de broască.

Experimentul se numeşte “ligaturile^* lui Stannius” deoarece autorul a realizat mai multe ligaturi între cavităţile cordului de broască şi a urmărit comportamentul inimii, în condiţiile în care legătura dintre cavităţi a fost întreruptă complet.

Anatomia cordului de broască

De cele mai multe ori, pentru experimentele simple, demonstrative, în biologie se foloseşte ca animal de laborator, broasca. Se preferă broasca, ea fiind un animal poikiloterm, care nu necesită condiţii speciale de lucru, iar datele obţinute se pot compara cu cele de la animalele homeoterme.

Cordul de broască are doar trei cavităţi, două atrii şi un ventricul, spre deosebire de cel uman, care este un organ tetracameral. Atriul drept primeşte sângele din circulaţia sistemică prin venele cave, care se deschid în sinusul venos. Acesta este un sac cu pereţii subţiri care comunică direct cu atriul drept. Atriul stâng primeşte sânge direct din plămâni. Ambele atrii pompează sânge în acelaşi ventricul, în care sângele se amestecă. Acest amestec de sânge este apoi pompat printr-o arteră - con arterial, care se divide în 2 ramuri: una pentru plămâni, alta pentru circulaţia sistemica (imaginea nr. 1).

La cordul de broască există 3 centri de automatism numiţi ganglioni:

• 
  ganglionul REMACK excitator, situat la nivelul sinusului venos, este centrul primar de automatism, care comandă activitatea întregii inimi; este sinonim cu NSA de la om;
  
• 
  ganglionul LUDWIG, localizat în septul interatrial, are acţiune inhibitorie; nu are sinonim la om;
  
• 
  ganglionul BIDDER, situat la nivelul ventriculului, are rol excitator şi este centru secundar de atomatism, sinonim la om cu fasciculul His (centrul terţiar).
  

Denumirea de ganglioni se datorează prezenţei celulelor nervoase în aceste formaţiuni, spre deosebire de mamifer unde utilizăm denumirea de noduli, deoarece conţin doar celule musculare cu caractere embrionare.

Obiectivele lucrării. Acest experiment demonstrează:

• 
  existenţa centrilor de automatism şi a funcţiei cronotrope la cordul de broască;
  
• 
  existenţa căilor de legătură dintre centrii de automatism prin blocarea conducerii stimulului între aceşti centri;
  
• 
  existenţa unei ierarhizării a centrilor de automatism prin izolarea succesivă a acestora;
  

De asemenea, prin ligatura a-III-a se va simula un bloc complet atrio-ventricular care se întâlneşte şi în patologia umană.

Principiul lucrării

Prin ligaturi succesive aplicate între cavităţile cordului de broască (sinus venos, atrii, ventricul) se provoacă o separare a centrilor de automatism situaţi în pereţii acestor cavităţi.

Materiale necesare

• 
  Pentru experimentul simulat: computer şi programul de fiziologie virtuală.
  

Mod de lucru

• 
  se deschide computerul, se accesează interfaţa ”student”, se introduce parola, se deschide programul de “Fiziologie virtuală”, iar din menu se alege lucrarea “Ligaturile lui Stannius”; inima de broască şi ligaturile care se vor face vor arăta aproximativ ca în figura 1.8
  

Fig. 1.8. Ligaturile lui Stannius

• 
  Ligatura I se practică între sinusul venos şi atrii. Astfel, se separă sinusul venos, în care se găseşte ganglionul Remack, de restul inimii.
  

Rezultate

• 
  sinusul venos continuă să se contracte în ritmul anterior impus de ganglionul Remack care este excitator;
  
• 
  atriile şi ventriculul se opresc datorită blocării prin ligatură a impulsului de la Remack. Rămas fără legătura cu pacemaker-ul natural, ganglionul Ludwig îşi exercită acţiunea inhibitorie asupra atriilor şi ganglionului Bidder, prin urmare acestea nu se mai contractă.
  

• 
  Ligatura a- II-a se practică pe aceeaşi inimă, cu prima ligatură păstrată. Se face o a doua ligatură, între atrii şi ventricul, puţin către atrii pentru a nu leza ganglionul Bidder.
  

Rezultate

• 
  sinusul venos continuă să se contracte în ritmul impus de gg. Remack;
  
• 
  atriile nu se contractă, deoarece se află sub influenţa gg.inhibitor Ludwig;
  
• 
  ventriculul, după o scurtă perioadă, îşi reia contracţiile într-un ritm mai lent impus de ganglionul Bidder. Prin această a doua ligatură, Bidder a scăpat de sub influenţa gg. inhibitor Ludwig şi devine centru de automatism.
  

• 
  Ligatura a III-a se practică pe o altă inimă de broască, ca şi ligatura a II-a, între atrii şi ventricul.
  

Rezultate

• 
  sinusul venos şi atriile se contractă în ritmul anterior impus de ganglionul excitator Remack, din sinusul venos;
  
• 
  ventriculul se contractă într-un ritm mai lent impus de ganglionul excitator Bidder.
  

Interpretarea rezultatelor

• 
  În cazul primei ligaturi, atriile şi ventriculul se opresc pentru că ganglionul inhibitor din atrii, separat de influenţa dominantă a centrului primar de automatism din sinusul venos, preia comanda inimii; fiind inhibitor, el opreşte activitatea atriilor şi a ventriculului.
  

• 
  În cazul celei de a II-a ligaturi se separă ventriculul de atrii. Centrul secundar de automatism, excitator, din ventricul (Bidder), scapă de sub influenţa inhibitorie a ganglionului Ludwig şi preia comanda ventriculului, dar într-un ritm mai lent.
  
• 
  În cazul ligaturii a III-a se separă atriile de ventricul. Centrul secundar de automatism, ventricular, este scos de sub influenţa centrului primar, dominant de automatism, din sinusul venos. Astfel sinusul venos şi atriile se vor contracta sub influenţa atriilor, iar ventriculul se va contracta într-un ritm lent - idioventricular, sub influenţa stimulilor plecaţi din centrul secundar de automatism situat în ventricul. Ganglionul inhibitor Ludwig din septul interatrial rămâne nefuncţional atâta vreme cât funcţionează centrul primar de automatism din sinusul venos, cu care se află în interrelaţie funcţională.
  

Ligatura a III-a reproduce experimental blocul atrioventricular complet din patologia umană, unde atriile se contractă în ritm sinusal, iar ventriculii în ritm idioventricular.

Importanţa experimentului

Ligaturile lui Stannius dovedesc existenţa mai multor centri de automatism ierarhizaţi funcţional, în sensul dominaţiei centrului primar asupra celui secundar de automatism. Criteriul ierarhizării este frecvenţa de emisie a stimulilor, adică nodulul sau ganglionul care genereză stimuli cu cea mai mare frecvenţă, va prelua comanda inimii.

Când centrul primar îşi încetează activitatea, comanda este preluată de centrul secundar. Rezultă că, atâta timp cât centrul primar funcţionează, ceilalţi centri sunt nefuncţionali. O situaţie similară se întâlneşte la cordul uman, unde există mai mulţi centri de automatism aflaţi în aceeaşi interrelaţie funcţională.

Ligaturile lui Stannius mai dovedesc existenţa unor căi de conducere între centrii de automatism. Prin ligaturi, întrerupem legătura dintre centri, separându-i. Provocăm astfel un blocaj al conducerii.

Situaţii similare întâlnim la cordul uman, când conducerea impulsului este blocată la un anumit nivel, de exemplu între nodulul sino-atrial şi atrio-ventricular (bloc sino-atrial), între atrii şi ventricule (bloc atrioventricular) sau, la nivelul ramurilor fasciculului His (bloc de ramură). Astfel de situaţii se definesc ca tulburări de conducere.

În condiţii fiziologice, stimulii sunt elaboraţi numai de către centrul primar de automatism, cel care are ritmul biologic cel mai înalt, la om acesta fiind nodulul sinoatrial, iar la broască, ganglionul Remack. Ceilalţi centri nu au funcţie de a genera stimuli în condiţii fiziologice ci, doar de a conduce stimulul primit. Capacitatea de a genera stimuli se manifestă în situaţii patologice, constituind rezerva funcţională a automatismului cardiac.

Reţineţi

• 
  Ligaturile lui Stannius realizează blocarea conducerii stimulului prin ţesutul excito-conductor al inimii de broască.
  
• 
  Ligatura a- III-a se aseamănă cu blocul atrio-ventricular complet din patologia umană.
  
• 
  În condiţii fiziologice, inima se contractă sub influenţa stimulilor generaţi de nodulul sino-atrial la om şi a ganglionului Remack la broască.
  
• 
  În cordul uman există trei centri de automatism, ierarhizaţi funcţional, care pot întreţine activitatea inimii. Nodulul sinoatrial reprezintă pace-makerul fiziologic al inimii. Ceilalţi doi centri sunt de rezervă, potenţiali, ei preiau comanda inimii numai în situaţii patologice.
  

Studiu individual

1. 
   Utilizând un dicţionar medical sau alte materiale de documentare explicaţi înţelesul următorilor termeni: bloc sino-atrial, bloc atrio-ventricular, bloc de ramură, tulburare de conducere, precum şi alţi termeni pe care îi întâlniţi în text şi nu îi cunoaşteţi
   
2. 
   Scrieţi un eseu de 500 de cuvinte despre blocul atrio-ventricular complet şi consecinţele lui.
   

* LIGATURĂ s.f. Legare cu un fir de aţă sau de catgut a unui vas sanguin sau a unui organ tubular (DEX).

FIŞĂ DE LUCRU ÎN LABORATOR
1. Efectuaţi experimentul virtual. Notaţi-vă rezultatele.

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

2. Desenaţi şi descrieţi anatomia cordului de broască.

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

3. Pe desenul realizat plasaţi cei trei ganglioni: Remack, Ludwig şi Bidder şi precizaţi rolul fiecăruia.

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

4. Precizaţi unde se face prima ligatură şi care sunt consecinţele în funcţionarea inimii de broască.

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

5. Precizaţi unde se face ligatura a-II-a şi care sunt consecinţele în funcţionarea inimii de broască.

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

6. Precizaţi unde se face ligatura a-III-a şi care sunt consecinţele în funcţionarea inimii de broască.

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

7. Denumiţi tulburarea de conducere din patologia umană care este similară cu ligatura a- III-a a lui Stannius.

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

8. Explicaţi de ce este important studiul ligaturilor lui Stannius.

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

9. Indicaţi care este rolul ganglionilor Ludwig şi Bidder în situaţii fiziologice.

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

2. Cardiografia Marey

În 1876, Marey a înregistrat, cu ajutorul unui dispozitiv numit cardiograful Marey, modificările de formă şi volum ale cordului de broască, obţinând un grafic numit “cardiogramă”.

După obţinerea cardiogramei spontane, Marey a aplicat stimuli electrici pe cordul de broască şi a constatat că inima NU răspunde în timpul contracţiei, ci numai către sfârşitul sistolei şi în diastolă. Astfel, Marey a descris “legea inexcitibilităţii periodice a miocardului".

Obiectivele lucrării

• 
  înregistrarea activităţii mecanice a cordului de broască în condiţii spontane şi obţinerea unui grafic numit cardiogramă;
  
• 
  evidenţierea celor două perioade fiziologice ale ciclului cardiac: sistola şi diastola;
  

• 
  evidenţierea inexcitabilităţii periodice a miocardului: sistola reprezintă perioada inexcitabilă a miocardului, iar diastola, perioada excitabilă;
  
• 
  înregistrarea unei extrasistole.
  

Principiul lucrării

Se înregistrează grafic activitatea contractilă a cordului de broască. Aplicăm stimuli electrici în diferite momente ale ciclului cardiac şi observăm în care fază inima este excitabilă.

Materiale necesare

• 
  Pentru experimentul simulat: computer şi programul de fiziologie virtuală.
  

Mod de lucru

• 
  Se urmează aceiaşi paşi ca la lucrarea “Ligaturile lui Stannius”, dar acum, din menu se alege lucarea Cardiografia Marey.
  

Rezultate – interpretare

• 
  se constată că activitatea ritmică a inimii, respectiv ciclul cardiac, constă dintr-o succesiune de contracţii numite sistole şi relaxări numite diastole, a căror înregistrare constituie cardiograma (fig 1.10);
  

• 
  aplicarea unui stimul în sistolă, pe partea ascendentă a graficului, nu este urmată de răspuns, aceasta fiind perioada inexcitabilă a inimii;
  
• 
  rezultatele experimentului au fost enunţate în LEGEA MAREY sau LEGEA INEXCITABILITATII PERIODICE A INIMII, care are urmatorul enunţ: miocardul este inexcitabil în sistolă şi excitabil către finalul acesteia şi în diastolă.
  
• 
  aplicarea de stimuli pe panta descendentă a graficului, sau la baza sa, adică în perioada de la sfârşitul sistolei şi respectiv în diastolă, este urmată de apariţia unei contracţii premature numită extrasistolă, urmată de o diastolă prelungită.
  

De data aceasta, stimulul a căzut în perioada excitabilă a miocardului. Apariţia diastolei prelungite (pauză compensatorie) este explicată prin aceea că stimulul fiziologic din centrul normal de automatism (Remack la broască şi NSA la om), dacă se elaborează, găseşte miocardul în perioada refractară a contracţiei premature – extrasistola, şi nu este urmat de răspuns.

Ca orice contracţie (sau sistolă) şi extrasistola are o perioadă refractară absolută sau inexcitabilă. Următorul stimul fiziologic pornit din pacemaker-ul cardiac găseşte inima în această pauză după extrasistolă (diastolă prelungită), deci în faza excitabilă şi astfel poate răspunde la excitant.

În patologia umană şi chiar la indivizii sănătoşi, se întâlnesc frecvent extrasistole ca manifestare clinică şi reprezintă o perturbare a excitabilităţii miocardului. Extrasistolele atriale sau ventriculare se produc ca urmare a apariţiei unor focare ectopice generatoare de extrasistole.





În concluzie, experienţa lui Marey permite:

• 
  înregistrarea activităţii mecanice a cordului de broască şi punerea în evidenţă a celor două perioade fiziologice ale revoluţiei cardiace: sistola şi diastola;
  
• 
  evidenţierea perioadelor de excitabiliatate ale miocardului: sistola reprezintă perioada inexcitabilă, iar diastola perioada excitabilă a miocardului;
  
• 
  definirea legii lui Engelmann: chiar şi în condiţiile unui stimul precoce, urmat de o contracţie precoce–extrasistolă, perioadele fiziologice ale ciclului cardiac sunt conservate, acest fenomen având caracter de lege, numită legea lui Engelmann.
  

Reţineţi

• 
  Stimulul care este generat într-un focar ectopic este un stimul supranumerar, precoce faţă de stimulul venit din focarul fiziologic de automatism.
  
• 
  Dacă acest stimul cade în sistolă, când din punct de vedere electric, miocardul se află în perioada refractară absolută, NU va iniţia un nou răspuns.
  
• 
  Dacă este aplicat către finalul contracţiei sau începutul diastolei, când miocardul se află, din punct de vedere electric, în perioada refractară relativă, el va genera un răspuns, numit extrasistolă.
  

Studiu individual

1. 
   Utilizând un dicţionar medical, cursul sau alte materiale de documentare explicaţi înţelesul următorilor termeni: focar ectopic, perioadă refractară absolută, perioadă refractară relativă, diastolă prelungită, extrasistolă sau alţi termeni pe care îi întâlniţi în text şi nu îi cunoaşteţi.
   
2. 
   Scrieţi un eseu de 500 de cuvinte despre tulburările de excitabilitate ale cordului uman şi condiţiile în care acestea apar.
   

FIŞĂ DE LUCRU ÎN LABORATOR

1. Efectuaţi experimentul virtual şi desenaţi graficul obţinut spontan. Denumiţi fazele ciclului cardiac.

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

2. Aplicaţi stimuli electrici în diferite faze ale ciclului cardiac şi desenaţi graficul obţinut. Explicaţi diferenţa dintre graficul din spontan şi cel obţinut după aplicarea stimulilor electrici.

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

3. Numiţi succesiunea unei sistole şi a unei diastole.

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

4. Definiţi legea Marey.

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

5. Definiţi extrasistola.

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

6. Desenaţi potenţialul de acţiune al fibrei miocardice contractile şi plasaţi pe desen, perioadele de excitabilitate.

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

7. Cu o altă culoare, suprapuneţi peste fenomenul electric şi fenomenul mecanic.

Comentaţi relaţia dintre aceste fenomene.

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

8. Pe acelaşi desen aplicaţi un stimul în sistolă şi explicaţi ce vă aşteptaţi să se întâmple. Aplicaţi un stimul în diastolă şi explicaţi ce se va întâmpla. Apoi aplicaţi un stimul către sfârşitul sistolei şi explicaţi.

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

9. Explicaţi fiecare rând al desenului de mai jos. Notă: S1….S7 reprezintă stimuli care vin din centrul fiziologic de automatism; steluţa reprezintă un stimul provenit dintr-un focar ectopic.

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

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

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

10. Explicaţi importanţa acestui experiment pentru înţelegerea unor aspecte din patologia umană.

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