برون‌ده قلب و برگشت وریدی

5 مفهوم در این درس

آزمونک سریع

با چند پرسش تصادفی، آمادگی‌ات را بسنج

در حال آماده‌سازی آزمونک…

سیستم رنین-آنژیوتانسین و هایپرتانسیون

عملکرد سیستم رنین-آنژیوتانسین در تنظیم فشار خون

سیستم رنین-آنژیوتانسین به عنوان یکی از حیاتی‌ترین سامانه‌های هورمونی بدن، نقش بسیار مهمی را در تنظیم فشار خون بر عهده دارد. اثر تنگ‌کننده عروقی یا وازوکانستریکتوری این سیستم، یک مکانیسم کنترل میان‌مدت در تنظیم فشار خون سیستمیک محسوب می‌شود که سرعت عمل مناسبی دارد. به عنوان مثال، در شرایط اورژانسی مانند وقوع یک خونریزی شدید، بدن نیاز به واکنش سریع دارد. حدود ۲۰ دقیقه پس از رخ دادن خونریزی شدید، مهم‌ترین مکانیسم جبرانی فعال برای بالا بردن و بازیابی فشار خون، اثر وازوکانستریکتوری آنژیوتانسین II است. در این بازه زمانی کوتاه، کلیه‌ها هنوز فرصت کافی برای جبران حجم از دست رفته از طریق احتباس آب و سدیم را پیدا نکرده‌اند؛ بنابراین، انقباض عروق خونی توسط آنژیوتانسین II به عنوان ناجی اولیه وارد عمل شده و مانع سقوط مرگبار فشار خون می‌شود.

حدود ۲۰ دقیقه پس از خونریزی شدید، مهم‌ترین مکانیسم جبرانی بدن، اثر وازوکانستریکتوری آنژیوتانسین II است و احتباس کلیوی آب و نمک نقشی در این صعود اولیه ندارد.

هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات

در مدل‌های پاتولوژیک مانند هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات (تنگی شریان یک کلیه در حالی که کلیه دیگر برداشته شده است)، ما شاهد عملکرد سیستماتیک این فرآیندها هستیم. صعود فشار شریانی در این وضعیت دارای دو مرحله کاملاً مجزای زمانی است. صعود اولیه و بسیار سریع فشار شریانی سیستمیک در فاز اول، دقیقاً مشابه پاسخ به خونریزی، ناشی از اثر وازوکانستریکتوری رنین-آنژیوتانسین است. هدف فیزیولوژیک این صعود اولیه فشار شریانی سیستمیک، بالا بردن فشار در ناحیه دیستال به تنگی شریان کلیوی و بازگرداندن آن به حد طبیعی است تا کلیه از خطر کم‌خونی نجات یابد. اما صعود ثانویه و کندتر فشار خون در فاز دوم رخ می‌دهد که به دلیل احتباس آب و نمک توسط کلیه است. نکته بسیار مهمی که در این فاز ثانویه دیده می‌شود این است که غلظت رنین خون در حین صعود ثانویه و تدریجی فشار خون رو به کاهش می‌گذارد تا در نهایت به میزان طبیعی و اولیه خود بازگردد.

برای مثال، در هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات، تنگی شریان کلیوی ابتدا با ترشح رنین فشار سیستمیک را به سرعت بالا می‌برد تا فشار دیستال به تنگی نرمال شود؛ سپس با احتباس آب و نمک، فشار بالا حفظ شده و رنین به سطح نرمال بازمی‌گردد.

هایپرتانسیون دوکلیه‌ای گلدبلات

در مدل هایپرتانسیون دوکلیه‌ای گلدبلات، سناریوی متفاوتی رخ می‌دهد زیرا هر دو کلیه در بدن حضور دارند اما شریان یکی از آن‌ها دچار تنگی شده است. در این حالت، کلیه درگیر که شریان آن تنگ شده است، در پاسخ به کاهش فشار جریان خون خود، شروع به ترشح رنین می‌کند. رنین ترشح‌شده منجر به تولید آنژیوتانسین سیستمیک می‌شود. این آنژیوتانسین نه تنها باعث احتباس آب و نمک در خود کلیه درگیر می‌شود، بلکه کلیه مقابل و سالم را نیز تحت تأثیر قرار داده و آن را وادار به احتباس آب و سدیم می‌کند. در نتیجه، برخلاف تصور اولیه، احتباس مایعات فقط محدود به کلیه بیمار نیست بلکه کلیه سالم نیز در این مسیر پاتولوژیک درگیر می‌شود.

ویژگیهایپرتانسیون تک‌کلیه‌ایهایپرتانسیون دوکلیه‌ای
تعداد کلیه‌ها۱۲
منبع ترشح رنینکلیه تحت تنگیکلیه تحت تنگی
محل احتباس آب و نمکتنها کلیه موجودهر دو کلیه (بیمار و سالم)

واژگان کلیدی

اثر وازوکانستریکتوری
مکانیسم میان‌مدتی که از طریق انقباض و تنگ کردن عروق خونی توسط آنژیوتانسین II به سرعت فشار خون را افزایش می‌دهد.
هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات
مدل افزایش فشار خون ناشی از تنگی شریان در تنها کلیه باقی‌مانده در بدن.
هایپرتانسیون دوکلیه‌ای گلدبلات
مدل افزایش فشار خون ناشی از تنگی شریان در یکی از کلیه‌ها در حضور کلیه سالم دیگر.

اشتباه‌های رایج

  • اشتباه است اگر تصور شود صعود اولیه و سریع فشار خون در هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات به دلیل احتباس آب و نمک است؛ این صعود اولیه ناشی از انقباض عروقی سیستم رنین-آنژیوتانسین است.
  • نباید فرض کرد که در صعود ثانویه و کندتر فشار خون گلدبلات، غلظت رنین افزایش می‌یابد؛ بلکه غلظت رنین رو به کاهش می‌گذارد تا به حد طبیعی بازگردد.
  • این باور غلط است که در هایپرتانسیون دوکلیه‌ای گلدبلات، فقط کلیه درگیر دچار احتباس آب و نمک می‌شود؛ رنین ترشحی باعث می‌شود کلیه مقابل و سالم نیز مایعات را احتباس کند.
  • اشتباه است اگر احتباس کلیوی آب و نمک را مهم‌ترین مکانیسم جبرانی سریع (مثلاً ۲۰ دقیقه) پس از خونریزی بدانیم؛ در این بازه، اثر وازوکانستریکتوری آنژیوتانسین II نقش اصلی را دارد.

جمع‌بندی این مفهوم

  • اثر تنگ‌کننده عروقی سیستم رنین-آنژیوتانسین یک مکانیسم کنترل میان‌مدت فشار خون با سرعت عمل بالا است.
  • در خونریزی شدید، ظرف مدت ۲۰ دقیقه، اثر وازوکانستریکتوری آنژیوتانسین II مکانیسم اصلی جبران افت فشار خون است.
  • در هایپرتانسیون تک‌کلیه‌ای گلدبلات، فاز سریع اولیه ناشی از انقباض عروق و فاز کند ثانویه ناشی از احتباس آب و نمک است.
  • طی فاز ثانویه هایپرتانسیون گلدبلات، غلظت رنین برعکس فاز اول رو به کاهش می‌گذارد تا به حد طبیعی برسد.
  • در هایپرتانسیون دوکلیه‌ای گلدبلات، کلیه مبتلا به تنگی شریانی، با ترشح رنین موجب احتباس آب و نمک در هر دو کلیه درگیر و سالم می‌شود.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که آزمایش‌های هری گلدبلات در دهه ۱۹۳۰ میلادی، انقلابی در درک ما از ارتباط کلیه و فشار خون ایجاد کرد. او با قرار دادن یک گیره فلزی کوچک روی شریان کلیوی سگ‌ها، نشان داد که کاهش جریان خون کلیه می‌تواند مستقیماً به هایپرتانسیون شدید شریانی منجر شود. این کشف ثابت کرد که کلیه‌ها نه‌تنها اندام‌های دفعی هستند، بلکه به عنوان تنظیم‌کننده‌های هورمونی فعال با ترشح رنین، فشار خون کل بدن را کنترل می‌کنند و اساس درمان‌های مدرن ضد فشار خون مانند داروهای مهارکننده ACE را پایه‌گذاری کردند.

برون‌ده قلبی و شاخص قلبی

تعاریف پایه و مقادیر نرمال برون‌ده قلبی

برون‌ده قلبی (Cardiac Output) که با حروف اختصاری CO نشان داده می‌شود، به عنوان یکی از حیاتی‌ترین پارامترهای عملکردی سیستم قلب و عروق، عبارت است از مقدار خونی که در هر دقیقه توسط بطن چپ قلب به درون شریان آئورت پمپ می‌شود تا به بافت‌های مختلف بدن برسد. در مقابل، جریان خون ورودی از سیستم وریدی بزرگ به درون دهلیز راست را بازگشت وریدی (Venous Return) می‌گویند. در شرایط طبیعی، میزان برون‌ده قلبی یک فرد بالغ در حالت استراحت کامل به طور متوسط حدود ۵ لیتر در دقیقه است. این متغیر حیاتی تحت تأثیر عوامل متعددی نظیر سطح متابولیسم پایه، میزان فعالیت بدنی، سن و اندازه بدن قرار دارد. جالب اینجاست که در شرایط طبیعی و بدون تنش، قلب عامل تعیین‌کننده اصلی برون‌ده خود نیست، بلکه برون‌ده قلبی به طور کامل توسط عوامل محیطی مؤثر بر بازگشت وریدی کنترل و تنظیم می‌شود. یعنی بافت‌ها بر اساس نیاز خود خون دریافت می‌کنند و قلب صرفاً خونی را که به آن باز می‌گردد پمپ می‌کند.

در شرایط طبیعی و بدون استرس، کنترل‌کننده اولیه برون‌ده قلبی خود قلب نیست، بلکه عوامل محیطی مؤثر بر بازگشت وریدی میزان پمپاژ قلب را تعیین می‌کنند.

شاخص قلبی و تغییرات آن با سن

برای مقایسه دقیق‌تر این فاکتور بین افراد مختلف، از شاخص یا اندکس قلبی (Cardiac Index) استفاده می‌کنند که برون‌ده قلبی را نسبت به سطح مقطع بدن می‌سنجد. بر خلاف تصور رایج، اندکس قلبی انسان در سنین نوزادی به حداکثر میزان خود نمی‌رسد؛ بلکه این شاخص در سن ۱۰ سالگی به اوج خود یعنی مقداری بالاتر از ۴ لیتر در دقیقه بر متر مربع دست یافته و سپس تا سن ۸۰ سالگی روندی کاملاً نزولی و کاهشی را طی می‌کند.

برای مثال، یک کودک ۱۰ ساله به دلیل نرخ بالای رشد و متابولیسم فعال، بیشترین شاخص قلبی را در طول عمر خود تجربه می‌کند، در حالی که در یک فرد ۸۰ ساله این شاخص به کمترین حد خود می‌رسد.

اثرات قطع عضو بر همودینامیک بدن

علاوه بر این، تغییر در توده بافتی بدن می‌تواند برون‌ده قلبی را به شدت تغییر دهد. برای نمونه، در شرایطی که یک اندام با روش جراحی قطع می‌شود، دو اتفاق مهم در همودینامیک بدن رخ می‌دهد. اول اینکه با حذف اندام، یک مسیر عروقی موازی از مدار گردش خون خارج می‌شود که این حذف منجر به کاهش رسانایی عروق و در نتیجه افزایش مقاومت عروقی محیطی کل (TPR) می‌گردد. دوم اینکه به دلیل کاهش توده زنده بافتی، نیاز کلی بدن به مصرف اکسیژن کاهش یافته که حاصل آن کاهش جریان خون موضعی و به دنبال آن کاهش برون‌ده قلبی است.

پارامتربرون‌ده قلبیبازگشت وریدی
تعریفپمپاژ خون به آئورتورود خون به دهلیز راست
کنترل‌کننده اصلیعوامل بازگشت وریدیمقاومت و فشار وریدها
مقدار متوسط۵ لیتر در دقیقه۵ لیتر در دقیقه

واژگان کلیدی

برون‌ده قلبی (Cardiac Output)
حجم خونی که در هر دقیقه توسط بطن چپ قلب به درون شریان آئورت پمپ می‌شود.
بازگشت وریدی (Venous Return)
مقدار خونی که در هر دقیقه از سیاهرگ‌ها به دهلیز راست قلب بازمی‌گردد.
شاخص قلبی (Cardiac Index)
برون‌ده قلبی تقسیم بر مساحت سطح بدن که برای مقایسه افراد با جثه‌های مختلف استفاده می‌شود.

اشتباه‌های رایج

  • اشتباه است اگر تصور شود اندکس قلبی در نوزادان به بالاترین حد خود می‌رسد؛ این شاخص در سن ۱۰ سالگی به اوج خود می‌رسد.
  • نباید گمان کرد که در شرایط طبیعی و بدون استرس، قلب خودش تنظیم‌کننده اولیه برون‌ده قلبی است؛ بلکه عوامل محیطی تعیین‌کننده بازگشت وریدی این نقش را دارند.
  • این تصور غلط است که قطع یک عضو به دلیل قطع مسیرهای عروقی، مقاومت محیطی کل را کاهش می‌دهد؛ حذف مدار موازی موجب افزایش مقاومت عروقی محیطی کل می‌شود.

جمع‌بندی این مفهوم

  • برون‌ده قلبی حجم خون پمپ‌شده به آئورت در دقیقه است که در حالت استراحت بالغین حدود ۵ لیتر است.
  • متابولیسم پایه، سن، جثه و میزان فعالیت فیزیکی از عوامل تعیین‌کننده اصلی میزان برون‌ده قلبی هستند.
  • در شرایط عادی و بدون استرس، بازگشت وریدی و فاکتورهای محیطی کنترل‌کننده اصلی برون‌ده قلبی می‌باشند.
  • اندکس قلبی در سن ۱۰ سالگی به بیشترین میزان خود یعنی فراتر از ۴ لیتر در دقیقه بر متر مربع می‌رسد.
  • قطع جراحی یک اندام با حذف مسیر موازی عروقی، مقاومت محیطی کل را افزایش و برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهد.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که در زیست‌شناسی مقایسه‌ای، برون‌ده قلبی در حیوانات مختلف تفاوت‌های شگفت‌انگیزی دارد. برای مثال، برون‌ده قلبی یک نهنگ آبی بالغ می‌تواند به بیش از ۱۰۰۰ لیتر در دقیقه برسد، در حالی که قلب او تنها ۸ تا ۱۰ بار در دقیقه می‌تپد! در مقابل، خفاش‌ها در حین پرواز ضربان قلبی نزدیک به ۱۰۰۰ تپش در دقیقه دارند تا برون‌ده قلبی لازم برای بال زدن‌های سریع را تامین کنند. این نشان می‌دهد که چگونه سیستم قلبی-عروقی در طول تکامل برای برآوردن نیازهای متابولیکی خاص هر گونه سازگار شده است.

تنظیم عصبی برون‌ده و منحنی‌های قلبی

ارتباط فشار دهلیز راست و بازگشت وریدی

یکی از مفاهیم کلیدی در همودینامیک قلب، رابطه معکوس میان فشار دهلیز راست و میزان بازگشت وریدی است. دهلیز راست به عنوان مخزن ورودی قلب عمل می‌کند؛ بنابراین، افزایش فشار در دهلیز راست گرادیان فشاری بین سیاهرگ‌های بزرگ (وریدهای اجوف) و قلب را کاهش می‌دهد. این کاهش اختلاف فشار، مانع جریان یافتن راحت خون شده و در نتیجه بازگشت وریدی به قلب را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد. برای افزایش بازگشت وریدی، فشار دهلیز راست باید کاهش یابد تا خون بتواند بر مقاومت وریدهای اجوف غلبه کرده و وارد قلب شود.

افزایش فشار دهلیز راست با کاهش گرادیان فشار سیاهرگی، مانع بازگشت خون شده و بازگشت وریدی را کاهش می‌دهد.

تأثیر سیستم عصبی سمپاتیک بر منحنی‌های قلبی

سیستم عصبی خودگردان سمپاتیک تأثیر قدرتمندی بر عملکرد پمپاژ قلب و دیواره عروق دارد. تحریک سمپاتیک با افزایش همزمان قدرت انقباضی (پمپی) قلب و افزایش فشار پرشدگی سیستمیک، منحنی برون‌ده قلبی را به سمت بالا و چپ شیفت می‌دهد. با اعمال حداکثر تحریک سمپاتیک، میزان برون‌ده قلبی می‌تواند از مقدار نرمال ۵ لیتر در دقیقه به حدود ۱۰ لیتر در دقیقه (تقریباً دو برابر) افزایش یابد، در حالی که فشار دهلیز راست بدون تغییر چندانی در حدود صفر باقی می‌ماند. در نقطه مقابل، مهار فعالیت سمپاتیک (که به عنوان نمونه به دنبال بی‌حسی کامل نخاعی رخ می‌دهد) قدرت پمپاژ قلب و فشار پرشدگی عروق را تضعیف کرده و منحنی برون‌ده قلبی را به سمت پایین و راست شیفت می‌دهد.

برای مثال، در طی یک ورزش سنگین، تحریک سمپاتیک شدید منحنی برون‌ده را به بالا و چپ شیفت داده و پمپاژ قلب را دو برابر می‌کند، در حالی که بی‌حسی نخاعی با مهار سمپاتیک آن را به پایین و راست می‌برد.

تنظیم عصبی ضربان قلب و بازخورد ورید مرکزی

سیستم عصبی از رفلکس‌های متفاوتی برای پاسخ به تغییرات همودینامیک استفاده می‌کند. جالب اینجاست که هم افزایش و هم کاهش بازگشت وریدی می‌توانند ضربان قلب را افزایش دهند، اما از مسیرهای کاملاً متفاوت. کشیدگی دهلیز راست در پاسخ به افزایش بازگشت وریدی، رفلکس بین‌بریج (Bainbridge Reflex) را فعال می‌کند که با فعال‌سازی مرکز وازوموتور در مغز، ضربان قلب را بالا می‌برد. در مقابل، کاهش بازگشت وریدی با کاهش فشار خون سیستمیک، رفلکس بارورسپتوری را فعال کرده و از این طریق ضربان قلب را برای جبران افت فشار افزایش می‌دهد. همچنین، افزایش فشار ورید مرکزی با تحریک گیرنده‌های کم‌فشار دهلیزی، سیگنال‌های کاهنده فشار خون ارسال می‌کند تا با کاهش ترشح آلدوسترون، کاهش آنژیوتانسین II و کاهش فعالیت سمپاتیک کلیوی، حجم خون و فشار را تعدیل کند.

واژگان کلیدی

رفلکس بین‌بریج (Bainbridge Reflex)
رفلکسی که در اثر کشیدگی دهلیز راست ناشی از افزایش بازگشت وریدی تحریک شده و با فعال‌سازی مرکز وازوموتور ضربان قلب را افزایش می‌دهد.
بی‌حسی کامل نخاعی
وضعیتی که با مهار تون سمپاتیک، منجر به افت قدرت پمپ قلبی و کاهش متوسط فشار پرشدگی سیستمیک می‌شود.
گیرنده‌های کم‌فشار دهلیزی
گیرنده‌هایی در دیواره دهلیز که در پاسخ به افزایش حجم و فشار ورید مرکزی، فعال‌کننده مکانیسم‌های کاهنده فشار خون سیستمیک هستند.

اشتباه‌های رایج

  • اشتباه است اگر تصور شود افزایش فشار دهلیز راست موجب افزایش بازگشت وریدی می‌شود؛ بلکه به دلیل کاهش گرادیان فشار، بازگشت وریدی را کاهش می‌دهد.
  • نباید فرض کرد تحریک سمپاتیک منحنی برون‌ده را به سمت پایین و راست شیفت می‌دهد؛ تحریک سمپاتیک منحنی را به بالا و چپ و مهار سمپاتیک (مانند بی‌حسی نخاعی) آن را به پایین و راست شیفت می‌دهد.
  • این باور غلط است که کشیدگی دهلیز راست در رفلکس بین‌بریج مرکز وازوموتور را مهار می‌کند؛ این رفلکس مرکز مذکور را فعال می‌سازد.
  • اشتباه است اگر تصور شود افزایش فشار ورید مرکزی موجب افزایش ترشح آلدوسترون و آنژیوتانسین II می‌شود؛ این عوامل در پاسخ به این افزایش فشار، کاهش می‌یابند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • افزایش فشار دهلیز راست با کاهش گرادیان فشاری سیاهرگی، بازگشت وریدی را به صورت خطی کاهش می‌دهد.
  • تحریک سمپاتیک با تقویت پمپاژ قلبی و افزایش پرشدگی عروق، منحنی برون‌ده قلبی را به بالا و چپ هدایت می‌کند.
  • مهار سمپاتیک ناشی از بی‌حسی کامل نخاعی، منحنی برون‌ده قلبی را به سمت پایین و راست متمایل می‌سازد.
  • حداکثر تحریک سمپاتیک برون‌ده قلبی را دو برابر کرده ولی فشار دهلیز راست را در حدود صفر نگه می‌دارد.
  • رفلکس بین‌بریج در افزایش بازگشت وریدی و رفلکس بارورسپتوری در کاهش بازگشت وریدی، ضربان قلب را افزایش می‌دهند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که تفاوت رفلکس بین‌بریج و رفلکس بارورسپتوری یک تضاد ظاهری زیبا در فیزیولوژی است. وقتی فردی مایعات وریدی زیادی دریافت می‌کند، حجم خون بالا رفته و دهلیز راست کشیده می‌شود؛ رفلکس بین‌بریج ضربان قلب را تندتر می‌کند تا خون تجمع‌یافته را سریع‌تر پمپ کند. اما اگر همین فرد دچار خونریزی شود، فشار خون افت کرده و بارورسپتورها ضربان را بالا می‌برند تا فشار خون شریانی حفظ شود. این تعامل دقیق نشان می‌دهد که چگونه بدن هوشمندانه از دو مسیر کاملاً متضاد برای حفظ پایداری سیستم گردش خون در پاسخ به تغییرات حجم استفاده می‌کند.

پیش‌بار، پس‌بار و فرانک-استارلینگ

مفاهیم پیش‌بار و پس‌بار

در فیزیولوژی قلب، درک دو نیروی مخالف و تعیین‌کننده عملکرد بطن‌ها اهمیت حیاتی دارد. پیش‌بار (Preload) به حجم خون موجود در بطن‌ها در پایان دیاستول گفته می‌شود که سبب کشیدگی دیواره بطن‌ها قبل از آغاز انقباض می‌گردد. در مقابل، پس‌بار (Afterload) مقاومت در برابر خروج خون از بطن است؛ مانند فشاری که آئورت بر بطن چپ یا شریان ریوی بر بطن راست وارد می‌کند. افزایش غیرفیزیولوژیک پس‌بار (مانند افزایش شدید فشار شریان آئورت) مانع خروج آسان خون شده و برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهد. همچنین پدیده‌های پاتولوژیک مانند تامپوناد قلبی (تجمع مایع در پریکارد) با ایجاد فشار خارجی، مانع پر شدن کامل قلب در دیاستول شده و با کاهش شدید قدرت انقباضی و پیش‌بار واقعی، برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهند.

مکانیسم فرانک-استارلینگ بیان می‌کند که هرچه پیش‌بار و حجم پایان دیاستولی بیشتر شود، انقباض بعدی بطن‌ها قوی‌تر خواهد بود.

قانون فرانک-استارلینگ و اساس سلولی آن

بر اساس مکانیسم فرانک-استارلینگ، افزایش حجم پایان دیاستولی بطن‌ها (پیش‌بار) به دلیل کشیدگی بیشتر سلول‌های قلبی، موجب افزایش هم‌پوشانی رشته‌های اکتین و میوزین در سارکومرها می‌شود. این هم‌پوشانی بهینه، قدرت انقباض بطنی را افزایش می‌دهد تا قلب بتواند حجم اضافی ورودی را پمپ کند. این پدیده در شرایط بالینی خاصی مانند نارسایی دریچه آئورت و مجرای شریانی باز (PDA) به وضوح دیده می‌شود؛ در این بیماری‌ها پیش‌بار بطن چپ به شدت افزایش یافته و قلب طبق قانون فرانک-استارلینگ، با قدرت بسیار بیشتری این حجم اضافی خون را پمپاژ می‌کند.

برای مثال، در نارسایی دریچه آئورت، بازگشت خون سرازیرشده از آئورت به بطن در پایان دیاستول، پیش‌بار را بالا می‌برد و قلب با انقباضی بسیار قوی‌تر بر اساس قانون فرانک-استارلینگ این خون را خارج می‌کند.

عوامل مؤثر بر بازگشت وریدی و پیش‌بار

پیش‌بار بطن مستقیماً تحت تأثیر حجم بازگشت وریدی است که خود توسط فاکتورهای عروقی متعددی تنظیم می‌شود. کاهش حجم‌پذیری (کمپلیانس) وریدها به دلیل رانده شدن خون ذخیره‌شده به سمت قلب، بازگشت وریدی را افزایش می‌دهد. همچنین افزایش حجم مایع خارج سلولی با افزایش حجم کل خون و فشار شریانی، بازگشت وریدی به قلب را افزایش می‌دهد. افزایش شدید فشار متوسط پرشدگی سیستمیک (PSF) نیز با تقویت رانش خون، بازگشت وریدی را بالا می‌برد بدون آنکه فشار دهلیز راست را کاهش دهد. اتساع شریانچه‌ها نیز با کاهش مقاومت عروقی، جریان خون به سمت سیاهرگ‌ها را تسهیل کرده و موجب افزایش بازگشت وریدی و افزایش فشار ورید مرکزی می‌شود. در مقابل، کاهش تون دیواره وریدهای بزرگ با تجمع خون در وریدها، بازگشت وریدی را کاهش می‌دهد.

واژگان کلیدی

پیش‌بار (Preload)
حجم خون موجود در بطن‌ها در پایان دیاستول که سبب کشیدگی دیواره بطنی و تعیین نیروی انقباض اولیه می‌شود.
پس‌بار (Afterload)
مقاومتی که بطن‌ها باید برای پمپاژ خون به عروق بزرگ (مانند شریان آئورت) بر آن غلبه کنند.
مکانیسم فرانک-استارلینگ
اصل فیزیولوژیکی که بیان می‌کند افزایش کشیدگی فیبرهای قلبی در اثر افزایش حجم دیاستولی، نیروی انقباض بطن را افزایش می‌دهد.

اشتباه‌های رایج

  • اشتباه است اگر پیش‌بار به عنوان حجم خون پایان سیستول تعریف شود؛ پیش‌بار حجم پایان دیاستول است.
  • نباید تصور کرد در نارسایی دریچه آئورت و مجرای شریانی باز (PDA)، پیش‌بار کاهش می‌یابد؛ در هر دو بیماری، پیش‌بار افزایش یافته و پمپاژ قلب تقویت می‌شود.
  • این باور غلط است که کاهش کمپلیانس (حجم‌پذیری) وریدها بازگشت وریدی را کاهش می‌دهد؛ کاهش حجم‌پذیری، خون را به سمت قلب رانده و بازگشت وریدی را افزایش می‌دهد.
  • اشتباه است اگر افزایش شدید فشار متوسط پرشدگی سیستمیک (PSF) را عامل کاهش شدید فشار دهلیز راست بدانیم؛ این افزایش فشار مستقیماً بازگشت وریدی را زیاد می‌کند.
  • نباید فرض کرد کاهش تون دیواره وریدهای بزرگ بازگشت وریدی را زیاد می‌کند؛ تجمع خون در وریدهای متسع، بازگشت وریدی را کاهش می‌دهد.
  • این فرضیه غلط است که در تامپوناد قلبی به دلیل تجمع مایع، انقباض و پر شدن قلب تسهیل شده و برون‌ده قلبی افزایش می‌یابد.

جمع‌بندی این مفهوم

  • پیش‌بار حجم خون پایان دیاستولی بطن‌ها است و پس‌بار مقاومت شریانی در برابر خروج خون می‌باشد.
  • بر اساس مکانیسم فرانک-استارلینگ، افزایش پیش‌بار با بهبود هم‌پوشانی اکتین و میوزین، نیروی انقباض را افزایش می‌دهد.
  • در نارسایی آئورت و مجرای شریانی باز، افزایش پیش‌بار به افزایش قدرت انقباض قلبی می‌انجامد.
  • کاهش حجم‌پذیری وریدها، افزایش حجم مایع خارج سلولی و اتساع شریانچه‌ها بازگشت وریدی را بالا می‌برند.
  • کاهش تون دیواره وریدهای بزرگ و افزایش پس‌بار شریانی یا تامپوناد قلبی موجب کاهش برون‌ده قلبی می‌شوند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که مکانیسم فرانک-استارلینگ به قلب اجازه می‌دهد تا به عنوان یک پمپ کاملاً خودکار و هوشمند عمل کند. اگر به صورت ناگهانی حجم خون ورودی به بطن راست افزایش یابد، بطن راست کشیده شده و خون بیشتری پمپ می‌کند. این خون اضافی به ریه‌ها رفته و سپس وارد بطن چپ می‌شود. بطن چپ نیز در پاسخ به این کشیدگی اضافی، انقباض قوی‌تری انجام می‌دهد. به این ترتیب، بدون نیاز به هیچ فرمان عصبی از مغز، برون‌ده بطن راست و چپ همواره با یکدیگر هماهنگ و متعادل باقی می‌ماند تا خون در ریه‌ها یا بافت‌ها تجمع نیابد.

بازگشت وریدی و فیستول عروقی

حالات پاتولوژیک موثر بر برون‌ده قلبی

برون‌ده قلبی در شرایط مختلف بالینی و پاتولوژیک دستخوش تغییرات شدیدی می‌شود که می‌توان آن‌ها را به دو دسته کلی افزایش پاتولوژیک (حالت پربرون‌ده) و کاهش پاتولوژیک (حالت کم‌برون‌ده) تقسیم کرد. در بیماری‌هایی نظیر بری‌بری (کمبود حاد ویتامین B۱هایپرتیروئیدی و وجود فیستول شریانی-وریدی، افزایش چشمگیر برون‌ده قلبی ناشی از کاهش مقاومت محیطی کل (TPR) است که به عنوان عامل اصلی تسهیل بازگشت خون به قلب عمل می‌کند. همچنین در بیماری آنمی (کم‌خونی شدید)، دو فاکتور مهم به طور همزمان مقاومت محیطی کل را کاهش می‌دهند: اولی کاهش غلظت گویچه‌های قرمز خون است که ویسکوزیته خون را به شدت پایین می‌آورد و دومی، گشادی موضعی عروق خونی است که در پاسخ به کاهش اکسیژن‌رسانی به بافت‌ها رخ می‌دهد. در نقطه مقابل، برخی شرایط پاتولوژیک نظیر هایپوتیروئیدی، کاهش حجم خون (خونریزی شدید)، اتساع حاد عروق و انسداد فیزیکی وریدهای بزرگ با کاهش بازگشت وریدی، برون‌ده قلبی را به شدت کاهش می‌دهند.

ایجاد فیستول شریانی-وریدی بزرگ با حذف مقاومت شریانچه‌ها، پس‌بار بطن را به شدت کاهش داده و بازگشت وریدی و برون‌ده قلبی را فوراً افزایش می‌دهد.

اثرات فیستول شریانی-وریدی بزرگ

فیستول شریانی-وریدی بزرگ، یک مدل بالینی فوق‌العاده برای بررسی اثر مقاومت عروقی بر قلب است. بلافاصله پس از باز کردن یک فیستول شریانی-وریدی بزرگ، به علت اتصال مستقیم شریان پرفشار به ورید کم‌فشار، پس‌بار (افترلود) بطنی به شدت افت می‌کند. در همین حال، به دلیل جریان یافتن سریع و بدون مانع خون به بخش سیاهرگی، بازگشت وریدی، برون‌ده قلبی و متوسط فشار پرشدگی سیستمیک (PSF) افزایش قابل‌توجهی می‌یابند.

برای مثال، در بیماران دیالیزی که به صورت جراحی فیستول شریانی-وریدی در بازوی آن‌ها ایجاد می‌شود، مقاومت عروقی موضعی افت کرده و برون‌ده قلبی برای حفظ جریان خون در این مسیر موازی افزایش می‌یابد.

فشار ورید مرکزی و تنظیم هورمونی

در نهایت، نوسانات فشار در سیستم وریدی بزرگ توسط مکانیسم‌های کنترلی دقیقی پایش می‌شود. افزایش فشار در ورید مرکزی (CVP) بازتابی از افزایش بازگشت وریدی و حجم خون است. در پاسخ به افزایش فشار ورید مرکزی، گیرنده‌های کم‌فشار دهلیزی تحریک شده و سیگنال‌های جبرانی را ارسال می‌کنند. این فرآیند با کاهش هورمون‌های آلدوسترون و آنژیوتانسین II و کاهش فعالیت سمپاتیک کلیوی همراه است تا با افزایش دفع آب و سدیم، حجم مایعات بدن و فشار خون مجدداً به حد طبیعی بازگردد.

واژگان کلیدی

فیستول شریانی-وریدی (AV Fistula)
اتصال مستقیم غیرطبیعی یا جراحی بین یک شریان و یک ورید که موجب میان‌بر زدن خون و افت شدید مقاومت عروقی می‌شود.
ویسکوزیته خون
میزان غلظت و چسبندگی داخلی خون که عمدتاً توسط درصد گویچه‌های قرمز خون تعیین می‌شود و در آنمی کاهش می‌یابد.
مقاومت محیطی کل (TPR)
مجموع کل مقاومت‌های عروقی در برابر جریان خون در سراسر گردش خون سیستمیک بدن.

اشتباه‌های رایج

  • اشتباه است اگر تصور شود افزایش برون‌ده قلبی در بیماری‌های بری‌بری، هایپرتیروئیدی و فیستول به علت افزایش مقاومت محیطی است؛ این افزایش به دلیل کاهش مقاومت محیطی رخ می‌دهد.
  • نباید گمان کرد که بلافاصله پس از باز کردن فیستول شریانی-وریدی بزرگ، پس‌بار بطنی افزایش می‌یابد؛ بلکه پس‌بار بطنی به دلیل مسیر میان‌بر عروقی به شدت کاهش می‌یابد.
  • این باور غلط است که بلافاصله پس از ایجاد فیستول شریانی-وریدی بزرگ، بازگشت وریدی و برون‌ده قلبی کاهش می‌یابد؛ هر دو فاکتور به همراه فشار پرشدگی سیستمیک افزایش می‌یابند.
  • اشتباه است اگر تصور شود افزایش فشار ورید مرکزی موجب تحریک سمپاتیک کلیوی و افزایش ترشح آلدوسترون می‌شود؛ بلکه این عوامل در پاسخ به افزایش فشار ورید مرکزی کاهش می‌یابند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • بیماری‌های بری‌بری، هایپرتیروئیدی و فیستول شریانی-وریدی با کاهش مقاومت محیطی کل، برون‌ده قلبی را افزایش می‌دهند.
  • در آنمی، کاهش ویسکوزیته خون و گشادی موضعی عروق ناشی از کمبود اکسیژن، مقاومت محیطی را کاهش می‌دهند.
  • هایپوتیروئیدی، کاهش حجم خون و انسداد وریدهای بزرگ با کاهش بازگشت وریدی، موجب افت برون‌ده قلبی می‌شوند.
  • بلافاصله بعد از باز کردن فیستول شریانی-وریدی، پس‌بار بطنی کاهش و بازگشت وریدی و برون‌ده قلبی افزایش می‌یابند.
  • افزایش فشار ورید مرکزی با تحریک گیرنده‌های کم‌فشار دهلیزی، ترشح آلدوسترون و فعالیت سمپاتیک کلیوی را کاهش می‌دهد.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که در حوزه پزشکی بالینی، فیستول‌های شریانی-وریدی که برای دیالیز بیماران مبتلا به نارسایی مزمن کلیه ایجاد می‌شوند، به دقت مورد پایش قرار می‌گیرند. اگر جریان خون در فیستول بیش از حد بالا باشد، می‌تواند بار کار قلب را به شدت افزایش دهد و در طولانی‌مدت منجر به وضعیتی به نام «نارسایی قلبی با برون‌ده بالا» (High-Output Heart Failure) شود. در این حالت، با اینکه قلب سالم است، اما مجبور است به طور مداوم خون بسیار زیادی را برای تامین مسیر فیستول پمپ کند که در نهایت باعث خستگی و نارسایی عضله قلب می‌گردد.

خلاصهٔ درس

برون‌ده قلب چطور تنظیم می‌شود؟

Physiology · Cardiovascular

سیستم رنین-آنژیوتانسین

  • انقباض عروقی آنژیوتانسین II، مکانیسم سریع تنظیم فشار خون است.
  • ۲۰ دقیقه پس از خونریزی، آنژیوتانسین II مهم‌ترین عامل حفظ فشار خون است.
  • در گلدبلات تک‌کلیه‌ای، فاز سریع اول ناشی از رنین-آنژیوتانسین است.
  • در فاز دوم، غلظت رنین با احتباس آب و نمک به سطح نرمال برمی‌گردد.
  • در گلدبلات دوکلیه‌ای، هر دو کلیه دچار احتباس آب و نمک می‌شوند.
گلدبلات (Goldblatt)
افزایش فشار خون ناشی از تنگی شریان کلیه

نکته: گلدبلات با بستن شریان کلیه سگ‌ها، نقش هورمونی کلیه در تنظیم فشار خون را کشف کرد.

برون‌ده و شاخص قلبی

  • برون‌ده قلبی حجم خون پمپ‌شده از بطن چپ به آئورت در دقیقه است.
  • برون‌ده قلبی در استراحت بالغین، متوسط ۵ لیتر در دقیقه است.
  • در حالت عادی، برون‌ده قلبی با بازگشت وریدی تنظیم می‌شود نه قلب.
  • شاخص قلبی در سن ۱۰ سالگی به اوج خود (>۴ لیتر) می‌رسد.
  • قطع عضو مقاومت محیطی را افزایش و برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهد.
شاخص قلبی (Cardiac Index)
برون‌ده قلبی تقسیم بر مساحت بدن

نکته: برون‌ده قلبی نهنگ آبی بیش از ۱۰۰۰ لیتر در دقیقه است در حالی که قلبش تنها ۸ تا ۱۰ بار می‌تپد.

تنظیم عصبی و منحنی‌ها

  • افزایش فشار دهلیز راست ← کاهش گرادیان فشار و افت بازگشت وریدی.
  • تحریک سمپاتیک منحنی برون‌ده قلبی را به بالا و چپ شیفت می‌دهد.
  • بی‌حسی نخاعی با مهار سمپاتیک، منحنی را به پایین و راست می‌برد.
  • افزایش بازگشت با رفلکس بین‌بریج، ضربان قلب را افزایش می‌دهد.
  • کاهش بازگشت با رفلکس بارورسپتوری، ضربان قلب را افزایش می‌دهد.
بین‌بریج (Bainbridge)
افزایش ضربان قلب در پاسخ به کشش دهلیز

نکته: رفلکس بین‌بریج با ورود مایعات و بارورسپتورها در خونریزی، ضربان قلب را بالا می‌برند.

پیش‌بار، پس‌بار و استارلینگ

  • پیش‌بار حجم پایان دیاستول و پس‌بار مقاومت خروجی بطن است.
  • طبق قانون فرانک-استارلینگ، افزایش پیش‌بار قدرت انقباض را زیاد می‌کند.
  • در نارسایی آئورت و PDA، افزایش پیش‌بار پمپاژ قلب را تقویت می‌کند.
  • کاهش کمپلیانس وریدها و اتساع شریانچه‌ها، بازگشت وریدی را بالا می‌برند.
  • تامپوناد قلبی با فشار خارجی مانع پر شدن قلب در دیاستول می‌شود.
پیش‌بار (Preload)
حجم خون بطن در پایان دیاستول

نکته: مکانیسم استارلینگ بدون نیاز به اعصاب، برون‌ده هر دو بطن را هماهنگ و متعادل نگه می‌دارد.

بازگشت وریدی و فیستول

  • بری‌بری، هایپرتیروئیدی و فیستول، مقاومت محیطی را کاهش می‌دهند.
  • در آنمی، کاهش ویسکوزیته خون و گشادی عروق مقاومت را کاهش می‌دهند.
  • در فیستول، کاهش پس‌بار موجب افزایش بازگشت وریدی و برون‌ده می‌شود.
  • هایپوتیروئیدی و خونریزی با کاهش بازگشت، برون‌ده قلبی را کم می‌کنند.
  • فشار بالای ورید مرکزی با تحریک دهلیز، ترشح آلدوسترون را کاهش می‌دهد.
فیستول (AV Fistula)
اتصال غیرطبیعی شریان به ورید

نکته: جریان بالای خون در فیستول دیالیز می‌تواند منجر به نارسایی قلبی با برون‌ده بالا شود.

نکات کلیدی (تله‌های آزمون)

  • فاز سریع فشار در گلدبلات تک‌کلیه‌ای ناشی از انقباض عروق است نه احتباس نمک.
  • شاخص قلبی در سن ۱۰ سالگی به اوج می‌رسد، نه در نوزادی.
  • افزایش فشار دهلیز راست، بازگشت وریدی را کم می‌کند نه زیاد.
  • پیش‌بار حجم پایان دیاستول است، نه پایان سیستول.
  • تحریک سمپاتیک منحنی برون‌ده را به بالا و چپ می‌برد، نه پایین و راست.
  • بلافاصله پس از ایجاد فیستول، پس‌بار بطنی کاهش می‌یابد نه افزایش.

یک تست از این درس

خودت را بسنج

در بررسی مکانیسم‌های همودینامیک بیماری‌های مختلف، کدام گزینه تفاوت بین پاتوفیزیولوژی حالات همراه با تغییر برون‌ده قلبی را به درستی بیان می‌کند؟

  1. در بری‌بری و پرکاری تیروئید افزایش برون‌ده قلبی ناشی از افزایش مقاومت محیطی کل است؛ در آنمی کاهش ویسکوزیته خون همراه با گشادی موضعی عروق ناشی از کاهش اکسیژن‌رسانی به افزایش مقاومت محیطی کل می‌انجامد و کم‌کاری تیروئید با کاهش بازگشت وریدی موجب افت پاتولوژیک برون‌ده قلبی می‌شود.
  2. در بری‌بری و پرکاری تیروئید افزایش برون‌ده قلبی ناشی از کاهش مقاومت محیطی کل است؛ در آنمی کاهش ویسکوزیته خون همراه با گشادی موضعی عروق ناشی از کاهش اکسیژن‌رسانی به کاهش مقاومت محیطی کل می‌انجامد و کم‌کاری تیروئید با کاهش بازگشت وریدی موجب افت پاتولوژیک برون‌ده قلبی می‌شود.
  3. در بری‌بری و پرکاری تیروئید افزایش برون‌ده قلبی ناشی از کاهش مقاومت محیطی کل است؛ در آنمی کاهش ویسکوزیته خون همراه با گشادی موضعی عروق ناشی از کاهش اکسیژن‌رسانی به افزایش مقاومت محیطی کل می‌انجامد و کم‌کاری تیروئید با کاهش بازگشت وریدی موجب افت پاتولوژیک برون‌ده قلبی می‌شود.
  4. در بری‌بری و پرکاری تیروئید افزایش برون‌ده قلبی ناشی از کاهش مقاومت محیطی کل است; در آنمی کاهش ویسکوزیته خون همراه با گشادی موضعی عروق ناشی از کاهش اکسیژن‌رسانی به کاهش مقاومت محیطی کل می‌انجامد و کم‌کاری تیروئید با افزایش بازگشت وریدی موجب افت پاتولوژیک برون‌ده قلبی می‌شود.
دیدن پاسخ و توضیح

پاسخ درست: گزینه ۲

در بری‌بری و پرکاری تیروئید، برون‌ده قلبی به علت کاهش مقاومت محیطی کل بالا می‌رود. در آنمی نیز افت ویسکوزیته خون و وازودیلاتاسیون ناشی از هیپوکسی مقاومت محیطی کل را کاهش می‌دهند. از طرفی، کم‌کاری تیروئید با مهار بازگشت وریدی برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهد; بنابراین گزینه ۲ صحیح است. بررسی سایر گزینه‌ها: گزینه ۱: افزایش برون‌ده در بری‌بری و پرکاری تیروئید ناشی از کاهش مقاومت محیطی کل است و در آنمی نیز مقاومت محیطی کل کاهش می‌یابد. گزینه ۳: در آنمی مقاومت محیطی کل کاهش می‌یابد، نه افزایش. گزینه ۴: کم‌کاری تیروئید با کاهش بازگشت وریدی موجب افت برون‌ده قلبی می‌شود، نه افزایش آن.

تمرین بیشتر در اپ

درس‌های دیگر این بخش · فیزیولوژی