background image

1

 

 

Babylon University  
College of Medicine    
Department of physiology 
Dr. Ghafil Saihood Hassan 2016 - 2017  

  

1- 

Functional

 anatomy of heart.  

 Objectives: 
1.  Explain the functions of the heart. 
2.  Describe the flow of blood through the heart. 
3.  Explain the functions of the heart valves. 
Heart chambers and function of valves:  
   The heart acts as two separate pumps, right and left sides. There are four valves 
in the heart; two are called atrioventricular valves (mitral and tricuspid valves). 
These valves open during ventricular diastole to allow blood to fill the ventricles 
and close during ventricular systole. Other two valves are called semilunar valves 
(aortic  and  pulmonary  valves).  These  valves  open  during  systole  to  allow  eject 
blood  from  the  ventricles  into  the  aorta  or  pulmonary  artery  and  close  during 
diastole. See figure 1.  

 

 

 

Figure (1): Structure of heart. (Hall, 2016). 

   
   Papillary  muscles  that  attach  to  the  vanes  of  the  A-V  valves  by  the  chordae 
tendinae, contract when the ventricular walls contract. They pull the valves inward 
toward  the  ventricles  to  prevent  their  bulging  too  far  backward  toward  the  atria 
during ventricular contraction. If chordae tendinea becomes ruptured or paralyzed 
the valve bulges far backward. See figure 2. 


background image

2

 

 

 

Figure (2):  Heart valve (Hall, 2016).

 

 

    
   Both  ventricles  pump  the  same  volume  of  blood  to  systemic  and  pulmonary 
circulation.  The  right  ventricle  pumps  blood  to  pulmonary  circulation  at  low 
pressure. While the left ventricle pumps blood through the systemic circulation at 
high pressure. The left ventricle has a thicker wall than the right ventricle because 
of the higher pressure in the systemic circulation. 
   About 75% of the blood flow directly through the atria into the ventricles even 
before the atria contract. The atrial contraction causes an additional 25% filling the 
ventricles that increase the ventricular pumping effectiveness as much as 25%. The 
heart can continue to operate even without this extra blood in resting. 
Blood supply of the heart:  
   The heart is supplied by two coronary arteries (right and left) distal to the aortic 
valve.  Coronary  veins  drain  into  a  single  large  vein,  then  coronary  sinus,  which 
drain into the right atrium. 
 Nerve supply of the heart: 
   The heart is innervated by both sympathetic and parasympathetic fibers.  
The sympathetic fibers innervate the SA node, AV node and muscle fibers in the 
atria  and  ventricles.  Sympathetic  stimulation  through  B

1

  increases  heart  rate 

(positive chronotropic effect)  by  formation  of  cyclic  adenosine  mono-phosphate 
(cAMP)  that  opens  Na  channels.  It  increases  the  force  of  contractility  (positive 
inotropic effect) of muscle fibers in the atriums and ventricles

 

Parasympathetic fibers innervate the heart through vagus nerve. The right vagus 
nerve  enervates  SA  node  while  left  vagus  nerve  enervates  AV  node.  It  causes 

)  by 

negative chronotropic effect

receptors  (

 

2

lowering  the  heart  rate  through  M

decrease cAMP. See figure3.                                                                                      

 

                                                                                     

 

                                         

                                              

 

 

  

 


background image

3

 

 

 

Figure (3): Nerve supply of heart (Hall, 2016)

  

 

The cardiac cycle:

 

   The cardiac events that occur from the beginning of one heartbeat to the 
beginning of the next are called cardiac cycle. If the heart rate is 75 beats/minute, 
the  duration  of  cardiac  cycle  is  0.8  second  (0.5  s  for  diastole,  0.3  s  for  systole). 
Increased heart rate leads to decrease in cardiac cycle time (systole and diastole), 
but a decrease in diastolic time is more. It is not beneficial to body to increase heart 
rate  above  200  beats  /  minute,  because  lowering  diastolic  time  will  not  leave 
sufficient  time  to  fill  the  ventricle,  so  this  will  decrease  stroke  volume.    The 
cardiac  cycle  starts  by  atrial  systole  followed  by  ventricular  systole  then  by 

diastole of the whole heart.                                                                                          

  

ct of changes in the ionic composition of blood on heart:

Effe

  

Effect of potassium ions:  
   The normal concentration of potassium (K

+

) in extracellular fluid is 3.5 – 5.5 meq 

/L. Excess potassium causes the heart to become flaccid and dilated, and slows the 
heart  rate.  Large  quantities  can  block  conduction  of  the  cardiac  impulse  from  the 
atria to the ventricles through AV node. Chronic hyperkalaemia which arise during 
renal  failure,  acidosis,  potassium  overloading  or  during  RBC  haemolysis  produce 
sever cardiac abnormal rhythm that can cause death. Conversely a decrease in the 
plasma K levels (Hypokalemia) is serious condition but it is not as rapidly fatal as 
hyperkalemia.

 

The rest- membrane potential of muscle fibers decreases as the extra 

cellular  K  concentration  increase.  The  fiber  becomes  unexcitable,  heart  stops  in 
diastole. 
Effect of sodium ions:

 

Low plasma level of Na ions may be associated with low 

voltage in ECG. Plasma sodium concentration range is normally regulated with in 
close limit of 140 to 145 mEq/L. 

Effect  of  calcium  ions:  The  normal  concentration  of  calcium  ions  in  the 
extracellular  fluid  is  remains  constant  level  is  10.0  mg/dl  with  range  (8.5  –  10.5 
mg/dl).  Increase  in  extracellular  Ca

2+

  concentration  enhances  myocardial 


background image

4

 

 

contractility.  Conversely,  deficiency  of  calcium  ions  causes  cardiac  flaccidity, 
similar to high potassium. Fortunately, calcium ion levels in the blood normally are 
regulated within a very narrow range.   
Properties of cardiac muscle:  
   Figure  4  shows  a  typical  histological  picture  of  cardiac  muscle.  The  cardiac 
muscle fibers are striated, branching, interdigitating, and cardiac cell contains large 
elongated  mitochondria.  Cardiac  muscle  fibers  are  approximately  15µm  in 
diameter  and  100  µm  in  length.  They  contain  intercalated  disks  that  separate 
individual cardiac muscle cells from one another. The heart is composed of three 
major types of cardiac muscle cells:  
1- Excitatory muscle cells. 
2- Contractive muscle cells.  
3- Conductive muscle cells.   
Cardiac muscle junctions:  
1- Desmosomes junction; which provides strong union between muscle cells.  
2- Gap junction; which provides low resistance bridge for the spread of excitation 
from one cell to another that allow free diffusion of ions. So that action potentials 
travel from cardiac cell to the next.  
   The  heart  is  composed  of  two  syncytiums:  the  atrial  syncytium  and  the 
ventricular  syncytium.  This  allows  the  atria  to  contract  a  short  time  before 
ventricular contraction, which is important for effectiveness of heart pumping.  
   The  atrium  is  separated  from  the  ventricle  by  fibrous  tissue  except  the  atria-
ventricular opening which is called AV node to prevent spread of excitation,  
 

 

Figure (4): Structure of cardiac muscle (Guyton & Hall 

2006). 

 
Spread of cardiac excitation:

  

Figure 4 shows the structures of conducting system, they are: 
1-The sino-atrial node (SA node) with speed (0.05 m/s). 
2- The internodes atrial pathway with speed (1 m/s). 
3- The atrio-ventricular node (AV node) with speed (0.05 m/s).  
4-The bundle of His and its branches with speed (1 m/s).   


background image

5

 

 

5- Purkinje fibers, with speed (4 m/s), see figure 5. 
  

 

Figure (5): The structures of conducting system. (Hall, 2016). 

 

The SA node is the normal cardiac pace maker. Impulses generated in the SA node 
pass through atrial pathway to AV node,  through this node to the bundle of  His. 
The  bundle  divides  to  right  and  left  branches.  Each  branch  ends  with  purkinje 
fibers  which spread downward toward the apex of  the ventricle then turn around 
each  ventricular  chamber  and  back  toward  the  base  of  the  heart  to  supply  the 
ventricular  muscle  fibers.  The  atrial  depolarization  is  completed  in  about  0.1 
second. The conduction in AV node is slow about 0.1 second due to small size of 
muscle fibers and diminished numbers of gap junctions. This delay is shortened by 
stimulation of sympathetic nerves to heart and lengthened by stimulation of vague 
nerve. See figure 6.             
 

 

Figure (6): AV node structure. 

 

Correlation between muscle fiber length and tension:                           

    

   The initial length of the fibers is determined by the degree of diastolic filling of 
the  heart,  and  the  pressure  developed  in  the  ventricle.  It  is  proportional  to  the 


background image

6

 

 

volume of the ventricle at end of the filling phase (Starling' law of the heart). The 
force of contraction of cardiac muscle can be also increased by catecholamine and 
this  increase  occurs  without  a  change  in  muscle  length.  This  positive  inotropic 
effect of catecholamine is mediated via innervated β

1

-adrenergic receptors.  

Excitation-contraction coupling: 
    The  mechanism  of  excitation-contraction  coupling  is  the  same  as  that  for 
skeletal muscle, but there is a second effect that is quite different. In addition to the 
sarcoplasmic  reticulum  calcium,  a  large  quantity  of  extra  calcium  ions  diffuse 
into the sarcoplasm through the T tubule which has a volume 25 times as great in 
skeletal muscle. Calcium ions diffuse to the interior of the cardiac cells when the 
action  potential  occurs.  The  wall  T  tubule  contains  dihydropyridine  (DHP) 
receptors, which open calcium channels. Calcium ions enter ICF. The strength of 
contraction  is  hardly  affected  by  change  in  extracellular  fluid  calcium 
concentration.  At  the  end  of  the  cardiac  action  potential,  the  calcium  ions  in  the 
interior of the muscle fiber are suddenly pumped back out of the muscle fibers into 
sarcoplasmic  reticulum  and  the  T  tubes.  As  a  result  the  contraction  then  ceases 
until a new action potential occurs 
   The basic unit of contraction is the sarcomere (2 µm in length) which giving a 
striated  appearance  due  to  the  Z  lines.  During  contraction,  the  shorting  of  the 
sarcomere results from the interdigitation of the actin and myosin molecules.  
    The  mechanical  properties  of  the  heart  was  studied  in  1895  by  two 
physiologists;  Otto  Frank  (German,  on  isolated  frog  heart)  and  Ernest  Starling 
(English, dog isolated heart-lung), both have reached the same results, they created 
the Frank-Starling law Energy of contraction is proportional to the initial length 
of the cardiac muscle fibers.  




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 128 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل