Hjertets kontraktilitet

Hjertets kontraktilitet beskriver selve hjertemuskelens evne til å trekke seg sammen og generere kraft – helt uavhengig av hvor mye blod som fyller hjertet i forkant (preload), eller motstanden det pumper mot (afterload). Det er altså ikke volumet eller trykket som bestemmer kontraktiliteten, men hjertemuskelcellens innebygde evne til å utvikle kraft når den blir elektrisk aktivert.

Kontraktilitet kalles også inotropi, og brukes gjerne for å forklare hvor «sterkt» hjertet trekker seg sammen. Dette skiller seg fra begreper som:

• Preload, som handler om fiberlengde og hvor mye hjertet er fylt med blod
• Afterload, som handler om motstanden hjertet jobber mot for å tømme seg

Kontraktilitet handler om kvaliteten på sammentrekningen – altså hvor effektivt hver hjertefiber klarer å utvikle kraft og forkorte seg i respons på et elektrisk signal.

Økt kontraktilitet betyr at hjertet slår kraftigere og kan pumpe mer blod per slag (økt slagvolum), mens redusert kontraktilitet ofte ses ved hjertesvikt eller ved tilstander der kalsiumhåndteringen er svekket.

Det som gjør kontraktilitet ekstra interessant, er at det kan påvirkes både av kroppens egne signaler (som sympatiske nerver), og av legemidler – uten at volum eller trykk nødvendigvis endres. Derfor er det et sentralt begrep i forståelsen av hjertets funksjon, spesielt i klinisk sammenheng.

Fysiologien bak kontraktilitet

Når vi snakker om hjertets kontraktilitet, må vi gå helt ned på cellenivå og se på hva som faktisk skjer inne i hver enkelt hjertemuskelcelle (kardiomyocytt) når den trekker seg sammen. Hele prosessen er styrt av én nøkkelfaktor: kalsium.

Det er kalsium som utløser selve kontraksjonen – ved å binde til bestemte proteiner inne i muskelcellen som gjør at aktin og myosin kan gripe tak i hverandre og trekke seg sammen. Men før det skjer, må kalsium først slippes fri inne i cellen. Og det starter med et elektrisk signal.

Et aksjonspotensial fra hjertets elektriske ledningssystem sprer seg gjennom hjertemuskelcellene og åpner spesielle ionekanaler i cellemembranen, kalt L-type kalsiumkanaler. Disse kanalene sitter tett i tett langs små innbuktninger i cellemembranen, kalt T-tubuli. Når kanalene åpnes, strømmer kalsium inn i cellen.

Men dette lille kalsiuminnslippet er bare starten – det fungerer som en slags «tennplugg».
Det kalsiumet som kommer inn via L-type-kanalene, binder seg til spesialiserte reseptorer (ryanodinreseptorer, eller RyR) i sarkoplasmatisk retikulum – cellens eget kalsiumlager. Når disse reseptorene aktiveres, slippes store mengder kalsium ut fra lagrene og inn i cytosol.

Denne mekanismen kalles kalsiumindusert kalsiumfrigjøring (CICR) – og det er dette som virkelig setter kontraksjonen i gang.

Aktin, myosin og troponinkomplekset

Når kalsiumkonsentrasjonen i cytosol øker, binder kalsium seg til et protein som heter troponin C, en del av det såkalte troponinkomplekset. Dette fører til en strukturendring i tropomyosin, som tidligere lå og blokkerte bindingsstedene mellom aktin og myosin.

Nå som bindingsstedene er frie, kan myosin-hodene gripe tak i aktinfilamentene og dra dem mot seg. Dette er selve sammentrekningen – og det skjer i tusenvis av små enheter i hver eneste hjertemuskelcelle.

Denne mekanismen likner det som skjer i skjelettmuskulatur, men hjertet har sin egen finstemte regulering og rytmiske samordning, tilpasset en livslang pumpeoppgave.

Diastolen

Etter kontraksjonen må kalsiumnivået i cytosol synke raskt for at muskelen skal kunne slappe av igjen. Dette skjer hovedsakelig på to måter:

1. SERCA-pumpen (Sarcoplasmic Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase) pumper kalsium tilbake inn i det sarkoplasmatiske retikulumet, slik at det er klart til neste aksjonspotensial.
2. Na⁺/Ca²⁺-utveksleren (NCX) i cellemembranen transporterer kalsium ut av cellen i bytte mot natrium.

Denne raske senkningen av intracellulært kalsium er avgjørende for at hjertet skal kunne fylle seg med blod igjen – altså diastolen.

Faktorer som påvirker kontraktilitet

Kontraktilitet er en målbar egenskap ved hjertemuskelcellene som beskriver hvor kraftig de trekker seg sammen ved hvert hjerteslag. Dette er i stor grad avhengig av mengden kalsium som er tilgjengelig inne i cellen, og prosessene som styrer både frigjøring og tilbakehenting av dette kalsiumet.

Selv om hjertet i utgangspunktet er i stand til å kontrahere spontant og rytmisk takket være pacemakercellene i sinusknuten, er det mange mekanismer som kan modulere hvor kraftig hvert slag blir. Disse mekanismene handler ikke om hvor mye blod som fyller hjertet (preload), eller hvor mye motstand det møter under tømming (afterload), men om selve hjertemuskelcellens evne til å utvikle kraft. Det er her kontraktilitet skiller seg ut som et eget reguleringsnivå, uavhengig av mekanisk belastning.

Flere faktorer spiller inn på kontraktiliteten, men de kan grovt deles inn i tre hovedkategorier: nervesignaler fra det autonome nervesystemet, selve frekvensen på hjerteslagene, og visse legemidler som påvirker kalsiumdynamikken direkte.

Sympatisk og parasympatisk regulering

Hjertet er nært koblet til det autonome nervesystemet. Den sympatiske delen har en stimulerende effekt og øker kontraktiliteten, mens den parasympatiske delen bremser denne aktiviteten.

Ved sympatisk aktivering frigjøres noradrenalin, som binder seg til β₁-adrenerge reseptorer på hjertemuskelcellene. Dette utløser en signalvei som fører til fosforylering av en rekke proteiner. Blant de viktigste er L-type kalsiumkanaler i cellemembranen, som slipper inn mer kalsium fra ekstracellulærvæsken under et aksjonspotensial. I tillegg fosforyleres ryanodinreseptorene på det sarkoplasmatiske retikulum, slik at mer kalsium frigjøres internt, og fosfolamban, som normalt hemmer SERCA-pumpen, inaktiveres. Resultatet er en raskere og mer effektiv tilbakehenting av kalsium til SR-lageret mellom hvert slag, slik at neste slag kan bli enda kraftigere.

Denne summen av effekter gir en betydelig økning i intracellulært kalsium, som igjen gir sterkere binding mellom aktin og myosin, og dermed et mer kraftfullt hjerteslag.

Den parasympatiske stimuleringen, som særlig utgår fra vagusnerven, har en motsatt virkning. Her frigjøres acetylkolin, som binder til muskarine M₂-reseptorer og aktiverer signalveier som hemmer kalsiumkanalene og reduserer intracellulær kalsiumkonsentrasjon. Dette gir en reduksjon i kontraktilitet, særlig i atriene, hvor den parasympatiske innerveringen er sterkest. Ventriklene er mindre påvirket av vagusnerven, men effekten er likevel merkbar.

Hjertefrekvens og kontraktilitet

Økt hjertefrekvens kan i seg selv bidra til økt kontraktilitet, selv uten økt sympatisk stimulering. Dette fenomenet kalles ofte for den positive trappeeffekten eller Bowditch-effekten.
Det forklares ved at flere aksjonspotensialer per minutt gir økt kalsiuminnstrømning per tidsenhet.
Dette fører til at mer kalsium lagres i det sarkoplasmatiske retikulum, som dermed har mer kalsium å frigjøre ved hvert påfølgende slag.

Slik bygger kontraktiliteten seg gradvis opp med hvert slag, helt til den når et platå hvor SR er fullt mettet med kalsium. Grafisk kan dette illustreres som en trapp som går oppover for hvert hjerteslag.

Dersom den økte hjertefrekvensen samtidig er drevet av sympatisk stimulering, forsterkes effekten ytterligere, fordi β₁-reseptorene aktiverer samme kalsiumregulerende proteiner som nevnt ovenfor. Dette gjør at både antallet aksjonspotensialer og effektiviteten av hvert enkelt aksjonspotensial maksimeres.

Post-ekstrasystolisk potensiering

Et annet fenomen som viser hvordan kontraktilitet kan endres fra slag til slag, er det som kalles post-ekstrasystolisk potensiering. Dette skjer når hjertet får et ekstra hjerteslag – en ekstrasystole – som ikke er utløst av sinusknuten. Dette slaget er vanligvis svakere enn normalt, blant annet fordi ryanodinreseptorene ikke er fullt restituert, og kalsiumfrigjøringen blir lav.

Men det som da skjer, er at SERCA-pumpene i mellomtiden har fortsatt å hente kalsium tilbake inn i det sarkoplasmatiske retikulum. Når det neste normale hjerteslaget kommer, er SR full av ekstra kalsium – og det resulterer i en ekstra kraftig kontraksjon. Mange mennesker kjenner dette som et “hardt dunk” i brystet etter en ekstrasystole.

Negative inotrope effekter – hva reduserer kontraktiliteten?

Hjertets kontraktilitet beskriver hvor kraftig hjertemuskelcellene trekker seg sammen, uavhengig av hvor mye blod som fyller hjertet (preload) eller hvor stor motstand det pumper mot (afterload). Akkurat som kontraktiliteten kan økes av visse signaler og legemidler, finnes det også faktorer som gjør at hjertet slår svakere. Disse kalles negative inotrope påvirkninger.

En av de viktigste regulatorene er det parasympatiske nervesystemet. Når vagusnerven aktiveres, frigjøres acetylkolin som binder seg til muskarine M₂-reseptorer på hjertemuskelcellene. Dette hemmer kalsiumkanalene i cellemembranen, slik at mindre kalsium strømmer inn i cellen under et aksjonspotensial. Fordi kalsium er helt avgjørende for sammentrekningen, blir resultatet en svakere kontraksjon. Denne effekten er mest tydelig i atriene, hvor parasympatikus har sterkest innflytelse.

Også tilstanden i hjertemuskelcellene selv har mye å si. Hvis cellene mangler oksygen (hypoksi) eller miljøet blir surt (acidose), svikter energiproduksjonen. Uten tilstrekkelig ATP fungerer verken kalsiumhåndteringen eller myosin-molekylene normalt, og hjerteslagene blir svakere.

Flere legemiddelgrupper virker negativt inotropt, og dette kan både være nyttig og problematisk. Betablokkere hemmer β₁-reseptorer, slik at kalsiumkanalene ikke stimuleres som vanlig. Mindre kalsium betyr svakere kontraksjon, og det utnyttes bevisst i behandling av høyt blodtrykk eller etter hjerteinfarkt, der man ønsker å skåne hjertet. Kalsiumkanalblokkere som verapamil og diltiazem virker enda mer direkte, ved å blokkere selve L-type kalsiumkanalene. Også dette reduserer kraften i sammentrekningen, og kan være nyttig ved angina eller visse arytmier, men uheldig hos pasienter med hjertesvikt.

Til slutt finnes det tilstander der hjertemuskelen selv er varig svekket. Ved dilatert kardiomyopati er hjertets celler og sarkomerer så skadet at de ikke lenger klarer å utvikle normal kraft. Kontraktiliteten er dermed kronisk redusert, uavhengig av nervesignaler eller legemidler.

Et viktig klinisk poeng er at dårlig sirkulasjon ikke alltid skyldes redusert kontraktilitet. Hjertet kan være helt friskt, men likevel pumpe dårlig fordi det fylles for lite, for eksempel ved blødning, eller fordi motstanden det møter er for stor, som ved lungeemboli eller hjertetamponade. Det er derfor avgjørende å skille mellom sviktende pumpekraft og andre mekanismer som begrenser sirkulasjonen.