Η λειτουργία της καρδιάς

Η καρδιά είναι μυϊκή αντλία που αποτελείται από 4 κοιλότητες και 4 βαλβίδες.

Καρδιακές κοιλότητες

  • Δεξιός κόλπος: Ο δεξιός κόλπος δέχεται μη οξυγονωμένο αίμα από την άνω και κάτω κοίλη φλέβα, καθώς και από το στεφανιαίο κόλπο.
  • Αριστερός κόλπος: Ο αριστερός κόλπος δέχεται οξυγονωμένο αίμα από τις πνευμονικές φλέβες.

  • Δεξιά κοιλία: Η δεξιά κοιλία εξωθεί αίμα στην πνευμονική κυκλοφορία η οποία είναι κυκλοφορία χαμηλών πιέσεων. Το πάχος της είναι περί τα 3mm

  • Αριστερή κοιλία: Η αριστερή κοιλία εξωθεί αίμα στη συστηματική κυκλοφορία η οποία είναι  κυκλοφορία υψηλών πιέσεων. Το πάχος της είναι περί τα 9-10mm.

Bαλβίδες

α. Κολποκοιλιακές βαλβίδες

  • Μιτροειδής βαλβίδα (διγλώχινα): Η μιτροειδής βαλβίδα παρεμβάλλεται μεταξύ του αριστερού κόλπου και της αριστερής κοιλίας. Το φυσιολογικό εμβαδόν της είναι 5-6 cm².
  • Τριγλώχινα βαλβίδα: Η τριγλώχινα βαλβίδα παρεμβάλλεται μεταξύ του δεξιού κόλπου και της δεξιάς κοιλίας. Το φυσιολογικό εμβαδόν της είναι 6-7cm². Είναι η μεγαλύτερη βαλβίδα του σώματος.

Οι κολποκοιλιακές βαλβίδες αποτρέπουν την προς τα πίσω διαφυγή του αίματος από τις κοιλίες προς τους κόλπους όταν συστέλλονται η δεξιά και η αριστερή κοιλία. 

β. Μηνοειδείς βαλβίδες

  • Αορτική βαλβίδα: Η αορτική βαλβίδα παρεμβάλλεται μεταξύ της αριστερής κοιλίας και της αορτής.
  • Πνευμονική βαλβίδα: Η πνευμονική βαλβίδα παρεμβάλλεται μεταξύ της πνευμονικής αρτηρίας και της δεξιάς κοιλίας. Το εμβαδόν και των δύο αυτών βαλβίδων είναι 4-5 cm².

Οι μηνοειδείς βαλβίδες αποτρέπουν την προς τα πίσω διαφυγή του αίματος από την αορτή προς την αριστερή κοιλία και από την πνευμονική αρτηρία προς τη δεξιά κοιλία κατά τη διαστολή.

Λειτουργία των βαλβίδων

Κατά τη συστολή των κοιλιών: αυξάνει η πίεση στις κοιλίες και εξωθείται το αίμα προς τα μεγάλα αγγεία (αορτή, πνευμονική αρτηρία). Η μιτροειδής και η τριγλώχινα βαλβίδα, κλείνουν, η δε αορτική και η πνευμονική βαλβίδα ανοίγουν.

Κατά τη διαστολή της καρδιάς: ελαττώνεται η πίεση στις κοιλίες και το αίμα εισρέει από τους κόλπους στις κοιλίες. Η μιτροειδής και η τριγλώχινα βαλβίδα ανοίγουν, η δε αορτική και η πνευμονική βαλβίδα κλείνουν.

Φυσιολογικά το κλείσιμο των βαλβίδων δημιουργεί τους καρδιακούς τόνους που ακούγονται, όταν ακροαστούμε την καρδιά με το στηθοσκόπιο.

Περικάρδιο

Είναι λεπτή μεμβράνη που περιβάλλει την καρδιά, με μικρή ποσότητα (50 ml) υγρού μεταξύ καρδιακού μυός και περικαρδίου.

Προστατεύει από την επέκταση πνευμονικής φλεγμονής στην καρδιά και δεν επιτρέπει την υπερπλήρωση και υπερδιάταση των καρδιακών κοιλοτήτων.

Αγωγή των διεγέρσεων

Για να λειτουργήσει η καρδιά ως αντλία, απαιτείται η ενεργοποίηση της συστολής των κόλπων και των κοιλιών σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η διέγερση δημιουργείται στο φλεβόκομβο ή βηματοδότη της καρδιάς και διαχέεται κατά την εξής σειρά:

  • Στο μυϊκό τοίχωμα του δεξιού και αριστερού κόλπου

  • Στον κολποκοιλιακό κόμβο

  • Στο δεμάτιο του His

  • Στα δύο σκέλη του δεματίου: το δεξιό και το αριστερό σκέλος

  • Στις ίνες του Purkinje, και

  • Στο μυοκάρδιο

Ο κύκλος λειτουργίας της καρδιάς

Η καρδιά χαρακτηρίζεται ως υδραυλική αντλία που η λειτουργία της περιλαμβάνει κυκλικές εναλλαγές πίεσης και όγκου. Κάθε κύκλος λειτουργίας της καρδιάς ολοκληρώνεται σε 5 φάσεις.

Συσχέτιση των διαφόρων μετρήσεων αιμοδυναμικών παραμέτρων στη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου.

Καταγράφονται οι διάφορες πιέσεις, τα συμβαίνοντα στις βαλβίδες, οι καρδιακοί τόνοι, και άλλες μετρήσεις του καρδιακού κύκλου ως συνάρτηση του χρόνου.

Άνω: Απεικονίζονται οι φυσιολογικές πιέσεις στην αορτή την αριστερή κοιλία και στον αριστερό κόλπο.

Η καμπύλη όγκου της αριστερής κοιλίας δείχνει μικρή περαιτέρω αύξηση κοντά στην τελοδιαστολή, που οφείλεται στη συστολή του αριστερού κόλπου. Ακολουθεί απότομη μείωση του όγκου κατά τη συστολή με επακόλουθη πλήρωση στη διάρκεια του επόμενου διαστολικού καρδιακού κύκλου.

Οι μεταβολές της πίεσης του αριστερού κόλπου είναι οι ακόλουθες: το έπαρμα α οφείλεται στην κολπική συστολή, το έπαρμα C παριστάνει την ώθηση προς τα πρόσω και διάταση της μιτροειδούς βαλβίδας μέσα στο αριστερό κόλπο κατά τη συστολή. Το πτωτικό Υ αμέσως μετά το άνοιγμα της μιτροειδούς βαλβίδας.

Το χαρακτηριστικό έπαρμα Ρ, το σύμπλεγμα QRS και το έπαρμα Τ ενός ηλεκτροκαρδιογραφήματος δείχνονται στο κάτω μέρος για λόγους χρονικού συντονισμού.

...Άνοιγμα της εικόνας σε μεγαλύτερο μέγεθος

Φάση 1η: Παθητική πλήρωση

Όλα τα μέρη του καρδιακού μυός βρίσκονται σε χάλαση. Η κολποκοιλιακή βαλβίδα είναι ανοιχτή ενώ ο αριστερός κόλπος και η αριστερή κοιλία γεμίζουν με αίμα από τις πνευμονικές φλέβες. Οι πιέσεις μέσα στον κόλπο και την κοιλία είναι ίδιες με την κεντρική φλεβική πίεση. Η πίεση μέσα στην αορτή είναι κατά πολύ υψηλότερη από εκείνη της αριστερής κοιλίας, έτσι ώστε η αορτική βαλβίδα είναι κλειστή. Η πίεση μέσα στην αορτή μειώνεται καθώς το αίμα, που είχε εξωθηθεί κατά τον προηγούμενο καρδιακό κύκλο, μετακινείται προς τα μικρότερα αγγεία της συστηματικής κυκλοφορίας.

Φάση 2η: Συστολή των κόλπων

Η συστολή του κόλπου συμβάλλει στην πλήρωση της αριστερής κοιλίας με ποσοστό 20% του συνολικού όγκου αίματος που εισέρχεται παθητικά στην αριστερή κοιλία κατά τη διαστολή και αυξάνοντας κατά πολλά mmHg την πίεση του αίματος μέσα στην κοιλία στην τελοδιαστολή. Διατεινόμενη έτσι η αριστερά κοιλία στιγμιαία, μπορεί να επιτελέσει μεγαλύτερο έργο, βάσει του νόμου του Starling. Το έργο της συστολής αυξάνει με τη διάταση κατά τη διαστολή. Ισοδύναμες έννοιες προς το έργο είναι η αναπτυσσόμενη αρτηριακή  πίεση και ο όγκος παλμού. Ισοδύναμες έννοιες προς τη διαστολική διάταση είναι η διάμετρος ή ο όγκος ή η πίεση κατά την τελοδιαστολή. Η καθυστερημένη αγωγή του δυναμικού ενέργειας μέσω του κολποκοιλιακού κόμβου επιτρέπει ώστε η ολοκλήρωση της κολπικής συστολής να γίνει προτού ενεργοποιηθεί η αριστερή κοιλία.

Φάση 3η: Διέγερση και ισομετρική συστολή της κοιλίας

Το δυναμικό ενέργειας αφού διέλθει τον κολποκοιλιακό κόμβο μεταφέρεται ταχέως, μέσω του κολποκοιλιακού δεματίου (δεμάτιο του His) και των δύο σκελών του, στις ίνες του Purkinje. Οι τελευταίες διαχέουν το δυναμικό ενέργειας σε ολόκληρο το τοίχωμα των κοιλιών, από την κορυφή της καρδιάς προς τους κόλπους. Η εκπόλωση της κοιλίας δημιουργεί το σύμπλεγμα QRS στο ΗΚΓ. Στο διάστημα μεταξύ του συμπλέγματος QRS και του επάρματος Τ όλα τα κύτταρα του κοιλιακού μυοκαρδίου βρίσκονται στη φάση «οροπεδίου» («Plateau»), σε ότι αφορά το δυναμικό ενέργειας. Η διέγερση της κοιλίας ακολουθείται μέσα σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου, από την ανάπτυξη δύναμης ορισμένης μυϊκής ισχύος. Η επακόλουθη αύξηση της πίεσης μέσα στην κοιλία προκαλεί κλείσιμο των κολποκοιλιακών βαλβίδων και τον πρώτο καρδιακό τόνο. Πρώτα κλείνει η μιτροειδής και μετά η τριγλώχινα βαλβίδα. Μετά το κλείσιμο των κολποκοιλιακών βαλβίδων, η κοιλία μετατρέπεται σε κλειστό θάλαμο, η πίεση μέσα στην κοιλία συνεχίζει να αυξάνει, ενώ η πίεση στην αορτή πέφτει ακόμα σιγά-σιγά μέχρι το ελάχιστο της διαστολικής της τιμής.

Φάση 4η: Eξώθηση

Όταν η πίεση στην κοιλία υπερβεί την αορτική (διαστολική) πίεση ανοίγουν οι αορτικές βαλβίδες, και το αίμα εξωθείται προς την αορτή, όπως φαίνεται από την ταχεία πτώση του όγκου της αριστερής κοιλίας και την αύξηση της πίεσης στην αορτή στη συστολική τιμή. Μεγάλο μέρος της ενέργειας που μεταφέρεται στο αίμα από την κοιλιακή συστολή αποταμιεύεται στο ελαστικό τοίχωμα της αορτής και των μεγάλων κλάδων της. Η αποταμιευόμενη ενέργεια εκλύεται κατά τη διαστολή, συγκρατώντας την αρτηριακή διαστολική πίεση υψηλή και διατηρώντας την αιματική ροή από την αορτή προς τους αρτηριακούς κλάδους καθ' όν χρόνο η καρδιά δεν εξωθεί αίμα.

Φάση 5η: Ισομετρική χάλαση

Το κλείσιμο της αορτικής (και στη συνέχεια της πνευμονικής) βαλβίδας σημαίνει το τέλος της φάσης εξώθησης και την έναρξη της ισομετρικής χάλασης. Το κλείσιμο της αορτικής βαλβίδας ακούεται κατά την ακρόαση της καρδιάς ως δεύτερος καρδιακός τόνος. Κατά τη φάση της ισομετρικής χάλασης η πίεση στην κοιλία πέφτει κάτω από εκείνη της αορτής αλλά διατηρείται πάνω από την πίεση του κόλπου. Οι δύο βαλβίδες είναι τώρα κλειστές και το αίμα ούτε εισέρχεται αλλά ούτε εξέρχεται από την κοιλία. Τη στιγμή αυτή αρχίζει η επαναπόλωση του μυοκαρδίου μετά το πέρας του επάρματος Τ στο ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ). Καθώς το κοιλιακό μυοκάρδιο συνεχίζει να χαλαρώνει, η πίεση στην κοιλία πέφτει κάτω από εκείνη του κόλπου. Στο σημείο αυτό, η κολποκοιλιακή βαλβίδα ανοίγει και η καρδιά επιστρέφει στη φάση 1.

Ότι συμβαίνει στην αριστερή κυκλοφορία (αριστερή κοιλία, αορτή, κλπ.), το ίδιο συμβαίνει και στη δεξιά κυκλοφορία (δεξιά κοιλία, πνευμονική αρτηρία). Υπάρχουν όμως ορισμένες διαφορές μεταξύ δεξιάς και αριστερής κοιλίας ως προς τη λειτουργία τους:

Η αριστερή κοιλία πρέπει να ξεπεράσει τις περιφερικές αντιστάσεις στη συστηματική κυκλοφορία για να εξωθήσει το αίμα της. Για να επιτευχθεί αυτό χρειάζεται πίεση 100-120 mmHg (συστηματική κυκλοφορία υψηλών αντιστάσεων).

Η δεξιά κοιλία πρέπει να ξεπεράσει τις περιφερικές αντιστάσεις στην πνευμονική κυκλοφορία για να εξωθήσει το αίμα. Για να επιτευχθεί αυτό χρειάζεται πίεση εξώθησης 15-25 mmHg (πνευμονική κυκλοφορία χαμηλών αντιστάσεων).

Η διαφορά αυτή στις αντιστάσεις της συστηματικής και πνευμονικής κυκλοφορίας αντανακλάται στο διαφορετικό πάχος του τοιχώματος των δύο κοιλιών.

Το ενδοθήλιο και οι νευρικές συνδέσεις των μικρού μεγέθους αρτηριδίων παίζουν ρυθμιστικό ρόλο και καθορίζουν την τάση των λείων μυϊκών ινών, οι οποίες περιβάλλουν τον αυλό των αγγείων αυτών και καθορίζουν το μέγεθος της διατομής τους.

Η δραστική επιφάνεια διατομής των «τελικών» μυϊκών αρτηριών (διάμετρος 100-500μm), και των αρτηριδίων (διάμετρος 10-100 μm) καθορίζουν κατά κύριο λόγο τις περιφερικές αντιστάσεις.

Η απώλεια ενέργειας λόγω των αντιστάσεων προκαλεί πτώση της αρχικής πίεσης εξώθησης από 90-100 mmHg σε 30-35 mmHg στο αρτηριακό άκρο των τριχοειδών και σε 5-10 mmHg στο φλεβικό τους άκρο.

Έτσι, οι συνθήκες που δημιουργούνται διευκολύνουν τη λειτουργία ανταλλαγής αερίων και θρεπτικών ουσιών στα τριχοειδή.

Οι φλέβες έχουν μεγάλη διατασιμότητα. Φιλοξενούν το 60-65% του συνολικού όγκου αίματος.

Η λειτουργική διατομή των φλεβών ρυθμίζει τη φλεβική επιστροφή και συνεπώς τον όγκο παλμού.

Καρδιακός κύκλος και αναπνευστική λειτουργία

Τα μεγάλα φλεβικά αγγεία (άνω και κάτω κοίλη φλέβα) μεταφέρουν το αίμα στο δεξιό κόλπο κατά τη διάρκεια ολόκληρου σχεδόν του καρδιακού κύκλου. Η πλήρωση των μεγάλων φλεβικών αγγείων και ο ρυθμός εισροής αίματος στο δεξιό κόλπο μεταβάλλονται κατά τις αναπνευστικές κινήσεις. Η εισπνοή ελαττώνει την ενδοθωρακική πίεση και έτσι γίνεται εισρόφηση μεγαλύτερης ποσότητας  αίματος στο εσωτερικό της θωρακικής κοιλότητας, το οποίο ακολούθως μεταφέρεται στο δεξιό κόλπο. Ο όγκος εξώθησης του δεξιού κόλπου εξαρτάται από το βαθμό της κολπικής πλήρωσης.

Συνεπώς ο εξωθούμενος από το δεξιό κόλπο  όγκος αυξάνει κατά την εισπνοή λόγω μεταφοράς μεγαλύτερης ποσότητας αίματος με την άνω και κάτω κοίλη φλέβα. Κατά τη διάνοιξη της τριγλώχινας βαλβίδας η αυξημένη αυτή ποσότητα αίματος μεταφέρεται στη δεξιά κοιλία. Έτσι, με την εισπνοή ο όγκος παλμού της δεξιάς κοιλίας αυξάνει, με αποτέλεσμα την παράταση συστολής της δεξιάς κοιλίας και την καθυστέρηση του κλεισίματος της βαλβίδας της πνευμονικής αρτηρίας. Έτσι, το κλείσιμο της αορτικής βαλβίδας προηγείται του κλεισίματος της πνευμονικής βαλβίδας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διεύρυνση του διαστήματος μεταξύ του δεύτερου πνευμονικού και αορτικού τόνου κατά την εισπνοή. Σε κάθε αναπνευστικό κύκλο αντιστοιχούν 4-5 καρδιακοί κύκλοι.

Ο αριστερός κόλπος δέχεται αίμα από τις πνευμονικές φλέβες. Κατά την εισπνοή αυξάνει η εισροή αίματος στον αριστερό κόλπο αφού το αίμα κυριολεκτικά συνθλίβεται μέσα στους πνεύμονες και διαφεύγει μέσω των πνευμονικών φλεβών προς τον αριστερό κόλπο. Ο τελευταίος αδειάζει το περιεχόμενό του μέσα στην αριστερή κοιλία όταν ανοίξει η μιτροειδής βαλβίδα. Η βαλβίδα ανοίγει όταν η πίεση στην αριστερή κοιλία μεταπέσει από την υψηλή συστολική της τιμή στη διαστολική τιμή που είναι χαμηλότερη από εκείνη του αριστερού κόλπου. Η διαδικασία αυτή είναι σχετικά βραδεία, έτσι ώστε η μιτροειδής βαλβίδα ανοίγει καθυστερημένα σε σχέση με την τριγλώχινα βαλβίδα. Φυσιολογικά, η μέση πίεση στον αριστερό κόλπο είναι κατά 4 mmHg υψηλότερη από εκείνη του δεξιού κόλπου. Η διαφορά αυτή είναι η αντανάκλαση μιας υψηλότερης διαστολικής αντίστασης πληρώσεως της αριστερής κοιλίας. Η κολπική συστολή δεν είναι ουσιαστικός παράγοντας της καρδιακής λειτουργίας ηρεμίας αφού σε βασικές συνθήκες ακόμη και στη διάρκεια κολπικής μαρμαρυγής διατηρείται ανέπαφη η καρδιακή παροχή. Εντούτοις, όταν οι κόλποι δεν συστέλλονται φυσιολογικά, δεν μπορεί να επιτευχθεί μέγιστη καρδιακή παροχή υπό συνθήκες σωματικής άσκησης.

Η αριστερή κοιλία εργάζεται εναντίον των υψηλών αντιστάσεων των αγγείων της συστηματικής κυκλοφορίας. Η κοιλιακή συστολή αρχίζει με τη φάση της ισομετρικής συστολής κατά την οποία πρώτα κλείνει η μιτροειδής και στη συνέχεια η πίεση στην αριστερή κοιλία αυξάνει στο επίπεδο της διαστολικής πίεσης της αορτής, που είναι περίπου 70-80 mmHg. Η εξώθηση του αίματος από την αριστερή κοιλία προς την αορτή αρχίζει μόλις ανοίξει η αορτική βαλβίδα και συνεχίζει μέχρι λίγο πριν το κλείσιμο της αορτικής βαλβίδας. Στο διάστημα αυτό η πίεση στην αριστερή κοιλία φθάνει τη μεγίστη τιμή που είναι 120-140mmHg. Τότε αρχίζει η περίοδος ισομετρικής χάλασης του μυϊκού τοιχώματος της αριστερής κοιλίας, κατά τη διάρκεια της οποίας η πίεση στην αριστερή κοιλία πέφτει προοδευτικά στο διαστολικό της επίπεδο οπότε κλείνει η αορτική βαλβίδα. Η μιτροειδής βαλβίδα ανοίγει όταν η πίεση στην αριστερή κοιλία πέσει κάτω από την πίεση του αριστερού κόλπου και έτσι ξεκινάει η πλήρωση της κοιλίας. Η αριστερή κοιλία έχει τη μεγαλύτερη μάζα του καρδιακού μυός και δέχεται αναλογικά το μεγαλύτερο μέρος της στεφανιαίας αιματικής ροής.

Καρδιακή παροχή -Αιματική ροή -Αρτηριακή πίεση

Η αντλητική ικανότητα της καρδιάς, όπως αυτή εκφράζεται με την καρδιακή παροχή, είναι αποτέλεσμα των καρδιακών συστολών ανά πρώτο λεπτό (καρδιακή συχνότητα) και του όγκου αίματος ανά συστολή (όγκος παλμού). Οι δύο αυτοί παράμετροι (καρδιακή συχνότητα και όγκος παλμού) ρυθμίζονται από το αυτόνομο νευρικό σύστημα και από ενδογενείς και εξωγενείς μηχανισμούς του καρδιαγγειακού συστήματος.

Ρύθμιση της καρδιακής συχνότητας

Τα αυτόνομα νεύρα της καρδιάς βρίσκονται σε συνεχή λειτουργία ελέγχοντας συνεχώς το ρυθμό της αυτόματης εκπόλωσης του φλεβοκόμβου. Ο φλεβόκομβος πυροδοτείται συνεχώς από τη νοραδρεναλίνη, που εκλύεται στις απολήξεις των συμπαθητικών νεύρων και από την αδρεναλίνη που παράγεται από το μυελό των επινεφριδίων. Με τον τρόπο αυτό αυξάνει η συχνότητα λειτουργίας του φλεβοκόμβου. Στις απολήξεις των παρασυμπαθητικών νεύρων εκλύεται ακετυλοχολίνη η οποία υπερπολώνει το φλεβόκομβο με αποτέλεσμα  την πτώση της συχνότητας (του ρυθμού πυροδότησης του φλεβοκόμβου) της καρδιακής λειτουργίας. Οι παρεμβάσεις αυτές του αυτόνομου νευρικού συστήματος στην καρδιακή λειτουργία ονομάζονται χρονότροπη δράση. Το συμπαθητικό αυξάνει τη συχνότητα της καρδιακής λειτουργίας και συνεπώς έχει θετική χρονότροπη δράση, ενώ το παρασυμπαθητικό ελαττώνει την καρδιακή συχνότητα, δηλαδή έχει αρνητική χρονότροπη δράση. Η ρύθμιση του φλεβοκόμβου από το αυτόνομο νευρικό σύστημα αποτελεί το βασικό μηχανισμό με τον οποίο κανονίζεται η καρδιακή συχνότητα. Εντούτοις, οι απολήξεις του συμπαθητικού μέσα στο μυοκάρδιο των κόλπων και των κοιλιών αυξάνουν τη δύναμη της καρδιακής συστολής, ελαττώνοντας, σε μικρό βαθμό, το χρόνο της συστολής, όταν η καρδιακή συχνότητα είναι υψηλή.

Ρύθμιση του όγκου παλμού

Στη ρύθμιση του όγκου παλμού συμμετέχουν τρεις παράμετροι: ο τελοδιαστολικός όγκος, οι ολικές αντιστάσεις της περιφέρειας στις αρτηρίες και η συσταλτικότητα η δύναμη συστολής των κοιλιών, ιδιαίτερα της αριστερής κοιλίας.

Ο τελοδιαστολικός όγκος είναι ο όγκος αίματος που υπάρχει μέσα στις κοιλίες μόλις πριν από τη συστολή τους και αντιστοιχεί στο προφόρτιο της καρδιάς. Ο όγκος παλμού είναι ευθέως ανάλογος προς το προφόρτιο: Αύξηση του τελοδιαστολικού όγκου οδηγεί σε αύξηση του όγκου παλμού κατά το νόμο Frank-Starling. Ο όγκος παλμού είναι επίσης ευθέως ανάλογος προς τη συσταλτικότητα: Είναι ευνόητο ότι όσο πιο έντονα συστέλλονται οι κοιλίες τόσο περισσότερο αίμα εξωθούν. Η ροή του αίματος γίνεται από τις υψηλότερες προς τις χαμηλότερες πιέσεις. Συνεπώς, για να γίνει η εξώθηση του αίματος, η πίεση μέσα στις κοιλίες κατά τη συστολή τους πρέπει να είναι υψηλότερη από εκείνη που υπάρχει εκείνη τη στιγμή μέσα στις αρτηρίες. Η πίεση μέσα στις αρτηρίες, προτού γίνει η συστολή της καρδιάς είναι υπόθεση των συνολικών περιφερικών αντιστάσεων αλλά και της ελαστικότητας της αορτής. Όσο μεγαλύτερες οι περιφερικές αντιστάσεις τόσο υψηλότερη η αρτηριακή πίεση. Μόλις αρχίσει η εξώθηση του αίματος από την αριστερή κοιλία, ο όγκος αίματος της εξώθησης που προστίθεται στον προυπάρχοντα όγκο αίματος μέσα στην αορτή, προκαλεί αύξηση της μέσης αρτηριακής πίεσης που ασκείται εναντίον των περιφερικών αντιστάσεων. Η εξώθηση του αίματος παύει λίγο μετά την εξίσωση της αορτικής πίεσης με εκείνη που υπάρχει τη στιγμή αυτή μέσα στην αριστερή κοιλία. Συνεπώς, οι ολικές περιφερικές αντιστάσεις παρεμποδίζουν την εξώθηση του αίματος από την αριστερή κοιλία κατά τη συστολή ή με άλλα λόγια, δημιουργείται ένα μεταφόρτιο που επιβαρύνει την αριστερή κοιλία.

Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι όσο μεγαλύτερες οι περιφερικές αντιστάσεις τόσο μικρότερος ο όγκος παλμού. Η πτώση αυτή του όγκου παλμού εξαιτίας των αυξημένων αντιστάσεων διαρκεί πολύ λίγο (για μερικές συστολές). Αμέσως μετά, επεμβαίνουν αντιρροπιστικοί μηχανισμοί και δη η αύξηση του τελοδιαστολικού όγκου της αριστεράς κοιλίας (προφόρτιο) που αυξάνουν τη δύναμη της καρδιακής συστολής έναντι των αυξημένων αντιστάσεων, σύμφωνα με το νόμο Frank-Starling. Η ποσοστιαία αναλογία του τελοδιαστολικού όγκου που εξωθείται εναντίον του δεδομένου μεταφορτίου εξαρτάται από τη δύναμη συστολής των κοιλιών. Φυσιολογικά η καρδιά επαρκεί για να εξωθήσει 70-80 ml αίματος από το συνολικό όγκο αίματος που υπάρχει μέσα στην αριστερή (ή και τη δεξιά) κοιλία, που είναι 110-130ml. Καθώς ο τελοδιαστολικός όγκος και η συσταλτικότητα αυξάνουν, περισσότερο αίμα εξωθείται σε κάθε συστολή.

Ενδογενής έλεγχος της καρδιακής συσταλτικότητος

Ο νόμος Frank-Starling εξηγεί πως η καρδιά μπορεί να προσαρμοστεί σε μια αύξηση του συνόλου των περιφερικών αντιστάσεων:

Κάθε αύξηση στο σύνολο των περιφερικών αντιστάσεων προκαλεί μείωση του όγκου παλμού των κοιλιών, έτσι ώστε περισσότερο αίμα παραμένει μέσα στις κοιλίες και ο τελοδιαστολικός όγκος είναι μεγαλύτερος για τον επόμενο κύκλο λειτουργίας της καρδιάς με αποτέλεσμα οι κοιλίες διατείνονται ακόμη περισσότερο στον επόμενο κύκλο και συστέλλονται πιο δυνατά και εξωθούν περισσότερο αίμα.

Οι συνέπειες της συμπεριφοράς αυτής είναι ότι ο όγκος παλμού της αριστερής κοιλίας, η οποία εξωθεί αίμα στα αγγεία της συστηματικής κυκλοφορίας, κάτω από συνεχώς μεταβαλλόμενες αντιστάσεις, προσαρμόζεται ανάλογα, προκειμένου να ελέγχει τον όγκο παλμού της δεξιάς κοιλίας, η οποία εξωθεί αίμα στην πνευμονική κυκλοφορία.  Αύξηση του όγκου παλμού δημιουργείται επίσης με την αυξημένη φλεβική επιστροφή. Η πλήρωση της δεξιάς κοιλίας αυξάνει και της αριστεράς μειούται  κατά την εισπνοή. Η πλήρωση αμφοτέρων αυξάνει κατά την ύπτια και μειούται κατά την ορθία θέση.

Οπωσδήποτε, ο ρυθμός της αιματικής ροής μέσω της πνευμονικής και της συστηματικής κυκλοφορίας πρέπει να είναι ίσος, προκειμένου να αποφευχθεί συσσώρευση υγρού στους πνεύμονες και για να μπορεί να μεταφερθεί οξυγονωμένο αίμα στους ιστούς.

Βέβαια, τα παραπάνω ισχύουν αν το μυοκάρδιο είναι φυσιολογικό ενώ οι αντιρροπιστικοί μηχανισμοί μειονεκτούν όταν το μυοκάρδιο κάμπτεται.

Νευρογενής  έλεγχος της δύναμης συστολής

Η δύναμη της κοιλιακής συστολής εξαρτάται και από τη δραστηριότητα του συμπαθητικοεπινεφριδιακού συστήματος. Η νοραδρεναλίνη από νευρικές απολήξεις του συμπαθητικού και η αδρεναλίνη από το μυελό των επινεφριδίων προκαλούν αύξηση της δύναμης συστολής του καρδιακού μυός. Η θετική ινότροπη δράση οφείλεται σε αύξηση της ποσότητας των ιόντων ασβεστίου στα σαρκομερίδια.

Συνεπώς, ο καρδιακός όγκος παλμού επηρεάζεται από το καρδιακό συμπαθητικό επινεφριδιακό σύστημα μέσω θετικής ινότροπης δράσης στη συσταλτικότητα, και μέσω θετικής χρονότροπης δράσης στην καρδιακή συχνότητα. Η διέγερση των παρασυμπαθητικών νεύρων της καρδιάς έχει αρνητική χρονότροπη δράση, αλλά δεν επηρεάζει αξιόλογα τη συσταλτικότητα των κοιλιών. Βέβαια στην κλινική πράξη, η καρδιακή συσταλτικότητα μειούται σε παθήσεις που επηρεάζουν το μυοκάρδιο, όπως η νέκρωση τμήματός του μετά την επέλευση ενός εμφράγματος ή διάχυτη προσβολή των μυϊκών ινών σε διάφορες πρωτογενείς παθήσεις του μυοκαρδίου (μυοκαρδιοπάθειες). Η ισχαιμία μπορεί να προκαλέσει αναστρέψιμη–παροδική μείωση της συσταλτικότητας.

Αύξηση της συσταλτικότητας επέρχεται κατά την άσκηση σε φυσιολογικά άτομα και στον υπερθυρεοειδισμό.