สรีรวิทยาระบบหัวใจ

ระบบหัวใจ และ หลอดเลือด เป็นเหมือนระบบหลักที่คอยหล่อเลี้ยงส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อให้ดำรงชีวิตอยู่ได้ สรีรวิทยาระบบหัวใจ ร่วมหลอดเลือดกับการประยุกต์ใช้ทางเภสัชวิทยา เนื้อหาหลักในตำราคือสรีรวิทยา ระบบหัวใจ ร่วมหลอดเลือดซึ่งเป็นระบบที่ผู้เรียนต้องใช้การคิดวิเคราะห์ในการทำความเข้าใจ ผู้เขียนเน้นการใช้ภาษาที่เข้าใจง่ายเพื่อนำเสนอองค์ความรู้และมุ่งให้ผู้เรียนสร้างจินตนาการให้เกิด ภาพเคลื่อนไหวที่เชื่อมโยงปรากฏการณ์ต่าง ๆ ทางสรีรวิทยาซึ่งเป็นศาสตร์ที่อธิบายกระบวนการแห่งการมีชีวิตของมนุษย์

เหตุการณ์ทางสีรวิทยาหลายเหตุการณ์ไม่อาจมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้น หากมีเพียงความจำที่เป็นตัวหนังสือหรือภาพนิ่งเชิงกายวิภาคศาสตร์แต่ขาดจินตนาการของภาพ เคลื่อนไหวควบคู่ไปกับการคิดวิเคราะห์จากเหตุไปสู่ผลรวมทั้งการคิดย้อนกลับจากผลไปหาเหตุจะทำให้ ความเข้าใจและความประทับใจในศาสตร์ด้านสรีรวิทยาอย่างแท้จริงเกิดขึ้นได้ยาก ฉะนั้นการอธิบาย เนื้อหาบางช่วงบางตอนในตำาราเล่มนี้จึงใช้วิธีการตั้งคำาถาม ชวนให้คิดและกระตุ้นให้ผู้อ่านเกิดจินตภาพ บนพื้นฐานของความรู้ความเข้าใจเชิงวิชาการที่ถูกต้อง และให้ผู้อ่านโดยเฉพาะนิสิตนักศึกษาพัฒนาไปสู่ การเป็นนักคิดนักวิเคราะห์มากกว่าการเป็นนักท่องนักจำ

ระบบหัวใจ

ผู้อ่านกลุ่มวิทยาศาสตร์สุขภาพทุกสาขาสามารถนำ ตำราเล่มนี้ไปใช้ประกอบการเรียนรายวิชาที่เกี่ยวข้องกับสรีรวิทยาและเภสัชวิทยาระดับพรีคลินิกได้ ความสำคัญและจุดเด่นของตำราเล่มนี้คือการเชื่อมโยงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของสองศาสตร์ ได้แก่ สรีรวิทยาซึ่งเป็นศาสตร์พื้นฐานและเภสัชวิทยาซึ่งเป็นศาสตร์ที่ต้องอาศัยการประยุกต์ใช้ความรู้สรีรวิทยา ตอนท้ายของแต่ละบทยกเว้นบทนำผู้เขียนได้เสนอหลักคิดและยกตัวอย่างการนำความรู้สรีรวิทยาไป อธิบายกลไกการออกฤทธิ์ของยาที่ใช้สำหรับการรักษาโรคหรือความผิดปกติที่พบบ่อยในระบบหัวใจ ร่วมหลอดเลือด โดยมุ่งหวังว่าผู้อ่านจะตระหนักถึงความสำคัญของการมีความรู้สรีรวิทยาที่เข้มแข็งและ การจะนำความรู้สรีรวิทยาไปใช้ต่อยอด นอกจากนี้ผู้เขียนได้ยกตัวอย่างให้เห็นถึงความรู้ที่เป็นปัจจุบัน และทิศทางของงานวิจัยของทั้งสองศาสตร์ควบคู่กันไปด้วย

ระบบหัวใจ

การใช้คำศัพท์สรีรวิทยาในตำราเล่มนี้เป็นไปตามที่คณะกรรมการศัพท์บัญญัติสรีรวิทยา สรีรวิทยาสมาคมแห่งประเทศไทยเป็นผู้กำหนด และได้ตรวจสอบความถูกต้องกับพจนานุกรมศัพท์บัญญัติ ราชบัณฑิตยสถาน แต่ยังมีคำศัพท์บางคำที่ผู้เขียนใช้เป็นภาษาอังกฤษ (แบบ British English) เพราะเชื่อว่าจะสื่อความหมายได้ถูกต้องชัดเจนขึ้น และจะเป็นประโยชน์แก่นิสิตนักศึกษาที่ต้องศึกษา หาความรู้เพิ่มเติมจากตำราและบทความทางวิชาการอื่น ๆ ที่เป็นภาษาอังกฤษต่อไป

สรีรวิทยาระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดกับการประยุกต์ใช้ทางเภสัชวิทยา Cardiovascular Physiology and Pharmacological Applications

1. บทนำสรีรวิทยาระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด

ร่างกายมนุษย์ต้องอาศัยแก๊สออกซิเจน (O2) สารอาหาร และอิเล็กโทรไลต์ (electrolytes) ในการดำรงชีวิตของเซลล์ทุกเซลล์ และต้องกำจัดของเสียที่เกิดจากกระบวนการเมแทบอลิซึม (metabolism) เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) กรดแลกติก (lactic acid) และยูเรีย (urea) ฯลฯ สารต่าง ๆ เหล่านี้ ถูกลำเลียงไปตามกระแสเลือด ภายใต้การทำงานของระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด (cardiovascular system)

ซึ่งประกอบด้วยหัวใจ (heart) และหลอดเลือด (blood vessels) หัวใจทำหน้าที่เสมือนเครื่องสูบ (pump) ที่สูบฉีดเลือดเข้าสู่หลอดเลือด ซึ่งเป็นอวัยวะที่มีลักษณะเป็นท่อ ทำหน้าที่ขนส่งเลือดไปยังเนื้อเยื่อและเซลล์ ต่าง ๆ ทั่วร่างกาย ตลอดจนนำเลือดที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊สและสารอาหารแล้วกลับสู่หัวใจ ระบบหัวใจ ร่วมหลอดเลือดมีบทบาทสำคัญ ในการทำงานร่วมกับระบบอื่น ๆ ของร่างกาย เพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนสารระหว่างเลือดกับสิ่งแวดล้อมภายนอกและเพื่อรักษาสมดุลของร่างกายเป็นต้นว่า

ทำงานร่วมกับ ระบบหายใจ: เลือดที่ออกจากหัวใจไปยังปอด จะมีการแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างเลือดกับอากาศจากภายนอกที่เข้าสู่ถุงลมจากการหายใจเข้า ซึ่งเป็นอากาศที่มีความดันของ O2 สูงกว่าในเลือด ดังนั้น O2 จึงแพร่จากถุงลมเข้าสู่เลือด และถูกขนส่งไปเลี้ยงส่วนต่าง ๆ ทั่วร่างกายภายใต้การทำงานของระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด ในขณะที่ CO2 มีความดันในเลือดสูงกว่าในถุงลม CO2 จึงแพร่จากเลือดเข้าสู่ถุงลมและถูกกำจัดออกนอกร่างกาย ผ่านทางการหายใจออกภายใต้การทำงานของระบบหายใจ

ทำงานร่วมกับระบบทางเดินอาหาร: ในระบบทางเดินอาหารโดยเฉพาะที่ลำไส้เล็ก เลือดที่ไหลเวียนมาบริเวณนี้จะได้รับสารอาหาร เช่น กลูโคส (glucose) กรดอะมิโน (amino acid) และกรดไขมัน (fatty acid) ฯลฯ สารอาหารเหล่านี้เกิดจากกระบวนการย่อยอาหารที่เรารับประทานเข้าไป จากนั้นจึงถูกดูดซึมเข้าสู่เลือดต่อมาเลือดจากอวัยวะในระบบทางเดินอาหารทั้งหมดจะเข้าสู่หลอดเลือดดำพอร์ทัล (portal vein) ซึ่งนำเลือดดำไปยังตับที่ทำหน้าที่เมแทบอไลซ์สารต่าง ๆ จากนั้นเลือดจึงออกจากตับไหลเวียนกลับสู่หัวใจและถูกสูบฉีดไปเลี้ยงส่วนต่างๆทั่วร่างกายตามลำดับ

ทำงานร่วมกับระบบทางเดินปัสสาวะ: เลือดที่ไหลเวียนไปที่ไตจะถูกกรอง ทำให้ของเสียที่อยู่ในเลือดถูกกำจัดออกจากร่างกายสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกผ่านทางกระบวนการสร้างและขับน้ำปัสสาวะ

ทำงานร่วมกับระบบผิวหนัง: เป็นการทำงานเพื่อควบคุมอุณหภูมิร่างกาย กล่าวคือ เมื่ออากาศร้อนหลอดเลือดที่ผิวหนังจะขยาย (vasodilation) ทำให้เพิ่มขนาดและพื้นที่ผิวของหลอดเลือด ส่งผลเพิ่มอัตราการไหลเวียนเลือดที่ผิวหนัง จึงเพิ่มการระบายความร้อนจากร่างกายสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ในทางตรงกันข้าม

ถ้าอากาศหนาวหลอดเลือดจะหดแคบ (vasoconstriction) ทำให้ลดขนาดและพื้นที่ผิวของหลอดเลือดส่งผลลดอัตราการไหลเวียนเลือดที่ผิวหนัง จึงลดการสูญเสียความร้อนจากร่างกายสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ทำให้อุณหภูมิร่างกายถูกควบคุมให้คงที่ และไม่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมภายนอก

2. คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหัวใจ

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหัวใจคือคุณสมบัติการสร้างและการนาสัญญาณไฟฟ้าของหัวใจ การสร้าง สัญญาณไฟฟ้า หมายถึง ปรากฏการณ์ที่มีการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านช่องไอออน (ion channels) ที่อยู่บน เยื่อหุ้มเซลล์ของหัวใจ ส่งผลให้มีการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ (membrane potential) จนทำให้เกิดศักย์ทางาน หรือ “action potential” ส่วนการนาสัญญาณไฟฟ้า (conductivity) หมายถึง การส่งต่อ action potential จากเซลล์หนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่ง ซึ่งแท้จริงแล้ว คือการเคลื่อนที่ของประจุบวกจากเซลล์ที่เกิด action potential เข้าไปสู่อีกเซลล์หนึ่งผ่านทางช่องเชื่อมระหว่างเซลล์ (gap junction) จนชักนำให้เซลล์นั้นเกิด action potential ตามมา

กรอบแนวคิดพื้นฐานของคุณสมบัติทางไฟฟ้าของหัวใจ
กรอบแนวคิดพื้นฐานของคุณสมบัติทางไฟฟ้าของหัวใจ

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหัวใจเริ่มต้นจากการมีเซลล์ที่สามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าได้ด้วยตนเอง (automaticity) โดยไม่ต้องใช้การกระตุ้นจากภายนอก เพียงแต่ปัจจัยภายนอก ได้แก่ ระบบประสาทอัตโนมัติและฮอร์โมน สามารถปรับเปลี่ยนการสร้างและการนาสัญญาณไฟฟ้าของหัวใจให้เร็วขึ้นหรือช้าลงได้ สัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกส่งต่อภายในหัวใจ (intrinsic conduction of heart) อย่างรวดเร็ว

3. คุณสมบัติเชิงกลของหัวใจ

คุณสมบัติเชิงกลของหัวใจ (mechanical property of heart) หมายถึง คุณสมบัติการบีบตัว (systole) และคลายตัว (diastole) ของหัวใจ ป็นคุณสมบัติที่จะเกิดขึ้นไม่ได้เลยหากไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าของหัวใจเป็นเหตุนำมาก่อน กล่าวคือ การสร้างสัญญาณไฟฟ้าของหัวใจเริ่มต้นที่ SA node

และส่งต่อไปยังส่วนต่าง ๆ ของหัวใจตามลำดับ เมื่อสัญญาณไฟฟ้าไปถึงกล้ามเนื้อหัวใจ (myocardium) จะกระตุ้น ให้เกิดศักย์ทางาน (action potential) ชนิด fast response action potential ซึ่งระยะ plateau phase (phase 2) จะมีการเปิดของ L-type Ca2+ channels ทาให้ Ca2+ เคลื่อนที่เข้าสู่ myocardium อันเป็น สาเหตุหลักที่ทาให้มีการเปลี่ยนแปลงเชิงกลของหัวใจตามมาเนื้อหาบทนี้ครอบคลุมกลไกการทางานเชิงกลของหัวใจซึ่งเริ่มต้นจาก myocardium ได้รับการกระตุ้นด้วยสัญญาณไฟฟ้าหรือ action potential จนทำให้หัวใจบีบตัว

เมื่อการกระตุ้นสิ้นสุดลงหัวใจจะคลายตัวเพื่อรับเลือดกลับเข้าสู่หัวใจ ดังนั้นหัวใจจึงทำงานเป็นวงจรตามจังหวะการกระตุ้น เรียกว่า cardiac cycle ซึ่งแบ่งเป็น 2 ระยะ ได้แก่ systole และ diastole แต่ละระยะมีเหตุการณ์ต่าง ๆ เกิดขึ้นมากมาย

4. สรีรวิทยาของหลอดเลือด

สรีรวิทยาของหลอดเลือดเป็นศาสตร์ที่ว่าด้วยหน้าที่และกลไกการทางานของหลอดเลือด เนื้อหาบทนี้เริ่มต้นด้วยการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของหลอดเลือดโดยชี้ให้เห็นว่าหลอดเลือดแต่ ละชนิด ได้แก่ หลอดเลือดแดง (artery) หลอดเลือดฝอย (capillary) และหลอดเลือดดา (vein) มีโครงสร้าง แตกต่างกัน ทำให้มีคุณสมบัติ ได้แก่ ความสามารถยืดขยาย (distensibility), ความยืดหยุ่น (elasticity), และแรงตึงของผนัง (wall tension) แตกต่างกัน แต่ทว่าเป็นความแตกต่างที่สอดคล้องและเหมาะสมกับหน้าที่ของหลอดเลือดแต่ละชนิด หลอดเลือดส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลล์กล้ามเนื้อเรียบซึ่งถูกควบคุมโดยระบบประสาท ซิมพาเทติก (sympathetic) และสารที่หลั่งออกมาแบบบเฉพาะที่ทั้งจากเนื้อเยื่อและจากเซลล์เยื่อบุเรียกว่า เอนโดทีเลียม (endothelium)

ซึ่งพบได้ในหลอดเลือดทุกชนิด เมื่อเซลล์กล้ามเนื้อเรียบหดตัวหรือคลายตัวจะ ทำให้ขนาดของหลอดเลือดเปลี่ยนแปลง ส่งผลต่อตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดหลายตัว ได้แก่ ความสามารถในการจุเลือด (compliance), ความต้านทานรวม (total peripheral resistance), ความดันเลือด (blood pressure) และอัตราการไหลของเลือด (blood flow)

5. การควบคุมการทำงานของระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด

ตัวแปรสำคัญ 2 ตัวในระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดที่ร่างกายต้องควบคุมให้เหมาะสมเพื่อให้เลือดไป เลี้ยงอวัยวะต่าง ๆ ได้อย่างเพียงพอ ได้แก่ ความดันเลือด (mean arterial pressure: MAP) และอัตราการ ไหลของเลือดเลี้ยงอวัยวะ (organ blood flow) กลไกการควบคุม MAP มีทั้งแบบระยะสั้น (short term regulation) ที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเพราะอาศัยการทำงานของระบบประสาทอัตโนมัติ และแบบระยะยาว (long term regulation) ที่ต้องใช้เวลาเพราะอาศัยการทำงานของระบบฮอร์โมนร่วมกับระบบประสาทอัตโนมัติ MAP มีความสำคัญเพราะเป็นเหตุที่ทำให้เกิด organ blood flow ส่งผลให้อวัยวะได้รับ O2 และสารอาหาร แต่มิได้หมายความว่า organ blood flow จะเปลี่ยนแปลงตาม MAP เสมอไป เพราะร่างกายมีกลไกควบคุม blood flow ให้สอดคล้องกับความต้องการของแต่ละอวัยวะ

ซึ่งเป็นการควบคุมแบบเฉพาะที่ (local control of blood flow) เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของหลอดเลือดต่อแรงกระทำ (myogenic mechanism) ทำให้ organ blood flow มีค่าคงที่หรือไม่เปลี่ยนแปลงตาม MAP เรียกว่า autoregulation การควบคุม organ blood flow ยังเกี่ยวข้องกับการตอบสนองของหลอดเลือดต่อสารเมแทบอไลต์ (metabolites) ที่หลั่งออกมาแบบเฉพาะที่บริเวณอวัยวะ (metabolic mechanism) ทำให้ organ blood flow เพิ่มขึ้นสอดคล้องกับการทำงานและความต้องการของอวัยวะนั้น ๆ เรียกว่า active hyperemia

6. สรีรวิทยาของหลอดเลือดกับการประยุกต์ใช้ในงานวิจัยพื้นฐาน

การวิจัยพื้นฐาน (basic research) คือการศึกษาค้นคว้าทางทฤษฎีหรือในห้องทดลองเพื่อหาความรู้ ใหม่ ๆ สําหรับอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ การวิจัยพื้นฐานที่จะกล่าวถึงในบทนี้มุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับ ทํางานของหลอดเลือดแดงซึ่งเป็นสาขาที่ผู้เขียนมีประสบการณ์ เราสามารถนําความรู้เกี่ยวกับสรีรวิทยา ของหลอดเลือดไปประยุกต์ใช้เพื่อการวิจัยพื้นฐานได้ในหลากหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับโจทย์วิจัยว่าต้องการ ตอบคําถามเรื่องอะไร ผู้เขียนขอเสนอการวิจัยเกี่ยวกับหลอดเลือดที่แบ่งกว้าง ๆ เป็น 2 ประเด็น ดังนี้

ประเด็นแรก เป็นการศึกษาเพื่อให้ได้องค์ความรู้ใหม่ที่อธิบายกลไกการทํางานของหลอดเลือดว่าเป็น อย่างไร อาจศึกษาในสภาวะปกติหรือพยาธิสภาพ งานวิจัยลักษณะนี้จะต่อยอดจากความรู้พื้นฐานเดิมที่มีอยู่ แล้ว และทําให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ เช่น การค้นพบโปรตีนตัวใหม่ซึ่งอาจเป็นตัวรับ (receptor), ช่องไอออน (ion channel), เอนไซม์ (enzyme), ตัวพา (transporter) หรือโปรตีนที่ทําหน้าที่ส่งสัญญาณภายในเซลล์ (Signaling protein) ของหลอดเลือดที่ยังไม่เคยมีรายงานมาก่อน

การค้นพบกลไกการทํางานและ/หรือ บทบาทใหม่ ๆ ของโปรตีนตัวเดิมที่พบที่หลอดเลือดอยู่แล้ว การค้นพบจีน (gene) หรือค้นพบเส้นทางใหม่ ๆ ของการส่งสัญญาณภายในเซลล์ (cell signaling pathway) ที่มีบทบาทสําคัญต่อการทํางานของหลอดเลือด งานวิจัยลักษณะนี้ทําให้เกิดองค์ความรู้เชิงลึกที่ช่วยให้เราเข้าใจกลไกการทํางานของหลอดเลือด ทั้งในสภาวะปกติและพยาธิสภาพซึ่งมีประโยชน์และสําคัญสําหรับการพัฒนาแนวทางการป้องกันและรักษาโรค ในระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด หรือโรคในระบบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องต่อไป ความรู้ใหม่ที่ค้นพบจะเป็นรากฐาน สําคัญที่ทําให้เกิดงานวิจัยในประเด็นที่สองตามมา คือ

ประเด็นที่สอง เป็นงานวิจัยที่มุ่งเน้นการทดสอบฤทธิ์ของสารและ/หรือยาที่มีผลต่อการทํางานของ หลอดเลือด ทั้งนี้อาจเป็นสารหรือยาที่มีใช้อยู่แล้ว แต่ต้องการศึกษาหากลไกการออกฤทธิ์ที่ยังไม่เคยมีรายงาน มาก่อน เพื่อสร้างองค์ความรู้ที่อาจสนับสนุนหรือไม่สนับสนุนข้อบ่งใช้เดิม และสะท้อนประสิทธิภาพและ/ หรือความปลอดภัยของการใช้ยา หรืออาจทําให้ได้ข้อบ่งใช้ใหม่ ๆ

นอกจากนี้ งานวิจัยนั้นอาจเป็นการศึกษา ผลของสารหรือยาตัวใหม่ที่มีศักยภาพที่จะทําให้เกิดประโยชน์ทางการแพทย์หรือการวิจัย งานวิจัยลักษณะ แบบนี้ต้องอาศัยความรู้พื้นฐานจากประเด็นแรก เช่น การค้นพบการทํางานของ renin angiotensin aldosterone system (RAAS) ทําให้เกิดการพัฒนายาที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการทํางานของ RAAS เพื่อรักษาโรค ความดันโลหิตสูง (hypertension) และหัวใจล้มเหลว (heart failure) หรือการค้นพบ nitric oxide (NO) ที่ ใช้ในการพัฒนายาที่มีคุณสมบัติปลดปล่อย NO เข้าสู่กระแสเลือดเพื่อรักษา hypertension และโรคหลอด เลือดหัวใจ (coronary heart disease)

ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่าผู้อ่านจะได้รับความรู้ด้านสรีรวิทยาระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดจาก ตำาราเล่มนี้ และสามารถพัฒนาตนให้มีทักษะการคิดเชิงวิเคราะห์ ตลอดจนมีความซาบซึ้ง เห็นและเข้าใจ กลไกการทำงานของร่างกายมนุษย์ที่เกิดขึ้นตามเหตุปัจจัยภายใต้กฎธรรมชาติ เพื่อการประยุกต์ใช้ สู่การเรียนรู้ในระดับคลินิกตามศาสตร์สาขาแห่งวิชาชีพของตนต่อไป

Summary
สรีรวิทยาระบบหัวใจ
Article Name
สรีรวิทยาระบบหัวใจ
Description
สรีรวิทยาระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดกับการประยุกต์ใช้ทางเภสัชวิทยา เนื้อหาหลักในตำราคือสรีรวิทยา ระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดซึ่งเป็นระบบ
Author
Publisher Name
สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยนเรศวร
Publisher Logo