background image

 

3

                                                                                                                                                        

                                                                                                                                             

 

16 

 

Lect. 9 

 
The heart rate 

Objectives: 

1.  Define heart rate. 
2.  Summarize the factors that regulate heart rate. 

The heart rate refers to the ventricular rate of beating per min. It can be  determined 
by counting the arterial radial pulse, the heart sounds (using  the stethoscope) or the 
number of  cycles  in an  ECG  record /minute. Normally, it averages  72  beats/minute 
(range 60-100 beats/minute) in young adult males during rest. Heart rate higher than 
100  beats/minute  is  called  tachycardia  and  a  rate  lower  than  60  beats/minute  is 
called  bradycardia.  Mechanisms  that  affect  the  cardiac  rate  are  said  to  have  a 
chronotropic effect (chrono = time). Those that increase cardiac rate have a positive 
(+ve) chronotropic effect (B

2

 agonists (Salbutamol;Ventolin)); those that decrease the 

rate have a negative (-ve) chronotropic effect (B blockers (Propranolol; Inderal). 
The  heart  rate  is  basically  determined  by  the  strength  of  the  vagal  tone,  and  is 
normally subjected to many physiological variations such as: 

  It is about 120 beats/minute in newly born infants (due to absence of the vagal 

tone) then it decreases to about 72 beats/minute at the age of 20 years. 

  It is more in females than in males (due to less vagal tone in females).  

  It is slowest in athletes (due to a stronger vagal tone than in sedentary persons). 

  It sometimes shows diurnal variations (being lowest in the early morning). 

Regulation of the heart rate:   
The heart rate is regulated (SA node discharge) by the following factors:  

  SA node activity.                                                     

  Chemical. 

  Neural. 

 


background image

 

3

                                                                                                                                                        

                                                                                                                                             

 

 

 

Figure: Factors that influence the heart rate. 

Nervous regulation of the heart rate: 

The heart receives both sympathetic and parasympathetic (vagal)  nerves. Activity in 
the sympathetic nerves increases the heart rate, while activity in the parasympathetic 
nerves decreases the heart rate.  
Functions of the cardiac sympathetic nerves 
The  sympathetic  nerves  supply  all  parts  of  the  heart  (atria,  ventricles,  conduction 
system and the coronary vessels). When activated, they lead to the following: 
A- An increase in:  

1.  Heart rate (+ve chronotropic effect).  
2.  Contractility (+ve inotropic effect).  
3.  Excitability (causing extrasystole or paroxysmal tachycardia)  
4.  Conductivity (thus decreasing the AV nodal delay). 

B- An increase of the cardiac output.  
C-  Vasodilation  of  the  coronary  vessels  (by  the  effect  of  the  metabolites  formed  as 

a result of the increased myocardial activity). 

Functions of the cardiac parasympathetic nerves 
They supply atria, SA & AV nodes and coronary vessels but not the ventricles. When 
activated, they lead to depression of all cardiac properties, resulting in a decrease of:   

- Rhythmicity i.e. the heart rate (-ve chronotropic effect).  
- Atrial contractility (-ve inotropic effect).  
- Atrial excitability (terminate an attacks of atrial tachycardia or extrasystole). 
- Conductivity (prolongs AV nodal delay). 

2- A decrease of the cardiac output. 
3-  Vasoconstriction  of  the  coronary  vessels  (secondary  to  decreased  metabolite 

formation due to the decreased cardiac activity). 


background image

 

3

                                                                                                                                                        

                                                                                                                                             

 

 

The heart rate is nervously regulated through the cardiovascular centers which control 
the  sympathetic  and  parasympathetic  discharge  to  the  heart.  The  activity  of  these 
centers is affected by:  

A- Higher centers. 
B- Reflexes. 


background image

 

3

                                                                                                                                  
                                                                                                                                    

                               

 

 

Higher centers: 

(1)  The  cerebral  cortex.  Cortical  influence  on  heart  rate  is  evident  in 
emotions  (the  heart  rate  is  altered  on  seeing,  hearing  or  thinking  of  a 
certain event).  
(2)  The  hypothalamus  and  limbic  system.  These  structures  (with  the 
cortex)  are  concerned  with  emotional  reactions.  Most  emotions  are 
associated  with  tachycardia  and  vasoconstriction  which  increases  the 
arterial blood pressure (ABP), (e.g. before starting a race, or examination) 
but  some  are  associated  with  bradycardia  and  vasodilation  which 
decreases the ABP (e.g. when hearing shocking news). 
(3) The respiratory center. Respiratory sinus arrhythmia; this term refers 
to the increase of the heart rate during inspiration and to the decrease of 
heart  rate  during  expiration  that  occurs  normally  in  young  subjects  and 
children.  The  tachycardia  that  occurs  during  inspiration  is  due  to; 
excitation of the vasoconstrictor center (VCC) by the inspiratory center, 
and Bainbridge reflex which is initiated during inspiration by rise of the 
right atrial pressure as a result of increase of the venous return. 

Reflexes:  

Bainbridge reflex (atrial stretch reflex) 
An increase in the right atrial pressure or increased distention of the right 
atrium  leads  to  heart  acceleration.  Impulses  are  discharged  mostly  from 
atrial receptors via afferent nerve fibers to the medullary VCC leading to 
reflex increase in sympathetic tone to the heart, increasing the heart rate.  
Baroreceptor reflex 
This  reflex  is  initiated  by  stretch  receptors,  which  are  located  in  the 
carotid sinus and aortic arch. They are stimulated when stretched; signals 
from  the  carotid  arteries  are  transmitted  through  the  glossopharyngeal 
nerves  while  signals  from  the  arch  of  aorta  are  transmitted  through  the 
vagus nerves into; the cardiovascular centers. 
The baroreceptor signals inhibit the vasoconstrictor center and excite the 
vagal center (CIC) resulting in vasodilation, decreased heart rate. In other 
words, a rise in arterial blood pressure produces reflex decrease in heart 
rate whereas a fall in arterial blood pressure produces reflex increase  in 
heart rate. 
The carotid sinus reflex 
An  external  pressure  on  the  carotid  sinus  area  (behind  the  angle  of  the 
mandible)  produces  reflex  slowing  of  the  heart  rate  and  peripheral 
vasodilation. The applied external pressure stimulate the baroreceptors in 
the  carotid  sinus  which  leads  to  reflex  increase  in  the  vagal  tone  to  the 
heart (bradycardia) and decrease in the sympathetic vasoconstrictor tone 
(vasodilation). On the same basis, an attack of paroxysmal atrial (but not 
ventricular)  tachycardia  can  be  terminated  by  initiating  a  carotid  sinus 


background image

 

3

                                                                                                                                  
                                                                                                                                    

                               

 

 

reflex, through external massaging of the carotid sinus. A strong blow on 
the  carotid  sinus  area  could  lead  to  complete  cardiac  arrest.  Some 
individuals  pathologically  have  an  abnormal  hypersensitivity  of  the 
carotid  sinus.  Thus,  mild  pressure  on  the  carotid  sinus  area  e.g.  during 
shaving  or  by  a  tight  collar,  produces  bradycardia  and  generalized 
vasodilation,  which  may  markedly  decrease  the  cardiac  output  and 
arterial  blood  pressure  resulting  in  brain  ischemia  and  fainting.  Such 
cases  can  be  treated  by  anticholinergic  drugs  (Atropine)  to  block  the 
vagal discharge to the heart.  

 
Chemical
 regulation of the heart rate:  

A-  Effect of changes in blood gases.  

  Hypoxia.  

  Hypercapnia and acidosis. 

Hypoxia: 
Moderate hypoxia (O

2

 lack) increases the heart rate by 3 mechanisms: 

  Direct mechanism (by stimulating the SA node pacemaker cells). 

  Central mechanism (by inhibiting the CIC). 

  Reflex  mechanism  (by  stimulating  the  VCC  through  exciting  the 

peripheral chemoreceptors in the carotid and aortic bodies.  

On the other hand, severe hypoxia causes reduction of the heart rate due 
to  inhibition  of  the  SA  node  activity  and  paralysis  of  the  medullary 
cardiovascular centers.  
 
Hypercapnia and acidosis: 
 
A  moderate  hypercapnia  (CO

2

  excess)  and  acidosis  (increased  H

+

  ion 

concentration) increase the heart rate by the following mechanisms:  

  Inhibition of the CIC.  

  Stimulation  of  the  VCC  through  exciting  the  peripheral  chemo-

receptors.  

  Stimulation  of  the  VCC  through  exciting  the  central 

chemoreceptors.  

On the other hand, severe hypercapnia or acidosis decreases the heart rate 
due  to  inhibition  of  SA  node  activity  and  paralysis  of  medullary 
cardiovascular centers.  
 
B- Effects of hormones, drugs and chemicals: 

  Adrenaline; Small  doses  increase  the  heart rate  by  a  direct  action 

on the beta one (B

1

) receptors in the SA node.  

  Thyroxine: This increases the heart rate by direct stimulation of the 

SA node and increasing its sensitivity to catecholamines.  

  Atropine:  This  accelerates  the  heart  by  blocking  parasympathetic 


background image

 

3

                                                                                                                                  
                                                                                                                                    

                               

 

 

activity. 

  Histamine: This is a potent vasodilator (VD) substance which leads 

to marked drop of the ABP, resulting in heart acceleration.  

  Bile salts: inhibit SA node activity & stimulate the CIC leading to 

bradycardia. 

  Autonomic  drugs:  Sympathomimetic  drugs  (amphetamine)  cause 

tachycardia  while  parasympathomimetic  drugs  (acetylcholine) 
cause bradycardia. 

 
SA node activity: 

Factors that directly affect the SA node activity: 

  Body  temperature;  (physical  factors)  An  increase  of  the  body 

temperature by 1 °C increases the heart rate by 10-20 beats/minute 
and vice versa. 

  Mechanical factors; Right atrial distension may directly excite the 

SA node leading to tachycardia.  

  Chemical  factors;  The  SA  node  is  directly  excited  by  mild 

hypoxia, Catecholamines,  thyroxine,  while  it  is  directly  inhibited 
by  severe  hypoxia  and  hypercapnia,  bile  salts,  and  cholinergic 
drugs.  

  Thyroid  hormones  (T

3

,  T

4

)  again  have  direct  action  on  SA  node. 

Increases in the level of circulating thyroid hormones increases the 
rate  at  which  SA  node  beats  e.g.,  in  case  of  Thyroitoxicosis 
disease, there is an increase in heart rate, (resting tachycardia; HR 
> 100 beats/minute). 

 
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
>>>>>>>> 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 186 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