home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HaCKeRz KrOnIcKLeZ 3 / HaCKeRz_KrOnIcKLeZ.iso / anarchy / essays / schoolsucks / hheart.txt < prev    next >
Text File  |  1996-04-27  |  22KB  |  427 lines

  1.  
  2. Biology - Histology
  3.  
  4. The Human Heart.
  5.  
  6. Abstract:
  7.         Dorland's Illustrated Medical Dictionary defines the heart 
  8. as "the viscus of cardiac muscle that maintains the 
  9. circulation of the blood".  It is divided into four 
  10. cavities; two atria and two ventricles.  The left atrium 
  11. receives oxygenated blood from the lungs.  From there the 
  12. blood passes to the left ventricle, which forces it via the 
  13. aorta, through the arteries to supply the tissues of the 
  14. body.  The right atrium receives the blood after it has 
  15. passed through the tissues and has given up much of its 
  16. oxygen.  The blood then passes through the right ventricle 
  17. into the lungs where it gets oxygenated. There are four 
  18. major valves in the heart; the left atrioventricular valve 
  19. (also known as the mitral or bicuspid valve), the right 
  20. atrioventricular valve (tricuspid), aortic valve, and the 
  21. pulmonary valve.  The heart tissue itself is nourished by 
  22. the blood in the coronary arteries.2
  23.  
  24. Position of the Heart Within the Body:
  25.         The heart is placed obliquely in the chest.  The two atria 
  26. are directed upwards and backwards to the right and are at 
  27. the level of the fifth through the eight dorsal vertebrae.  
  28. The apex of the heart points downwards and forwards to the 
  29. left and corresponds to the interspace between the fifth and 
  30. sixth ribs, two inches below the left nipple.  Its atrial 
  31. border corresponds to a line drawn across the sternum on a 
  32. level with the upper border of the third costal cartilage.  
  33. Its lower border (apex) corresponds to a line drawn across 
  34. the lower end of the same bone, near the xiphoid process.  
  35. Its upper surface is rounded and convex, directed upwards 
  36. and forwards, and formed mainly by the right ventricle and 
  37. part of the left ventricle.  The posterior surface of the 
  38. heart is flattened and rests upon the diaphragm muscle.  Of 
  39. its two borders, the right is the longest and thinnest, the 
  40. left is shorter but thicker and round.
  41.  
  42. Size:
  43.         In an adult, the heart measures about five inches in 
  44. length, three and a half inches in the broadest part of its 
  45. transverse diameter, and two and a half inches in its 
  46. antero-posterior.  The average weight in the male varies 
  47. from ten to twelve ounces.  In the female, the average 
  48. weight is eight to ten ounces.  The heart will continue to 
  49. grow in size up to an advanced period of life.  This growth 
  50. is more obvious in men than in women.3
  51.  
  52. Circulation of Blood in an Adult:
  53.         The heart is subdivided by a longitudinal muscular septum 
  54. into two lateral halves which are named right and left 
  55. according to their position.  A transverse muscle divides 
  56. each half into two cavities.  The upper cavity on each side 
  57. is called the atria/auricle, and the lower side is called 
  58. the ventricle.  The right atrium and ventricle form the 
  59. venous side of the heart.  Dark venous blood is pumped into 
  60. the right atrium from the entire body by the superior (SVC) 
  61. and inferior vena cava (SVC), and the coronary sinus.  From 
  62. the right atrium, the blood passes into the right ventricle 
  63. and from the right ventricle, through the pulmonary artery 
  64. into the lungs.3  Once the blood becomes 
  65. oxygenated/arterialized by its passage through the lungs, it 
  66. is returned to the left side of the heart by the pulmonary 
  67. veins which open into the left atrium.  From the left 
  68. atrium, the blood passes into the left ventricle where it is 
  69. distributed by the aorta and its subdivisions through the 
  70. entire body.
  71.  
  72. Morphology of Each Heart Chamber:
  73.         The right atrium is a little longer than the left.  Its 
  74. walls are also somewhat thinner than the left.  The right 
  75. atrium is capable of containing about two ounces of fluid.  
  76. It consists of two parts, a principle cavity/sinus, and an 
  77. appendix auriculae.  The sinus is a large 
  78. quadrilateral-shaped cavity located between the IVC and the 
  79. SVC.  Its walls are extremely thin and are connected on the 
  80. lower surface with the right ventricle and internally with 
  81. the left atrium.  The rest of the right atrium is free and 
  82. unattached.  The appendix auricle is a small conical 
  83. muscular pouch.  It projects from the sinus forwards and to 
  84. the left side, where it overlaps the root of the pulmonary 
  85. artery.6  
  86.         There are four main openings into the right atrium; the 
  87. SVC, IVC, coronary sinus, and the atriculo-ventricular 
  88. opening.  The larger IVC returns blood from the lower half 
  89. of the body and opens into the lowest part of the right 
  90. atrium, near the septum.  The smaller SVC returns blood from 
  91. the upper half of the body and opens into the upper and 
  92. front part of the right atrium.  The coronary sinus opens 
  93. into the right atrium between the IVC and 
  94. auriculo-ventricular opening.  It returns blood from the 
  95. cardiac muscle of the heart and is protected by a 
  96. semicircular fold of the lining membrane of the atrium, 
  97. called the coronary valve.  The auriculo-ventricular opening 
  98. is the large oval aperture of communication between the 
  99. right atrium and ventricle.  There are two main valves 
  100. located within the right atrium; the Eustachian valve and 
  101. the coronary valve.3  The Eustachian valve is located 
  102. between the anterior margin of the IVC and the 
  103. auricule-ventricular orifice.  It is semilunar in form.  The 
  104. coronary valve is a semicircular fold of the lining membrane 
  105. of the right atrium, protecting the orifice of the coronary 
  106. sinus.
  107.  
  108.         The right ventricle is triangular-shaped and extends from 
  109. the right atrium to near the apex.  Its anterior surface is 
  110. rounded and convex and forms the larger part of the front of 
  111. the heart.  Its posterior surface is flattened, rests on the 
  112. diaphragm muscle, and forms only a small part of this 
  113. surface.  Its inner wall is formed by the partition between 
  114. the two ventricles, the septum, and bulges into the cavity 
  115. of the right ventricle.  Superiorly, the ventricle forms a 
  116. conical structure called the infundibulum from which the 
  117. pulmonary artery arises.  The walls of the right ventricle 
  118. are thinner than those of the left ventricle.  The thickest 
  119. part of the wall is at the base and it gradually becomes 
  120. thinner towards the apex.  The cavity can contain up to two 
  121. ounces of fluid.  
  122.         There are two openings in the right ventricle; the 
  123. auriculo-ventricular opening and the opening of the 
  124. pulmonary artery.  The auriculo-ventricular opening is the 
  125. large oval opening between the right atrium and the right 
  126. ventricle.  The opening is about an inch in diameter.  It is 
  127. surrounded by a fibrous ring, covered by the lining membrane 
  128. of the heart (endocardium), and is larger than the opening 
  129. between the left atrium and the left ventricle.  It is 
  130. protected by the tricuspid valve.  The opening of the 
  131. pulmonary artery is round and is situated at the top of the 
  132. conus arteriosus, close to the septum.  It is on the left 
  133. side and is in front of the auriculo-ventricular opening.  
  134. It is protected by the semilunar valves.3  
  135.         There are two main valves associated with the right 
  136. ventricle; the tricuspid valve and the semilunar valves.  
  137. The tricuspid valve consists of three segments of a 
  138. triangular shape, formed by the lining membrane of the heart 
  139. (endocardium).  They are strengthened by a layer of fibrous 
  140. tissue and muscular fibers.1  These segments are connected 
  141. by their bases to the auriculo-ventricular orifice, and by 
  142. their sides with one another, so as to form a continuous 
  143. membrane which is attached around the margin of the 
  144. auriculo-ventricular opening.  Their free margin and 
  145. ventricular surfaces are attached to many delicate tendinous 
  146. cords called chordae tendinae.  The central part of each 
  147. valve segment is thick and strong while the lateral margins 
  148. are thin and indented.  The chordae tendinae are connected 
  149. with the adjacent margins of the main segment of the valves.  
  150. The semilunar valves guard the opening of the pulmonary 
  151. artery.  They consist of three semicircular folds formed by 
  152. the endothelial lining of the heart and are strengthened by 
  153. fibrous tissue.  They are attached by their convex margins 
  154. to the wall of the artery at its junction with the 
  155. ventricle.  The straight borders of the valve are unattached 
  156. and are directed upwards in the course of the vessel, 
  157. against the sides of which they are pressed during the 
  158. passage of blood along its canal.  The free margin of each 
  159. valve is somewhat thicker than the rest of the valve and is 
  160. strengthened by a bundle of tendinous fibers.  During the 
  161. passage of blood along the pulmonary artery, these valves 
  162. are pressed against the sides of its cylinder.  During 
  163. ventricular diastole (rest), when the current of blood along 
  164. the pulmonary artery is checked and partly thrown back by 
  165. its elastic walls, these valves become immediately expanded 
  166. and close the entrance of the tube.  3
  167.  
  168.         The left atrium is smaller but thicker than the right 
  169. atrium.  It consists of two parts; a principle cavity/sinus 
  170. and an appendix auriculae.  The sinus is cuboidal in form 
  171. and is covered in the front by the pulmonary artery and the 
  172. aorta.  Internally, it is separated from the right atrium by 
  173. the septum auricularum.  Behind the sinus on each side, it 
  174. receives the pulmonary veins.  The appendix auriculae in the 
  175. left atrium is narrower and more curved than the same 
  176. structure in the right atrium.  Its margins are more deeply 
  177. indented, presenting a kind of foliated appearance.  Its 
  178. direction is forwards towards the right side, overlapping 
  179. the root of the pulmonary artery.  
  180.         There are two main openings in the left atrium; the 
  181. openings of the four pulmonary veins and the 
  182. atrial-ventricular opening.  Two of the four pulmonary veins 
  183. open into the right side of the atrium and two open into the 
  184. left side.  The two veins on the left exit into the atrium 
  185. through a common opening.  None of the pulmonary veins have 
  186. valves.  The atrial-ventricular opening is the large oval 
  187. opening of blood flow between the atrium and the ventricle.  
  188. It is smaller than the same opening between the right atrium 
  189. and ventricle.3
  190.  
  191.         The left ventricle is longer and more conical shaped than 
  192. the right ventricle.  It forms a small part of the left side 
  193. of the anterior surface of the heart and a large portion of 
  194. the posterior surface.  It also forms the apex of the heart 
  195. because it extends beyond the right ventricle.  Its walls 
  196. are nearly twice as thick as those of the right ventricle.  
  197. They are thickest in the broadest part of the ventricle, 
  198. becoming gradually thinner towards the base and also towards 
  199. the apex, which is the thinnest part of the left ventricle.
  200.         There are two main openings in the left ventricle; the 
  201. atrial-ventricular opening and the aortic opening.  The 
  202. atrial-ventricular opening is located behind and to the left 
  203. side of the aortic opening.  The opening is a little smaller 
  204. than the same opening between the right atrium and 
  205. ventricle.  Its position corresponds to the center of the 
  206. sternum.  It is surrounded by a dense fibrous ring and is 
  207. covered by the lining membrane of the heart and is protected 
  208. by the mitral valve.  The circular aortic opening is located 
  209. in front of and to the right side of the atrial-ventricular 
  210. opening from which it is separated by one of the segments of 
  211. the mitral valve.  The opening is protected by the semilunar 
  212. valves.  
  213.         There are two valves located within the left ventricle; the 
  214. mitral valve and the semilunar valve.  The mitral valve is 
  215. attached to the circumference of the atrial-ventricular 
  216. opening in the same way that the tricuspid valve is attached 
  217. on the opposite side of the heart.  The valve contains a few 
  218. muscular fibers, is strengthened by fibrous tissue, and is 
  219. formed by the lining of the heart (endocardium).  It is 
  220. larger, thicker, and stronger than the tricuspid, and 
  221. consists of two segments of unequal size.  The mitral valves 
  222. are connected to many chordae tendonae.  Their attachment is 
  223. the same as on the right side except they are thicker, 
  224. stronger, and less numerous.  The semilunar valves surround 
  225. the aortic opening.  They are similar in structure and mode 
  226. of attachment to those of the pulmonary artery.  However, 
  227. they are larger, thicker, and stronger than those of the 
  228. right side.  Between each valve and the cylinder of the 
  229. aorta is a deep depression called the sinuses of Valsalva.  
  230. The depressions are larger than those at the root of the 
  231. pulmonary artery.3
  232.  
  233.  
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243.  
  244.  
  245.  
  246.  
  247.  
  248.  
  249.  
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259. Figure 1:       a. Cross sectional view of the heart.  b. Top 
  260. view of the heart showing               the four valves
  261. Histology of the Layers of the Heart:
  262.         The heart and its vessels are surrounded by a conical 
  263. membranous sac called the pericardium.  The pericardial sac 
  264. is composed of two layers; the parietal pericardium and the 
  265. visceral pericardium with the space in-between the two being 
  266. called the pericardial cavity.  The parietal pericardium is 
  267. composed primarily of compact fibrocollagenous tissue along 
  268. with elastic tissue.  It is a fibrous membrane of loose 
  269. irregular connective tissue that is lined internally by a 
  270. mesothelium which is essentially simple squamous epithelium.  
  271. The visceral pericardium forms the internal lining of the 
  272. pericardium and reflects over the outer surface of the 
  273. heart.  This reflection forms the outer layer of the 
  274. epicardium.  The visceral pericardium is also composed of 
  275. compact fibrocollagenous tissue with elastic tissue but, is 
  276. smooth mesothelium.  The pericardial cavity is located 
  277. between the parietal and visceral pericardium and contains 
  278. small amounts of serous fluid.
  279.         The heart tissue itself can be subdivided into three 
  280. layers; (from the outside in) epicardium, myocardium, and 
  281. endocardium.  The epicardium is the outermost layer of the 
  282. heart and consists of a loose connective tissue of 
  283. fibroblasts, collagen fibers, and adipose tissue.  It 
  284. contains a stroma which houses coronary arteries and veins 
  285. that are surrounded by a layer of fat.  These coronary 
  286. branches penetrate the myocardium.  
  287.         The myocardium contains the main muscle mass of the heart 
  288. and is composed primarily of striated muscle cells.  Each of 
  289. the cardiac muscle cells contain one central elongated 
  290. nucleus with some central euchromatin and some peripheral 
  291. heterochromatin.  The two atria have a very thin myocardial 
  292. layer which increases greatly in thickness as you go from 
  293. the atria to the right ventricle and into the left 
  294. ventricle.  The outer surface of the myocardium, next to the 
  295. epicardium, is not composed of smooth muscle but is very 
  296. smooth in texture.  The inner surface of the myocardium is 
  297. rough and is raised into trabeculations.  The ventricular 
  298. papillary muscles, which are for the attachment of the 
  299. chordae tendinae, are extensions of the myocardium even 
  300. though they are covered by endocardium.  The outer layer of 
  301. the myocardium is superficial bulbospiral and swirls around 
  302. the ventricle in a clockwise fashion.  The middle layer is 
  303. circular muscles that are the ventricular constrictors.  The 
  304. inner layer, which is deep bulbospiral, swirls around the 
  305. ventricle in a counterclockwise fashion.  
  306.         The layer underneath the myocardium is known as the 
  307. enodcardium.  It contains a continuous smooth endothelial 
  308. layer that covers all the inner surfaces of the heart, 
  309. including the valves.  The outer layer of the endocardium, 
  310. underneath the myocardium, is irregularly arranged 
  311. collagenous fibers that may contain Purkinje fibers/cells.  
  312. The inner part of the endocardium contains more regularly 
  313. arranged collagen and elastic fibers than the outer layer.  
  314. Some myofibroblasts are present in the endocardium which is 
  315. thicker in the atria than in the ventricles.  There is a 
  316. subendothelial component of the endocardium underneath the 
  317. endothelium.  The component contains fibroblasts, scattered 
  318. smooth muscle cells, elastic fibers, collagen fibers, and an 
  319. amorphous ground substance that contains glycoproteins and 
  320. proteoglycans.
  321.         The valves of the heart are attached to the cardiac 
  322. skeleton and consist of chondroid (a material resembling 
  323. cartilage).  The base of each valve is supported by a 
  324. fibrocollagenous ring.  Each valve also has a dense 
  325. fibrocollagenous central plate that is covered by simple 
  326. squamous epithelium.  Chordae tendonae connect with the 
  327. valves at the edge of each cusp as well as underneath each 
  328. cusp at one end and they attach to papillary muscles in the 
  329. ventricles at the other end.  Endocardial endothelium 
  330. completely covers the papillary muscles, valves, and the 
  331. chordae tendonae. The junctions between the cusps of each 
  332. valve are known as commissures.
  333.         The conducting system of the heart consists of four main 
  334. components; the sinuatrial node (SA), the atrioventricular 
  335. node (AV), the bundle of his, and the Purkinje fibers/cells.  
  336. All the parts of this conducting system are composed of 
  337. modified cardiac muscle cells.  The SA node is located in 
  338. the right atrium, at the point where the superior vena cava 
  339. enters.  The small muscle fibers of the SA node contain a 
  340. central nodal artery and desmosomes.  The muscle fibers do 
  341. not contain intercalated discs.  The AV node is located in 
  342. the medial wall, in front of the opening of the coronary 
  343. sinus and above the tricuspid ring.  Its small muscle fibers 
  344. are more regularly arranged than those of the SA node.  The 
  345. AV node contains a rich nerve and blood supply.  The bundle 
  346. of his has a right (single bundle) and a left (branched 
  347. bundle) bundle branch located underneath the endocardium.  
  348. It is histologically similar to the other components of the 
  349. conducting system.  The Purkinje fibers/cells can be found 
  350. in clusters of about six cells which are located under the 
  351. endocardium in the ventricles.  The cytoplasm of Purkinje 
  352. fibers appears pale under the microscope and contains many 
  353. glycogen granules.7  
  354.  
  355. Physiology of the Heart:
  356.         The principle function of the heart and circulatory system 
  357. is to provide oxygen and nutrients and to remove metabolic 
  358. waste products from tissues and organs of the body.  The 
  359. heart is the pump that provides the energy necessary for 
  360. transporting the blood through the circulatory system in 
  361. order to facilitate the exchange of oxygen, carbon dioxide, 
  362. and other metabolites through the thin-walled capillaries.  
  363. The contraction of the heart produces changes in pressures 
  364. and flows in the heart chambers and blood vessels.  The 
  365. mechanical events of the cardiac cycle can be divided into 
  366. four periods; late diastole, atrial systole, ventricular 
  367. systole, and early diastole.6  
  368.         In late diastole, the mitral and tricuspid valves are open 
  369. and the pulmonary and aortic valves are closed.  Blood flows 
  370. into the heart throughout diastole thus filling the atria 
  371. and ventricles.  The rate of filling declines as the 
  372. ventricles become distended, and the cusps of the 
  373. atrioventricular valves start to close.  The pressure in the 
  374. ventricles remains low throughout late diastole.8  
  375.         In atrial systole, contraction of the atria forces 
  376. additional blood into the ventricles, but approximately 70 
  377. percent of the ventricular filling occurs passively during 
  378. diastole.  Contraction of the atrial muscle that surrounds 
  379. the openings of the superior and inferior vena cava and 
  380. pulmonary veins, narrows their orifices and the inertia of 
  381. the blood moving towards the heart tends to keep blood in 
  382. the heart.  However, there is some regurgitation of blood 
  383. into the veins during atrial systole.2&5  
  384.         At the start of ventricular systole, the AV valves close.  
  385. The muscles of the ventricles initially contract relatively 
  386. little, but intraventricular pressure rises sharply as the 
  387. muscles squeezes the blood in the ventricle.  This period of 
  388. isovolumetric ventricular contraction lasts about 0.05 
  389. seconds until the pressures in the ventricles exceed the 
  390. pressure in the aorta and in the pulmonary artery, and the 
  391. aortic and pulmonary valves (semilunar valves) open.  During 
  392. this isovolumetric contraction, the AV valves bulge into the 
  393. atria, causing a small but sharp rise in atrial pressure.  
  394. When the semilunar valves open, the phase of ventricular 
  395. ejection begins.  Ejection is initially rapid, but slows 
  396. down as systole progresses.  The intraventricular pressure 
  397. rises to a maximum and then declines somewhat before 
  398. ventricular systole ends.  Late in systole, the aortic 
  399. pressure is actually higher than the ventricular pressure, 
  400. but for a short period, momentum keeps the blood moving 
  401. forward.  The AV valves are pulled down by the contractions 
  402. of the ventricular muscle, and the atrial pressure drops.5  
  403.         In early diastole, after the ventricular muscle if fully 
  404. contracted, the already falling ventricular pressure drops 
  405. even more rapidly.  This is the period known as 
  406. protodiastole and it lasts about 0.04 seconds.  It ends when 
  407. the momentum of the ejected blood is overcome and the 
  408. semilunar valves close.  After the valves are closed, 
  409. pressure continues to drop rapidly during the period of 
  410. isovolumetric relaxation.  Isovolumetric relaxation ends 
  411. when the ventricular pressure falls below the atrial 
  412. pressure and the AV valves open, thus allowing the 
  413. ventricles to fill.  Again, filling is rapid at first, then 
  414. slows as the next cardiac contraction approaches.  Atrial 
  415. pressure continues to rise after the end of ventricular 
  416. systole until the AV valves open, upon which time it drops 
  417. and slowly rises again until the next atrial systole.6,2,&4
  418.  
  419. Summary:
  420.         The heart is arguably the most vital organ the human body 
  421. possesses.  Without the heart, none of the tissues in the 
  422. body would receive the vital oxygen necessary for them to 
  423. maintain survival.  Heart disease is the number one killer 
  424. of people in America today.  Due to this disturbing fact, it 
  425. is no wonder such a large percentage of the fellowships 
  426. granted by the National Institutes of Health go towards 
  427. heart related illnesses.