1. Диаграмма работы левого желудочка
2. Роль пред- и постнагрузки, а также сократимости
3. Диаграмма работы левого желудочка в интактном сердце
4. Резюме
5. Список использованной литературы

а) Диаграмма работы левого желудочка. Диаграмма, показывающая отношение давления и объема, отражает фазы сердечного цикла. Она применяется для того, чтобы характеризовать механизмы и энергетику работы сердца.

Диаграмма работы левого желудочка сердца человека представлена на рис. 6. Четыре ее стороны соответствуют описанным на рис. 1 фазам сердечного цикла; четыре угловых точки (А-D) обозначают начало или конец фаз. С точки А начинается изоволюметрическое сокращение (фаза напряжения).

Аортальный клапан аорты открывается в точке В, когда давление в желудочке превышает давление в аорте — начало фазы изгнания, которая завершается точкой С. Последняя точка находится на кривой соотношения конечного систолического давления и объема (см. ниже).

Во время фазы изгнания давление в левом желудочке сначала повышается, а затем снова снижается. Этот период связан с распространением возбуждения в желудочке, сокращением кардиомиоцитов, эластичными свойствами аорты и сопротивлением сосудистого русла.

Фаза расслабления начинается в точке С и заканчивается в точке D, а наполнение сердца во время диастолы происходит между точками D и А. Ближе к концу фазы наполнения, если давление в предсердии и желудочке уравнялось, происходит сокращение предсердия, что еще немного увеличивает объем желудочка. Эффект сокращения предсердия отмечен на диаграмме на рис. 1 пунктирной линией (в точке А).

1. Кривая напряжения покоя. Механические свойства расслабленной сердечной мышцы во время диастолы описываются кривой, отражающей конечное диастолическое давление в зависимости от конечного диастолического объема (рис. 1). Поскольку эта кривая зависит от механических свойств невозбужденного миокарда желудочков, ее называют кривой напряжения покоя.

Небольшой наклон линии в пределах физиологической нормы указывает, что некоторые изменения внутрижелудочкового давления обусловливают значительные изменения объема, т. е. увеличение объема при растяжении (соответствующее ΔV/ΔP) стенки желудочков во время диастолы очень велико.

Наполнение желудочков в конце диастолы при физиологических условиях в основном определяется конечным диастолическим давлением. При сильном наполнении левого желудочка линия напряжения покоя поднимается все выше, а растяжимость снижается. В значительной степени это обусловлено эластичными свойствами филаментов титина в миокарде. Внеклеточный матрикс и перикард тоже вносят вклад в пассивные эластичные свойства сердца.

2. Фракция выброса. Площадь, ограничиваемая диаграммой в координатах давление-объем, соответствует работе, выполняемой сердцем. Благодаря точной регуляции коронарного кровотока и энергетического обмена миокарда кислородные затраты сердца приблизительно пропорциональны площади диаграммы работы.

Из диаграммы работы можно рассчитать фракцию выброса — процентную долю объема желудочка, которая выбрасывается во время систолы ([объем при сокращении/конечный диастолический объем] х 100). В состояние покоя в норме фракция выброса составляет примерно 50-60% (70 мл/120 мл) и часто в значительной степени сокращается при сердечной недостаточности, в крайних случаях до 20-25%.

б) Роль пред- и постнагрузки, а также сократимости. Насосная функция левого желудочка изолированного сердца зависит от трех параметров: преднагрузки, постнагрузки и сократимости.

1. Определения. Под преднагрузкой подразумевают напряжение стенок (сила на 1 см² поперечного сечения мышцы), имеющееся в конце диастолы в желудочке; оно в основном зависит от конечного диастолического давления. Постнагрузкой называют напряжение стенок, возникающее в желудочке во время систолы; оно в основном зависит от давления в аорте.

Повышение сократимости сердечной мышцы обозначает увеличение силы сокращения, происходящее независимо от начального растяжения и частоты сердечных сокращений. Оно может быть вызвано кардиотропными гормонами, такими как адреналин или норадреналин, а также положительно-инотропными (т. е. увеличивающими силу сокращений) фармацевтическими препаратами.

Чтобы лучше понять роль преднагрузки, постнагрузки и сократимости в физиологии и патофизиологии сердца, мы рассмотрим влияние этих параметров на диаграмму работы изолированного перфузируемого сердца, у которого преднагрузку, постнагрузку и сократимость левого желудочка можно изменять в условиях эксперимента (рис. 2).

Давление в предсердии (преднагрузка) регулируется расположением резервуара на более высоком или более низком уровне. Давление, против которого сердце должно выталкивать кровь (постнагрузка), можно отрегулировать, изменив высоту водного столба над аортой. Сократимость сердца может быть изменена при введении положительно-инотропных веществ (например, сердечных гликозидов или адреналина).

Частоту сердечных сокращений можно сохранять постоянно, если разрушить синусовый узел и электрически стимулировать желудочек. В этих условиях (рис. 2) можно проанализировать функцию левой половины сердца независимо от функции кровообращения.

2. Преднагрузка. Сначала рассмотрим последствие увеличения преднагрузки. В этом случае желудочек наполняется сильнее (в соответствии с конечным диастолическим давлением) и сильнее опорожняется, так что в конце систолы достигается та же точка кривой давление-объем, как и до того (рис. 3). Результирующее увеличение фракции выброса основано на механизме Франка-Старлинга: при большем начальном растяжении сердечная мышца сокращается сильнее.

3. Постнагрузка. При увеличении постнагрузки проявляется характерное изменение диаграммы работы. Очевидно, что при повышении давления в аорте аортальный клапан открывается позже и закрывается раньше (рис. 3). Проведенные на изолированном сердце опыты показали, что при повышении постнагрузки точка диаграммы, в которой клапан аорты снова закрывается (точка С), сдвигается на кривой соотношения конечного систолического давления и объема (рис. 1 и рис. 3); она похожа на линию изоволюметрических максимумов (рис. ниже).

При увеличении постнагрузки в результате повышения давления выталкивается небольшой объем крови; из-за этого фракция выброса уменьшается (рис. 3).

4. Сократимость. Рассмотрим влияние увеличения сократительной способности сердечной мышцы. В изолированном препарате миокарда (рис. 2) повышение сократимости вызывает большее развитие силы при изометрическом сокращении и более сильное сокращение при изотоническом сокращении.

В изолированном сердце (рис. выше) увеличение сократительной способности выражается в сдвиге вверх изоволюметрической кривой давление-объем, т. е. при равном начальном растяжении сердце развивает большее давление. На кривой соотношения конечного систолического давления и объема повышение сократительной способности тоже приводит к сдвигу вверх (рис. 3). Вследствие этого конечный систолический объем уменьшается, а фракция выброса увеличивается.

в) Диаграмма работы левого желудочка в интактном сердце. Насосная функция левого желудочка in situ зависит от давления в правом предсердии, артериального давления и активности симпатической нервной системы.

Эксперименты на изолированном сердце обладают преимуществом — позволяют варьировать пред- и постнагрузку, а также сократительную способность по отдельности. Однако в интактном организме сердце и кровеносная система связаны между собой, и в их регуляции принимает участие вегетативная нервная система. Это приводит к тому, что пред- и постнагрузка очень сильно зависят друг от друга и функциональная роль отдельных параметров не может быть определена экспериментально.

Тем не менее при катетерном исследовании сердца и эхокардиографии можно с высокой точностью измерить давление и объем сердца у здорового или больного человека, а также в определенной степени регулировать пред- и постнагрузку. Такие исследования позволяют прийти к выводу, что преднагрузка, постнагрузка и сократимость в интактном организме отражаются на диаграмме работы так же, как и в изолированном сердце, если бы их можно было регулировать отдельно друг от друга.

Гипотетические последствия раздельного изменения пред-нагрузки, постнагрузки или сократимости в сердце человека представлены на рис. 4.

1. Центральное венозное давление. Сначала проанализируем, как изолированное изменение давления в правом предсердии отразилось бы на диаграмме работы левого желудочка (рис. 4). В сердечно-сосудистой системе давление в правом предсердии во время диастолы примерно равно давлению в полых венах рядом с сердцем (v. cava superior и v. cava inferior); это давление называется центральным венозным давлением (ЦВД). При повышении ЦВД наполнение правого желудочка увеличивается.

Происходит увеличение объема правого желудочка и, следовательно, увеличение объема крови, проходящего через легкие (при условии, что частота сокращений сердца остается примерно одинаковой). Приток насыщенной кислородом крови в левую половину сердца увеличивается, и, следовательно, повышается давление в левом предсердии.

Наконец, увеличиваются наполнение левого желудочка и объем левого предсердия (рис. 4). В результате повышение ЦВД заставляет левую половину сердца перекачивать больший объем при том же давлением.

2. Артериальное давление. При повышении АД (постнагрузке), например при увеличении периферического сопротивления сосудов, аортальный клапан открывается позже и закрывается раньше (рис. 4). В организме при повышении постнагрузки точка, в которой аортальный клапан снова закрывается (точка С), смещается вдоль кривой, отражающей соотношение конечного систолического давления и объема.

Вследствие этого фракция выброса сокращается. Таким образом, в ответ на высокое давление выталкивается незначительный объем крови.

3. Сократимость. При увеличении сократительной способности кривая соотношения конечного систолического давления и объема сдвигается вверх (рис. 4, пунктирная линия). Если бы сократимость увеличивалась без изменения АД или ЦВД, то увеличивался бы ударный объем как левого, так и правого сердца; конечный диастолический объем, напротив, останется неизменным (рис. 3).

Однако в организме почти никогда не наблюдается отдельное увеличение сократительной способности: активация симпатической нервной системы повышает как сократимость, так и АД. В этом случае левый желудочек выталкивал бы примерно один и тот же объем крови под более высоким давлением; фракция выброса оставалась бы одинаковой (рис. 4). Так происходит на начальной стадии артериальной гипертонии.

г) Резюме. Диаграмма работы левого желудочка. Диаграмма, описывающая соотношение между давлением и объемом, отражает фазы сердечного цикла. Во время фазы напряжения происходит изоволюметрическое сокращение. Во время фазы изгнания давление желудочка сначала повышается, а затем снова падает. Во время фазы расслабления происходит изоволюметрическое расслабление.

Во время фазы наполнения давление в желудочке повышается весьма незначительно. Кривая напряжения покоя отражает механические свойства расслабленной сердечной мышцы. Растяжимость стенки желудочка во время диастолы очень велика. Площадь диаграммы работы служит мерой работы сердца, выполняемой против давления и объема.

Потребление кислорода сердцем примерно пропорционально площади диаграммы работы. Фракцией выброса (ejection fraction, EF) называется часть объема желудочка, которая выталкивается во время систолы (EF = объем/объем в конце диастолы).

В опыте на изолированном сердце животного можно изменять преднагрузку, постнагрузку и сократимость независимо друг от друга. При увеличении преднагрузки конечное диастолическое наполнение повышается и под равным давлением выталкивается больший объем крови; фракция выброса возрастает. При повышении постнагрузки выталкивается меньший объем под более высоким давлением; фракция выброса уменьшается.

При увеличении сократимости под одинаковым давлением выталкивается больший объем; желудочек опорожняется сильнее, хотя конечное диастолическое наполнение сохраняется неизменным; фракция выброса увеличивается.

Поскольку в интактном организме сердце неразрывно связано с кровеносной системой, то предна-грузка, постнагрузка и сократимость обоих желудочков влияют друг на друга. Можно представить, как будет выглядеть диаграмма работы при изменении этих параметров:

• при повышении ЦВД увеличивается конечное диастолическое наполнение левого желудочка, опосредуемое правым предсердием и малым кругом кровообращения. Это увеличение повышает ударный объем при равном давлении; фракция выброса тоже повышается;

• при изолированном повышении АД левый желудочек выталкивает меньший объем крови против более высокого давления; фракция выброса снижается;

• при одновременном повышении АД и сократимости (например, при активации симпатической нервной системы) левый желудочек выталкивает одинаковый объем крови под более высоким давлением, фракция выброса остается приблизительно одинаковой.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Взаимодействие сердца и кровеносной системы - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 3.6.2025