1. Основы насосной функции сердца
2. Объем крови у человека и ее компоненты
3. Формы сокращений сердечной мышцы
4. Резюме
5. Список использованной литературы

P.S. У молодого человека 28 лет за последние 12 месяцев сильно снизилась работоспособность. Из-за плохого самочувствия он перестал играть в футбол, при подъеме на велосипеде в горку страдает от одышки, потоотделения и сильного сердцебиения, иногда ощущает перебои в работе сердца. В течение нескольких недель ему приходилось по ночам ходить в туалет, хотя он пил намного меньше алкоголя, чем раньше.

Терапевт предположил, что речь идет о сердечной недостаточности и направил пациента к кардиологу. С помощью эхокардиографии было выявлено значительное увеличение объема левого желудочка и нарушение насосной функции сердца при отсутствии изменений толщины его стенки. АД находилось в пределах нормы, сердечные клапаны функционировали нормально.

После проведения магнитно-резонансной томографии и исследования сердца с помощью катетеризации пациенту был поставлен диагноз «дилатационная кардиомиопатия». Причину заболевания невозможно было определить на основе исследования образцов ткани сердечной мышцы, взятых при биопсии миокарда. Поэтому речь шла об идиопатической дилатационной кардиомиопатии. В настоящее время обоснованной с патофизиологической точки зрения терапии этого достаточно распространенного заболевания не существует.

а) Основы насосной функции сердца. Левая половина сердца перекачивает насыщенную кислородом кровь в большой круг кровообращения, правая половина перекачивает бедную кислородом кровь в малый круг кровообращения. Оба насоса функционально связаны друг с другом, так что они перекачивают одинаковое количество крови.

1. Сердце — электрохимическая и механическая машина. Механическая насосная функция контролируется электрической активностью клеток миокарда. Химическая энергия, которую затрачивает сердечная мышца, генерируется в митохондриях преимущественно аэробно путем окислительного фосфорилирования. Уровень митохондриального синтеза АТФ зависит от энергетических затрат миокарда (и следовательно, от нагрузки) и регулируется биохимически.

Приток кислорода по коронарным артериям также соответствует потребности сердца в кислороде, что достигается путем регуляции сопротивления сосудов.

2. Правое и левое сердце. Сердце состоит из отдельных механических насосов, которые соединены последовательно: левый желудочек перекачивает кровь в большой круг кровообращения; венозная кровь, попадающая через полые вены в правое предсердие, перекачивается правым желудочком в кровоток легких. Кровь, обогащенная в легких кислородом, по легочным венам попадает обратно в левое предсердие.

Оба насоса, соединенных последовательно, объединяются в один орган, и сложные механизмы регуляции гарантируют, что правая и левая половины сердца перекачивают одинаковое количество крови. Давление, которое развивает левая половина сердца в большом круге кровообращения, в состоянии покоя составляет у здорового человека примерно 120/80 мм рт. ст. (систолическое/диастолическое). Давление в малом круге кровообращения из-за более низкого сопротивления легочных сосудов составляет примерно 20/7 мм рт. ст.

Минутным объемом сердца или сердечным выбросом (МОС) называют результат умножения систолического объема на частоту сердечных сокращений. У среднестатистического взрослого МОС в покое составляет примерно 5 л/мин (~ 70 мл х 70 мин^-1). При максимальной физической нагрузке МОС может достигать 20 л/мин и выше из-за активации симпатической нервной системы (~110 мл х ~190 мин^-1). У тренированного спортсмена этот показатель может вырасти до 30 л/мин.

3. Работоспособность сердца в основном ограничивается тремя факторами:

- максимально достигаемым систолическим объемом;

- максимально достигаемой частотой сокращений;

- максимально возможным притоком крови по коронарным сосудам.

Значения всех трех параметров увеличиваются при продолжительных тренировках на выносливость. Однако при заболеваниях сердца тренировки необходимо серьезно ограничить.

4. Синхронизация. Для обеспечения оптимальной функции перекачивания крови все клетки миокарда обоих желудочков должны сокращаться почти синхронно и в определенной последовательности. Продолжительность сокращений сердца регулируется распространением электрического возбуждения. Большая длительность потенциала действия (300-400 мс) приводит к тому, что возбуждение во всех кардиомиоцитах перекрывается во времени.

Однако ПД наиболее недавно возбужденной клетки в основании сердца начинается примерно через 50 мс после возникновения ПД в клетках, возбужденных ранее в перегородке (рис. ниже). В здоровом сердце кардиомиоциты сокращаются не совсем синхронно, а в последовательности, определяемой проводящей системой и геометрией сердца. Нарушение корректного распространения возбуждения во времени и пространстве, например при нарушении проведения в левой ножке пучка Гиса в желудочке (блокада левой ножки; рис. ниже), приводит к понижению эффективности, с которой сердце преобразует вырабатываемую в обмене веществ химическую энергию в механическую работу.

5. Опорожнение и наполнение желудочков. При сокращении стенок желудочка открываются створки клапанов, и сердце сокращается по продольной оси, из-за чего уровень клапанов, т. е. плоскость их створок, сдвигается по направлению к верхушке сердца. Смещение уровня клапанов вниз уменьшает объем желудочков, и кровь поступает в крупные артерии. Одновременно кровь всасывается в предсердия, что ускоряет ее поступление из полых вен.

Во время диастолы створчатые клапаны открываются и плоскость клапанов снова сдвигается в обратном направлении к основанию сердца, желудочек «захватывает» кровь, поступившую в предсердия. Кроме того, при сокращении желудочков происходит вращение основания и верхушки сердца в противоположных направлениях; левый желудочек как бы скручивается.

При расслаблении желудочков происходит вращение в обратном направлении; эластичные силы этого скручивания обеспечивают всасывание, облегчающие наполнение желудочков. Наконец, ближе к концу диастолы сокращаются и стенки предсердий. Это также способствует наполнению желудочков, особенно при высокой частоте сердечных сокращений.

б) Сердечный цикл. Сердечный цикл состоит из фазы напряжения, фазы изгнания, фазы расслабления и фазы наполнения.

1. Фазы работы сердца. Сердечный цикл представляет собой временную последовательность наполнения и опорожнения камер сердца (рис. ниже). В сердечном цикле обоих желудочков выделяют четыре фазы, которые описаны ниже на примере левого желудочка.

- Фаза напряжения. Кардиомиоциты сокращаются, и давление в левом желудочке повышается примерно с 4-6 мм рт. ст. до 80 мм рт. ст. Поскольку и митральный клапан, и аортальный клапан аорты закрыты, объем левого желудочка во время этой фазы не изменяется.

- Фаза изгнания начинается, когда давление в левом желудочке превышает давление в аорте; аортальный клапан аорты открывается и кровь устремляется в аорту. Давление в левом желудочке сначала снова повышается, затем падает ближе к концу фазы (из-за начинающегося расслабления кардиомиоцитов). Давление в левом желудочке становится ниже давления в аорте еще во время этой фазы; однако из-за кинетической энергии вытекающей крови аортальный клапан снова закрывается только тогда, когда ток крови останавливается. Во время фазы изгнания объем желудочка снижается примерно на 55-60%.

- Фаза расслабления начинается после того, как аортальный клапан закрылся. Давление в левом желудочке продолжает снижаться, однако объем не меняется.

- Фаза наполнения начинается, когда давление в левом желудочке становится ниже, чем давление в левом предсердии. В начале фазы наполнения объем левого желудочка достаточно быстро меняется, чему способствует быстрое расслабление стенки желудочка и действие упругих сил. После этого объем желудочка увеличивается медленнее до тех пор, пока давление в нем не достигнет давления в предсердии. Ближе к концу фазы происходит сокращение предсердий, из-за чего наполнение желудочка продолжает увеличиваться.

В правой половине сердца четыре фазы сердечного цикла протекают почти так же, однако максимальное систолическое давление значительно ниже (примерно 20 мм рт. ст.).

2. Систола и диастола. Фазы напряжения и изгнания объединяют под названием «систола», фазы расслабления и наполнения вместе называют диастолой. В покое при нормальной частоте сердцебиения диастола длится примерно в два раза дольше систолы; наполнение и опорожнение желудочка большей частью происходят в начале фазы наполнения или изгнания. При увеличении частоты сокращений снижается продолжительность как систолы, так и диастолы. Поскольку диастола все же укорачивается значительно сильнее, при высокой частоте сердечных сокращений (> 150 Гц) систола и диастола имеют примерно равную длительность.

в) Формы сокращений сердечной мышцы. Сокращение сердечной мышцы зависит от ее длины и нагрузки. Последовательность изометрических и изотонических сокращений мы называем сокращением с постнагрузкой.

1. Изометрическое сокращение. Если сердечная мышца развивает силу, не меняя своей длины (рис. ниже), сокращение называют изометрическим. Развиваемая сила, как правило, нормируется по площади поперечного сечения препарата сердечной мышцы; сила, развиваемая на 1 см² площади поперечного сечения, называется напряжением мышцы. В папиллярной мышце человека изометрическое сокращение длилось бы 300-400 мс, примерно столько же, сколько длится ПД в желудочке.

2. Изотоническое сокращение. Если сердечная мышца сокращается с постоянной силой (тонусом) (рис. выше), то такое сокращение называют изотоническим. Следует отметить, что активность сократительных белков, а также энергозатраты сердечной мышцы сильно зависят от силы или нагрузки. Скорость протекания химических реакций, лежащих в основе этого процесса, модулируется развиваемой силой. Если не прилагается никакой нагрузки (сокращение без нагрузки), то затраты энергии минимальны.

3. Сокращение с постнагрузкой. Если мышца сначала сокращается изометрически, а затем изотонически, то говорят о сокращении с постнагрузкой, поскольку постнагрузка поддерживается до начала сокращения. Выполняемая во время такого сокращения механическая работа (сила х путь) соответствует площади заштрихованного прямоугольника (рис. выше).

г) Резюме. Основы функционирования сердца. Левая половина сердца перекачивает кровь по большому кругу кровообращения, правая половина — по малому кругу. Оба насоса функционально соединены последовательно, однако анатомически они объединены в один орган. Желудочки в покое перекачивают примерно 5 л/мин (минутный объем сердца); при максимальной нагрузке минутный объем может повышаться за счет активации симпатической системы до 20-25 л/мин.

Сокращение клеток миокарда регулируется электрически и зависит от длительности ПД. В здоровом сердце клетки сокращаются почти синхронно в последовательности, определяемой проводящей системой и геометрией сердца.

Сердечный цикл включает в себя фазы напряжения, изгнания, расслабления и наполнения.

Фазы напряжения и изгнания образуют систолу; фазы расслабления и наполнения — диастолу. В состоянии покоя при нормальной частоте сокращений сердца диастола оказывается примерно в два раза дольше систолы.

В изолированной сердечной мышце можно различить следующие режимы сокращения: без нагрузки, изометрическое, изотоническое и сокращение с постнагрузкой.

Выполняемую при сокращении с постнагрузкой работу (W) можно вычислить по следующей формуле:

W (Nm) = сила (N) * путь (m).

- Рекомендуем ознакомиться далее "Механизм Франка-Старлинга и закон Лапласа - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 3.6.2025