Сердечный цикл и его фазовая структура. Систола. Диастола. Фаза асинхронного сокращения. Фаза изометрического сокращения.
Обновлено: 19.05.2024
1. Основные физиологические свойства сердечной мышцы.
2. Сердечный цикл и его фазы.
3. Внешние проявления деятельности сердца и показатели сердечной деятельности.
4. Электрокардиограмма и ее описание.
5. Законы сердечной деятельности и регуляция деятельности сердца.
ЦЕЛЬ: Знать фазы сердечного цикла, верхушечный толчок, сердечные тоны, систолический и минутный объемы.Представлять основные свойства сердечной мышцы, электрокардиограмму (ее зубцы и интервалы), законы сердечной деятельности и регуляцию деятельности сердца.
Эти знания необходимы в клинической практике для понимания работы сердца в норме и сопоставления показателей работы сердца при патологии с нормой.
1. Сердечная мышца (миокард), как и скелетные мышцы, обладает свойствами возбудимости, проводимости, сократимости. К физиологическим особенностям ее относятся удлиненный рефрактерный период и автоматизм.
1) Возбудимостью называется способность сердечной мышцы приходить в деятельное состояние - возбуждение. Сердечная мышца менее возбудима, чем скелетная (для возникновения возбуждения в сердечной мышце необходим более сильный раздражитель, чем для скелетной).
3) Сократимостью называется способность сердечной мышцы развивать при возбуждении напряжение и укорачиваться. Для осуществления сокращения сердце получает энергию, которая освобождается при распаде АТФ и КФ.
4) Рефрактерный период - это период невосприимчивости мышцы сердца к действию других раздражителей Различают абсолютный и относительный рефракторный периоды. Во время абсолютного рефрактерного периода сердечная мышца не отвечает сокращением даже на сильный раздражитель. Во время относительного рефрактерного периода сердечная мышца постепенно возвращается к исходному уровню и может ответить сокращением на раздражение выше порогового. Относительный рефрактерный период наблюдается во время диастолы предсердий и желудочков сердца. Благодаря выраженному рефракторному периоду, длящемуся дольше, чем период систолы (0,1-0,3 с), сердечная мышца не способна к длительному (тетаническому) сокращению и совершает работу по типу одиночного мышечного сокращения.
5) Автоматизм - способность сердечной мышцы приходить в состояние возбуждения и ритмического сокращения без внешних воздействий. Обеспечивается проводящей системой, состоящей из синусно-предсердного, предсердно-желудочкового узлов и предсердно-желудочкового пучка. Причинами автоматизма являются:
а) продукты обмена (углекислый газ, молочная кислота), которые вызывают возбуждение клеток - пейсмекеров синусно-предсердного узла и других клеток проводящей системы сердца;
б) нарастание диастолической деполяризации в волокнах водителя ритма.
2. У здорового человека в условиях покоя нормальной частотой сердечных сокращений является 60-90 в минуту. Частота сердечных сокращений более 90 называется тахикардией, менее 60 - брадикардией.
Желудочки работают примерно 8 часов в сутки. При учащении сердцебиений, например, во время мышечной работы, укорочение сердечного цикла происходит за счет сокращения отдыха, т.е. общей паузы. Длительность систолы предсердий и желудочков почти не меняется. Поэтому, если при частоте ритма сердца 70 в минуту общая пауза равна 0,4 с, то при увеличении частоты ритма вдвое, т.е. 140 ударов в минуту, общая пауза сердца будет вдвое меньше - 0,2 с. И наоборот, при частоте ритма сердца 35 в минуту общая пауза будет вдвое больше, т.е. 0,8 с.
Во время общей паузы мускулатура предсердий и желудочков расслабляется, створчатые клапаны открыты, а полулунные - закрыты. Давление в камерах сердца падает до нуля, вследствие чего кровь из полых и легочных вен, где давление равно 7 мм рт.ст., притекает в предсердия и желудочки самотеком, свободно (т.е. пассивно), заполняя примерно 70% их объема. Систола предсердий, во время которой давление в них повышается на 5-8 мм рт.ст., вызывает нагнетание в желудочки еще около 30%
Сразу после окончания систолы предсердий начинается систола желудочков, которая состоит из двух фаз: фазы напряжения (0,05 с) и фазы изгнания крови (0,25 с). Фаза напряжения протекает при закрытых створчатых и полулунных клапанах. В это время мышца сердца напрягается вокруг несжимаемого - крови. Длина мышечных волокон миокарда не меняется, но по мере увеличения их напряжения растет давление в желудочках. В момент, когда давление крови в желудочках превысит давление в артериях, полулунные клапаны открываются, и кровь выбрасывается из желудочков в аорту и легочный ствол. Начинается вторая фаза систолы желудочков - фаза изгнания крови, включающая периоды быстрого и медленного изгнания. Систолическое давление в левом желудочке достигает 120 мм рт.ст., в правом - 25-30 мм рт.ст. Большая роль в изгнании крови из желудочков принадлежит предсердно-желудочковой перегородке, которая во время систолы желудочков смещается вперед к верхушке сердца, а во время диастолы - назад к основанию сердца. После фазы изгнания начинается диастола желудочков, и давление в них понижается. В тот момент, когда давление в аорте и легочном стволе становится выше, чем в желудочках, полулунные клапаны захлопываются. В это время предсердно-желудочковые клапаны под давлением крови, скопившейся в предсердиях, открываются. Наступает период общей паузы - фаза отдыха и заполнения сердца кровью. Затем цикл сердечной деятельности повторяется.
3. К внешним проявлениям деятельности сердца относятся: верхушечный толчок, сердечные тоны и электрические явления в сердце.Показателями сердечной деятельности являются систолический и минутный объемы сердца.
Верхушечный толчок обусловлен тем, что сердце во время систолы
желудочков поворачивается слева направо и изменяет свою форму: из эллипсоидного оно становится круглым. Верхушка сердца поднимается и
надавливает на грудную клетку в области V межреберья слева.
Сердечные тоны - это звуковые явления, возникающие в работающем сердце.
Различают два тона сердца: I тон, или систолический, и II тон, или диастолический. I тон более низкий, глухой и продолжительный, II тон короткий и более высокий. В происхождении I тона принимают участие предсердно-желудочковые клапаны.В возникновении II тона принимают участие полулунные клапаны аорты и легочного ствола в момент их закрытия (захлопывания).
В покое при каждой систоле желудочки сердца выбрасывают в аорту и легочный ствол по 70-80 мл, т.е. примерно половину содержащейся в них крови. Это систолический, или ударный, объем сердца. Остающаяся в желудочках кровь называется резервным объемом. Имеется еще остаточный объем крови, который не выбрасывается даже при самом сильном сердечном сокращении. При 70-75 сокращениях в минуту желудочки выбрасывают соответственно по 5-6 л крови. Это минутный объем сердца (если систолический объем равен 80 мл крови, а сердце сокращается 70 раз в минуту, то минутный объем будет 80 мл х 70 = 5600 мл (5,6 л).При тяжелой мышечной работе систолический (ударный) объем сердца возрастает до 180-200 мл, а минутный объем достигает 30-35 л/мин. С увеличением частоты сердечных сокращений до 200 и более в
минуту общая пауза становится настолько короткой, что сердце не успевает заполняться кровью.
5. Существует два закона сердечной деятельности:
1) Закон сердечного волокна, или закон О.Франка-Э.Старлинга: чем больше растянуто сердечное мышечное волокно, тем сильнее оно сокращается (чем больше в сердце скапливается крови во время диастолы, тем сильнее растягивается сердечная мышца и тем энергичнее она сокращается при следующей систоле).
2) Закон сердечного ритма, или рефлекс Ф.Бейнбриджа: при повышении кровяного давления в устьях полых вен происходит рефлекторное увеличение частоты и силы сердечных сокращений.
Закон О.Франка-Э.Старлинга и рефлекс Ф.Бейнбриджа проявляются одновременно и относятся к механизмам саморегуляции, обеспечивающим приспособление работы сердца к изменяющимся условиям существования.
На деятельность сердца оказывают влияние некоторые медиаторы, гормоны и электролиты (минеральные соли). Так, например, медиатор ацетилхолин, избыток ионов калия урежают и ослабляют работу сердца, вплоть до полной его остановки. Норадреналин, адреналин, избыток ионов кальция, наоборот, учащают и усиливают деятельность сердца, стимулируя обменные процессы в сердце и повышая расход энергии (норадреналин, адреналин). Адреналин одновременно вызывает расширение венечных сосудов испособствует улучшению питания миокарда.
1. Периоды и фазы сердечного цикла.
2. Механическиеизвуковыепроявлениясердечнойдеятельности. Тонысердца.
3. Систолический и минутный объемы крови.
4. Нервно-рефлекторная и гуморальная регуляция сердца.
1. Периоды и фазы сердечного цикла
Систола и диастола согласованы и составляют сердечный цикл. Каждый сердечный цикл состоит из систолы предсердий, систолы желудочков и общей паузы. При частоте сокращений сердца 75 уд./мин сердечный цикл длится 0,8 с: предсердия сокращаются 0,1 с, желудочки — 0,3 с, а общая пауза продолжается 0,4 с. Диастола предсердий длится 0,7 с, желудочков — 0,5 с. Предсердия выполняют роль резервуара, в котором кровь собирается, пока желудочки сокращаются и выбрасывают кровь в магистральные сосуды.
Цикл сокращения желудочков состоит из нескольких периодов и фаз, составляющих структуру систолы и диастолы. В качестве критериев для разделения сердечного цикла принимаются изменения давления в предсердиях, желудочках и магистральных сосудах, сопоставленные с записью биотоков сердца — ЭКГ, а так же моменты открытия и закрытия клапанов сердца.
Систолажелудочков делитсяна2 периода: напряженияиизгнания.
Период напряжения длиться 0,08 с и слагается из двух различных по своей характеристике фаз:
— фазы асинхронного сокращения (0,05 с);
— фазы изометрического сокращения (0,03-0,05с).
Фаза асинхронного сокращения — начальная часть систолы, в тече-
ние которой совершается последовательный охват сократительным процессом миокарда желудочков. Начало этой фазы совпадает с началом деполяризации волокон мускулатуры желудочков (зубец Q на ЭКГ). Конец этой фазы совпадает с началом резкого повышения внутрижелудочкового давления. Во время фазы асинхронного сокращения внутрижелудочковое давление либо не растет, либо повышается мало.
Фаза изометрического сокращения — часть систолы желудочков,
протекающая при закрытых сердечных клапанах. Во время этой фазы давление в полостях желудочков повышается до уровня давления в аорте (или лёгочной артерии), т. е. до момента раскрытия полулунных клапанов. Начало этой фазы совпадает с началом резкого повышения давления в желудочке, а конец — с началом повышения давления в аорте и легочной артерии.
Период изгнания (0,25 с) распространяется на 2-ю большую часть систолы желудочков. Он длится с момента открытия полулунных клапанов
и до конца систолы и подразделяется на:
— фазу быстрого изгнания крови (0,12 с);
— фазу медленного изгнания крови (0,13 с).
При анализе сердечного цикла выделяют общую и механическую систолу. Общая систола - та часть цикла, в течение которой в миокарде совершается сократительный процесс. Она включает в себя периоды напряжения и изгнания. Механическая систола включает в себя лишь фазу изометрического сокращения и период изгнания, то есть представляет ту часть цикла, в течение которой давление в желудочках нарастает и поддерживается выше давления в магистральных сосудах.
Диастола желудочков разделяется на следующие периоды и фазы.
Протодиастолический период (0,04 с) — время от начала расслабле-
ния желудочков до закрытия полулунных клапанов.
Период изометрического расслабления (0,08 с) — период расслаб-
ления сердца при закрытом состоянии всех клапанов . После захлопывания полулунных клапанов давление в желудочках падает. Створчатые клапаны еще закрыты, объем оставшейся крови и длина волокон миокарда не изменяются. К концу периода давление в желудочках становится ниже, чем в
предсердиях, створчатые клапаны открываются, кровь поступает в желудочки. Наступает следующий период.
Период наполнения желудочков кровью (0,25 с) включает:
— фазу быстрого наполнения (0,08 с);
— фазу медленного наполнения (0,17 с).
Затем наступает пресистолический период (0,1 с) — предсердия нагнетают в желудочки дополнительное количество крови. После чего начинается новый цикл деятельности желудочков.
2. Механические и звуковые проявления сердечной деятельности. Тоны сердца
Верхушечный толчок. При повышении давления в желудочках левый желудочек становится округлым, ударяет о внутреннюю поверхность грудной клетки. В этот момент в 5 межреберье на 1 см слева от среднеключичной линии определяется верхушечный (сердечный) толчок.
Тоны сердца — звуковые явления, сопровождающие сердечную деятельность. Они прослушиваются ухом с помощью стетофонендоскопа и регистрируются приборами — фонокардиографами. Различают несколько тонов сердца. Первый тон сердца появляется в момент начала систолы желудочков (поэтому называется систолическим). В основе его возникновения лежат колебания створок атриовентрикулярных клапанов, их сухожильных нитей, колебания мышцы желудочка. Второй тон (диастолический) возникает в результате захлопывания полулунных клапанов.
Третий и четвертый тоны ухом не выслушиваются. Их можно определить только по фонокардиограмме. Третий тон образуется колебаниями стенок желудочков при быстром наполнении их кровью, четвертый тон образуется при добавочном наполнении желудочков при систоле предсердий.
Тоны сердца и ритм их возникновения используются в клинической медицине для оценки деятельности сердца.
3. Систолический и минутный объемы крови
СОК — количество крови, котороекаждый желудочек выбрасывает в магистральный сосуд за одну систолу. В покое он составляет от 1/3 до половины общего количества крови, содержащегося в этой камере сердца к концу диастолы. СОК в состоянии физиологического покоя в горизонтальном положении человека составляет чаще 75-100 мл (при ЧСС 70-75 уд./мин). При переходе из горизонтального в вертикальное положение СОК уменьшается на 30- 40 %, так как возникает депонированиекрови в сосудах нижней половины тела. ПрифизическойработеСОКувеличиваетсязасчетрезервногообъемавыброса.
МОК — объем крови, который левый или правый желудочек сердца выбрасывает за 1 мин. МОК в состоянии физиологического (физического и психического) покоя и горизонтальном положении тела колеблется в пре-
делах 4,5-6 л/мин. При пассивном переходе от горизонтального положения в вертикальное МОК уменьшается на 15-20 %. Для нивелирования влияния индивидуальных антропометрических различий на величину МОК, последний выражают в виде СИ. СИ — это величина МОК, деленная на площадь поверхности тела в м 2 . СИ колеблется в пределах 3-3,5 л/мин/м 2 .
4. Нервно-рефлекторная и гуморальная регуляция сердца
Механизмы регуляции деятельности сердца подразделяются на внутрисердечные и внесердечные. К внутрисердечным относятся внутриклеточные, межклеточные и собственно внутрисердечные нервные механизмы, осуществляемые сердечной метасимпатической нервной системой. Внутриклеточные, в свою очередь, подразделяются на гетерометрические и гомеометрические. К внесердечным относятся нервные, осуществляемые симпатической и парасимпатической нервной системой, и гуморальные механизмы регуляции. Регуляторные влияния могут быть:
1. Хронотропными — влияющими на ЧСС.
2. Инотропными — на силу сокращений.
3. Батмотропными — на возбудимость миокарда.
4. Дромотропными — на проводимость (скорость распространения возбуждения по миокарду).
Миогенная (гемодинамическая) ауторегуляция осуществляется по одному из двух механизмов:
Изучена Старлингом. Закон Старлинга гласит, что чем больше желудочки наполняются (растягиваются) кровью во время диастолы, тем сильнее их сокращение во время следующей систолы, т. е. при прочих равных условиях сила сокращения волокон миокарда является функцией их конечнодиастолической длины. Из закона следует, что увеличение заполнения сердца кровью, вызванное либо увеличением венозного притока, либо уменьшением выброса крови в артерии, ведет к возрастанию растяжения желудочков и усилению их сокращений. Таким образом, реакция, вызываемая растяжением сердца, приводит к ликвидации этого растяжения. В основе «закона сердца» лежит молекулярное соотношение «длина саркомера — сила». При диастолическом давлении 10-15 мм рт. ст. длина саркомера равна 2,1 мкм, при которой соотношение между актиновыми и миозиновыми нитями оптимальное, ведущее к максимальному взаимодействию между ними при сокращении и максимальной силе сокращения.
Гомеометрическая регуляция сердечной деятельности
Механизм усиления сердечных сокращений, не обусловленный изменением диастолической длины мышечных волокон, получил название гомеометрическойсаморегуляции. Кнейотносятсяусилениясокращениясердца:
1) под влиянием повышения аортального давления (эффект Анрепа — русский физиолог, сотрудник И. П. Павлова, работавший во время стажировки в лаборатории Старлинга);
2) при увеличении ЧСС (эффект или «лестница» Боудича). Этот феномен может быть воспроизведен как на изолированной полоске, так и на сердца в целом. Серийное раздражение сердца стимулами одинаковой силы приводит к постепенному увеличению амплитуды сокращений. Эти явления называются потенциацией сокращения и связаны с изменением интервалов между сокращениями и поэтому обозначаются как хроноинотропная зависимость или «интервал-сила»). В основе лежит накопление в миокардиоцитах ионов кальция.
Механизм долговременной адаптации сердца основан на усилении синтеза белка и увеличении числа функционально-структурных элементов, обеспечивающих увеличенный объем сердечного выброса.
Межклеточные и интраорганные механизмы интракардиальной регуляции
Межклеточная регуляция связана с наличием между мышечными клетками миокарда вставочных дисков-нексусов, обеспечивающих транспорт питательных веществ и метаболитов, соединение миофибрилл, переход возбуждения с клетки на клетку. Межклеточная регуляция включает также взаимодействие кардиомиоцитов с соединительно-тканными клетками, составляющими строму сердечной мышцы, выполняющими трофическую функцию в отношении миокардиоцитов.
Нервно-рефлекторная регуляция охватывает все 4 типа влияний на сердце: хроно-, ино-, батмо- и дромотропное. Она осуществляется в форме экстеро- и интерорецептивных рефлексов, возникающих в рефлексогенных зонах организма. Сердце в этих рефлексах выступает как эффекторный орган.
Преганглионарные волокна блуждающего нерва являются аксонами нервных клеток, расположенных в продолговатом мозгу, главным образом в его мелкоклеточной части — в обоюдном ядре, ядре одиночного тракта и дорсальном моторном ядре. Эфферентные нейроны вагуса в продолговатом мозгу имеют моно- и полисинаптические связи с афферентными волокнами аортального и синусного нервов, с ядрами гипоталамуса, корой мозга и спинным мозгом.
Экстракардиальные нервные сплетения (поверхностное и глубокое) формируется в основном за счет ветвей шейного отдела пограничного ствола и ветвей, отходящих от шейной и грудной частей блуждающего нерва. Правый вагус иннервирует, главным образом, синоатриальный узел, левый — мышечные волокна предсердий и верхние отделы атриовентрикулярной проводящей системы, небольшое количество волокон достигает также и мускулатуры желудочков.
Преганглионарные симпатические волокна являются аксонами нейронов, расположенных в боковых рогах 5 верхних грудных сегментов спинного мозга и заканчиваются в нижнем шейном и верхнем грудном (звездчатом) симпатическом ганглиях. Симпатические волокна проходят через различные участки эпикарда и иннервируют все отделы сердца, вдоль одного мышечного волокна проходят несколько симпатических аксонов. В предсердиях содержание адренергических волокон больше, чем в желудочках.
У человека деятельность желудочков контролируется, преимущественно, симпатическими нервами. Предсердия и синоатриальный узел находятся под постоянными антагонистическими воздействиями со стороны блуждающих и симпатических нервов. Выключение парасимпатических влияний у собаки повышает ЧСС со 100 до 150 уд./мин, а при подавлении симпатической активности частота падает до 60 уд./мин. В покое тонус блуждающих нервов преобладает над тонусом симпатических нервов.
Большая часть афферентных волокон сердца идет в составе блуждающих и симпатических нервов. В предсердиях выделяются 2 типа механорецепторов: В-рецепторы (отвечают на пассивное растяжение) и А- рецепторы (реагируют на активное напряжение).
Вагус, наряду с отрицательным хронотропным, оказывает на сердце также и отрицательное ино-, а также батмо- и дромотропное влияние, т. е. раздражение вагуса снижает силу сокращений сердца, угнетает автоматизм синоатриального узла, возбудимость и проводимость атриовентрикулярного узла. На проводимость в пучке Гиса и волокнах Пуркинье вагус не оказывает влияния. Вследствие подавления автоматии синоатриального узла и блока проведения по атрио-вентрикулярному узлу раздражение вызывает полную остановку сердца. Посредником блуждающего нерва в его влиянии на сердце является медиатор АЦХ. Главным следствием взаимодействия ацетилхолина с м-холинорецептором является увеличение проницаемости мембраны для ионов калия. Вследствие этого раздражение вагуса приводит к гиперполяризации мембраны клеток водителей ритма. Определенную роль играет и снижение входа в клетку ионов кальция, необходимых для развития сокращения, так как току кальция препятствует ускоренная реполяризация, обусловленная повышенной калиевой проницаемостью. Кроме того, АЦХ уменьшает образование цАМФ в сердце, который стимулирует сердечные сокращения.
При длительном раздражении вагуса развивается феномен ускользания сердца из-под его влияния: несмотря на продолжающееся раздражение вагуса, сокращения сердца возобновляются, но ритм их остаётся замедленным. Ложное ускользание развивается вследствие возникновения автоматической деятельности пучка Гиса и волокон Пуркинье. Истинное ускользание — результат, по мнению одних, уменьшения количества импульсов, поступающих по вагусу. По мнению других ученых, что более вероятно, ускользание развивается вследствие компенсаторного усиления симпатических нервных влияний на сердце.
Стимуляция симпатических нервов сердца приводит к усилению сердечных сокращений, учащению сердцебиения (положительные ино- и хронотропные эффекты), стимуляции обмена веществ в сердечной мышце (трофический эффект). Симпатические нервы обладают также положительным батмо- и дромотропным действием на сердце. Медиатором симпатических нервов в сердце теплокровных является НА. Кроме того, в миокарде действует АН, симпатомиметик, образующийся в мозговом веществе надпочечников и адсорбирующийся сердцем из крови. Катехоламины взаимодействуют с бета-адренорецептором мембраны миокардиальной клетки, представляющей аденилатциклазу. В клетках рабочей мускулатуры взаимодействие с бета-адренорецепторами НА и АН увеличивает проницаемость для ионов кальция, в результате сила сокращения возрастает. По-видимому, инотропный эффект катехоламинов осуществляется так же, как и хронотропный — через активацию аденилатциклазы и цАМФ, которая активирует протеинкиназу, являющуюся составной частью тропонина миофибрилл.
Тонус центробежных нервов сердца имеет центральное происхож-
дение. Нейроны вагуса в ядрах продолговатого мозга находятся в постоянном возбуждении. Эти нейроны составляют кардиоингибиторный центр. В продолговатом мозгу рядом с этим центром расположены структуры, возбуждение которых передается на симпатические нейроны спинного мозга, стимулирующие деятельность сердца. Эти структуры составляют кардиоакселераторный центр продолговатого мозга.
Внутрисердечный уровень регуляции является автономным, хотя он включен и в сложную иерархию центральной нервной регуляции. Она осуществляется МНС, нейроны которой располагаются в интрамуральных ганглиях сердца. МНС обладает полным набором функциональных элементов, необходимым для самостоятельной рефлекторной деятельности: сенсорными клетками, интегрирующим интернейронным аппаратом, двигательными нейронами. Аксоны сенсорных нейронов проходят в составе блуждающих и симпатических нервов, поэтому чувствительная импульсация из сердца может достигать высших отделов нервной системы. На вставочных и моторных нейронах МНС оканчиваются преганглионарные волокна блуждающего нерва и сердечных симпатических ветвей, т. е. метасимпатические нейроны — общий конечный путь для импульсов внутрисердечного и центрального происхождения. Интракардиальная МНС регулирует ритм сердечных сокращений, скорость предсердно-желудочкового проведения, реполяризацию кардиомиоцитов, скорость диастолического расслабления. Эта система обеспечивает приспособление системы кровообращения к меняющимся физическим нагрузкам на организм даже у лиц после трансплантации сердца. Профессором Г. И. Косицким установлено, что растяжение миокарда правого желудочка изолированного сердца сопровождается усилением сокращения миокарда левого желудочка. Эта реакция исчезает при действии ганглиоблокаторов, которые выключают
функционирование МНС. Местные сердечные рефлексы, осуществляемые МНС, регулируют уровень сердечной деятельности в соответствии с потребностями общей гемодинамики организма. Раздражение рецепторов растяжения при усилении притока крови и переполнении коронарных сосудов сопровождается ослаблением силы сердечных сокращений; при недостаточном растяжении механорецепторов сердца из-за уменьшенного заполнения его камер кровью приводит к рефлекторному возрастанию силы сокращений.
Рефлекторные изменения деятельности сердца при раздражении рецепторов рефлексогенных зон
Повышение давления в аорте и сино-каротидной сосудистой области раздражает прессорецепторы, повышает тонус кардиоингибиторного центра и блуждающего нерва, что сопровождается урежением частоты и снижением силы сердечных сокращений, снижением и нормализацией артериального давления (депрессорный рефлекс). Наоборот, понижение давления в сосудах понижает возбудимость вазорецепторов и тонус вагуса, что приводит к учащению сердечных сокращений и увеличению СОК. Раздражение рецепторов глазного яблока при надавливании на глаза вызывает резкое замедление ЧСС — рефлекс Данини-Ашнера. Известны кардиокардиальные рефлексы. Рефлекс Бецольда-Яриша — урежение сердечных сокращений при введении в коронарное русло алкалоида вератрина или других химических веществ, брадикардия при растяжении полостей сердца. При введении в перикард химических веществ (никотина) возникает брадикардия — эпикардиальные рефлексы Черниговского.
Роль высших отделов ЦНС в регуляции деятельности сердца
Сердечно-сосудистая система через надсегментарные отделы автономной нервной системы — таламус, гипоталамус, кору головного мозга интегрируется в поведенческие, соматические, вегетативные реакции организма. Влияние коры головного мозга (моторная и премоторная зоны) на центр кровообращения продолговатого мозга лежит в основе условно-рефлекторных сердечно-сосудистых реакций. Раздражение структур ЦНС, как правило, сопровождается повышениемЧССиповышениемартериальногодавления.
Гуморальная регуляция сердца
В ответ на выброс катехоламинов наблюдается 2-х-фазная реакция: увеличение ЧСС и подъем артериального давления и в связи с депрессорным рефлексом — вторичное снижение артериального давления. Стимулируют деятельность сердце тиреоидные гормоны, гормоны надпочечников, половые гормоны. Избыток ионов калия сопровождается остановкой сердца в стадии диастолы. Повышенная концентрация ионов кальция усиливает сердечные сокращения, затрудняет диастолу и вызывает остановку сердца в систоле.
Спр. материал / КРОВООБРАЩЕНИЕ / 01.ЦИКЛ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Основными составляющими цикла сердечной деятельности являются систола (сокращение) и диастола (расширение) предсердий и желудочков. До настоящего времени нет единого мнения о фазах цикла и смысле термина «диастола». Некоторые авторы диастолой называют только процесс расслабления миокарда. Большинство авторов включают в диастолу как период расслабления мускулатуры, так и период покоя (пауза), для желу-
дочков это период наполнения. Очевидно, следует выделять систолу, диастолу и покой (паузу) предсердий и желудочков, поскольку диастола, как и систола, — динамический процесс.
Цикл сердечной деятельности разделяют на три основные фазы, каждая из которых имеет периоды.
Систола предсердий — 0,1 с (дополнительное наполнение желудочков кровью).
Систола желудочков — 0,33 с. Период напряжения — 0,08 с (фаза асинхронного сокращения — 0,05 с и фаза изометрического сокращения — 0,03 с).
Период изгнания крови — 0,25 с (фаза быстрого изгнания — 0,12 с и фаза медленного изгнания — 0,13 с).
Общая пауза сердца — 0,37 с (период расслабления — диастола желудочков и их покоя, совпадающий с окончанием покоя предсердий).
Период расслабления желудочков — 0,12 с (протодиастола — 0,04 с и фаза изометрического расслабления — 0,08 с).
Период основного наполнения желудочков кровью — 0,25 с (фаза быстрого наполнения — 0,08 с и фаза медленного наполнения — 0,17 с).
Весь цикл сердечной деятельности длится 0,8 с при частоте сокращений 75 в 1 мин. Диастола желудочков и их пауза при такой частоте сердечных сокращений составляют 0,47 с (0,8 с — 0,33 с = 0,47 с), последние 0,1 с совпадают с систолой предсердий. Графически цикл представлен на рис. 13.2.
Рассмотрим каждую фазу цикла сердечной деятельности.
А. Систола предсердий обеспечивает дополнительную подачу крови в желудочки, она начинается после общей паузы сердца. К этому моменту вся мускулатура предсердий и желудочков расслаблена. Открыты атрио-вентрикулярные клапаны, они провисают в желудочки, расслаблены сфинктеры, представляющие собой кольцевую мускулатуру предсердий в области впадения вен в предсердия и выполняющие функцию клапанов.
Поскольку весь рабочий миокард расслаблен, давление в полостях сердца равно нулю. Из-за градиента давления в полостях сердца и артериальной системе полулунные клапаны закрыты.
Возбуждение и, следовательно, волна сокращения предсердий начинаются в области впадения полых вен, поэтому одновременно с сокращением рабочего миокарда предсердий сокращается и мускулатура сфинктеров, выполняющих функцию клапанов, — они закрываются, давление в предсердиях начинает расти, и дополнительная порция крови (примерно VS от конечно-диастолического объема) поступает в желудочки.
Во время систолы предсердий кровь из них обратно в полые и легочные вены не возвращается, так как сфинктеры закрыты. К концу систолы давление в левом предсердии возрастает до 10—12 мм рт.ст., в правом — до 4— 8 мм рт.ст. Такое же давление к концу систолы предсердий создается и в желудочках. Таким образом, во время систолы предсердий сфинктеры предсердий закрыты, атриовент-рикулярные клапаны открыты. Поскольку в аорте и легочной артерии давление крови в этот период больше, то полулунные клапаны, естественно, все еще закрыты. После окончания систолы предсердий, через 0,007 с (интерсистолический интервал), начинаются систола желудочков, диастола предсердий и их покой. Последние длятся 0,7 с, предсердия при этом наполняются кровью (резервуарная функция предсердий). Значение систолы предсердий заключается еще и в том, что возникающее при этом давление обеспечивает дополнительное растяжение миокарда желудочков и последующее усиление их сокращений во время систолы желудочков.
Б. Систола желудочков состоит из двух периодов — напряжения и изгнания, каждый из которых делится на две фазы. В фазе асинхронного (неодновременного) сокращения возбуждение мышечных волокон распространяется по обоим желудочкам. Сокращение начинается с ближайших к проводящей системе сердца участков рабочего миокарда (сосочко-вых мышц, перегородки, верхушки желудочков). К концу этой фазы в сокращение вовлечены все мышечные волокна, поэтому давление в желудочках начинает быстро повышаться, вследствие чего закрываются атрио-вентрикулярные клапаны и начинается фаза изометрического сокращения. Сокращающиеся вместе с желудочками сосочковые мышцы натягивают сухожильные нити и препятствуют выворачиванию клапанов в предсердия. Кроме того, эластичность и растяжимость су-
хожильных нитей смягчают удар крови об ат-риовентрикулярные клапаны, что обеспечивает долговечность их работы. Общая поверхность атриовентрикулярных клапанов больше площади атриовентрикулярного отверстия, поэтому их створки плотно прижимаются друг к другу. Благодаря этому клапаны надежно смыкаются даже при изменениях объема желудочков и кровь не возвращается во время систолы желудочков обратно в предсердия. Во время фазы изометрического сокращения давление в желудочках быстро нарастает. В левом желудочке оно увеличивается до 70—80 мм рт.ст., в правом — до 15— 20 мм рт.ст. Как только давление в левом желудочке окажется больше диастолического давления в аорте (70—80 мм рт.ст.), а в правом желудочке — больше диастолического давления в легочной артерии (15—20 мм рт.ст.), открываются полулунные клапаны и начинается период изгнания.
Оба желудочка сокращаются одновременно, причем волна их сокращения начинается в верхушке сердца и распространяется вверх, выталкивая кровь из желудочков в аорту и легочный ствол. В период изгнания длина мышечных волокон и объем желудочков уменьшаются, атриовентрикулярные клапаны закрыты, так как давление в желудочках высокое, а в предсердиях оно равно нулю. В период быстрого изгнания давление в левом желудочке достигает 120—140 мм рт.ст. (систолическое давление в аорте и крупных артериях большого круга), а в правом желудочке — 30—40 мм рт.ст. В период медленного изгнания давление в желудочках начинает падать. Состояние клапанов сердца пока не изменяется — закрыты только атриовентрикулярные клапаны, полулунные клапаны открыты, предсердные сфинктеры также открыты, потому что весь миокард предсердий расслаблен, кровь заполняет предсердия.
Во время периода изгнания крови из желудочков реализуется процесс засасывания крови из крупных вен в предсердия. Это обусловлено тем, что плоскость атриовентрику-лярной «перегородки», которую формируют соответствующие клапаны, смещается по направлению к верхушке сердца, при этом предсердия, находящиеся в расслабленном состоянии, растягиваются, что способствует заполнению их кровью.
Вслед за фазой изгнания начинаются диастола желудочков и их пауза (покой), с которой частично совпадает и пауза предсердий, поэтому данный период сердечной деятельности предлагается называть общей паузой сердца.
В. Общая пауза сердца начинается с про-тодиастолы — это период от начала расслабления мышц желудочков до закрытия полулунных клапанов. Давление в желудочках становится несколько ниже, чем в аорте и легочной артерии, поэтому полулунные клапаны закрываются. В фазе изометрического расслабления полулунные клапаны уже закрыты, а атриовентрикулярные еще не открыты. Поскольку расслабление желудочков продолжается, давление в них падает, что приводит к открытию атриовентрикулярных клапанов массой крови, накопившейся во время диастолы в предсердиях. Начинается период наполнения желудочков, расширение которых обеспечено несколькими факторами.
1. Расслабление желудочков и расширение их камер происходит в основном за счет части энергии, которая расходуется во время систолы на преодоление сил упругости сердца (потенциальная энергия). Во время систолы сердца сжимаются его соединительнотканный упругий каркас и мышечные волокна, которые имеют различное направление в разных слоях. Желудочек в этом отношении можно сравнить с резиновой грушей, которая принимает прежнюю форму после того, как на нее надавили, расширение желудочков оказывает некоторое присасывающее действие.
2. Левый желудочек (правый — в меньшей степени) во время фазы изометрического сокращения мгновенно становится круглым, поэтому в результате действия сил гравитации обоих желудочков и находящейся в них крови быстро растягиваются крупные сосуды, на которых «висит» сердце. При этом атриовентрикулярная «перегородка» несколько смещается вниз. При расслаблении мускулатуры желудочков атриовентрикулярная «перегородка» вновь поднимается вверх, что также способствует расширению камер желудочков, ускоряет наполнение их кровью.
3. В фазе быстрого наполнения кровь, скопившаяся в предсердиях, сразу проваливается в расслабленные желудочки и способствует их расправлению.
4. Расслаблению миокарда желудочков способствует давление крови в коронарных артериях, которая в это время начинает усиленно поступать из аорты в толщу миокарда («гидравлический каркас сердца»).
5. Дополнительное растяжение мускулатуры желудочков осуществляется за счет энергии систолы предсердий (повышение давления в желудочках во время систолы предсердий).
6. Остаточная энергия венозной крови, сообщенная ей сердцем во время систолы (этот фактор действует в фазе медленного наполнения).
Таким образом, во время общей паузы предсердий и желудочков сердце отдыхает, его камеры наполняются кровью, миокард интенсивно снабжается кровью, получает кислород и питательные вещества. Это весьма важно, так как во время систолы коронарные сосуды сжимаются сокращающимися мышцами, при этом кровоток в коронарных сосудах практически отсутствует.
Фазовая структура сердечного цикла
Рис. 710241616. Разделение сердечного цикла на три фазы: 1 - систола предсердий, 2 - систола желудочков, 3 - общая пауза (диастола).
Однако для серьезного анализа сердечного цикла такое деление на фазы недостаточно (рис. 710241616). Разберём подробней сердечный цикл.
Сердечный цикл делят на систолу и диастолу, систолу и диастолу — на периоды, периоды — на фазы.
Определение продолжительности систолы и диастолы, периодов и фаз называется фазовым анализом сердечного цикла.
При рассмотрении сердечного цикла в качестве эталона принимают цикл продолжительностью 800 мс (т.е. при частоте сердечных сокращений 75 мин -1 ).
Рассмотрим фазовую структуру сердечного цикла по табл. 511092025.
Фазовая структура сердечного цикла продолжительностью 800 мс
Систола желудочков - S (330 мс)
Период напряжения желудочков (80 мс)
фаза асинхронного сокращения (50 мс)
фаза изометрического сокращения (30 мс)
Период изгнания крови (250 мс)
фаза быстрого изгнания крови (120 мс)
фаза медленного изгнания крови (130 мс)
Диастола желудочков - D (470 мс)
Период расслабления (120 мс)
фаза протодиастолы (40 мс)
фаза изометрического расслабления (80 мс)
Период наполнения кровью (350 мс)
фаза быстрого наполнения (80 мс)
фаза медленного наполнения (170 мс)
фаза пресистолическая (100 мс)
Рис. 511092022. Фазовая структура сердечного цикла с учетом соотношения длительности фаз. Обозначение те же, что и в табл. 511092025.
Рассмотрим суть процессов, происходящих в систолу и диастолу желудочков.
Систола желудочков Период напряжения
(80 мс 10 % всего цикла) необходим для того, чтобы повысить давление внутри желудочка чтобы закрылся атриовентрикулярный клапан. Это произойдет в том случае, когда давление в желудочке станет чуть выше, чем в предсердии.
Фаза асинхронного сокращения
(50 мс 6,25 % всего цикла) — промежуток времени от начала сокращения миокардиоцитов (практически возбуждения) желудочка до закрытия атриовентрикулярного клапана. e
Название «асинхронное сокращение» учитывает неодновременность охвата сокращением мышечных волокон сердца. Наибольшее распространение получили термины «период изменения формы», «период трансформации», «период преобразования». Эта группа родственных обозначений отражает происходящие во время данной фазы изменения положения сердца, трансформацию его формы из овоидной в шаровидную, преобразования биоэлектрических процессов в механические.
Нельзя эту фазу представлять как интервал между началом электрических и механических проявлений сердечной активности.
Фаза изометрического (изоволюмического) сокращения
(30 мс 3,75 % всего цикла) — промежуток времени от закрытия атриовентрикулярного клапана до открытия полулунных клапанов. Длина миокардиоцитов не меняется, а напряжение в них растет. Происходит быстрое повышение внутри желудочкового давления: кровь находится в замкнутом пространстве.
Период изгнания крови
(250 мс 31,25 % всего цикла) — интервал времени от открытия полулунных клапанов до начала расслабления миокарда.
Открытие полулунных клапанов создает возможность изгнания крови. Поэтому в остальное время систолы желудочков - 0,25 с происходит изгнание крови.
Фаза быстрого изгнания крови
(120 мс 15 % всего цикла) — давление в выходящих из желудочка сосудах (аорте, легочной артерии) сравнительно небольшое, а в желудочках продолжает нарастать, в левом желудочке возрастает до 120 ‑ 130 мм рт. ст., а правом - до 25 - 30 мм рт. ст. Такое же давление создается, соответственно, в аорте и легочной артерии.
Фаза медленного изгнания крови
По мере заполнения аорты и легочной артерии выходящей из желудочков кровью сопротивление выходящему потоку крови увеличивается, поэтому фаза быстрого изгнания крови сменяется фазой медленного или редуцированного изгнания (130 мс 16,25 % всего цикла).
Сердечный цикл
Сердце человека работает, как насос. Благодаря свойствам миокарда (возбудимости, возможности сокращаться, проводимости, автоматизму) оно способно нагнетать в артерии кровь, которая поступает в него из вен. Она двигается без остановок за счет того, что на концах сосудистой системы (артериальной и венозной) образуется разность давлений (0 мм ртутного столба в магистральных венах и 140 мм в аорте).
Работа сердца состоит из сердечных циклов - непрерывно сменяющих друг друга периодов сокращения и расслабления, которые называются систолой и диастолой соответственно.
Продолжительность
Как показывает таблица, сердечный цикл продолжается примерно 0, 8 сек, если считать, что средняя частота сокращений составляет от 60 до 80 ударов в минуту. Систола предсердий занимает 0,1 с, систола желудочков - 0,3 с, общая диастола сердца - все оставшееся время, равное 0,4 с.
Фазовая структура
Цикл начинается с систолы предсердий, которая занимает 0,1 секунды. Их диастола длится 0,7 секунды. Сокращение желудочков продолжается 0,3 секунды, их расслабление - 0,5 секунды. Общее расслабление камер сердца называют общей паузой, и занимает она в данном случае 0,4 секунды. Таким образом, выделяют три фазы сердечного цикла:
- систола предсердий - 0,1 сек.;
- систола желудочков - 0,3 сек.;
- диастола сердца (общая пауза) - 0,4 сек.
Общая пауза, предшествующая началу нового цикла, очень важна для наполнения сердца кровью.
Перед началом систолы миокард находится в расслабленном состоянии, а камеры сердца наполнены кровью, которая поступает из вен.
Давление во всех камерах примерно одинаковое, поскольку атриовентрикулярные клапаны раскрыты. В синоатриальном узле происходит возбуждение, что приводит к сокращению предсердий, из-за разницы давлений в момент систолы объем желудочков увеличивается на 15%. Когда систола предсердий заканчивается, давление в них понижается.
Систола (сокращение) предсердий
Перед началом систолы кровь движется к предсердиям и они последовательно ею заполняются. Часть ее остается в этих камерах, остальная направляется в желудочки и попадает в них через атриовентрикулярные отверстия, которые не закрыты клапанами.
В этот момент и начинается систола предсердий. Стенки камер напрягаются, их тонус растет, давление в них повышается на 5-8 мм рт. столба. Просвет вен, которые несут кровь, перекрывается кольцевыми пучками миокарда. Стенки желудочков в это время расслаблены, их полости расширены, и кровь из предсердий быстро без затруднений устремляется туда через атриовентрикулярные отверстия. Продолжительность фазы - 0,1 секунды. Систола наслаивается на конец фазы диастолы желудочков. Мышечный слой предсердий довольно тонкий, поскольку им не требуется много силы для заполнения кровью соседних камер.
Систола (сокращение) желудочков
Это следующая, вторая фаза сердечного цикла и начинается она с напряжения мышц сердца. Фаза напряжения длится 0,08 секунд и в свою очередь делится еще на две фазы:
- Асинхронного напряжения - длительностью 0,05 сек. Начинается возбуждение стенок желудочков, их тонус повышается.
- Изометрического сокращения - длительностью 0,03 сек. В камерах растет давление и достигает значительных значений.
Как только напряжение станет максимальным, начинается период сокращения желудочков, продолжительностью 0,25 сек. Систола этих камер происходит как раз в это время. Около 0,13 сек. длится фаза быстрого изгнания - выброс крови в просвет аорты и легочного ствола, во время которого клапаны прилегают к стенкам. Это возможно, благодаря росту давления (до 200 мм ртутного столба в левом и до 60 в правом). Остальное время приходится на фазу медленного изгнания: кровь выбрасывается под меньшим давлением и с меньшей скоростью, предсердия расслаблены, в них из вен начинает поступать кровь. Систола желудочков накладывается на диастолу предсердий.
Время общей паузы
Начинается диастола желудочков, и их стенки начинают расслабляться. Это длится в течение 0,45 сек. Период расслабления этих камер накладывается на еще продолжающуюся диастолу предсердий, поэтому эти фазы объединяют и называют общей паузой. Что происходит в это время? Желудочек, сократившись, выгнал из своей полости кровь и расслабился. В нем образовалось разреженное пространство с давлением близким к нулю. Кровь стремится попасть обратно, но полулунные клапаны легочной артерии и аорты, смыкаясь, не дают ей этого сделать. Тогда она направляется по сосудам. Фаза, которая начинается с расслабления желудочков и заканчивается перекрыванием просвета сосудов полулунными клапанами, называется протодиастолической и продолжается 0,04 сек.
После этого начинается фаза изометрического расслабления продолжительностью 0,08 сек. Створки трехстворчатого и митрального клапанов сомкнуты и не дают крови поступать в желудочки. Но когда давление в них становится ниже, чем в предсердиях, атриовентрикулярные клапаны открываются. За это время кровь наполняет предсердия и теперь свободно попадает в другие камеры. Это фаза быстрого наполнения длительностью 0, 08 сек. В течение 0,17 сек. продолжается фаза медленного наполнения, во время которой кровь продолжает поступать в предсердия, и небольшая ее часть через атриовентрикулярные отверстия перетекает в желудочки. Во время диастолы последних в них поступает кровь из предсердий во время их систолы. Это пресистолическая фаза диастолы, которая продолжается 0,1 сек. Так завершается цикл и вновь начинается.
Звуки сердца
Сердце издает характерные звуки, похожие на стук. Каждый удар состоит из двух основных тонов. Первый - результат сокращения желудочков, а если быть точнее, захлопывания клапанов, которые при напряжении миокарда перекрывают атриовентрикулярные отверстия, чтобы кровь не могла вернуться в предсердия. Характерный звук получается, когда смыкаются их свободные края. Кроме клапанов, в создании удара принимает участие миокард, стенки легочного ствола и аорты, сухожильные нити.
Второй тон формируется во время диастолы желудочков. Это результат работы полулунных клапанов, которые не дают крови попасть обратно, преграждая ей путь. Стук раздается, когда они соединяются в просвете сосудов своими краями.
Кроме основных тонов, есть еще два - третий и четвертый. Первые два можно услышать с помощью фонендоскопа, а два других может зарегистрировать только специальный прибор.
Удары сердца имеют важное диагностическое значение. По их изменениям определяют, что в работе сердечной деятельности произошли нарушения. При заболеваниях удары могут раздваиваться, быть тише или громче, сопровождаться дополнительными тонами и другими звуками (писками, щелчками, шумами).
Заключение
Подводя итог фазового анализа сердечной деятельности, можно сказать, что систолическая работа занимает примерно столько же времени (0,43 с), сколько и диастолическая (0,47 с), то есть сердце половину жизни трудится, половину - отдыхает, и суммарное время цикла составляет 0,9 секунды.
При расчете общего хронометража цикла нужно помнить, что его фазы накладываются друг на друга, поэтому это время не учитывается, и в результате получается, что сердечный цикл длится не 0,9 секунды, а 0,8.
Читайте также: