Лекции для студентов

Физиология человека (часть 4)

Кардиодинамика

Как известно, сердце функционирует циклически, т. е. периоды сокращения сменяется периодом расслабления и отдыха. Сокращение сердца называется систолой, расслабление — диастолой. Однако, в понятие “диастола” закладывается не только период расслабления сердечной мышцы, но и время, когда сердце находится в состояние отдыха, т. е. и не сокращается, и не расслабляется.

Систола сердца начинается с сокращения предсердий. Предсердия сокращаются одновременно. Вместе с тем, правое предсердие начинает сокращаться несколько раньше левого, т. к. синоатриальный узел, с которого начинается распространение возбуждения по сердцу, находится в правом предсердии.

Продолжительность систолы предсердий такова, что если частота сокращений сердца составляет 75 уд/мин, то систола предсердий продолжается 0,1 сек. Диастола предсердий в этом случае будет продолжаться 0,7 сек.

За систолой предсердий следует систола желудочков, которая длиться 0,3 сек, затем наступает диастола желудочков — 0,5 сек. В целом сердечный цикл желудочков длится 0,8 сек. Диастола необходима сердцу, чтобы оно отдыхало.

Известно, чем реже сокращается сердце, тем в более благоприятные условия попадает сердечная мышца, т. к. сердце успевает хорошо “отдохнуть” — набраться энергии для последующего сокращения. И напротив, чем чаще сокращается сердечная мышца, тем в более неблагоприятные условия попадает сердечная мышца. Следовательно, и быстрее изнашивается.

Надо помнить, что процесс расслабления носит активный характер. Это означает, что диастола регулируется нервными и гуморальными механизмами, а диастолическое время, в одном случае, может быть больше, в другом -меньше. Естественно, что циклическая деятельность сердца приводит к изменению давления в его полостях: при сокращении оно постепенно увеличивается, при расслаблении — уменьшается.

В последние десятилетия в связи с развитием кардиохирургии сердца хирургам часто приходится определять давление в предсердиях и желудочках с диагностической целью. У человека давление в различные фазы кардиоцикла измеряется путем зондирования. Для этого используется специальный зонд или катетер. Помните, что зондирование сердца производится только по строго жизненным показаниям. Эта технически несложная манипуляция связана с большим риском осложнений, обусловленных нарушением свертывающей системы крови. Можно прозондировать правый отдел сердца, можно левый.

Правый отдел сердца зондируется, как правило, через локтевую вену (причем предварительно в организм обязательно вводится лекарственное средство), обладающее противосвертывающей активностью. Под рентгеновским контролем зонд постепенно вводится в сосуд, который медленно перемещаясь, достигает правого предсердия и правого желудочка. Зонд, подсоединенный к регистрирующему прибору, позволяет определить величину давления крови в различные фазы сердечной деятельности.

Левый отдел сердца, зондируется через артерию (бедренную или плечевую закрытым или открытым способом). Зонд против тока крови медленно перемещается по артерии. По достижении левого отдела сердца в момент систолы зонд вводится в левый желудочек, а затем — в левое предсердие. Каковы цифры давления крови в полостях сердца в различные фазы кардиоцикла у взрослого здорового человека в состояние покоя?

В правом предсердии на высоте максимального сокращения давление составляет 2-6 мм. рт. ст., в момент диастолы — 0, а на высоте максимального вдоха может быть на 2-3 мм меньше атмосферного. В правом желудочке в конце систолы оно составляет 18-25 мм. рт. ст., в момент диастолы — 0 мм. В левом предсердии в момент сокращения наибольшее давление равно 8 — 12 мм. рт. ст., в момент расслабления — 0. В левом желудочке максимальное давление крови колеблется в пределах 120-130 мм. рт. ст., в момент диастолы — 0. Естественно, что эти цифры меняются при физиологических нагрузках и различных патологических состояниях, связанных с нарушениями функций сердечной мышцы.

Обследование коронарного кровотока играет большую функциональную значимость в клинике. Для этого, как правило, во время зондирования в кровоток вводится контрастное вещество и производится рентгенография (несколько снимков с перерывом в несколько секунд). Описанный метод называется “коронарокардиография”.

Большое значение в оценке сократительной способности миокарда отводится фазовому анализу сердечной деятельности. А чтобы оценить функциональное состояние сердечной мышцы, используя фазовый анализ, надо иметь представление о фазовой деятельности сердца. Поскольку сократительная деятельность сердца связана, в основном, с желудочками (предсердия практически не имеют значения, поскольку нагрузка на них падает незначительная), поэтому, систола и диастола в фазовом аспекте рассматривается только для желудочков.

В систоле желудочков выделяют четыре фазы.

I. Первая фаза - фаза асинхронного сокращения. Она продолжается 0,05 сек. В этой фазе давление в полостях желудочков не изменяется. Асинхронное сокращение подразумевает неодновременное, попеременное сокращение мышечных волокон. В этой фазе наблюдаются сокращения то одной группы мышечных волокон, то другой. Фаза асинхронного сокращения сменяется следующей — фазой изометрического сокращения

II. Фаза изометрического сокращения (фаза изометрического напряжения). Длительность фазы составляет 0,03 сек. В этой фазе давление крови в желудочках начинает увеличиваться. Она называются фазой изометрического сокращения потому, что в это время происходит сокращение мышечных волокон. Однако, размеры волокон по длине не меняются: волокна как бы “напрягаются”. В начале этой фазы давление крови в желудочках становится больше, чем в предсердиях и вследствие разности давлений (между предсердиями и желудочками) происходит закрытие створчатых клапанов. Следовательно, разность давления является причиной закрытия створчатых клапанов. Давление крови в желудочках постепенно нарастает и так как кровь практически не сжимаема, то по мере нарастания давления — в момент превышения давления крови в желудочке над давлением крови в аортальном сосуде — происходит “открытие” полулунных клапанов. Возникает вопрос: “При каком давлении в желудочках происходит открытие полулунных клапанов?”. В левом желудочке аортальный клапан открывается при давление в среднем 75-85 мм. рт. ст., в правом — при 10-12 мм. рт. ст. Затем фаза изометрического сокращения сменяется фазой быстрого изгнания крови.

III. Фаза быстрого изгнания крови продолжается 0,1 сек. Она сменяется фазой медленного изгнания крови

IV. Фаза медленного изгнания крови из желудочков продолжается более 0,15 сек. Большая длительность связана с тем, что по мере заполнения сосудистой системы кровью выброс крови затруднен.

Закончилась систола желудочков. Начинается диастола желудочков. Она состоит из 4-х фаз.

I. Первая фаза – протодиастолическая фаза. Она продолжается она 0.04 сек. Фаза начинается от момента падения давления крови в желудочках до закрытия полулунных клапанов. Момент закрытия полулунных клапанов определяется следующим моментом: как только давления в желудочках становится меньше давления крови в аортальных сосудах, кровь устремляется в сторону желудочков и закрывает полулунные клапаны. Затем наступает следующая фаза диастолы.

II. Фаза изометрического расслабления. Она продолжается 0,08 сек. В этот момент происходит следующее: полулунные клапаны закрыты, давление крови в желудочках падает и, как только оно становится меньше давления в предсердиях, то открываются створчатые клапаны. Следовательно, эта фаза продолжается от закрытия полулунных клапанов до открытия створчатых.

Открылись створчатые клапаны и желудочки начинают заполняться. Различают две фазы заполнения кровью желудочков

III. Фаза быстрого заполнения кровью желудочков. Продолжается 0,08-0,09 сек.

IV. Фаза медленного заполнения кровью желудочков. Продолжается 0,16-0,17 сек.

На этом диастола желудочков заканчивается.

Кроме фазового анализа оценке сократительной работы миокарда имеют значения и другие параметры, а именно, величина систолического выброса. Систолический выброс — это объем крови в миллилитрах, выбрасываемый за одну систолу. В норме у здорового человека это количество составляет 60-70 см3 в покое. При физической нагрузке, естественно, систолический выброс заметно увеличивается и доходит до 200-250мл.

Как показали наблюдения, в состояние покоя из желудочков выбрасывается всего 60-70% всего объема крови от объема крови, содержащейся в желудочках, то есть в желудочках остается от 30 до 40% крови. Этот объем называется “резервный объем”. И даже при максимальной систоле в желудочках всегда остается небольшой объем крови — от 5 до 10% крови. Такой объем крови, т. е. оставшийся после максимальной систолы, называется “остаточный объем”. Доказано, что увеличение систолического выброса, в значительной степени, достигается за счет снижения резервного объема крови.

Можно ли у человека определить систолический выброс крови? Можно. Его определяют с помощью другого важного показателя сократительной способности миокарда, который назван “минутный объем кровотока” (МОК). Под минутным объемом кровотока следует понимать максимальное количество крови, которое выбрасывается сердцем за одну минуту. Минутный объем кровообращения у взрослого человека в состоянии покоя составляет в среднем 4-5 литров крови. Естественно, что при физической нагрузке МОК увеличивается и иногда превышает 20 л. Увеличение МОК идет за счет двух факторов: 1) увеличния систолического выброса, 2) увеличения частоты сокращений сердца. У тренированных людей (занятия которых связаны с физической нагрузкой) увеличение МОК в основном связано с возрастанием систолического выброса. В то время как у не тренированных — за счет увеличения частоты сокращений сердца, а как упоминалось выше, это создает неблагоприятные условия для деятельности организма.

МОК определяется многими методами, однако наиболее распространенным и точным является метод, предложенный ученым Фике. Он основан на определении артериовенозной разницы в содержании кислорода. Для определения МОК по методу Фике необходимо знать содержание кислорода в венозной и артериальной крови, а также потребление этого газа за минуту. Зная эти параметры, можно составить пропорцию и легко вычислить величину, МОК. Например, в артериальной крови содержится 20 об/% О2, в венозной — 12 об/%. За 1 минуту организм человека потребляет 400 мл кислорода. Отсюда следует, что артериовенозная разница в содержании кислорода — 8 об/% . Составляем пропорцию: если 100 мл крови отдают 8 об/% кислорода, то х мл крови (т. е. МОК) — 400 мл кислорода. Следовательно, МОК = 400 мл * 100 мл / 8 об/% = 5000 (мл ).

Кроме метода Фике для определения МОК часто применяется индикаторный метод, основанный на введение в кровь раствора коллоидной стерильной краски. Применяются также методы Грольмана, баллистокардиографический и др.

Следующий показатель оценки состояния сердечной мышцы — это систолический выброс крови (ударный объем) Зная величину МОК, его можно легко определить. Для этой цели следует разделить величину МОК на число сердечных сокращений.

Четвертый показатель, который используется для оценки сократительной способности миокарда, это скорость систолического выброса. Для того, чтобы по этому параметру определить сократительную способность миокарда, необходимо знать величину систолического выброса и время, в течение которого выбрасывается кровь. Для определения этого параметра величину систолического выброса необходимо поделить на время выброса крови. В нашем случае, например, этот показатель составит: 70 мл / 0,25 сек = 280 мл/сек. В состоянии функциональной нагрузки эта величина возрастает.

Факторы, облегчающие насосную деятельность сердца. Имеется ряд факторов, которые способствуют наполнению сердца кровью. Иначе говоря, это факторы, которые облегчают насосную деятельность сердца и увеличивают тем самым продолжительность его жизни. Они делятся на две группы: активные и пассивные. К активным факторам относятся:

I. Остаточная сила сокращения сердца.

II. Тонус крупных вен. Иначе говоря, стенка вен всегда находится в состоянии определенного напряжения, которое обусловлено сократительными элементами ее стенки. Как только тонус крупных вен уменьшается Þ увеличивается объем крови, находящейся в венах Þ приток крови к сердцу падает. Отсюда следует, что чем выше исходный тонус сосудов, тем лучше кровь поступает к сердцу.

III. Автоматические сокращения стенки крупных вен, направленные только в сторону сердца.

IV. Ведущим фактором, обеспечивающим поступление крови к сердцу, является мышечный насос, представленный скелетными мышцами, особенно нижних конечностей. Этот мышечный насос иногда образно называюм “третьим сердцем”. Мышечный насос включает в себя скелетные мышцы, в результате которых облегчается поступление крови к сердцу. Показано, что благодаря мышечным сокращениям, работа сердца облегчается на 30-40%. Сердцу не надо в этом случае практически насасывать кровь и затрачивать энергию, что делают скелетные мышцы.

Каков механизм мышечного насоса? Сокращаясь, мышцы, особенно мышцы нижних конечностей, обеспечивают поступление крови в сторону сердца (сдавливают сосуды и выталкивают кровь) благодаря наличию в венах клапанов. Кроме того, как показали последние исследования, мышцы постоянно микровибрируют и срабатывают по типу вибрационного насоса, что также способствует поступлению крови в сторону сердца (в технике подобные вибрационные насосы применяются давно). Причем показано, что систематическая физическая нагрузка в виде работы, бега, ходьбы, увеличивает эту вибрацию. Естественно, что если человек в условиях научно-технического прогресса в силу сложившихся обстоятельств отключает этот мышечный насос (всю мышечную работу выполняет техника), то сердце попадает в невероятно тяжелые условия. Гипокинезия и гиподинамия, свойственные современному человеку, являются ведущими факторами риска для сердечной мышцы, приводящими к развитию ишемической болезни сердца, от которой в настоящее время погибают миллионы людей, да еще в молодом возрасте.

К пассивным факторам притока крови в сердцу относятся:

I. Дыхательный насос. Во время вдоха давление в грудной клетке уменьшается и она, как поршень, “подсасывает” кровь из нижних конечностей.

II. Наконец, к факторам, способствующим поступлению крови к сердцу, относится сердечный насос. Различают два механизма, которые лежат в основе присасывающего действия сердца. Первыймеханизм заключается в том, что во время сокращения сердца предсердно-желудочковая перегородка смещается в сторону желудочков (опускается), что способствует поступлению крови к сердцу. Второймеханизм заключается в следующем. Во время систолы желудочков происходит сжатие упругого компонента миокарда (эластического компонента миокарда), который при расслаблении срабатывает по принципу пипетки, облегчая тем самым поступлению крови к сердцу.

Можно представить и еще один механизм, способствующий поступлению крови к сердцу. Если учесть, что диастола является активным процессом и регулируется нервными и гуморальными механизмами, то активное расслабление желудочков приводит к резкому падению давления в их полостях, что подобно поршню в насосе, облегчает поступление крови из венозных сосудов в полости сердца.