Физиология сердца

признаком начала этого периода служат: 1) открывание атриовентрикулярных клапанов; 2) начало повышения объема желудочка;

во время этого периода объем желудочка нарастает, а давление в нем не меняется;

во время этого периода атриовентрикулярные клапаны открыты, полулунные -- закрыты.

Важно, что основное наполнение желудочков кровью происходит именно в этот период; вбрасывание крови предсердиями во время их сокращения имеет гораздо меньшее значение.

3. Наконец, в самом конце диастолы желудочков сокращаются предсердия, вбрасывая в желудочки некоторое дополнительное количество крови (так называемая предсердная подкачка). В это время на ЭКГ возникает зубец P, а на фонокардиограмме (в норме -- редко!) IV тон. Это пресистола. Таким образом:

признаком начала этой фазы служит зубец P на ЭКГ и (редко) IV тон на фонокардиограмме;

во время этой фазы объем желудочка несколько нарастает;

во время этой фазы атриовентрикулярные клапаны открыты, полулунные -- закрыты.

Фаза изоволюмического расслабления, период наполнения и пресистола составляют диастолу желудочка.

1 Приведены основные фазы сердечного цикла, имеющие важное практическое и теоретическое значение. Имеются и небольшие дополнения, которые здесь были опущены.

Показатели насосной функции сердца

Главный показатель любого насоса -- это его производительность, то есть объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Для сердца это минутный объем крови, называемый также сердечным выбросом. Он показывает, сколько крови выбрасывает сердце в артерии (левый желудочек в аорту либо правый -- в легочную артерию) за одну минуту, и в покое составляет около 5 л/мин.

Поскольку сердце -- пульсирующий насос, имеются также показатели, отражающие его насосную функцию за один удар. Это:

конечно-диастолический объем -- количество крови, имеющееся в желудочке непосредственно перед систолой;

ударный объем -- количество крови, выбрасываемое желудочком за одну систолу;

конечно-систолический объем -- количество крови, остающееся в желудочке после систолы.

Разумеется, в норме:

КДО = УО + КСО,(1)

где КДО -- конечно-диастолический объем; УО -- ударный объем; КСО -- конечно-систолический объем.

В патологии может быть, например, обратный заброс крови в предсердия, и тогда это уравнение не выполняется.

Сердечный выброс (минутный объем крови) связан с ударным объемом уравнением:

СВ = УО ЧСС,(2)

где СВ -- сердечный выброс; УО -- ударный объем; ЧСС -- частота сердечных сокращений.

Регуляция деятельности сердца

Общие принципы. При изучении регуляции деятельности сердца надо ответить на два вопроса: 1) как устроены регулирующие системы? 2) как реагируют на их влияния регулируемые структуры? Первый вопрос мы рассмотрим в разделе «Иннервация сердца», второй -- в разделе «Регуляторные влияния на различные свойства сердца».

В зависимости от того, какие системы регулируют деятельность сердца, выделяют влияния:

нервные;

гуморальные;

миогенные (это регуляторные реакции, на которые способна сама по себе сердечная мышца в отсутствие нервных и гуморальных влияний).

В зависимости от того, на какие структуры и функции сердца оказываются регуляторные влияния, выделяют, в соответствии с четырьмя физиологическими свойствами сердца, четыре вида влияний:

хронотропные -- на автоматизм;

дромотропные -- на проводимость;

батмотропные -- на возбудимость;

инотропные -- на сократимость.

Нервные влияния на сердце осуществляются парасимпатическими (блуждающими) нервами, выделяющими медиатор ацетилхолин, и симпатическими нервами, выделяющими медиатор норадреналин. Главный гуморальный фактор, влияющий на деятельность сердца, -- гормон мозгового вещества надпочечников адреналин.

Симпатические нервы и адреналин оказывают на сердце стимулирующие эффекты.

Парасимпатические нервы оказывают на сердце тормозные эффекты.

Миогенные влияния, по классическим представлениям, затрагивают только силу сердечных сокращений (то есть существуют только инотропные миогенные влияния).

Иннервация сердца

Тела преганглионарных парасимпатических нейронов залегают в продолговатом мозге, постганглионарных -- в стенке сердца (интрамурально).

Тела преганглионарных симпатических нейронов залегают в боковых рогах I--III грудных сегментов спинного мозга, постганглионарных -- в шейных и верхнем грудном узлах симпатического ствола.

По парасимпатическим и симпатическим волокнам к сердцу постоянно поступает импульсация -- это так называемый тонус парасимпатических и симпатических нервов, или просто парасимпатический и симпатический тонус. В состоянии покоя парасимпатический тонус достаточно выражен, а симпатический -- сравнительно невелик. Поэтому в покое преобладают постоянные тормозные влияния на сердце, что создает возможность для быстрого усиления его деятельности.

Регуляторные влияния на различные свойства сердца

Поскольку главный гуморальный фактор, участвующий в регуляции деятельности сердца -- это гормон адреналин, действующий почти одинаково с симпатическим медиатором норадреналином, мы рассмотрим нервные и гуморальные влияния на примере действия на сердце ацетилхолина и катехоламинов (адреналина и норадреналина).

Хронотропные влияния. Общие положения

Хронотропные влияния -- это влияния на автоматизм ведущего водителя ритма, то есть (в норме) на частоту разрядов синусового узла. Нервные и гуморальные факторы влияют на эту частоту, изменяя:

максимальный диастолический потенциал,

скорость спонтанной диастолической деполяризации.

Ацетилхолин

Эффект: отрицательный (снижение частоты разрядов).

Электрофизиологические механизмы:

в малых концентрациях -- уменьшение скорости спонтанной диастолической деполяризации;

в больших концентрациях, кроме того, увеличение (по абсолютной величине) максимального диастолического потенциала, то есть гиперполяризация клетки.

Ионные механизмы:

в малых концентрациях -- снижение проницаемости медленных кальциевых каналов и, как следствие, уменьшение входа кальция в фазу спонтанной диастолической деполяризации и скорости спонтанной диастолической деполяризации;

в больших концентрациях -- открывание особых хемочувствительных калиевых каналов (холиночувствительных калиевых каналов), усиление выхода калия, гиперполяризация.

Катехоламины

Эффект: положительный (повышение частоты разрядов).

Электрофизиологические механизмы: повышение скорости спонтанной диастолической деполяризации.

Ионные механизмы: повышение проницаемости медленных кальциевых каналов и, как следствие, увеличение входа кальция в фазу спонтанной диастолической деполяризации и скорости спонтанной диастолической деполяризации.

Дромотропные влияния. Общие положения

Под дромотропными влияниями понимают влияния на проводимость в атриовентрикулярном узле, а именно:

влияния на скорость проведения, то есть на длительность атриовентрикулярной задержки;

влияния на лабильность атриовентрикулярного узла, то есть на количество импульсов, которое способен провести этот узел в единицу времени.

Ацетилхолин

Эффект: отрицательный (снижение скорости проведения и лабильности в атриовентрикулярном узле).

Электрофизиологические механизмы: снижение амплитуды и крутизны ПД и, как следствие, скорости и лабильности проведения.

Ионные механизмы: снижение проницаемости медленных кальциевых каналов, отвечающих за фазу деполяризации ПД (см. выше, разд. «Физиологические свойства сердца»); отсюда уменьшение амплитуды и крутизны ПД.

Катехоламины

Эффект: положительный (повышение скорости проведения и лабильности в атриовентрикулярном узле).

Электрофизиологические механизмы: повышение амплитуды и крутизны ПД.

Ионные механизмы: повышение проницаемости медленных кальциевых каналов.

Батмотропные влияния

Это влияния на возбудимость миокарда (напомним, что показателем возбудимости служит пороговая сила раздражителя). Считается, что в норме эти влияния не существуют. В некоторых патологических условиях катехоламины могут повышать возбудимость миокарда.

Инотропные влияния. Ацетилхолин

Эффект: отрицательный (снижение силы сокращений).

Молекулярные механизмы (основные): снижение проницаемости медленных кальциевых каналов, уменьшение поступления Ca2+ в саркоплазму (то есть к нитям актина и миозина).

Точки приложения: ацетилхолин (и парасимпатические нервы) оказывает выраженное отрицательное влияние на силу сокращения предсердий, тогда как его влияние на желудочки менее выражено и зависит от вида животного, исходных условий и пр.

Катехоламины

Эффект: положительный (повышение силы сокращений).

Молекулярные механизмы (основные): повышение проницаемости медленных кальциевых каналов, увеличение поступления Ca2+ в саркоплазму (то есть к нитям актина и миозина).

Точки приложения: катехоламины (и симпатические нервы) резко повышают силу сокращений как предсердий, так и желудочков.

Миогенные влияния. Общие положения

Понятие «миогенные влияния», как уже говорилось, относится к регуляторным реакциям, на которые способна изолированная сердечная мышца, в отсутствие нервных и гуморальных воздействий. Существует три вида таких влияний.

1. Хроноинотропная зависимость -- зависимость силы сокращений от их частоты.

2. Эффект Старлинга -- зависимость силы сокращения от степени растяжения сердца (то есть степени его наполнения кровью).

3. Эффект Анрепа -- зависимость силы сокращений от сопротивления сокращению сердца (то есть изгнанию крови).

Хроноинотропная зависимость

Сущность: чем больше частота сокращений сердечной мышцы, тем сильнее сокращения.

Механизм: поскольку при каждом ПД через медленные кальциевые каналы входит Ca2+, при частых ПД Ca2+ накапливается в кардиомиоците, а именно в саркоплазматическом ретикулуме. Следовательно, при каждом очередном ПД будет больше выброс Ca2+ из ретикулума, а значит, и сила сокращений.

Физиологический смысл: при данном эффекте возрастает не только сила сокращения, но и скорость сокращения и расслабления. Следовательно, систола завершается быстрее, и остается больше времени для наполнения сердца, что при высокой частоте сокращений чрезвычайно важно.

Эффект Старлинга (Франка--Старлинга)

Сущность: чем больше растяжение сердечной мышцы перед сокращением, тем сильнее сокращение.

Механизм: чем больше растянута мышца, тем меньше перекрываются друг с другом актиновые нити, следовательно, тем больше площадь их контакта с миозиновыми нитями и больше образуется актомиозиновых мостиков; соответственно, больше и общая энергия сокращения. Это главный, хотя не единственный механизм эффекта Старлинга.

Физиологический смысл: для сердца в целом большее растяжение означает большее наполнение, а более сильное сокращение -- больший ударный объем. Следовательно, чем больше крови притекает к сердцу, тем больше крови оно выбрасывает; благодаря этому сердце перекачивает всю притекающую к нему кровь. Некоторые авторы, и прежде всего сам Старлинг, видели в этом главный механизм регуляции гемодинамики: например, при физической нагрузке работающие мышцы подают к сердцу большее количество крови, оно в ответ на это автоматически увеличивает свой выброс и тем самым удовлетворяются потребности организма в повышенном кровотоке. Другие отводят эффекту Старлинга более скромную роль.

Исходное растяжение сердца, то есть его наполнение, называют нагрузкой объемом, или преднагрузкой, так как это исходное растяжение действует на сердце еще перед тем, как оно начинает сокращаться. Таким образом, эффект Старлинга можно определить как повышение работы сердца в ответ на увеличение преднагрузки. Подробнее об особенностях мышечного сокращения с преднагрузкой, а о значении преднагрузки для насосной функции сердца -- ниже, в разд. «Нагрузка сердца и инотропное состояние миокарда».

Эффект Анрепа

Сущность: чем больше сопротивление сокращению, тем сильнее сокращение.

Механизм: спорен.

Физиологический смысл: для сердца в целом сопротивление сокращению создается давлением в артериях (для левого желудочка -- в аорте). При повышении этого давления растет сила сокращений и работа сердца. Если бы не было данного эффекта, то повышение давления в аорте привело бы к снижению ударного объема (работа сердца равна произведению давления на выбрасываемый объем,

A = P V;

если бы работа не возрастала, то увеличение P автоматически вызвало бы снижение V). Таким образом, благодаря эффекту Анрепа ударный объем не падает при повышении артериального давления (в физиологическом диапазоне).

Сопротивление сокращению сердца, то есть артериальное давление, называют нагрузкой сопротивлением, или посленагрузкой (постнагрузкой), так как это сопротивление действует на сердце только после того, как оно начинает сокращаться. Таким образом, эффект Анрепа можно определить как повышение работы сердца в ответ на увеличение посленагрузки. Подробнее об особенностях мышечного сокращения с посленагрузкой, а о значении посленагрузки для насосной функции сердца -- ниже, в разд. «Нагрузка сердца и инотропное состояние миокарда».

Нагрузка сердца и инотропное состояние миокарда

Из приведенного здесь обсуждения инотропных влияний можно увидеть, что сократительная активность сердца (сила его сокращений, выполняемая за один удар работа, ударный объем и другие показатели) зависит от двух факторов: нагрузки сердца (преднагрузки и посленагрузки) и собственного сократительного состояния миокарда. Это собственное сократительное состояние миокарда, не зависящее от нагрузки, называют его инотропным состоянием, или сократимостью. Именно инотропное состояние миокарда усиливается при действии катехоламинов и снижается при действии ацетилхолина; кроме того, оно меняется при гипертрофиях сердца, поражениях миокарда и пр. Таким образом, термин «сократимость» в кардиологии имеет два значения: в широком смысле слова -- это одно из физиологических свойств сердца, а именно его способность сокращаться; в узком смысле слова -- это синоним инотропного состояния миокарда.

Мы узнали также, что повышение нагрузки ведет к усилению сократительной активности сердца, то есть улучшению его насосной функции (повышение преднагрузки -- по механизму Старлинга, посленагрузки -- по механизму Анрепа). Однако это справедливо только для физиологических значений нагрузок и для нормального сердца; если нагрузка чрезмерна (слишком велик приток крови к сердцу или артериальное давление), то патологически измененное сердце может с такой нагрузкой не справиться, и тогда его насосная функция ухудшится.

Очевидно, что для клиники важны показатели, отражающие инотропное состояние сердца, но не зависящие от нагрузки: именно такие показатели позволяют оценить состояние собственно миокарда (например, при решении вопроса об операции на сердце). Эти показатели называются индексами сократимости. Существует несколько десятков таких индексов, но наиболее распространены следующие два:

максимальная скорость нарастания давления в желудочке, обозначаемая (dP/dt)max;

фракция выброса:

ФВ = (УО/КДО) 100%,(3)

где ФВ -- фракция выброса, УО -- ударный объем, КДО -- конечно-диастолический объем (то есть объем крови, содержащийся в сердце непосредственно перед сокращением). Иными словами, фракция выброса показывает, какую часть (в процентах) от содержащейся в сердце крови оно выбрасывает при каждом сокращении.

Биохимические и фармакологические механизмы нервных и гуморальных влияний

Фармакологические механизмы

Действие катехоламинов на сердце опосредовано стимуляцией -адренорецепторов миокарда.

Действие ацетилхолина на сердце опосредовано стимуляцией M-холинорецепторов миокарда.

Биохимические механизмы

Из вышеизложенного видно, что главной точкой приложения нервных влияний на сердце служат медленные кальциевые каналы. Кроме того, ацетилхолин может действовать и на холиночувствительные калиевые каналы. Рассмотрим, как передаются сигналы от адрено- и холинорецепторов к этим каналам.

И адренорецепторы, и M-холинорецепторы сердца относятся к рецепторам, сопряженным с G-белками.

Бета-адренорецепторы

Стимуляция адренорецепторов катехоламинами приводит к активации белка Gs.

Этот белок, в свою очередь, действует на медленные кальциевые каналы, повышая вероятность их открывания в ответ на деполяризацию.

Кроме того, белок Gs стимулирует аденилатциклазу (отсюда s -- стимулирующий), что запускает последовательность: образование цАМФ активация протеинкиназы A фосфорилирование ряда внутриклеточных белков, отвечающих за регуляцию транспорта Ca2+ и за метаболические процессы в кардиомиоцитах, дополнительное повышение силы сокращений и скорости расслабления сердца.

M-холинорецепторы

Стимуляция M-холинорецепторов ацетилхолином приводит к активации белка Gi.

Этот белок, в свою очередь, действует на медленные кальциевые каналы, снижая вероятность их открывания в ответ на деполяризацию.

В некоторых клетках (в частности, синусового узла) белок Gi действует также на холиночувствительные калиевые каналы, вызывая их открывание (и, следовательно, гиперполяризацию клетки).

Кроме того, белок Gi ингибирует аденилатциклазу (отсюда i -- ингибирующий), что подавляет описанную выше последовательность, запускаемую адренорецепторами; следовательно, этот эффект ацетилхолина осуществляется только на фоне действия на сердце катехоламинов.

Размещено на Allbest.ru