22 физиология сердечной мышцы

Методическая разработка лекции «ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ»

План: 1. Элементы эволюции сердечно-сосудистой системы.

2. Структурно-функциональная

характеристика

сердечно-сосудистой

системы.

3. Физиологические

свойства

сердечной

мышцы:

возбудимость,

проводимость, сократимость, автоматия.

11

I. Эволюция сердечно-сосудистой системы. Эволюция центрального органа Эволюция сосудистой части системы кровообращения - сердца кровообращения: а) пульсирующие сердца, I тип: незамкнутая циркуляторная система – в) трубкообразные сердца, сердце перекачивает кровь по сосудам в с) ампулярные сердца (как добавочные в лакуны, где она смешивается с тканевой местах с высоким периферическим жидкостью, обратно – по сосудам к сердцу. сопротивлением) II тип: замкнутая циркуляторная система – с d) камерные: кругами кровообращения:  двухкамерное – рыбы, 1 круг – рыбы,  трёхкамерное – амфибии, 2 круга – остальные позвоночные.  четырёхкамерное – позвоночные, Возникает 2 вида внутренней среды: кровь высшие млекопитающие и лимфа, которые соприкасаются только через стенку капиллярного русла. Конечный приспособительный результат:

Полное разобщение артериальной и венозной крои при поступлении через сердце в сосудистую систему

Таким образом, конечным этапом эволюции системы кровообращения является наличие у человека четырехкамерного сердца и двух кругов кровообращения – малого (легочного) и большого (системного) II.

Структурно- функциональная характеристика сердечно-сосудистой

системы. Система кровообращения состоит из сердца и системы кровеносных сосудов. Все функции крови могут осуществляться лишь при ее непрерывном движении в сосудах, т.е. при наличии кровообращения. Поэтому, с одной стороны центральный орган кровообращения – сердце – определяет движение крови по сердечно-сосудистой системе, а сосудистое русло – большой и малый круги кровообращения – обеспечивают направление движения крови в организме. При этом в малом круге

кровообращения в капиллярах легких

происходит газообмен между кровью и воздухом альвеол, а в капиллярах большого круга – газообмен между кровью и тканевой жидкостью.

II. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ 22

Гуморальная

Центральный орган кровообращения – сердце. Сердце представляет собой полый мышечный орган, принимающий кровь из вливающихся в него венозных стволов и прогоняющих кровь в артериальную систему. Полость сердца подразделяется на 4 камеры: 2 предсердия и 2 желудочка. Левое предсердие и левый желудочек составляют вместе «левое», или артериальное, сердце, правое предсердие и правый желудочек – «правое», или венозное, сердце. В сердце различают: верхушку, основание, передневерхнюю и нижнюю поверхности и два края – правый и левый, разделяющие эти поверхности. Рабочий миокард состоит из кардиомиоцитов, по строению близких к поперечно-полосатым мышечным волокнам. Они соединены между собой через десмосомы, или нексусы, которые обладают очень низким омическим сопротивлением, следовательно, повышенной возбудимостью и проводимостью, поэтому рабочий миокард работает как функциональный синцитий!!!

33

КЛАПАННЫЙ

АППАРАТ

СЕРДЦА:

створчатые,

предсердно-

желудочковые и полулунные – аортальный и пульмональный. Функциональное значение: однонаправленный ток крови через сердце. Проводящая система сердца состоит из: 1) узлы – синоатриальный (SA) и атриовентрикулярный (AV) 2) пучки – Гиса, Бахмана, Тореля и Венкенбаха, 3) волокна Пуркинье. Они представляют собой атипические кардиомиоциты, которые утратили миофибриллы, и которым присуща спонтанная ритмическая активность.

III. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ.

1. Автоматия – это способность клеток рабочего миокарда и проводящей

системы сердца генерировать спонтанные процессы возбуждения. Автоматией обладают клетки специфической мускулатуры проводящей системы. Её клетки бедны миофибриллами и богаты саркоплазмой, напоминают по строению эмбриональную мышечную ткань. Кроме этого, автоматией обладают и клетки рабочего миокарда, но это свойство у них менее выражено. Теории, объясняющие данное явление в сердце, связывали автоматию со свойствами мышечной ткани сердца – миогенная теория. Подтверждением этой теории является

следующее:

а)

у

человеческого

эмбриона

на

18-20

неделе

внутриутробного развития отмечается автоматизм кардиомиоцитов; б) в опытах in vitro автоматизм рабочего миокарда в условиях полной денервации наблюдается в течение 1 суток; в) сердечные клетки эмбриона в культуре ткани. ИОННЫЙ МЕХАНИЗМ АВТОМАТИИ. ПД пейсмейкерных клеток (т.е. клеток водителей ритма) возникает как результат перезарядки их мембраны. Это обеспечивается селективной ионной проницаемостью для ионов Na+, а позже – для ионов Са2+. Как только уровень деполяризации достигнет 20 мВ (т.е. на 20 мВ уменьшается МПП), возникает распространяющийся ПД, фаза реполяризации связана с закрытием натриевых и кальциевых каналов. ПД, который возникает в пейсмейкерных клетках, вызывает деполяризацию соседних клеток рабочего миокарда, в результате чего возбуждение распространяется. Уменьшение 44

мембранного потенциала происходит в диастолу – медленная диастолическая деполяризация. Чем

быстрее

происходит

развитие

медленной

диастолической

деполяризации, тем чаще возникает возбуждение клетки – водителя ритма, и тем чаще будет происходить сокращение сердца. Впервые в сердце автоматически генерализованный ПД – процесс возбуждения – возникает в синоатриальном узле, описанном Кисом и Флеком. Это доказано в электрофизиологических исследованиях с применением микроэлектродов.

Другим

доказательством

является

опыт

Гаскелла

с

применением местного охлаждения или согревания синоатриального узла. Ограниченное охлаждение узла вызывает резкое замедление сердечной деятельности, которое не воспроизводится при подобном охлаждении других областей сердца. Противоположный эффект – учащение работы сердца – возникает в условиях местного ограниченного согревания. Третье доказательство – изменение работы сердца при локальном повреждении или отравлении данного узла. Классическим доказательством подобного явления в синоатриальном узле являются

лигатуры

Станниуса,

который

в

своих

опытах

на

сердце

холоднокровного животного (лягушки) не только доказал наличие в синусном узле (у теплокровных – синоатриальный узел) очага возбуждения, но и указал на наличие таких очагов в атриовентрикулярном узле, и даже в волокнах Пуркинье верхушки сердца. Лигатуры Станниуса: 1- отделяющая, 2 – раздражающая, 3 - отделяющая. Все эти эксперименты подтверждают наличие в синоатриальном узле водителя ритма 1-го порядка, а сам узел – центр автоматии первого порядка. От него возбуждение распространяется по специализированным мышечным волокнам: от синоатриального узла к атриовентрикулярному – по пучку, открытому в 1907 г. Кисом и Флеком, а по предсердиям – по пучку Бахмана (открыт автором в 1916 г.). Далее возбуждение распространяется через атриовентрикулярный узел по ножке Гиса и её разветвлениям – по желудочкам 55

сердца, а по волокнам Пуркинье – от верхушки сердца к их основанию. В результате возбуждение охватывает весь миокард. В здоровом сердце автоматия синоатриального узла подавляет возбуждение ниже расположенных участков проводящей системы сердца. Подобное явление описано как градиент автоматии В. Гаскелла, или закон градиента сердца: степень автоматии отделе проводящей системы тем выше, чем ближе он расположен к синоатриальному узлу. Так, автоматия синоатриального узла – 60-80 ПД/мин, атриовентрикулярного – 40-50ьПД/мин, пучка Гиса и волокон Пуркинье – 20 ПД/мин. В нормальных условиях наиболее выраженная автоматия SA-узла подавляет автоматию AV-узла и волокон Пуркинье. Если с помощью лигатуры разобщить функционально эти узлы, возникает атриовентрикулярный ритм сокращения желудочков, а предсердия сокращаются в прежнем частотном режиме. В нормальных физиологических условиях функционирует только один узел –

синоатриальный,

водители

ритма,

находящиеся

в

желудочках

(атриовентрикулярный – II порядка и волокна Пуркинье – III порядка) «безмолствуют», их автоматия подавлена. После выключения синоатриального узла в эксперименте восстановление автоматии AV-узла происходит через некоторое время – от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. В это время наблюдается асистолия, а пауза называется преавтоматическая пауза. Затем наблюдается ритм сокращения сердца, характерный для AV-узла – атриовентрикулярный ритм: предсердия и желудочки сокращаются практически одновременно, так как возбуждение из AV-узла к предсердиям и желудочкам распространяется почти одновременно, благодаря топографии AV-узла. Такое соподчиненное положение узлов – градиент автоматии, а также распространение возбуждения вдоль проводящей системы и невозможность его распространения

ретроградно

обеспечивает

координацию,

т.е.

последовательность вовлечения в сократительный процесс сначала предсердий, затем – желудочков, что наряду с клапанным аппаратом сердца обеспечивает постоянный однонаправленный ток крови через сосудистую систему организма.

66

2. Возбудимость

сердечной мышцы возникает при действии ряда

раздражителей – механических, термических, химических. Однако сила раздражителя должна быть равной пороговой или быть сверхпороговой. При этом происходит следующее: при постепенном увеличении силы раздражителя в ответ на пороговое значение его возникает максимальная ответная реакция – сокращение максимальной силы, которую возможно развить. На допороговые раздражители ократительного ответного эффекта не наблюдается, на пороговое – сразу максимальное укорочение, на сверхпороговое – ответная сократительная реакция остается постоянной, прежней, как на пороговое раздражение. Т.е мышца сердца отвечает на раздражители согласно закону «всё или ничего», открытому Боудичем на препарата сердечной мышцы в опыте in vitro. Этот закон был открыт Боудичем при изучении сократимости рабочего миокарда верхушки сердца, а затем был применен для описания свойства возбудимости скелетной мускулатуры. Это произошло в силу того, что Боудич изучал возбуждение в миокарде по конечному результату существования этого свойства, т.е. по сокращению миокарда. Нет возбуждения, нет и сокращения. Но выявленная закономерность объективно характеризовала как возбудимость, так и сократимость именно миокарда. В скелетной же мускулатуре этот закон характеризует лишь свойство возбудимости. Сила же сокращений скелетной мускулатуры (эффект ее укорочения) градуально зависит от увеличения силы раздражителя, и не подчиняется закону «всё или ничего». В миокарде же максимальное укорочение на предъявление порогового раздражителя возможно из-за наличия в его структуре нексусов, поэтому наблюдается одновременное вовлечение в возбуждение рабочего миокарда предсердий, а затем желудочков. С другой стороны, очевидно, кардиомиоциты обладают возбудимостью одинаковой, отсюда для их возбуждения необходима равная сила порогового раздражителя. Физиологический смысл – в ответ на нервный импульс возбуждение, а затем сокращение охватывает весь миокард отдела сердца и достигается выброс необходимого систолического объема крови в сосудистое русло или в следующий отдел.

77

ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУДИМОСТИ В МИОКАРДЕ СВЯЗАНЫ С ФОРМОЙ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ – платообразный, а также с его длительностью и соответствием фаз возбуждения фазам потенциала действия. В

миокарде

длительность

одиночного

цикла

возбуждения

равна

длительности одиночного цикла сокращения в одиночном мышечном волокне – 0,3 с. Из них 0,27 с приходится на фазу абсолютной рефрактерности. Отсюда: пока миокард отвечает сокращением на предшествующее раздражение не может вызвать новый процесс возбуждения, а следовательно, и дополнительное сокращение. Поэтому: A. В нормальных физиологических условиях отсутствуют экстрасистолы,

т.е. дополнительные систолы миокарда; B. Невозможно

необходимо

вызвать

тетаническое

явление

суммации,

сокращение, основанное

т.к. на

для

этого

определенной

длительности фаз возбудимости и соответствия этих фаз фазам одиночного мышечного сокращения – не может быть контрактуры сердца – остановки в систолею C. Нет кругового циклического движения процесса возбуждения по сердцу

как целому органу.

D. Поэтому осуществляется нагнетательная функция сердца на фоне

ритмических сокращений и расслаблений миокарда предсердий и желудочков. Такая

длительность

фазы

абсолютной

рефрактерности

является

результатом наличия в миокарде платообразного ПД. Ионный механизм его формирования состоит в следующем: при нанесении раздражения возникает быстрая деполяризация за счет работы селективных ионных натриевых каналов. При достижении пика деполяризации (ПД в сердце составляет −90мВ) ионная проницаемость для натрия резко снижается и возникает избирательная проницаемость для ионов кальция, в результате фаза реполяризации во времени растягивается, что приводит к развитию длительной фазы абсолютной рефрактерности.

88

В эксперименте возможно вызвать дополнительное сокращение миокарда (желудочков) – желудочковую экстраситолию, в том случае, если следующий раздражитель нанести в момент расслабления миокарда. Такая экстрасистола сопровождается

компенсаторной

паузой.

Ее

механизм

–

в

условиях

экстрасистолы период абсолютной невозбудимости сердечной мышцы совпадает во времени с моментом поступления к миокарду желудочков (желудочковая экстрасистолия) очередного нервного импульса через проводящую систему. Поэтому на этот импульс миокард желудочков не может ответить сокращением. Эта систола «выпадает» и заменяется компенсаторной паузой, в течение которой возбудимость восстанавливается.

3. Проводимость – время, в течение которого все сердце как мышечный орган

охватывается

процессом

возбуждения

–

15

мсек.

Возможность

распространения возбуждения определяется проводимостью миокарда и его проводящей системы. Этот показатель изменяется в зависимости от субстрата: SA-узел AV-узел Пучок Гиса и его ножки Волокна Пуркинье Миокард желудочков и предсердий Физиологическая функция

4,5 – 5 м/с 0,02 – 0,05 м/с – атриовентрикулярная задержка 1 – 1,5 м/с 3 м/с 0,9 – 1 м/с

1) атриовентрикулярной задержки: обеспечивает последовательность

сокращений предсердий и желудочков в сердечном цикле; 2) большой скорости проведения в волокнах Пуркинье – синхронное

вовлечение в возбуждение, а потом – в сокращение всего миокарда желудочков. СОКРАТИМОСТЬ изложена в лекции «Нагнетательная функция сердца. Сердечный цикл»

99