23 нагнетательная функция сердца

Методическая разработка лекции «НАГНЕТАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ СЕРДЦА. ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ СЕРДЕЧНОГО ЦИКЛА. ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ РАБОТУ СЕРДЦА»

Вопросы лекции: 1. Нагнетательная

функция сердца. Роль клапанного аппарата в ее

реализации.

2. Закон Франка-Старлинга (закон «сердца»). Причины наполнения сердца

кровью.

3. Фазовый анализ сердечного цикла.

4. Звуковые и механические явления, сопровождающие работу сердца (тоны

сердца, верхушечный толчок), их диагностическое значение.

I. Нагнетательная функция сердца. Роль клапанного аппарата в ее

реализации. Сердце нагнетает кровь в сосудистую систему благодаря синхронному сокращению миокарда предсердий и желудочков. Сокращение обоих предсердий, а затем обоих желудочков происходит одновременно вследствие: 1)

наличия общих слоев миокарда у обоих предсердий и обоих желудочков;

2)

одновременного возбуждения клеток миокарда обоих предсердий и обоих желудочков, что достигается работой проводящей системы сердца.

Работа сердца как целого органа начинается с сокращения миокарда предсердий (систола), расслабление которого (диастола) происходит на фоне систолы желудочков и последующей их диастолы. Совокупность систолы и диастолы предсердий, систолы и диастолы желудочков называется сердечным циклом. Именно сердечный цикл является той временной структурой, которая обеспечивает нагнетательную функцию сердца. Общая характеристика нагнетательной функции сердца. Сокращение предсердий начинается в области устья полых вен, вследствие чего устья сжимаются. Поэтому кровь может двигаться только в одном направлении – в желудочки через предсердно-желудочковые отверстия. В этих отверстиях расположены атриовентрикулярные клапаны: в левом желудочке находится двустворчатый (бикуспидальный) митральный клапан, в правом – трехстворчатый (трикуспидальный). В момент диастолы предсердий и последующей их систолы створки клапанов расходятся и пропускают кровь из предсердий в желудочки. При сокращении желудочков кровь устремляется в сторону предсердий и захлопывает створки атриовентрикулярных клапанов. Открыванию створок 2

клапанов в сторону предсердий препятствуют сухожильные нити, при помощи которых края створок прикрепляются к сосочковым мышцам, которые представляют собой пальцеобразные выросты внутреннего мышечного слоя стенки желудочков. Являясь частью миокарда желудочков, сосочковые мышцы сокращаются вместе с ними, натягивая сухожильные нити, которые удерживают створки клапанов. Повышение давления в желудочках не только закрывает створчатые клапаны, но и обеспечивает открытие полулунных клапанов, которые расположены в устьях аорты и легочного ствола. Каждый из них состоит из трех лепестков, прикрепленных наподобие накладных карманов к внутренней поверхности указанных артериальных сосудов. Во время систолы желудочков выбрасываемая ими кровь прижимает эти лепестки к краям аорты и легочной артерии, что обеспечивает изгнание крови только в артериальные сосуды: из правого желудочка – в легочную артерию, из левого – в аорту. Во время диастолы желудочков в результате наличия разности давлений в указанных артериях и полостях желудочков кровь устремляется обратно в полости последних, наполняет лепестки полулунных клапанов и захлопывает их. Эти клапаны могут выдержать большое давление и не пропускают кровь из аорты и легочной артерии в желудочки. Во время диастолы предсердий и желудочков кровь притекает из вен в предсердия и далее через атриовентрикулярные отверстия – в желудочки, происходит наполнение сердца кровью. Причины диастолического наполнения полостей сердца кровью. Первой причиной притока крови к сердцу является наличие остатка движущей силы, вызванной предыдущим сокращением сердца. Эта сила обуславливает

наличие

среднего

давления

в

венах

большого

круга

кровообращения около 7 мм рт. ст. В полостях сердца во время диастолы оно близко к нулю. Таким образом, градиент давления, обеспечивающий приток венозной крови к сердцу (венозный возврат), составляет всего 7 мм рт.ст. Это 3

давление настолько мало, что любое препятствие току венозной крови может полностью прекратить доступ крови к сердцу. Так как сердце не имеет депо крови, то в систолу оно выбрасывает в артерии лишь ту кровь, которая притекает к нему в диастолу из вен. Поэтому прекращение венозного кровотока немедленно приводит к прекращению выброса крови в артериальную систему, а следовательно к падению артериального давления до нуля. Вторая причина поступления крови в сердце – присасывание её грудной клеткой, особенно во время вдоха. Грудная клетка представляет собой герметически замкнутую полость, в которой вследствие эластической тяги лёгких существует отрицательное давление. В момент вдоха сокращение межрёберных и диафрагмальной мышц увеличивает объем этой полости: органы грудной полости, в частности полые вены, подвергаются растяжению, и давление в полых венах и предсердиях становится отрицательным. Это и обеспечивает присасывающий эффект. Третья причина притока крови к сердцу – это сокращение скелетных мышц и наблюдающееся при этом наружное сдавливание вен конечностей и туловища. В венах имеются клапаны, пропускающие кровь только в одном направлении

–

к

сердцу.

Периодическое

сдавливание

вен

вызывает

систематическую подкачку крови к сердцу. Это, так называемая, венозная помпа обеспечивает значительное увеличение венозного притока к сердцу, а следовательно, и увеличение сердечного выброса при физической нагрузке. Четвёртая

причина

обеспечивается

существованием

механизма,

непосредственно присасывающего кровь к сердцу. Он заключается в том, что во время систолы желудочков, когда уменьшается их продольный размер, предсердно-желудочковая перегородка оттягивается книзу. Это вызывает увеличение объема предсердий и, как результат, увеличение притока крови к ним из полых вен. Во время диастолы в желудочки притекает 70 % крови, при систоле предсердий подкачивается ещё около 30 %.

4

II.

Закон Франка-Старлинга (закон «сердца).

Наполнение полостей сердца кровью в диастолу вызывает растяжение их стенок и влияет на силу сердечных сокращений в систолу. Эту закономерность в опытах in vivo с сердечно-легочным препаратом установил Старлинг, а затем И.П. Павлов. Выявленная закономерность получила название закона ФранкаСтарлинга, или закона «сердца». Согласно этому закону, при повышении кровенаполнения сердца в диастолу, а следовательно, при увеличении растяжении мышцы сердца сила сердечных сокращений возрастает. Здесь проявляется, так называемый, гетерометрический механизм саморегуляции работы сердца: сила сердечных сокращений в этом случае определяется изменением исходной длины мышечных волокон миокарда, возникающем при изменении величины притока венозной крови к сердцу. В условиях целостного организма действие закона Франка-Старлинга ограничено влиянием других механизмов регуляции.

5

III.

Фазовый анализ сердечного цикла.

Сокращение и расслабление миокарда предсердий и желудочков сопровождается изменением давления в их полостях и артериальных сосудах, обеспечивающим открытие и захлопывание сердечных клапанов, что в свою очередь регулирует движение крови через сердце, его насосную функцию. Общая длительность сердечного цикла – систолы, диастолы и общей сердечной паузы – при частоте сердечных сокращений 75 ударов в минуту равна 0,8 секунды.

60c = 0,8c 75

При изменении частоты сердечных сокращений в структуре сердечного цикла может изменяться лишь длительность диастолы и общей сердечной паузы. Продолжительность же систолы как предсердий, так и желудочков, остаётся постоянной. Сердечный цикл начинается с систолы предсердий. Её длительность составляет 0,1 с. За это время давление в полости предсердий увеличивается от 0

(в

диастолу)

до

5-8

мм

рт.ст.

(в

систолу)

и

через

открытые

атриовентрикулярные клапаны происходит дополнительное наполнение кровью полостей желудочков (около 30 % их объёма, 70 % объёма желудочков было заполнено кровью в предшествующую диастолу предсердий). Таким образом, значение нагнетательной функции предсердий для кровообращения сравнительно невелико. Предсердия являются резервуаром для притекающей крови, легко изменяющим свою вместимость благодаря небольшой толщине стенок. Объем этого резервуара может возрастать за счет дополнительных емкостей – ушек предсердий, напоминающих карманы, способные при растягивании вместить значительный объемы крови. После окончания систолы предсердий одновременно начинается систола желудочков и диастола предсердий, которая длится 0,7 с. Расслабление миокарда предсердий в диастолу приводит к снижению давления в их полостях до 0. Это обеспечивает диастолическое наполнение предсердий кровью.

6

Систола желудочков длится 0,33 с. Она состоит из периодов и фаз. Сложная структура систолы желудочков обусловлена строением их проводящей системы и большей, чем в предсердиях толщиной миокарда. Период напряжения 0,08 с Систола желудочков Период изгнания крови

0,33 с

0,25 с

Фаза асинхронного сокращения – 0,05 с Фаза изометрического сокращения – 0,03 с Фаза быстрого изгнания крови – 0,12 с Фаза медленного изгнания крови – 0,13 с

Систола желудочков начинается периодом напряжения, длительностью 0,08 с, состоящим из двух фаз. Фаза асинхронного сокращения волокон миокарда желудочков длится 0,05 с. В течение этой фазы процесс возбуждения и следующий за ним процесс сокращения распространяются по миокарду желудочков. Давление в полости желудочков ещё близко к нулю. Однако к концу фазы сокращение охватывает все волокна миокарда, поэтому давление в желудочках начинает быстро нарастать до 70-80 мм рт. ст. в левом желудочке и до 15-20 мм рт. ст. – в правом. Это

обеспечивает

захлопывание

атриовентрикулярных

клапанов,

что

формирует звуковую волну – I систолический тон сердца. С

захлопывания

следующая

фаза

предсердно-желудочковых

периода

напряжения

систолы

клапанов желудочков

начинается –

фаза

изометрического сокращения (0,03 с). Эта фаза называется также первой фазой закрытых клапанов, так как сокращение волокон миокарда происходит на фоне закрытых как атриовентрикулярных, так и полулунных клапанов («вход» и «выход» из желудочков). При этом объем крови желудочков остается постоянным, длина волокон миокарда не изменяется, увеличивается только их напряжение. Это приводит к стремительному увеличению давления в желудочках. Левый желудочек быстро приобретает округлую форму и с силой ударяется о внутреннюю поверхность грудной стенки. Возникает её колебание

7

в пятом межреберье слева на 1 см кнутри от среднеключичной линии – сердечный толчок. К концу этого периода напряжения быстро нарастающее давление в левом и правом желудочках становится выше давлении в аорте и легочной артерии. Кровь прижимает лепестки полулунных клапанов к внутренним стенкам этих сосудов и с силой выбрасывается в аорту и легочную артерию. С открытия полулунных клапанов начинается второй период систолы желудочков – период изгнания крови (0,25 с), который состоит из фазы быстрого (0,12 с) и фазы медленного изгнания (0,13 с) крови из желудочков. Давление в желудочках при этом нарастает: в левом – до 120-130 мм рт. ст., а в правом – до 25 мм рт. ст. В конце фазы медленного изгнания миокард желудочков начинает расслабляться, наступает его диастола. Диастола желудочков при частоте сердечных сокращений 75 уд/мин длится 0,47 с. при увеличении частоты сокращений сердца продолжительность сердечного цикла уменьшается за счет укорочения диастолы, а также общей сердечной паузы. Диастола желудочков начинается с протодиастолического периода – 0,04 с. В течение этого времени начинающееся расслабление миокарда вызывает падение давления в его полостях, кровь из аорты и легочной артерии устремляется обратно в полости желудочков и захлопывает полулунные клапаны. При этом возникает звуковая волна – II диастолический тон. Таким образом, протодиастолический период – это время от начала расслабления желудочков до захлопывания полулунных клапанов. После захлопывания полулунных клапанов давление в желудочках падает до 0. в это время атриовентрикулярные клапаны ещё закрыты, а полулунные – уже закрыты. В результате возникает второй период закрытых клапанов – период изометрического расслабления (0,08 с), названный так потому, что в условиях двух закрытых клапанов объем крови в желудочках остается постоянным, а, следовательно, и длина волокон миокарда не изменяется, но 8

уменьшается их напряжение. Именно это вызывает такое стремительное падение давления в полостях желудочков, что создает условия для открытия атриовентрикулярных клапанов и заполнение желудочков кровью. В результате возникает следующий период диастолы –

период

наполнения желудочков кровью (0,25 с), состоящий из фазы быстрого с(0,09 с) и фазы медленного (0,16 с) наполнения желудочков кровью. Колебания стенок желудочков вследствие быстрого притока крови к ним вызывает появление звуковой волны – III тона сердца. К концу фазы медленного наполнения происходит систола предсердий, что обуславливает последний

период

диастолы

желудочков

–

период

дополнительного

наполнения желудочков кровью, обусловленный систолой предсердий, или пресистолу (0,1 с). Колебания стенок сердца, вызванные сокращением предсердий и дополнительным поступлением крови в желудочки, вызывают звуковую волну – IV тон сердца. В структуре сердечного цикла выделяют период, в течение которого миокард предсердий и желудочков одновременно находится в расслабленном состоянии. Этот период называется общей сердечной паузой, которая длится 0, 37 с, т. е. почти 50 % сердечного цикла. Это время «отдыха» рабочего миокарда, в течение которого в нем полностью восстанавливаются запасы кислорода, энергии, питательных веществ и удаляются продукты метаболизма (СО 2, молочная кислота и т.д.). Существование общей сердечной паузы предохраняет сердце как мышечный орган от развития в нем процесса утомления.

Механические и звуковые явления, сопровождающие работу сердца.

9

Сердечные сокращения сопровождаются рядом механических и звуковых проявлений, регистрируя которые можно получить представление о динамике сокращений и состоянии клапанного аппарата сердца. Звуковые явления, сопровождающие работу сердца, – тоны сердца – можно выслушивать (аускультация тонов сердца) или регистрировать в условиях метода графической их регистрации – фонокардиографии. Аускультация – выслушивание тонов сердца на поверхности грудной клетки. Различают четыре тона различной высоты (15-400 Гц) и громкости: I, II, III, IV. Выслушивают обычно 2 тона: I и ІІ. Тоны ІІІ и IV более тихие, чем I и ІІ, потому при обычной аускультации не слышны, но обычно регистрируются на фонокардиограмме.

I тон – глухой, низкий, протяжный – систолический, продолжается около 0,12 с и состоит из 3-х компонентов: низкочастотный компонент создается сокращением миокарда желудочков; высокочастотный возникает в результате «захлопывания» атриовентрикулярных клапанов и вибрации при этом соединительнотканных нитей, удерживающих створки клапанов и предотвращая их выворачивание в сторону предсердий и открытие этих клапанов; конечная звуковая часть первого тона обусловлена открытием полулунных клапанов аорты и легочной артерии, вибрацией этих сосудов и крови в них. I тон, отражающий работу митрального клапана, выслушивается в пятом межреберье слева от среднеключичной линии. I тон, отражающий работу трехстворчатого клапана, выслушивается в пятом межреберье слева у края грудины.

II тон – высокий, звонкий, короткий – диастолический, возникает в протодиастолическом

периоде

диастолы

желудочков

в

результате

закрытия полулунных клапанов аорты и легочной артерии, вибрации их стенок и крови. II тон, отражающий работу аортального клапана, выслушивается во II межреберье справа у края грудины. II тон,

10

отражающий работу пульмонального клапана, выслушивается во II межреберье слева у края грудины. Фонокардиография – метод регистрации тонов сердца с поверхности грудной клетки. Метод позволяет преобразовывать звуковые колебания в электрические и регистрировать их на ленте фонокардиографа. Обычно фонокардиограмму (ФКГ) регистрируют параллельно с ЭКГ. Тогда I тон (центральная его часть) совпадает по времени с S-зубцом ЭКГ, он содержит 4-8 осцилляций (волн).

II тон совпадает с окончанием зубца Т, он имеет 2-3 осцилляции.

III

тон

регистрируется

в

виде

слабых

низкоамплитудных

и

низкочастотных осцилляций, следующих через 0,1 сек после II тона.

IV тон регистрируется сразу после зубца Р. Фонокардиография позволяет уточнить диагноз в случае поражения клапанов сердца, определить продолжительность фаз сердечной деятельности. Механические явления, сопровождающие работу сердца, представлены верхушечным (сердечным) толчком: в период диастолы сердце напоминает эллипсоид, ось которого направлена сверху вниз и справа налево. При сокращении желудочков сердце по форме приближается к шару, при этом продольный диаметр уменьшается, а поперечный возрастает. Уплотненные желудочки касаются внутренней поверхности грудной стенки: верхушка сердца, опущенная к диафрагме во время диастолы, приподнимается в момент систолы и прижимается к передней грудной стенке, вызывая ее колебания – верхушечный или сердечный толчок. Его можно зарегистрировать в виде апекскардиограммы в пятом межреберье слева на 1 см кнутри от среднеключичной линии. Большого диагностического значения апекс-кардиография не имеет, но ее значение возрастает, если она осуществляется вместе с динамо- и баллистокардиографией (подробное описание методики дано в учебнике «Физиология человека» под ред. Г.И. Косицкого, М., Медицина, 1985 г., стр.

256).

11