Глава 1. Анатомия и физиология сердца
Сердце представляет собой полый мышечный орган, расположенный в левой половине грудной клетки. По форме оно напоминает несколько сплюснутый конус с округленной вершиной. Передняя поверхность сердца обращена к грудине, нижняя поверхность лежит на диафрагме. Основание сердца обращено к позвоночнику. Слева и справа от него находятся легкие. От сердца отходит разветвленная сеть кровеносных сосудов. Сердце может свободно двигаться в сердечной сумке, за исключением основания, где оно соединено с большим сосудами.
Масса сердца зависит от возраста человека и его пола. Так, масса сердца новорожденного составляет в среднем 23–37 г, к восьмому месяцу жизни масса сердца увеличивается вдвое, а ко второму-третьему году утраивается. Масса сердца взрослого мужчины составляет в среднем 300 г, женщины — 220 г. Длина его — 12–15 см, поперечник — 9—11 см, передне-задний размер — 5–8 см.
Форма и положение сердца определяются возрастом человека, полом, телосложением, здоровьем, другими факторами.
В зависимости от размеров различают четыре основные формы сердца:
? короткое широкое сердце, когда длина меньше поперечника;
? длинное узкое сердце — длина несколько больше поперечника;
? капельное сердце — длина намного больше поперечника;
? нормальный тип — длина сердца почти равна поперечнику.
Вертикальное положение чаще встречается у людей с узкой и длинной грудной клеткой, горизонтальное — у лиц с широкой и короткой грудной клеткой.
Сердце разделено перегородками на 4 камеры: два предсердия и два желудочка (рис. 1). Левое предсердие и левый желудочек составляют вместе левое, или артериальное, сердце (в нем находится артериальная кровь). Правое предсердие и правый желудочек составляют правое, или венозное, сердце. В норме обе половины работают изолированно друг от друга и кровь между ними не смешивается.
Рис. 1. Строение сердца:
1 — левое предсердие; 2 — левый желудочек; 3 — правый желудочек; 4 — правое предсердие; 5 — аорта; 6 — легочная артерия; 7 — легочные вены; 8 — верхняя и нижняя полые вены; 9 — митральный клапан; 10 — аортальный клапан; 11 — трехстворчатый клапан; 12 — клапан легочной артерии
Однако при пороках сердца, например при наличии дефектов межпредсердной (или межжелудочковой) перегородки, происходит смешение артериальной и венозной крови. Понятно, почему кровообращение при этом нарушается.
Ток крови осуществляется в строго определенном направлении благодаря системе клапанов (рис. 2). Клапаны открываются только в одну сторону, не позволяя крови течь обратно.
Рис. 2. Вид клапанов сверху:
1 — клапан легочной артерии; 2 — аортальный клапан; 3 — трехстворчатый клапан; 4 — митральный клапан
Клапан между левым предсердием и левым желудочком называют митральным, или двухстворчатым (по количеству створок). Клапан между правым предсердием и правым желудочком называют трехстворчатым. Из левого желудочка кровь поступает в аорту, поэтому клапан и отверстие называют аортальными. Из правого желудочка кровь поступает в легочную артерию, клапан и отверстие называют пульмональными.
Очень редко сердце располагается справа. Такая особенность называется декстрокардия (буквально: «правосердечие»). Часто она сочетается с зеркальным расположением всех внутренних органов.
Система кровообращения (рис. 3) состоит из двух основных частей: сердца и сосудов. Главная задача системы кровообращения — обеспечение кровью тканей и органов организма. Именно с кровью в ткани поступают кислород, питательные вещества и необходимые биологические соединения.
Рис. 3. Система кровообращения:
1 — сосуды в верхней части тела; 2 — сонная артерия; 3 — легочная артерия; 4 — аорта; 5 — легочная вена; 6 — сосуды в левом легком; 7 — левое предсердие; 8 — левый желудочек; 9 — сосуды в пищеварительной системе; 10 — сосуды в нижней части тела; 11 — сосуды в печени; 12 — правый желудочек; 13 — правое предсердие; 14 — сосуды в правом легком; 15 — верхняя полая вена
Двигателем кровообращения является сердце. Строение его соответствует характеру работы — правильнее всего сравнить сердце с мышечным насосом. Силой сокращения своих стенок сердце гонит кровь в самые отдаленные участки тела.
У предсердий и желудочков разные функции. Предсердия собирают (аккумулируют) кровь, притекающую по венам, и перекачивают ее в желудочки. Желудочки сильными сокращениями выбрасывают эту кровь в систему артериальных сосудов. Правый желудочек отправляет кровь в систему сосудов, расположенных в легких (так называемый малый, или легочный, круг кровообращения), где она отдает углекислый газ, обогащается кислородом и возвращается обратно к сердцу. Левый желудочек отправляет кровь в систему большого круга кровообращения, снабжая кровью все остальные органы и ткани. Там кровь отдает кислород и забирает углекислый газ и другие отработанные продукты обмена веществ.
Самую большую работу приходится выполнять левому желудочку. С огромной силой он выталкивает кровь в аорту. Аорта далее делится на несколько крупных, затем средних и более мелких артерий. Сосудистая магистраль постоянно ветвится, сужается и переходит в капилляры. Именно здесь происходит обмен: эритроциты крови отдают кислород и забирают углекислый газ из клеток, примыкающих к сосуду. Обратный путь крови проходит сначала по венулам, затем по мелким и крупным венам. Через нижнюю и верхнюю полые вены кровь снова попадает в сердце, но уже в правое предсердие. Это и есть большой круг кровообращения.
Из правого желудочка кровь поступает в легочную артерию и далее по все более суживающимся сосудам, пока не достигнет легочных альвеол. Здесь происходит обратный обмен. Эритроциты крови отдают углекислый газ и насыщаются кислородом. Насыщенная кислородом кровь поступает по системе легочных вен в левое предсердие, а затем в левый желудочек. Это малый крут кровообращения.
Общая длина сосудов в теле человека составляет 100000 км. Физиологическое назначение артериальных сосудов состоит в том, чтобы обеспечивать ток крови по организму, поддерживать соответствующее давление, распределять кровь по органам и тканям. В капиллярах осуществляется важнейшая часть функции кровеносной системы — доставка к тканям кислорода и необходимых питательных веществ, с одной стороны, и «отгрузка» углекислого газа и ненужных тканям отработанных веществ — с другой, что объясняет резкое замедление тока крови в капиллярах, тонкость их мембран и большую площадь поверхности капиллярной сети. Если вытянуть капилляры человека в одну линию, можно обмотать ими нашу планету 2,5 раза!
Функция вен состоит в отводе крови от капилляров и подаче ее к сердцу. Кроме циркулирующей крови, различают резервную, которая хранится в специальных депо, например в селезенке. Резервная кровь составляет примерно Уз от всего количества крови, то есть если всего в организме 5–6 л крови, то в депо находится почти 2 л крови. Этот запас при необходимости выбрасывается в общий кровоток — например, при физической нагрузке.
В спокойном состоянии сердце бьется с частотой 60–80 ударов в минуту. За одно сокращение выбрасывается 60–75 мл крови. В минуту сердце перекачивает 4–6 л крови, за сутки — почти 10 т. В течение 70 лет сердце обычного человека выполняет более 2,5 миллиарда ударов и перекачивает 155 миллионов литров крови. Жизнь заканчивается, как только сердце перестает биться в груди. Вот почему его считают главным органом организма!
У сердца трехслойные стенки. Внутренний слой выстилает все полости сердца и называется эндокардом. Второй слой, который, собственно, и выполняет всю работу, самый толстый — миокард. Сердечная мышца, или миокард, состоит из клеток двух типов: проводниковой системы и сократительного миокарда. Мышечный слой желудочков мощный, толстый, особенно в левом желудочке. Именно левый желудочек с огромной силой выбрасывает кровь в аорту, поэтому имеет очень мощную мускулатуру. Стенка левого желудочка приблизительно в 3 раза толще стенки правого желудочка. Толщина его мышцы составляет 1,0–1,5 см. Мышцы правого желудочка более слабые, толщина его стенки — 0,5–0,8 см. Третий слой прикрывает миокард снаружи и называется эпикардом. Кроме того, сердце помещено в специальный мешок — сердечную сумку, или перикард. Между перикардом и собственно сердцем находится 30–40 мл жидкости, которая выполняет функцию смазки. Сердечная сумка обеспечивает сердцу постоянное положение в грудной клетке и предохраняет от чрезмерного растяжения.
Каждый сердечный цикл подразделяется на систолу и диастолу. Во время систолы происходит сокращение отделов сердца, во время диастолы — расслабление. Сокращение предсердий и желудочков наступает поочередно. Во время сокращения предсердий желудочки расслаблены. По окончании систолы предсердий наступает их диастола, а также систола желудочков. Каждая систола желудочков подразделяется на несколько фаз., Во время фазы напряжения давление в полостях сердца повышается, оно достигает в правом желудочке 25 мм рт. ст., а в левом — 120–130 мм рт. ст. Клапаны, отделяющие предсердия и желудочки, захлопываются, клапаны аорты и легочной артерии открываются. Кровь с силой выталкивается в артерии — это фаза изгнания. В норме при ритме сокращений сердца 70–75 в минуту с каждой систолой выбрасывается 65–70 мл крови. После сокращения наступает расслабление, или диастола. Диастола, в свою очередь, подразделяется на период расслабления, во время которого сократительный процесс прекращается, давление в желудочках падает, клапаны аорты и легочной артерии закрываются, а предсердно-желудочковые раскрываются, и период наполнения, во время которого желудочки наполняются кровью из предсердий. Физиологическое значение периода расслабления состоит в том, что за это время в миокарде происходят обменные процессы между клетками и кровью, то есть происходит восстановление работоспособности сердечной мышцы. Восстановительные процессы в сердце происходят именно во время диастолы.
Наше сердце — гениальное творение природы. В течение своего цикла оно успевает и поработать, и отдохнуть. 40 % времени сердечная мышца желудочков находится в активном состоянии и 60 % — отдыхает. Днем, когда человек бодрствует, частота сердечных
сокращений выше. Ночью сердце замедляет свой ритм. «Рабочий день» у сердца примерно такой же, как у нас. В течение суток оно находится в состоянии сокращения приблизительно 8 часов, а остальные 16 часов имеет возможность восстанавливать свои силы. Так происходит беспрерывно, пока бьется сердце.
Сердце имеет двойное управление. Деятельность сердца регулируется импульсами, идущими из коры головного мозга и подкорковых образований. Однако сердечная мышца обладает автоматизмом, то есть способна сокращаться и без воздействий центральной нервной системы.
Внутри полостей самого сердца и в стенках крупных сосудов расположены нервные рецепторы — своеобразные датчики, воспринимающие колебания давления в сердце и сосудах. Эти импульсы поступают в центральную нервную систему и вызывают влияющие на работу сердца рефлексы в виде замедления или ускорения сердцебиения. Именно центральная нервная система контролирует работу сердца, так как потребности в кислороде и питательных веществах постоянно меняются. Центральная нервная система усиливает работу сердца во время физических и эмоциональных нагрузок и обеспечивает более экономную работу в покое и во время сна. От нервных центров, расположенных в продолговатом и спинном мозге, по нервным волокнам обратные импульсы передаются к сердцу.
Существует два вида влияния нервов на сердце: одно — тормозящее, т. е. снижающее частоту сокращений сердца, другое — ускоряющее. Импульсы, ослабляющие работу сердца, передаются по парасимпатическим нервам, а усиливающие его работу — по симпатическим. Волокна парасимпатической нервной системы достигают сердца в составе блуждающего нерва и заканчиваются в синусовом и предсердно-желудочковом уздах. Стимуляция этой системы приводит к урежению сердцебиения, замедлению проведения нервного импульса, а также сужению коронарных сосудов. Волокна симпатической нервной системы заканчиваются не только в обоих узлах, но и в мышечной ткани желудочков. Раздражение этой системы вызывает противоположный эффект: возрастает частота и сила сокращений сердечной мышцы, расширяются венечные сосуды. Интенсивная стимуляция симпатических нервов может в 2–3 раза увеличить частоту сердцебиения и объем крови, выбрасываемой за единицу времени. Тяжелая физическая и умственная работа, сильные эмоции, например возбуждение или страх, ускоряют поступление в сердце импульсов, идущих из центра по симпатическим нервам. Болевое раздражение также изменяет ритм сердца. Активность двух систем нервных волокон, регулирующих работу сердца, контролируется и координируется сосудодвигательным (вазомоторным) центром, расположенным в продолговатом мозгу.
Вазомоторный центр не только регулирует работу сердца, но и координирует эту регуляцию с воздействием на мелкие периферические кровеносные сосуды. Иными словами, воздействие на сердце осуществляется одновременно с регуляцией артериального давления и других функций.
Еще одна интересная деталь, характерная только для сердца и подтверждающая его уникальность: оно способно вырабатывать импульс и проводить его по всей сердечной мышце, потом сокращаться в ответ на этот самостоятельно выработанный электрический сигнал. Нервная система, осуществляя связь сердца с внешним миром, лишь подсказывает, когда нужно замедлить или участить ритм.
В нормальном сердце импульс возбуждения вырабатывается в синусовом узле, расположенном в верхней части правого предсердия и представляющем собой пучок особой сердечно-мышечной ткани. Через равные промежутки времени, с частотой 60–80 раз в минуту в нем возникают электрические потенциалы. По специфическим путям, как по электрическим проводам, эти импульсы проводятся в близлежащие участки предсердий и в атриовентрикулярный (или предсердно-желудочковый) узел (рис. 4).
Рис. 4. Проводящая система сердца:
1 — синусовый узел: 2 — предсердно-желудочковый пучок; 3 — предсердно-желудочковый (атриовентрикулярный) узел; 4 — левая ножка пучка Гиса; 5 — правая ножка пучка Гиса
Атриовентрикулярный узел не просто передает электрический импульс дальше, в миокард желудочков, но способен сам вырабатывать электрический импульс на случай, если что-то случится с синусовым узлом. Поскольку он находится в резерве, «силенок» у него маловато, импульсы могут вырабатываться с частотой 40–60 в минуту. Далее проводящая система переходит в пучок Гиса. «Электропроводка» делится на правую ножку, доставляющую импульс в правый желудочек, и левую ножку, доставляющую импульс в левый желудочек. Так как левый желудочек массивнее, левая ножка делится на 2 ветви: переднюю и заднюю. Проводящая система заканчивается волокнами Пуркинье, непосредственно связанными с мышечными клетками, участвующими в сокращении сердца. Клетки Пуркинье представляют собой видоизмененные клетки миокарда, способные также вырабатывать электрические импульсы, но уже в самом крайнем случае, когда синусовый и атриовентрикулярный узлы повреждены. Частота этих импульсов составляет от 20 до 40 в минуту.
Как видим, благодаря особенностям строения сердце обладает следующими свойствами:
? автоматизм — способность вырабатывать электрические импульсы;
? проводимость — способность проводить эти импульсы к клеткам сократительного миокарда;
? возбудимость — способность клеток сердечной мышцы реагировать на импульс;
? сократимость — способность сокращаться в ответ на электрический импульс;
? рефрактерность — способность во время сокращения желудочков не реагировать на раздражение, как бы игнорируя другие сигналы.
Кровоснабжение сердца. Потребность сердца в кислороде и питательных веществах обеспечивается венечными, или коронарными, артериями — специальной системой сосудов, по которым сердечная мышца получает непосредственно из аорты примерно 5–7 % от всей прокачиваемой ею крови (рис. 5).
Рис. 5. Кровоснабжение сердца:
1 — аорта; 2 — правая коронарная артерия; 3 — левая главная коронарная артерия; 4 — левая передняя нисходящая ветвь; 5 — огибающая ветвь; 6 — правая краевая ветвь
В начальной части аорты от нее отходят две веточки — правая и левая коронарные артерии диаметром примерно 0,3 см каждая. От крупных коронарных сосудов отходят более тонкие веточки, которые проникают в толщу сердечной мышцы, снабжая ее питательными веществами и кислородом. Левая коронарная артерия почти сразу же делится на две ветви: более тонкая передняя нисходящая ветвь проходит по передней поверхности сердца вниз к его верхушке, где соединяется с правой венечной артерией; вторая ветвь, более крупная, огибает сердце с левой стороны и также соединяется с правой венечной артерией. Места тесного контакта артериальных сосудов, непосредственного перехода одного сосудистого русла в другое называются анастомозами. Получается, что основные стволы коронарных артерий идут вокруг сердца в виде кольца, от которого перпендикулярно отходят несколько крупных и значительное количество мелких ветвей к сердцу, образуя своеобразную корону, которой сосуды сердца и обязаны своим необычным названием.
Различают несколько типов кровоснабжения сердца, зависящих от индивидуального строения сосудов:
? симметричный тип (20 %). Правая и левая коронарные артерии одинаково участвуют в кровоснабжении передней и задней стенок желудочков сердца;
? правый тип (70 %). Правая коронарная артерия снабжает кровью не только правые и нижние отделы сердца, но и заднюю поверхность левого желудочка и межжелудочковую перегородку;
? левый тип (10 %). Левая коронарная артерия снабжает кровью левое предсердие, левый желудочек и переднюю стенку правого желудочка.
Интересно отметить, что коронарные артерии — единственная группа сосудов, в которую основное количество крови поступает во время диастолы, а не систолы. Во время систолы вход в венечные артерии прикрывается полулунными клапанами аорты, а сами артерии сжимаются сокращенной мышцей сердца. Вследствие этого кровоснабжение сердца уменьшается. Кровь в венечные артерии поступает во время диастолы, когда входные отверстия коронарных артерий не закрываются клапанами аорты.
Венозная кровь в сердце собирается в крупные вены, располагающиеся обычно вблизи коронарных артерий. Часть их сливается, образуя крупный венозный канал — коронарный синус, который проходит по задней поверхности сердца в желобке между предсердиями и желудочками и открывается в правое предсердие.
В спокойном состоянии из общего минутного объема крови, который составляет 4–6 л, в коронарные артерии поступает около 200–240 мл. При усилении работы сердца и увеличении частоты сердечных сокращений кровоток по коронарным артериям увеличивается. Здоровое тренированное сердце прекрасно справляется с нагрузками. Так, у спортсменов при нагрузках сердце в минуту пропускает 10–15 л крови, а в коронарные артерии поступает 800 мл крови.
