Функция сердечно-сосудистой системы
Миокард – это поперечнополосатая мышечная ткань. Как всем мышечным тканям, миокарду присущи три важных свойства: раздражимость, возбудимость и сократимость. В основе всех физиологических реакций лежит раздражимость – способность живой клетки реагировать на раздражитель. Раздражитель – это любой фактор внешней или внутренней среды, который действуя на живую структуру (клетку, ткань, орган, организм) способен вызывать ее активную реакцию. Возбудимость – способность активно реагировать на раздражение путем генерации электрического импульса, который передается на различные расстояния. Сократимость – способность сокращаться (уменьшать длину волокон) и совершать работу при сокращении.
С детства большинство мужчин помнят простой эксперимент – изолированное (вынутое из тела) сердце лягушки способно длительно сокращаться без нервного импульса при наличии кислорода и питательных веществ. Почему? Сердце обладает еще одним важным свойством – автоматизмом (от греч. automatos – самодействующий, самопроизвольный). Это связано с автономной проводящей системой сердца, один из элементов которой генерирует нервный импульс.
Проводящая предсердно-желудочковая система сердца состоит из синусно-предсердного узла (Киса – Флака), который является водителем ритма (пейсмекером), предсердно-желудочкового узла (Ашоффа – Тавара), предсердно-желудочкового пучка (пучка Гиса), его ножек и разветвлений (волокна Пуркинье). Проводящая система образована сердечными проводящими волокнами, богато иннервируемыми нервами вегетативной нервной системы. Предсердия связаны между собой синусно-предсердным узлом, а предсердия и желудочки – предсердно-желудочковым пучком (рис. 20 на цв. вклейке). Синусно-предсердный узел генерирует 60–70 импульсов в минуту, которые вызывают сокращения предсердий, импульсы передаются на предсердно-желудочковый узел, с него на предсердно-желудочковый пучок, далее – на его ножки, разветвления и миокард желудочков. Миокард сокращается ритмически.
Частота, скорость проведения импульса и сила сокращений регулируются вегетативной нервной системой (см. разд. «Вегетативная нервная система» далее в этой главе). Симпатические нервы оказывают положительное влияние (учащение сердечных сокращений и увеличение их силы), парасимпатические – отрицательное (урежение сердечных сокращений и уменьшение их силы). Кора головного мозга регулирует деятельность сердечных центров через гипоталамус.
Сокращение сердечной мышцы обеспечивает нагнетательную функцию сердца. Движение крови по сосудам происходит главным образом благодаря нагнетательной функции сердца и сокращению скелетных мышц. Сердце – это насос, нагнетающий кровь в сосуды.
Как показали современные исследования, каждое поперечнополосатое мышечное волокно является своеобразным «периферическим сердцем», сокращение которого способствует продвижению крови по микроциркуляторному руслу. Мышцы, сокращаясь, способствуют движению крови по венам нижней половины тела против силы тяжести. Поэтому физическая активность облегчает работу сердца, а гиподинамия требует усиленной работы сердца, что является одним из важных факторов нарушения его функции.
В работе сердца чередуются сокращение (систола) и расслабление (диастола). Во время общего расслабления сердца (диастола) кровь из полых и легочных вен поступает соответственно в правое и левое предсердия. После этого наступает сокращение (систола) предсердий. Процесс сокращения начинается у места впадения верхней полой вены в правое предсердие и распространяется по обоим предсердиям, в результате чего кровь из предсердий через предсердно-желудочковые отверстия нагнетается в желудочки. Затем в стенках сердца начинается волна сокращений желудочков, которая распространяется на оба желудочка, и кровь нагнетается в отверстия легочного ствола и аорты, в это время предсердно-желудочковые клапаны закрываются. После этого наступает пауза. Систола предсердий длится 0,1 с, систола желудочков – 0,3 с, общая пауза – 0,4 с. Эти три фазы составляют сердечный цикл – совокупность процессов, происходящих в сердце в течение одного полного цикла сокращения и расслабления. Итак, во время одного сердечного цикла предсердия сокращаются 0,1 с и отдыхают 0,7 с; желудочки соответственно 0,3 и 0,5 с. В течение суток сердце сокращается 8 ч и 16 ч отдыхает.
В связи с изменением давления в полостях сердца клапаны сердца, легочной артерии и аорты открываются или закрываются. В начале систолы желудочков предсердно-желудочковые клапаны закрываются, а полулунные клапаны аорты и легочной артерии открываются. В период диастолы желудочков происходит систола предсердий, предсердно-желудочковые клапаны открываются, желудочки заполняются кровью. Возвращению крови из аорты и легочного ствола препятствуют полулунные клапаны.
Частота сердечных сокращений в минуту составляет в возрасте 1 года около 125 уд/мин, в 2 года – 105, в 3 года – 100, в 4 – 97, в возрасте от 5 до 10–90, с 10 до 15–75—78, с 15 до 50–70, с 50 до 60–74, с 60 до 80–80 уд/мин. Несколько любопытных цифр: в течение суток сердце бьется около 108 000 раз, в течение жизни – 2,8–3,1 млрд раз; через сердце проходит 225–250 млн л крови.
Сердце приспосабливается к постоянно изменяющимся условиям жизни человека. В покое желудочки взрослого человека выталкивают в сосудистую систему около 5 л крови в минуту. Этот показатель – минутный объем кровообращения (МОК) – при тяжелой физической работе возрастает в 5–6 раз. Соотношение между МОК в покое и при максимально напряженной мышечной работе говорит о функциональных резервах сердца, а значит, о функциональных резервах здоровья. Адекватная физическая нагрузка обеспечивает оптимальное функционирование сердечно-сосудистой системы и высокие функциональные резервы сердца. В то же время кровоток через сосуды самого сердца достигает 5 % общего МОК. При интенсивной физической работе этот показатель возрастает в 3–4 раза. Количество крови, выбрасываемое каждым желудочком во время систолы, составляет от 70 до 100 мл – это ударный, или систолический, объем крови. Этот показатель также увеличивается при физической нагрузке.
Средняя масса сердца взрослого человека составляет 300–320 г (0,5 % массы тела), в то же время в покое сердце потребляет около 25–30 мл 02 в минуту – около 10 % общего потребления 02 в покое. При интенсивной мышечной деятельности потребление 02 сердцем возрастает в 3–4 раза. В зависимости от нагрузки коэффициент полезного действия (КПД) сердца составляет от 15 до 40 %. КПД современного тепловоза достигает 14–15 %. Сердце человека работает эффективнее тепловоза!
Биоэлектрическая активность сердца регистрируется с помощью электрокардиографии, полученная кривая называется электрокардиограммой (ЭКГ). Впервые ЭКГ была записана 1887 г. А. Уоллером. В начале XX века В. Эйнтховен разработал прибор для точной регистрации небольших колебаний электрических потенциалов – струнный гальванометр. Эйнтховен предложил также три точки тела, на которые следует накладывать электроды. В 1924 г. Эйнтховену была присуждена Нобелевская премия «за открытие механизма электрокардиограммы». Нормальная ЭКГ состоит из нескольких зубцов и комплекса колебаний, который Эйнтховен назвал Р, QRS и Т. Небольшой зубец Р отражает электрическую активность предсердий, а быстрый высокоамплитудный комплекс QRS и более медленный зубец Т – электрическую активность желудочков (рис. 1.27).
Рис. 1.27.
Итак, кровь течет из области высокого давления в области низкого давления. Артериальное давление (АД) – это давление, развиваемое кровью в артериях. Это важнейший показатель, отражающий деятельность сердечно-сосудистой системы в целом. Стабильность АД поддерживается многими механизмами гомеостаза. Максимальное давление во время систолы называется систолическим давлением, минимальное во время диастолы – диастолическим, разница между ними составляет пульсовое давление. У человека традиционно АД исследуют с помощью ртутного манометра, поэтому его выражают в миллиметрах ртутного столба (в настоящее время существует множество модификаций аппаратов для определения АД). Для измерения АД нижнюю треть плеча оборачивают надувной резиновой манжетой аппарата, в которую с помощью ручной резиновой груши накачивают воздух. Для выпуска воздуха служит клапан, поэтому можно установить давление на любом уровне и измерить его с помощью манометра, соединенного с манжетой. Стетоскоп накладывают на кожу передней локтевой области в зоне прохождения плечевой артерии. В результате нагнетания воздуха в манжету плечевая артерия сдавливается. Затем медленно открывают клапан, воздух начинает выходить из нее, и поэтому давление в манжете уменьшается. Когда оно становится ниже систологического, кровь проходит через артерию, и начинают прослушиваться короткие четкие звуки, пульсовые удары – определяется систологическое давление. Давление в манжете, при котором звуки пульсовых ударов вновь быстро исчезают, соответствует диастолическому (рис. 21 на цв. вклейке). У человека в возрасте от 20 до 40 лет систолическое давление составляет 100–120 мм рт. ст., диастолическое – 70–80 мм рт. ст.
Колебания кровотока, связанные с систолой и диастолой, создают пульсовую волну. Частота сердечных сокращений (пульса) у взрослого человека в условиях покоя составляет от 60 до 80 ударов в одну минуту. Пульс исследуется путем простого прощупывания лучевой артерии в области лучезапястного сустава, при этом обращают внимание на частоту пульса, его ритм (ритмичный, аритмичный), высоту (высокий, низкий), напряжение (твердый, мягкий). Частота пульса человека зависит от физической работы и эмоционального состояния, высота – от ударного объема, напряжение – от артериального давления. Общий объем крови в сосудах человека у мужчин составляет в среднем 75–77 мл/кг массы тела (около 5,4 л), у женщин – 65 мл/кг (около 4,5 л). У взрослого человека лишь около 9 % всей крови находится в сосудах малого круга кровообращения, около 84 % – в сосудах большого круга кровообращения и около 7 % – в полостях ссрдца.
