Физиологические свойства сердца

Сокращения сердца происходят благодаря миокарду. К основным свойствам миокардаотносятся автоматия, возбудимость, проводимость, сократимость, рефрактерность.

Автоматия. В специальном растворе Рингера сердце может работать, извлеченное из тела несколько суток. Это указывает на явление, называемое автоматией сердца – способностью ритмически сокращаться без внешних раздражений под влиянием импульсов, возникающих в самой сердечной мышце. Ритмической активностью в сердце обладают атипические мышечные клетки, получивших название «пейсмекеры», которые находятся в узлах проводящей системы сердца:

1. Водители ритма (центр автоматии) первого порядка – синусный (синусопредсердный) узел, расположенный в правом предсердии. От него возбуждение передается далее к атриовентрикулярному узлу на границе предсердий и желудочков.

2. Водители ритма второго порядка – атриовентрикулярный (предсердножелудочковый) узел. Его способность проводить возбуждение только в одном направлении, что обеспечивает направленность возбуждения и скоординированность работы предсердий и желудочков. Импульсы, проходя через атриовентрикулярный узел, задерживаются на 0,02—0,04 с (так называемая атриовентрикулярная задержка). Задержка необходима для того, чтобы успела завершиться систола – сокращение желудочков.

3. Водители ритма третьего порядка - пучки Гиса и волокна Пуркинье. Пучок Гиса берет начало от атриовентрикулярного узла и образует две ножки, одна из которых идет к левому, другая – к правому желудочку. Эти ножки ветвятся на более тонкие проводящие пути, заканчивающиеся волокнами Пуркинье, которые непосредственно контактируют с рабочими клетками миокарда.

Наличие описанных узлов обеспечивает правильную последовательность сокращений миокарда: сначала сокращаются предсердия, затем желудочки.

Необходимым условием для обеспечения нормальной работы сердца является анатомическая целостность его проводящей системы. При этом, если по каким то причинам происходит угнетение деятельности центра первого порядка водитель ритма второго порядка, пучки Гиса и волокна Пуркинье способны самостоятельно генерировать импульсы, но более слабые. Повреждение водителей ритма ведет к полной остановке сердца.

Возбудимость – это свойство сердца переходить в состояние возбуждения под действием, каких-либо раздражителей, в частности, электрических или химических. Возбуждение связано с изменением мембранного потенциала клеток миокарда.

Клетки миокарда имеют мембранный потенциал покоя и составляет 60 – 80 мВ. В результате действия раздражителя любой природы, например прихода возбуждения от соседней клетки или пейсмекера, ионы натрия проникают в клетку, что приводит к резкому изменению мембранного потенциала и возникновению потенциала действия. Амплитуда потенциала действия при этом составляет около 100 мВ. Возникший потенциал деполяризует мембраны соседних клеток, у них возникают собственные потенциалы действия. Таким образом, возбуждение распространяется по миокарду, приводя к его сокращению. Потенциал действия клетки рабочего миокарда длится 0,3 с, что примерно в 150 раз продолжительнее, чем в клетке скелетной мышцы. Рефрактерный период клеток миокарда также значительно больше, чем рефрактерный период скелетной мышцы (почти в 100 раз). Такие особенности потенциала действия клеток сердечной мышцы создают предпосылки для ритмичной, стабильной работы сердца. Длительный рефрактерный период клеток миокарда предохраняет их от быстрого повторного возбуждения. Это позволяет закончиться предыдущей фазе возбуждения и связанному с ней сокращению сердечной мышцы.

Сократимость. Возбудимость сократительной мускулатуры сердца значительно ниже её проводящей системы. Поэтому на кардиограмме наблюдается не состояние сердечной мышцы, а скорее состояние её проводящей системы.

Особенности работы сердца:

1. Абсолютная рефратерность - это значит, что начав сокращаться сердце не может отвечать на другие нервные импульсы, пока не расслабится. Эта особенность сердечной мышцы создает возможность избежать кислородной задолженности.

2. Закон "все или ничего", т.е. мощность сердечного выброса не зависит от силы раздражителя. Важнейшее отличие сердечной мышцы от скелетной состоит в том, что она всегда реагирует как единое целое и не обладает

зависимостью между силой раздражения и величиной реакции. На подпороговые раздражения сердце вообще не отвечает, но как только сила раздражения достигает порогового уровня, происходит полное сокращение миокарда. Если силу раздражения начать усиливать, то окажется, что увеличение силы раздражения не изменит величины сокращения. Следовательно, пороговое раздражение сердечной мышцы одновременно является и максимальным.

3. "Закон сердца" или закон Франка – Старлинга. Возникает вопрос, а как же сердце меняет параметры свой работы? Оказывается, увеличение мощности сердечного выброса происходит при увеличении притока крови к сердцу. Это явление имеет огромное адаптивное значение при больших физических нагрузках, так как мощность сердечного выброса напрямую зависит от повышения давления в крупных артериях, а это происходит во время физических упражнений. Через приток крови к сердцу оказывают влияние на его работу ВНС и гормоны (см. таблицу выше Регуляция работы сердца).

4. Рефлекс погружения - замедление работы сердца на 25% за счет обращения крови только между сердцем и мозгом при погружении в воду на значительную глубину.

Регуляция работы сердца

Сердце находится под контролем нервных и гуморальных регулирующих механизмов: оно получает импульсы от центров, лежащих в продолговатом и спинном мозге.

Нервная регуляция деятельности сердца осуществляется через эфферентные ветви блуждающего и симпатического нервов. Блуждающие нервы замедляют ЧСС, снижают возбудимость, проводимость и сократимость сердца, тогда как симпатические – ускоряют и усиливают. Центры блуждающих нервов находятся в продолговатом мозге, а их вторые нейроны – в нервных узлах сердца. В синапсах блуждающих нервов выделяется ацетилхолин. Блуждающий нерв не иннервирует только миокард желудочков. Нейроны симпатических нервов расположены в верхних сегментах грудного отдела спинного мозга. Для симпатических нервов медиатором служит норадреналин. На деятельность сердечно-сосудистой системы оказывают влияние импульсы от рецепторов легких, кишечника, кожи, эмоциональная обстановка.

Собственная нервная регуляция сердца осуществляется метасимпатической нервной системой, которая обладает полным набором функциональных элементов, необходимых для самостоятельной рефлекторной деятельности: сенсорными клетками, интегрирующим аппаратом межнейронных связей, двигательными нейронами. Метасимпатическая нервная система сердца осуществляет местные сердечные рефлексы, которые регулируют уровень сердечной деятельности в соответствии с потребностями организма. Эти рефлексы обеспечивают стабильность наполнения кровью артериальной системы.

Деятельностью сердца также управляют сердечные центры продолговатого мозга и моста, влияния которых передаются сердцу по блуждающим и симпатическим нервам.

Гуморальная регуляция деятельности сердца осуществляется путем воздействия на него химических веществ, находящихся в крови. В качестве этих веществ выступают гормоны, продукты распада углеводов и белков, изменения рН, ионов кальция и калия. Адреналин, норадреналин и тироксинусиливают деятельность сердца, а ацетилхолин – ослабляет ее. Снижение рН, увеличение содержания мочевины и молочной кислоты повышают сердечную деятельность, а избыток ионов калия урежает ритм и силу сокращений, т.е. снижает возбудимость и проводимость. Ионы кальция, наоборот, улучшают ритм и силу сердечных сокращений. Однако при избытке кальция сердце останавливается в стадии систолы.

Регуляция работы сердца

Гемодинамика

Гемодинамика - раздел физиологии, изучающий закономерности течения крови по сосудам. Гемодинамика рассматривает соотношения между силами, движущими кровь по сосудам, скоростью движения, давлением крови в сосудах, сопротивлением в сосудистой системе, просветом отдельных сосудов и т.д.

Гемодинамические показатели крови:

1. Объемная скорость движения крови - количество крови, протекающее через кровеносную систему, в единицу времени (минутный объем кровотока). Она зависит от давления в начале и конце, а также от вязкости крови. Хотя кровь на 40% состоит из форменных элементов, её вязкость всего в 3 – 4 раза выше вязкости воды. Эта особенность связана, прежде всего, со свойствами эритроцитов, а именно с их формой.

2. Линейная скорость движения крови - число сантиметров, которое проходит жидкость в единицу времени. скорость движения крови в аорте - 500 мм/с, а в капиллярах - 0,5 мм/с., это связано с тем, что общий просвет капилляров примерно в 1000 раз больше. Результирующая всех линейных скоростей в различных частях сосудистой системы - время кругооборота крови. В покое оно равно 20 сек, то есть за минуту кровь проходит по организму 2,5 – 3 раза.

3. Сопротивление сосудистой системы. Протекая по трубке, жидкость преодолевает сопротивление, которое возникает вследствие внутреннего трения частиц жидкости между собой и о стенку трубки. Общее сопротивление сосудистой системы все время увеличивается по мере удаления от основной аорты.

4. Давление крови в сосудах. Давление обеспечивает непрерывный ток крови, несмотря на прерывистую работу сердца за счет эластичности сосудов.