Физиология сердечно-сосудистой системы

К основным свойствам сердечной мышцы относятся автоматия, возбудимость, проводимость и сократимость.

Автоматия сердца

Автоматией сердца называется его способность к ритмическому сокращению без внешних раздражений под влиянием импульсов, возникающих в самом органе.

Причина такого автоматизма заключается в способности к периодической самогенерации мембранного потенциала действия в сердечных мышечных волокнах (клетках).

Не все волокна сердечной мышцы способны к самогенерации возбуждения. Автоматию сердца обеспечивает проводящая система сердца, которая состоит из:

1) Синоатриального (синусного, синусно-предсердного, Кис-Фляка) узла, расположенного в стенке правого предсердия у места впадения в него верхней полой вены;

2) Атриовентрикулярного (предсердно-желудочкового) узла, расположенного в межпредсердной перегородке на границе предсердий и желудочков.

3) От атриовентрикулярного узла начинается пучок Гиса. Пройдя в толщу межжелудочковой перегородки, он делится на правую и левую ножки, заканчивающиеся волокнами Пуркинье.

Поскольку С-А узел имеет самую высокую частоту ритма возбуждения, чем другие части сердца, возникающие в этом узле импульсы распространяются на предсердия и желудочки, стимулируя их. По этой причине С-А узел называется водителем ритма первого порядка (истинным пейсмекером) сердца, определяющим ЧСС. Атриовентрикулярный узел – водитель ритма второго порядка, а водителями ритма третьего порядка являются клетки Пуркинье. Водители ритма второго и третьего порядков называются латентными или потенциальными пейсмекерами. Водители ритма распределяются в сердце согласно «закону градиента автоматии»: степень автоматии пейсмекера тем выше, чем ближе он расположен к синоатриальному узлу. Так, собственная частота ритмической активности клеток синусного узла в норме составляет 60-90 импульсов в минуту, атриовентрикулярного узла – 40-60, системы Гиса-Пуркинье – 20-40 имп. в мин. Активность нижележащих водителей ритма подавляется синоатриальным узлом. При снижении активности синусного узла или при нарушении проведения возбуждения к латентным пейсмекерам частота сокращений сердца определяется активностью водителей ритма второго или третьего порядка.

Возбудимость сердца проявляется в возникновении возбуждения при действии различных раздражителей. Сила раздражителя должна быть не менее пороговой. Чаще всего сердце реагирует на пороговый раздражитель по закону «Все или ничего», т.е. или не отвечает на раздражение, или отвечает сокращением максимальной силы. Однако этот закон проявляется не всегда.

Возбудимость сердечной мышцы непостоянна. Во время сокращении сердечная мышца абсолютно невозбудима и не отвечает даже на сверхпороговые раздражители. Это фаза абсолютной рефрактерности, ее длительность – 0,27 с, т.е. совпадает с временем сокращения сердца (систолы).

В начальном периоде расслабления возбудимость начала восстанавливаться, но еще не достигла исходных значений. Это фаза относительной рефрактерности. В этот период лишь сверхпороговые стимулы могут вызвать сокращение мышцы сердца. Длительность относительной рефрактерной фазы – 0,03 с. Если повторное сверхпороговое раздражение нанести в период относительной рефрактерности, возникает внеочередное сокращение, или экстрасистола. При этом период, следующий за экстрасистолой, длится больше времени, чем обычно и называется компенсаторной паузой.

После фазы относительной рефрактерности наступает период повышенной возбудимости. Эту фазу называют периодом экзальтации, по времени он совпадает с расслаблением сердца (диастолой) и характеризуется тем, что импульсы даже подпороговой силы могут вызвать сокращение сердца.

Проводимость сердца обеспечивает распространение возбуждения от клеток водителей ритма по всему миокарду. Проведение возбуждения по сердцу осуществляется электрическим путем. Потенциал действия, возникающий в одной мышечной клетке является раздражителем для других. Проводимость в разных отделах сердца неодинаковая и зависит от структурных особенностей миокарда и проводящей системы, толщины миокарда, а также температуры, уровня гликогена, кислорода и микроэлементов в сердечной мышце.

Сократимость сердечной мышцы обусловливает увеличение напряжения или укорочение ее мышечных волокон при возбуждении. Сила сокращения сердца прямо пропорциональна длине его мышечных волокон, т.е. степени их растяжения. Т.е., чем больше сердце растянуто во время диастолы, тем оно сильнее сокращается во время систолы.

Частота сердечных сокращений (ЧСС)

Сердечные сокращения подсчитываются по артериальному пульсу или по числу толчков сердца в грудную клетку (в 5 межреберье). ЧСС в состоянии покоя зависит от возраста, пола, размеров тела, образа жизни человека.

У молодых здоровых людей ЧСС составляет 60-80 ударов в минуту. ЧСС менее 60 ударов в минуту называется брадикардией, а более 90-тахикардией. У спортсменов в состоянии покоя наблюдается спортивная брадикардия. Например, у лыжников и стайеров ЧСС в покое составляет 40 и менее ударов в минуту.

Мышечная работа вызывает учащение сердцебиений. В большинстве случаев при физических упражнениях ЧСС повышается до 160-180 ударов в минуту, иногда может быть и больше (до 220 уд/мин).

Сердечный цикл

Деятельность сердца характеризуется непрерывной сменой сокращений и расслаблений. Сокращение сердца называется систолой, расслабление – диастолой. Период, включающий систолу и диастолу, называется сердечным циклом. Он состоит из 3 фаз: систолы предсердий, систолы желудочков и общей диастолы сердца. Деятельность сердечного цикла зависит от ЧСС. При ЧСС=75 уд/мин она составляет 0,8 сек, при этом систола предсердий длится 0,1 сек, систола желудочков – 0,33 сек, общая диастола сердца – 0,37 сек.

Систола предсердий. Вследствие сдавливания стенками предсердий крови, ее давление повышается, и она изгоняется через предсердно-желудочковые (атриовентрикулярные) клапаны в полости желудочков. Обратное движение крови в полые и легочные вены исключается тем, что сокращается мускулатура предсердий, образующая устье вен и места впадения вен в предсердия закрываются.

После систолы предсердий наступает диастола предсердий, во время которой они наполняются кровью.

В процессе систолы желудочков можно выделить 2 периода: 1) период напряжения желудочков, 2) период изгнания крови из желудочков. В периоде напряжения желудочков выделяют две фазы – фазу асинхронного сокращения и фазу изометрического сокращения. Начальный период систолы желудочков, когда еще не все мышечные волокна его охвачены возбуждением, называется фазой асинхронного сокращения (в покое – 0,05-0,06 сек). Давление крови в желудочках в это время постоянно нарастает, что ведет к закрытию предсердно-желудочковых (атриовентрикулярных) клапанов. Следующая фаза систолы желудочков, при которой закрыты атриовентрикулярные клапаны и еще не открыты полулунные клапаны, называется фазой изометрического напряжения (0,03-0,05 сек). Давление крови внутри желудочков резко нарастает, что ведет к раскрытию полулунных клапанов. Начинается период изгнания (0,25 с). Кровь начинает изгоняться из желудочков в артерии. В периоде изгнания выделяют две фазы – фазу быстрого изгнания и фазу замедленного изгнания крови из желудочков.

С момента прекращения систолы желудочков начинается их диастола.

В диастоле желудочков выделяют период расслабления и период изгнания. Период расслабления начинается протодиастолой. В это время их мускулатура постепенно расслабляется, но полулунные клапаны еще остаются открытыми. Дальнейшее расслабление мускулатуры желудочков и уменьшение в них давления ведут к закрытию полулунных клапанов. Вслед за протодиастолой следует фаза изометрического расслабления – она происходит при закрытых клапанах и изоляции их полостей от предсердий и длится 0,08 сек. Затем предсердно-желудочковые (атриовентрикулярные) клапаны раскрываются и желудочки наполняются кровью из предсердий. Период наполнения желудочков длится 0,35 сек. В периоде наполнения желудочков выделяют две фазы – быстрого и медленного наполнения.

При физической работе наряду с учащением сердцебиений изменяется фазовая структура сердечного цикла. Все систолические фазы при этом укорачиваются. При напряженной мышечной работе фаза изометрического сокращения практически приближается к нулю. Длительность периода изгнания может уменьшаться почти вдвое – до 0,12-0,15 с. Особенно резко укорачивается при работе диастола. Например, при работе, сопровождающейся увеличением ЧСС до 200 уд/мин, диастола укорачивается до 0,10-0,13 с. На наполнение желудочков при таком высоком ритме затрачивается всего 0,05-0,08 с. После окончания работы фазовая структура сердечного цикла постепенно восстанавливается.

Ударный (систолический) и минутный объемы крови

Количество крови, выбрасываемое сердцем при каждом его сокращении, называют систолическим или ударным объемом крови (УОК), а также сердечным выбросом.

В состоянии покоя у взрослых здоровых людей УОК составляет 60-80 мл. При систоле желудочков выбрасывается не вся кровь, содержащаяся в них, а лишь около половины. Остающаяся в желудочках кровь называется резервным объемом. Кроме резервного объема имеется еще остаточный объем, который не выбрасывается даже при самом сильном сокращении.

При мышечной деятельности УОК возрастает до 100-150 мл. У тренированных людей он может повышаться до 180-200 мл. Увеличение его пропорционально мощности работы. Однако это наблюдается лишь при относительно небольшой мощности, когда ЧСС не превышает 130 уд/мин и ПО2 составляет около 50% от максимального. Дальнейшее повышение мощности работы уже не сопровождается увеличением УОК. Более того, при очень большой мощности работы он может уменьшиться.

Если умножить величину УОК на число ударов сердца (ЧСС) в минуту, то получится минутный объем крови (МОК). В состоянии покоя у взрослых людей он составляет 5-6 л.

Во время мышечной работы МОК возрастает пропорционально мощности работы. При малых мощностях работы увеличение МОК происходит за счет увеличения УОК и ЧСС, а при больших мощностях работы – только за счет увеличения ЧСС. У тренированных людей при очень напряженной мышечной работе МОК может достигать 35 л.

Артериальное давление (АД)

В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолическое давление в плечевой артерии составляет 110-120 мм.рт.ст., диастолическое – 60-80 мм.рт.ст.. По данным ВОЗ, артериальное давление до 140/90 мм.рт.ст. является нормотоническим, выше этих величин – гипертоническим, а ниже 100/60 мм.рт.ст. – гипотоническим. Разница между СД и ДД называется пульсовым давлением ПД, его величина в среднем равна 40-50 мм.рт.ст.

Физическая работа ведет к повышению систолического давления до 200-230 мм.рт.ст. вследствие увеличения количества крови, выбрасываемой сердцем. Диастолическое давление снижается из-за расширения кровеносных сосудов. Но при статических упражнениях, когда мышцы развивают большое напряжение и сдавливают сосуды, диастолическое давление возрастает.