Сердце

    Импульсы возбуждения периодически возникают в С. под влиянием процессов, протекающих в нем самом. Это явление получило название автоматии. Способностью к автоматии обладает специфическая мышечная ткань, формирующая синусно-предсердный узел и проводящую систему сердца. На мембранах клеток специфической мускулатуры С. зарождаются электрические импульсы, переходящие на рабочий миокард и вызывающие его сокращения. Эти процессы связаны с деполяризацией клеточных мембран, которые в состоянии покоя клетки всегда поляризованы вследствие разной концентрации Nа⁺ и К⁺ на поверхности и внутри клетки из-за неодинаковой проницаемости мембраны для этих ионов. В состоянии покоя мембрана кардиомиоцита почти непроницаема для Nа⁺ и частично проницаема для К⁺, который под действием процесса диффузии выходит из клетки, увеличивая на поверхности мембраны положительный заряд. При этом внутренняя поверхность мембраны приобретает отрицательный заряд, образуется потенциал покоя мембраны порядка 60—80 мВ. Возбуждение клетки связано с увеличением проницаемости мембраны для Nа⁺, поступление которого в клетку сопровождается деполяризацией мембраны и реверсией потенциала на ее поверхности, т.е. наружная поверхность мембраны приобретает отрицательный электрический заряд. При этом формируется потенциал действия, превышающий на своем пике величину потенциала покоя, достигая значений до 100 мВ и более. Потенциал действия деполяризует мембраны соседних клеток, в результате чего они генерируют собственные потенциалы действия — происходит распространение процесса возбуждения по клеткам миокарда. В отличие от волокон сократительного миокарда мембрана клеток, способных к автоматии, не имеет после выхода из возбуждения постоянного потенциала покоя, т.к. сохраняет некоторую степень проницаемости для Nа⁺. Вследствие перемещения этих ионов внутрь клетки и одновременного снижения проницаемости для К⁺ возникает постепенное уменьшение положительного заряда на поверхности мембраны — развивается так называемая медленная диастолическая деполяризация. Когда уровень потенциала покоя уменьшится по сравнению с исходным приблизительно на 20 мВ, возникает резкое увеличение проницаемости мембраны для Nа⁺, в результате чего Nа⁺ лавинообразно поступает внутрь клетки, вызывая деполяризацию мембраны и формируя потенциал действия.

    Участок, в котором автоматически зарождаются импульсы, ведущие к сокращению С. называют водителем ритма, или пейсмекером. В нормальных условиях им является синусно-предсердный узел.

    Особенностью проводящей системы предсердий и желудочков является способность почти каждой из ее клеток (кроме клеток предсердно-желудочкового узла) самостоятельно генерировать импульсы возбуждения, т. е. она как и синусно-предсердный узел, обладает автоматией. Существует так называемый градиент автоматии, выражающийся в убывании частоты генерации импульсов клетками проводящей системы по мере удаления их от синусно-предсердного узла. Клетки синусно-предсердного узла человека в покое спонтанно генерируют ритмические импульсы возбуждения частотой 60—80 импульсов в минуту, клетки пучка Гиса и его ножек — частотой 30—40 импульсов в минуту, а волокна Пуркинье — частотой около 20 импульсов в минуту. В обычных условиях автоматия всех участков проводящей системы подавляется частыми импульсами, поступающими к ним из синусно-предсердного узла, но в случае поражения последнего водителем ритма может стать ниже расположенный отдел проводящей системы.

    Возникнув в синусно-предсердном узле, возбуждение по специальным внутрипредсердным проводящим путям, а также диффузно распространяется по миокарду предсердий, достигает предсердно-желудочкового узла и после некоторой задержки в нем (благодаря которой кровь во время сокращения предсердий заполняет полость еще расслабленных желудочков) распространяется по пучку Гиса и волокнам Пуркинье — к волокнам сократительного миокарда. В миокарде предсердий и желудочков скорость проведения возбуждения составляет 0,9—1,0 м/сек, в волокнах предсердно-желудочкового узла — 0,05 м/сек, пучке Гиса — 1—1,5 м/сек, волокнах Пуркинье — 3 м/сек. Быстрое проведение через волокна Пуркинье обеспечивает почти одновременное возбуждение различных участков миокарда желудочков, что повышает мощность сокращения сердца и эффективность работы желудочков по нагнетанию крови. Время охвата поверхности желудочков возбуждением составляет 10—15 м/сек. Электрические потенциалы, возникновение которых связано с распространением возбуждения по сердцу, можно зарегистрировать при помощи электродов, наложенных на поверхность тела (см. Электрокардиография, Векторкардиография).

    Потенциалы действия мембран сердечных волокон представляют собой пусковой механизм, включающий серию внутриклеточных процессов, сопрягающих возбуждение с сокращением миофибрилл. Сокращение мышцы происходит без изменения длины актиновых и миозиновых нитей саркомера — основной сократительной единицы мышечной ткани. Укорочение мышечного волокна достигается за счет вдвигания актиновых нитей между миозиновыми благодаря веслообразным движениям поперечных мостиков — выступающих участков миозиновой нити, образованных из меромиозина, обладающего АТФ-азной активностью. При расслаблении мышцы актиновые нити отодвигаются назад и занимают прежнее положение по отношению к нитям миозина. Актиновые нити состоят из цепочек молекул белка актина, на поверхности которых находятся тонкие нити из белка тропомиозина, блокирующего центры взаимодействия актина с миозином. Тропомиозин образует комплекс с белком тропонином, обладающим высоким сродством к Са²⁺. Процесс сокращения миокарда запускается Са²⁺, который поступает к сократительным белкам из цистерн саркоплазматического ретикулума под воздействием импульса возбуждения. Са²⁺ связывается тропонином, что вызывает изменение пространственного расположения тропонин-тропомиозинового комплекса на актиновой нити, снимая тормозное действие его на активные центры актина. В результате происходит ассоциация актина с миозином — образование актомиозина, идентифицируемое с сокращением, и расщепление АТФ, освобождающее энергию для скольжения актиновых нитей. Процесс расслабления миокарда возникает в результате удаления ионов кальция от тропонина под действием реполяризации мембраны и связывания их саркоплазматическим ретикулумом, а также вследствие «откачивания» ионов кальция насосами клеточных мембран в межклеточную жидкость.

    При повторных электрических раздражениях остановленного С. происходит постепенное повышение концентрации ионов кальция внутри клетки, вследствие чего сила каждого последующего сокращения постепенно возрастает до тех пор, пока сокращения не достигнут максимальной величины. Это постепенное возрастание силы сокращений получило название «лестница Боудича». Возможность появления сокращений в ответ на раздражение С. электрическим током используется в современных методах нормализации ритма С. с помощью портативных электростимуляторов (см. Кардиостимуляция).

    Сердце нагнетает кровь в сосудистую систему благодаря периодическому последовательному сокращению мышечных клеток предсердий и желудочков. Внутри С. благодаря функции клапанов кровь движется только в одном направлении: в фазе диастолы — из предсердий в желудочки, в фазе систолы желудочков — из правого желудочка в легочный ствол, из левого — в аорту. Захлопывание и открытие клапанов С. связаны с изменением направления градиента давления между сообщающимися камерами в фазы систолы и диастолы желудочков. Движение клапанов С. и перемещение крови вместе с изменением напряжения стенок С. сопровождаются звуковыми феноменами, в частности образованием тонов сердца. Около ²/₃ объема крови, поступающей в желудочки в фазу диастолы, притекает в связи с положительным давлением крови в экстракардиальных венах, и ¹/₃ подкачивается в желудочки в фазу систолы предсердий.

    Предсердия являются резервуаром для притекающей крови, легко меняющим свою емкость благодаря небольшой толщине их стенок и наличию добавочных емкостей — ушек предсердий, способных при расправлении вместить значительный объем крови.

    При каждом сокращении С. правый и левый желудочки изгоняют соответственно в легочный ствол и аорту по 60—70 мл крови — систолический, или ударный, объем крови. Количество крови, нагнетаемое С. в аорту в течение 1 мин, называют минутным объемом крови (МО), а отношение МО к площади поверхности тела — сердечным индексом. Из значений МО и среднего давления крови в аорте определяется внешняя работа сердца, которая в условиях физического покоя составляет у человека 7—11 кгм, а при тяжелой физической работе возрастает до 80 кгм. Энергия, выделяющаяся при деятельности сердца, в 4 раза превышает ту, которую можно определить по величине его внешней работы. По сравнению с другими органами, за исключением коры головного мозга, С. наиболее интенсивно поглощает кислород крови. Поэтому общее кислородное голодание (например, при подъеме на высоту) и перебои в снабжении миокарда кислородом (при нарушениях коронарного кровообращения) быстро нарушают деятельность сердца.

    Сердечный индекс у женщин на 7—10% меньше, чем у мужчин. С возрастом величина сердечного индекса уменьшается (по некоторым данным, в среднем на 25 мл/мин/м² в год).

    Снижение регенераторных возможностей организма и интенсивности обменных процессов в пожилом и старческом возрасте сказывается на деятельности С. и уменьшает приспособление его к интенсивным нагрузкам. Кроме того, работа С. затрудняется при артериальной гипертензии, повышении общего периферического сопротивления кровотоку.

    Особенности функции С. у детей характеризуются выраженной возрастной динамикой его деятельности по мере совершенствования механизмов ее регуляции.

    Регуляция деятельности сердца. Приспособление деятельности С. к изменяющимся потребностям организма в кровоснабжении происходит с помощью регуляторных механизмов, представленных как экстракардиальными нервными и гуморальными влияниями, так и на уровне клеток и межклеточного взаимодействия в самом сердце.

    На внутриклеточном уровне осуществляется ауторегуляция скорости синтеза в кардиомиоцитах различных белков в соответствии с их расходом при работе С., а также регуляция интенсивности деятельности С. в соответствии с количеством притекающей к нему крови. Усиленный приток крови обусловливает более сильное растяжение клеток миокарда в момент диастолы. Это приводит к тому, что актиновые нити каждой миофибриллы в большей степени выдвигаются из промежутков между миозиновыми нитями. Происходит рост числа поперечных мостиков, т. е. участков, обеспечивающих соединение актиновых и миозиновых нитей в момент сокращения. В результате каждая миофибрилла и все С. сокращаются тем сильнее, чем больше были растянуты во время диастолы. Эта закономерность получила название закона Старлинга, или Франка — Старлинга (по имени открывших ее ученых).

    Регуляция межклеточных взаимодействий в миокарде связана с функцией нексусов — вставочных дисков, обеспечивающих передачу возбуждения с клетки на клетку. Нарушение межклеточных взаимодействий может привести к несинхронности возбуждения и соответственно сокращения отдельных участков миокарда с ослаблением его сократительной функции.

    Внутриорганные механизмы регуляции деятельности С. отчетливо обнаруживаются при пересадке С., когда после дегенерации всех нервных элементов экстракардиального происхождения в С. сохраняется и функционирует внутрисердечная нервная система. По типу внутрисердечных (периферических) рефлексов могут возникать рефлекторные влияния с одного отдела С. на другой, изменяющие силу сокращения и другие функции миокарда. Так, при малом в покое исходном кровенаполнении С. увеличение растяжения миокарда правого ушка вследствие возрастания притока крови (например, в связи с изменением положения тела, сокращением скелетных мышц) приводит к усилению сокращений миокарда левого желудочка. Если С. переполнено кровью, то дополнительное растяжение его венозных приемников притекающей кровью угнетает сократительную активность миокарда левого желудочка, вследствие чего в аорту выбрасывается меньше крови. Задержка крови в камерах С. вызывает повышение диастолического давления в его полостях и снижение венозного притока; излишний объем крови, который мог бы привести к резкому подъему АД при внезапном выбросе его в артерии, задерживается в венозной системе, обладающей большой резервной емкостью. В случае недостаточного наполнения кровью камер С. внутрисердечные рефлексы вызывают усиление сокращений миокарда, предотвращая критическое снижение АД. При этом желудочки в момент систолы выбрасывают не половину, а большее количество содержащейся в них крови. Вследствие увеличения при этом градиента венозного притока кровь начинает усиленно притекать к сердцу из вен. Т.о., регуляция деятельности С внутрисердечной нервной системой взаимодействует с внесердечными механизмами регуляции кровяного давления и дополняет их. В естественных условиях внутрисердечная нервная система не является автономной. Она представляет лишь одно из звеньев сложной иерархии механизмов нервной регуляции сердца.

    Экстракардиальная нервная регуляция деятельности С. осуществляется ядрами блуждающего нерва в продолговатом мозге и симпатическими нервами верхних пяти грудных сегментов спинного мозга. Импульсы, поступающие к С. по волокнам симпатических нервов, вызывают учащение сердечных сокращений (положительное хронотропное действие), повышают их силу (положительное инотропное действие) и возбудимость миокарда (положительный батмотропный эффект), увеличивают скорость проведения возбуждения (положительный дромотропный эффект). Эти эффекты связаны с возбуждением b-адренорецепторов С. норадреналином, выделяемым окончаниями симпатических нервов. Введение адреномиметиков в С. приводит к таким же изменениям сердечной деятельности, как и раздражение симпатических нервов.

    Раздражение сердечных волокон блуждающего нерва, выделяющих ацетилхолин, или введение последнего в С. вызывает урежение и ослабление сокращений сердца, уменьшение возбудимости и замедление скорости проведения возбуждения в миокарде (т.е. отрицательные хроно-, ино-, батмо-, и дромотропный эффекты) вследствие возбуждения м-холинорецепторов сердца.

    И.П. Павлов показал, что среди нервных веточек сердечного сплетения имеются волокна, раздражение которых избирательно ведет только к учащению сердечных сокращений (так называемый ускоряющий нерв сердца), и нервные волокна, раздражение которых избирательно увеличивает силу сердечных сокращений (так называемый усиливающий нерв сердца). Усиливающий нерв, по И.П. Павлову, играет трофическую роль. Он оказывает влияние на проведение возбуждения в миокарде. Раздражение его способно устранять блокаду проведения возбуждения в предсердно-желудочковом узле.

    Через ядра блуждающих и симпатических нервов реализуются рефлекторные влияния на С., возникающие при раздражении различных рефлексогенных зон. Так, болевые раздражения кожи вызывают рефлекторное учащение сердечных сокращений, раздражение механорецепторов желудка и брюшины — их урежение; при сильном ударе в живот возможна рефлекторная остановка сердца.

    Более высокой ступенью иерархии нервной регуляции деятельности С. является гипоталамус — высший центр регуляции вегетативных функций, обеспечивающий перестройку деятельности сердечно-сосудистой системы и других систем организма по сигналам, поступающим из лимбической системы и коры большого мозга. На этих уровнях интегрально регулируется деятельность всей сердечно-сосудистой системы в соответствии с изменяющимися потребностями организма и всех его органов в кровоснабжении при различных поведенческих реакциях, возникающих в ответ на изменения условий внешней и внутренней среды. Кора головного мозга — орган психической деятельности, обеспечивающий целостные приспособительные реакции организма не только к текущим, но и к будущим событиям. По механизму условных рефлексов сигналы, непосредственно предвещающие наступление этих событий или вероятную возможность их возникновения, могут вызвать необходимую перестройку функций С. и всей сердечно-сосудистой системы в той мере, в какой это необходимо, чтобы обеспечить предстоящую деятельность организма. При очень сложных ситуациях, при действии чрезвычайных раздражителей возможны нарушения и срывы высших регуляторных механизмов, когда наряду с расстройствами поведенческих реакций могут появиться и значительные нарушения деятельности С. и сердечно-сосудистой системы. В некоторых случаях эти нарушения могут закрепиться по типу патологических условных рефлексов.

    Гуморальная регуляция деятельности С. в наибольшей степени осуществляется адреналином, секретируемым надпочечниками, и другими веществами, циркулирующими в крови. Адреналин выбрасывается в кровь при эмоциональном и физическом напряжении; он реагирует с b-адренорецепторами мембран сердечных волокон. Возбуждение b-адренорецепторов активирует фермент аденилциклазу, способствующую образованию циклического АМФ, необходимого для превращения неактивной фосфорилазы в активную, что обеспечивает снабжение миокарда энергией. Подобным образом на С. влияют и ионы кальция, активирующие фосфорилазу и обеспечивающие сопряжение возбуждения и сокращения, создавая положительный инотропный эффект. В отличие от этого К⁺, , Н⁺ угнетают силу сокращений миокарда.