Сердце — это полый мышечный орган, расположенный в левой части грудной клетки. Оно напоминает сплюснутый конус с округлой вершиной. Передняя поверхность сердца обращена к грудине, нижняя — к диафрагме, а основание — к позвоночнику. Слева и справа от сердца находятся легкие. От него отходят кровеносные сосуды, и сердце может свободно двигаться в сердечной сумке, за исключением основания, где оно соединено с крупными сосудами.

Масса сердца варьируется в зависимости от возраста и пола. У новорожденного она составляет 23–37 г, к восьмому месяцу жизни увеличивается вдвое, а к двум-трем годам — утраивается. У взрослого мужчины масса сердца в среднем 300 г, у женщины — 220 г. Длина сердца составляет 12–15 см, поперечник — 9–11 см, а передне-задний размер — 5–8 см.

Форма и положение сердца зависят от возраста, пола, телосложения и состояния здоровья.

Существует четыре основные формы сердца:

• короткое широкое сердце (длина меньше поперечника);
• длинное узкое сердце (длина больше поперечника);
• капельное сердце (длина значительно больше поперечника);
• нормальный тип (длина почти равна поперечнику).

Вертикальное положение сердца чаще встречается у людей с узкой грудной клеткой, горизонтальное — у лиц с широкой грудной клеткой.

Сердце разделено перегородками на четыре камеры: два предсердия и два желудочка. Левое предсердие и левый желудочек образуют левое, или артериальное, сердце, где находится артериальная кровь. Правое предсердие и правый желудочек составляют правое, или венозное, сердце. В норме обе половины сердца работают изолированно, и кровь между ними не смешивается.

При пороках сердца, например, при дефектах межпредсердной или межжелудочковой перегородки, происходит смешение артериальной и венозной крови, что нарушает кровообращение.

Ток крови осуществляется в строго определенном направлении благодаря системе клапанов. Клапаны открываются только в одну сторону, предотвращая обратный ток крови.

Клапан между левым предсердием и левым желудочком называется митральным, а между правым предсердием и правым желудочком — трехстворчатым. Из левого желудочка кровь поступает в аорту, а из правого — в легочную артерию.

Декстрокардия — редкое состояние, при котором сердце располагается справа. Часто оно сопровождается зеркальным расположением внутренних органов.

Система кровообращения состоит из сердца и сосудов. Главная задача — обеспечить кровью ткани и органы, доставляя кислород и питательные вещества.

Сердце функционирует как мышечный насос, перекачивая кровь в отдаленные участки тела. Предсердия собирают кровь из вен и перекачивают ее в желудочки, которые выбрасывают кровь в артериальные сосуды. Правый желудочек отправляет кровь в легкие (малый круг кровообращения), а левый — в большой круг, снабжая все остальные органы.

Левый желудочек выполняет наибольшую работу, выталкивая кровь в аорту, которая делится на более мелкие артерии и капилляры. В капиллярах происходит обмен газами: эритроциты отдают кислород и забирают углекислый газ. Обратный путь крови проходит через вены и возвращается в правое предсердие.

Общая длина сосудов в организме человека составляет 100000 км. Артериальные сосуды обеспечивают ток крови, поддерживают давление и распределяют кровь по органам. В капиллярах осуществляется доставка кислорода и питательных веществ, а также «отгрузка» углекислого газа и отработанных веществ.

Венозная система отводит кровь от капилляров к сердцу. Резервная кровь хранится в депо, например, в селезенке, и составляет около 1/3 от общего объема крови. Этот запас может быть выброшен в общий кровоток при необходимости.

В спокойном состоянии сердце бьется с частотой 60–80 ударов в минуту, перекачивая 4–6 л крови в минуту. За сутки оно выполняет более 2,5 миллиарда ударов и перекачивает 155 миллионов литров крови.

Сердце имеет трехслойные стенки: внутренний слой (эндокард), средний слой (миокард) и наружный слой (эпикард). Сердечная мышца состоит из проводниковой системы и сократительного миокарда. Стенка левого желудочка толще, чем правого, так как он выталкивает кровь в аорту.

Сердечный цикл включает систолу (сокращение) и диастолу (расслабление). Сокращение предсердий и желудочков происходит поочередно. Во время систолы давление в желудочках повышается, клапаны закрываются и открываются, кровь выталкивается в артерии. После систолы наступает диастола, во время которой желудочки наполняются кровью.

Сердце работает 40% времени в активном состоянии и 60% — в покое. Частота сердечных сокращений выше днем и ниже ночью. Сердце регулируется импульсами из коры головного мозга и подкорковых образований, но также обладает автоматизмом.

Существует два вида влияния нервов на сердце: тормозящее (снижающее частоту сокращений) и ускоряющее. Парасимпатические нервы замедляют сердцебиение, а симпатические — увеличивают его. Вазомоторный центр в продолговатом мозге координирует работу сердца и регулирует артериальное давление.

Сердце вырабатывает электрические импульсы, которые проводятся по сердечной мышце. Импульсы возникают в синусовом узле, а затем передаются в предсердно-желудочковый узел и далее в желудочки.

Сердце обладает автоматизмом, проводимостью, возбудимостью, сократимостью и рефрактерностью.

Кровоснабжение сердца осуществляется коронарными артериями, которые получают 5–7% от всей прокачиваемой крови. Левая коронарная артерия делится на две ветви, снабжающие сердце кислородом и питательными веществами. Кровь в коронарные артерии поступает во время диастолы.

Венозная кровь собирается в крупные вены, образующие коронарный синус, который открывается в правое предсердие. В спокойном состоянии в коронарные артерии поступает около 200–240 мл крови, а при нагрузках — до 800 мл.

Каковы функции сердечной мышцы?

Для понимания физиологии сердца важно разобраться в его функциях. Главная задача сердечной мышцы — нагнетание крови из вен в артерии в ритмичном темпе. Это создает градиент давления, обеспечивающий непрерывное движение крови. Сердце отвечает за кровообращение, передавая кинетическую энергию. Многие сравнивают миокард с насосом, но в отличие от механического устройства, сердце обладает высокой производительностью, скоростью, плавностью процессов и запасом прочности. В сердце постоянно обновляются ткани.

Кровообращение, его компоненты

Чтобы понять физиологию кровообращения сердца, необходимо знать его компоненты.

Кровеносная система состоит из четырех элементов: сердечной мышцы, кровеносных сосудов, механизма регуляции и органов, служащих кровяными депо. Эта система является частью сердечно-сосудистой системы, в которую также входит лимфатическая система.

Кровь беспрерывно движется по сосудам благодаря нескольким факторам: работе сердечной мышцы как «насоса», разнице давления в системе, клапанам сердца и вен, предотвращающим обратный ток крови, а также замкнутости системы. Важную роль играют эластичность стенок сосудов и отрицательное внутриплевральное давление, которое способствует «присасыванию» крови и облегчает её возвращение к сердцу по венам. Сокращение скелетных мышц также помогает проталкивать кровь, а учащенное и глубокое дыхание снижает плевральное давление. Это повышает активность проприорецепторов, увеличивая возбудимость центральной нервной системы и частоту сокращений сердечной мышцы.

Круги кровообращения

В организме человека два круга кровообращения: большой и малый. Вместе с сердцем они образуют замкнутую систему. Чтобы понять физиологию сердца и сосудов, важно знать, как циркулирует кровь.

В 1553 году М. Сервет описал малый круг кровообращения. Он начинается в правом желудочке, затем кровь проходит через легочный ствол в легкие. Здесь происходит газообмен, после чего кровь по венам легких поступает в левое предсердие, обогащаясь кислородом. Насыщенная кислородом кровь затем попадает в левый желудочек, откуда начинается большой круг.

О большом круге кровообращения стало известно в 1685 году благодаря У. Гарвею. Обогащенная кислородом кровь движется по аорте к мелким сосудам, которые доставляют ее к органам и тканям, где также происходит газообмен.

В организме есть верхняя и нижняя полые вены, впадающие в правое предсердие. По ним течет венозная кровь с низким содержанием кислорода. Важно отметить, что в большом круге артериальная кровь движется по артериям, а венозная — по венам. В малом круге все наоборот.

Физиология сердца и его проводящая система

Теперь давайте подробнее рассмотрим физиологию сердца. Миокард — это поперечно-полосатая мышечная ткань, состоящая из клеток, называемых кардиомиоцитами. Эти клетки соединяются между собой нексусами, образуя мышечные волокна сердца. Хотя миокард не является анатомически целостным органом, он функционирует как синцитий, так как нексусы быстро передают возбуждение от одной клетки к другой.

В сердце выделяют два типа мышц по особенностям функционирования: атипическую мускулатуру и действующий миокард. Последний состоит из мышечных волокон с хорошо выраженной полосато-поперечной исчерченностью.

Основные физиологические свойства миокарда

Физиология сердца включает несколько ключевых свойств:

• Возбудимость.
• Проводимость и низкая лабильность.
• Сократимость и рефрактерность.

Возбудимость — это способность поперечно-полосатых мышц реагировать на нервные импульсы. Она ниже, чем у скелетных мышц. Клетки миокарда имеют высокий мембранный потенциал, что требует значительного раздражения для их активации.

Проводимость сердца характеризуется низкой скоростью передачи возбуждения, что приводит к попеременным сокращениям предсердий и желудочков.

Рефрактерность связана с длительным периодом, который следует за периодом действия. Из-за этого рефрактерного периода сердечная мышца сокращается по одиночному типу, действуя по принципу «либо все, либо ничего».

Атипичные мышечные волокна имеют слабовыраженные свойства сократимости, но высокий уровень обменных процессов. Митохондрии в этих волокнах выполняют функции, схожие с нервными волокнами, проводя нервные импульсы и обеспечивая генерацию. Проводящая система сердца формируется благодаря атипическому миокарду.

Атипический миокард и его основные свойства

• Уровень возбудимости атипического миокарда ниже, чем у скелетных мышц, но выше, чем у сократительного миокарда. Именно здесь генерируются нервные импульсы.
• Проводимость атипического миокарда также ниже, чем у скелетных мышц, но выше, чем у сократительного миокарда.
• В длительном рефрактерном периоде возникают потенциалы действия и ионы кальция.
• Атипический миокард характеризуется низкой лабильностью и ограниченной способностью к сокращению.
• Клетки атипического миокарда способны самостоятельно генерировать нервный импульс (автоматия).

Проводящая система атипических мышц

Изучая физиологию сердца, важно отметить, что проводящая система состоит из нескольких ключевых узлов и волокон. Синоатриальный узел расположен справа на задней стенке, между верхней и нижней полыми венами. Атриовентрикулярный узел, находящийся внизу межпредсердной перегородки, отправляет импульсы в желудочки. Пучок Гиса проходит через предсердно-желудочную перегородку и также направляется в желудочки. Волокна Пуркинье, ответвляясь от пучка Гиса, передают сигналы кардиомиоцитам.

Кроме того, существуют пучки Кента и Мейгайля. Пучки Кента располагаются по латеральному краю сердечной мышцы и соединяют желудочки с предсердием. Пучок Мейгайля находится под атриовентрикулярным узлом и передает сигналы в желудочки, минуя пучок Гиса. Эти структуры обеспечивают передачу импульсов даже при отключении атриовентрикулярного узла, что может привести к избыточной активности сердца при заболеваниях.

Что такое сердечный цикл?

Функции сердца организованы как периодический процесс, который контролируется проводящей системой сердца.

Сердце ритмично сокращается, периодически выталкивая кровь в кровеносную систему. Сердечный цикл включает сокращение и расслабление сердечной мышцы и состоит из систол предсердий и желудочков, а также паузы. Во время систолы предсердий давление в них повышается: в правом предсердии — с 1-2 до 6-9 мм рт. ст., в левом — до 8-9 мм рт. ст. Это приводит к поступлению крови в желудочки через предсердно-желудочковые отверстия. Когда давление в желудочках достигает 65 мм рт. ст. в левом и 5-12 мм рт. ст. в правом, происходит изгнание крови, за которым следует желудочковая диастола и быстрое падение давления в желудочках. В это время давление в крупных сосудах возрастает, что закрывает полулунные клапаны. Когда давление в желудочках падает до нуля, открываются створчатые клапаны, и начинается фаза наполнения желудочков, завершающая диастолу.

Продолжительность фаз сердечного цикла интересует многих, изучающих физиологию сердца. Она варьируется и зависит от частоты сердечного ритма. При нарушениях функции сердца продолжительность фаз может изменяться даже при одинаковом ритме.

Внешние признаки деятельности сердца

Сердечная мышца имеет несколько внешних признаков своей работы:

• Верхушечный толчок.
• Электрические явления.
• Тоны сердца.

Минутный и систолический объемы миокарда также отражают его функциональность.

Во время систолы желудочков сердце поворачивается слева направо, изменяя эллипсоидную форму на округлую. При этом верхняя часть сердечной мышцы приподнимается и давит на грудную клетку в V-образном межреберье с левой стороны, что и вызывает верхушечный толчок.

Тоны сердца — это звуковые явления, возникающие при работе сердечной мышцы. Выделяют два тона: первый, систолический, связан с предсердно-желудочковыми клапанами; второй, диастолический, возникает при закрытии клапанов легочного ствола и аорты. Первый тон длительный, глухой и ниже по частоте, второй — высокий и короткий.

Законы сердечной деятельности

Существует два основных закона сердечной деятельности: закон сердечного волокна и закон ритма сердечной мышцы.

Первый закон (О. Франка — Э. Старлинга) утверждает, что чем больше растянуто мышечное волокно, тем сильнее будет его сокращение. Уровень растяжения зависит от объема крови, накопившейся в сердце во время диастолы: чем больше объем, тем энергичнее сокращение во время систолы.

Второй закон (Ф. Бейнбриджа) гласит, что при повышении кровяного давления в полых венах увеличивается частота и сила сокращений сердца на рефлекторном уровне.

Оба закона действуют одновременно и относятся к механизму саморегуляции, который адаптирует работу сердечной мышцы к различным условиям.

Также на работу сердца влияют гормоны, медиаторы и минеральные соли (электролиты). Например, ацетилхолин (медиатор) и избыток калиевых ионов ослабляют сердечную деятельность, замедляя ритм и потенциально вызывая остановку сердца. В то же время, большое количество ионов кальция, адреналин и норадреналин усиливают сердечную деятельность и учащают ритм. Адреналин также расширяет венечные сосуды, улучшая питание миокарда.

Механизмы регуляции сердечной деятельности

В зависимости от потребностей организма в кислороде и питательных веществах частота и сила сокращений сердечной мышцы могут варьироваться. Деятельность сердца регулируется нейрогуморальными механизмами, но у него есть и собственные механизмы регулирования. Существует зависимость между силой сокращения миокарда и частотой его ритма, а также между энергией сокращения и степенью растяжения волокна в диастолу.

Упругое свойство миокарда, проявляющееся не в процессе активного сокращения, называется пассивным. Упругие свойства обеспечиваются опорно-трофическим остовом и актомиозиновыми мостиками, которые присутствуют даже в неактивной мышце. Остов положительно влияет на упругость миокарда, особенно при склеротических процессах.

При ишемической контрактуре или воспалительных заболеваниях миокарда жесткость мостиков увеличивается.

Работа сердечно-сосудистой системы — это сложный процесс, и любой сбой может привести к негативным последствиям. Регулярные визиты к врачу и соблюдение его рекомендаций помогут предотвратить заболевания, что проще, чем лечить их с помощью дорогостоящих медикаментов.

ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ

Изучение физиологии системы кровообращения началось в 1628 году, когда английский врач Уильям Гарвей установил, что кровообращение — это замкнутая система, а движение крови обеспечивается работой сердца. Он описал последовательность сокращения предсердий и желудочков.

В 1662 году Мальпиги открыл капилляры, а в 1733 году Хэлс измерил давление в артерии лошади. В 1828 году Пуазейль создал ртутный манометр для физиологических исследований, а в 1846 году Карл Людвиг сконструировал кимограф для записи колебаний артериального давления.

С тех пор наука достигла значительного прогресса, позволяя исследовать клеточные процессы, о которых ранее не могли даже предполагать.

Кровь выполняет свои жизненно важные функции только при непрерывном движении. Поэтому система кровообращения обеспечивает все процессы метаболизма и является частью различных функциональных систем, поддерживающих гомеостаз.

Система кровообращения включает сердце, сосуды и нейрогуморальный аппарат регуляции.

Функции сердечно-сосудистой системы:

1. Обмен с окружающей средой.
2. Доставка питательных веществ и кислорода в ткани.
3. Удаление шлаков.
4. Объединяющая функция (перенос биологически активных веществ).
5. Обмен тепла.

Система кровообращения состоит из трех кругов:

1. Большой круг: артериальная кровь из левого желудочка поступает в аорту, откуда направляется в крупные артерии, делящиеся на более мелкие, артериолы и капилляры. Затем кровь собирается в венулы и вены, возвращаясь в правое предсердие через верхнюю и нижнюю полые вены.

2. Малый круг: венозная кровь из правого желудочка выбрасывается в легочный ствол, направляясь по легочным артериям к легким. Артерии делятся на ветви, сопровождающие бронхи, и разветвляются на капилляры. Из легких кровь возвращается в левое предсердие по легочным венам, которые не имеют клапанов.

3. Коронарный круг: артериальная кровь поступает в правую и левую коронарные артерии, начинающиеся в корне аорты. Коронарные артерии стелются по поверхности сердца и, достигая диаметра около 2 мм, ветвятся и уходят в глубь миокарда. Венозная кровь из коронарного круга в основном сливается в правое предсердие, остальная часть поступает через сосуды Тибезия.

При сокращении сердца кровь устремляется в артериальную систему. Движение крови осуществляется за счет разности давления. Наивысшее давление в аорте (более 100 мм рт. ст.), ниже в артериях (80 мм рт. ст.), артериолах (40–60 мм рт. ст.), капиллярах (15–25 мм рт. ст.), венулах (12–15 мм рт. ст.) и наименьшее в полых венах (около 7 мм рт. ст.). Падение давления связано с сопротивлением, которое кровь преодолевает при движении по сосудам, зависящим от их диаметра, длины и вязкости крови.

Циркуляция крови в замкнутой системе сосудов осуществляется в основном сердцем. В норме приток крови к сердцу равен ее оттоку. Частота сокращений сердца зависит от массы организма: чем больше масса, тем меньше частота сокращений (например, у мыши — до 400, у собаки — 120, у взрослого человека — 60–80 уд/мин).

Сердце по размеру сопоставимо с кулаком соответствующего индивидуума. Средние размеры сердца у взрослого человека: длина 12–13 см, масса у мужчин — около 300 г, у женщин — 220 г.

Сердце высших позвоночных состоит из двух половин: левой (системной) и правой (легочной). Их функциональное разделение происходит после рождения. В сердце выделяют четыре камеры, а вместе с ушками — шесть. В норме камеры сердца проводят кровь только в одном направлении, что предотвращает обратный ток благодаря клапанному аппарату.

В устье полых вен находится фиброзное кольцо, которое обеспечивает нормальное прохождение крови по камерам сердца. Систола предсердий начинается с сокращения в устье полых вен фиброзного кольца. При сокращении предсердий кровь не возвращается в вены, так как в предсердиях остается мало крови, основная масса уже ушла в желудочки, которые в это время расслаблены.

Предсердие и желудочек каждой половины сердца соединены атриовентрикулярным отверстием со створчатыми клапанами, предотвращающими обратный ток крови. В левой половине находится двустворчатый (митральный) клапан, а в правой — трехстворчатый (трикуспидальный). Количество створок может варьироваться, но в левой половине их всегда меньше. К концам створок прикрепляются сухожильные нити (хорды), соединенные с сосочковой мышцей.

При сокращении сосочковой мышцы натягиваются сухожильные нити. Давление в желудочках повышается, и кровь устремляется к предсердиям, но встречая створчатые клапаны, закрывает их. Сухожильные нити удерживают створки, предотвращая их выворот во время сокращения желудочков.

Клапанный аппарат сердца также включает полулунные клапаны, расположенные между левым желудочком и аортой (аортальный) и между правым желудочком и легочной артерией (пульмональный). Полулунные клапаны имеют карманоподобные углубления, которые не позволяют им прилипать к стенкам артерий во время выброса крови. При расслаблении желудочков кровь пытается вернуться, заполняя пазухи (синусы) и закрывая клапаны.

СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ

Основная функция сердца — ритмичное нагнетание крови в артерии за счет сокращения и расслабления мышечных волокон. В норме сердечный цикл длится от 0,8 до 0,86 с.

При поверхностном рассмотрении выделяют: систолу предсердий — 0,1 с; диастолу предсердий — 0,7 с; систолу желудочков — 0,3 с и диастолу желудочков — 0,5 с. При более детальном анализе сократительную работу желудочков делят на периоды и фазы, а также учитывают короткие интервалы.

Деление сердечного цикла на периоды и фазы основано на изменении давления в полостях сердца.

Начнем рассмотрение сердечного цикла с систолы желудочков (0,33 с).