Работа сердца

Вследствие ритмического характера автоматизма сердцу свойственна циклическая сократительная деятельность. Каждый цикл сердечных сокращений состоит из ряда механических процессов, идущих в строгой последовательности. Прежде чем характеризовать эти процессы, отметим, что левый желудочек нагнетает кровь в большой, а правый - в малый круги кровообращения. Кроме того, левое предсердие совершает работу по наполнению левого желудочка и тем самым способствует эффективности его нагнетательной функции. То же делает правое предсердие по отношению к правому желудочку. Поэтому принято условно говорить о левом сердце и правом сердце, как о двух насосах, соединённых друг с другом последовательно (выход одного является входом другого). Сразу заметим, что оба они перекачивают примерно одинаковые объёмы крови за каждый цикл.

Проанализируем цикл сердечной деятельности при средней частоте пульса (75 мин-1). В этом случае полное время сердечного цикла (рис. 5.41) составляет 0,8 с. Сначала сокращаются предсердия. Благодаря атрио-вентрикулярной задержке их сокращение (систола предсердий) при расслабленных желудочках продолжается 0,1 с. Затем на-

Цикл сердечной деятельности

Рис. 5.41. Цикл сердечной деятельности.

Обозначения: внутренний круг - временная шкала (каждый сектор -0,1 с); внутреннее кольцо - систола (заштрихована) и диастола предсердий; наружное кольцо - систола (заштрихована) и диастола желудочков; числами обозначены различные фазысистолы (1-4) и диастолы (5-9) желудочков (1 - фаза асинхронного сокращения, 2 - фаза изометрического сокращения,

  • 3 - фаза быстрого изгнания крови, 4 - фаза медленного изгнания крови,
  • 5 - протодиастолический интервал, 6 - фаза изометрического расслабления,
  • 7 - фаза быстрого наполнения, 8 - фаза медленного наполнения, 9 - пресистола); вертикальная стрелка указывает начало сердечного цикла; стрелка по кругу - последовательность смены фаз

чинают сокращаться желудочки. В желудочковой систоле выделяют ряд стадий (их называют фазами). Первая из них - фаза асинхронного сокращения длится 0,05 с. В течение её нет полной синфазности в возбуждении миокардиальных волокон. Из-за неодновременности сокращений отдельных из них желудочки развивают слабое усилие, но к концу фазы асинхронного сокращения степень синфазности нарастает, многие волокна вовлекаются в сокращение, вследствие чего достигается достаточная сила, чтобы создать внутри желудочков большее кровяное давление (КД), чем в предсердиях (около 5 мм. рт. ст., что эквивалентно 0,66 кПа.). В этот момент КД в магистральных артериальных стволах, куда кровь затем должна быть выброшена желудочками, значительно выше: в аорте - примерно 60 мм. рт. ст. (8 кПа), в лёгочном артериальном стволе - 15 мм. рт. ст. (2 кПа).

Каждый из желудочков отделен от своего предсердия створчатым, а от соответствующего магистрального ствола - полулунными клапанами. Клапаны открываются и закрываются в зависимости от соотношения КД в полостях, которые ими разделяются. Створчатые клапаны закрыты тогда, когда КД внутри желудочков выше, чем в предсердиях. Полулунные клапаны, напротив, открываются при высоком давлении в желудочках (при КД в левом желудочке выше, чем в аорте, и при КД в правом желудочке выше, чем в лёгочном артериальном стволе). Когда в конце фазы асинхронного сокращения внутрижелудочковое КД станет выше, чем внутрипредсердное, створчатые клапаны закрываются, после чего желудочки продолжают сокращаться в условиях герметичности своих полостей, заполненных кровью. Следовательно, первая фаза систолы желудочков сменяется второй - фазой изометрического сокращения. Изометрический режим обусловлен тем, что сердечная мышца сокращается вокруг несжимаемого тела - крови, содержащейся в желудочках, из которых она не может выйти, так как обе пары отверстий перекрыты клапанами. Существование фазы изометрического сокращения является важным условием нормальной сердечной деятельности. Всё усилие, развиваемое миокардом, идёт на повышение его потенциальной энергии и, следовательно, на создание напряжения. В результате КД внутри желудочков стремительно нарастает: в левом желудочке - от 5 до 60 мм. рт. ст., в правом - от 5 до 10 мм. рт. ст. Это происходит примерно за 0,03 с - такова продолжительность фазы изометрического сокращения.

Благодаря достижению внутри желудочков КД, большего, чем в магистральных артериальных стволах, открываются полулунные клапаны, и кровь устремляется из сердца в сосуды. Вначале КД в желудочках ещё продолжает повышаться, несмотря на открытиеклапа- нов. Этот режим сокращения называют изотоническим, что не совсем точно выражает его характер, поскольку при нём КД не удерживается на постоянном уровне. Например, в левом желудочке давление повышается примерно на такую же величину, как и в течение фазы изометрического сокращения (около 60 мм. рт. ст.), но не за 0,03, а за 0,12 с. За это время кровь быстро вытекает из желудочков в сосудистое русло. Поэтому третья фаза сердечного цикла называется фазой быстрого изгнания. Затем ещё 0,13 с кровь вытекает из желудочков в фазу медленного изгнания, причём в течение четвёртой фазы скорость истечения крови неуклонно понижается, поскольку падает внутрижелудочковое давление. Так, КД в полости левого желудочка, достигшее к началу фазы медленного изгнания 120-130 мм. рт ст. (16,0-17,3 кПа), к концу её становится меньше диастолического давления в аорте. После расслабления - диастолы, в которой также выделяют несколько фаз (см. рис. 5.41), наступает новое сокращение. Сердечный цикл повторяется.

Как уже говорилось, сила, возникающая в сердечной мышце при её сокращении, зависит от исходной длины миокардиальных волокон, поскольку по мере укорочения волокна увеличивается число миозиновых мостиков, участвующих в сокращении. Это общее свойство мышечной ткани. В миокарде оно находит выражение в законе Франка-Старлинга: сила сердечного сокращения прямо пропорциональна исходной длине миокардиальных волокон (перед началом систолы), а исходная длина зависит от степени растяжения их кровью, поступающей из предсердий. Следовательно, сила сокращения миокарда желудочков тем значительнее, чем больше крови поступает в них во время диастолы. От диастолического наполнения желудочков зависит основной показатель (параметр) сократительной функции сердца - систолический (ударный) объём (Vc). Так называют объём крови, выбрасываемый каждым из желудочков при одном сокращении. Систолические объёмы левого и правого желудочков одинаковы. Для каждого их желудочков Vc составляет 70-100 мл в условиях покоя, причём изгоняется 60-70% крови, содержавшейся там в период диастолы. При физической работе и эмоциях Vc увеличивается в 2-3 раза. От систолического объёма зависит работа сердца, но её значение может быть разным при одной и той же величине Vc

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается, во-первых, на выталкивание крови в магистральные артериальные сосуды против сил давления и, во-вторых, на придание крови кинетической энергии. Первый компонент работы называется статическим (потенциальным), а второй - кинетическим.

Статический компонент работы, сердца вычисляется по формуле Аст = рср • Vc, где р - среднее давление крови в соответствую-

Кривая динамики кровяного давления в артерии

Рис. 5.42. Кривая динамики кровяного давления в артерии.

По оси абсцисс - время, по оси ординат - кровяное давление.

На графике показан способ планиметрического определения среднего давления: определив площадь под кривой кровяного давления за время сердечного цикла (площадь фигуры АабвгД) при помощи планиметра, строим равновеликий ей прямоугольник АВСД, основание которого равно основанию фигуры АабвгД (т.е. АД = At); тогда высота этого прямоугольника (ЕН) численно равна величине среднего давления. Рс - систолическое давление;

Рд - диастолическое давление; tc = АД - время сердечного цикла (At)

щем магистральном сосуде (аорте - для левого желудочка, лёгочном артериальном стволе - для правого желудочка). Поскольку изменение КД в артериях является сложной периодической функцией, среднее давление равно не полусумме максимального (систолического) и минимального (диастолического) давлений, а среднему из бесконечно малых изменений давления от максимального до минимального в течение одного сердечного цикла (рис. 5.42).

Следовательно, среднее давление определяется так: 1

р =— p(t)dt„ где At = t2 - t] - время сердечного цикла. В отличие At*

Ч

от систолического и диастолического давлений, изменяющихся в до- вольно широких пределах, рср характеризуется постоянством. И.П. Павлов относил его к гомеостатическим константам организма. Величина р в большом круге кровообращения составляет приблизительно 100 мм. рт. ст. (13,3 кПа). В малом круге рср « 15 мм. рт. ст. (2 кПа), т.е. примерно в 6 раз меньше, чем в большом. Поскольку Vc обоих желудочков одинаков, а давление, против которого они совершают работу, имеет шестикратное различие, то и статический компонент работы левого желудочка приблизительно в 6 раз больше: А = П 7 • 1 О3 Пя х 70 • 1 ГГ6 IU3 а Г) Q ЛГ-ж- А ~

^ст левого желудочка 1 ' 1 1V1 yji-/ r-V'1'-? ?rlcm правого желудочка

0,15 Дж. В этих расчётах Vc принят равным 70 мл.

Кинетический компонент работы сердца определяется по фор- . ню2 V v>

муле: Ак =—-— = р ——, где р - плотность крови (примерно

  • 103 кг • м-3), и - скорость кровотока в магистральном артериальном стволе (в среднем 0,7 м • с-1).
  • 1

Следовательно, А. = - • 103кг • м 3 • 70 • 10 6 м3 • 0,49 м2 • с 2 =

  • 2
  • 0,02 Дж.

В целом работа левого желудочка за одно сокращение в условиях покоя составляет около 1 Дж, а правого - менее 0,2 Дж, причём статический компонент доминирует, достигая 98% всей работы, тогда как на долю кинетического компонента приходится всего 2%. Средняя мощность миокарда поддерживается на уровне 1 Вт.

При физической работе и эмоциях повышается КД в магистральных сосудах, увеличивается Vc, но в ещё большей степени возрастает скорость кровотока. К тому же Ак зависит от квадрата этой скорости. Поэтому при физических и психических нагрузках вклад кинетического компонента в работу сердца становится весомее (до 30% всей работы), чем в покое. Например, при выполнении тяжёлой физической работы тренированным человеком его р достигает 16 кПа, Vc - 200 мл, о - 3 м • с-1. Тогда работа левого желудочка достигает А = 16 • 103 • 200 • 10-6 + - • 103 • 200 • 10-6 • 9 = 3,2 + 0,9 =

  • 2
  • 4,1 Дж. Средняя мощность возрастает до 8,2 Вт. Приведённые числа не являются предельными.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >