Функции сердца

В настоящее время выделяют три механизма регуляции сосудистого тонуса – местный, нервный, гуморальный.

Ауторегуляция обеспечивает изменение тонуса под влиянием местного возбуждения. Этот механизм связан с расслаблением и проявляется расслаблением гладкомышечных клеток. Существует миогенная и метаболическая ауторегуляция.

Нервная регуляция осуществляется под влиянием вегетативной нервной системы, осуществляющей действие как вазоконстриктора, так и вазодилататора.

Сосудорасширяющие нервы могут быть различного происхождения:

1) парасимпатической природы;

2) симпатической природы;

3) аксон-рефлекс.

Гуморальная регуляция осуществляется за счет веществ местного и системного действия  К веществам местного действия относятся ионы Ca, Na, Cu.

Интеркардиальные рефлексы.

В недавнее время изучен особый механизм саморегуляции сердца, связанный с наличием в сердечной мышце афферентного нейрона. Афферентный нейрон передает возбуждение на нейроны симпатической и парасимпатической нервной системы, осуществляя интеркардиальные рефлексы. Афферентный нейрон сердца может возбуждаться или тормозиться. Если, например, усиливается влияние блуждающего нерва на сердце, то оно начинает реже и слабее сокращаться и меньше выбрасывать крови в артерии. Тогда возникает переполнение сердца кровью, его стенки растягиваются и при этом возбуждаются рецепторы афферентного нейрона, от него по аксону импульсы идут к парасимпатическим и симпатическим ганглиям, расположенным в сердце. При этом нейроны парасимпатической нервной системы тормозятся, а симпатической - возбуждаются, вследствие чего сердце сильнее сокращается и выбрасывает накопившуюся в нем кровь. Противоположные изменения происходят в том случае, если сердце сокращается часто и афферентный нейрон возбуждается меньше.

Гуморальная саморегуляция сердечно-сосудистой системы.

Ряд гуморальных факторов как гормонального, так и тканевого происхождения по-разному влияют на сердце, сосуды и центры, регулирующие их деятельность. Адреналин, действуя непосредственно на сердце, вызывает учащение и усиление его сокращений (симпатикотропный эффект). Но если количество адреналина в крови значительно увеличивается, то эта кровь с высоким содержанием адреналина, омывая клетки сердечного центра, вызывает повышение тонуса центра блуждающего нерва. При этом деятельность сердца нормализуется.

Под влиянием ионов кальция увеличиваются частота и сила сердечных сокращений. Но ионы кальция, действуя на центры, приводят к уменьшению числа сердечных сокращений.

Ионы калия при введении их в вену снижают число сердечных сокращений. Эти же ионы при введении их в желудочки мозга действуют на центры, регулирующие деятельность сердца, и вызывают учащение сердечных сокращений.

Интересен гуморальный механизм поддержания кровяного давления по постоянном уровне. Известно, что кровяное давление повышается при увеличении содержания ионов натрия в крови. Если количество натрия уменьшается, то давление должно уменьшаться, но этого не происходит, так как в почках есть особые клетки, чувствительные к содержанию натрия. При уменьшении количества натрия в крови эти клетки усиленно выделяют ренин, который, в свою очередь, влияет на кору надпочечников и стимулирует образование альдостерона, задерживающего натрий в крови. С увеличением содержания натрия в крови увеличивается тонус сосудов и повышается кровяное давление. При этом наступают противоположные изменения в механизмах регуляции: меньше образуется ренина, соответственно, уменьшается и образование альдостерона, натрий выводится из крови и давление крови понижается.

Гуморальные факторы могут быть стимулом для осуществления рефлекторной саморегуляции сердечно-сосудистой систем. Так, в аортальном тельце, расположенном на восходящей ветви аорты, и в каротидном тельце, находящемся у места разветвления сонной артерии, расположены рецепторы, чувствительные к химическому составу крови. Проходящие через каротидное тельце сосуды расширяются и пропускают через стенки различные вещества, находящиеся в крови в избыточном количестве. Эти вещества действуют на хеморецепторы и вызывают рефлекторное изменение деятельности сердца и величины кровяного давления.

Рефлекторные реакции, обеспечивающие саморегуляцию сердечно-сосудистой системы, возникают также при раздражении хеморецепторов сосудов селезенки, почек, костного мозга, надпочечников и др.

Сердечный цикл – это совокупность электрических, механических и биохимических процессов в сердце в течение одного полного сокращения и расслабления. Последовательные чередования сокращения (систола) и расслабления (диастола) полостей сердца, обеспечивают перекачивание крови из венозного русла в артериальное. При 60 сокращениях сердца в 1 мин длительность одного сердечного цикла составляет 1 с, при 70 сокращениях – 0,85, при 75 – 0,8 с.

В сердечном цикле принято выделять три фазы:

1 – систола предсердий  и диастола желудочков (12,5 % времени);

2 – диастола предсердий  и систола желудочков (37,5 % времени);

3 – общая пауза предсердий и желудочков (50% времени).

При продолжительности сердечного цикла 0,8 с время на различные фазы распределяется следующим образом:

Предсердный цикл

·         систола 0,1 с;

·         диастола 0,7 с.

Желудочковый цикл:

·         систола 0,33 с;

·         диастола 0,47 с.

Общая пауза сердца 0,37 с.

Систола предсердий длится 0,1 с давление в них повышается до 5-6 мм рт. ст. и становится выше, чем в расслабленных желудочках (0 мм рт. ст.). Открываются створчатые клапаны, кровь нагнетается в желудочки.

Диастола предсердий (0,7 с) и сопровождает весь период систолы и большую часть диастолы желудочков. Предсердия заполняются кровью из полых и лёгочных вен.

Систола желудочков (0,33 с) совпадает с началом диастолы предсердий. В ней различают два периода: напряжения и изгнания, каждый из которых делится на несколько фаз.

Период напряжения (0,08 с) включает:

·        фазу асинхронного сокращения (0,05 с). Идёт постепенный охват возбуждением миокарда, вызывая асинхронное сокращение волокон. Давление крови в желудочках равно 0. Митральный и трёхстворчатый клапаны закрываются в конце этой фазы;

·        фазу изометрического напряжения (0,03 с). Возбуждение охватывает все волокна. Наполненные кровью желудочки сокращаются без изменения объёма. Клапаны закрыты. Давление в левом желудочке у лошади и крс возрастает до 100-120 мм рт. ст. В правом – до 20-30.

Период изгнания (0,25 с) включает:

·        фазу быстрого изгнания (0,12 с). Открываются полулунные клапаны. Ещё больше увеличивается напряжение стенки, давление в желудочках возрастает и выравнивается с давлением в аорте и лёгочной артерии (160-180 мм рт. ст. и 50-60 мм рт. ст. соответственно). Кровь изгоняется из желудочков в сосуды;

·        фазу медленного изгнания (0,13 с). Объём желудочков уменьшается до минимума (остаточный объём крови при систоле в покое около 50%, а при максимальном сокращении – 15-20%). Напряжение мышцы ослабевает. Давление между желудочками и сосудами уменьшается (в левом желудочке 100 мм рт. ст., в правом – 20). Скорость изгнания крови из желудочков падает до полного прекращения.

Диастола желудочков (0,47 с) имеет два периода: расслабления и наполнения, каждый из которых делится на несколько фаз.

Период расслабления (0,12 с) включает:

·        протодиастолу – период (0,04 с) между прекращением изгнания крови из желудочков и захлопыванием полулунных клапанов;

·        фазу изометрического расслабления (0,08 с). Все клапаны закрыты. В желудочках остаток крови. Мышца расслабляется изометрически. Давление в желудочках падает до 0. В конце фазы, открываются митральный и трёхстворчатый клапаны.

Период наполнения (0,35 с) включает:

·        фазу быстрого наполнения (0,08 с). Кровь из предсердий проваливается в желудочки, их объём возрастает

·        фазу медленного наполнения (0,27 с). Наполнение идёт за счёт кинетической энергии потока крови. Фаза предшествует систоле предсердий или совпадает с ней, поэтому также выделяют фазу дополнительного наполнения желудочков за счёт систолы предсердий.

Во время одного сердечного цикла происходит четыре основных движения миокарда: сужение, сокращение, удлинение и расширение. Каждое из этих движений происходит при последовательной активности каждого из четырех сегментов полосы миокарда. Механизм движения полосы миокарда аналогичен работе насоса (поршень и цилиндр), в котором, условно, базальный виток является внешним цилиндром, а апикальный виток – поршнем. Однако существует принципиальное отличие в работе сердца и насоса: в работающем механизме насоса цилиндр неподвижен, а в сердце движение осуществляет именно «цилиндр» – базальный виток. Схема последовательности сегментов полосы миокардаОн удлиняется и укорачивается и как бы скользит вверх и вниз вдоль полости левого желудочка, а «поршень» – апикальный виток неподвижен. Апикальный виток полосы миокарда включает два сегмента – нисходящий и восходящий. При сокращении нисходящего сегмента происходит вращение против часовой стрелки (скручивание основания желудочков), при этом укорачивается длинная ось желудочков, уменьшается размер и изменяется форма атриовентрикулярных отверстий. Таким образом, сокращение базального витка и нисходящего сегмента апикального витка полосы миокарда вызывает выброс крови в аорту и лёгочную артерию. При сокращении восходящего сегмента апикального витка происходит вращение по часовой стрелке (раскручивание основания желудочков), при этом удлиняется  продольная ось желудочков, увеличивается размер и изменяется форма атриовентрикулярных отверстий. В результате, создаётся мощная сила всасывания крови из предсердий. В этот момент желудочки быстро увеличиваются в объёме при всех закрытых клапанах сердца. Таким образом, процесс увеличения объёма полостей желудочков и последовательного удлинения их продольных осей совершается при сокращении желудочков (!) и начинается во второй половине систолы (в фазу медленного изгнания), захватывая первую треть диастолы (фазы изометрического расслабления и быстрого наполнения).

Регуляция работы сердца

Регуляция сердечной деятельности обеспечивается механизмами:

·        внутрисердечными, которые включают:

o   внутриклеточные  механизмы направлены на усиление  или ослабление синтеза клеточных  белков, а также внутриклеточных  структур, обеспечивающих биохимические  процессы в клетках. Сюда относится и закон Франка-Старлинга;

o   механизмы межклеточного  взаимодействия обеспечиваются  вставочными дисками-нексусами, объединяющими клетки миокарда в функциональный синцитий;

o   внутрисердечные  периферические рефлексы – более  высокий уровень регуляции. Собственная  нервная регуляция сердца осуществляется  метасимпатической нервной системой. Эти рефлексы замыкаются не в ЦНС, а во внутрисердечных нервных ганглиях. Афферентные (чувствительные) нейроны воспринимают растяжения мышечных волокон сердца и коронарных сосудов, эфферентные (двигательные) нейроны иннервируют миокард и гладкие мышцы коронарных сосудов. Эти рефлексы стабилизируют наполнение кровью артериального русла: уменьшают выброс крови в артерии при переполнении их кровью и увеличивают – при недостаточном возврате крови к сердцу

·      внесердечными, или экстракардиальными – ещё более высокий уровень приспособления сердца к потребностям организма, которые включают:

o    нервные механизмы;

o    гуморальные механизмы.

Нервная регуляция деятельности сердцаНервная, или рефлекторная регуляция осуществляется по принципу рефлексов по рефлекторной дуге: рецепторы → афферентные нервы → нервный центр → эфферентные нервы → сердце.

Вегетативные нервы влияют на все свойства сердечной мышцы. В физиологии сердца эти влияния обозначают так:

·         батмотропные – влияние на возбудимость;

·         инотропные – влияние на силу сокращений;

·        дромотропные – влияние на проводящую систему сердца;

·         хронотропные – влияние на частоту сердечных сокращений.

Если работа сердца при воздействии на него урежается или ослабляется (при раздражении парасимпатических нервов), говорят об отрицательном (батмотропном, инотропном, дромотропном, хронотропном) влиянии, а если учащается или усиливается (при раздражении симпатических нервов) – о положительном влиянии.

Влияние нервов на сердце реализуется через нервные медиаторы.

Активное участие в контроле деятельности сердца принимает сосудодвигательный центр продолговатого мозга. Латеральные его отделы передают возбуждающие сигналы через симпатические нервы к сердцу, увеличивая частоту и силу его сокращений. Медиальные отделы через волокна блуждающих нервов передают импульсы, урежающие ЧСС. В состоянии физиологического покоя выше тонус парасимпатических нервов и сердце работает на 1/5-1/6 своих возможностей.

Помимо продолговатого и спинного мозга в регуляции работы сердца участвуют средний, промежуточный мозг, а также лимбическая система и кора больших полушарий.

Рефлексы, начинающиеся с сосудистых рефлексогенных зон имеют очень большое значение в регуляции сердечной деятельности и сосудистого тонуса:

·        рефлексогенная синокаротидная зона (зона каротидного синуса) – парная, находится в разветвлениях правой и левой сонных артерий на наружные и внутренние ветви. Здесь имеется каротидный синус. Благодаря хеморецепторам синус регистрирует изменения рСО2 и рО2, сдвиги рН крови, а благодаря барорецепторам – колебания АД. При увеличении АД импульсы от рецепторов по синусному нерву Геринга идут в продолговатый мозг к ядрам блуждающего нерва. По вагусу импульс идёт к сердцу, вызывая отрицательные инотропные и хронотропные эффекты. В результате АД снижается;

·        рефлексогенная зона дуги аорты имеет баро- и хеморецепторы; возбуждение от них передаётся по аортальному, или депрессорному нерву в продолговатый мозг, откуда по вагусу импульсы идут к сердцу, уменьшая его работу. Аортальная зона контролирует общее артериальное давление в организме;

·        рефлексогенная зона вблизи устья полых вен, а также в правом предсердии. Рефлекс с барорецепторов этой зоны носит название рефлекса Бейнбриджа: при переполнении кровью полых вен импульсы направляются по спинномозговым нервам в грудную часть спинного мозга, где находятся центры симпатических нервов сердца. Они усиливают работу сердца, и давление крови в полых венах снижается.

Рефлекторные изменения работы сердца возникают и при раздражении других рецепторных зон организма:

·        рефлекс Гольца – резкое замедление или остановка сердца при раздражении механорецепторов брюшной стенки и органов брюшной полости;

·        рефлекс Ашнера – замедление сокращений сердца при несильном надавливании на глазное яблоко;

·        рефлекс Парина – увеличение давления в легочной артерии замедляет ритм сокращений сердца.

Гуморальная регуляция сердца осуществляется биологически активными веществами, которые влияют либо непосредственно на сердечные волокна, либо на эфферентные нервные окончания синапсов, либо рефлекторно – через ЦНС.

Веществами, влияющими на деятельность сердца являются:

·        катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин) – действуют на сердце аналогично симпатической нервной системе;

·        ацетилхолин – действует так же как и парасимпатические нервы;

·        глюкагон – положительное инотропное действие, реализуемое через цАМФ;

·        тироксин – положительное инотропное действие, за счёт усиления тонуса симпатической нервной системы;