Мой путь в немецкую клинику
Немецкая медицина является для многих врачей одним из эталонов качества, надежности и мастерства. Это и неудивительно - мне, как хирургу, в своей повседневной клинической деятельно..
| ПСИХУШКА ЗА ПОБЕГ ИЗ ДЕТДОМА
Две недели назад в Гражданскую комиссию по правам человека поступило очередное сообщение по поводу того, что 15-летнего подростка поместили из обычного детского дома в психиатриче..
| Как сдавать PLAB экзамены
лицензии на работу врачом в Великобритании. Однако ему должна предшествовать успешная (с проходным баллом 7) сдача теста по английскому языку (IELTs)...
| Новые горизонты терапевтического ультразвука
Наибольшие ожидания связаны c тромболизисом. Ультразвуковое воздействие на тромбированные сосуды инициирует и усиливает деполимеризацию тромба с повышением взаимодействия тромболит..
| Охота на фармацевтов и врачей
Две трети судебных юристов США, зарабатывающих на процентах от отсуженных компенсаций пострадавшим, специализируются на "медицинских" процессах - исках к производителям лекарств и..
| Каким быть ногтям медицинского работника
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) обращает внимание на то, что искусственные акриловые ногти способствуют сохранению контаминации рук после использования мыла или содержа..
| Клонирован мочевой пузырь
Клонирование человека - дилемма. Клонирование отдельных органов - мечта. Возможность менять старые, отработавшие, больные органы на новые будоражит умы и врачей, и пациентов. Актуа..
|
| Интерпретация в клинической физиологии сердца
Интерпретация клиническая физиология сердца Анатомия физиология Система кровообращения малый большой круги кровообращения правый желудочек сосуды левое предсердие левый желудочек правое предсердие мышечный орган Проводящая система сердца миокард Эпикард эндокард Мышечные волокна Кардиомиоциты Миофибриллы тропомиозин тропонин актин деформация материала миокарда Молекулы актина Молекулярная масса тропомиозина Митохондрии саркоплазматический ретикулум мукополисахариды Сарколемма Продольно-поперечная тубулярная система Лизосомы Опорная функция Сосудистая система Иннервация системы кровообращения гипоталамус Физиология Мышечное сокращение Возбудимость Автоматизм Механизм мышечного сокращения Упругие свойства Регуляция мышечного сокращения Периодическая организация биомеханики сердца диастола сердца
Глава 1
Анатомия и физиология
Анатомия и физиология - основания клинической физиологии сердца, кровообращения. Система кровообращения через транспорт крови обеспечивает единство организма. Условно разделяется на малый (SHCC)
и большой (BCC) круги кровообращения. В малом круге ( правый желудочек (RV) сердца, сосуды SHCC и левое предсердие (LA) происходит обмен крови с внешней средой. Здесь она насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа. Большой круг (левый желудочек (LV),
сосуды BCC и правое предсердие (RA) осуществляет кровоснабжение на уровне всего организма. Оба круга не изолированы, но связаны сосудистыми анастомозами, предсердиями и желудочками сердца.
Через нейрогуморальную регуляцию (NGR) система кровообращения интегрируется в организме и посредством сенсоров высших нервных структур реагирует на изменения внешнего мира.
В кровообращении приоритет отдается большому кругу (BCC),
который по сравнению с малым испытывает значительно большие биомеханические нагрузки. Именно поэтому в клинике преобладают заболевания, связанные с его нарушениями. Наиболее слабое место в BCC - LV.
1.1 Анатомия
Анатомические компоненты системы кровообращения - сердце, кровеносные и лимфатические сосуды.
1.1.1 Анатомия сердца
Сердце - полый мышечный орган, выполняющий функцию насоса. У взрослого его объем и масса составляют в среднем для мужчин 783 см3 и 332 г, для женщин - 560 см3 и 253 г.
Форма определяется возрастом, полом, телосложением, здоровьем, др. факторами. В упрощенных моделях описывается сферой, эллипсоидами, фигурами пересечения эллиптического параболоида
и трехосного эллипсоида. Мера вытянутости (фактор) формы есть отношение наибольших продольного и поперечного линейных размеров сердца. При гиперстеническом типе телосложения отношение близко к единице и астеническом - порядка 1,5.
Сердце состоит из четырех камер - LA и RA, LV и RV,
разделенных перегородками. В RA входят полые, в LA - легочные вены. Из RV и LV выходят, соответственно, легочная артерия (легочный ствол) и восходящая аорта. RV и LA замыкают SHCC, LV и RA - BCC.
Сердце расположено в нижней части переднего средостения, большая часть
его передней поверхности прикрыта легкими. С впадающими участками полых и легочных вен, а также выходящими аортой и легочным стволом оно покрыто сорочкой (перикардом). В полости перикарда содержится небольшое количество серозной жидкости.
1.1.1.1 Анатомия правого сердца
Предсердия (без предсердных ушек) по форме близки к эллипсоидам с малой степенью вытянутости и потому часто аппроксимируются сферическими аналогами.
В RA выделяют медиальную, переднюю, верхнюю, заднюю и латеральную стенки,
а также три отдела - синус полых вен, собственно RA и правое ушко. Объем у взрослых колеблется от 100 до 180 см3. Через правое предсердно-желудочковое отверстие оно сообщается с RV.
Форма RV близка к фигуре, образованной пересечением поверхностей двух
эллиптических параболоидов с разной величиной одного из диаметров эллиптического сечения. Входной отдел RV содержит элементы правого предсердно-желудочкового клапана. Объем в диастолу у взрослых составляет (150-240) см3. Выделяют переднюю, заднюю и медиальную стенки
желудочка. Внутренний рельеф стенок представлен мясистыми трабекулами, сосочковыми мышцами, мышечными гребнями. Основания сосочковых мышц располагаются в толще трабекул. Медиальной стенкой служит межжелудочковая перегородка (SIV).
Правый предсердно-желудочковый клапан включает фиброзное кольцо, прикрепляющиеся к
нему три створки (переднюю, заднюю и перегородочную), а также соединяющие его с сосочковыми мышцами сухожильные нити. По числу створок клапан называют трехстворчатым. К каждой сосочковой мышце прикреплено три-шесть сухожильных нитей.
Диаметр правого предсердно-желудочкового отверстия в физиологических условиях колеблется в пределах (20 - 40) мм. Иногда могут быть добавочные створки. Длина сосочковых мышц - (5 - 30) и диаметр - (3 - 15) мм.
Выходной отдел RV направлен вверх и влево, сужаясь, переходит в легочный ствол, называемый в начальной части артериальным конусом. В основании легочного ствола расположен клапан, состоящий из трех полулунных лепестков.
1.1.1.2 Анатомия левого сердца
LA располагается позади легочного ствола и восходящей аорты. Отделяется от RA передней и задней межпредсердными бороздами, от LV - венечной бороздой.
Выделяют верхнюю, заднюю, латеральную, переднюю и медиальную стенки, а также три отдела, в которые входят синус легочных вен, собственно полость предсердия и левое ушко.
Внизу предсердие соединяется через левое предсердно-желудочковое отверстие с LV. В области верхней стенки предсердия находятся устья легочных вен - чаще четыре, реже пять. Передняя стенка представляет собой заднюю стенку поперечного синуса и прилежит к восходящей
части аорты и легочному стволу. Внутренняя поверхность латеральной стенки гладкая. Межпредсердная перегородка является медиальной стенкой предсердия. Левое ушко прикрывает боковую поверхность предсердия и легочный ствол. Миокард ушек RA
и LA при сокращении способствует открытию предсердно-желудочковых отверстий. Ушки обусловливают также присасывающую функцию сердца, служат дополнительным резервуаром и биологическим амортизатором для крови, притекающей в предсердия. Объем LA составляет (110 - 130) см3,
Форму, как и RA, можно описать сферическим аналогом.
LV аппроксимируют эллипсоидами и в некоторых случаях - эллиптическим параболоидом. Объем составляет (140 - 210) см3. Различают медиальную, переднюю и заднюю стенки, имеющие развитую мускулатуру, с наружным,
средним и глубоким слоями. Волокна наружного и глубокого слоев для RV и LV общие, средний окружает LV отдельно. На передней поверхности сердца мышечные пучки наружного и глубокого слоев идут справа налево и сверху вниз, на задней - слева направо.
Волокна среднего слоя располагаются циркулярно. Этот слой в LV развит больше, чем в RV, его стенки толще. Внутренняя поверхность передней стенки LV имеет сеть мясистых трабекул, по сравнению с RV они тоньше и короче. У основания трабекулы располагаются вертикально,
ниже идут косо вниз справа налево. На внутренней поверхности задней стенки располагаются мясистые трабекулы и задняя сосочковая мышца. Обычно размер передней сосочковой мышцы больше, чем задней. Длина сосочковых мышц колеблется от 10 мм до 50 мм, а диаметр от
2 мм до 25 мм. SIV является медиальной стенкой LV и представляет собой хорошо выраженный мышечный пласт, разделяющий его полости. SIV образует мышечные слои обоих желудочков, однако со стороны левого это участие более выражено.
Места резкого искривления внутренней поверхности LV - области перехода передней и задней стенок в SIV и сосочковые мышцы - называют анатомическими концентраторами напряжений [10]. Здесь в систолу сердца
концентрируются напряжения, которые могут иметь клиническое значение при повышении артериального давления (АД) либо локальных изменениях биоупгугих свойств материала миокарда.
Левое предсердно-желудочковое отверстие имеет овальную форму, в основании содержит фиброзное
кольцо, к которому прикрепляются в отличие от RV две (передняя и задняя) створки клапана. Передняя створка больше задней. Свободными краями они обращены в полость LV. К ним прикрепляются сухожильные хорды, берущие начало от передней и задней сосочковых мышц,
а также от части эндокарда. От каждой из сосочковых мышц отходит по пять-девять хорд. Число створок может быть больше двух.
Диаметр предсердно-желудочкового отверстия в физиологических условиях составляет от 15 мм до 30 мм.Далеко не всегда происходит полное смыкание створок клапана, что, однако, не отражается на насосной функции сердца.
Участок выходного отдела LV, расположенный под устьем аорты и ограниченный
верхним отделом SIV и передней створкой митрального клапана, называют артериальным (аортальным) конусом или выводным трактом, в отличие от остальной части полости желудочка, именуемой вводным трактом. Тем самым вся полость желудочка как бы разделяется на
две подобласти, играющие решающую роль в приеме крови из предсердия и изгнании через аорту в BCC.
Фиброзное кольцо аорты находится в месте перехода артериального конуса в восходящую часть аорты, начальный отдел которой называется луковицей. В ней определяются три углубления - аортальные синусы,
к нижним краям которых прикрепляются правая, левая и задняя полулунные заслонки, формирующие клапан аорты.
1.1.1.3 Объемные соотношения камер сердца
Доля объема стенок желудочков и SIV в объеме сердца неодинакова. Большая часть приходится на LV (26,3%), меньшая - RV (23,2%) и SIV (17,2%). Объем стенок составляет около 67% объема сердца, остальная часть
приходится полости желудочков. Средний объем полости RV в 1,5 раза больше LV. Для сердца объемом 532 см3 объемы полостей LV и RV составляют 70 см3 и 106 см3, соответственно, объемы предсердий - 1/3 от общего объема сердца.
В расслабленном состоянии толщина стенок предсердий - (3 - 4), RV - (4 - 6) и LV - (7 - 11) мм. Плотность материала стенки сердца в среднем равна 1,06 г/см3.
1.1.1.4 Проводящая система сердца
Проводящая система, генерирующая и распространяющая возбуждения по сердцу и согласовывающая работу камер, представлена двумя узлами и многочисленными волокнами.
Главный, синоатриальный, узел в физиологических условиях выступает
водителем ритма. В нем спонтанно возникают потенциалы действия, распространяющиеся по волокнам проводящей системы на предсердия и предсердно-желудочковый узел, от которого с некоторой задержкой передаются волокнам проводящей системы желудочков (пучок
Гиса, правая и левая ножки пучка Гиса, их периферические разветвления). Синоатриальный узел расположен над правым ушком у места впадения верхней полой вены в правое предсердие, имеет эллипсоидальную форму и размеры (2х5х15) мм.
Проводящая система предсердий представлена тремя путями, объединяющими оба предсердия, а также предсердия с предсердно-желудочковым (атриовентрикулярным) узлом.
Атриовентрикулярный узел находится в нижней части межпредсердной перегородки, его размеры - (1х3х8) мм3. Пучок Гиса имеет длину до 10 мм и диаметр около 1 мм.
Длина и диаметр ножек меньше таковых пучка Гиса в 1,5 раза. Диаметр периферических разветвлений ножек пучка Гиса, связанных с сократительным миокардом, около 0,1 мм.
Управление проводящей системой осуществляется через интерфейс синоатриального и атриовентирулярного узлов с вегетативными симпатическими и парасимпатическими нервами, собственными нервами сердца.
1.1.1.5 Кровоснабжение сердца
В большинстве случаев сердце кровоснабжается двумя (левой и правой) венечными артериями. Первая берет начало от левого аортального синуса и своим коротким стволом проходит в глубине между легочным стволом и левым ушком,
где делится на огибающую и переднюю межжелудочковую ветви. Огибающая ветвь располагается в венечной борозде, по которой она переходит на диафрагмальную поверхность сердца. Передняя межжелудочковая ветвь спускается по одноименной борозде и достигает верхушки сердца.
Правая венечная артерия отходит от правого аортального синуса, после чего направляется к венечной борозде и по ней огибает правый край сердца. Обе артерии дают многочисленные ветви к стенкам предсердий и желудочков. Отток крови от сердца происходит в венечный синус,
передние вены сердца и вены, впадающие непосредственно в правое сердце. Венечный синус находится в заднем отделе венечной борозды между LA и LV.
Его устье располагается в углу между нижней частью задней стенки RA и межпредсердной перегородкой ниже заслонки нижней полой вены. Отверстие синуса прикрыто заслонкой. В системе оттока от сердца большое значение принадлежит и лимфатическому руслу.
1.1.1.6 Тонкое строение стенок сердца
Стенки всех камер сердца построены по общему плану и состоят из эпикарда, миокарда и эндокарда.
Основной их компонент миокард, обеспечивающий сократительную функцию сердца. Эпикард покрывает миокард снаружи, эндокард - со стороны внутренних полостей камер сердца.
Миокард содержит мышечные волокна и опорно-трофический остов, включающий клетки соединительной ткани, волокна,
основное вещество, нервные элементы и сосудистое русло. Соотношение объемов мышечных волокон и опорно-трофического остова в среднем равно 4:1, оно больше для миокарда желудочков и меньше для миокарда предсердий.
Мышечные волокна состоят из мышечных клеток (кардиомиоцитов), соединенных вставочными дисками и образующих функциональный синцитий. Прочность соединений кардиомицитов велика и даже при больших нагрузках они разрушаются вне вставочных дисков. Форма и размеры кардиомиоцитов примерно одинаковы у всех млекопитающих. Их диаметр (10 - 20) мкм, длина - (50 - 120) мкм.
В систолу диаметр увеличивается, а длина уменьшается. Объем кардиомиоцитов в процессе сокращения не изменяется. Кардиомиоциты желудочков больше, чем предсердий. Меньшие размеры имеют и клетки проводящей системы сердца. В миокарде желудочков кардиомиоциты занимают (75 - 80)% , в миокарде предсердий - (55 - 75)% объема [1].
Кардиомиоциты состоят из миофибрилл, митохондрий, ядер, хорошо развитых мембранных систем, лизосом, рибосом и других органоидов. Миофибриллы, как сократительный аппарат, занимают половину объема кардиомиоцитов.
Миофибриллы состоят из тонких и толстых нитей. Первые содержат белки актин, тропомиозин и тропонин.
Молекулы актина образуют двойную спираль - остов тонкой нити, при этом на обеих сторонах двойной цепи получается по одному продольному желобку, в котором находятся молекулы тропомиозина. К ним на одинаковых расстояниях присоединены молекулы тропонина.
Толстые нити образованы молекулами миозина, которые имеют вид клюшки и состоят из стержневой части (тяжелая цепь) и головки (легкая цепь). Стержневая часть закручена в двойную спираль, придающую всей молекуле жесткость, причем изгибаться она может только
на двух участках, называемых шарнирными, где двухспиральная структура частично или полностью нарушена. Один из этих участков находится в стержневой части, другой - у основания головки. Благодаря наличию шарнирных участков головки миозина могут
подходить к тонким нитям. Под воздействием ионов кальция происходят конформационные изменения тропининового комплекса и смещение молекул тропомиозина. В результате у молекул актина открываются активные участки, способные взаимодействовать с головками миозина.
Последовательное взаимодействие головок миозина с различными участками актиновых нитей вызывает перемещение последних относительно толстых нитей [17]. Этот процесс лежит в основе сокращения миофибрилл, которое в терминах биомеханики есть активная
деформация материала миокарда. Молекулы актина имеют относительную молекулярную массу порядка 60 000 и существуют в фибриллярной и глобулярной формах. Молекулярная масса тропомиозина - около 70 000, тропонина - 50 000. Последний участвует в регуляции
актомиозинового сопряжения.
На продольных срезах миофибриллы определяются в виде поперечно исчерченных (диски) волокон различной электронной плотности. Выделяют I - и А - изотропные и анизотропные диски. В центре I-дисков находятся
Z-полосы, ограничивающие участок волокна, называемый саркомером. Миофибриллы можно рассматривать как совокупность последовательно соединенных саркомером. В центральной зоне саркомера выделяют L-линии. I-диски образованы нитями актина, прикрепленными у Н-полосы и
состоящими из соединения актина и миозина, (актомиозина), L-линии образованы миозином. При сокращении волокна уменьшаются I-диски и Н-полоса, образованная соседними L-линиями, что можно расценивать как вхождение актиновых нитей в миозиновые. Этот процесс происходит
в присутствии ионов кальция, при этом длина саркомеров уменьшается от 2,20 до (1,45 - 1,65) мкм. Удаление ионов кальция вызывает расслабление миофибриллярного аппарата. Митохондрии выполняют роль энергетических станций. Здесь образуется ATP, богатый макроэргическими связями.
Митохондрии расположены между миофибриллами в субсарколеммальном пространстве. Ядро имеет веретенообразную форму и продольно расположено в клетке, его длина около16,4 мкм , диаметр - 5,6 мкм. Часто кардиомиоцит содержит несколько ядер.
В мембранной системе кардиомиоцитов выделяют сарколемму, продольно-поперечную тубулярную систему
и саркоплазматический ретикулум. Как и другие мембранные системы, она состоит из липопротеидов - соединений белков с липидами. Липидный компонент мембран образован, главным образом, фосфолипидами. Наружная поверхность сарколеммы покрыта мукополисахаридами.
Сарколемма обладает избирательной проницаемостью, за счет этого внутри клетки поддерживается определенное ионно-осмотическое и коллоидное равновесие. Ионная симметрия обусловливает возникновение трансмембранного электрического потенциала, обеспечивающего возбудимость сердечной мышцы. Над вставочными дисками сарколемма истончается или вообще исчезает.
Продольно-поперечная тубулярная система представляет собой комплекс тубул диаметром (50 - 500) нм, ориентированных в продольном и поперечном направлениях. Поперечные тубулы являются глубокими выпячиваниями внутрь клетки поверхностной мембраны кардиомиоцитов
обычно на уровне Z - линий.
Саркоплазматический ретикулум состоит из сетчатого, трубчатого элементов и цистерн, обладает способностью накапливать ионы кальция и отдавать их в определенные моменты сердечного цикла, обеспечивая сокращение и расслабление миофибриллярного
аппарата. Ионы кальция накапливаются саркоплазматическим ретикулумом с помощью специального механизма - кальциевого насоса. Поперечные компоненты поперечно-продольной тубулярной системы открываются на поверхности кардиомиоцитов вблизи Z-линий миофибрилл.
Лизосомы имеют вид округлых образований диаметром до 0,5 мкм, их число в кардиомиоцитах невелико.
Помимо меньших размеров кардиомиоциты предсердий часто лишены системы Т-тубул, или она оказывается редуцированной.
В них также определяются предсердные гранулы, имеющие значение для секреции интестинальных гормонов, играющих важную роль в регуляции сердечной деятельности.
Клетки проводящей системы по структуре близки к кардиомиоцитам предсердий, однако не содержат соответствующих гранул, имеют плохо выраженные вставочные диски и в большом количестве миофибриллярные структуры.
Опорнотрофический или соединительнотканный остов миокарда выполняет опорную,
трофическую и заместительную функции, занимает (10 - 15)% объема миокарда, включает кровеносные и лимфатические сосуды, клетки и волокна соединительной ткани, нервные элементы. Его состояние во многом определяет функциональные, в том числе механические, свойства сердечной мышцы.
Опорная функция соединительной ткани миокарда обусловлена наличием в ней прочных волокон, являющихся "скелетом" сердца [11]. Эти волокна подразделяют на коллагеновые, эластические и ретикулиновые. Они ориентированы под углом к мышечным волокнам,
причем значение угла - случайная величина с некоторой плотностью распределения. Диаметр коллагеновых волокон от 0,5 до 5 мкм, удельный объем в миокарде от 0,2 до 2%.
Эластические волокна обнаруживаются в небольшом количестве и располагаются также в межмышечных
пространствах. Они ориентированы в продольном и поперечном направлениях, причем поперечные волокна концами фиксируются на соседних кардиомиоцитах, образуя между ними подобие мостиков. Ретикулиновые волокна состоят из коллагена, но значительно тоньше коллагеновых и образуют сеть на поверхности кардиомиоцитов.
Каждый кардиомиоцит находится внутри ажурного каркаса из коллагеновых, эластических и ретикулиновых волокон. Волокна препятствуют чрезмерному растяжению кардиомиоцитов, а также обеспечивают их диастолическое расслабление
за счет упругой энергии, запасенной при сокращении. Сопротивление стенок сердца действию внутриполостного давления при отсутствии активации вызывают именно коллагеновые волокна. Их волнистость до нагружения и специфическое расположение придают миокарду анизотропию, точнее, трансверсальную изотропию с осью, направленной вдоль мышечного волокна [30].
Элементы микроциркуляторного русла имеют пространственную ориентацию. Артериолы располагаются перпендикулярно к мышечным волокнам, прекапилляры, капилляры, посткапилляры и венулы - параллельно, а межкапиллярные анастомозы
перпендикулярно к ним. Диаметр артериол составляет (10 - 15) мкм, венул - (15 - 20) мкм, прекапилляров, капилляров и посткапилляров - (4 - 6) мкм. Длина капиллярных сегментов в среднем в 10 раз превышает
диаметр. На прекапилляры, капилляры и посткапилляры приходится 6-9 % объема миокарда. Остальные элементы микроциркуляторного русла составляют не более 2 % его объема. Объем нервного компонента равен 1/20 объема сосудистого компонента.
Заместительная функция тканевых структур сердца выполняется пролиферативным
пулом соединительно-тканных клеток, которые в интактном миокарде представлены фиброцитами и фибробластами, эндотелиальными, гладкомышечными, жировыми, плазматическими, тучными и другими клетками. В физиологических условиях их число невелико. Помимо волокон, сосудов,
нервных волокон и клеток в состав опорно-трофического остова входит также основное вещество, образованное, главным образом, гликозаминогликанами.
1.1.2 Сосудистая система
Кровеносные сосуды - отходящие от сердца (артериальные) и притекающие к нему (венозные) сосуды со связывающим их микроциркуляторным руслом. Отходящие от желудочков сердца сосуды начинаются одним стволом (легочная артерия и аорта, соответственно), подвергающиеся на своем протяжении разветвлениям (наиболее часто дихотомическим) до мелких ветвей,
переходящих в микроциркуляторное русло. Последнее представлено сосудами притока (артериолами), оттока (венулами), а также пространственными сетями прекапилляров, капилляров и посткапилляров. Именно здесь осуществляется обмен крови с тканью исполнительных органов [35].
Венулы, сливаясь, образуют все более крупные сосуды, которые в итоге через ограниченное число ветвей (две для правого предсердия и четыре для левого ) впадают в предсердия.
BCC начинается аортой, диаметр корня которой также, как и размеры сердца, определяется конституциональными и иными факторами, колеблясь у здоровых от 15 до 30 мм. Аорта дает начало артериальным сосудам.
Различают восходящий отдел, дугу и нисходящий отдел аорты. Начальная часть восходящего отдела аорты расширена и называется луковицей.
В стенке луковицы имеются три пазухи, соответствующие трем полулунным лепесткам расположенного здесь аортального клапана. Из правой и левой пазух луковицы отходят одноименные венечные артерии, осуществляющие кровоснабжение сердца. Диаметр венечных
артерий в среднем в 10 раз меньше диаметра аорты.
От дуги аорты отходят крупные сосуды, обеспечивающие кровоснабжение верхней части туловища - плечеголовной ствол, разделяющийся на правые подключичную и общую сонную артерии, левые сонная и подключичная артерии.
Подключичные артерии кровоснабжают верхние конечности, сонные - голову и шею. От грудного отдела аорты отходят сосуды, кровоснабжающие
грудную стенку и органы грудной полости, от брюшного - стенки и органы брюшной полости, а также крупные ветви для кровоснабжения дна туловища и нижних конечностей.
Стенки крупных артерий имеют три основные оболочки: внутреннюю, среднюю и наружную,
соответствующие эндокарду, миокарду и эпикарду сердца. Внутреннюю оболочку образуют эндотелий, подэндотелиальный слой и внутренняя эластическая мембрана. Эндотелий представлен соответствующими клетками. Подэндотелиальный слой состоит
из тонких эластических и коллагеновых волокон, а также соединительно-тканных клеток и основного вещества, внутренняя эластическая мембрана - из эластических волокон. Средняя оболочка образована вложенными друг в друга концентрическими
эластическими мембранами. В стенке аорты насчитывается до 40-60 таких мембран, пространства между которыми заполнены основным веществом, клетками соединительной ткани и характерными для сосудистой системы гладкомышечными клетками. Прикрепляясь на протяжении к эластическим мембранам, они обеспечивают изменение диаметра сосудов при работе сердца. Форма гладкомышечных клеток веретенообразная;
их сократительный аппарат состоит из тонких - актиновых и толстых - миозиновых миофиламентов, причем на один толстый миофиламент приходится около 10 тонких. На протяжении аорты и отходящих от нее сосудов по мере разветвлений уменьшается число эластических мембран
и возрастает доля мышечных волокон. В отличие от более близких к аорте разветвлений, называемых артериями эластического типа, на некотором удалении от нее стенки артерий представлены преимущественно гладкомышечными клетками - артерии мышечного типа.
Наружная оболочка артерий образована соединительной тканью.
Разветвляясь, истончаясь и все более увеличиваясь количественно артерии в
итоге переходят в микроциркуляторное русло, сосуды которого изнутри выстланы эндотелием. По мере перехода от артериол к капиллярам у них все более уменьшаются средний и наружный слои. Вначале - это группы мышечных волокон, отдельные мышечные волокна, затем -
просто соединительная ткань, относящаяся одновременно к сосудам микроциркуляторного русла и к соединительной ткани органов, в которых оно расположено. Диаметры капилляров микроциркуляторного русла и форменных элементов крови близки, что создает благоприятные условия для контактирования между их поверхностями и способствует обмену между кровью микроциркуляторного русла и тканью.
Вены BCC собирают кровь из микроциркуляторного русла органов и тканей и постепенно, сливаясь друг с другом, образуют все более крупные ветви, конечными коллекторами которых являются верхняя и нижняя
полые вены, впадающие в RA. Только вены сердца самостоятельно открываются в правое сердце. Верхняя полая вена собирает кровь от венозных сосудов головы, шеи, верхних конечностей и стенок туловища, а нижняя - от нижних конечностей,
стенок и органов дна туловища, органов и стенок брюшной полости. Обе вены, в отличие от впадающих в них сосудов, клапанов не имеют. Клапаны есть в большинстве венозных сосудов с диаметром более 2 мм и представляют собой складки стенок. Слоистое строение
стенок венозных сосудов выражено гораздо слабее, чем артериальных, и границы между слоями провести трудно. Клеточные элементы соединительной ткани вен, артерий и миокарда одинаковы.
Малый круг кровообращения начинается легочным стволом,
анатомическое строение которого отвечает строению аорты. Различия между начальными отделами легочного ствола и аорты сводятся к размерам, включая толщину стенок, которая у легочного ствола меньше в среднем на 1/5. Легочный ствол разделяется на правую
и левую легочные артерии, которые дают начало артериальному руслу легких. Систематически разветвляясь, артерии переходят в артериолы, переходящие в микроциркуляторное русло. Плотность упаковки капилляров микроциркуляторного русла малого круга в 2 раза выше,
чем большого (его объем составляет в среднем 0,8 объема дыхательной части ткани легких), что способствует эффективности газообмена между кровью капилляров и воздухом. Кровь микроциркуляторного русла собирается сливающимися
и постепенно укрупняющимися венозными сосудами легких. От каждого легкого формируются две легочные вены, впадающие в LA.
Легочная артерия и ее крупные ветви относятся к
сосудам эластического типа, затем они переходят в артерии эластомышечного и, наконец, - мышечного типа. В отличие от вен BCC легочные вены имеют более развитый средний слой с большим количеством соединительнотканных волокон и более сильный мышечный
слой в особенности в местах впадения вен в LA, где формируются жомы, регулирующие их гемодинамические отношения с LA. В частности, закрывая просвет вен в систолу предсердия, они предупреждают ретроградное поступление в них крови.
Наряду с сосудами системы легочной артерии в легких существуют бронхиальные сосуды BCC, обеспечивающие поступление в орган крови для трофических функций, образующих его тканей.
Лимфатические сосуды идут параллельно венозным, сливаясь во все более крупные стволы, которые впадают в ветви терминальных венозных сосудов BCC. По ходу лимфатических сосудов на определенных
уровнях имеются лимфатические узлы, выполняющие контрольные для протекающих в них веществ функции и поставляющие в кровь, а через нее и всем компартментам, иммунные органы (иммунные клетки, и др.).
Иннервация кровеносных сосудов происходит в основном за счет ветвей симпатических нервов. Нервные волокна образуют разветвленные сплетения в сосудистой стенке, чем обеспечивается эффективная регуляция их тонуса, а значит регуляция кровотока в сосудах на разных уровнях и в различных отделах организма.
1.1.3 Иннервация системы кровообращения
Иннервация сердца осуществляется ветвями шейного и грудного отделов правого и левого симпатических стволов, а также блуждающих нервов. Широко развитая внутрисердечная нервная сеть обеспечивает
функциональные связи между камерами сердца.
Автономная (вегетативная, висцеральная) нервная система (ANS) есть часть нервной системы, осуществляющая регуляторное обеспечение функций внутренних органов, кровеносных и лимфатических сосудов,
гладких и, частично, поперечнополосатых мышц. ANS имеет многоуровневую иерархическую организацию с многосторонними нелинейными внутри- и межуровневыми прямыми и обратными связями как в ее пределах, так и с центральной и соматической нервной системой.
Самый высокий уровень структурной организации ANS - высшие вегетативные центры - находится в коре больших полушарий. ANS имеет представительство своих функций в моторной, премоторной и орбитальной зонах коры.
Следующий ниже уровень - гипоталамус, который связан как с корой, так и с нижележащими структурами ANS, а именно, - вегетативными центрами ствола головного и спинного мозга.
Вегетативные центры ствола головного мозга - мезэнцефатический и бульбарный. Бульбарный в числе других дает блуждающие нервы, которые входят в состав парасимпатической нервной системы (PSNS).
Вегетативные центры спинного мозга - тораколюмбальный и сакральный. Сердце непосредственно иннервируется блуждающим нервом из бульбарного и симпатическими нервами из тораколюмбального вегетативного центра. Вегетативные центры тораколюмбального и сакрального отделов позвоночника
расположены непосредственно в его боковых рогах и формируют, первый, начальную часть симпатической нервной системы (SNS), второй - сакральный отдел PSNS. Они дают волокна, которые выходят из позвоночника в составе передних корешков спинномозговых нервов.
Моторные импульсы из стволовых и спинномозговых вегетативных центров достигают исполнительных органов по двухнейронному пути. Первые нейроны расположены в самих центрах, вторые - находятся
в периферических вегетативных узлах. Отростки первых нейронов называются преганглионарными и оканчиваются на вторых нейронах. Отростки вторых нейронов идут к исполнительным органам и называются постганглионарными. Периферические вегетативные узлы PSNS
располагаются или в непосредственной близости к исполнительным органам, или прямо в их стенке. Что касается SNS, периферические вегетативные узлы представлены цепочками по обе стороны от позвоночного столба, формируя, так называемые правый и левый пограничные симпатические стволы. Именно с этого уровня осуществляется симпатическая иннервация исполнительных органов, включая сердце.
Парасимпатическая иннервация по распространенности существенно уступает симпатической. Часть органов имеет двойную иннервацию, другая - лишь симпатическую.
SNS входит в состав симпатоадреналовой системы, которая дополнительно включает в себя мозговой слой надпочечников и другие скопления хромаффинных клеток. Большое их количество содержится и в сердце. В мозговом слое надпочечников имеются норадреналин- и адреналинобразующие клетки.
1.2 Физиология
Система кровообращения едина не только в структурном, но и функциональном отношениях. Физиологию, как и анатомию, естественно рассматривать по компартментам.
1.2.1 Физиология сердца
Основной функцией сердца является обеспечение кровообращения сообщением крови кинетической энергии. Сердце поэтому часто ассоциируют с насосом. Его отличают исключительно высокие
производительность, скорость и гладкость переходных процессов, запас прочности и постоянное обновление тканей. Нужны экстраординарные факторы, чтобы нарушить устойчивость функционирования этого органа.
1.2.1.1 Мышечное сокращение
Основа работы сердца - мышечное сокращение, порождаемое актомиозиновым сопряжением (процессами, связанными с образованием и распадом актомиозиновых мостиков). При сокращении материал миокарда деформируется, сжимаясь и растягиваясь.
Возникающие в результате (активного) сокращения кардиомиоцитов деформации являются активными в отличие от вызванных внешними силами [25]. Например, давлением крови при наполнении камер сердца в диастолу.
Актомиозиновое сопряжение и порождаемые им активные деформации составляют свойство
сократимости миокарда. Это свойство функционально взаимосвязано с другими - возбудимостью, автоматизмом и хронотропией.
Возбудимость - способность кардиомиоцитов генерировать в ответ на раздражение электрические потенциалы действия. С электрическим потенциалом действия связана деполяризация мембран кардиомиоцитов (фаза деполяризации).
Процесс деполяризации крайне быстрый. Электрический потенциал почти мгновенно изменяется от исходного (потенциал покоя) до максимального (потенциал действия). После некоторого плато нарастающими темпами электрический потенциал возвращается до исходного уровня.
Этот процесс носит название реполяризации (фаза реполяризации). Физиологическим раздражителем для кардиомиоцитов служат электрические импульсы, генерируемые в синусовом узле и распространяющиеся по миокарду волокнами проводящей системы.
Автоматизм - свойство кардиомиоцитов генерировать автоволновые электрические импульсы, под действием которых (будучи изолированными) они могут находиться в состоянии ритмического сокращения. Наиболее развито
это свойство в кардиомиоцитах проводящей системы, прежде всего, синоатриального и атриовентрикулярного узлов. Когда в результате деполяризации (спонтанной) трансмембранный потенциал достигает порогового, клетками синоатриального узла генерируются потенциалы действия.
С развитием потенциала действия в каждом новом кардиомиоците волна деполяризации распространяется на соседние с ним, невозбужденные. Возникающий в этих новых кардиомиоцитах трансмембранный потенциал достигает порогового уровня и также реализуется в потенциале действия.
Происходит лавинообразное распространение потенциала действия. По стенками камерам сердца, в соответствии с топологией проводящей системы.
Мышечное сокращение в сердце - хорошо организованный периодический процесс. Функция периодической (хронотропной) организации этого процесса обеспечивается проводящей системой.
В фазу деполяризации и на плато реполяризации миокард не отвечает на внешнее электрическое раздражение (абсолютный рефрактерный период). Чем позднее от плато возникает внешнее электрическое раздражение, тем больше возбудимость (относительный рефрактерный период).
Рассмотренные свойства миокарда проявляются на уровнях от единичных кардиомиоцитов до сердца в целом. На уровне сердца временная организация мышечного сокращения трансформируется в пространственно-временную.
Пространственно-временная же является основой скоординированной биомеханики камер органа, с которой и ассоциируется его структурное (строения и функции) единство.
1.2.1.2 Механизм мышечного сокращения
Связь между электрическими импульсами проводящей системы сердца и активными деформациями кардиомиоцитов (и всего миокарда) поддерживается потоками ионов кальция. При возбуждении кардиомиоцитов и
распространении по ним волн деполяризации происходят конформационные изменения сарколеммы. При этом ее проницаемость для ионов калия, натрия и кальция возрастает. С поступлением ионов натрия в клетку и выходом из нее калия формируется трансмембранный потенциал действия,
одно из проявлений которого - открытие кальциевых каналов.
Кальциевые каналы представляют собой особую разновидность белков, находящихся во взвешенном состоянии в липидном бислойном матриксе клеточных мембран и имеющих заполненные цитоплазмой каналы. Различают быстрые
и медленные кальциевые каналы с соответствующими скоростями транспортирования ионов. Вход в каналы открывается и блокируется в разных диапазонах уровня потенциала. Быстрые каналы открываются в нулевую фазу потенциала действия, медленные - во время его пика.
Связанная с ними кинетика внутриклеточного кальция определяет актомиозиновое сопряжение и порождаемые им деформации кардиомиоцитов. Медленные каналы обладают более низкой возбудимостью.
Между разными ионами устанавливаются конкурентные взаимоотношения.
Кальций, поступающий в кардиомиоциты по медленным каналам в пиковую фазу потенциала действия, способствует высвобождению собственного кальция кардиомиоцитов, накапливаемого в структурах саркоплазматического ретикулумума,
митохондрий и других органоидов. Резкому увеличению концентрации ионов кальция на активных местах актомиозиновых комплексов способствуют конформационные изменения тропонинового комплекса. В результате актиновые нити все более входят в миозиновые,
актомиозиновое волокно укорачивается и в кардиомиоците развиваются активные деформации. Этот процесс является энергозависимым и обеспечивается ATP. Так происходит трансформация химической энергии в энергию активных деформаций кардиомиоцитов.
Обратный процесс расхождения актомиозиновых нитей, приводящий к уменьшению активных деформаций кардиомиоцитов, связан с удалением от их активных мест ионов кальция через быстрые каналы. Он также обеспечивается ATP [39].
Сила мышечного сокращения, развиваемая саркомерами кардиомиоцитов в период сокращения, определяется количеством открывшихся актомиозиновых мостиков в период расслабления. Оба периода отвечают, соответственно,
систоле и диастоле организованного миокарда сердца. На некотором интервале открывающихся мостиков до nкрит с увеличением в период расслабления их числа сила мышечного сокращения в период сокращения возрастает и после него падает. Эта зависимость носит название закона Франка-Старлинга.
ATP образуется в митохондриях в ходе биохимических превращений жирных кислот, глюкозы и аминокислот, поступающих в кардиомиоциты через кровь. Эти превращения осуществляются в основном путем аэробного окисления и фосфорилирования. Как и ионы кальция, к активным местам актомиозиновых комплексов ATP доставляется специальными транспортными системами.
Обмен ионов натрия и калия, определяющий кальциевую регуляцию актомиозиного сопряжения, называется натрий-калиевым насосом. Он обеспечивается аденозинтрифосфатазой мембран кардиомиоцитов, которая сама
регулируется тонкими биохимическими реакциями. Натрий-калиевый насос поддерживает на стабильном уровне высокие значения потенциала покоя, что имеет решающее значение в обеспечении функции сократимости миокарда. Для его поддержания необходимо, чтобы выходящий из
кардиомиоцита калиевый ток был равен по величине и противоположен по направлению натриевому. Превышение входящего тока над выходящим предопределяет величину потенциала действия и скорость его нарастания, чем регулируются потоки кальция и, в итоге, процесс
актомиозинового сопряжения.
Промежуток времени, в течение которого кардиомиоцит не способен генерировать распространяющееся возбуждение в ответ на раздражение любой силы, называется эффективным рефрактерным периодом (1.2.1). Этот период
отвечает фазам быстрой деполяризации, начальной быстрой реполяризации, "плато" и началу фазы конечной реполяризации потенциала действия. Фаза быстрой деполяризации характеризуется максимальной скоростью активации натриевых каналов. С наступающей вслед за этим
их быстрой инактивацией (фазы начальной быстрой реполяризации и "плато") кардиомиоцит находится в состоянии абсолютной рефрактерности, абсолютно не реагируя на любой интенсивности стимулы. В начале фазы конечной реполяризации потенциала действия некоторые натриевые
каналы возвращаются в исходное состояние и соответствующие кардиомиоцивы в это время уже способны давать реакции на раздражение. Процесс этот, естественно, носит локальный характер. Когда в процессе реполяризации трансмембранный потенциал достигает 60 мВ,
становится возможным развитие распространяющегося возбуждения по миокарду соответствующих камер сердца. Однако потенциал действия возникает только в ответ на более сильные (сверхпороговые) раздражители, причем скорость распространения возбуждения
по миокарду снижена. Этот промежуток времени называется относительным рефрактерным периодом и соответствует второй половине фазы конечной реполяризации потенциала действия. Рефрактерность также нормальную последовательность распространения возбуждения в сердце
и электрическую стабильность миокарда.В заключительной стадии каждого цикла возбуждения существует короткий интервал времени, когда реполяризующиеся кардиомиоциты выходят из состояния рефрактерности и их проводимость восстанавливается. Миокард становится неоднородным
по рефрактерности и теряет электрическую стабильность. Этот интервал получил название уязвимого периода. Он - источник и непосредственная причина многих эктопически й нарушений ритма сердца.
1.2.1.3 Вязкоупругие свойства миокарда
Актомиозионовое сопряжение порождает в кардиомиоцитах активные деформации и активные напряжения. Если выделить кардиомиоцит и зафиксировать оба его конца, то при раздражении в результате нарастания актомиозинового перекрытия его длина изменяться не будет, однако напряжения (изометрические) в нем будут возрастать.
Напротив, если выделенный кардиомиоцит оставить в свободном состоянии, при возрастающем актомиозиновом перекрытии он будет укорачиваться, однако напряжения (изотонические) в нем возникать не будут. Соотношение между активными и пассивными напряжениями
изменяется на протяжении сердечного цикла. В диастолу увеличиваются преимущественно пассивные, в систолу - активные напряжения.
Упругие свойства материала миокарда, проявляемые вне процесса активного сопряжения, называют пассивными. Наиболее вероятные носители упругих свойств - опорно-трофический остов (в особенности
- коллагеновые волокна) и актомиозиновые мостики, имеющиеся в определенном количестве и в пассивной мышце. Вклад опорно-трофического остова в упругие свойства миокарда возрастает при склеротических процессах. Мостиковый компонент жесткости увеличивается при
ишемической контрактуре и воспалительных заболеваниях миокарда [15]. Отношение жесткостей пассивной и активной фаз существенно зависит от возраста и состояния миокарда. Более высокое оно у новорожденных и при гипертрофии сердца.
Поведение миокарда не является чисто упругим, в нем присутствует и вязкий компонент, проявляющийся релаксацией напряжений (при постоянной деформации) и ползучестью (при постоянной нагрузке). Природа вязких
свойств материала миокарда изучена мало. Они обусловлены биополимерами внеклеточного и внутриклеточного каркаса, миоплазмой, актомиозиновыми мостиками и фильтрацией внеклеточной жидкости в среде, образованной структурными элементами миокарда.
1.2.1.4 Регуляция мышечного сокращения
Функции кардиомиоцитов и миокарда в целом регулируются гормонами и нейромедиаторами через управление потоками ионов кальция по системе кальциевых каналов с помощью разнообразных механизмов. Это потенциал действия,
системы энергообеспечения актомиозинового сопряжения, изменение числа и пропускной способности кальциевых каналов. Деятельность кардиомиоцитов
в целостном миокарде синхронизируется проводящей системой сердца и нейрогуморальными механизмами. В результате сердце интегрируется в целостный орган не только в структурном, но и функциональном отношении.
1.2.1.5 Периодическая организация биомеханики сердца
Функционирование сердца есть циклический процесс. Каждый цикл делится условно на систолу - период сокращения, и диастолу - период расслабления. В систолу желудочков предсердия находятся в диастоле и в диастолу - в систоле.
Систолой и диастолой сердца принято считать систолу и диастолу желудочков. В систолу кровь выбрасывается из камеры сердца и в диастолу поступает в нее. Имеет место некоторое запаздывание систолы правых камер сердца к систоле левых.
Систолу и диастолу предсердий и желудочков условно разделяют на более короткие промежутки времени.
Систолу желудочков образуют периоды изоволюмического сокращения (напряжения) и изгнания. Период изоволюмического сокращения состоит из фаз асинхронного и собственно изоволюмического сокращения. В действительности процесс этот не является строго изоволюмическим, так как всегда сопровождается регургитацией части крови в предсердия. Створки атриовентрикулярных клапанов
не поспевают закрываться за нарастающим давлением крови желудочков. Степень регургитации в физиологических условиях невелика. В патологических условиях она может сильно возрастать и тогда называть период сокращения изоволюмическим можно только условно.
В фазу асинхронного сокращения (разновременное вовлечение в процесс сокращения разных областей миокарда) возникающие в миокарде напряжения порождают рост внутрижелудочкового давления.
Границей между фазами асинхронного и собственно изоволюмического сокращения считается момент быстрого повышения внутрижелудочкового давления, когда скорость его роста на порядок больше, чем в диастолу.
В период изоволюмического сокращения предсердно-желудочковые клапаны, а также клапан легочного ствола и аорты закрыты. Объем крови в желудочке не изменяется, а напряжения в стенке возрастают.
Период изоволюмического сокращения продолжается до момента, когда давление крови в желудочках не станет равным давлению в легочном стволе или аорте. Как только оно становится большим, клапаны открываются и начинается период изгнания. В этом периоде выделяют фазы быстрого и медленного изгнания.
Первая начинается от конца периода изоволюмического сокращения и продолжается до момента, пока скорость повышения давления в сосудах не достигнет максимума. Вторая фаза заканчиваеся моментом достижения объемом крови LV минимального значения. Она заканчивается раньше закрытия клапанов легочного ствола и аорты. Медленной фазой периода изгнания заканчивается систола.
Диастолу желудочков образуют периоды изоволюмической релаксации и диастолического наполнения. Последний делят на фазы быстрого и медленного наполнения, а также систолу предсердий. Основной объем крови в желудочки поступает в фазу быстрого наполнения. Это не только запасенная предсердиями в их систолу кровь, но и транзитная через предсердия из полых
и легочных вен. Фаза быстрого наполнения - в значительной мере активный процесс. Реализуется потенциальная энергия сжатия, накопленная в конце периода изгнания, когда желудочки, расширяясь, "засасывают" в себя кровь.
В фазу медленного наполнения в желудочки поступают редуцированные объемы крови. Кровь из предсердий в желудочки поступает пассивно за счет предсердно-желудочкового градиента давления. Как только давление в предсердиях и желудочках выравнивается, начинается систола предсердий. В этой фазе оставшаяся порция крови активно перемещается в желудочки.
Что касается периода изоволюмической релаксации, как и в период изоволюмического сокращения, регургитация крови делает его таковым условно. Особенно при патологических состояниях.
Фазовая структура сердечного цикла определяется частотой сердечных сокращений (HR), с ростом которой укорачиваются все периоды и фазы, более существенно период изгнания и периоды и фазы диастолы. В патологических
состояниях отдельные периоды и фазы также могут изменяться [12]. Отклонения длительностей фаз сердечного цикла от их исходной величины называются синдромом фазовых сдвигов. При снижении преднагрузки на сердце период изоволюмического сокращения удлиняется,
а период изгнания укорачивается. При уменьшении периферического сопротивления (PR) укорачивается период изгнания, а при уменьшении диастолического артериального давления - период изоволюмического сокращения. Снижение сократимости приводит к удлинению всех фаз систолы.
1.2.1.6 Циклические изменения биомеханики сердца
Циклическая деятельность порождает циклические же изменения объема и давления крови в камерах, формы камер сердца. Сосредоточимся на физиологии внутрисердечной гемодинамики левого сердца.
Всю систолу, период изоволюмической релаксации, а также фазы быстрого и медленного наполнения сердца LA находится в диастоле, остальное время - в систоле. В систолу LA наполняется кровью легочных вен и его объем возрастает,
более быстро - в первую ее треть. Далее скорость этот процесс замедляется и завершается в период изоволюмической релаксации LV. В диастолу сердца кровь из LA переходит в LV, в физиологических условиях большая часть в фазу быстрого и меньшая -
в фазу медленного наполнения и систолу предсердий. Скорость изменения объема LA больше в фазу быстрого наполнения и меньше в другие фазы, особенно в систолу предсердий. Изменение объема LA за цикл меньше, чем LV, но закон сохранения объемов крови выполняется.
В фазы быстрого и медленного наполнения диастолы значительная часть крови попадает в LV транзитом через LA из легочных вен. Давление крови в LA в начале систолы сердца (период изоволюмического сокращения) уменьшается. Далее с наполнением предсердия кровью оно возрастает.
Рост давления LA наблюдается на протяжении всей систолы сердца. В период изоволюмического сокращения и фазу быстрого наполнения LV оно снижается. В фазу медленного наполнения LV давление в LA нарастает медленно, а в систолу предсердий - быстро [12, 59].
Объем крови в LV медленно нарастает в диастолу, в периоде изоволюмического сокращения систолы почти не изменяется, в период изгнания уменьшается, в период изоволюмической релаксации вновь почти не изменяется. Объемы LV в конце диастолы и систолы называются конечносистолическим (ESV) и конечнодиастолическим (EDV). Их разность - ударный объем (SV). При пороках аортального
и (или) митрального клапанов в SV входит и объем регургитации. В этих случаях SV дополняют FSV выброса (stroke forward volume). Точное значение SV выброса есть интеграл по периоду изгнания от объемной скорости кровотока через аортальный клапан. SV не есть
исключительная функция сократительной способности LV и гемодинамических условий, но определяется и конституциональными особенностями человека. В этой связи часто вместо SV используют его норму - фракцию изгнания (EF), которая есть SV, деленный (нормированный) на EDV LV. Часто SV относят к площади поверхности тела пациента - сердечный индекс (СI).
Давление крови в LV в фазу медленного наполнения монотонно нарастает, достигая конечнодиастолического значения (EDP). В период изоволюмического сокращения оно быстро увеличивается и к его концу достигает в физиологических условиях 60-80 % максимальной величины (ESP),
регистрируемой во второй половине периода изгнания. В этом периоде кривая имеет два максимума и расположенный между ними минимум. Первый максимум связан с конечностью времени открытия створок аортального клапана в начале периода изгнания. Полное открытие аортального клапана приводит к выравниванию давления крови в LV и артериальном резервуаре, вследствие чего оно в желудочке
на короткое время падает (минимум). Второй максимум его приходится на последнюю треть периода изгнания, он часто больше первого. В период изоволюмической релаксации и в фазе быстрого наполнения давление в LV снижается. При оценке сократительной деятельности
сердца не только учитывают зависимость давления в LV от времени, но и используют индексы для периодов изоволюмического сокращения и изоволюмической релаксации LV (индексы сократимости (IC) и релаксации (IR) LV). Рассчитывают два типа индексов. Первый представляет
собой максимум модуля производной от давления крови в LV по времени, второй равен отношению первого к интегралу от давления за соответствующую фазу сердечного цикла. Естественно ввести еще два индекса, равных отношению IC (IR) к частному от деления модуля
приращения (падения) давления в LV в соответствующий изоволюмический период к его продолжительности индекс сократимости нормированный (ICN) и индекс релаксации нормированный (IRN). Эти индексы характеризуют степень неравномерности скорости нарастания (падения)
давления в LV [10].
Фазовая петля "объем-давление" крови в LV отражает зависимость между объемом и давлением в сердечном цикле. Несколько петель LV, взятые вместе, носят название фазового портрета. Время в фазовой петле задается
в неявном виде: с увеличением времени точка вдоль петли движется против часовой стрелки. Нижний участок петли отвечает диастоле, верхний - периоду изгнания, левый - периоду изоволюмической релаксации, правый - периоду изоволюмического сокращения [45].
Участок петли, соответствующий периоду изгнания, в физиологических условиях обычно имеет прогиб вниз, обусловленный кратковременным снижением давления в желудочке при открытии аортального клапана. Чем больше расстояние между вертикальными участками
фазовой петли, тем больше SV, чем выше расположен участок изгнания, тем больше среднее давление. Анализируют размеры, форму и расположение фазовой петли, являющейся одной из наиболее информативных функций сердечнососудистой системы.
Площадь, ограниченная петлей, представляет собой работу, выполняемую LV по изгнанию крови в BCC. Временные зависимости объема и давления крови в LV вне математического моделирования можно получить лишь при инвазивном исследовании сердца.
Математическое моделирование позволяет оценить свойства миокарда, недоступные прямому измерению даже инвазивными методами, такие как активные деформации и распределение напряжений в стенке LV [10].
Активные деформации в физиологических условиях в период диастолического наполнения обычно изменяются мало, в периодах изоволюмического сокращения и изгнания возрастают, причем их наибольшие значения приходятся на конец периода изгнания. В период
изоволюмической релаксации они уменьшаются. Скорость роста и величина активных деформаций на эндокардиальной поверхности LV больше, чем на эпикардиальной. Величина и характер изменения активных деформаций определяют сократимость миокарда, нарушения которой
в значительной мере являются следствием изменения уровня и распределения активных деформаций. Напряжения в диастолу и в период изоволюмического сокращения монотонно возрастают. В периоде изгнания они вначале быстро увеличиваются, затем их рост замедляется
вплоть до достижения максимального значения. В последующем происходит их некоторое снижение. В период изоволюмической релаксации они уменьшаются. Напряжения максимальны со стороны эндокардиальной поверхности желудочка и претерпевают наиболее существенные изменения в систолу. Глобальный максимум напряжений имеет место со стороны эндокардиальной поверхности LV в период изгнания.
По времени он соответствует максимуму скорости роста давления крови в желудочке. Со стороны эпикардиальной поверхности кривая напряжений в период изгнания имеет вид плато.
Наибольшие напряжения оказываются в области анатомических концентраторов.
При патологических состояниях возникают также "патологические" концентраторы, представляющие собой границу раздела не вовлеченного и вовлеченного в патологичекий процесс миокарда. В местах концентрации напряжения особенно сильно возрастают, когда накладываются своими границами анатомический и "патологический" концентраторы.
1.2.1.7 Биомеханика клапанного аппарата
Работа предсердно-желудочковых клапанов согласована с биомеханикой
предсердий и желудочков. В период сокращения желудочков в связи с повышением внутрижелудочкового давления створки клапанов прерывают сообщение между предсердиями и желудочками и из-за существенного превышения давления в желудочках над давлением в предсердиях выпячиваются
в сторону предсердий. Эти изменения более выражены в митральном клапане. В это же время натягиваются сухожильные хорды, укорачиваются и сближаются сосочковые мышцы. В период изгнания створки клапанов все более смыкаются друг другом так, что прилегают не
только краями, но частично и краевыми поверхностями. Этим предупреждается обратное поступление крови из желудочков в предсердия (регургитация). Смыкание створок клапанов на высоте периода изгнания не всегда полное и в физиологических условиях допускается
некоторая регургитация крови. Удержанию створок в систолу способствует также и давление крови в предсердиях, нарастающее в период изгнания. Вслед за периодом изоволюмической релаксации, когда давление в желудочках падает до значений, более низких, чем в предсердиях,
происходит раскрытие створок клапанов и желудочки наполняются кровью. По мере наполнения желудочков кровью створки всплывают и к концу фазы медленного наполнения смыкаются, однако, в отличие от систолы, в ненапряженном состоянии. В фазу быстрого наполнения
клапаны максимально раскрыты, их створки, сухожильные нити и сосочковые мышцы как бы распластываются по внутренним стенкам желудочков. В систолу предсердий створки клапанов вновь расходятся, но в меньшей степени, чем в фазу быстрого наполнения.
Клапаны аорты и легочной артерии регулируют гемодинамические взаимоотношения сосудистых резервуаров большого и малого кругов кровообращения с соответствующими желудочками . В период сокращения желудочков давление крови в сосудах оттока выше, чем в желудочках, и клапан закрыт. В начале периода изгнания при превышении давлением
желудочков давления в сосудах их клапаны открываются. Из-за того, что пограничные слои крови заходят в аортальный синус и синус легочного ствола под створки клапанов, последние несколько отходят от их стенок, чем уменьшают их просвет в период изгнания. На большем протяжении
периода изгнания, когда давление в желудочках выше, клапаны открыты. Но когда давление в сосудах становится больше, возникает обратное течение крови и клапаны прикрываются. К концу периода изгнания они закрываются.
1.2.1.8 Функциональная организация проводящей системы сердца
Циклическая деятельность сердца обеспечивается проводящей системой. Проводящая система циклически генерирует и передает сократительному миокарду электрические импульсы. Эти импульсы запускают в
кардиомиоцитах сократительного миокарда потенциал действия. В итоге последние сокращаются. Все элементы проводящей системы обладают автоматизмом. В физиологических условиях основную роль играет синоатриальный узел. Волна возбуждения от него по волокнам проводящей
системы распространяется на миокард предсердий и далее желудочков. Импульсы передаются на волокна проводящей системы желудочков через предсердно-желудочковый узел. Здесь происходит задержка импульсов на время, достаточное для разобщения систолы предсердий и желудочков.
Благодаря этой задержке в систолу предсердий желудочки находятся в диастоле, и наоборот. Ниже предсердно-желудочкового узла импульсы распространяются по волокнам проводящей системы вплоть до сократительного миокарда точно так же, как и в предсердии.
Скорость проведения электрических импульсов составляет 2-5 м/с (больше в крупных, меньше в мелких стволах). Она в 10 раз выше, чем в предсердно-желудочковом узле, а также клетках сократительного миокарда. Высокая скорость распространения возбуждения по
волокнам проводящей системы и ее разветвленная структура обеспечивают практически мгновенный охват волной возбуждения миокарда предсердий и желудочков. Как в предсердиях, так и в желудочках, волна возбуждения распространяется от эндокардиальной поверхности к эпикардиальной,
поэтому внутренние слои сокращаются раньше наружных. Раньше возбуждаются и сокращаются верхушечные отделы желудочков. Проводящая система, как и деятельность всего сердца, контролируется нейрогуморальными системами.
1.2.2 Физиология кровеносных сосудов
Деятельность сердца по обеспечению органов и тканей кровью опосредуется сосудами большого и малого кругов. Движение крови в сосудах вызывается разницей давлений на их концах
и обеспечивается циклической деятельностью сердца. Физиологическими функциями артериального русла являются давление и скорость крови в сосудах, PR и жесткость стенок сосудов. Остановимся на физиологии основных сосудов и сосудистых компартментов.
Давление крови в аорте в диастолу,
в период изоволюмического сокращения и на части периода изгнания систолы уменьшается вплоть до полного открытия аортального клапана, что отвечает по времени первому максимуму на кривой внутрижелудочкового давления. В начале диастолы в момент закрытия аортального клапана
оно на короткое время увеличивается, образуя так называемый дикротический зубец. Чем дальше от аортального клапана регистрируется давление в аорте, тем меньше величина этого зубца, вплоть до исчезновения.
После полного открытия клапана давление быстро возрастает и в промежутке между локальным минимумом и вторым максимумом давления крови в желудочке опережает его рост.
Максимальное давление в аорте выше, чем в желудочке. Это различие возрастает в дистальном направлении и сохраняется в крупных ветвях, что в соответствии с законом Бернулли можно объяснить увеличением общего поперечного сечения сосудистого русла при малых потерях на трение.
При аортальном стенозе (АС) и некоторых формах гипертрофической кардиомиопатии из-за обструкции аортального клапана или устья аорты возможно заметное превышение максимального давления в желудочке над максимальным давлением в аорте. В клинике артериальное давление (BP) оценивают
по максимальному систолическому и минимальному диастолическому в плечевой артерии, одной из ближайших к аорте ее крупных ветвей. В физиологических условиях в состоянии покоя у здорового взрослого человека систолическое давление составляет (110 - 150) мм рт. ст. , диастолическое -
(40 - 90) мм рт. ст. При более высоких значениях давления, главным образом диастолического, говорят о синдроме артериальной гипертензии. При пониженных значениях давления, прежде всего систолического, имеет место синдром артериальной гипотензии. Выделяют пульсовое давление (PBP), которое равно разности систолического (SBP) и диастолического (DBP) давлений.
Уменьшение давления в мелких артериальных ветвях и микрососудах связано с диссипацией энергии, которая является следствием периферического сопротивления (PR) артериальных сосудов. Его определяют отношением среднего артериального давления к SV LV. Величина PR в физиологических условиях в покое у человека составляет (900 - 2500)
дин.с/см (0,7 - 1,9 мм рт. ст. с/см ). Чем выше BP при неизменном PR, тем больше расход крови. Благодаря упругости сосудов величина давления в них влияет на объемную скорость кровотока, изменяя просвет сосудов, и, следовательно, PR.
Мерой жесткости стенок кровеносных сосудов является отношение приростов давления и объема, которое составляет у человека 700 - 3500 дин/см (0,5 - 2,5 мм рт. ст./см ). Жесткость стенки аорты
определяется ее эластическим каркасом, артерий - эластическим каркасом и биоупругими свойствами гладкомышечных клеток. Последние обладают характерными для кардиомиоцитов свойствами возбудимости, сократимости, автоматизма и этим поддерживают тонус артериального русла на
необходимом для обеспечения системного кровообращения уровне. Жесткость артериальных сосудов по мере их разветвления возрастает.
В физиологических условиях кровоток в сосудах ламинарный. При физической и эмоциональной нагрузке в области устья аорты он может стать турбулентным. Линейная скорость кровотока в аорте, как и давление,
подвержена колебаниям. В начале периода изгнания после открытия аортального клапана она резко возрастает и достигает максимума примерно через 0,1 с.
Пик максимальной скорости наступает раньше пика пульсового давления. К концу периода изгнания скорость кровотока в аорте падает до нуля. От начала периода изоволюмической релаксации и до закрытия аортального клапана наблюдается кратковременный обратный ток крови в
LV. На кривой скорости в этот момент регистрируется дикротический зубец. Максимальная скорость кровотока в начальной части аорты у здорового человека в состоянии покоя составляет (130-150) см/с. По мере удаления от сердца она снижается и на уровне бедренной артерии не превышает 100 см/с.
На движение крови по кровеносным сосудам влияют ее реологические свойства. В реологических свойствах крови среди форменных элементов особое значение принадлежит лишь эритроцитам, вклад которых в их общее
количество на три порядка больше всех остальных. Реологические свойства крови имеют следствием потерю энергии при движении по сосудам, однако у здоровых потери в артериальном русле малы и возрастают лишь в микроциркуляторном русле.
Кровоток в артериях большого круга организован так, чтобы на эффективном уровне поддерживалось течение в микроциркуляторном русле, где осуществляется обмен крови с жидкой фазой кровоснабжаемых тканей.
Венозные сосуды помимо функции возврата крови от микроциркуляторного русла к сердцу обеспечивают также ее депонирование, чем изменяют преднагрузку. При физической нагрузке благодаря развитой клапанной системе
вены конечностей выполняют и функцию насоса, способствуя более быстрому возврату крови к сердцу и улучшению кровообращения. Колебания давления в венах значительно более высоки, чем в артериях.
Кровоток в сосудах малого круга кровообращения качественно соответствует сосудов большого, но характеризуется более низкими величинами и уровнями колебаний АД, ПС и жесткости сосудистой стенки. Давление крови в
легочной артерии в физиологических условиях в систолу и диастолу в пять раз меньше, чем в аорте. В легочных венах давление составляет (6-9) мм рт. ст. Периферическое сопротивление малого круга в семь раз меньше, чем большого.
Малый круг кровообращения, также как и большой, обладает способностью депонирования крови. Этот механизм имеет значение не только для регуляции преднагрузки на левые предсердие и желудочек, но и для синхронизации объемных потоков крови в системе кровообращения.
1.2.3 Регуляция кровообращения
Условно выделяют вне- и внутрисердечный контуры регуляции.
Первый представлен симпатическими и парасимпатическими нервами, второй - внутрисердечным рефлекторным кольцом. Внесердечный отдел осуществляет регуляцию сердца в соответствие с запросами организма, внутрисердечный координирует деятельность его камер, обеспечивая наряду с другими механизмами его функциональную целостность [31, 40, 58].
Влияние симпатических и парасимпатических нервов на биомеханику сердца в некоторой мере является антагонистическим. Активация симпатических нервов повышает, парасимпатических - снижает скорость
проведения импульсов по проводящей системе, сократимость миокарда предсердий и желудочков, HR. Деятельность симпатических и парасимпатических нервов координируется на различных уровнях регуляции организма - от сосудодвигательного центра
головного мозга до нервных окончаний в сердце, где они контактируют друг с другом. Информация о динамике активных и пассивных деформаций миокарда предсердий и желудочков используется системами управления через расположенные в стенках камер механорецепторы. Одни рецепторы
реагируют на сжатие, другие - на растяжение стенок. Благодаря этому обеспечивается избирательность информации о соответствующих фазах сердечного цикла и ее надежность. В предсердиях рецепторов больше, чем в желудочках. Для возникновения рефлекса с механорецепторов
важны как скорость изменения объемов и давления в камерах сердца, так и сами их значения. Информация, поступающая с механорецепторов, обрабатывается в центрах
вегетативной регуляции и используется для образования посылаемых к сердцу управляющих сигналов. Изменение частоты и силы сердечных сокращений меняет гемодинамические эффекты сердца и тем самым - состояние кровообращения в целом.
Гуморальное звено регуляции - синтезируемые специализированными органами, тканями и клетками биологически активные вещества, поставляемые к миокарду жидкими средами, включая кровоток и межклеточную ультрациркуляцию.
Основная масса этих субстанций синтезируется в мозговом веществе надпочечников - катехоламины. Их наиболее изученные представители - норадреналин и адреналин. Ряд активных веществ синтезируется непосредственно в ткани сердца - предсердный натрийуретический
гормон, компоненты ренинангиотензинальдостероновой системы, цитокины, др. Они участвуют в регуляции не только деятельности сердца, но всей системы кровообращения.
Нейрогуморальная регуляция (NGR) сосудов осуществляется теми же системами
и механизмами, что и сердца. Речь идет о единой для кровообращения системе регуляции. В стенках кровеносных сосудов, как и в стенке сердца, расположены механорецепторы, воспринимающие изменения их геометрии и передающие к регуляторным центрам информацию об их текущем
состоянии. Нервные механизмы связывают кровеносные сосуды разного уровня ветвления, чем координируется их деятельность в целом. Например, изменение тонуса артериальных сосудов, формирующего PR крови, происходит под действием информации с рецепторов, расположенных в начальных отделах аорты.
Эффективность перфузии тканей определяется SV, HR, PR и производным от них BP. Как и SV и HR,
PR и BP регулируются нейрогуморальными системами. Точкой приложения влияний этих систем является тонус артерий эластомышечного и мышечного типа. Гуморальные системы выступают инструментом долговременного и нервные - немедленного управления сосудистым тонусом.
Нервные влияния осуществляются через рецепторы миокарда желудочков, предсердий, узлов проводящей системы и гладких мышц кровеносных сосудов. Афферентные волокна рефлекторной дуги, регулирующей артериальное давление, берут начало от барорецепторов миокарда,
дуги аорты и каротидного синуса. Афферентные волокна языкоглоточного и блуждающего нервов ведут к центральным вегетативным звеньям продолговатого мозга. Симпатические и парасимпатические ядра через синапсы связаны как с эффективными звеньями рефлекторной дуги, так и корой головного мозга и ядрами гипоталамуса, контролирующими гормональную секрецию через гипофиз.
Регуляция BP осуществляется по механизмам прямой и обратной связи. Сенсорами являются барорецепторы. При падении BP сосуды мышечного типа сокращаются, чем повышается PR и возрастает
посленагрузка на сердце. В итоге возрастает сила сердечных сокращений. Одновременно компенсаторно падает HR. Выброс гормонов мозгового вещества надпочечников, антидиуретического и адренокортикотропного гормонов, ренина и альдостерона имеет следствием дальнейшее, но более стойкое повышение BP. При повышенном BP описанные изменения происходят в обратном направлении.
Наиболее сильное влияние на биомеханику сердца оказывает та часть регуляции, которая отвечает ANS. Она управляет функциями иннервируемых ею органов и регулирует метаболические пути в организме.
Нелинейность функционирования ANS, наличие обратных связей и сложная фрактальная организация передачи импульсов деполяризации от источника сердечного ритма до сократительного миокарда обуславливают изменчивость (вариабельность) сердечного ритма (HRV) [2, 3]. Гуморальное, симпатическое и парасимпатическое звенья
регуляции "концентрируются" в разных частотных доменах [32, 56].
Высшие вегетативные центры (коры больших полушарий) осуществляет функцию вегетосоматической и вегетомотивационной интеграции. Гипоталамус, вегетативные центры ствола головного и
спинного мозга контролируют безусловно- и условнорефлекторную регуляцию дыхания, кровообращения, метаболических путей, и т.п. Через высшие вегетативные центры системы нейрогуморальной регуляции взаимодействуют со средой. Сердце -ядро концентрации этих взаимодействий [62].
В силу этих причин HRV отражает не биомеханику сердца, но состояние регуляторных систем и процессов. Этим же объясняется обнаруженная на этапе становления клинических приложений HRV прямая и независимая от других факторов ее связь ВСР со смертностью от острого инфаркта миокарда.
Опосредованность HRV нейрогуморальными механизмами удалось четко показать, когда к ее изучению были приложены методы спектрального анализа. Эти методы позволили выделить четыре спектральные зоны (области, домена),
две из которых, высокочастотная и низкочастотная, связаны, соответственно, в большей мере с парасимпатической регуляцией и состоянием симпато-парасимпатического баланса, две другие - с разными уровнями гуморальной регуляции [31, 47]. Подчиненность дыхательного центра
корковым функциям в силу его влияний на ядра блуждающего нерва опосредует прямые центральные воздействия на сердечный спектр. В чистом виде выделить и оценить вклад разных звеньев регуляции удается только с использованием математического моделирования.
Заинтересовавшихся приглашаем к работам [31, 51].
Системы регуляции и органы-мишени потому, сердце не есть исключение, подвержены так называемым околосуточным или циркадианным колебаниям. Их хорошо известным проявлением выступает суточная периодика HR.
В физиологических условиях в дневной время HR выше и в ночное - ниже, что связывают с преобладанием в первом случае симпатической и во втором - парасимпатической активности. Характер это периодики при патологических состояниях может существенным образом нарушаться [9, 13].
Интересно, что периодика HR может сохраняться даже при мерцательной аритмии, когда, казалось, синусовый узел выходит из под непосредственного контроля ANS.
1.2.4 Механизмы реакций системы кровообращения на стресс
Система кровообращения всеми компартментами, но не сердцем только, живо
откликается на стресс. Наиболее изучены реакции, реализуемые суперпозицией ограниченного числа механизмов. Эти механизмы влияют на структуры, порождающие активные деформации кардиомиоцитов. К ним относятся пред-, посленагрузка, сократимость, хронотропия.
Реакция сердца на изменения преднагрузки - гетерометрическая регуляция
- осуществляется в соответствии с законом Франка-Старлинга [63]. Смысл его в том, что повышение диастолического наполнения камеры сердца кровью влечет увеличение силы сокращений миокарда ее стенок, повышение УО, диастолического и систолического давления.
Закон Франка-Старлинга проявляется уже на уровне отдельного кардиомиоцита. Если выделить кардиомиоцит и подвергнуть растяжению, величина
и сила его сокращения будут тем большими, чем большим было растяжение. Важно, чтобы исходное растяжение не нарушало естественных связей между актомиозиновыми комплексами кардимиоцитов. С перерастяжением миокарда (дилятация) связи убывают и сила сокращения падает.
Гетерометрическая регуляция проявляется не только увеличением силы сердечных сокращений, но влиянием и на скорость сокращений сердечной мышцы. В физиологических условиях преднагрузка - составное звено реакций сердца на стресс. Примерами патологических состояний, приводящих к изменению преднагрузки, могут быть системные нарушения кровообращения, заболевания клапанного аппарата, др.
При стенозе левого атриовентрикулярного отверстия преднагрузка на LV снижается, при недостаточности - увеличивается. В целостном организме этот вид регуляции не проявляется полностью, потому что взаимодействует с другими упомянутыми механизмами.
Повышение притока крови к предсердиям обуславливает увеличение не только силы, но и частоты сокращений. Последнее приводит часто к существенной редукции гетерометрической регуляции (рефлекс Бейнбриджа).
Реакция сердца на изменение посленагрузки - гомеометрическая регуляция -
другой механизм управления насосной функцией сердца. Посленагрузку идентифицируют с увеличением сопротивления артериального русла, вынуждающим сердце развивать более высокие усилия для обеспечения того же SV. Рост посленагрузки обуславливают жесткость
артерий, PR и другие изменения сосудов в период изгнания, требующие увеличения силы сердечных сокращений. Посленагрузка может возрастать по отношению к отдельным камерам сердца, сочетаясь со снижением к другим. Она не приводит к усилению диастолического растяжения кардиомиоцитов и сила сердечных сокращений при ней не возрастает. Следствием повышения посленагрузки является снижение SV.
Если он падает чрезмерно, включаются механизмы повышения преднагрузки. В результате SV восстанавливается. Поддержание МV достигается и за счет HR. В физиологических условиях повышение посленагрузки наблюдается при физическом и эмоциональном стрессе, причем
она быстро реагирует на изменившиеся условия функционирования сердца. При патологических состояниях изменение посленагрузки носит стойкий характер, так как вызывается не только функциональными, но и структурными искажениями. При стабильной артериальной
гипертензии ее повышение связано с увеличением жесткости и PR артерий за счет гипертонуса и гипертрофии, а в последующем - и склеротических изменений стенок.
Под хронотропией понимают зависимость силы сердечных сокращений от их частоты.
Основой хроноинотропии, как пред- и посленагрузки, служат наблюдаемые при вариациях HR изменения механизмов, обеспечивающих актомиозиновое взаимодействие и, в итоге, активные деформации миокарда. Хроноинотропия также является одним из фундаментальных механизмов
регуляции сердечной деятельности в физиологических условиях и при патологических состояниях. Повышение и снижение силы сердечных сокращений в зависимости от HR происходит ступенчато - лестницы Боудича и Вудвортса, соответственно.
Изменения сократимости миокарда камер сердца связаны не только с внешними факторами (преднагрузка, посленагрузка, хроноинотропия), но и c механизмами, лежащими в основе активных деформаций, собственно инотропии миокарда. К ним можно отнести количество кальциевых каналов, скорость перемещения ионов кальция по каналам, кальций опосредованное
взаимодействие нитей актина и миозина, энергетическое обеспечение актомиозинового взаимодействия, воздействие лекарств, патологические нарушения функций и структуры этих механизмов, др. Изменение сократимости миокарда за счет этих механизмов приводит к смене реакций
сердца на пред-, посленагрузку и хронотропию. Им принадлежит важная роль как в сердечной компенсации, так и декомпенсации.
Пред-, посленагрузка, сократимость, хронотропия - не примат сердца или кровообращения как такового. Они определяются нейрогуморальными влияниями на кровообращение, самой организацией и текущим функциональным состоянием регуляторных систем.
Этим объясняется исключительная индивидуальность и физиологии кровообращения, в широком смысле, до реакций на события жизни, и его перестройки при патологических состояниях [20].
Чтобы лучше понять эту индивидуальность и доверять меньше работам, в которых выстраиваются слишком уж вылизанные гипотезы, основанные на лжеидее о подчинении индивидуального кровообращения статистическому, надо сказать пару слов о детерминистском хаосе, что мы сейчас и сделаем.
1.2.5 Регуляция кровообращения - детерминистский хаос
Кровообращение - динамический процесс. Биения (движение) сердца не чувствует разве черствый.
Более, для обывателя любопытным, специалиста в кардиологии важным является, - движение сердца, биомеханика кровообращения подчиняются нелинейным законам. Когда с регуляцией хорошо. Сердце когда живо и красиво реагирующее на события жизни. Интеллигентное.
Интеллигентность сердца, интегрированность кровообращения в регуляции - результат этой самой регуляции. Которая предшествовавшими параграфами изложена. Анатомия и физиология кровообращения, регуляцию включая, с единой структурной иерархической организацией молекулярных образований, клеток, их агрегатов, тканевых образований, органов и систем управления,
убедительнее доказательства вряд ли понадобятся, находятся в состоянии, далеком от термодинамического равновесия, открыты организму и внешнему миру. Есть они все суперпозиция нелинейных динамических квазистохастических процессов [30, 41, 51].
Именно поэтому описанные явления, как-то, давление и объемы крови в камерах сердца,
напряжения и деформации стенок сердца, давление, напряжения, объемы, периферическое сосудистое сопротивление, порождаемые биомеханикой сердца, элементарные и более сложные механизмы переходных процессов в сердце (хронотропия, инотропия, преднагрузка, посленагрузка)
имеют "много красок", по-разному в разных случаях реагируют. Пословица "день на день не приходится" - как раз именно для кровообращения и предназначена. Потому, что кровообращение - не машина. Тем более, работы топорной.
Все "краски" кровообращения высвечиваются в наиболее удобном виде в HRV - сигнале от многоуровневой регуляции, обладающей всеми фундаментальностями нелинейных динамических процессов.
1.3 Ключевая роль диастолы сердца в кровообращении
Цель параграфа - расставить акценты, обратить внимание на ключевую для
кровообращения, его понимания означает, роль диастолы. Самое место призадуматься серьезнейшим образом над тем, что диастола именно формирует систолу сердца и предопределяет циклическую деятельность кровообращения, что энергетические "котлы" мышечного сокращения, восстановительные процессы в сердце, его интерфейс с регуляцией - диастола, …
Но все по порядку.
Обратимся к фазовой структуре диастолы. Первый в ней период изоволюмического расслабления есть энергозависимый процесс. В нем происходит обеспечиваемое ATP расхождение актомиозиновых нитей с уменьшением активных
деформаций кардиомиоцитов. Фаза быстрого пассивного наполнения снова активный процесс. В эту фазу реализуется потенциальная энергия сжатия миокарда, накопленная опорнотрофическим остовом в конце периода изгнания, когда желудочки, расширяясь, "засасывали" кровь из предсердий. Фаза медленного пассивного наполнения (диастазис) - пассивный процесс за счет предсердно
-желудочкового градиента давления с поступлением в желудочки редуцированного объема крови. Фаза активного наполнения уже по названию снова активный процесс (систола предсердий), когда оставшаяся в предсердиях часть крови после выравнивания давления в предсердиях и желудочках
поступает в последние за счет систолы предсердий. Факторами, определяющими диастолу LV, являются активное изоволюмическое расслабление, пассивные вязкоупругие и геометрические (толщина, размеры, форма) свойства миокарда и полостей LV и левого предсердия (LA),
конечно-диастолическое давление (наполнения) в систолу предсердий, состояние митрального клапана и связанных с ним структур, систолическая функция LA, транзитная функция LA для крови легочных вен, продолжительность и временная структура диастолы, состояние перикарда, реологические свойства крови [5, 33, 66]. Эти факторы в их совокупности определяют присасывающую функцию LV
во время раннего диастолического наполнения, свойства активного энергозависимого расслабления миокарда, его жесткость, диастолическую деформацию полости LV, уровень давления в LA в начале диастолы и в LV в момент открытия митрального клапана, насосную функцию
LA в его систолу, градиент давления между LA и LV, ригидность стенок и конечно-диастолическое давление в полости LV. Но все это - вершина айсберга.
В основаниях данных явлений находится мало изученная в приложениях именно к диастоле сердца нейрогуморальная регуляция (NGR). Предстоит осознать накопленные физиологией, экспериментальной и клинической патологией и фармакологией факты, свидетельствующие, что
влияния, которые видим и ожидаем, точкой приложения имеют именно диастолу.
В физиологических условиях объем наполнения LV кровью в фазы быстрого и медленного пассивного наполнения значительно больше, чем в систолу предсердий. Он предопределяется активным изоволюмическим
расслаблением миокарда, в основе которого упомянутое обеспечиваемое ATP расхождение актомиозиновых нитей через удаление от их активных мест по быстрым каналам ионов кальция с уменьшением активных деформаций кардиомиоцитов. Важно обратить внимание, что такие
внешние для рассматриваемого явления факторы, как катехоламины, усиливают и ускоряют, внутриклеточный кальций ослабляет и замедляет, рост частоты сердечных сокращений (HR) ускоряет и ослабляет, рост постнагрузки замедляет и усиливает, рост преднагрузки замедляет
и ослабляет активное изоволюмическое расслабление. Они - прямое свидетельство, что точкой приложения большинства фармакотерапевтических влияний на сердце является именно диастола, этот ее наиболее важный временной промежуток. Известный факт - симметричность
процессов изоволюмического расслабления и сокращения [10]. Но не второе определяет первое. Активное изоволюмическое раслабление есть основа механизма Франка-Старлинга. Потому что механизм этот так и понимается - чем больше диастолическое наполнение, тем больше систола.
Если оно совершается в пределах физиологических изменений актомиозинового перекрытия.
Диастола порождает систолу и управляет систолой через разные механизмы. Один из наиболее изученных - продолжительность и фазовая структура диастолы. Хорошо известный механизм Франка
-Старлинга тому пример [42, 43]. Чем дольше в физиологическом диапазоне изменений диастола, тем она совершеннее. Дольше диастола -
дольше период изоволюмического расслабления. Дольше этот период - более полное актомиозиновое расхождение, большее диастолическое наполнение сердца. Большее диастолическое наполнение - больше сила сердечных сокращений и больше ударный объем.
Более продолжительная диастола является необходимым условием большего диастолическое наполнение LV, его конечнодиастолического объема. Чем больше конечнодиастолическое наполнение LV, тем эффективниее и систола, и период изоволюмического расслабления диастолы.
Детерминанты качественной диастолы - качественные же кардиомиоциты. Кардиомиоциты представляют собой высокоспециализированные клетки, утратившие почти полностью функции жизнеобеспечения (функции-домохозяйки). Эти функции для них выполняются клетками опорнотрофического (соединительнотканного) остова,
в составе которого также кровеносные и лимфатические сосуды, волокна, основное вещество, нервные элементы. Клетки опорнотрофического остова представлены фиброцитами, фибробластами, эндотелиальными, гладкомышечными, жировыми, плазматическими, тучными и др. клеточными элементами.
В физиологических условиях их число невелико. Но они обеспечивают не только функциональную активность кардиомиоцитов, но и восстановительные процессы в волокнистом каркасе, без которого диастола как организованный процесс, непредставима. Пролиферативный
пул соединительнотканных клеток имеет гематогенное происхождение. Функционирование опорнотрофического остова определяется микроциркуляцией,
NGR, эффективным иммунным контролем генетического гомеостазиса, другими механизмами. Нейрогуморальные влияния на собственно кардиомиоциты и клетки опорнотрофического остова, как и миокард и сердце в целом, реализуются через рецепторы, числом,
активностью, разнообразием и соотношением которых определяется, каким образом сердце отреагирует на поступающую регуляторную информацию. Аксиома, не требующая доказательств, - нейрогуморальные влияния далеко не ограничиваются воздействием на биомеханику сердца,
но определяют его трофическую, пластическую и другие, связанные с жизнеобеспечением, функции. Нет сомнений, в этих функциях приоритет принадлежит диастоле. Связь сердца с эндокринной регуляцией, обменом тиреоидных гормонов, натрийуретическим пептидом,
ренин-ангиотензин-альдостероновой системой, кининами, простагландинами, бета- и альфарецепцией, вторичными мессенджерами, цитокинами, др. должна рассматриваться прежде всего именно в плоскости диастолы.
Носители пассивных, вне сокращения, вязкоупругие свойства миокарда - опорнотрофический остов, а также актомиозиновые мостики, имеющиеся в определенном количестве и в пассивной мышце.
Состояние опорнотрофического остова во многом определяет функциональные, в том числе механические, свойства сердечной мышцы. Опорная функция остова обусловлена наличием в нем прочных волокон, формирующих волоконный каркас сердца. Это коллагеновые,
эластические и ретикулиновые волокна. Они ориентированы под углом к мышечным волокнам. В систолу волоконнный каркас, деформируясь, накапливает значительную потенциальную энергию сжатия миокарда, за счет освобождения которой в фазу быстрого наполнения диастолы изменения объема LV
опережают поступающие в него из LA объемы крови и она как бы "засасывается" им. Механизм работает эффективно только в условиях сохранения архитектуры и свойств волоконного каркаса. Вклад разных носителей (опорнотрофического остова и нерасщепленных актомиозиновых мостиков)
в вязкоупругие свойства миокарда даже в физиологических условиях зависит от множества факторов, таких, как возраст, состояние миокарда, энергетика мышечного сокращения и управление, др. Вязкоупругие свойства миокарда усиливаются не только
при дезорганизации и перестройке опорнотрофического остова, в особенности при воспалительных и склеротических процессах, но и за счет "мостикового" компонента при неполном диастолическом расслаблении миокарда любой природы (ишемическая контрактура, гипертрофия, др.) [7, 28, 38].
Уделяем достаточное внимание сохранению вязкоупругих свойств миокарда?
Формируемый в диастолу в фазы пассивного наполнения и систолы предсердий конечнодиастолический объем крови LV есть запасенная LA в систолу сердца и транзитная через него
из легочных вен в LV во время фазы быстрого пассивного наполнения кровь. В физиологических условиях до ? объема перемещаемой в LV крови попадает в него из легочных вен, (85 - 60)% всей крови в LV поступает в фазы пассивного наполнения и (15 - 30)% - в систолу предсердий.
С ростом HR возрастает вклад в диастолическое наполнение LV систолы предсердий (если таковая есть - мерцательная аритмия). Наибольшее давление в LV развивается к концу диастолы и носит название конечнодиастолического. В физиологических условиях оно не превышает 12 мм рт.
ст. Источник поступающих в диастолу в LV потоков крови - не только LA и легочные вены. В период изоволюмической релаксации часть ее возвращается в LV из аорты в силу конечных времен закрытия аортального клапана. В физиологических условиях эти (регургитантные) объемы крови несущественны. Они никак не влияют на диастолу и порождаемую нею систолу [].
Сердце, диастола, естественно, тоже - фунциональные элементы единого неделимого кровообращения. Циклическая организация сердечной деятельности и циклиническая организация кровообращения - взаимоуправляемые процессы.
Интерфейсные функции для сердца здесь во многом положены именно на диастолу, "напичканную" разного рода рецепторами растяжения и передающими информацию с камеры на камеру сердца и сосудистые контуры (легких и большого круга кровообращения) регуляции.
В биомеханике сердца важны не только реакция на стресс, но и восстановительные процессы, которые снова определяются именно диастолой. Диастола, получается, детерминирует и текущее с
изменениями в переходных (стресс) процессах, и долгосрочное функциональное и структурное, прежде всего, состояние сердца. В диастоле все ресурсы сердца и наиболее важная информация об его состоянии. Она - "золотой ключик" в клинической диагностике сердца.
Оцениваем диастолу по настоящему?
|
|
Новости 
