Строение и принцип работы сердца. Сердечный цикл

Работа сердца сопровождается изменениями давления в полостях сердца и в сосудистой системе, возникновением тонов сердца, появлением пульсовых колебаний и т.д. Сердечный цикл ― это период, охватывающий одну систолу и одну диастолу. При частоте сердечных сокращений 75 в минуту общая продолжительность сердечного цикла будет 0,8 с, при частоте сокращений сердца 60 в мин., сердечный цикл займет 1 с. Если цикл занимает 0,8 с, то из них на систолу желудочков приходится 0,33 с, а на их диастолу – 0,47 с. Систола желудочков включает в себя следующие периоды и фазы:

1) период напряжения . Этот период состоит из фазы асинхронного сокращения желудочков. В эту фазу давление в желудочках еще близко к нулю и лишь в конце фазы начинается быстрое повышение давления в желудочках. Следующая фаза периода напряжения – это фаза изометрического сокращения, т.е. имеется в виду, что длина мышц остается неизменной (изо – равный). Эта фаза начинается с захлопывания створок атриовентрикулярных клапанов. В это время возникает 1-й (систолический) тон сердца. Давление в желудочках быстро нарастает: до 70-80 в левом и до 15-20 мм рт.ст. в правом. В эту фазу створчатые и полулунные клапаны еще закрыты и объем крови в желудочках остается постоянным. Не случайно, некоторые авторы вместо фаз асиннхронного сокращения и изометрического напряжения выделяют так называемую фазу изоволюметрического, (изо – равный, волюме – объем) сокращения. С подобной классификацией есть все основания согласиться. Во-первых, весьма сомнительно утверждение о наличии асинхронного сокращения рабочего миокарда желудочков, работающего как функциональный синцитий и обладающего высокой скоростью распространения возбуждения. Во-вторых, асинхронное сокращение кардиомиоцитов возникает при трепетании и мерцании желудочков. В третьих, в фазу изометрического сокращения все же длина мускулатуры уменьшается (а это уже не соответствует названию фазы), а вот объем крови в желудочках в этот момент не изменяется, т.к. закрыты и атриовентрикулярные и полулунные клапаны. По существу это фаза изоволюметрического сокращения или напряжения.

2) период изгнания. Период изгнания состоит из фазы быстрого изгнания и фазы медленного изгнания. В этот период давление в левом желудочке нарастает до 120-130 мм рт.ст., в правом – до 25 мм рт.ст. В этот период полулунные клапаны открываются и кровь выбрасывается в аорту и в легочную артерию. Ударный объем крови, т.е. объем выбрасываемый за одну систолу составляет около 70 мл, а конечно- диастолический объем крови равно примерно 120-130 мл. В желудочках после систолы остается около 60-70 мл крови. Это так называемый конечно-систолический, или резервный, объем крови. Отношение ударного объема к конечно-диастолическому объему (например, 70:120 = 0,57) называется фракцией выброса. Она обычно выражается в процентах, поэтому 0,57 надо умножить на 100 и мы получим в данном случае 57%, т.е. фракция изгнания = 57%.В норме она составляет 55-65%. Уменьшение величины фракции изгнания является важным показателем ослабления сократительной способности левого желудочка.

Диастола желудочков имеет следующие периоды и фазы: 1) протодиастолический период, 2) период изометрического расслабления и 3) период наполнения, который в свою очередь делится на а) фазу быстрого наполнения и б) фазу медленного наполнения. Протодиастолический период занимает время от начала расслабления желудочков до захлопывания полулунных клапанов. После закрытия этих клапанов давление в желудочках падает, но створчатые клапаны в это время еще закрыты, т.е. полости желудочков не имеют сообщения ни с предсердиями, ни с аортой и легочной артерией. В это время объем крови в желудочках не изменяется и поэтому этот период называется периодом изометрического расслабления (а правильнее следовало бы назвать периодом изоволюметрического расслабления, т.к. не меняется объем крови в желудочках). В период быстрого наполнения атриовентрикулярные клапаны открыты и кровь из предсердий быстро поступает в желудочки (принято считать, что кровь в этот момент поступает в желудочки самотеком.). Основной объем крови из предсердий в желудочки поступает именно в фазу быстрого наполнения и лишь около 8 % крови поступает в желудочки в фазу медленного наполнения. Систола предсердий возникает в конце фазы медленного наполнения и за счет систолы предсердий как бы выжимается из предсердий остаток крови. Этот период называется пресистолическим (имеется в виду пресистола желудочков), а затем начинается новый цикл работы сердца.

Таким образом, цикл работы сердца состоит из систолы и диастолы. Систола желудочков состоит из: 1) периода напряжения, который делится на фазу асинхронного сокращения и фазу изометричекого (изоволюметрического) сокращения, 2) периода изгнания, который делится на фазу быстрого изгнания и фазу медленного изгнания. До начала диастолы имеется протодиастолический период.

Диастола желудочков состоит из: 1) периода изометрического (изоволюметрического) расслабления, 2) периода наполнения кровью, который делится на фазу быстрого наполнения и фазу медленного наполнения, 3) пресистолического периода.

Фазовый анализ сердца проводится методом поликардиографии. Этот метод основан на синхронной регистрации ЭКГ, ФКГ (фонокардиограммы) и сфигмограммы (СГ) сонной артерии. По зубцам R–R определяют продолжительность цикла. По интервалу от начала зубца Q на ЭКГ до начала 2 тона на ФКГ определяют продолжительность систолы, по интервалу от начала анакроты до инцизуры на СГ определяют продолжительность периода изгнания, по разности между продолжительностью систолы и периода изгнания – период напряжения, по интервалу между началом зубца Q ЭКГ и началом 1 тона ФКГ – период асинхронного сокращения, по разнице между продолжительностью периода напряжения и фазы асинхронного сокращения – фазу изометрического сокращения.

В сосудах кровь движется благодаря градиенту давления в направлении от высокого до низкого. Желудочки является тем органом, который создает указанный градиент.
Изменение состояний сокращения (систолы) и расслабления (диастолы) отделов сердца, которая повторяется циклически, называется сердечным циклом. При частоте (ЧСС) 75 в 1 мин длительность всего цикла составляет 0,8 с.
Сердечный цикл удобно рассматривать, начиная с общей диастолы предсердий и желудочков (пауза сердца). При этом сердце находится в таком состоянии: полумесячной клапаны закрыты, а атриовентрикулярные открыты. Кровь из вен поступает свободно и полностью заполняет полости предсердий и желудочков. Давление крови в них, как и в венах, лежащие рядом, составляет около 0 мм рт. ст. В правой и левой половинах сердца взрослого человека в конце общей диастолы помещается примерно по 180-200 mji крови.
Систола предсердий. Возбуждение, зародилось в синусном узле, прежде поступает в миокарда предсердий - происходит систола предсердий (0,1 с). При этом за счет сокращения мышечных волокон, расположенных вокруг отверстий вен, перекрывается их просвет. Образуется своеобразная замкнутая атриовентрикулярная полость. При сокращении миокарда предсердий давление в них повышается до 3-8 мм рт. ст. (0,4-1,1 кПа). Вследствие этого часть крови из предсердий через открытые атриовентрикулярные отверстия переходит в желудочки, доводя объем крови в них до 130-140 мл (конечно-диастолический объем желудочков - КДО). После этого начинается диастола предсердий (0,7 с).
Систола желудочков. В настоящее время ведущей системой возбуждения распространяется на кардиомиоциты желудочков и начинается систола желудочков, которая длится около 0,33 с. ее делят на два периода. Каждый из периодов соответственно состоит из фаз.
Первый период напряжения продолжается, пока не откроются полумесячной клапаны. Для их открытия давление в желудочках должна подняться до высшего уровня, чем в соответствующих артериальных стволах. Диастолическое давление в аорте составляет около 70-80 мм рт. ст. (9,3-10,6 кПа), а в легочной артерии-10-15 мм рт. ст. (1,3-2,0 кПа). Период напряжения длится около 0,08 с.
Начинается он с фазы асинхронного сокращения (0,05 с), о чем свидетельствует неодновременное сокращение всех волокон желудочков. Первыми сокращаются кардиомиоциты, которые расположены вблизи волокон проводящей системы.
Следующая фаза изометрического сокращения (0,03 с) характеризуется вовлечением в процесс сокращения всех волокон желудочков. Начало сокращения желудочков приводит к тому, что при закрытых-еще полумесячной клапанах кровь устремляется к участку никакого давления - в сторону предсердий. Атриовентрикулярные клапаны, лежащих на ее пути, током крови закрываются. Выворачиванию их в предсердие предотвращают сухожильные нити, а папиллярные мышцы, сокращаясь, делают их еще более устойчивыми. Вследствие этого на время создаются замкнутые полости желудочков. И пока за счет сокращения в желудочках не поднимется давление крови выше уровня, необходимого для открытия полумесячной клапанов, существенного сокращения волокон не происходит. Повышается только их внутреннее напряжение. Таким образом, в фазу изометрического сокращения все клапаны сердца закрыты.
Период изгнания крови начинается с открытия клапанов аорты и легочной артерии. Он длится 0,25 с и состоит из фаз быстрого (0,12 с) и медленного (0,13 с) изгнания крови. Аортальный клапаны открываются при давлении крови около 80ммрт. ст. (10,6 кПа), а легочные - 15 мм рт. в (2,0 кПа). Относительно узкие отверстия артерий могут сразу пропустить весь объем выталкиваний крови (70 мл), поэтому сокращение миокарда приводит к дальнейшему увеличению давления крови в желудочках. В левом оно повышается до 120-130 мм рт. ст. (16,0-17,3 кПа), а в правом-до 20-25 мм рт. ст. (2,6-3,3 кПа). Создаваемый высокий градиент давления между желудочком и аортой (легочной артерией) способствует быстрому выбрасыванию части крови в сосуд.
Однако из-за сравнительно небольшую пропускную способность сосуда, в которых еще была кровь, переполняются. Теперь давление растет уже в сосудах. Градиент давления между желудочками и сосудами постепенно уменьшается, и скорость течения крови замедляется.
В связи с тем, что диастолическое давление в легочной артерии ниже, открытия клапанов изгнания крови из правого желудочка начинаются несколько раньше, чем с левой. А через низкий градиент изгнания крови заканчивается позднее. Поэтому диастолическое правого желудочка идет на 10-30 мс дольше, чем левого.
Диастола. В конце, когда давление в сосудах повышается до уровня давления в полостях желудочков, изгнания крови прекращается. Начинается их диастола, который длится порядка 0,47 с. Время окончания систолического изгнания крови совпадает со временем прекращения сокращения желудочков. Обычно в желудочках остается 60-70 мл крови (конечно-систолический объем - КСО). Прекращение изгнания приводит к тому, что кровь, которая содержится в сосудах, обратным током закрывает полумесячной клапаны. Этот период называется протодиастолический (0,04 с). После этого напряжение спадает, и наступает изометрический период расслабления (0,08 с), после которого желудочки под влиянием крови, поступающей начинают расправляться.
В настоящее время предсердия после систолы уже полностью заполнены кровью. Диастола предсердий длится около 0,7 с. Наполняются предсердия главным образом кровью, пассивно следует из вен. Но можно выделить и «активный» компонент, который проявляется в связи с частичным совпадением его диастолы из систолическим желудочков. При сокращении последних плоскость атриовентрикулярной перегородки смещается в направлении верхушки сердца; вследствие этого образуется присмоктувальний эффект.
Когда спадает напряжение стенки желудочков, атриовентрикулярные клапаны током крови открываются. Кровь, заполняющей желудочки, постепенно расправляет их.
Период наполнения желудочков кровью делится на фазы быстрого (при диастоле предсердий) и медленного (при систолическом предсердий) наполнения. Перед началом нового цикла (систолы предсердий) желудочки, как предсердия, успевают полностью заполниться кровью. Поэтому за счет поступления крови при систоле предсердий внутрижелудочный объем увеличивается примерно лишь на 20-30%. Но этот показатель существенно возрастает при интенсификации работы сердца, когда сокращается общая диастола и кровь не успевает заполнить желудочки.

Сердечным циклом, или циклом работы сердца называют последо­вательность событий, происходящих во время одного сокращения сердца. Продолжительность его при 75 сокращениях сердца в минуту равна 0,8 секунды. Сердечный цикл состоит из трех фаз:

Систола предсердий, которая продолжается 0,1с. Во время систолы я предсердий давление в них становится больше, чем в желудочках, и, -| т.к. желудочки в это время находятся в расслабленном состоянии (в состоянии диастолы) кровь выталкивается в них.

Затем наступает диастола предсердий (0,7 с) и одновременно. Систола желудочков, которая продолжается примерно 0,3 секун­ды. Давление в желудочках повышается, и кровь поступает в аорту и легочную артерию. Затем наступает диастола желудочков, продол­жающаяся 0,5 секунды.

Время совпадения состояния диастолы предсердий и желудочков (примерно 0,4 с) называется общей паузой.

В настоящее время полагают, что систола желудочков не только спо­собствует выбросу крови. При сокращении желудочков происходит смещение предсердно-желудочковой перегородки к верхушке сердца, что ведет к заса­сыванию крови из крупных вен в предсердия. При этом предсердия, находя­щиеся в этот момент в расслабленном состоянии, растягиваются. Этот эффект более выражен при сокращении правого желудочка.

Однонаправленному току крови из предсердий в желудочки спо­собствует строение клапанов. Во время систолы предсердий, давление в них становится более высоким, чем давление в желудочках, поэтому открывают­ся створчатые клапаны в правом и левом предсердно-желудочковых отвер­стиях. В это время желудочки находятся в состоянии диастолы, и давление в них меньше, чем в давление в аорте и легочной артерии. Это ведет к закры­тию полулунных клапанов.

Далее начинается диастола предсердий и систола желудочков. Давле­ние в желудочках становится большим, чем давление в предсердиях, в аорте и легочной артерии. В связи с этим створчатые клапаны закрываются, препят­ствуя обратному току крови из желудочков в предсердия, а полулунные кла­паны открываются, способствуя выбрасыванию крови. Повреждения клапа­нов могут привести к тому, что они не смогут полностью открываться (и воз­никает стеноз), либо плотно смыкаться (и формируется недостаточность кла­дов). В результате миокард вынужден развивать большую силу и выбрасывать больший объем крови, что приводит к гипертрофии миокарда и/или к расширению полостей сердца - дилатации.

Левый и правый желудочки за каждое сокращение выталкивают соответственно в аорту и легочный ствол примерно по 60 - 80 мл крови. Объем одинаков для левого и правого желудочков, если организм находится в состоянии покоя. Этот объем называется систолическим или ударным. Умно­жив систолический объем на число сокращений за 1 минуту, можно вычис­лить минутный объем. Он составляет в среднем 4,5 - 5 литров.

Систолический и минутный объемы сердца не постоянны. Их вели­чина, а также ЧСС (частота сердечных сокращений) зависит от возрастных половых и индивидуальных особенностей человека. Например, у физически тренированного человека в покое систолический и минутный объемы больше, чем у нетренированного, а ЧСС - меньше. У спортсменов ЧСС часто нахо­дится в пределах 50 - 60 уд/мин. При напряженной работе сердца параметры его функционирования резко меняются. Минутный объем может достигать у взрослого человека 20 - 30 литров. У нетренированных людей это увеличение объема происходит в основном за счет частоты сердечных сокращений (что очень неэкономично), у тренированных - главным образом в результате уве­личения систолического объема сердца.

В деятельности сердца можно выделить две фазы: систола (сокращение) и диастола (расслабление). Систола предсердий слабее и короче систолы желудочков: в сердце человека она длится 0,1с, а систола желудочков – 0,3 с. диастола предсердий занимает 0,7с, а желудочков – 0,5 с. Общая пауза (одновременная диастола предсердий и желудочков) сердца длится 0,4 с. Весь сердечный цикл продолжается 0,8с. Длительность различных фаз сердечного цикла зависит от частоты сердечных сокращений. При более частых сердечных сокращений деятельность каждой фазы уменьшается, особенно диастолы. Во время диастолы предсердий атриовентрикулярные клапаны открыты и кровь, поступающая из соответствующих сосудов, заполняет не только их полости, но и желудочки. Во время систолы предсердий желудочки полностью заполняются кровью. При этом исключается обратное движение крови в полые и легочные вены. Это связано с тем, что в первую очередь сокращается мускулатура предсердий, образующая устья вен. По мере наполнения полостей желудочков кровью створки атриовентрикулярных клапанов плотно смыкаются и отделяют полость предсердий от желудочков. В результате сокращения папиллярных мышц желудочков в момент их систолы сухожильные нити створок атриовентрикулярных клапанов натягиваются и не дают им вывернуться в сторону предсердий. К концу систолы желудочков давление в них становится больше давления в аорте и легочной стволе.Это способствует открытию полулунных клапанов, и кровь из желудочков поступает в соответствующие сосуды. Во время диастолы желудочков давление в них резко падает, что создает условия для обратного движения крови в сторону желудочков. При этом кровь заполняет кармашки полулунных клапанов и обусловливает их смыкание. Таким образом, открытие и закрытие клапанов сердца связано с изменением величины давления в полостях сердца.Механическая работа сердца связана с сокращением его миокарда. Работа правого желудочка в три раза меньше работы левого желудочка. Общая работа желудочков за сутки такова, что она достаточна для того, чтобы поднять человека массой 64 кг на высоту 300 метров. В течение жизни сердце перекачивает столько крови, что ею можно было бы заполнить канал длиной 5 метров, по которому бы прошел большой теплоход.Сердце с механической точки зрения представляет собой насос ритмического действия, чему способствует клапанный аппарат. Ритмические сокращения и расслабления сердца обеспечивают непрерывный ток крови. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, его расслабление — диастолой. При каждой систоле желудочков происходит выталкивание крови из сердца в аорту и легочный ствол. В обычных условиях систола и диастола четко согласованы во времени. Период, включающий одно сокращение и последующее расслабление сердца, составляет сердечный цикл. Его продолжительность у взрослого человека равна 0,8 секунды при частоте сокращений 70 — 75 раз в минуту. Началом каждого цикла является систола предсердий. Она длится 0,1 сек. По окончании систолы предсердий наступает их диастола, а также систола желудочков. Систола желудочков длится 0,3 сек. В момент систолы в желудочках повышается давление крови, оно достигает в правом желудочке 25 мм рт. ст., а в левом — 130 мм рт. ст. По окончании систолы желудочков начинается фаза общего расслабления, длящаяся 0,4 сек. В целом период расслабления предсердий равен 0,7 сек., а желудочков — 0,5 сек. Физиологическое значение периода расслабления состоит в том, что за это время в миокарде происходят обменные процессы между клетками и кровью, т. е. происходит восстановление работоспособности сердечной мышцы.

Показателями работы сердца являются систолический и минутный объем сердца.Систолический, или ударный, объем сердца-это количество крови, которое сердце выбрасывает в соответствующие сосуды при каждом сокращении. Величина систолического объема зависит от размеров сердца, состояния миокарда и организма. У взрослого здорового человека при относительном покое систолический объем каждого желудочка составляет приблизительно 70-80 мл. Таким образом, при сокращении желудочков в артериальную систему поступает 120-160 мл крови. Минутный объем сердца-это количество крови, которое сердце выбрасывает в легочный ствол и аорту за 1 мин. Минутный объем сердца - это произведение величины систолического объема на частоту сердечных сокращений в 1 мин. В среднем минутный объем составляет 3-5 л. Систолический и минутный объем сердца характеризует деятельность всего аппарата кровообращения.

ЦИКЛ РАБОТЫ СЕРДЦА

Серде́чный цикл - понятие, отражающее последовательность процессов, происходящих за одно сокращение сердца и его последующее расслабление. Каждый цикл включает в себя три большие стадии: систола предсердий , систола желудочков и диастола . Термин систола означает сокращение мышцы. Выделяют электрическую систолу - электрическую активность, которая стимулирует миокард и вызывает механическую систолу - сокращение сердечной мышцы и уменьшение сердечных камер в объёме. Термин диастола означает расслабление мышцы. Во время сердечного цикла происходит повышение и снижение давления крови, соответственно высокое давление в момент систолы желудочков называется систолическим , а низкое во время их диастолы - диастолическим .

Частота повторения сердечного цикла называется частотой сердечных сокращений , её задаёт водитель ритма сердца .

Периоды и фазы сердечного цикла

Схематичное соотношение фаз сердечного цикла, ЭКГ , ФКГ , сфигмограммы . Обозначены зубцы ЭКГ, номера тонов ФКГ и части сфигмограммы: а - анакрота, д - дикрота, к - катакрота. Номера фаз соответствуют таблице. Сохранен масштаб шкалы времени.

Сводная таблица периодов и фаз сердечного цикла с примерными давлениями в камерах сердца и положением клапанов приведена внизу страницы.

Систола желудочков

Систола желудочков - период сокращения желудочков, что позволяет протолкнуть кровь в артериальное русло.

В сокращении желудочков можно выделить несколько периодов и фаз:

Период напряжения - характеризуется началом сокращения мышечной массы желудочков без изменения объёма крови внутри них.

• Асинхронное сокращение - начало возбуждения миокарда желудочков, когда только отдельные волокна вовлечены. Изменения давления в желудочках хватает для закрытия предсердно-желудочковых клапанов в конце этой фазы.

  Изоволюметрическое сокращение - вовлечен практически весь миокард желудочков, но изменения объёма крови внутри них не происходит, так как закрыты выносящие (полулунные - аортальный и лёгочный) клапаны. Термин изометрическое сокращение не совсем точен, так как в это время происходит изменение формы (ремоделирование) желудочков, натяжение хорд.

Период изгнания - характеризуется изгнанием крови из желудочков.

• Быстрое изгнание - период от момента открытия полулунных клапанов до достижения в полости желудочков систолического давления - за этот период выбрасывается максимальное количество крови.

  Медленное изгнание - период, когда давление в полости желудочков начинает снижаться, но все ещё больше диастолического давления. В это время кровь из желудочков продолжает двигаться под действием сообщенной ей кинетической энергии, до момента выравнивания давления в полости желудочков и выносящих сосудов.

В состоянии спокойствия желудочек сердца взрослого человека за каждую систолу выбрасывает от 60 мл крови (ударный объём). Сердечный цикл длится до 1 с, соответственно, сердце делает от 60 сокращений в минуту (частота сердечных сокращений, ЧСС). Нетрудно подсчитать, что даже в состоянии покоя сердце перегоняет 4 л крови в минуту (минутный объём сердца, МОС). Во время максимальной нагрузки ударный объём сердца тренированого человека может превышать 200 мл, пульс - превышать 200 ударов в минуту, а циркуляция крови может достигать 40 л в минуту.

Диастола

Диастола - период времени, в течение которого сердце расслабляется для приема крови. В целом характеризуется снижением давления в полости желудочков, закрытием полулунных клапанов и открытием предсердно-желудочковых клапанов с продвижением крови в желудочки.

Диастола желудочков

• Протодиастола - период начала расслабления миокарда с падением давления ниже, чем в выносящих сосудах, что приводит к закрытию полулунных клапанов.

  Изоволюметрическое расслабление - аналогична фазе изволюметрического сокращения, но с точностью до наоборот. Происходит удлинение мышечных волокон, но без изменения объёма полости желудочков. Фаза заканчивается открытием предсердно-желудочковых (митрального и трехстворчатого) клапанов.

Период наполнения

• Быстрое наполнение - желудочки стремительно восстанавливают свою форму в расслабленном состоянии, что значительно снижает давление в их полости и засасывает кровь из предсердий.

  Медленное наполнение - желудочки практически полностью восстановили свою форму, кровь течет уже из-за градиента давления в полых венах, где оно выше на 2-3 мм рт. ст.

Систола предсердий

Является завершающей фазой диастолы. При нормальной частоте сердечных сокращений вклад сокращения предсердий невелик (около 8 %), так как за относительно длинную диастолу кровь уже успевает наполнить желудочки. Однако, с увеличением частоты сокращений, в основном снижается длительность диастолы и вклад систолы предсердий в наполнение желудочков становится весьма существенным