Сердечный цикл кратко
Сердце сокращается ритмично и циклично. Один цикл длится 0,8-0,85 секунды, это составляет примерно 72-75 сокращений (ударов) в минуту.
Основные фазы:
Диастола – расслабление сердечной мышцы (миокарда). При этом происходит усиление собственного кровоснабжения миокарда и обменных процессов в нём. Во время диастолы происходит наполнение полостей сердца кровью: одновременно как предсердий, так и желудочков. Важно отметить, что кровь заполняет одновременно и предсердия, и желудочки, т.к. клапаны между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярные) в диастолу открыты.
Полный сердечный цикл
Систола – сокращение мышечного слоя (миокарда) и выброс крови из сердечных полостей. Сначала сокращаются ушки сердца, затем предсердия и после них желудочки. Сокращение пробегает по сердцу волной от ушек к желудочкам. Сокращение сердечной мышцы запускается её возбуждением, а возбуждение начинается от синоатриального узла в верхней части предсердий.
С точки зрения движения возбуждения по сердечной мышце цикл следует начинать с возбуждения и сокращения предсердий, т.к. именно на них идёт возбуждение от главного водителя ритма сердца - сино-атриального узла .
Водитель ритма
Водитель сердечного ритма - это особый участок сердечной мышцы, который самостоятельно порождает электрохимические импульсы, возбуждающие сердечную мышцу и приводящие к её сокращению.
У человека ведущим водителем ритма является синусно-предсердный (сино-атриальный) узел . Это участок сердечной ткани, содержащий «пейсмейкерные» клетки , т.е. клетки, способные к самопроизвольному возбуждению. Он находится на своде правого предсердия у места впадения в него верхней полой вены. Узел состоит из небольшого числа сердечных мышечных волокон, иннервированных окончаниями нейронов из вегетативной нервной системы. Важно понять, что вегетативная иннервация не создаёт самостоятельного ритма импульсации сердца, а лишь регулирует (изменяет) ритм, который задают сами пейсмейкерные сердечные клетки. В сино-атриальном узле зарождается каждая волна возбуждения сердца, которая приводит к сокращению сердечной мышцы и служит стимулом для возникновения следующей волны.
Фазы сердечного цикла
Итак, спровоцированная волной возбуждения волна сокращения сердца начинается с предсердий.
1. Систола (сокращение) предсердий (вместе с ушками) – 0,1 с . Предсердия сокращаются и проталкивают уже находящуюся в них кровь в желудочки. В желудочках тоже уже имеется кровь, которая залилась в них из вен во время диастолы, пройдя через предсердия и открытые атриовентрикулярные клапаны. За счет своего сокращения предсердия доливают в желудочки дополнительные порции крови.
2. Диастола (расслабление) предсердий – это расслабление предсердий после сокращения, оно длится 0,7 секунды. Таким образом, время отдыха у предсердий намного превышает время их работы, и это важно знать. Из желудочков кровь не может вернуться обратно в предсердия благодаря особым атриовентрикулярным клапанам между предсердиями и желудочками (трёхстворчатый справа и двухстворчатый, или митральный, слева). Таким образом, в диастолу у предсердий стенки расслаблены, но кровь в них из желудочков не идёт. В этом период сердце имеет 2 пустые и 2 наполненные камеры. В предсердия начинает поступать кровь из вен. Сначала кровь медленное наполняет расслабленные предсердия. Затем, после сокращения желудочков и наступившего у них расслаблением она своим давление открывает клапаны и поступает в желудочки. Диастола предсердий при этом ещё не закончилась.
И вот, наконец, в сино-атриальном узле рождается новая волна возбуждения и под её влиянием предсердия переходят к систоле и проталкивают скопившуюся в них кровь в желудочки.
3. Систола желудочков – 0,3 с . Волна возбуждения идёт от предсердий, а также по межжелудочковой перегородке, и достигает миокарда желудочков. Желудочки сокращаются. Кровь под давлением выбрасывается из желудочков в артерии. Из левого - в аорту, чтобы бежать по большому кругу кровообращения, а из правого - в легочный ствол, чтобы бежать по малому кругу кровообращения. Максимальное усилие и максимальное давление крови обеспечивает левый желудочек. Он обладает наиболее мощным миокардом из всех камер сердца.
4. Диастола желудочков - 0,5 с . Обратите внимание, что опять отдых длится дольше, чем работа (0,5 с против 0,3). Желудочки расслабились, закрыты полулунные клапаны на их границе в артериями, они не дают крови вернуться в желудочки. Атриовентрикулярные (предсердно-желудочковые) клапаны в это время открыты. Начинается заполнение кровью желудочков, которая поступает в них из предсердий, но пока без сокращения предсердий. Все 4 камеры сердца, т.е. желудочки и предсердия, расслаблены.
5. Общая диастола сердца – 0,4 с . Стенки предсердий и желудочков расслаблены. Желудочки наполняются кровью, притекающей в них через предсердия из полых вен, на 2/3, а предсердия - полностью.
6. Новый цикл . Начинается следующий цикл – систола предсердий .
Видео: Перекачка крови в сердце
Для закрепления этих сведений посмотрите на анимированную схему сердечного цикла:
Анимированная схема сердечного цикла - очень советую кликнуть и рассмотреть подробности!
Подробности работы желудочков сердца
1. Систола.
2. Изгнание.
3. Диастола
Систола желудочков
1. Период систолы , т.е. сокращения, состоит из двух фаз:
1) Фаза асинхронного сокращения – 0,04 с . Происходит неравномерное сокращение стенки желудочков. Одновременно с этим происходит сокращение межжелудочковой перегородки. За счёт этого в желудочках нарастает давление, и в результате закрывается атриовентрикулярный клапан. В результате желудочки изолируются от предсердий.
2) Фаза изометрического сокращения . Это означает, что длина мышц не меняется, хотя их напряжение возрастает. Объем желудочков тоже не меняется. Все клапаны закрыты, стенки желудочков сокращаются и стремятся сжаться. В итоге стенки желудочков напрягаются, но кровь не движется. Но при этом возрастает давление крови внутри желудочков, оно открывает полулунные клапаны артерий и для крови появляется выход.
2. Период изгнание крови – 0.25 с.
1) Фаза быстрого изгнания – 0,12 с.
2) Фаза медленного изгнания – 0,13 с.
Изгнание (выброс) крови из сердца
Кровь под давлением выдавливается из левого желудочка в аорту. Давление в аорте резко возрастает, и она расширяется, принимая большую порцию крови. Однако за счет упругости своей стенки аорта тут же опять сжимается и прогоняет кровь по артериям. Расширение и сжатие аорты порождает поперечную волну, которая распространяется с определенной скоростью по сосудам. Это волна расширения и сжатия стенки сосудов – пульсовая волна. Её скорость не совпадает со скоростью движения крови.
Пульс - это поперечная волна расширения и сжания стенки артерии, порождённая расширением и сжатием аорты при выбросе в неё крови из левого желудочка сердца.
Диастола желудочков
Протодиастолический период – 0,04 с. От окончания систолы желудочков до закрытия полулунных клапанов. В этот период часть крови возвращается обратно в желудочек из артерий под давление крови в кругах кровообращения.
Фаза изометрического расслабления – 0,25 с. Все клапаны закрыты, мышечные волокна сокращены, они еще не растянулись. Но напряжение их уменьшается. Давление в предсердиях становится выше, чем в желудочках, и это давление крови открывает атриовентрикулярные клапаны для пропускания крови из предсердий в желудочки.
Фаза наполнения . Идёт общая диастола сердца, в которую происходит наполнение кровью всех его камер, причём сначала быстро, а потом медленно. Кровь проходит транзитом через предсердия и заполняет желудочки. Желудочки заполняются кровью на 2/3 объема. В этот момент сердце функционально 2-х камерное, т.к. разделены только его левая и правая половины. Анатомически же все 4 камеры сохранены.
Пресистола . Желудочки кончательно заполняются кровью в результате систолы предсердий. Желудочки всё ещё расслаблены, в то время как предсердия уже сокращены.
Сердечный цикл - это систола и диастола сердца, периодически повторяющиеся в строгой последовательности, т.е. период времени, включающий одно сокращение и одно расслабление предсердий и желудочков.
В цикличном функционировании сердца различают две фазы: систолу (сокращение) и диастолу (расслабление). Во время систолы полости сердца освобождаются от крови, а во время диастолы заполняются . Период, включающий одну систолу и одну диастолу предсердий и желудочков и следующую за ними общую паузу, называется циклом сердечной деятельности .
Систола предсердий у животных длится 0,1-0,16 с, а систола желудочков — 0,5-0,56 с. Общая пауза сердца (одновременная диастола предсердий и желудочков) длится 0,4 с. В течение этого периода сердце отдыхает. Весь сердечный цикл продолжается в течение 0,8- 0,86 с.
Работа предсердий менее сложная, чем работа желудочков. Систола предсердий обеспечивает поступление крови в желудочки и длится 0,1 с. Затем предсердия переходят в фазу диастолы, которая продолжается в течение 0,7 с. Во время диастолы предсердия заполняются кровью.
Длительность различных фаз сердечного цикла зависит от частоты сердечных сокращений. При более частых сердечных сокращениях длительность каждой фазы, особенно диастолы, уменьшается.
Фазы сердечного цикла
Под сердечным циклом понимают период, охватывающий одно сокращение - систолу и одно расслабление — диастолу предсердий и желудочков — общая пауза. Общая длительность сердечного цикла при частоте сердечных сокращений 75 уд/мин равна 0,8 с.
Сокращение сердца начинается с систолы предсердий, длящейся 0,1 с. Давление в предсердиях при этом поднимается до 5-8 мм рт. ст. Систола предсердий сменяется систолой желудочков продолжительностью 0,33 с. Систола желудочков разделяется на несколько периодов и фаз (рис. 1).
Рис. 1. Фазы сердечного цикла
Период напряжения длится 0,08 с и состоит из двух фаз:
- фаза асинхронного сокращения миокарда желудочков — длится 0,05 с. В течение этой фазы процесс возбуждения и следующий за ним процесс сокращения распространяются по миокарду желудочков. Давление в желудочках еще близко к нулю. К концу фазы сокращение охватывает все волокна миокарда, а давление в желудочках начинает быстро нарастать.
- фаза изометрического сокращения (0,03 с) — начинается с захлопывания створок предсердно-желудочковых клапанов. При этом возникает I, или систолический, тон сердца. Смещение створок и крови в сторону предсердий вызывает подъем давления в предсердиях. Давление в желудочках быстро нарастает: до 70-80 мм рт. ст. в левом и до 15-20 мм рт. ст. в правом.
Створчатые и полулунные клапаны еще закрыты, объем крови в желудочках остается постоянным. Вследствие того что жидкость практически несжимаема, длина волокон миокарда не изменяется, увеличивается только их напряжение. Стремительно растет давление крови в желудочках. Левый желудочек быстро приобретает круглую форму и с силой ударяется о внутреннюю поверхность грудной стенки. В пятом межреберье на 1 см слева от среднеключичной линии в этот момент определяется верхушечный толчок.
К концу периода напряжения быстро нарастающее давление в левом и правом желудочках становится выше давления в аорте и легочной артерии. Кровь из желудочков устремляется в эти сосуды.
Период изгнания крови из желудочков длится 0,25 с и состоит из фазы быстрого (0,12 с) и фазы медленного изгнания (0,13 с). Давление в желудочках при этом нарастает: в левом до 120-130 мм рт. ст., а в правом до 25 мм рт. ст. В конце фазы медленного изгнания миокард желудочков начинает расслабляться, наступает его диастола (0,47 с). Давление в желудочках падает, кровь из аорты и легочной артерии устремляется обратно в полости желудочков и «захлопывает» полулунные клапаны, при этом возникает II, или диастолический, тон сердца.
Время от начала расслабления желудочков до «захлопывания» полулунных клапанов называется протодиастолическим периодом (0,04 с). После захлопывания полулунных клапанов давление в желудочках падает. Створчатые клапаны в это время еще закрыты, объем крови, оставшийся в желудочках, а следовательно, и длина волокон миокарда не изменяются, поэтому данный период назван периодом изометрического расслабления (0,08 с). К концу его давление в желудочках становится ниже, чем в предсердиях, открываются предсердно-желудочковые клапаны и кровь из предсердий поступает в желудочки. Начинается период наполнения желудочков кровью , который длится 0,25 с и делится на фазы быстрого (0,08 с) и медленного (0,17 с) наполнения.
Колебание стенок желудочков вследствие быстрого притока крови к ним вызывают появление III тона сердца. К концу фазы медленного наполнения возникает систола предсердий. Предсердия нагнетают в желудочки дополнительное количество крови (пресистолический период , равный 0,1 с), после чего начинается новый цикл деятельности желудочков.
Колебание стенок сердца, вызванное сокращением предсердий и дополнительным поступлением крови в желудочки, ведет к появлению IV тона сердца.
При обычном прослушивании сердца хорошо слышны громкие I и II тоны, а тихие III и IV тоны выявляются лишь при графической регистрации тонов сердца.
У человека количество сердечных сокращений в минуту может значительно колебаться и зависит от различных внешних воздействий. При выполнении физической работы или спортивной нагрузке сердце может сокращаться до 200 раз в минуту. При этом длительность одного сердечного цикла составит 0,3 с. Увеличение числа сердечных сокращений называют тахикардией, при этом сердечный цикл уменьшается. Во время сна число сердечных сокращений уменьшается до 60-40 ударов в минуту. В этом случае продолжительность одного цикла составляет 1,5 с. Уменьшение числа сердечных сокращений называют брадикардией , при этом сердечный цикл увеличивается.
Структура сердечного цикла
Сердечные циклы следуют с частотой, задаваемой водителем ритма. Продолжительность одиночного сердечного цикла зависит от частоты сокращений сердца и, например, при частоте 75 уд/мин она составляет 0,8 с. Общую структуру сердечного цикла можно представить в виде схемы (рис. 2).
Как видно из рис. 1, при длительности сердечного цикла 0,8 с (частоте сокращений 75 уд/мин) предсердия находятся в состоянии систолы 0,1 с и в состоянии диастолы 0,7 с.
Систола — фаза сердечного цикла, включающая сокращение миокарда и изгнание крови из сердца в сосудистую систему.
Диастола — фаза сердечного цикла, включающая расслабление миокарда и наполнение полостей сердца кровью.
Рис. 2. Схема общей структуры сердечного цикла. Темными квадратами показана систола предсердий и желудочков, светлыми — их диастола
Желудочки находятся в состоянии систолы около 0,3 с и в состоянии диастолы около 0,5 с. Одновременно в состоянии диастолы предсердия и желудочки находятся около 0,4 с (общая диастола сердца). Систолу и диастолу желудочков подразделяют на периоды и фазы сердечного цикла (табл. 1).
Таблица 1. Периоды и фазы сердечного цикла
Фаза асинхронного сокращения - начальный этап систолы, при котором волна возбуждения распространяется по миокарду желудочков, но одновременное сокращение кардиомиоцитов отсутствует и давление в желудочках — от 6-8 до 9- 10 мм рт. ст.
Фаза изометрического сокращения - этап систолы, при котором происходит закрытие атриовентрикулярных клапанов и давление в желудочках быстро нарастает до 10-15 мм рт. ст. в правом и до 70-80 мм рт. ст. в левом.
Фаза быстрого изгнания - этап систолы, при котором наблюдается увеличение давления в желудочках до максимальных значений — 20-25 мм рт. ст. в правом и 120-130 мм рт. ст. в левом и кровь (около 70 % систолического выброса) поступает в сосудистую систему.
Фаза медленного изгнания — этап систолы, при котором кровь (оставшиеся 30 % систолического выброса) продолжает поступать в сосудистую систему с более медленной скоростью. Давление постепенно снижается в левом желудочке со 120-130 до 80-90 мм рт. ст., в правом — с 20-25 до 15- 20 мм рт. ст.
Протодиастолический период — переходный период от систолы к диастоле, при котором желудочки начинают расслабляться. Давление снижается в левом желудочке до 60- 70 мм рт. ст., в нравом — до 5-10 мм рт. ст. В силу большего давления в аорте и легочной артерии полулунные клапаны закрываются.
Период изометрического расслабления - этап диастолы, при котором полости желудочков изолированы закрытыми атриовентрикулярными и полулунными клапанами, они изометрически расслабляются, давление приближается к 0 мм рт. ст.
Фаза быстрого наполнения - этап диастолы, при котором происходит открытие атриовентрикулярных клапанов и кровь с большой скоростью устремляется в желудочки.
Фаза медленного наполнения - этап диастолы, при котором кровь медленно по полым венам поступает в предсердия и через открытые атриовентрикулярные клапаны в желудочки. В конце данной фазы желудочки на 75 % наполнены кровью.
Пресистолический период - этап диастолы, совпадающий с систолой предсердий.
Систола предсердии - сокращение мускулатуры предсердий, при котором давление в правом предсердии повышается до 3-8 мм рт. ст., в левом — до 8-15 мм рт. ст. и в каждый из желудочков поступает около 25 % диастолического объема крови (по 15-20 мл).
Таблица 2. Характеристика фаз сердечного цикла
Сокращение миокарда предсердий и желудочков начинается вслед за их возбуждением и поскольку водитель ритма располагается в правом предсердии, его потенциал действия первоначально распространяется на миокард правого и затем левого предсердий. Следовательно, миокард правого предсердия отвечает возбуждением и сокращением несколько раньше, чем миокард левого предсердия. В нормальных условиях сердечный цикл начинается с систолы предсердий, которая продолжается 0,1 с. Неодновременность охвата возбуждением миокарда правого и левого предсердий отражается формированием зубца Р на ЭКГ (рис. 3).
Еще до систолы предсердий АВ-клапаны находятся в открытом состоянии и полости предсердий и желудочков уже в значительной степени наполнены кровью. Степень растяжения тонких стенок миокарда предсердий кровью имеет значение для раздражения механорецепторов и выработки атриального натрийуретического пептида.
Рис. 3. Изменения показателей работы сердца в различные периоды и фазы сердечного цикла
Во время систолы предсердий давление в левом предсердии может достигать 10-12 мм рт. ст., а в правом — до 4-8 мм рт. ст., предсердия дополнительно заполняют желудочки объемом крови, составляющим в покое около 5-15% от объема, находящегося к этому времени в желудочках. Объем крови, поступающий в желудочки в систолу предсердий, при физической нагрузке может возрастать и составлять 25-40%. Объем дополнительного заполнения способен возрастать до 40% и более у людей старше 50 лет.
Поступление крови под давлением из предсердий способствует растяжению миокарда желудочков и создает условия для их более эффективного последующего сокращения. Поэтому предсердия играют роль своеобразного усилителя сократительных возможностей желудочков. При этой функции предсердий (например, при мерцательной аритмии) эффективность работы желудочков уменьшается, развивается снижение их функциональных резервов и ускоряется переход к недостаточности сократительной функции миокарда.
В момент систолы предсердий регистрируется а-волна на кривой венного пульса, у некоторых людей при записи фонокардиограммы может регистрироваться 4-й тон сердца.
Объем крови, находящийся после систолы предсердий в полости желудочков (в конце их диастолы), называют конечно-диастолическим. Он складывается из объема крови, оставшейся в желудочке после предыдущей систолы (конечно-систолический объем), объема крови, наполнявшего полость желудочка во время его диастолы до систолы предсердий, и дополнительного объема крови, поступившего в желудочек в систолу предсердий. Величина конечно-диастолического объема крови зависит от размеров сердца, объема крови притекшего из вен и ряда других факторов. У здорового молодого человека в состоянии покоя она может составлять около 130- 150 мл (в зависимости от возраста, пола и массы тела способна колебаться от 90 до 150 мл). Этот объем крови несколько повышает давление в полости желудочков, которое во время систолы предсердий становится равным давлению в них и может колебаться в левом желудочке в пределах 10-12 мм рт. ст., а в правом — 4-8 мм рт. ст.
За промежуток времени 0,12-0,2 с, соответствующий интервалу PQ на ЭКГ, потенциал действия из СА-узла распространяется к верхушечной области желудочков, в миокарде которых начинается процесс возбуждения, быстро распространяющийся в направлениях от верхушки к основанию сердца и от эндокардиальной поверхности к эпикардиальной. Вслед за возбуждением начинается сокращение миокарда или систола желудочков, продолжительность которой также зависит от частоты сокращений сердца. В условиях покоя она составляет около 0,3 с. Систола желудочков состоит из периодов напряжения (0,08 с) и изгнания (0,25 с) крови.
Систола и диастола обоих желудочков осуществляются почти одновременно, но протекают в различных гемодинамических условиях. Дальнейшее, более подробное описание событий, протекающих во время систолы, будет рассматриваться на примере левого желудочка. Для сравнения приводятся некоторые данные для правого желудочка.
Период напряжения желудочков подразделяют на фазы асинхронного (0,05 с) и изометрического (0,03 с) сокращения. Кратковременная фаза асинхронного сокращения в начале систолы миокарда желудочков является следствием неодновременности охвата возбуждением и сокращением различных отделов миокарда. Возбуждение (соответствует зубцу Q на ЭКГ) и сокращение миокарда возникает первоначально в области сосочковых мышц, верхушечной части межжелудочковой перегородки и верхушки желудочков и за время около 0,03 с распространяется на оставшийся миокард. Это совпадает по времени с регистрацией на ЭКГ зубца Q и восходящей части зубца R до его вершины (см. рис. 3).
Верхушка сердца сокращается раньше его основания, поэтому верхушечная часть желудочков подтягивается в направлении основания и подталкивает кровь в том же направлении. Неохваченные возбуждением участки миокарда желудочков в это время могут незначительно растягиваться, поэтому объем сердца практически не изменяется, давление крови в желудочках еще существенно не изменяется и остается более низким, чем давление крови в крупных сосудах над трехстворчатыми клапанами. Давление крови в аорте и других артериальных сосудах продолжает падать, приближаясь к значению минимального, диастолического, давления. Однако трехстворчатые сосудистые клапаны остаются пока закрытыми.
Предсердия в это время расслабляются и давление крови в них уменьшается: для левого предсердия в среднем с 10 мм рт. ст. (пресистолическое) до 4 мм рт. ст. К концу фазы асинхронного сокращения левого желудочка давление крови в нем повышается до 9-10 мм рт. ст. Кровь, испытывающая давление со стороны сокращающейся верхушечной части миокарда, подхватывает створки АВ-клапанов, они смыкаются, приняв положение, близкое к горизонтальному. В этом положении створки удерживаются сухожильными нитями сосочковых мышц. Укорочение размеров сердца от его верхушки к основанию, которое в силу неизменности размеров сухожильных нитей могло бы привести к выворачиванию створок клапанов в предсердия, компенсируется сокращением сосочковых мышц сердца.
В момент закрытия атриовентрикулярных клапанов прослушивается 1-й систолический тон сердца, заканчивается фаза асинхронного и начинается фаза изометрического сокращения, которую называют также фазой изоволюметрического (изоволюмического) сокращения. Продолжительность этой фазы около 0,03 с, ее осуществление совпадает с промежутком времени, в который регистрируется нисходящая часть зубца R и начало зубца S на ЭКГ (см. рис. 3).
С момента закрытия АВ-клапанов в нормальных условиях полость обоих желудочков становится герметичной. Кровь, подобно любой другой жидкости, является несжимаемой, поэтому сокращение волокон миокарда происходит при их неизменной длине или в изометрическом режиме. Объем полостей желудочков остается постоянным и сокращение миокарда происходит в изоволюмическом режиме. Увеличение напряжения и силы сокращения миокарда в таких условиях преобразуется в быстро нарастающее давление крови в полостях желудочков. Под влиянием давления крови на область АВ — перегородки происходит се кратковременное смещение в сторону предсердий, передается на притекающую венозную кровь и отражается появлением на кривой венного пульса с-волны. В течение короткого промежутка времени — около 0,04 с давление крови в полости левого желудочка достигает величины, сравнимой с его значением в этот момент в аорте, которое снизилось до минимального уровня — 70-80 мм рт. ст. Давление крови в правом желудочке достигает 15-20 мм рт. ст.
Превышение давления крови в левом желудочке над величиной диастолического давления крови в аорте сопровождается открытием аортальных клапанов и сменой периода напряжения миокарда периодом изгнания крови. Причиной открытия полулунных клапанов сосудов является градиент давления крови и карманообразная особенность их строения. Створки клапанов прижимаются к стенкам сосудов потоком крови, изгоняемой в них желудочками.
Период изгнания крови длится около 0,25 с и делится на фазы быстрого изгнания (0,12 с) и медленного изгнания крови (0,13 с). В этот период АВ-клапаны остаются закрытыми, полулунные — открытыми. Быстрое изгнание крови в начале периода обусловлено рядом причин. От начала возбуждения кардиомиоцитов прошло около 0,1 с и потенциал действия находится в фазе плато. В клетку через открытые медленные кальциевые каналы продолжает поступать кальций. Таким образом, уже бывшее к началу изгнания высоким напряжение волокон миокарда продолжает увеличиваться. Миокард с большей силой продолжает сжимать уменьшающийся объем крови, что сопровождается дальнейшим увеличением се давления в полости желудочков. Градиент давлений крови между полостью желудочка и аортой увеличивается и кровь с большой скоростью начинает изгоняться в аорту. В фазу быстрого изгнания в аорту выбрасывается более половины ударного объема крови, изгоняемого из желудочка за весь период изгнания (около 70 мл). К концу фазы быстрого изгнания крови давление в левом желудочке и в аорте достигает своего максимума — около 120 мм рт. ст. у молодых людей в состоянии покоя, а в легочном стволе и правом желудочке — около 30 мм рт. ст. Это давление названо систолическим. Фаза быстрого изгнания крови осуществляется в промежуток времени, когда на ЭКГ регистрируется окончание зубца S и изоэлектрическая часть интервала ST до начала зубца T (см. рис. 3).
При условии быстрого изгнания даже 50% ударного объема скорость притока крови в аорту за короткое время составит около 300 мл/с (35 мл/0,12 с). Средняя скорость оттока крови из артериальной части сосудистой системы составляет около около 90 мл/с (70 мл/0,8 с). Таким образом, в аорту за 0,12 с поступает более 35 мл крови, а за это же время из нее оттекает в артерии около 11 мл крови. Очевидно, что для размещения на короткое время притекающего большего объема крови по сравнению с оттекающим необходимо увеличить емкость сосудов, принимающих этот «избыточный» объем крови. Часть кинетической энергии сокращающегося миокарда будет тратиться не только на изгнание крови, но и на растяжение эластических волокон стенки аорты и крупных артерий для увеличения их емкости.
В начале фазы быстрого изгнания крови растяжение стенок сосудов осуществляется относительно легко, но по мере изгнания большего количества крови и все большего растяжения сосудов сопротивление растяжению нарастает. Исчерпывается предел растяжения эластических волокон и растяжению начинают подвергаться жесткие коллагеновые волокна стенок сосудов. Опоку крови препятствует сопротивление периферических сосудов и самой крови. Миокарду необходимо тратить на преодоление этих сопротивлений большое количество энергии. Накопленная в фазу изометрического напряжения потенциальная энергия мышечной ткани и эластических структур самого миокарда исчерпывается и сила его сокращения уменьшается.
Скорость изгнания крови начинает уменьшаться и фаза быстрого изгнания сменяется фазой медленного изгнания крови, которую называют также фазой редуцированного изгнания. Ее продолжительность составляет около 0,13 с. Скорость уменьшения объема желудочков понижается. Давление крови в желудочке и в аорте в начале этой фазы уменьшается почти с одинаковой скоростью. К этому времени происходит закрытие медленных кальциевых каналов, заканчивается фаза плато потенциала действия. Вход кальция в кардиомиоциты уменьшается и мембрана миоцитов вступает в фазу 3 — конечной реполяризации. Завершается систола, период изгнания крови и начинается диастола желудочков (соответствует по времени фазе 4 потенциала действия). Осуществление редуцированного изгнания происходит в промежуток времени, когда на ЭКГ регистрируется зубец Т , а завершение систолы и начало диастолы приходится на момент окончания зубца Т .
В систолу желудочков сердца из них изгоняется более половины конечно-диастолического объема крови (около 70 мл). Этот объем получил название ударного объема крови. Ударный объем крови может возрастать при увеличении сократимости миокарда и, наоборот, уменьшаться при его недостаточной сократимости (смотри далее показатели насосной функции сердца и сократимости миокарда).
Давление крови в желудочках в начале диастолы становится ниже давления крови в артериальных сосудах, отходящих от сердца. Кровь в этих сосудах испытывает действие сил растянутых эластических волокон стенок сосудов. Просвет сосудов восстанавливается и некоторый объем крови из них вытесняется. Часть крови при этом оттекает на периферию. Другая часть крови вытесняется в направлении желудочков сердца, заполняет при ее обратном движении кармашки трехстворчатых сосудистых клапанов, края которых смыкаются и удерживаются в этом состоянии возникшим перепадом давлений крови.
Промежуток времени (около 0,04 с) от начала диастолы до захлопывания сосудистых клапанов назван протодиастолическим интервалом. В конце этого интервала регистрируется и прослушивается 2-й диастолический гон сердца. При синхронной записи ЭКГ и фонокардиограммы начало 2-го тона регистрируется по окончании зубца Т на ЭКГ.
Диастола миокарда желудочков (около 0,47 с) также делится на периоды расслабления и наполнения, которые, в свою очередь, делятся на фазы. С момента закрытия полулунных сосудистых клапанов полости желудочков становятся на 0,08 с закрытыми, поскольку АВ-клапаны к этому времени еще остаются закрытыми. Расслабление миокарда, обусловленное главным образом свойствами эластических структур его внутри- и внеклеточного матрикса, осуществляется в изометрических условиях. В полостях желудочков сердца остается после систолы менее 50% крови от конечно-диастолического объема. Объем полостей желудочков за это время не изменяется, давление крови в желудочках начинает быстро уменьшаться и стремится к 0 мм рт. ст. Вспомним, что к этому времени в предсердия продолжала возвращаться кровь уже около 0,3 с и се давление в предсердиях постепенно повышается. В момент времени, когда давление крови в предсердиях превысит давление в желудочках, происходит открытие АВ-клапанов, заканчивается фаза изометрического расслабления и начинается период наполнения кровью желудочков.
Период наполнения длится около 0,25 с и делится на фазы быстрого и медленного наполнения. Непосредственно после открытия АВ-клапанов кровь по градиенту давлений быстро поступает из предсердий в полость желудочков. Этому способствует некоторое присасывающее действие расслабляющихся желудочков, связанное с их расправлением под действием упругих сил, возникших при сжатии миокарда и его соединительнотканного каркаса. В начале фазы быстрого наполнения могут быть зарегистрированы на фонокардиограмме звуковые колебания в виде 3-го диастолического тона сердца, причиной которых являются открытие АВ-клапанов и быстрый переход крови в желудочки.
По мере наполнения желудочков перепад давлений крови между предсердиями и желудочками уменьшается и примерно через 0,08 с фаза быстрого наполнения сменяется фазой медленного наполнения желудочков кровью, которая продолжается около 0,17 с. Наполнение желудочков кровью в эту фазу осуществляется преимущественно за счет сохранения в движущейся по сосудам крови остаточной кинетической энергии, приданной ей предыдущим сокращением сердца.
За 0,1 с до окончания фазы медленного наполнения кровью желудочков завершается сердечный цикл, возникает новый потенциал действия в водителе ритма, осуществляется очередная систола предсердий и желудочки оказываются заполненными конечно-диастолическими объемами крови. Этот промежуток времени в 0,1 с, завершающий сердечный цикл, иногда называют еще периодом дополнительного наполнения желудочков во время систолы предсердий.
Интегральным показателем, характеризующим механическую , является объем крови, перекачиваемый сердцем за минуту, или минутный объем крови (МОК):
МОК = ЧСС. УО,
где ЧСС — частота сокращений сердца за минуту; УО — ударный объем сердца. В норме, в состоянии покоя, МОК для молодого мужчины составляет около 5 л. Регуляция МОК осуществляется различными механизмами через изменение ЧСС и (или) УО.
Влияние на ЧСС может быть оказано через изменение свойств клеток водителя ритма сердца. Влияние на УО достигается через воздействие на сократимость кардиомиоцитов миокарда и синхронизацию его сокращения.
Оглавление темы "Возбудимость сердечной мышцы. Сердечный цикл и его фазовая структура. Тоны сердца. Иннервация сердца.":1. Возбудимость сердечной мышцы. Потенциал действия миокарда. Сокращение миокарда.
2. Возбуждение миокарда. Сокращение миокарда. Сопряжение возбуждения и сокращения миокарда.
4. Диастолический период желудочков сердца. Период расслабления. Период наполнения. Преднагрузка сердца. Закон Франка-Старлинга.
5. Деятельность сердца. Кардиограмма. Механокардиограмма. Электрокардиограмма (ЭКГ). Электроды экг.
6. Тоны сердца. Первый (систолический) тон сердца. Второй (диастолический) сердечный тон. Фонокардиограмма.
7. Сфигмография. Флебография. Анакрота. Катакрота. Флебограмма.
8. Сердечный выброс. Регуляция сердечного цикла. Миогенные механизмы регуляции деятельности сердца. Эффект Франка - Старлинга.
9. Иннервация сердца. Хронотропный эффект. Дромотропный эффект. Инотропный эффект. Батмотропный эффект.
10. Парасимпатические воздействия на сердце. Влияние на сердце блуждающего нерва. Вагусные воздействия на сердце.
Работа сердца представляет собой непрерывное чередование периодов сокращения (систола ) и расслабления (диастола ). Сменяющие друг друга систола и диастола составляют сердечный цикл . Поскольку в покое частота сокращений сердца составляет 60-80 циклов в минуту, то каждый из них продолжается около 0,8 с. При этом 0,1 с занимает систола предсердий, 0,3 с - систола желудочков, а остальное время - общая диастола сердца.
К началу систолы миокард расслаблен, а сердечные камеры заполнены кровью, поступающей из вен. Атриовентрикулярные клапаны в это время раскрыты и давление в предсердиях и желудочках практически одинаково. Генерация возбуждения в синоатриальном узле приводит к систоле предсердий, во время которой за счет разности давлений конечно-диастолический объем желудочков возрастает приблизительно на 15 %. С окончанием систолы предсердий давление в них понижается.
Рис. 9.11. Изменения объема левого желудочка и колебания давления в левом предсердии, левом желудочке и аорте в течение сердечного цикла . I - начало систолы предсердий; II - начало систолы желудочков; III - момент раскрытия полулунных клапанов; IV - конец систолы желудочков и момент закрытия полулунных клапанов; V - раскрытие атриовентрикулярных клапанов. Опускание линии, показывающей объем желудочков, соответствует динамике их опорожнения.Поскольку клапаны между магистральными венами и предсердиями отсутствуют, во время систолы предсердий происходит сокращение кольцевой мускулатуры, окружающей устья полых и легочных вен, что препятствует оттоку крови из предсердий обратно в вены. В то же время систола предсердий сопровождается некоторым повышением давления в полых венах. Большое значение имеет обеспечение турбулентного характера потока крови, поступающего из предсердий в желудочки, что способствует захлопыванию атриовентрикулярных клапанов. Максимальное и среднее давление в левом предсердии во время систолы составляют соответственно 8- 15 и 5-7 мм рт. ст., в правом предсердии - 3-8 и 2-4 мм рт. ст. (рис. 9.11).
С переходом возбуждения на атриовентрикулярный узел и проводящую систему желудочков начинается систола последних. Ее начальный этап (период напряжения ) продолжается 0,08 с и состоит из двух фаз. Фаза асинхронного сокращения (0,05 с) представляет собой процесс распространения возбуждения и сокращения по миокарду. Давление в желудочках при этом практически не меняется. В процессе начинающегося синхронного сокращения миокарда желудочков, когда давление в них возрастает до величины, достаточной для закрытия атриовентрикулярных клапанов, но недостаточной для открытия полулунных, наступает фаза изоволюмического, или изометрического, сокращения.
Дальнейшее повышение давления приводит к раскрытию полулунных клапанов и началу периода изгнания крови из сердца, общая длительность которого составляет 0,25 с. Этот период состоит из фазы быстрого изгнания (0,13 с), во время которой давление в желудочках продолжает расти и достигает максимальных значений, и фазы медленного изгнания (0,13 с), во время которой давление в желудочках начинает снижаться, а после окончания сокращения оно резко падает. В магистральных артериях давление снижается значительно медленнее, что обеспечивает захлопывание полулунных клапанов и предотвращает обратный ток крови. Промежуток времени от начала расслабления желудочков до закрытия полулунных клапанов называется протодиастолическим периодом.
Сердце выполняет функцию насоса и обеспечивает постоянный кровоток по сосудистой системе организма.
Деятельность сердца складывается из одиночных сердечных циклов. Каждый цикл включает систолу (сокращение) и диастолу (расслабление).
Продолжительность сердечного цикла при ЧСС=75 уд/мин составляет 0,8 с.
Сердечный цикл начинается с систолы предсердий (продолжается 0,1 с).
За систолой предсердий следует диастола предсердий (0,7 с).
Одновременно с началом диастолы предсердий наступает систола желудочков (0,33 с), которую сменяет диастола желудочков (0,47 с).
Таким образом, за 0,1 с до окончания диастолы желудочков начинается новая систола предсердий.
При систоле предсердий давление крови в них повышается от 2-4 до 5-9 мм рт.ст.
В это время желудочки расслаблены и давление в них ниже, чем в предсердиях, створки атрио-вентрикулярных клапанов свисают вниз и кровь по градиенту давлений поступает из предсердий в желудочки, т.е. происходит дополнительное заполнение желудочков кровью.
Обратному току крови из предсердий в полые и легочные вены препятствует сокращение кольцеобразных мышц (сфинктеров), охватывающих отверстия вен.
За это время возбуждение из синусового узла достигает желудочков и начинается систола желудочков.
Систола желудочков состоит из двух фаз: фазы напряжения и фазы изгнания крови.
В фазу напряжения (0,08 с) волна возбуждения не сразу охватывает мускулатуру желудочков, а постепенно распространяется по миокарду.
Поэтому часть мышечных волокон (которая ближе к предсердиям) сокращается, а другая часть остается расслабленной.
Этот период систолы получил название фаза асинхронного сокращения (0,05 с).
Начало возбуждения в эту фазу сопровождается сокращением сосочковых мышц и натяжением сухожильных нитей, что препятствует выворачиванию створчатых клапанов в предсердия.
Давление в желудочках практически не изменяется.
По мере того, как процессом возбуждения охвачен весь сократительный аппарат сердца, давление в желудочке растет, становится больше, чем в предсердиях и обратным током крови захлопываются атрио-вентрикулярные клапаны.
Одновременно давление в артериях пока превышает давление в желудочках, поэтому полулунные клапаны тоже закрыты.
Таким образом, развивается период сокращения при закрытых клапанах.
Так как кровь, подобно любой жидкости, практически несжимаема, то в течение короткого времени (0,03 с) мускулатура желудочков напрягается, но их объем не изменяется.
Этот период получил название фаза изометрического сокращения.
Давление сильно растет и достигает в левом желудочке 115-125, а в правом - 25-30 мм рт.ст. Давление в артериальных сосудах в это время, наоборот, падает (из-за продолжающегося оттока крови на периферию).
Когда давление в желудочках становится выше, чем артериях, полулунные клапаны открываются, и кровь под большим давлением выбрасывается в аорту и легочную артерию.
Наступает фаза изгнания, которая продолжается 0,25 с.
У человека изгнание крови (систолический выброс) может наступить, когда давление в левом желудочке достигает 65-75 мм рт.ст., а в правом - 5-12 мм рт.ст.
В самом начале, когда градиент давления велик, кровь из желудочков в сосуды изгоняется быстро.
Это фаза быстрого изгнания. Она продолжается 0,10-0,12 с. По мере того, как количество крови в желудочках убывает, давление в них падает.
Одновременно приток крови в аорту и легочную артерию сопровождается повышением давления в выходящих сосудах.
Разность давлений уменьшается, и скорость изгнания уменьшается.
Наступает фаза медленного изгнания (0,10-0,15 с).
Вслед за фазой изгнания наступает диастола желудочков.
Желудочки начинают расслабляться и давление в них дополнительно падает.
Давление в выходящих сосудах становится выше, чем в желудочках, кровь меняет свое направление и обратным током крови полулунные клапаны захлопываются.
Время от начала расслабления желудочков до момента закрытия полулунных клапанов получило название протодиастолический период (0,04 с).
Затем (около 0,08 с) желудочки расслабляются при закрытых атрио-вентрикулярных и полулунных клапанах.
Этот период диастолы обозначают как фаза изометрического расслабления.
Она продолжается до тех пор, пока давление в желудочках не упадет ниже, чем в предсердиях.
Предсердия к тому времени уже заполнены кровью, т.к. диастола желудочков частично совпадает с диастолой предсердий, во время которой кровь свободно протекает из полых вен в правое, а из легочных вен - в левое предсердия.
В результате падения давления в желудочках (где давление падает до 0) и повышения давления в предсердиях возникает разность давлений, створчатые клапаны открываются, и кровь из предсердий начинает наполнять желудочки. Это фаза наполнения желудочков (0,25 с).
Сначала наполнение происходит быстро, т.к. градиент давлений велик.
Этот период получил название фаза быстрого наполнения (0,08 с).
По мере наполнения желудочков давление в них повышается, а в предсердиях - падает. Градиент давлений уменьшается, и скорость наполнения замедляется.
Этот период получил название фаза медленного наполнения (0,17 с).
В конце диастолы, за 0,1 с до ее окончания наступает новая систола предсердий, т.е. начинается новый сердечный цикл.
В это время происходит дополнительное наполнение желудочков кровью.
Этот заключительные период диастолы желудочков получил название пресистолический период.
Работает, как насос. Благодаря свойствам миокарда (возбудимости, возможности сокращаться, проводимости, автоматизму) оно способно нагнетать в артерии кровь, которая поступает в него из вен. Она двигается без остановок за счет того, что на концах сосудистой системы (артериальной и венозной) образуется разность давлений (0 мм ртутного столба в магистральных венах и 140 мм в аорте).
Работа сердца состоит из сердечных циклов – непрерывно сменяющих друг друга периодов сокращения и расслабления, которые называются систолой и диастолой соответственно.
Продолжительность
Как показывает таблица, сердечный цикл продолжается примерно 0, 8 сек, если считать, что средняя частота сокращений составляет от 60 до 80 ударов в минуту. Систола предсердий занимает 0,1 с, систола желудочков - 0,3 с, общая диастола сердца – все оставшееся время, равное 0,4 с.
Фазовая структура
Цикл начинается с систолы предсердий, которая занимает 0,1 секунды. Их диастола длится 0,7 секунды. Сокращение желудочков продолжается 0,3 секунды, их расслабление – 0,5 секунды. Общее расслабление камер сердца называют общей паузой, и занимает она в данном случае 0,4 секунды. Таким образом, выделяют три фазы сердечного цикла:
- систола предсердий – 0,1 сек.;
- систола желудочков – 0,3 сек.;
- диастола сердца (общая пауза) – 0,4 сек.
Общая пауза, предшествующая началу нового цикла, очень важна для наполнения сердца кровью.
Перед началом систолы миокард находится в расслабленном состоянии, а камеры сердца наполнены кровью, которая поступает из вен.
Давление во всех камерах примерно одинаковое, поскольку атриовентрикулярные клапаны раскрыты. В синоатриальном узле происходит возбуждение, что приводит к сокращению предсердий, из-за разницы давлений в момент систолы объем желудочков увеличивается на 15%. Когда систола предсердий заканчивается, давление в них понижается.
Систола (сокращение) предсердий
Перед началом систолы кровь движется к предсердиям и они последовательно ею заполняются. Часть ее остается в этих камерах, остальная направляется в желудочки и попадает в них через атриовентрикулярные отверстия, которые не закрыты клапанами.
В этот момент и начинается систола предсердий. Стенки камер напрягаются, их тонус растет, давление в них повышается на 5-8 мм рт. столба. Просвет вен, которые несут кровь, перекрывается кольцевыми пучками миокарда. Стенки желудочков в это время расслаблены, их полости расширены, и кровь из предсердий быстро без затруднений устремляется туда через атриовентрикулярные отверстия. Продолжительность фазы – 0,1 секунды. Систола наслаивается на конец фазы диастолы желудочков. Мышечный слой предсердий довольно тонкий, поскольку им не требуется много силы для заполнения кровью соседних камер.
Систола (сокращение) желудочков
Это следующая, вторая фаза сердечного цикла и начинается она с напряжения мышц сердца. Фаза напряжения длится 0,08 секунд и в свою очередь делится еще на две фазы:
- Асинхронного напряжения – длительностью 0,05 сек. Начинается возбуждение стенок желудочков, их тонус повышается.
- Изометрического сокращения – длительностью 0,03 сек. В камерах растет давление и достигает значительных значений.
Свободные створки атриовентрикулярных клапанов, плавающих в желудочках, начинают выталкиваться в предсердия, но попасть туда они не могут из-за напряжения сосочковых мышц, которые натягивают сухожильные нити, удерживающие клапаны и препятствующие их попаданию в предсердия. В момент, когда клапаны смыкаются и сообщение между сердечными камерами прекращается, заканчивается фаза напряжения.
Как только напряжение станет максимальным, начинается период сокращения желудочков, продолжительностью 0,25 сек. Систола этих камер происходит как раз в это время. Около 0,13 сек. длится фаза быстрого изгнания – выброс крови в просвет аорты и легочного ствола, во время которого клапаны прилегают к стенкам. Это возможно, благодаря росту давления (до 200 мм ртутного столба в левом и до 60 в правом). Остальное время приходится на фазу медленного изгнания: кровь выбрасывается под меньшим давлением и с меньшей скоростью, предсердия расслаблены, в них из вен начинает поступать кровь. Систола желудочков накладывается на диастолу предсердий.
Время общей паузы
Начинается диастола желудочков, и их стенки начинают расслабляться. Это длится в течение 0,45 сек. Период расслабления этих камер накладывается на еще продолжающуюся диастолу предсердий, поэтому эти фазы объединяют и называют общей паузой. Что происходит в это время? Желудочек, сократившись, выгнал из своей полости кровь и расслабился. В нем образовалось разреженное пространство с давлением близким к нулю. Кровь стремится попасть обратно, но полулунные клапаны легочной артерии и аорты, смыкаясь, не дают ей этого сделать. Тогда она направляется по сосудам. Фаза, которая начинается с расслабления желудочков и заканчивается перекрыванием просвета сосудов полулунными клапанами, называется протодиастолической и продолжается 0,04 сек.
После этого начинается фаза изометрического расслабления продолжительностью 0,08 сек. Створки трехстворчатого и митрального клапанов сомкнуты и не дают крови поступать в желудочки. Но когда давление в них становится ниже, чем в предсердиях, атриовентрикулярные клапаны открываются. За это время кровь наполняет предсердия и теперь свободно попадает в другие камеры. Это фаза быстрого наполнения длительностью 0, 08 сек. В течение 0,17 сек. продолжается фаза медленного наполнения, во время которой кровь продолжает поступать в предсердия, и небольшая ее часть через атриовентрикулярные отверстия перетекает в желудочки. Во время диастолы последних в них поступает кровь из предсердий во время их систолы. Это пресистолическая фаза диастолы, которая продолжается 0,1 сек. Так завершается цикл и вновь начинается.
Звуки сердца
Сердце издает характерные звуки, похожие на стук. Каждый удар состоит из двух основных тонов. Первый – результат сокращения желудочков, а если быть точнее, захлопывания клапанов, которые при напряжении миокарда перекрывают атриовентрикулярные отверстия, чтобы кровь не могла вернуться в предсердия. Характерный звук получается, когда смыкаются их свободные края. Кроме клапанов, в создании удара принимает участие миокард, стенки легочного ствола и аорты, сухожильные нити.
Второй тон формируется во время диастолы желудочков. Это результат работы полулунных клапанов, которые не дают крови попасть обратно, преграждая ей путь. Стук раздается, когда они соединяются в просвете сосудов своими краями.
Кроме основных тонов, есть еще два – третий и четвертый. Первые два можно услышать с помощью фонендоскопа, а два других может зарегистрировать только специальный прибор.
Удары сердца имеют важное диагностическое значение. По их изменениям определяют, что в работе сердечной деятельности произошли нарушения. При заболеваниях удары могут раздваиваться, быть тише или громче, сопровождаться дополнительными тонами и другими звуками (писками, щелчками, шумами).
Заключение
Подводя итог фазового анализа сердечной деятельности, можно сказать, что систолическая работа занимает примерно столько же времени (0,43 с), сколько и диастолическая (0,47 с), то есть сердце половину жизни трудится, половину – отдыхает, и суммарное время цикла составляет 0,9 секунды.
При расчете общего хронометража цикла нужно помнить, что его фазы накладываются друг на друга, поэтому это время не учитывается, и в результате получается, что сердечный цикл длится не 0,9 секунды, а 0,8.
