Как работает сердце

Написано: 13 Октябрь, 2009 в категории Кардиология и ЭКГ

Это продолжение цикла статей про сердце и кровообращение. Сегодня — о работе сердца. Для лучшего усвоения соберем вместе самую интересную информацию из нескольких предметов: нормальной физиологии, патологической физиологии, фармакологии и кардиологии.

Наверно, каждый помнит из школы, что сердце человека состоит из 4 отдельных камер: двух предсердий и двух желудочков. Чтобы представить примерный размер вашего собственного сердца, сожмите кисть в кулак и приложите к груди. Сокращение камер сердца называется сИстолой, а расслабление — диАстолой (эти термины нужно запомнить, они будут использоваться далее).

Без сокращения желудочков в обычных условиях человек не сможет прожить более 6 минут. А можно ли жить без сокращения предсердий? Можно, и не один год. Например, при мерцательной аритмии мышечные волокна предсердий сокращаются беспорядочно и хаотично. Предсердия не сокращаются как одно целое и не гонят кровь в желудочки. Эффективность работы сердца снижается, но достижения современной кардиологии позволяют жить дальше, не становясь инвалидом. Правда, всю оставшуюся жизнь придется принимать таблетки, но это меньшее из зол.

строение сердца взрослого

Строение сердца взрослого человека (рисунок с www.ebio.ru).

Для сокращения миокарда нужен электрический импульс, правильный ионный баланс внутри и вне клетки (ионы Ca, Na, K), питательные вещества и кислород.

 

Ионный баланс

Внутри клеток много ионов K+, а вне клеток — Na+. Возникновение и проведение электрических импульсов связано с потоками ионов через клеточную мембрану. Как и в любой мышечной клетке, для сокращения нужен кальций (Ca2+), баланс которого поддерживается с помощью специальных мембранных насосов. Чем больше кальция в клетке, тем сильнее сокращение. При чрезмерном накоплении кальция клетка не сможет расслабиться. Именно поэтому категорически запрещено внутримышечное введение хлористого кальция (можно только внутривенно). Если уколоть CaCl2 в ягодицу, произойдет непроизвольное сокращение ягодичных мышц, которые не смогут расслабиться. В сжатой до максимума мышце будут пережаты кровеносные сосуды, прекратится доступ кислорода, и наступит ее некроз (омертвение) с последующим воспалением. Таким образом, при очень высоком уровне Ca2+ в миокарде возможна остановка сердца в систолу.

Высокий уровень ионов К+ способен вызвать остановку сердца в диастолу. Это используется при операциях на открытом сердце для его остановки. Растворы, вызывающие остановку сердца, называются кардиоплегическими (слово «плегия» означает паралич). В норме организм регулирует уровни ионов с помощью почек. При почечной недостаточности уровень калия может опасно изменяться в обе стороны.

 

Использование кислорода сердцем

Особенности сердца: имея массу всего 0.5% массы тела (300-400 г и выше), сердце получает 5% всего кровотока (то есть в 10 раз больше!), при этом потребляя 10% всего кислорода, используемого организмом. Такое высокое потребление кислорода происходит потому, что сердце даже в покое использует 60-75% кислорода, поступающего с кровью, и этот показатель (КУК, коэффициент утилизации кислорода) не увеличивается при нагрузке. Для сравнения: другие ткани забирают лишь 40-45% кислорода крови в покое и 60-70% при нагрузке. Таким образом, сердце потребляет большие объемы кислорода и «выжимает» из артериальной крови максимум. Потребление кислорода — его самое «слабое звено».

Когда же сердце отдыхает, если оно трудится всю жизнь? Сердце отдыхает в диастолу. Именно во время диастолы происходит кровоснабжение миокарда. При слишком высокой частоте сердечных сокращений (ЧСС) эффективность работы сердца снижается, потому что из-за коротких диастол желудочки не успевают наполниться кровью, а миокард не успевает получать артериальную кровь.

 

Энергетический обмен сердца

Известно, что клетки головного мозга питаются только глюкозой, поэтому при резком падении уровня глюкозы в крови наступает гипогликемическая кома. Миокард сердца более «всеяден». В покое мышечные клетки сердца потребляют преимущественно свободные жирные кислоты и недоокисленные продукты обмена, выделяемые клетками других органов: молочную кислоту и кетоновые тела. Такая нетребовательность к «еде» повышает надежность работы сердца.

При нагрузке, когда потребность сердца в энергии значительно возрастает, оно начинает активно использовать глюкозу. Глюкоза в энергетическом плане более выгодный продукт, поскольку на 1 моль кислорода образуется на 14% больше АТФ, чем при окислении жирных кислот. Другими словами, сердцу выгоднее питаться глюкозой, чем жирными кислотами. Для здоровых людей это безразлично, а вот для больных стенокардией и инфарктом миокарда имеет важное значение. В 1961 году был запатентован препарат триметазидин (предуктал ™), который блокирует последнюю реакцию окисления жирных кислот, тем самым сдвигая обмен веществ в миокарде в сторону расщепления глюкозы. Это снижает потребность сердца в кислороде, что важно для больных. Высокая эффективность триметазидина доказана клиническими исследованиями, правда, действие препарата наступает не сразу, а через несколько недель.

предуктал MR

Для справки: 70 % энергии сердце расходует на сокращение миокарда, 10% — на обновление клеток, остальное — на перемещения ионов Ca2+ (15%) и Na+/K+ (5%) против градиента концентрации.

Как упоминалось выше, чем больше кальция в клетке, тем выше сила сокращения. Но это требует больше энергии и, соответственно, больше кислорода, что неблагоприятно для больных стенокардией. В медицине используются препараты, которые снижают поступление кальция в клетки. Они называются блокаторы кальциевых каналов (= антагонисты кальция), сюда относится верапамил. Верапамил облегчает состояние больных стенокардией.

 

Резервы сердца

В состоянии покоя за 1 сокращение каждый желудочек выбрасывает 65-70 мл крови (это называется ударный объем, УО). При нагрузке ударный объем возрастает в 3 раза до 100-190 мл.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) в покое равна 60-80 в минуту у взрослых и 120-160 у новорожденных, снижаясь по мере взросления. ЧСС может увеличиваться при нагрузке в 3-4 раза. Считается, что максимально допустимая ЧСС для человека равна 220 минус возраст в годах. То есть в 50 лет максимальная ЧСС равна 220 ? 50 = 170. Для занятий физкультурой оптимальная ЧСС равна 60-70% от максимальной, то есть для 50 лет — от 170 x 0.6 = 102 и до 170 x 0.7 = 119 в минуту. При занятиях спортом необходимо ориентироваться на свое самочувствие и помнить, что длительная тренирующая нагрузка для сердца лучше, чем короткая.

Минутный объем кровотока [ МОК (л/мин) = УО (л) x ЧСС (в мин) ] в покое и при нагрузке вы сможете посчитать самостоятельно.

 

Законы работы сердца

Прежде чем перейти к законам работы сердца, уместно вспомнить, зачем оно вообще нужно. Главная функция сердца — насосная (перекачивать кровь). Состояние, когда насосная функция сердца снижается, называется сердечной недостаточностью. Сердечная недостаточность бывает острой и хронической, а также лево— и
правожелудочковой. Левожелудочковая сердечная недостаточность характеризуется застоем крови в малом круге кровообращения, то есть в легких (одышка — главный симптом, в легких слышны влажные хрипы, а больные не могут лежать и вынуждены сидеть: в такой позе их страдания облегчаются). При правожелудочковой сердечной недостаточности у больных развиваются отеки на стопах и голенях (главный симптом), увеличение печени, набухание шейных вен и т. д.

Острая сердечная недостаточность, например, из-за инфаркта миокарда, чаще бывает изолированной (лево- или правожелудочковой). Хроническая сердечная недостаточность (ХСН) обычно смешанная (вовлекаются оба желудочка).

Итак, законы работы сердца:

1) закон Франка-Старлинга: сила сокращения волокон миокарда прямо пропорциональна первоначальной величине их растяжения (= преднагрузке). Другими словами, чем больше заполнен желудочек кровью, тем сильнее он сокращается. Понятно, что закон справедлив только в определенном диапазоне растяжения. При чрезмерном растяжении закон Франка-Старлинга перестает работать.

Практический вывод из закона Франка-Старлинга: в лечении сердечной недостаточности обязательно применяют мочегонные средства, которые снижают объем циркулирующей крови и, соответственно, преднагрузку.

Любопытно, что сердце независимо от почек способно регулировать объем циркулирующей крови, выделяя в кровь предсердный натрийуретический гормон (= атриопептид). Атриопептид усиливает выделение соли и воды с мочой. Из практики работы на скорой: при возникновении приступа мерцательной аритмии у больных значительно увеличивается мочевыделение.

2) феномен Анрепа: сила сокращений сердца тем выше, чем выше сопротивление току крови на выходе из желудочков. То есть сила сокращения прямо пропорциональна постнагрузке (артериальному давлению в аорте и легочном стволе).

Практический вывод: опыт работы на скорой убеждает, что легче всего лечить острую сердечную недостаточность, связанную с высоким артериальным давлением. Снизишь давление — и больному сразу становится легче, а симптомы исчезают. И наоборот, крайне тяжело помогать больному с низким артериальным давлением. В этом случае лечение напоминает хождение по лезвию бритвы, и необходимо применять все свои знания и опыт.

3) лестница Боудича: чем выше ЧСС, тем сильнее сокращения сердца. Это обусловлено тем, что ионные мембранные насосы во время короткой диастолы не успевают удалять кальций из клетки, и он там накапливается. А как мы знаем, чем больше кальция, тем сильнее сокращения.

Из практики: больные, описывая приступ наджелудочковой тахикардии с ЧСС 140-220 в минуту, говорят, что сердце бьется так сильно, что почти «выскакивает из груди».

Как оценивают сократимость миокарда? Одним из показателей сократимости миокарда является фракция выброса (ФВ), которую определяют на эхокардиографии. Она равна отношению ударного объема к объему желудочка в конце диастолы и измеряется в процентах. Фракция выброса показывает, какую часть крови изгоняет желудочек при сокращении. В норме ФВ равна 55-70% и может снижаться до 20-25% при дилатационной кардимиопатии (сердце значительно увеличивается в размерах, а его стенки истончаются и напоминают тряпку).

 

Связь ЧСС с дыханием и температурой

Поскольку сердечно-сосудистая и дыхательная системы выполняют общую функцию (доставляют кислород к тканям и клеткам), то они во многом работают согласованно. В норме на 1 дыхательный цикл (вдох-выдох-пауза) приходится около 4 сокращений сердца. В зависимости от индивидуальных особенностей этот параметр может колебаться от 1:3,5 до 1:5.

При росте температуры тела на каждый градус ЧСС увеличивается на 10 ударов в минуту. Опытный врач может по пульсу примерно оценить температуру больного. Увеличение ЧСС связано с ускорением химических реакций. Может закончиться печально ситуация, когда с высокой температурой заболеет старый человек, у которого много хронических болезней, а резервы сердечно-сосудистой системы отсутствуют. Именно по этим причинам прививки от гриппа рекомендуется делать в первую очередь детям, пожилым людям и больным с хроническими заболеваниями.

 

Регуляция ритма сердца нервной системой

Деятельность сердца регулируется вегетативной нервной системой, т.е. вы не можете управлять свои сердцем (исключение — некоторые йоги). Симпатическая нервная система активизируется во время стресса, двигательной активности, а парасимпатическая — в покое.

Симпатическая нервная система с помощью адреналина и норадреналина увеличивает ЧСС, сократимость, возбудимость и проводимость миокарда. Парасимпатическая — наоборот, уменьшает, выделяя ацетилхолин через окончания блуждающего нерва (nervus vagus, отсюда «вагусные пробы», о них ниже). В покое тонус парасимпатической нервной системы преобладает: если перерезать все нервы к сердцу, то ЧСС возрастет.

Эффекты адреналина и норадреналина увеличивают работу сердца, его потребность в кислороде и риск аритмий. Именно поэтому в кардиологии широко применяются бета1-адреноблокаторы, которые блокируют эффекты адреналина на сердце. Известно, что ряд заболеваний сердечно-сосудистой системы приводит к тахикардии (увеличению ЧСС). Поскольку ЧСС связана с частотой дыхания, такие больные также мучаются одышкой и в итоге вызывают скорую или участкового врача. После приема бета-блокаторов ЧСС нормализуется, и больным становится легче. Об одном бета-блокаторе с названием пропранолол я писал в ранее в теме, как правильно сдавать экзамены.

обзидан

Обзидан — торговое название пропранолола.

 

Некоторые рефлексы парасимпатической НС:

  • рефлекс Гольца: механическое раздражение области солнечного сплетения вызывает резкое замедление ЧСС, вплоть до остановки сердца. Именно по этой причине в спорте запрещены удары в живот.
  • рефлекс Данини-Ашнера: замедление ЧСС и снижение артериального давления при надавливании на глазные яблоки. Наблюдается у человека через 5-6 сек после начала надавливания и продолжается 20-60 сек после его прекращения.
  • вагусные пробы (натужиться, покашлять, облить лицо холодной водой, надавить на глазные яблоки, вызвать рвоту) применяются самими пациентами для снятия приступа наджелудочковой тахикардии. В ряде случае бывают эффективными, особенно вызывание рвоты (2 пальца в рот с надавливанием на корень языка). Если снять приступ самостоятельно не удается, больные вызывают скорую. Чрезмерно увлекаться вагусными пробами не стоит: в науке описаны отдельные случаи, закончившиеся смертельным исходом после раздражения блуждающего нерва.

Обращаю внимание, что сердечные препараты нельзя принимать без консультации врача. Многие лекарства взаимно усиливают действие друг друга и могут вызвать серьезные нарушения (например, верапамил и бета-блокаторы способны заблокировать распространение электрических импульсов по сердцу), что ничем хорошим не закончится. Многие бета-блокаторы, блокируя эффекты адреналина на бронхи, суживают их, что ухудшает состояние больных с дыхательной патологией. Самолечение здесь опасно! Подбирать препараты должен врач, а не соседка по палате.

 

Дополнение от 18 июля 2014

(клинические особенности работы сердца)

Здоровое сердце без проблем работает всю жизнь еще и потому, что в норме соблюдается правильная последовательность и своевременность сокращений камер сердца. Сперва одновременно предсердия, потом одновременно желудочки. Однако бывают нарушения ритма сердца:

1) предсердия не сокращаются как единое целое. Вместо этого хаотично сокращаются отдельные волокна миокарда предсердий. Такое бывает при мерцательной аритмии, что создает предпосылки для ускоренного развития хронической сердечной недостаточности (ХСН). Мерцательная аритмия встречается у половины пациентов с ХСН.

2) желудочки сердца тоже могут сокращаться не одновременно (это называется желудочковая диссинхрония). Например, при блокаде ножки пучка Гиса возбуждение распространяется по миокарду неестественным путем. Систола удлиняется, а эффективность сокращения миокарда падает, потому что из-за неправильного проведения возбуждения разные участки миокарда желудочков сокращаются в разное время. Чем больше масса миокарда и ниже фракция выброса (ФВ) левого желудочка, тем хуже прогноз при ХСН. В последние годы используется СРТ — сердечная ресинхронизирующая терапия, приводимая с помощью хирургической имплантации бивентрикулярных (для 2 желудочков) электрокардиостимуляторов. СРТ восстанавливает правильную работу сердца, уменьшает нагрузку на него и потребность в кислороде, снижает частоту госпитализаций и смертность больных.

Подробнее о СРТ можно прочитать в статье от 28.03.2013 на http://www.medvestnik.by/ru/issues/a_9027.html (автор статьи Евгений Атрощенко, заведующий лабораторией ишемической болезни сердца РНПЦ «Кардиология», доктор мед. наук, профессор).

Читайте также:

Материал был полезен? Поделитесь ссылкой:

комментария 23 к заметке «Как работает сердце»

  1. rabotnichek_1 (4 коммент.):

    14 Октябрь, 2009 в 21:38

    Расскажите про атенолол. Насколько хорош как селективный бета-блокатор и как часто используется на скорой.

  2. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    14 Октябрь, 2009 в 21:54

    На скорой у нас чаще используется неселективный анаприлин. Атенолол не самый селективный бета-блокатор, я предпочитаю бисопролол или небиволол. В крайнем случае — метопролол.

    Чаще всего мы используем те бета-блокаторы, которые имеются у больного и которые для него стали привычными. В остальных случаях бывает достаточно анаприлина.

    В интернете достаточно информации о бета-блокаторах, поищите.

  3. mr ST (3 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 14:04

    Многие доктора утверждают что принимать предуктал бессмысленно т.к. его эффективность не доказана.

  4. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 14:28

    Нет, доказана, иначе я не стал бы о нем писать так подробно. Поищите результаты клинических исследований TEMS, DIETRIC, ТРИУМФ, TRIMPOL-I. Также проверял на своей родственнице. Правда, это касается оригинального препарата (Предуктал MR), а не дженериков.

    Применяйте в своей работе учебную литературу, которая основана на результатах клинических исследований лекарств, а не чьих-то домыслов. Например, «Справочник по клинической фармакологии сердечно-сосудистых лекарственных средств» под ред. В. И. Метелицы.

    Этой осенью я планирую написать статью про клинические исследования лекарств.

  5. mr ST (3 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 17:28

    Вот, например, интересная дискуссия: forums.rusmedserv.com/showthread.php?t=7831&highlight=%EF%F0%E5%E4%F3%EA%F2%E0%EB

  6. rabotnichek_1 (4 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 18:35

    Возьмите меня в соавторы. Я — химик. Вы напишите о клинике, а я — о том, что на подходе к ней.

  7. Крыса учёная (194 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 19:28

    Без сокращения желудочков в обычных условиях человек не сможет прожить более 6 минут.

    Теоретически — да, но в реальной жизни уже через полминуты начинаются изменения в ЦНС. Практически для нормального восстановления функции головного мозга не более 2х минут. Все сказки про чудесное восстановление после длительной реанимации оставить в стороне. Даже если и удастся запустить мотор, мозг уже практически мёртв, сохранены самые примитивные функции. На НМС можно держать довольно долго до выполнения дефибрилляции или проведения экстренной ЭКС при асистолии. Я в своё время при асистолии делал трансторакальную ЭКС тонким зондом с «кисточкой» на миокардиальном конце. Манипуляция занимает считанные секунды. Электрод подключается к стимулятору (второй электрод — обычная подкожная игла). Параметры ЭКС как для обычной транвенозной стимуляции.

  8. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    15 Октябрь, 2009 в 20:43

    mr ST, насчет милдроната результаты клинических исследований не читал, поэтому и не упоминал. Что касается предуктала, то его эффективность сомнений для меня не вызывает.

    rabotnichek_1, хорошо. Только с учетом специфики блога изложение должно быть максимально интересным и приближено к реальной жизни.

  9. Крыса учёная (194 коммент.):

    16 Октябрь, 2009 в 11:44

    насчет милдроната результаты клинических исследований не читал,

    Милдронат «фуфло» 100%. Я его испытывал ещё в 80 гг. Эффект при ОЛ и КШ нулевой.

  10. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    16 Октябрь, 2009 в 11:57

    Если судить по механизму действия, милдронат должен быть эффективнее предуктала, но пока мне не попадались клинические исследования, доказывающие пользу препарата.

    Предуктал не применяется при отеке легких и кардиогенном шоке (разве что в качестве дополнения к лечению), поэтому на эффективность милдроната в данной ситуации я бы не рассчитывал.

  11. bushd (11 коммент.):

    3 Январь, 2010 в 14:46

    Ламерский вопрос можно? Чем адреналин отличается по действию от норадреналина?

  12. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    3 Январь, 2010 в 14:59

    Для неспециалиста — ничем. Тем более что в организме они выделяются одновременно.

    Если говорить строго, то в организме есть разные подтипы адренорецепторов с разным действием. Так вот, адреналин и норадреналин отличаются по выраженности влияния на эти рецепторы, что приводит к некоторым отличиям в эффектах от стимуляции.

  13. Дмитрий (1 коммент.):

    18 Март, 2010 в 17:43

    Можно ли вылечить дилатационную кардимиопатию?

  14. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    18 Март, 2010 в 19:17

    Нет… Кардинально — только пересадка сердца. А лекарства лишь позволяют замедлить процесс.

  15. Андрей (1 коммент.):

    12 Октябрь, 2010 в 17:22

    Как скажется на моём состоянии здоровья дополнительная хорда левого желудка? мне 12 лет

  16. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    12 Октябрь, 2010 в 17:51

    Дополнительная хорда левого желудочка мало влияет на работу сердца, однако не исключается появление функциональных шумов из-за дополнительных завихрений тока крови.

  17. Виктор (1 коммент.):

    8 Ноябрь, 2010 в 21:32

    Во всех учебных пособиях указано что сердце насос который за сутки через свои камеры перегоняет 8-9т литров крови… Войдите в ванную комнату и откройте кран на весь напор и оставьте его на 24 часа, это тот объём воды /крови/ — это приблизительно 50 бочек по 200л каждая.

    Это говорит о том что человек СОВЕРШЕННО НЕ ЗНАЕТ как работает сердце и соответственно в кардиологии у нас сплошные проблемы….

  18. Ilona (1 коммент.):

    11 Февраль, 2011 в 11:44

    Кто нибудь мне может объяснить биологическое значение рефлекса Данини-Ашера ? Для чего оно нужно человеку ? по типу «рефлекс моргания, что бы инородные приближающиеся тела не попали нам в глаз».. Я уже весь интернет перерыла, ничего не нашла ((((

  19. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    11 Февраль, 2011 в 17:39

    Скорее всего, и не найдете. Рефлекс Данини—Ашнера, проявляющийся в виде брадикардии при надавливании на глазные яблоки, относится к рефлексам вегетативной нервной системы, то есть служит для регуляции работы внутренних органов (в частности, системы кровообращения). Этот рефлекс реализуется через блуждающий нерв и нужен для приспособления работы внутренних органов к внешним воздействиям. Думаю, можно сказать, что биологический смысл рефлекса такой же, как и у рефлекса Гольца.

  20. Anna (1 коммент.):

    28 Февраль, 2011 в 03:05

    to Ilona: приходит в голову, что возможно это «атавизм». Возьмем например амфибий — у них глаза участвуют в акте жевания и проглатывания пищи (т.е. происходит «надавливание на глаза») — а для процесса пищеварения важно активизировать парасимпатическую систему.

  21. Катя (1 коммент.):

    30 Сентябрь, 2012 в 10:31

    Может кто-нибудь объяснить биологическое значение рефлекса Гольца? Для чего оно нужно человеку?

  22. Врач скорой помощи (1647 коммент.):

    1 Октябрь, 2012 в 01:32

    Трудно сказать точно. Может быть, для уменьшения возможной кровопотери при ранении живота.

  23. Мария(клин. ординатор) (3 коммент.):

    30 Июнь, 2013 в 17:58

    Я заметила, что предукталу не доверяют в основном инвазивисты. А некоторые пациенты хотят сразу получить эффект после принятия первой таблетки. Вот и получается, что виноват препарат! 😥

    Комментарий автора сайта:

    Пациентов надо предупреждать, что препарат действует не сразу.

    А я еще читала, что триметазидин повышает эффективность бета-блокеров и нитроглицерина при совместном назначении. Получается более выраженный антиангинальный эффект. Есть ли у Вас опыт такой комбинации?

    Комментарий автора сайта:

    Да, приходилось рекомендовать/назначать комбинацию бета-блокаторов (или антагонистов кальция), триметазидина и нитратов (но продленного действия, а не нитроглицерина). Эффект взаимно усиливается.

Напишите свой комментарий:

После ручной проверки публикуются только интересные комментарии, остальные удаляются после индивидуального ответа. Если во время отправки сообщение было по какой-то причине заблокировано антиспамом, вы увидите белую страницу и сообщение об ошибке. Если все отправилось нормально, то в адресной строке браузера появится окончание URL (ссылки) в виде ...#comment-113726 В этом случае ожидайте ответ по e-mail (если правильно указали свой электронный адрес). Время ответа — от нескольких часов до нескольких дней.