Сердце

• Общий обзор Сердца
• Эволюция сердца и кровеносной системы
• Особенности строения сердца у хордовых
• Строение сердце человека
• Принципы работы сердца
• Автоматизм сердца
• Сердечный цикл
• Регуляция сердечно-сосудистой деятельности

Привет, Друзья!

Давайте поговорим о сердце. Сегодня мы с вами обсудим строение сердца, поговорим о изменениях, которые возникали в ходе эволюции, принципах работы поперечно-полосатой сердечной мышцы и автоматии сердца.

Общий обзор Сердца

С анатомической точки зрение – это полый мышечный орган, главной функцией которого является бесперебойный ток крови по сосудам и обеспечение снабжения кровью всех органов и тканей. Это удивительный насос и двигатель, от которого зависит жизнь.

Сердце воспевали поэты, законы его работы интересовали еще древних мыслителей. Так что же такое сердце и как оно функционирует мы попробуем разобрать в этой статье.

• Анатомически сердце располагается в грудной полости между легкими и за грудиной.
• Сердце окружено т.н. околосердечной сумкой -Перикардом, наружный слой которого образован фиброзной неэластичной тканью.
• Внутренний слой перикарда (серозный) состоит из двух листков. Наружный (париетальный) прирастает к фиброзной ткани, а внутренний (висцеральный) образует Эпикард, который фактически сращен с сердцем и образует наружную его оболочку.
• Между париетальным и висцеральным листками образуется полость, в которую секретируется перикардиальная жидкость, главная задача которой – уменьшение трения стенки сердца об окружающие его ткани.

Кроме этого, неэластичный перикард работает, как ограничитель растяжения для сердца, не давая тому переполняться кровью.

Эволюция сердца и кровеносной системы

Давайте с вами вспомним, как изменялась кровеносная система и само сердце в ходе эволюции.

Эволюционные изменения кровеносной системы

1. Замкнутая кровеносная система кольчатого червя.1)—спинной сосуд;

2)—капилляры и капилляры параподий; 3)—параподии; 4)—кишка; 

5) брюшной сосуд; 6)— кольцевые сосуды (сердца).

2. Незамкнутая кровеносная система моллюсков. 1)— желудочек; 2)— предсердие; 3)— сердце; 4)— легкие.

3. Незамкнутая кровеносная система Типа Членистоногие. 1)— сердце; 2)— остии; 3)— спинная аорта; 4)— брюшная аорта; 5)— жаберные сосуды.

4. Кровеносная система рыб.1)— спинная аорта; 2)— Вена; 3)— желудочек; 4)— брюшная аорта; 5)— предсердие; 6)— сердце; 7)— жаберные сосуды.

5. Кровеносная система земноводных. 1)— сердце; 2)— остии; 3)— спинная аорта; 4)— брюшная аорта; 5)— жаберные сосуды.

6. Кровеносная система пресмыкающихся. 1)— правая дуга аорты; 2)— левая дуга аорты; 3)— легочная вена; 4)— левое предсердие; 5)— желудочек; 6)— правое предсердие; 7)— задняя полая вена; 8)— легочная артерия.

7. Кровеносная система птиц.1)—легочная артерия; 2)— левое предсердие; 3)— левый желудочек; 4)— правый желудочек; 5) правое предсердие; 6)—правая дуга аорты.

8. Кровеносная система млекопитающих. 1)— левая дуга аорты; 2)— легочная артерия (легочный ствол); 3)— легочная вена; 4)— левое предсердие; 5)— левый желудочек; 6)— правый желудочек; 7)— правое предсердие.

Обратите внимание, как изменялась кровеносная система животных и какие метаморфозы происходили с сердцем.

Эволюционные изменения кровеносной системы

Особенности строения сердца у хордовых

Особенно важно помнить, отличия в строении сердца у хордовых.

• Рыбы -один круг кровообращения. Сердце двухкамерное.
• Земноводные – два круга кровообращения (второй круг т.н. легочный) и трехкамерное сердце.
• Пресмыкающиеся – два круга кровообращения. Первые амниоты. Сердце трехкамерное, но начинает нарастать перегородка. (крокодил имеет четырехкамерное сердце, но остается пока пойкилотермным животным, т.к. существует рудиментарное отверстие, называемое отверстием Панница, через которое правая и левая аорта сообщаются. Таким образом, некоторая часть крови из левого желудочка может поступать в правый и смешиваться.
• Птицы – гомойотермные животные. Два круга кровообращения. Остается одна - правозакрученная дуга аорты. Сердце четырехкамерное.
• Млекопитающие – гомойотермные животные. Два круга кровообращения. Одна – левозакрученная дуга аорты. Сердце четырехкамерное.

Строение сердце человека

Сердце человека четырехкамерное:

• Правое предсердие
• Правый желудочек
• Левое предсердие
• Левый желудочек.

У левого желудочка мы видим более толстый и массивный миокард, что объясняется необходимостью более мощного толчка левым желудочком (примерно 14,0 кПа), с целью отправки очередной порции крови в большой круг кровообращения. Правый желудочек создает давление крови, поступающей в легочную артерию около 2,1 кПа.

Стенки предсердий более тонкие, т.к. отправляют кровь на короткие расстояния.

Правое предсердие получает венозную (дезоксигенированную) кровь, а левое – артериальную (оксигенированную)кровь.

Важно!

Правое предсердие отделяется от правого желудочка трикуспидальным (трехстворчатым) клапаном.

Левое предсердие от правого желудочка – митральным (двустворчатым) клапаном. Эти клапаны еще носят название – атриовентрикулярные клапаны (предсердно-желудочковые). Они открываются при сокращении предсердий, а при сокращении желудочков плотно смыкают свои створки, чтобы препятствовать обратному току крови в предсердия. Выворачиваться в сторону предсердий этим створкам не дают сосочковые мышцы, которые при сокращении натягивают сухожильные хорды.

Полулунные клапаны, которые находятся в местах соединения желудочков и соответственно легочным стволом, и аортой, имеют вид карманов и не пропускают кровь обратно в желудочки из сосудов.

Сразу за аортальным клапаном от аорты отходят две венечные коронарные артерии, которые снабжают само сердце оксигенированной кровью.

1— аорта; 2 — левая коронарная артерия; 3 — огибающая артерия; 4 — передняя межжелудочковая артерия; 5 — правая коронарная артерия.

1— аорта; 2 — нисходящая дуга аорты; 3— восходящая дуга аорты; 4— правая коронарная артерия; 5 — левая коронарная артерия; 6 — плечеголовной ствол; 7 — правая подключичная артерия; 8 — правая общая сонная артерия; 9 — левая общая сонная артерия; 10 — левая подключичная артерия.

Принципы работы сердца

Сердечная стенка состоит из сердечного мышечного волокна, соединительной ткани и мелких кровеносных сосудов.

Мышечные волокна (кардиомиоциты) одно или двуядерные клетки, в которых огромное множество митохондрий и множество расположенных параллельно друг другу миофибрилл.

Миофибриллы – актиновые и миозиновые нити (микрофиламенты), которые обеспечивают сокращение кардиомиоцитов. Механизм сокращения такой же, как и в клетках поперечнополосатой скелетной мускулатуры.

В отличии от скелетной мускулатуры, сердечная мышца обладает уникальным свойством – автоматией.

Давайте сравним между собой три типа мышечной ткани

Физиологические свойства сердца по истине впечатляют. Оно способно ритмично сокращаться без влияния внешних раздражителей. Импульсы возникают в самом органе!

Автоматизм сердца

Автоматизм - способность сердечной мышечной ткани возбуждаться и сокращаться самопроизвольно, без влияний извне.

Темные полосы – интеркалярные или вставочные диски, которые являются клеточными мембранами и отделяют мышечные клетки друг от друга. Мембраны устроены так, что ионы могут быстро диффундировать сквозь них. Это способствует быстрому распространению потенциала действия по всей сердечной мышце.

Автоматией обладает не только сердце, но и кишечник (перистальтика).

Автоматия происходит благодаря специальным Пейсмекерным клеткам (клетки водители ритма), которые задают ритм для системы.

         В сердце мы можем обнаружить несколько центров – водителей ритма.

1 — синусовый узел (пейсмекер первого порядка); 2 — атрио-вентрикулярный узел (пейсмекер второго порядка); 3 — ножки пучка Гиса (пейсмекер третьего порядка).

1. Синоатриальный узел (САУ или узел Киса-Флека). Пейсмекер I порядка.

Располагается данный узел на вершине правого предсердия в области впадения верхней полой вены.

Собственная частота генерации около 60-100 импульсов в минуту.                         

2. Атриовентрикулярный (АВУ) узел или Пейсмекер II порядка.

Располагается в нижней части межпредсердной перегородки.

Частота импульсов – 40-60 импульсов в минуту.

3. Пучок Гиса. Пейсмекер III порядка.

Пучок Гиса берет начало от Пейсмекера II порядка. Спускается по межжелудочковой перегородке вниз и затем делится на две ножки. Ножки располагаются в желудочках.

Генерирует 20-40 импульсов в минуту.

Все эти структуры состоят из атипичных кардиомиоцитов и фактически образуют проводящую систему сердца.

У здорового человека САУ является основным водителем ритма. Если в результате заболевания САУ блокируется, то его функции берет на себя АВУ. Если оба водителя поражаются, то на помощь организму приходит третий водитель – Пучок Гиса.

Как же объяснить пейсмекерную активность атипических кардиомиоцитов?

Пейсмекерная активность этих клеток заключается в периодической спонтанной генерации потенциала действия (ПД).

Деполяризация – сокращение, снижение потенциала покоя.

Происходит за счет уменьшения разности потенциалов у находящейся в состоянии физиологического покоя клетки (между ее отрицательно заряженной цитоплазмой и внеклеточной жидкостью).

Может быть вызвана стимулами механической, электрической и химической природы.

Потенциал покоя (ПП)= -90 мВ

В покое мембрана имеет низкую проницаемость для ионов натрия и высокую для ионов калия.

Потенциал действия (ПД):

• Деполяризация за счет входа ионов натрия в клетку (активируются быстрые натриевые каналы).
• За счет входа ионов кальция наступает фаза «Плато» (активируются медленные кальциевые каналы).
• Реполяризация наступает за счет выхода ионов калия из клетки (активируются медленные калиевые каналы)
• После калиевой реполяризации цикл повторяется.

На рисунке выше мы видим период медленной деполяризации, который обуславливается уменьшением проводимости мембраны калия наружу и увеличением проводимости натрия и кальция (каналы Т-типа всегда открыты) внутрь. В тоже время происходит снижение активности Na⁺/К⁺ -АТФазы.

За счет диффузии Na⁺ в клетку начинается СДД (спонтанная диастолическая деполяризация), которая является электрофизиологическим признаком автоматии.

Спонтанная деполяризация АВУ имеет меньшую скорость. Импульс из синусного узла приходит к АВУ раньше, чем деполяризация клеток АВУ достигнет Е_кр. Именно поэтому автоматия АВУ в норме не проявляется. Если по какой-либо причине связь синусного узла с АВУ будет нарушена, АВУ будет генерировать импульсы самостоятельно, но с меньшей скоростью. (40-50 импульсов в минуту вместо 60 – 80). Предсердия будут работать в синусовом ритме. А желудочки в атриовентрикулярном.

Такое состояние называют Полной поперечной блокадой сердца.

Клетки сердца, как типичные, так и атипичные - соединены между собой электрическими синапсами, которые представляют из себя каналы из белка коннексина и фактически образовывают единую сеть, по которой сигнал распространяется очень быстро. Возбуждение, которое возникает в одной клетке тут же распространяется по всему миокарду.

В мембранах клеток сердца коннексин образовывает кольцо из шести субъединиц. Образовывается микротрубочка, через которую совершенно свободно проходят ионы и электрические сигналы, а также аминокислоты, небольшие молекулы АТФ, FLA и т.д.

Фактически мышечная ткань сердца – единый функциональный синцитий.

Такая особенность объясняется отсутствием в стенке сердца управляющих его работой нейронов.

Миокард сокращается медленнее, чем скелетные мышцы, но в результате и утомляется не так быстро!

Сердечный цикл

Это последовательность стадий, которые протекают за время одного сокращения сердца.

I.       Систола предсердий

Длится 0,1 сек. В эту фазу предсердия сокращаются, их объем уменьшается, и кровь из них поступает в желудочки. Створчатые клапаны в период этой фазы открыты, полулунные - закрыты.

II.      Систола желудочков                        

Длится 0,3 сек. Створчатые (атриовентрикулярные) клапаны закрываются, чтобы не допустить обратного тока крови в предсердия. Мышечная ткань желудочков начинает сокращаться, их объем уменьшается: открываются полулунные клапаны. Кровь изгоняется из желудочков в аорту (из левого желудочка) и легочный ствол (из правого желудочка).

III.    Общая диастола (от греч. diastole — расширение)

Длится 0,4 сек. В диастолу полости сердца расширяются - мышцы расслабляются, полулунные клапаны закрываются. Створчатые клапаны открыты. Предсердие и желудочки сообщаются. Давление между предсердиями и желудочками выравнивается. В эту фазу предсердия наполняются кровью, которая пассивно поступает в желудочки. Затем цикл повторяется.

Волна возбуждения, генерированного в Синусовом узле, распространяется на предсердия, вызывая их деполяризацию и последующее сокращение.

• Сокращение предсердий происходит в конце диастолы и занимает 30% преднагрузки.
• Затем происходит деполяризация желудочков.

На пике R волны, желудочки начинают сокращаться. Это означает начало систолы.

• Вскоре, после того как желудочки начинают сокращаться, создавая повышенное внутрижелудочковое давление, митральный и трехстворчатый клапаны закрываются, не допуская обратного тока крови в предсердия.

1. Теперь каждый желудочек представляет собой закрытую полость. По мере того, как они продолжают сокращаться, объем остается тем же, а давление повышается. (Это называется изоволюметрическим сокращением).
2. После того как давление в левом желудочке достигает или превышает диастолическое давление в аорте,

• клапан аорты открывается и кровь поступает в аорту (фаза быстрого опорожнения).
• В то же время правый желудочек выталкивает кровь в легочную артерию.

По мере того, как кровь уходит, давление и объем в желудочках снижаются. Приблизительно 50-60% объема крови выталкивается из желудочков и около 40—50% систолического резервного объема остается.

3. По мере того, как давление в желудочках падает, так же падает давление в аорте.

Когда давление в желудочках падает ниже давления, сохранившегося в расширенной аорте, высвобождается энергия эластичной стенки аорты и давление в аорте превышает давление в желудочке, поэтому клапан аорты закрывается.

4. Левый желудочек вновь представляет собой закрытую полость.

Это время, когда стенки расслабляются и объем остается на том же уровне, но давление снижается. (Это называется изоволюметрическим расслаблением).

5. Пока в желудочках происходит изоволюметрическое сокращение, быстрый выброс и изоволюметрическое расслабление, Митральный и трехстворчатый клапаны закрыты.

Так как не существует клапанов между легочными венами и предсердием, предсердия наполняются кровью из венозного возврата. В результате давление в предсердиях повышается. Оно продолжает увеличиваться, в то время как давление в желудочках снижается при изоволюметрическом расслаблении.

• Когда давление в предсердиях превышает давление в левом желудочке, митральный и трикуспидальный клапаны открываются, и кровь из предсердий быстро поступает в желудочки.

Эта фаза называется фазой быстрого наполнения. Она обозначает начало диастолы.

1. желудочковая диастола (диастола предсердий); 2 — систола предсердий. 2 — желудочковая систола. 3 — желудочковая диастола.

2 и 3 входят в стадию (4) диастолы предсердий.

Благодаря способности клеток сердечной мышцы к абсолютной рефрактерности, состояние тетануса им не грозит.

 Относительная рефрактерность - состояние пониженной возбудимости, когда клетка способна реагировать только на очень сильные импульсы.

Регуляция сердечно-сосудистой деятельности

Под регуляцией сердца мы понимаем приспособление деятельности сердца к потребностям организма в кислороде и питательных веществ, которое регулируется через изменение силы и объема кровотока.

Регуляция насосной функции сердца может осуществляться через изменение частоты сокращений и силы сердечных сокращений.

1. ЧСС регулируется собственными Пейсмекерными узлами. (САУ, АВУ и ножки Гиса)
2. Нервная регуляция.
3. Гуморальная регуляция.

Регулировать сердечный выброс организм будет через ЧСС.

В следующей нашей статье мы поговорим о механизмах и путях регуляции сердечной деятельности!