Описание сердечных циклов

Сибирский государственный медицинский университет

Кафедра нормальной физиологии 
 
 
 
 

Доклад  на тему: Сердечный цикл. 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студентка МБФ гр.4606

Медведева Т.О.  /______________/

Проверил:

Бармин      /____________________/ 
 
 
 
 

Томск – 2008г. 
 
 

    Открывание  и закрывание сердечных клапанов связаны, прежде всего, с изменениями давления в тех полостях сердца и сосудах, которые отграничиваются этими клапанами. Движение клапанов в свою очередь влияет на сократительную функцию сердца.

    Систолу и диастолу разделяют на несколько  периодов. Каждый из этих периодов характеризуется  либо изменением давления при постоянном объеме, либо изменением объема при  относительно небольшом изменении  давления. Систола подразделяется на период изоволюметрического сокращения и период изгнания, а диастола–на период изоволюметрического расслабления и период наполнения. На рис.1 изображены временные соотношения между этими периодами и некоторые параметры цикла для левого желудочка.

    Период  изоволюметрического сокращения. В самом начале систолы атриовентрикулярные клапаны быстро захлопываются вследствие повышения внутрижелудочкового давления. Поскольку в первый момент полулунные клапаны также закрыты, желудочек продолжает сокращаться, но его объем не изменяется (кровь несжимаема), и давление в нем продолжает быстро возрастать (рис.1). Тем не менее, сокращение сердца в этот момент нельзя считать абсолютно изометрическим, ибо при этом изменяется, как форма желудочка (его конфигурация

    Рис. 1. Изменения в некоторых процессах и параметрах во время сердечного цикла. Четыре периода цикла обозначены вверху. Римскими цифрами отмечены тоны сердца

приближается  к шарообразной), так и–активно или пассивно – длина   практически   всех   волокон миокарда. При частоте сокращений сердца, соответствующей состоянию покоя, длительность периода изоволюметрического сокращения левого желудочка составляет примерно 60 мс.

    В клинической практике обычно считается, что период изоволюметрического сокращения длится от начала комплекса QRS ЭКГ до начала фазы изгнания. Однако в этом периоде можно выделить фазу деформации (от начала комплекса QRS до начала

    первого тона) и фазу нарастания давления (от начала первого тона до начала изгнания) В отечественных учебниках часто  применяется иная терминология: от начала комплекса QRS до начала изгнания длится период напряжения (соответствует «периоду изоволюметрического сокращения» в настоящем пособии), который делится на фазу асинхронного сокращения (соответствует «фазе деформации») и фазу изоволюметрического сокращения (соответствует «фазе нарастания давления»).

    Период  изгнания. Когда давление в левом желудочке становится выше диастолического давления в аорте (т. е. превышает 80 мм рт. ст.), полулунные клапаны открываются, и начинается период изгнания крови. Сначала внутрижелудочковое давление продолжает  повышаться,  достигая  примерно 130 мм рт. ст.; в конце систолы оно вновь падает. Как видно из кривой изменения объема на рис.1, в покое ударный объем (УО) желудочка, т. е. количество крови, выбрасываемое за один цикл, составляет около половины конечнодиастолического объема, равного примерно 130 мл. Таким образом, в конце периода изгнания в сердце остается около 70 мл крови; это так называемый конечно–систолический, или резервный, объем (РО). Величина отношения ударного объема к конечнодиастолическому называется фракцией выброса; в нашем случае она составляет около 0,46 (46%). Закрытие аортальных клапанов, означающее окончание систолы, наступает несколько позднее, чем можно было ожидать исходя из изменения давления (рис.1). Очевидно, это объясняется тем, что объем крови, выброшенный во время систолы, обладает некоторой инерцией: под действием сообщенной ему кинетической энергии он некоторое время продолжает продвигаться против градиента давления.

    Период   изоволюметрического   расслабления.

    Диастола, так же, как и систола, начинается с короткого периода замкнутых  клапанов, длительностью около 50 мс. В этот период происходит изоволюметрическое расслабление: внутрижелудочковое давление быстро падает, приближаясь к нулю. Когда давление в желудочках становится меньше, чем в предсердиях, атриовентрикулярные клапаны открываются и начинается наполнение желудочков кровью, которая будет выброшена в следующей систоле.

    Период  наполнения. Давление в желудочке в период наполнения изменяется незначительно, а объем возрастает–сначала очень быстро (фаза быстрого наполнения), затем медленнее (фаза диастазиса). В условиях нормального ритма сердца к моменту сокращения предсердий заполнение желудочков практически завершается, поэтому при систоле предсердий внутрижелудочковый объем увеличивается лишь примерно на 8%. Однако при высокой частоте сокращений диастола укорачивается в большей степени, чем систола, и в этом случае вклад предсердий в наполнение желудочков становится весьма ощутимым. 

    Особенности цикла правого  сердца. Все сказанное выше относится к левому сердцу, однако в принципе те же периоды наблюдаются и в цикле сокращения правого сердца. Деятельность правого сердца отличается тем, что развиваемое им систолическое давление должно быть значительно меньше, чем в левом сердце (это связано с более низким сопротивлением легочных сосудов). Ударный же объем у обоих желудочков примерно одинаков. Периоды цикла двух половин сердца не совсем совпадают: поскольку давление в правом желудочке во время систолы повышается в меньшей степени, чем в левом, период сокращения правого желудочка начинается позже и длится меньше по сравнению с левым. В связи с этим период изгнания начинается раньше в правом желудочке. В то же время систола правого желудочка заканчивается позже. Все эти фазовые различия относительно невелики (около 10–30 мс) и практически не влияют на гемодинамику. 

    Нарушение деятельности клапанов. Если через разрез в сердце животного наблюдать за тем, как открываются и захлопываются клапаны, то можно убедиться в поразительной скорости и точности их движений. Неудивительно, что нарушения деятельности клапанов, когда, например, в результате воспаления они либо не полностью открываются (стеноз), либо неплотно смыкаются (недостаточность), существенно затрудняют работу сердца. В результате соответствующие полости сердца, вынужденные развивать большие давления или выбрасывать больший объем крови, расширяются, а это в свою очередь приводит к их гипертрофии или дилатации. Благодаря таким приспособительным изменениям пороки клапанов могут компенсироваться в течение многих лет. 

    Взаимосвязь между внутрисердечным  давлением и напряжением  в стенке сердца. На первый взгляд кажется, что повышение внутрижелудочкового давления во время периода изгнания связано с развитием мускулатурой желудочков дополнительного усилия, однако это не так. На самом деле это повышение давления объясняется чисто физическими причинами и обусловлено уменьшением размеров сердца. Напряжение F в стенке сердца (силу, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения стенки) и внутреннее давление Р в полой сфере радиусом г и толщиной стенки h связывает уравнение Лапласа: (рис.2).

    Желудочек можно рассматривать как полую  сферу, радиус которой во время периода  изгнания 

    Рис.2. Справа: соотношение между давлением в полости желудочка и напряжением в его стенке (при допущении, что желудочек имеет форму сферы). Для ясности две эти силы показаны отдельно. Внутреннее давление Р (сила, отнесенная к единице площади) стремится как бы раздвинуть две полусферы с силой, равной Рr²π. Напряжение в стенке действует в противоположном направлении; если толщина стенки h мала по сравнению с r, то напряжение в ней равно F·2rpd, где F–сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения стенки. По закону Лапласа сила давления уравнивается с силой напряжения. Слева: изменение радиуса, толщины стенки, внутреннего давления и напряжения в стенке левого желудочка во время периода изгнания (между стрелками)  
 

уменьшается, а толщина стенки – увеличивается. В таком случае из приведенного уравнения  видно, что в период изгнания при  постоянной (а в нашем случае даже уже уменьшающейся) силе будет возрастать внутрижелудочковое давление (рис.2, внизу). При постоянном давлении напряжение в стенке будет пропорционально радиусу сферы и обратно пропорционально толщине ее стенки. Это соотношение (закон Лапласа) имеет большое значение, и мы не раз обратимся к нему в дальнейшем.

    Функциональная  анатомия и геометрия  сокращения желудочков

    На  поперечном разрезе сердца, проведенном  через середины обоих желудочков, видно, что толщина их стенок различна. Эта разница обусловлена тем, что желудочки должны развивать  разные усилия. Особенности деятельности правого и левого желудочков отражаются не только на их мышечной массе, но и  на строении. Стенка левого желудочка  состоит в основном из мощной циркулярной мускулатуры. Ее волокна образуют как бы полый цилиндр, снаружи и внутри которого от основания к верхушке сердца идут так называемые спиральные мышцы. Стенка же правого желудочка состоит главным образом из таких спиральных мышц, а его циркулярная мускулатура развита относительно слабо.

    Сокращение  правого желудочка. Особенности сокращений правого желудочка вытекают из расположения его мускулатуры. Правый желудочек образует как бы тонкостенный кармашек в виде полумесяца, примыкающий к левому желудочку. Отношение общей площади поверхности такой полости к ее объему достаточно велико, поэтому при небольшом смещении стенки правого желудочка к перегородке его объем существенно изменяется. Поскольку сопротивление легочных сосудов невелико, правый желудочек при небольшом усилии может развивать давление, обеспечивающее нормальный выброс. Кроме того, уменьшению объема правого желудочка способствует смещение межжелудочковой перегородки в результате сокращения левого желудочка.

    Сокращение  левого желудочка. Мощная циркулярная мускулатура левого желудочка способна создавать высокое давление, обеспечивающее выброс крови в большой круг кровообращения. При нормальном наполнении сердца в диастоле этот выброс осуществляется, прежде всего, за счет сокращения этой мускулатуры. Однако, если по тем или иным причинам наполнение желудочков снижается, их радиус, а следовательно, и степень возможного укорочения циркулярных волокон уменьшаются. Величина, на которую могут укоротиться продольно ориентированные спиральные волокна, уменьшается в меньшей степени, поэтому эти волокна играют большую роль в выбросе крови при сниженном наполнении желудочков. Таким образом, если при нормальном наполнении сокращение  левого  желудочка сопровождается  уменьшением площади, его поперечного сечения, то в условиях пониженного конечнодиастолического объема левый желудочек при систоле укорачивается больше в длину, чем в ширину. Это явление чрезвычайно важно для понимания гак называемого эффекта смещения атриовентрикулярной перегородки.

    Эффект  смещения атриовентрикулярной  перегородки. До сих пор систолу желудочков рассматривали только как процесс, обеспечивающий выброс крови. Однако благодаря так называемому эффекту смещения атриовентрикулярной перегородки систола желудочков участвует и в диастолическом наполнении. Во время периода изгнания желудочки одновременно выбрасывают кровь в крупные артерии и засасывают ее из крупных вен в предсердия. Это присасывающее действие обусловлено тем, что плоскость атриовентрикулярной перегородки смещается по направлению к верхушке сердца; при этом предсердия, находящиеся в этот момент в расслабленном состоянии, растягиваются. В правом желудочке, где развиты спиральные мышцы, сокращающиеся в продольном направлении, этот эффект наиболее выражен. В левом желудочке по причинам, изложенным выше, эффект смещения атриовентрикулярной перегородки играет большую роль в условиях пониженного наполнения. Благодаря этому эффекту в конце периода изгнания предсердия заполняются кровью. Когда сокращение желудочков сменяется их расслаблением, атриовентрикулярная перегородка возвращается в исходное положение. В начале этого обратного перемещения атриовентрикулярные клапаны открываются, и их отверстия как бы надвигаются на кровь, находящуюся в предсердиях. Этим обеспечивается быстрое наполнение желудочков в первый момент их расслабления, что играет важную роль при высоком ритме сокращений сердца, когда диастола укорочена.

    Может возникнуть вопрос: почему же укорочение желудочков в продольном направлении  приводит не к подтягиванию верхушки сердца вверх (как в случае изолированного сердца, перфузируемого через аорту), а к смещению атриовентрикулярной перегородки вниз? Здесь возможны, по меньшей мере, два объяснения. Во–первых, в естественных условиях верхушка не может перемещаться кверху, так как перикард в области верхушки фиксирован в диафрагме, а между перикардом и эпикардом находится слой несжимаемой (и нерастяжимой) жидкости. Во–вторых, во время систолы желудочков в направлении верхушки действует как бы сила отдачи.

    Диастолическое наполнение желудочков происходит не только за счет описанного выше эффекта. Само по себе расслабление желудочков также оказывает некоторое присасывающее действие, связанное с тем, что пассивные эластические элементы их стенки стремятся вернуть сердцу после их деформации исходную форму. Желудочек в этом отношении можно сравнить с резиновой пипеткой, которая принимает прежнюю форму после того, как на нее надавили.