Механическая работа сердца

Фазовая структура сердечного цикла

Работа сердца как насоса обеспечивается сложной последовательностью сокращения и расслабления желудочков и предсердий, что составляет фазовую структуру сердечного цикла, которая представлена на рис. 1.19.

Видео: Физика 7 класс - Механическая работа - Видеоурок - Перышкин

Рис. 1.19. Деление сердечного цикла на систолу и диастолуСистола желудочков начинается с фазы асинхронного сокращения, которая определяется от начала комплекса QRS на ЭКГ до первых высокочастотных осцилляций I тона сердца на ФКГ (рис. 1.20). В течение этой фазы электрическое возбуждение быстро распространяется по миокарду желудочков и инициирует сокращение отдельных мышечных волокон. Их сокращение происходит асинхронно, поэтому внутрижелудочковое давление не возрастает, хотя форма желудочков существенно меняется. В конце этой фазы атриовентрикулярные клапаны неплотно смыкаются, но их напряжения и, соответственно, колебательных движений еще не наблюдается.

Рис. 1.20. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы асинхронного сокращения желудочков (заштриховано красным цветом). Объяснение в тексте.

Римскими цифрами обозначены тоны сердцаФаза изоволюмического сокращения (рис. 1.21) характеризуется быстрым и мощным сокращением миокарда желудочков, в результате чего в условиях полностью закрытых атриовентрикулярных и полулунных клапанов происходит резкое повышение внутрижелудочкового давления. Во время этой фазы возникает I тон сердца.

Рис. 1.21. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы изоволюмического сокращения желудочков. Объяснение в текстеКак только давление в желудочках становится чуть больше чем в аорте и легочной артерии, открываются полулунные клапаны, и кровь поступает в магистральные сосуды — начинается фаза изгнания (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы изгнания. Объяснение в текстеДиастола желудочков включает 5 фаз. Протодиастолический период (рис. 1.23) соответствует времени закрытия полулунных клапанов аорты и легочной артерии. В результате начавшегося расслабления миокарда желудочков давление в них падает чуть ниже давления в магистральных сосудах, что и является причиной закрытия клапанов. Во время этой фазы возникает II тон сердца.

Рис. 1.23. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время протодиастолического периода. Объяснение в текстеВо время фазы изоволюмического расслабления (рис. 1.24) продолжается активное расслабление желудочков, давление в них падает до уровня давления в предсердиях, после чего открываются атриовентрикулярные клапаны. Фаза изоволюмического расслабления в норме протекает в условиях герметически закрытых атриовентрикулярных и полулунных клапанов, и обьем желудочков не меняется.

Рис. 1.24. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы изоволюмического расслабления желудочков. Объяснение в текстеДалее начинается продолжительный период наполнения желудочков, включающий три диастолические фазы. Во время фазы быстрого наполнения (рис. 1.25) кровь «пассивно», под действием градиента давлений поступает из предсердия в желудочки, причем в течение этой фазы происходит максимальное наполнение желудочков кровью. В конце этой фазы при определенных условиях (см. ниже) может возникнуть III дополнительный тон сердца.

Рис. 1.25. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы быстрого наполнения желудочков. Объяснение в текстеВ дальнейшем давление в предсердии и желудочке выравнивается, и наполнение последних замедляется. Это фаза медленного наполнения желудочков (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время фазы медленного наполнения желудочков. Объяснение в текстеПоследняя диастолическая фаза (фаза систолы предсердий) характеризуется сокращением миокарда предсердий и активным изгнанием крови из предсердий в желудочки (риc. 1.27). В конце этой фазы створки атриовентрикулярных клапанов «всплывают» и неплотно смыкаются — желудочек вновь готов к очередному сокращению. При определенных условиях (см. ниже) во время этой фазы может возникнуть IV дополнительный тон сердца.

Рис. 1.27. Изменения внутрисердечной гемодинамики во время систолы предсердий. Объяснение в текстеДавление в камерах сердца

Описанная последовательность сокращения и расслабления предсердий и желудочков обеспечивает достижение давлений в полостях сердца и магистральных сосудах, необходимых для нормального выброса крови в артериальную систему и адекватного наполнения камер сердца во время диастолы. Нормальные величины давления приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Нормальные величины давления в полостях сердца и магистральных сосудах в покое (мм рт. ст.)

Как видно из таблицы, в норме систолическое давление в ЛЖ и аорте значительно выше, чем в ПЖ и легочной артерии, тогда как величины диастолического давления в этих отделах отличаются в меньшей степени. Обращают на себя внимание также очень близкие значения конечно-диастолического давления в ЛЖ (КДДлж), среднего давления в ЛП и диастолического давления в легочной артерии.

Особое практическое значение имеет определение конечно-диастолического давления в ЛЖ, величина которого в покое и при физической нагрузке часто используется для характеристики функции желудочка. Повышение КДДлж ведет к росту давления в левом предсердии и легочных капиллярах. Если оно превышает 25–30 мм рт. ст., развивается альвеолярный отек легких. Таким образом, повышение КДДлж в большинстве случаев является весьма неблагоприятным прогностическим признаком. Снижение КДДлж нередко является указанием на наличие гиповолемии, сопровождающейся, как правило, уменьшением конечно-диастолического объема ЛЖ (кровопотеря, шок различного происхождения, длительный пароксизм суправентрикулярной или желудочковой тахикардии и т.п.).

Систолическая функция сердца

Основным показателем, характеризующим систолическую функцию сердца, является величина сердечного выброса. Сердечный выброс (или минутный объем крови — МО) — это количество крови, выбрасываемой желудочком в минуту. В норме эта величина варьирует в широких пределах: при необходимости сердечный выброс может увеличиваться в 3–5 раз по сравнению с покоем. Сердечный выброс рассчитывается следующим образом:где МО — минутный объем крови (сердечный выброс), УО — ударный объем, ЧСС — частота сердечных сокращений.

Помимо величины сердечного выброса (МО), в клинике рассчитывают и другие показатели, часть из которых, по сути, являются производными МО и ЧСС:

• ударный объем (УО) — количество крови, выбрасываемой желудочком в магистральный сосуд при каждом сокращении:где КДО — конечно-диастолический, а КСО — конечно-систолический объемы желудка-

• фракцию выброса (ФВ) — отношение УО к конечно-диастолическому объему желудочка (в %):где ФВ — фракция выброса, УО — ударный объем- КДО — конечно-диастолический объем желудочка, КСО — конечно-систолический объем.

Фракция выброса (ФВ) — важнейший интегральный показатель систолической функции сердца, указывающий, какая часть конечно-диастолического объема крови (КДО) выбрасывается из желудочков во время их систолы.

• Сердечный индекс (СИ), который представляет собой отношение МО крови к площади поверхности тела (S, м2). СИ вычисляют по формуле:При этом площадь поверхности тела (S) определяют по номограмме (рис. 1.28) или рассчитывают по специальной формуле:

• ударный индекс (УИ) — отношение ударного объема к площади поверхности тела (S, м2). УИ вычисляют по формуле:где S — площадь поверхности тела (м2).

Для адекватной оценки систолической функции сердца необходимо учитывать также:

• конечно-диастолический объем желудочка (КДО)-

• конечно-систолический объем желудочка (КСО)-

• конечно-диастолическое давление в желудочке (КДД).



Чтобы правильно интерпретировать изменения сердечного выброса и другие гемодинамические показатели в каждом конкретном случае необходимо оценивать все факторы, влияющие на значения этого показателя.Рис. 1.28. Номограмма для определения площади поверхности тела по росту и массе тела

Запомните

Степень укорочения сердечной мышцы и сердечный выброс определяются тремя основными факторами:

1. Величиной преднагрузки, измеряемой длиной мышечного волокна перед началом его сокращения или значениями конечно-диастолического объема желудочков (КДО).2. Инотропным состоянием (сократимостью) миокарда, т.е. взаимоотношением между зависимостью «сила — скорость» и исходной длиной мышечного волокна.3. Величиной постнагрузки, т.е. напряжением, которое должна развивать сердечная мышца во время сокращения.Величина преднагрузки. Уменьшение диастолического наполнения желудочков и КДО сопровождается падением сердечного выброса и УО. Наоборот, чем больше наполнение желудочков в диастолу (КДО), тем, согласно закону Старлинга, больше сила последующего сокращения и, соответственно, величина УО, МО и т.п. Правда, это последнее положение справедливо только до тех пор, пока сердечная мышца не окажется «перерастянутой», когда дальнейшее увеличение КДО приводит не к увеличению, а к уменьшению силы сокращения и УО.

Величина преднагрузки и КДО желудочков зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются следующие (рис. 1.29).

1. Объем циркулирующей крови (ОЦК). Его уменьшение (при кровопотере, шоке, обезвоживании) закономерно приводит к снижению сердечного выброса, а увеличение (задержка натрия и жидкости в организме, не связанная с сердечной недостаточностью) — к повышению МО.

2. Приток крови к сердцу в большинстве случаев является решающим фактором, определяющим величину КДО желудочков. Увеличение притока крови к правым отделам сердца и, соответственно, минутного объема (МО) наблюдается: 1) при горизонтальном положении тела пациента- 2) при увеличении тонуса вен при мышечной работе, психоэмоциональном напряжении и т.п., а также 3) при увеличении «насосной» функции скелетных мышц (мышечная нагрузка). Уменьшение притока крови и сердечного выброса наблюдается: 1) при вертикальном положении тела пациента- 2) при увеличении внутригрудного давления (напряженный пневмоторакс, обструктивные заболевания легких, приступы малопродуктивного кашля и др.)- 3) при повышении давления в полости перикарда (экссудативный или констриктивный перикардит, гидроперикард)- 4) при резком падении тонуса вен (обморок, коллапс, прием нитроглицерина и т.п.)- 5) при гиподинамии (за счет отсутствия «насосного» действия скелетных мышц).

3. Сокращение предсердий. При отсутствии синхронизированного с работой желудочков сокращения предсердий (мерцательная аритмия, трепетание предсердий) уменьшается диастолическое наполнение желудочков и, соответственно, сердечный выброс.

4. Общая продолжительность диастолы. Тахикардия сопровождается значительным уменьшением продолжительности диастолы и, соответственно, величины преднагрузки. При синусовой брадикардии, наоборот, наблюдается увеличение наполнения желудочков.

Инотропное состояние (сократимость) миокарда во многих случаях является главным фактором, определяющим величину сердечного выброса. Сократимость миокарда в свою очередь определяется следующими факторами.

1. Активностью симпатической нервной системы.

2. Частотой сердечных сокращений (ЧСС).

3. Наличием у больного некоторых патологических состояний, угнетающих сократимость миокарда (гипоксемии, ацидоза, гиперкапнии, ишемии сердечной мышцы, воспаления миокарда и т.п.).

4. Массой функционирующего миокарда, уменьшение которой при выраженной ишемии сердечной мышцы, инфаркте миокарда, кардиосклерозе приводит к снижению сократимости.

5. Выраженной дилатацией желудочков любого генеза, которая, согласно закону Старлинга, приводит к снижению максимально возможного напряжения миокарда (см. выше).

6. Лекарственными средствами, обладающими инотропным действием — отрицательным (блокаторы b-адренорецепторов, новокаинамид, хинидин, барбитураты и др.) или положительным (норадреналин и его производные, сердечные гликозиды и др.).

Величина постнагрузки желудочков соответствует сопротивлению, которое испытывает желудочек при своем сокращении (рис. 1.30). Степень и скорость укорочения мышечного волокна и значения сердечного выброса обратно пропорциональны постнагрузке, испытываемой сердечной мышцей.

Величину постнагрузки определяют несколько факторов:

1. Уровень давления крови в аорте и легочной артерии.

2. Степень напряжения сердечной мышцы, возрастающая при значительной дилатации сердца (закон Лапласа).

3. Величина системного и легочного сосудистого сопротивления.

4. Объем циркулирующей крови (ОЦК).

5. Вязкость крови и другие параметры.

Таким образом, все перечисленные факторы, влияющие на систолическую функцию сердечной мышцы, сложным образом взаимодействуют между собой. Поэтому интерпретация изменений каждого гемодинамического показателя, характеризующего преднагрузку, сократимость миокарда и постнагрузку, требует одновременной оценки всех остальных.

Например, ФВ (так же, как и величина сердечного выброса) может уменьшаться не только при снижении сократимости желудочков, но и при гиповолемии (шок, острая кровопотеря), уменьшении притока крови к правому сердцу (снижение преднагрузки), при резком и быстром подъеме АД (увеличение постнагрузки) и т.п.Рис. 1.29. Факторы, влияющие на величину преднагрузки

Преднагрузка:ОЦКПриток кровик сердцуСокращениепредсердий

Рис. 1.30. Факторы, влияющие на величину постнагрузки

Постнагрузка:Давление в аортеи легочной артерииНапряжение стенки,в том числе наличиедилатации сердцаОЦКВязкость крови

Видео: Механический сердечный клапан/Mechanical valve

В других случаях, несмотря на снижение инотропной функции миокарда, сердечный выброс может длительное время оставаться в пределах нормальных значений, хотя резко повышенными оказываются конечно-диастолическое давление и объем желудочка (КДД и КДО), а также давление в предсердии и легочной артерии. В этих случаях сохранение должной величины МО обеспечивается повышенным растяжением сердечной мышцы, увеличением конечно-диастолического объема желудочка и включением механизма Старлинга.

Диастолическая функция сердца

Диастолическая функция сердца — это способность желудочков во время диастолы вместить необходимый объем крови (КДО), поступающей в них из предсердий. Диастолическая функция определяется:

• скоростью активного расслабления миокарда желудочков, зависящей, прежде всего, от эффективности механизмов удаления ионов Са2+ из кардиомиоцитов-

• степенью податливости стенки желудочка, которая, в свою очередь, зависит от величины мышечной массы желудочка, наличия в сердечной мышце участков фиброза, ишемии, некроза или воспаления, от эластичности листков перикарда и т.п.-

• эффективностью сокращений предсердий.

Диастолическая функция желудочков самым тесным образом связана с величиной преднагрузки. Податливый желудочек легко заполняется кровью, что способствует нормальному растяжению мышечных волокон и последующему адекватному сокращению. Наоборот, «жесткий» желудочек не в состоянии принять необходимый объем крови. В этих случаях, для того чтобы достичь нормального растяжения мышечных волокон и обеспечить должную преднагрузку, необходимо более высокое, чем в норме, давление наполнения. В результате повышается КДД в желудочке, что способствует сохранению до поры до времени нормальной величины КДО и сердечного выброса (рис. 1.31). Важным следствием уменьшения податливости желудочка является также компенсаторное увеличение силы сокращения предсердия, которое интенсивно выталкивает в конце диастолы последний объем крови, заполняющий желудочек, увеличивая преднагрузку и, соответственно, сохраняя нормальный УО и сердечный выброс. При мерцательной аритмии, когда отсутствует единое сокращение предсердий, происходит значительное снижение преднагрузки, УО и сердечного выброса. Последний показатель в результате этого может снижаться на 15–25%.Рис. 1.31. Изменение давления наполнения желудочка при его диастолической дисфункции.

а — в норме податливый желудочек легкозаполняется кровью при нормальном давлениинаполнения- б — «жесткий» желудочек принормальной величине давления наполнения нерастягивается в диастолу в достаточной степени-в — нормальное растяжение «жесткого» желудочкавозможно только при повышении давлениянаполнения

Таким образом, главными показателями диастолической функции желудочков являются:

• скорость активного диастолического расслабления желудочка (оценивается по продолжительности фазы изоволюмического расслабления)-

• структура диастолического наполнения желудочка (оценивается по результатам допплер-эхокардиографического исследования трансмитрального или транстрикуспидального потока крови)-

• уровень конечно-диастолического давления (КДД) в желудочке и среднего давления в предсердии-

• эффективность сокращений предсердий.

При нарушении диастолической функции ЛЖ происходит увеличение времени его изоволюмического расслабления, изменение структуры диастолического наполнения и возрастает КДД в ЛЖ и среднее давление в ЛП. При этом показатели систолической функции ЛЖ (МО, СИ, ФВ, УО, УИ и др.) остаются нормальными или малоизмененными. Отсутствует также дилатация желудочка (нормальные значения КДО).Запомните

1. Основными показателями, характеризующими систолическую функцию сердца, являются величины сердечного выброса (МО), сердечного индекса (СИ), фракции выброса (ФВ), ударного объема (УО) и ударного индекса (УИ). Уменьшение этих показателей и возрастание КДД в желудочке свидетельствует о снижении систолической функции (при условии одновременного увеличения КДО и/или КСО желудочка).2. Величина сердечного выброса и других показателей систолической функции определяется тремя основными факторами:

величиной преднагрузки-

инотропным состоянием (сократимостью) миокарда-

величиной постнагрузки.

3. Главными показателями диастолической функции желудочков являются:

• продолжительность фазы изоволюмического расслабления-

• структура диастолического наполнения желудочка (по данным допплер–ЭхоКГ)-

• уровень КДД в желудочке и среднего давления в предсердии.

4. Увеличение КДД в желудочке, давления в предсердии, продолжительности фазы изоволюмического расслабления, а также изменение структуры диастолического наполнения желудочка при малоизмененных показателях его систолической функции и нормальном КДО указывает на наличие диастолической дисфункции желудочка.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!