Возбуждение и сокращение сердца.
ГЛАВА 7 ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
1. Строение сердца
2. Строение и функция сердечной мышцы.
3. Проводящая система сердца.
4. Возбуждение и сокращение сердца.
5. Экстрасистола.
6. Сердечный цикл
7. Диаграмма Виггера
8. Регуляция сердечного ритма.
Строение сердца.
Сердечно-сосудистая система состоит из сердца, кровеносных сосудов и крови. Еe основная функция – транспорт различных материалов ко всем частям тела и обратно. Сердце накачивает кровь и обеспечивает ее циркуляцию по кровеносным сосудам. Кровь отводится от сердца по артериям и возвращается к сердцу по венам.
Сердце имеет четыре камеры. Два предсердия служат резервуарами для крови, возвращающейся в сердце. Два желудочка - это насосы, которые продвигают кровь по кровотоку. Перегородка разделяет сердце на правую и левую стороны.
Правое предсердие - это резервуар, обслуживающий правый желудочек, который качает кровь в малый круг кровообращения через легочную артерию. Кровь возвращается из легких в левое предсердие по легочным венам. Левый желудочек продвигает кровь через аорту ко всем другим органам тела через системный круг кровообращения.
Правая часть сердца продвигает дезоксигенированную (не насыщенную кислородом) кровь в легкие, а левая часть сердца продвигает оксигенированную (насыщенную кислородом) кровь к тканям.
Выброс крови из левого желудочка осуществляется при более высоком давлении. В малом круге кровообращения кровь находится при низком давлении.
|
|
|
Односторонние клапаны между предсердиями и желудочками, между желудочками и их артериями, а также внутри системных вен гарантируют, что кровь в кровеносной системе течет в одном направлении.
Стенки сердца состоят из трех слоев: внешнего слоя (эпикарда), среднего слоя (миокарда) и внутреннего слоя (эндокарда).
В эпикарде важных физиологических особенностей нет. Он представляет собой серозную оболочку, выстланную на свободной поверхности мезотелием и включающий нервы, кровеносные сосуды сердца, а также жировую ткань.
В норме он отделен щелью от наружной соединительнотканной оболочки – перикарда, который образует замкнутую околосердечную сумку с серозной жидкостью, которая облегчает скольжение сердца в грудной полости во время сокращений.
Средний слой (миокард) функционально является основным компонентом сердца и самым толстым слоем из всех трех слоев сердца. Он состоит из кардиомиоцитов с различными направлениями мышечных волокон. Волокна сердца образуют единую длинную пластинку миокарда, скрученную по спирали.
Эндокард - это самый внутренний слой сердца, выстилающий камеры и простирающийся над выступающими структурами, такими как клапаны, сухожильные хорды и сосочковые мышцы.
|
|
|
Сухожильные нити представляют собой похожие на сухожилия фиброзные тяжи соединительной ткани, которые соединяют сосочковые мышцы желудочков с трикуспидальным клапаном и митральным клапаном в сердце.
Во время систолы предсердий кровь течет от предсердий к желудочкам по градиенту давления. Сухожильные хорды расслаблены, потому что атриовентрикулярные клапаны открыты.
Во время систолы желудочков, повышенное артериальное давление в них приводит к одновременному закрытию AV-клапанов, предотвращая обратный ток крови в предсердия. Поскольку артериальное давление в предсердиях намного ниже, чем в желудочках, клапаны пытаются вывернуться в области низкого давления. Сухожильные хорды предотвращают это выворачивание (пролапс клапанов), становясь напряженными, они тянут за края клапанов, удерживая их в закрытом положении.
Строение и функция сердечной мышцы.
Сердечная мышца образует стенки сердца, а также находится в полой вене, в стенках легочных вен.
Сердечная мышца имеет поперечно-полосатую структуру. В световом микроскопе видны A (анизотропные, темные) и I (изотропные, светлые) полоски, что указывает на наличие саркомеров. А-полоски образованы миозином, I-полоски актином.
|
|
|
В сердечной мышце происходят те же этапы мышечного сокращения, что и в скелетной, которые начинаются с деполяризации клеточной мембраны и проведения потенциала действия внутрь мышечной клетки через Т-канальцы. Когда саркоплазматический ретикулум высвобождает ионы кальция, они связываются с тропонином, сдвигая тропомиозин и открывая участки связывания актина и миозина. После образования «поперечного мостика» головка миозина сгибается, вытягивая актиновые нити и вызывая сокращение мышцы. А затем кальций, возвращается в саркоплазматический ретикулум кальциевой АТФазой ( S ERCA), и сердечная мышца начинает расслабляться.
Итак, в целом, в сердечной и скелетных мышцах происходят одни и те же события. Но сердечная мышца должна очень быстро перемещать кальций в саркоплазму и из саркоплазмы, чтобы быть готовой к следующему удару.
Поэтому транспорт кальция осуществляется двумя способами.
1) перемещение кальция из саркоплазматического ретикулума и обратно по аналогии со скелетной мышцей.
|
|
|
2) перемещение ионов кальция из внеклеточной жидкости и обратно в нее.
Каковы другие характеристики клеток сердечной мышцы? Клетки сердечной мышцы имеют тупой конец, где происходит механическое соединение - нексусы (вставочные диски). В них очень много белка, и вы можете видеть это как темные линии, проходящие поперек направления клеток. Эти диски позволяют соседнему кардиомиоцитам притягиваться друг к другу при сокращении.
Кардиомиоциты также связаны электрически. Электрические связи образуются в области нексуса и представляют собой типичные электрические синапсы с неселективными ионными каналами. Через этот электрический синапс кальций из одной клетки перемещается в другую клетку. Это вызывает высокую электрическую проводимость (или низкое сопротивление) между миоцитами.
И еще одна особенность. Клетки сердечной мышцы (миоциты) образуют сильно разветвленную сеть. И из-за большого количества щелевых контактов кардиомиоциты сокращаются синхронно. При наличии всего лишь одного адекватного стимула для потенциала действия в одном миоците происходит быстрое распространение возбуждения на все миоциты. Это известно как электрический ответ сердца по принципу "все или ничего".
Проводящая система сердца.
Изолированное сердце при снабжении его питательным раствором способно сокращаться вне организма продолжительное время. Автоматия это способность сердца к ритмическим сокращениям под действием возникающих в нем импульсов.
Такая активность сердца связана с наличием проводящей системы сердца которая состоит из атипичной мышечной ткани. Атипичные миоциты имеют белый цвет (нет миоглобина), они не могут сокращаться (нет актина и миозина), но способны генерировать спонтанную ритмическую активность. Клетки-пейсмекеры проводящей системы спонтанно генерируют потенциалы действия, которые распространяются по всему миокарду через нексусы.
Синоатриальный узел - это нормальный водитель ритма сердца, источник каждого нормального сердцебиения. Узел представляет собой набор специализированных миоцитов рядом с местом, где верхняя полая вена входит в стенку правого предсердия. Человек находится в нормальном синусовом ритме, когда сердечное возбуждение распространяется от СА-узла по всей проводящей системе. Собственный ритм возбуждения СА-узла составляет около 100 уд / мин. Но нормальный парасимпатический тонус снижает частоту активации СА-узла примерно до 70 ударов в минуту в состоянии покоя.
Атриовентрикулярный (АВ) узел - единственная электрическая связь между предсердиями и желудочками. Он характеризуется очень медленной электрической активностью, что гарантирует завершение сокращения предсердий до активации желудочков. AВ-узел является частью желудочковой проводящей системы, которая состоит из атриовентрикулярного пучка (пучка Гиса), левой и правой ветвей пучка и системы волокон Пуркинье. Потенциалы действия быстро распространяются по мышце желудочка через щелевые соединения между соседними миоцитами.
В сердце существует «иерархия» центров автоматизма. Согласно закону градиента автоматии, степень автоматизма части сердца тем выше, чем ближе ее расположение к синусно-предсердному узлу. Синоатриальный узел определяет частоту сердечной деятельности. Он генерирует импульсы с самой высокой частотой (100 имп/мин) и подчиняет основные структуры проводящей системы сердца, форсируя ритм.
Разность мембранных потенциалов клеток СА-узла и других пейсмекеров подвергается спонтанной деполяризации, что называется пейсмекерным потенциалом или диастолической деполяризацией. Максимальная разность мембранных потенциалов в пейсмекерных клетках составляет около -60 мВ, но у них нет стабильного периода мембранного потенциала покоя. Во время диастолы в кардиомиоцитах происходят метаболические процессы, вызывающие открытие натриевых каналов. Начинается ток натрия в клетки-пейсмекеры, который приводит к диастолической деполяризации. Когда потенциал пейсмекера достигает порогового напряжения около -40 мВ, открываются кальциевые каналы, и в клетках CA-узла начинается быстрая деполяризация. После этого происходит реполяризация. И потом снова деполяризация без состояния покоя.
Возбуждение и сокращение сердца.
Главная функция сердца – насосная.
Сокращение сердца происходит за счет того же механизма скольжения миофиламентов, что и в скелетных мышцах.
Сокращение начинается с возбуждения (потенциала действия) кардиомиоцитов.
Типичные (сократительные) кардиомиоциты не обладают автоматией, им необходим сигнал от проводящей системы или от соседних миоцитов.
Выделяют пять фаз потенциала действия сократительного (типичного) кардиомиоцита:
• Состояние стабильного мембранного потенциала покоя (на схеме фаза 4) - это интервал между потенциалами действия, когда сердечная мышца расслаблена. Каналы Na+ и Ca2+ закрыты.
• Быстрая деполяризация (фаза 0) происходит сразу после стимуляции (от узла SA или через вставочные диски). Здесь происходит быстрое открытие Na+ каналов. Мембранный потенциал быстро изменяется от своего значения покоя примерно -90 мВ до пика примерно +30 мВ. •Частичная реполяризация мембранного потенциала (фаза 1) от его пикового значения +30 мВ до примерно 0 мВ, потому что каналы Na+ закрываются, а каналы K+ открываются.
• Фаза плато (фаза 2) представляет собой резкое замедление реполяризации. Здесь каналы Ca2 + открываются, и приток Ca2 + электрически уравновешивается оттоком K +.
• Реполяризация (фаза 3)- это возврат мембранного потенциала обратно к значению покоя, потому что каналы Ca2+ закрываются и отток K+ и активность Na/K-насоса возвращают исходные значения мембранного потенциала.
Рефрактерные периоды кардиомиоцита в целом такие же, как и у нервной клетки (повторить).
Потенциал действия кардиомиоцитов имеет длительный рефрактерный период. Рефрактерный период - это период, когда кардиомиоцит не может инициировать второй потенциал действия. Абсолютный рефрактерный период рабочего кардиомиоцита почти в 100 раз больше, чем абсолютный рефрактерный период волокон скелетных мышц, он составляет около 250 мс.
Существует строго определенное по времени соотношение между потенциалом действия кардиомиоцита, его механической реакцией (или фазами сокращения и расслабления, или систолой и диастолой) и графиком возбудимости кардиомиоцитов. В состоянии покоя мембранный потенциал покоя составляет около -90 мВ, сокращения нет, возбудимость нормальная (100%). После деполяризации сердечной мышцы начинается ее сокращение (систола) и происходит изменение возбудимости - она падает до 0, и начинается абсолютный рефрактерный период. Абсолютный рефрактерный период длительный (около 200 мс) и соответствует по времени периоду систолы. После этого возбудимость постепенно восстанавливается, но остается ниже нормы - относительный рефрактерный период. Это в начале диастолы. После фазы относительной рефрактерности наступает переходная фаза повышенной возбудимости сердечной мышцы, а затем возбудимость возвращается к исходному уровню.
Какова биологическая цель длительного рефрактерного периода сердечной мышцы?
Давайте сначала посмотрим на сокращения скелетных мышц. Если мы стимулируем мышцу серией электрических импульсов с длинными интервалами между ними, тогда каждый импульс вызывает одно сокращение. При высокой частоте стимуляции мышца не успевает расслабиться между раздражителями, и мы наблюдаем зубчатый или гладкий тетанус.
И это эффективно для работы скелетных мышц, но не эффективно для сердечной мышцы.
Для нормальной работы сердца требуется только единичное сокращение.
Тетанус в сердце может привести к смерти, поскольку он препятствует ритмичному перекачиванию крови. У крови не будет времени заполнить сердечные камеры, и насосная функция сердца станет неэффективной из-за снижения сердечного выброса.
Таким образом, длительный рефрактерный период сердечной мышцы предотвращает возникновение тетануса и гарантирует, что за каждым сокращением следует время, достаточное для того, чтобы камеры сердца наполнились кровью перед следующим сокращением.
Экстрасистола
Нормальная частота сердечных сокращений определяется синусно-предсердным узлом. Но иногда возникают сердцебиения, которые происходят вне обычного ритма сердца, их называют «экстрасистолы». Экстрасистолия - это дополнительные сокращения сердца, которые возникают при электрическом возбуждении вне СА-узла. Экстрасистолия – это одна из форм аритмии.
Итак, экстрасистолы - это дополнительные сокращения сердца, возникающие после действия внешнего для СА-узла стимула.
Но результат стимуляции зависит от фазы сердечного цикла.
Сердце не отвечает, если стимуляция применяется во время систолы, то есть в течение периода абсолютной рефрактерности.
С развитием диастолы возбудимость сердца начинает восстанавливаться и наступает фаза относительной рефрактерности. Применение в это время сильных раздражителей может вызвать необычное сокращение сердца - экстрасистолию.
Пауза, которая следует за экстрасистолией, длится дольше обычного и называется компенсаторной паузой.
Экстрасистолы часто встречаются у здоровых людей с нормальным сердцем, они наблюдаются при 24-часовом холтеровском мониторировании более чем у 40-75% здоровых взрослых. Их провоцируют эмоциональное напряжение, алкоголь, наркотики.
Они также могут возникать после инфаркта миокарда, гипертрофической кардиомиопатии и сердечной недостаточности.
Сердечный цикл
Сердечный цикл – это последовательность процессов, происходящих за одно сокращение сердца и его последующее расслабление. Он состоит из 5 фаз: систола предсердий, изоволюмическое сокращение желудочков, выброс желудочков, изоволюмическое расслабление, диастола желудочков.
1. Систола предсердий. Предсердия сжимаются и перекачивают кровь. Желудочки, уже частично заполненные, получают последние ~ 30% крови, так что конечный объем покоя составляет примерно 130 мл. Продолжительность этой фазы 0,1 с.
2. Изоволюмическое сокращение желудочков (напряжение). Желудочки начинают сокращаться. Первоначальное сокращение увеличивает давление в желудочке, закрывая клапаны AV. Кровь находится под давлением. Объем желудочков без изменений. Эта фаза составляет 0,1 с.
3. Желудочковый выброс (изгнание). Полулунные клапаны открываются, когда желудочковое давление превышает давление в аорте и легочной артерии. Затем следует желудочковый выброс (систола) крови. Эта фаза составляет 0,25 с.
4. Изоволюмическое расслабление. Желудочки расслаблены. Полулунные клапаны закрываются, когда желудочки расслабляются и давление в желудочках уменьшается. Предсердия наполняются кровью на протяжении всей систолы желудочков, обеспечивая быстрое наполнение желудочков в начале следующего диастолического периода. Продолжительность этой фазы 0,1 с.
5. Желудочковая диастола (наполнение). Желудочки расслаблены. Атриовентрикулярные клапаны открываются, когда давление в желудочках падает ниже предсердного, и желудочки заполняются. Продолжительность этой фазы 0,35 с.
Диаграмма Виггера
Диаграмма Виггерса показывает взаимосвязь электрических и механических событий во время сердечного цикла. На диаграмме Виггерса ось X используется для отметки времени, а ось Y содержит информацию по следующим пунктам:
• Электрокардиограмма
• Давление крови в
-аорте
-желудочках
-предсердиях
• Желудочковый объем
• Тоны сердца (фонокардиограмма)
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!