Гемодинамика сердца физиология

Глава 15 физиология сердца. Гемодинамика

Кровообращение обеспечивает все процессы метаболизма в организме человека и по­этому является компонентом различных функциональных систем, определяющих гомеостаз. Основой кровообращения является сердечная деятельность.

Функция сердца — резервуарная и нагнетательная: в период диастолы в нем накаплива­ется очередная порция крови, а во время систолы часть этой крови выбрасывается в боль­шой (аорту) или малый (легочную артерию) круги кровообращения. За 1 минуту у взросло­го человека выбрасывается из каждого желудочка в среднем 4,5—5,0 литров крови. Этот показатель носит название «минутный объем кровообращения» или «минутный объем кро­ви» (МОК). В расчете на площадь поверхности за 1 минуту сердце взрослого человека выбрасывает в каждый круг около 3 л/м 2 крови (МОК: 1,76 м 2 ). Этот показатель получил название «сердечный индекс».

В среднем за 70 лет жизни сердце совершает около 2600 млн. сокращений, перекачивая около 155 млн. л крови.

За весь период диастолы предсердия и желудочки наполняются кровью. Максимальный объем крови перед началом систолы желудочков составляет 140—180 мл. Этот объем по­лучил название «конечно-диастолический». Он характеризует максимальные возможности сердца как насоса. В период систолы из желудочков выбрасывается порция крови по 60—80 мл. Этот объем получил название «систолический объем». Чем он больше и чем чаще про­исходят сокращения сердца, тем выше производительность сердца как насоса. Например, если систолический объем — 70 мл, а ЧСС (число сердечных сокращений) за 1 минуту равно 70, то МОК — 4900 мл.

После изгнания крови в желудочке остается примерно 70 мл крови (или 140 – 70 = 70 мл.) Этот объем получил название «конечно-систолический объем». Он всегда имеется, т. е. сердце не способно выбросить всю содержащуюся в желудочке кровь. Конечно-систоли­ческий объем характеризует способность сердца увеличить свою производительность. При повышении сократимости сердца, например, под влиянием симпатической эфферентации возрастает систолический объем. Поэтому конечно-систолический объем принято делить на два отдельных объема: остаточный объем и резервный. Остаточный объем — это тот объ­ем, который остается в сердце даже после самого мощного сокращения. Резервный объем — это тот объем крови, который может выбрасываться из желудочка при усиленной его работе, в дополнение к систолическому объему в условиях покоя.

Систолический объем — важнейшая характеристика производительности сердца. (В ля-‘ тературе часто используют синоним «ударный объем» или «сердечный выброс».) Для нор­мирования этого показателя его рассчитывают на площадь тела, СО: 1,76 м 2 . Такой показа­тель называется ударным индексом. В норме он равен примерно 41 мл/м 2 у взрослого чело­века. Систолический объем новорожденных составляет примерно 3—4 мл. С учетом того, что ЧСС у новорожденных 140 уд/мин, в среднем МОК новорожденного равен 500 мл. Все указанные выше объемы представлены в таблице. |

Учитывая важность представленных показателей, особенно СО и МОК, в физиологии и практической медицине уже давно пытались объективно оценить эти показатели. Основная сложность — определить систолический объем. Если он известен, то по числу сердечных

Норма для взрослого

Норма для новорожденного

1. Конечно-диастолический (остаточный + резервный +систолический объемы)

2. Систолический объем— ударный объем — сердечный выброс

60—80 мл за систолу

3—4 мл за систолу

3. Ударный индекс — СО: 1,76 м кв.

4.Минутный объем кровообращения

5. Сердечный индекс — МОК: 1,76 м 2

6. Индекс кровообращения — МОК: 70 кг

сокращений можно рассчитать МОК. Применялись различные методы. Наиболее простой метод — расчетный. Так, известный физиолог Старр предложил проводить определение СО на основании замеров артериального давления и ЧСС. Формула Старра:

СО = 100 + 0,5 (пульсовое давление) — 0,6 (возраст, в годах) — 0,6 (диастолическое давление). Результат выражается в мл.

Например, если у 20-летнего человека АД = 120/80 мм рт. ст., то, по Старру, СО будет равен 100 + 0,5 х (120 – 80) – 0,5 х 20 – 0,6 х 80 = 100 + 20 – 12 – 48 = 60 мл.

Однако метод Старра в настоящее время из-за низкой объективности используется редко.

Наиболее точным методом определения МОК является метод А. Фика, основанный на определении количества кислорода, которое поступает в легкое за 1 минуту и разносится кровью к тканям. С этой целью определяется содержание кислорода в правом и левом отде­лах сердца. Например, в левом желудочке кровь содержит 200 мл кислорода на каждый литр крови, а правое предсердие, куда стекает кровь от тканей — содержит 120 мл кислоро­да на 1 литр крови. Следовательно, кровь, проходя через ткани, отдает 200 – 120 = 80 мл кислорода на каждый литр крови или 1 мл крови отдает 0,08 мл кислорода. При определе­нии установлено, что за 1 минуту испытуемый потребляет 400 мл кислорода. Для того чтобы весь этот объем разнести по тканям, требуется, чтобы левый желудочек за 1 минуту выбросил 400:0,08 = 5000 мл крови. Это и есть величина минутного объема кровотока. Зная число сокращений сердца за 1 минуту, можно рассчитать систолический объем. Например, если у человека за 1 минуту было совершено 100 сокращений, то СО равен 5000:100 = 50 мл. Метод Фика — один из самых точных методов. Но процедура получения крови из правого в левого сердца требует катетеризации отделов сердца, что достаточно сложно и небезо­пасно для жизни больного. Поэтому метод не получил большого распространения. Но он стал основой для разработки более простых объективных методов, в том числе методов разведения и методов, базирующихся на реографии.

Для определения МОК и СО используют изотопы. Для этих целей в основном применя­ют альбумин, меченный радиоктивным йодом J 131, его вводят в кровь, а концентрацию это­го изотопа в крови определяют с помощью различной аппаратуры, например, радиоциркулографа, аппарата «Гамма» и других. При этом датчик ставится в 3—4 межреберье слева от яарастернальной линии (над проекцией левых и правых отделов сердца).

Читайте также:  Низкое сердцебиение причины

В последнее время большую популярность получил метод определения СО, основан­ный на использовании тетраполярной реографии — регистрация изменения сопротивления электрическому току, проходящему между электродами, которое обусловлено кровенапол­нением. Безопасность и простота метода позволяют широко применять его в условиях прак­тического здравоохранения.

Насосная функция сердца заключается в том, что сердце при­нимает определенную порцию крови (венозный возврат) и эту же порцию крови выталкивает в выходящие из желудочков сосу­ды. Производительность сердца определяется тем количеством крови, которое приходит к нему. Если приток отсутствует, то вы­брасывать сердцу нечего.

Оба сердца — правое и левое — работают как единое целое. При рассмотрении деятельности предсердий и желудочков сердца из дидактических соображений целе­сообразно сконцентрировать вни­мание на одной половине сердца-

В норме сердце совершает в среднем 70 ударов за 1 минуту. Это означает, что 1 сердечный цикл длится 60 с: 70 = 0,8 с.

Сердечный цикл состоит из систолы желудочков, систолы предсердий и диастолы (систола — это сокращение, диастола — расслабление).

Длительность систолы пред­сердий = 0,1 с, длительность сис­толы желудочков -0,33 с. Диа­стола у предсердий длится 0,7 с, у желудочков — 0,47 с. Таким об­разом, предсердия большую часть цикла (0,7 с) находятся в состоя­нии диастолы, а у желудочков пе­риод отдыха значительно меньше. Это имеет важное значение — вследствие большой нагрузки и малого периода отдыха желудоч­ки чаще, чем предсердия, подвер­гаются патологическим процес­сам (инфаркт миокарда, ишемическая болезнь сердца и т. д.).

Систола предсердий. Сокраще­ния предсердий начинаются при распространении возбуждения от синоатриального узла по миокардиоцитам предсердий, а также по пучкам. В процесс сокращения вовлекаются все миокардиоциты — и правого, и (чуть позже) ле-

вого предсердия. В результате сжимаются устья вен, впадающих в предсердия, повышается внутрипредсердное давление — в левом до 5—8 мм рт. ст., в правом — до 4—6 мм рт. ст., а в результате вся кровь, которая за время диастолы предсердия накопилась в нем, изгоняет­ся в желудочки: примерно за всю систолу предсердий, т. е. за 0,1 с в желудочки дополни­тельно входит около 40 мл крови, около 30% от конечно-диастолического объема. Благода­ря этому, во-первых, возрастает кровенаполнение желудочков, а во-вторых, создается сила, которая вызывает дополнительное растяжение миокардиоцитов желудочка.

После окончания систолы предсердий начинаются 2 процесса: в предсердиях в течение 0,7 с имеет место диастола, а в желудочках начинается систола.

Систола желудочков. Принято систолу желудочков делить на 2 периода — период напря­жения и период изгнания крови, а диастолу на 3 периода — протодиастолический период, период изометрического расслабления, период наполнения. Все периоды, за исключением протодиастолического и периода изометрического расслабления, делятся на отдельные фазы.

Итак, систола: периоды — фазы периодов,

диастола: периоды — фазы периодов.

Принятая в литературе классификация цикла «систола-диастола» желудочков дается в таком виде:

Источник: studfile.net

Система кровообращения. Физиология сердца. Гемодинамическая структура сердца

Теория по нормальной физиологии на тему: Система кровообращения. Физиология сердца. Гемодинамическая структура сердца. Сердечный цикл, фазы…

При создании данной страницы использовалась лекция по соответствующей теме, составленная Кафедрой Нормальной физиологии БашГМУ

Функция сердца — насосная .

«Правое сердце» — качает венозную кровь , «левое сердце» — артериальную кровь .

Сокращение — систола , расслабление — диастола — заполнение камер сердца кровью.

Строение сердца

Стенка сердца состоит из 3-х слоев:

  • эпикард (наружный),
  • миокард (средний),
  • эндокард (внутренний).

Клапаны

Механическая работа сердца — необходима согласованная работа клапанов.

Атриовентрикулярные клапаны (в левом желудочке — митральный, в правом желудочке — трехстворчатый) — препятствуют обратному забросу (регургитации) крови в предсердия во время систолы желудочков.

Аортальный и легочный клапаны расположены у основания крупных артериальных стволов, препятствуют регургитации крови в желудочки при диастоле (полулунные клапаны).

Миокард состоит из отдельных клеток, но функционирует как единое целое — функциональный синцитий.

Миокард

Мускулатура — поперечно-полосатая.

Миокард предсердий и желудочков не соединяется, h=2-3 мм и состоит из 2-х слоев : наружный — циркулярный (общий для правого и левого предсердия) и внутренний — продольный (отдельный для правого и левого предсердия).

h (толщина левого желудочка) = 10-12 мм, h (правого желудочка) = 3-6 мм.

Желудочки имеют 3 мышечных слоя:

  • внутренний — продольный — во время систолы уменьшает продольный диаметр сердца,
  • средний — из круговых волокон — уменьшает поперечный диаметр сердца,
  • поверхностный — объединяет и левый и правый желудочки, 1,5 раза он окружает желудочки и сокращение этого слоя обеспечивает движение сердца вправо и вперед.

По данным электронной микроскопии миокард состоит из отдельных клеток. Местами контакта этих клеток является вставочные диски. Участок диска, где мембрана соседних клеток плотно примыкают друг другу, сливаясь в единый листок, называется нексусом .

Благодаря наличию нексусов волокна миокарда сокращаются одновременно .

Функция сердечно-сосудистой системы

Основное назначение сердечно-сосудистой системы — обеспечение кровообращения, то есть постоянная циркуляция крови в замкнутой системе сердца.

Функции сердечно-сосудистой системы:

  • транспорт веществ, необходимых для обеспечение функций клеток организма;
  • доставка к клеткам организма химических веществ, регулирующих их обмен;
  • отвод от клеток их метаболитов;
  • гуморальная связь органов и тканей между собой;
  • доставка тканям средств защиты;
  • удаление вредных веществ из организма;
  • обмен тепла в организме.
Читайте также:  Увеличенная аорта сердца

Нагнетательная функция сердца основана на чередовании расслабления (диастолы) и сокращения (систолы) желудочков.

От сердца кровь уходит по артериальным сосудам, а приходят по венозным.

Деятельность сердца: сокращение сердца наблюдается вследствие периодически возникающих процессов возбуждения в сердечной мышце.

Просчет пульса — и есть количество ПД .

Для эффективной насосной деятельности нужна синхронная работа мышечных волокон миокарда.

Кардиомиоциты

  • типичные кардиомиоциты,
  • атипичные кардиомиоциты.

Типичные (клетки рабочего миокарда, сократительные):

  • 99% m миокарда,
  • много миофибрилл, митохондрий, развит ЭПР (Ca2+).

Атипичные — клетки проводящей системы, пейсмекерные: слабо развит сократительный аппарат, обладают автоматией.

Миокард обладает рядом свойств :

  • автоматия,
  • возбудимость,
  • проводимость,
  • сократимость,
  • рефрактерность.

Сердечный цикл

Это одно полное сокращение и расслабление всех камер сердца.

  • I фаза — систола предсердий — 0,1 с.
  • II фаза — систола желудочков — 0,33 с.
  • III фаза — общая пауза — 0,37 с.

Сердечный цикл длится 0,8 с. при 75 уд/мин .

I фаза

  • давление в левом предсердии — max=8-15 мм рт.ст. (сред. значение 5-7 мм рт.ст.);
  • давление в правом предсердии — max=3-8 мм рт.ст. (сред. значение 2-4 мм рт.ст.).

Во время систолы предсердий желудочки находятся в фазе диастолы, они наполнены кровью. Давление в них = 2-3 мм рт.ст. Давление в предсердиях больше, значит кровь поступает в желудочки.

Створчатые клапаны открыты. Просвет вен закрывается вследствие сокращения гладких мышц.

II фаза

II фаза — систола желудочков — 0,33 с.

Период напряжения (0,08 с)

Фаза асинхронного сокращения (0,05 с):

  • процесс возбуждения распространяется по миокарду желудочков;
  • давление в желудочках близок к 0;
  • постепенно сокращение охватывает все волокна миокарда;
  • давление в желудочках повышается;
  • кровь устремляется обратно в предсердия;
  • но кровь в предсердия не поступает, т.к. закрываются створчатые клапаны;
  • удар клапанов — возникает I или систолический тон.

Фаза изометрического сокращения (0,03 с):

  • не происходит укорочения волокон миокарда (и створчатые, и полулунные клапаны закрыты);
  • объем крови в желудочках остается постоянным;
  • длина волокон не меняется, но увеличивается напряжение;
  • левый желудочек округляется и силой ударяется о внутреннюю поверхность грудной клетки (сердечный толчок);
  • давление в желудочках становится выше давления в аорте и легочной артерии;
  • в левом желудочке достигает 70-80 мм рт.ст., в правом — 15-20 мм рт.ст.;
  • кровь из желудочков устремляется в сосуды.

Период изгнания (0,25 с)

  • протосфигмический интервал — 0,005 с.;
  • фаза быстрого изгнания — 0,1-0,12 с.:
    • давление в левом желудочке — 120-130 мм рт.ст.,
    • давление в правом желудочке — 25-39 мм рт.ст.;
  • фаза медленного изгнания — 0,13-0,15 с.

III фаза

III фаза — диастола желудочков — 0,47 с.

Период расслабления — 0,12 с.:

  • протодиастолический интервал — 0,04 с (закрытие полулунных клапанов — II тон сердца);
  • фаза изометрического расслабления — 0,08 с (длина волокон не меняется, давление в желудочках постепенно уменьшается при закрытых клапанах и становится чуть меньше, чем в предсердиях).

Происходит открытие створчатых клапанов и начинается период наполнения.

Период наполнения — 0,25 с

  • фаза быстрого наполнения — 0,08-0,09 с (колебания стенок желудочков вследствие быстрого притока крови к ним, следовательно — появление III тона сердца);
  • фаза медленного наполнения — 0,16-0,17 с (эта фаза гемодинамически не эффективна; при ЧСС=120-140 уд/мин она отсутствует).

На этом сердечный ритм заканчивается, но диастола желудочков продолжается еще 0,1 с.

Происходит систола предсердий (пресистола для желудочков).

Пресистола — 0,1 с

Активное наполнение желудочков кровью. Предсердия нагнетают в желудочки дополнительное количество крови — возникает IV тон сердца.

Интерсистолический интервал — 0,007 с.

Диастола необходима для:

  1. обеспечения исходной поляризации кардиомиоцитов (работа Na-K насоса),
  2. удаление Ca из саркоплазмы,
  3. ресинтез гликогена и АТФ,
  4. наполнение сердца кровью.

Снова начинается новый цикл деятельности желудочков.

Гемодинамическая функция сердца

Насосная функция сердца обусловлена :

  • ритмично возникающими сокращениями миокарда,
  • строгой координацией сокращения предсердий и желудочков,
  • синхронной работой правого и левого отделов сердца,
  • надежной работой клапанов сердца,
  • особенностями физиологических свойств миокарда.

Показатели работы сердца

Сокращение миокарда

Сокращение сердца запускается ПД (потенциалом действия) .

Сократительные белки:

  • актин (тонкие нити),
  • миозин (толстые нити саркомера).

Модуляторные белки:

  • тропомиозин,
  • тропонин.

Сокращение миокарда:

Тропонин связывается с Ca2+ (из ЭПР) -> изменяется конформация тропонин-тропомиозинового комплекса -> открываются актиновые центры -> взаимодействие актиновых и миозиновых нитей (сокращаются).

Одновременно:

Стимулируется АТФ-ой активности актомиозиновых мостиков -> распад АТФ -> выделение энергии для скольжения нитей относительно друг друга -> сокращение миофибрилл.
При отсутствии Ca2+ сокращения не будет.

Источник: medfsh.ru

Гемодинамика сердца физиология

Кровообращением называется движение крови по сосудистой системе. Оно обеспечивает газообмен между организмом и внешней средой, обмен веществ между всеми органами и тканями, гуморальную регуляцию различных функций организма и перенос образующегося в организме тепла. Кровообращение является процессом, необходимым для нормальной деятельности всех систем организма, в первую очередь – центральной нервной системы. Раздел физиологии, посвященный закономерностям течения крови по сосудам, называется гемодинамикой, основные законы гемодинамики основаны на законах гидродинамики, т.е. учения о движении жидкости в трубках.

Законы гидродинамики приложимы к системе кровообращения только в известных пределах и только с приблизительной точностью. Гемодинамика – это раздел физиологии о физических принципах, лежащих в основе движения крови по сосудам. Движущей силой кровотока является разница давления между отдельными участками сосудистого русла: кровь течет от области с б?льшим давлением к области с меньшим давлением. Этот градиентдавления служит источником силы, преодолевающей гидродинамическое сопротивление. Гидродинамическое соп­ротивление зависит от размеров сосудов и вязкости крови.

Читайте также:  Лекарства при стенокардии сердца

Основные гемодинамические показатели.

1. Объемная скорость движения крови. Кровоток, т.е. объем крови, проходящей за единицу времени через кровеносные сосуды в каком-нибудь отделе кровеносного русла, равен отношению разности средних давлений в артериальной и венозной частях этого отдела (или в любых других частях) к гидродинамическому сопротивлению. Объемная скорость кровотока отражает кровоснабжение какого-либо органа или ткани.

В гемодинамике этому гидродинамическому показателю соответствует объемная скорость крови, т.е. количество крови, протекающее через кровеносную систему в единицу времени, другими словами – минутный объем кровотока. Поскольку кровеносная система замкнутая, то через любое поперечное сечение ее в единицу времени проходит одно и то же количество крови. Кровеносная система состоит из системы ветвящихся сосудов, поэтому суммарный просвет растет, хотя просвет каждого разветвления постепенно уменьшается. Через аорту, также как через все артерии, все капилляры, все вены в минуту проходит один и тот же объем крови.

2. Второй гемодинамический показательлинейная скорость движения крови.

Вы знаете, что скорость истечения жидкости прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна сопротивлению. Следовательно, в трубках различного диаметра скорость течения крови тем больше, чем меньше сечение трубки. В кровеносной системе самым узким местом является аорта, наиболее широким капилляры (напомним, что мы имеем дело с суммарным просветом сосудов). Соответственно этому кровь в аорте движется гораздо быстрее – 500 мм/сек, чем в капиллярах – 0,5 мм/сек. В венах линейная скорость кровотока снова возрастает, так как при слиянии вен друг с другом суммарный просвет кровяного русла суживается. В полых венах линейная скорость кровотока достигает половины скорости в аорте (рис. ).

Линейная скорость различна для частиц крови, продвигающихся в центре потока (вдоль продольной оси сосуда) и у сосудистой стенки. В центре сосуда линейная скорость максимальна, около стенки сосуда она минимальна в связи с тем, что здесь особенно велико трение частиц крови о стенку.

Результирующая всех линейных скоростей в различных частях сосудистой системы выражается временем кругооборота крови. Она у здорового человека в покое равна 20 секундам. Это значит, что одна и та же частица крови проходит через сердце каждую минуту 3 раза. При напряженной мышечной работе время кругооборота крови может уменьшаться до 9 секунд.

3. Сопротивление сосудистой системы – третий гемодинамический показатель. Протекая по трубке, жидкость преодолевает сопротивление, которое возникает вследствие внутреннего трения частиц жидкости между собой и о стенку трубки. Это трение будет тем больше, чем больше вязкость жидкости, чем уже ее диаметр и чем больше скорость течения.

Под вязкостью обычно понимают внутреннее трение, т. е. силы, влияющие на течение жидкости.

Однако следует учитывать, что существует механизм, препятствующий значительному повышению сопротивления в капиллярах. Он обусловлен тем, что в наиболее мелких сосудах (диаметром меньше 1 мм), эритроциты выстраиваются в так называемые монетные столбики и по­добно змее двигаются по капилляру в оболочке из плазмы, почти не контактируя со стенками капилляра. В результате этого условия кровотока улучшаются, и этот механизм частично препятст­вует значительному повышению сопротивления.

Гидродинамическое сопротивление зависит и от размеров сосудов от их длины и поперечного сечения. В суммарном виде уравнение, описывающее сосудистое сопротивление представляет следующее (формула Пуазейля):

R = 8?L/πr 4

где ? – вязкость, L – длина, π = 3,14 (число пи), r – радиус сосуда.

Кровеносные сосуды оказывают значительное сопротивление току крови, и сердцу приходится большую часть своей работы тратить на преодоление этого сопротивления. Основное сопротивление сосудистой системы сосредоточено в той ее части, где происходит разветвление артериальных стволов на мельчайшие сосуды. Однако максимальное сопротивление представляют самые мельчайшие артериолы.

Причина заключается в том, что артериолы, имея почти такой же диаметр, как и капилляры, в общем длиннее и скорость течения крови в них выше. При этом величина внутреннего трения возрастает. Кроме того, артериолы способны к спазмированию. Общее сопротивление сосудистой системы все время увеличивается по мере удаления от основания аорты.

Давление крови в сосудах.

Это – четвертый, и самый важный гемодинамический показатель, так как его легко измерить.

Если ввести в крупную артерию животного датчик манометра, то прибор обнаружит давление, колеблющееся в ритме сердечных сокращений около средней величины, равной примерно 100 мм рт ст. Существующее внутри сосудов давление создается работой сердца, нагнетающего кровь в артериальную систему в период систолы. Однако, и во время диастолы, когда сердце расслаблено и работы не производит, давление в артериях не падает до нуля, а лишь немного западает, сменяясь новым подъемом во время следующей систолы. Таким образом, давление обеспечивает непрерывный ток крови, несмотря на прерывистую работу сердца. Причина – в эластичности артерий.

Величина артериального давления определяется двумя факторами: количество крови, нагнетаемой сердцем, и сопротивлением, существующим в системе:

P = QR

Ясно, что кривая распределения давления в сосудистой системе должна явиться зеркальным отражением кривой сопротивления. Так, в подключичной артерии собаки Р = 123 мм рт. ст., в плечевой – 118 мм, в капиллярах мышц 10 мм, лицевой вене 5 мм, яремной – 0,4 мм, в верхней полой вене – 2,8 мм рт ст.

Среди этих данных обращает на себя внимание отрицательная величина давления в верхней полой вене. Она означает, что в непосредственно прилегающих к предсердию крупных венозных стволах давление меньше атмосферного. Создается оно присасывающим действием грудной клетки и самого сердца во время диастолы и способствует движению крови к сердцу.

Источник: studopedia.ru