2 курс / Нормальная физиология / Новые_теории_деятельности_сердца_и_мышечного_сокращения_Завьялов

3.4. Биомеханическая деятельность сердца и венозной системы

Шведский ученый С.G. Sundberg [46, с. 54], введя контрастное вещество в область предсердно–желудочковой борозды, что соответствует плоскости клапанов сердца животного, произвел рентгенокимографию через вертикальную щель и получил результаты, свидетельствующие о направленных к верхушке движениях основания желудочков в момент систолы желудочков.

Амплитуда этих движений весьма значительна. Н. Laurell (1928), комментируя рентгенокимографические данные С.G. Sundberg и свои собственные наблюдения, развивает теорию поршневого действия плоскости клапанов, которые образуют функциональную предсердно–желудоч- ковую перегородку. Движущуюся перегородку в системе предсердие–желудочекН.Laurellименуетнасоснымпорш-

нем («Pumpenkolbe») [42, с. 54].

Подводя итоги представленным выше материалам, попробуем создать фазовую, функциональную модель–схему механической деятельности сердца как насоса, перемещающего кровь по организму.

Модель (рис. 3.19) содержит следующие объективные положения:

1)принцип постоянства емкости: герметичная полость перикарда практически нерастяжима и имеет постоянный объем: в эксперименте при увеличении давления в перикарде собаки от 30 до 105 мм рт. ст. объем перикарда не изме-

нялся [41, с. 219];

2)сердце висит в перикардиальной полости на выходящих из него сосудах: верхняя часть предсердий закреплена на венозных сосудах, которые прочно закреплены в грудной полости (постоянная фиксация верхней поверхности предсердий), кроме верхней поверхности предсердий, сердце (предсердия и желудочки) не соединяется со стенками гер-

101

метичной перикардиальной полости (между ними – виртуальная щель);

3)расслабленное сердце (отсутствие напряжения миокарда) занимает практически все внутреннее пространство перикардиальной полости (виртуальная щель) за исключением борозд, в которых расположены коронарные сосуды, создавая некоторое воздушное пространство с отрицательным давлением по всей свободной поверхности контакта;

4)в грудной клетке изначально отрицательное давление, как и в системе легких, которое притягивает стенки сердца к стенкам перикарда по всей свободной поверхности перикардиальной полости;

5)сокращение миокарда предсердий или желудочков (сокращаются только поочередно) при работе сердца уменьшает их объем, увеличивая герметичную перикардиальную полость (пространство между миокардом и перикардом),

вней стремительно увеличивается вакуум по закону Бойля– Мариотта, согласно которому в герметичной емкости давление обратно пропорционально объему:

P1/P2=Q2/Q1,

где P – давление, Q – объем.

6)во время систолы предсердий желудочки, увеличиваясь в объеме, прижимаются к стенкам перикарда;

7)конструктивно сердце имеет два раздела – предсердный и желудочковый, они жестко разделены предсердно–же- лудочковой перегородкой. Перемещение перегородки обратно пропорционально влияет на объемы разделов: уменьшение одного (систола) влечет увеличение другого (диастола).

На основании построенной механической модели деятельности сердца можно объяснить организацию его насосной функции (рис. 3.19). Все фазы работы сердца у здорового человека имеют четко законченный вид. Фазы покоя обусловлены завершением подготовки к очередной актив-

102

ной фазе, а клапаны в это время закрыты потому, что давление в желудочках несколько больше, чем в предсердиях, значительно меньше, чем в аорте и легочном стволе.

Рис. 3.19. Механическая схема работы сердца как насоса (а)

иотражение фаз его деятельности на ЭКГ (б): 1) сердце в покое (исходная позиция); 2) систола предсердий (зубец P на ЭКГ)

прижимает перегородку к себе, увеличивая объем желудочков; 3) покой (предсердия уменьшились, а желудочки увеличились (сегмент P–q на ЭКГ)); 4) систола желудочков, диастола предсердий (зубцы qRST на ЭКГ – желудочки растягивают предсердия увеличивая их объем); 5) диастола желудочков (зубец u на ЭКГ – упругая деформации предсердий возвращает их в исходную позицию, принцип «catapult»); 6) (она же 1 фаза) – сердце в покое: исходное состояние для начала следующего цикла (сегмент u–P на ЭКГ)

Проанализируем механическую схему работы сердца как насоса (рис. 3.19). Превышение давления в желудочках над давлением в предсердиях в фазах 1, 3, 6 обусловлено инерционным движением крови во время наполнения желудочков (в фазах 2 и 5). Когда упругая деформация предсердий завершилась, кровь еще мгновение продолжает движение, создавая конечную разность давлений между желудочками и предсердиями (окончание фазы 5). По тому же инерционному закону превышение давления в желудочках над давлением в предсердиях происходит и в фазе 3 после окончания фазы 2.

103

Анализ фаз деятельности сердца мы проведем синхронно с электрокардиограммой (ЭКГ) и фонокардиограммой (ФКГ) (рис. 3.20). На ЭКГ фазы 6 – 1 (конец– начало сердечного цикла) отражены изолинией перед зубцом P. Продолжительность фазы 6–1 зависит от продолжительности сегмента u–P, который в свою очередь отражает зависимость от продолжительности сердечного цикла. Учащение сердечного ритма происходит в первую очередь укорочением этого сегмента.

Рис. 3.20. Синхронная регистрация ЭКГ, ФКГ и фаз сердечной деятельности: I тон – закрытие атриовентрикулярных клапанов и открытие клапанов аорты и легочного ствола (систола желудочков); II тон – закрытие клапанов аорты, легочного ствола и открытие атриовентрикулярных клапанов (конец систолы желудочков и начало их диастолы); III тон – закрытие атриовентрикулярных клапанов (конец диастолы желудочков); IV тон – закрытие атриовентрикулярных клапанов (конец систолы предсердий)

3 фаза (фаза покоя) необходима, чтобы предсердия

ижелудочкинемоглисокращатьсяодновременно(этоочень опасно для жизни). Конструктивно природа опасную ситуацию исключает задержкой проведения импульса между предсердиями и желудочками: это стратегическая задержка

исоответствует на ЭКГ сегменту P–q (рис. 3.21).

104

Звуковое сопровождение деятельности сердца фиксирует ФКГ, отражая колебания при открытии и закрытии клапанов сердца. Сила этих звуков зависит от интенсивности процессов, а выявление тонов зависит от слуха исследователя (I и II тоны) и качества приборов усиления (I, II, III, IV тоны). Номера тонов идут не по порядку, а по мере того, как их исторически выявляли. Развитие этого объективного метода еще не закончено. Необходимо усовершенствовать фонокардиографы для выявления колебания открытия клапанов в начале систолы предсердий (фаза 2).

Сокращение миокарда предсердий (фаза 2, зубец P, рис. 3.21) уменьшает как внешний, так и внутренний объем предсердий, перемещает кровь под давлением в расслабленные желудочки, при этом растягивают их потому, что стенки желудочков не могут оторваться от стенок перикарда, так как поток крови прижимает внешние стенки желудочков к стенкам перикарда. Вследствие указанных причин предсердно–желудочковая перегородка смещается в сторону предсердий за счет увеличения объема желудочков. Длительность 2 фазы – 0,1 с [18, с.70].

Рис. 3.21. Соотношения между зубцом P, сегментом PQ,

иинтервалом PQ на ЭКГ [18, с.73]: зубец P –2 фаза, сегмент PQ – 3 фаза деятельности сердца

Миокард предсердий, сокращаясь, закрывает входные венозные отверстия полых вен и в итоге повышения давления через атриовентрикулярные клапаны дополняет кровь в желудочки, растягивая их перед систолой для реализации известного закона Франка–Старлинга (сила сокращения желудочков сердца является функцией длины мышечных волокон перед сокращением [27, с. 85]). Этот закон реализуется именно за счет этой фазы – чем сильнее сокра-

105

щение предсердий, тем объемнее наполняются желудочки, тем больше растягивается их миокард, тем сильнее сокращаются желудочки.

Фаза 3 отражает состояние сердца перед систолой желудочков длительность ее составляет 0,08–0,1 с [18, с. 72]. Все клапаны закрыты. Миокард желудочков растянут предсердной систолической порцией крови, поэтому давление в них превышает давление в предсердиях за счет сжатия крови упругой деформацией миокарда желудочков, но значительно ниже, чем в аорте и легочном стволе.

Ключевой фазой в деятельности сердца является самая продолжительная (0,35–0,44 с [18, с. 79]) 4 фаза – одновременная систола желудочков и диастола предсердий. На ЭКГ это комплекс QRST, а на ФКГ – I–II тоны. I тон регистрирует открытие аортального и легочного клапанов, а II тон – их закрытие и открытие предсердно–желудочковых клапанов для начала наполнения желудочков.

В 4 фазе предсердно–желудочковая перегородка стремительно смещается к верхушке сердца, растягивая предсердия и создавая в них отрицательное присасывающее давление потому, что стенки желудочков не могут оторваться от стенок перикарда (вакуум в 5–й камере – перикардиальной полости [10]).

Эта фаза – самый мощный энергетический период проявления работы сердца. В это время венозная кровь устремляется в предсердия, при этом приток крови в них обязательно будет равен количеству крови, выбрасываемой желудочками в аорту и легкие. Выброс из желудочков и наполнение предсердий происходят одновременно. В это время желудочки не только выполняют свою основную функцию (выбрасывают кровь из себя для перемещения ее по артериальной системе), но и готовят условия для быстрого своего наполнения (диастолы), перемещая кровь по всей венозной системе к сердцу в предсердия.

106

5 и 4 фазы энергетически и функционально тесно связаны между собой. В 5 фазе для наполнения желудочков энергия уже запасена вовремя растяжения (упругой деформации) предсердий, которые мощно и быстро выдавливают кровь в желудочки по принципу «catapult» (рогатка, рис. 22), мощно растягивая миокард желудочков. Давление в предсердиях выше, чем в венах, потому что кровь в них сжата упругой деформацией возвращающихся в исходное положение предсердий.

Рис. 3.22. Диастола желудочков по принципу «catapult» – «рогатки»: а) систола желудочков, диастола предсердий; б) диастола желудочков. 1 – сухожильное сращение перикарда с диафрагмой; 2 – правый желудочек; 3 – правое предсердие; 4 – левое предсердие; 5 – левый желудочек; 6 – миокард

желудочков; 7 – перикард

Растяжение миокарда желудочков предсердиями вызывает в нем генерацию электрического тока, который регистрируется на ЭКГ в виде зубца u продолжительностью 0,2 с. После физической нагрузки амплитуда зубца u увеличивается в связи с более мощной диастолической фазой [9]. Более выраженно эта фаза выявляется на ФКГ между II и III тонами. II тон ФКГ возникает при закрытии аортального, легочного и открытии предсердно–желудочковых клапанов: без паузы начинается стремительное (0,2 с) диастолическое наполнение желудочков. III тон появляется по причине закрытия трехстворчатого и митрального клапана (окончание диастолы желудочков), в которых давление крови в этот момент превышает давление в предсердиях из–за инерционного движения крови после достижения равенства давлений в сообщающихся полостях.

107

3.5. Причины ошибок исследователей деятельности сердца

ПомнениюК.Б.Тихонова,движениясердцавзонеоснования желудочков (предсердно–желудочковая борозда) следуетрассматриватьснадлежащейполнотой,таккаконоимеют большое функциональное значение. Эта область, нередкоименуемаяплоскостьюклапанов,издавнабылапредметом внимания анатомов, физиологов и рентгенологов [26, с. 54].

Действительно, движения элементов сердечных структур предсердий, желудочков, верхушки сердца, его основания, клапанов связаны с силовыми проявлениями миокарда, влияющими на наполнение, опорожнение сердца, т. е. на его насосную функцию – перемещение крови в артериальной и венозной системах организма, и объединяющимися одной фразой «теория деятельности сердца».

Большое количество открытий и подтверждающих экспериментов были сделаны благодаря опытам над лягушками. Неизгладимое впечатление на автора произвели лабораторные работы по физиологии с изолированным сердцем лягушки в Белорусском институте физкультуры (преподаватель профессор Е. Семкин). Ожившее сердце на штативе! В знак глубокого уважения студенты–медики на собственные средства установили памятники лягушке в Париже и Токио.

Однако неадекватное обобщение полученных результатов в экспериментах на изолированном сердце ввели в заблуждение большое количество ученых, занимающихся теорией сердца. Дело в том, что оно свою механическую деятельность как насос проявляет эффективно только в целом организме и, как это мы увидели выше, взаимодействует со многими его образованиями. Изучение изолированного сердца даже в перикарде, который отделен от структур грудных образований, тоже ведет себя неадекватно и создает впечатление «сорочки», а не 5–й функциональной пневмокамеры сердца. Первые и порой неосознанные впечатления о том,

108

чтоприсистолическихсокращенияхжелудочковсердце(верхушка) естественно перемещается вверх при неподвижности предсердно–желудочковой перегородки, к сожалению, остаются на всю научно–практическую жизнь (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Изолированное сердце лягушки: 1 – верхушка сердца во время диастолы; 2 – амплитуда смещения верхушки сердца при систоле желудочка: 3 – предсердно–желудочковая перегородка

Но вот исследования целого организма показали несколько другую картину. Обратимся к литературному обзо-

ру К.Б. Тихонова [26, с. 53–56].

ПомнениюН.Laurell(1928)[42,с.54],подтверждаемому и другими авторами, в систоле закрытый атриовентрикулярный клапан (например, трикуспидальный) резко и на большое расстояние, смещаясь к верхушке, вызывает растяжение полости предсердия, фиксированного в своем положении крупными венами, впадающими в него. При этом давление в предсердии резко падает, и в него устремляется кровь из этих вен. В диастоле открывшиеся­ створки атриовентрикулярного клапана позволяют так называемой предсердно– желудочковой перегородке, или, точнее, плоскости клапанов, проходитьчерезобъемкрови,находящейсявпредсердии.Таким образом, она оказывается в полости желудочка. В систоле желудочка сдвигание перегородки к верхушке редуцирует (уменьшает) его полость и способствует изгнанию крови в отводящий сосуд (легочную артерию).

109

Weber (1936) [47, с. 55] доказал существование таких движений путем рентгенокимографии сердца лягушки при введении в него торотраста. Таким образом, и лягушка не является исключением.

Одной из главных причин ошибок при изучении деятельности сердца является то, что анатомы не связывают функционально перикардиальную полость с сердечными механизмами, и при описании сердца перикард отсутствует. Например, у В.П. Воробьева находим: «Сердце, cor (cardia) представляет собой полый орган с хорошо развитыми мышечными стенками. Оно располагается в среднем средостении, лежит на сухожильном центре диафрагмы и фиксировано на крупных кровеносных сосудах» [4, с. 646]. И только через 35 страниц (!) появляется характеристика перикарда, а точнее «околосердечной сумки» (по аналогии с описанием сумки, в которой лежит сотовый телефон). Вроде и правильно описано, но как «сумки» и функционально с сердцем никакнесвязано: «Форма околосердечной сумки подобнакосо срезанному конусу, основание которого лежит внизу на сухожильномцентредиафрагмы,а верхушканаправленакверху и доходит приблизительно до уровня соответствующего angulussterni (Ludovici)» [4, с. 681].

И сердце, и сумка лежат в одном месте: «на сухожильном центре диафрагмы». Слова–то какие: «сумка лежит», «сердце лежит». Разве они лежат? Перикард сращен с сухожильным центром диафрагмы и жестко закреплен в грудной полости, а сердце – точнее, его мышечная часть – висит в перикардиальной полости на крупных кровеносных сосудах, что принципиально важно, так как от этого зависят перемещение полостей и предсердно–желудочковой перегородки сердца, механика взаимодействия структур.

В учебнике «Анатомия человека» [20, с. 424] описывается сердце и полностью отсутствует термин «перикард»,

110