Анатомические и физиологические особенности сердца, сосудов и гемодинамики у детей

Масса сердца у новорожденных составляет 0,8% от массы тела, что несколько больше аналогичного соотношения у взрослых (0,4%). Правый и левый желудочки примерно равны между собой. Толщина их стенок составляет около 5 мм. Предсердия и магистральные сосуды имеют относительно большие размеры по отношению к желудочкам, чем в последующие возрастные периоды.

Одновременно происходит тканевая дифференцировка. Гистологически миокард новорожденного имеет очень тонкие, слабо отграниченные друг от друга мышечные волокна. Слабо выражены продольная фибриллярность и поперечная исчерченность. Ядра представлены в большом количестве, но они мелкие, малодифференцированные. Слабо развита соединительная ткань. У детей в первые два года жизни увеличена толщина мышечных волокон, уменьшено число ядер мышечных клеток при значительном увеличении их размеров. Появляются септальные перегородки и поперечная исчерченность волокон. В стволе сердца в это время происходит редукция мышечных волокон и увеличение диаметра сердечных проводящих миоцитов (волокон Пуркинье).

Анатомически сердце новорожденного расположено более краниально, чем у детей старшего возраста, что частично обусловлено более высоким стоянием диафрагмы. Большая ось сердца лежит почти горизонтально. Форма сердца шарообразна вследствие изменения соотношений между длинным и поперечным размером, причем последний может быть больше первого. Объем сердца относительно объема грудной клетки значительно больше. Проекция сердца на позвоночный столб приходится на уровень между IV и VIII грудными позвонками (Т_V – на уровень воронки, Т_VI – предсердия, Т_VII – желудочков, Т_VIII – верхушки). Левый край сердца выходит за среднеключичную линию, правый выступает за край грудины. Передняя поверхность сердца образована правым предсердием, правым желудочком и большей относительно других возрастов частью левого желудочка.

Верхушка сердца у новорожденного представлена двумя желудочками, но уже с 6 мес ее образует только левый желудочек. Проекция верхушки сердца у новорожденного находится в четвертом межреберье, но к возрасту около 4–5 лет смещается в пятое межреберье.

Относительно морфологии проводящей системы ранний постнеонатальный период и первое полугодие жизни отличаются весьма значительными перестройками. Это период интенсивного перемоделирования проводниковых структур. Известно, что проводниковая атриовентрикулярная ось у новорожденного является относительно крупным и нечетко контурированным или «разлохмаченным» пучком специализированной ткани по сравнению с аналогичными пучками сердца более старших детей и взрослых. Перемоделирование пучка осуществляется за счет резорбтивной дегенерации, некроза и макрофагальной инфильтрации. По всей вероятности, основным механизмом перемоделирования являются процессы апоптоза. В ближайшем результате этого процесса можно наблюдать формирование островков специализированной ткани ее вкраплений и интердигитаций между проводниковой осью и центральным фиброзным телом. Параллельно происходит процесс созревания центрального фиброзного тела. Считается, что итогом перемоделирования может быть и формирование аберрантных структур проводящей системы сердца, являющихся потенциальным морфологическим субстратом циркуляции волны возбуждения и нарушений ритма сердца. Сейчас накапливаются данные о существенных особенностях электрофизиологических свойств мышечных и специализированных клеток сердца у детей. Потенциалы действия, образующиеся в волокнах Пуркинье, возникают при относительно низком мембранном потенциале, точнее, менее отрицательном, чем у взрослых. Нарастание потенциала идет очень медленно. Это говорит о меньшей плотности натриевых каналов в мембранах клеток Пуркинье. Реполяризация волокон Пуркинье у детей возникает значительно быстрее, чем у взрослых. Можно предполагать усиление переходов калия через мембрану. Экспозиция волокон в растворах калия вызывает большую степень деполяризации волокон детского сердца.

Формирование регуляции, период грудного возраста, можно назвать периодом пролонгированной перенастройки. Особенное значение эти феномены имеют у незрелых и недоношенных детей. Несколько упрощенно смысл этого периода или критического состояния можно описать как персистирование фетального типа реакции на гипоксию, типа очень невыгодного для постнатального периода с легочным дыханием. Клинически это симптомокомплекс идиопатических или индуцированных периодов «апноэ/брадикардия». В случаях, когда подобная реакция ложной адаптации наслаивается на дистресс-синдром или пневмопатии другой природы, равно как и на другие болезненные процессы, она может стать основой танатогенеза. При этом имеется в виду целый комплекс возрастных сдвигов, вовлекающих как морфологию сердца и проводящих структур, так и гуморальные и вегетативные компоненты регуляции ритма сердца. Очевидно, что они могут суммировать свои потенциально аритмогенные эффекты.

Вегетативный дисбаланс постнеонатального периода находит свое отражение как феномен общий или системный. Для него подтверждены усиление потоотделения, нарушение контроля теплопродукции в бурой жировой ткани, резкое усиление окулокардиального рефлекса. Маркером автономной дисфункции могут быть характеристики частоты различных типов апноэ во время ночного сна. При наличии таких апноэ исследование вегетативной нервной системы подтверждает наличие дисфункции у 50–80% детей.

В этом критическом периоде наблюдаются признаки электрической нестабильности миокарда и тенденция к удлинению интервала Q–Т, что согласуется с гипотезой P.J. Schwartz о дисбалансе активности правого и левого сердечных симпатических нервов и звездчатых ганглиев. Показано, что при повышении активности левого или снижении активности правого симпатического нерва создается аритмогенный тип дисбаланса с удлинением интервала Q–Т на ЭКГ.

Перечисленный комплекс морфологических и нейровегетативных особенностей раннего постнеонатального периода формирует своеобразное критическое состояние развития или возрастную конституцию риска внезапной смерти. Вместе с тем при различных острых заболеваниях этого возраста та же конституциональная основа может определять увеличение вероятности неблагоприятного течения заболеваний. У детей маловесных при рождении аналогичный конституциональный фон может возникать в более поздние возрастные сроки. Такой же перенос сроков повышенного риска может наблюдаться у детей с хроническими расстройствами питания. В этом же возрастном периоде высока вероятность инфекционных поражений миокарда и проводящей системы сердца с формированием уже и приобретенных нарушений ритма, в частности, блокад сердца.

С возрастом происходит нарастание массы сердца: к 8 мес происходит удвоение, к 3 годам – утроение, к 5 годам масса сердца увеличивается в 4 раза, к 6 годам – в 11 раз, а затем его увеличение замедляется. Существует 3 периода, когда этот рост идет с максимальной скоростью: первые два года жизни, от 12 до 14 лет и от 17 до 20 лет.

В период с 3 до 7–8 лет при относительно медленном темпе роста массы сердца происходят его окончательная тканевая дифференцировка, обогащение соединительной и эластической тканью, дальнейшее утолщение мышечных волокон. В стволе сердца идет интенсивная редукция мышечных волокон, появляется фибриллярность, разрастается соединительная ткань. В возрасте старше 10 лет происходит интенсивный рост всех элементов с заметным увеличением количества соединительной ткани и эластических волокон, появляются вкрапления жира.

Масса сердца несколько больше у мальчиков, чем у девочек. Эта разница увеличивается вначале медленно (до 11 лет), затем сердце девочек увеличивается быстрее, и в 13–14 лет оно у них больше. После этого возраста масса сердца у мальчиков вновь нарастает более интенсивно. Особенно интенсивно растет левое сердце. Стимулятором роста левого желудочка являются возрастающее сосудистое сопротивление и артериальное давление. Масса правого желудочка в первые месяцы может уменьшаться почти на 20%, что объясняется снижением периферического сопротивления, особенно вследствие выключения артериального протока. Некоторые характеристики особенностей роста массы сердца можно видеть из табл. 14.2, 14.3.

Таблица 14.2. Возрастная динамика массы сердца, г

Возраст	Масса сердца (М+Д)	Возраст, лет	Масса	сердца
			М	Д
Новорожденные	22	9	140	135
1 год	42	10	150	140
2 года	56	11	160	150
3 »	70	12	175	170
4 »	88	13	190	200
5 лет	100	14	230	210
6 »	105	15	250	225
7 »	120	16	260	235
8 »	130	18	300	250

Таблица 14.3. Масса желудочков сердца у детей в зависимости от возраста (по Фальку)

Возраст	Масса желудочков, г
	правого	левого
Новорожденный	6,54	8,14
11–12 мес	12,47	24,48
9–10 лет	27,70	57,74
16–17 »	66,47	136,87

На протяжении первых лет жизни и в подростковом возрасте происходит серия поворотов и перемещений сердца внутри грудной клетки. Уже в конце периода новорожденности границы сердца смещаются во фронтальной плоскости вправо, вследствие чего правая граница удаляется от правого края грудины, а левая, наоборот, приближается к левому краю, что обусловлено уменьшением размеров печени и увеличением объема левого легкого. В грудном возрасте начинается поворот сердца справа налево вокруг вертикальной оси, вследствие чего правая и левая границы его приближаются к краю грудины. Однако продолжение поворота вокруг вертикальной оси в пред– и дошкольном возрасте снова приводит к удалению обеих границ сердца от грудины, причем это особенно заметно в возрасте от 1 года до 3 лет. Такое положение может сохраняться в течение нескольких лет, после чего происходит некоторая обратная динамика отстояния левой границы сердца от грудины. Нижняя граница относительно стабильна вплоть до 6–7 лет жизни. Верхняя граница сердца постепенно опускается. За первый месяц жизни от уровня первого межреберья II ребро доходит до второго межреберья, а к 7 годам – до третьего межреберья. Проекция устья легочного ствола и аорты в раннем возрасте смещается вниз: устье легочного ствола – со II до III ребра, устье аорты – с III до IV ребра. Проекция правого предсердно-желудочкового отверстия смещается с III до V ребра, левого – с III ребра до четвертого межреберья. После трехлетнего возраста начинается обратное перемещение точек проекции и их приближение к соответствующим точкам взрослого человека.

Калибр ствола сердца в течение всего периода детства остается без изменений и, следовательно, в первые годы жизни имеет относительно большие размеры, чем у взрослого. У детей чаще наблюдается интрамуральный тип ствола, т.е. его расположение в мышечной, а не в соединительнотканной части перегородки между желудочками. Главный ствол легочной артерии к моменту рождения относительно короткий и делится на две примерно равные ветви, что создает у некоторых детей перепад давления между сосудами, доходящий до 8–15 мм рт. ст., или 1,1–2,0 кПа, и может явиться причиной появления характерного систолического шума периферического стеноза легочной артерии. После рождения просвет легочной артерии сначала не увеличивается, а диаметр се ветвей растет достаточно интенсивно, что приводит к исчезновению перепада давления обычно через 5–6 мес. Стенка легочной артерии состоит из каркаса эластических волокон, чередующихся с гладкомышечными элементами. В ответ на гипоксию и ацидоз просвет артерии может существенно уменьшаться. У ребенка первых недель и месяцев мышечный слой легочных сосудов менее выражен, чем объясняется меньшая ответная реакция детей на гипоксию. Несмотря на значительное снижение сосудистого сопротивления в легких после начала дыхания давление в легочной артерии снижается относительно медленно. У детей, родившихся на высоте уровня моря, стабильный уровень давления достигается к 6 нед жизни. Это обусловлено высокой реактивностью сосудов малого круга к гипоксии и ацидозу, пока не произошла регрессия мощного мышечного слоя артериол малого круга.

У детей, родившихся в условиях высокогорья, низкое парциальное давление кислорода может быть причиной стабильно высокого уровня давления в легочной артерии и задержки обратного развития мышечных элементов артериол. Как вариант аномального развития сосудов легкого описана гиперплазия и устойчивость этих мышечных элементов. Поэтому сохраняется повышенное давление в системе легочных сосудов (гипертензия малого круга кровообращения), вторичным следствием которой является сохранение шунта справа налево через овальное окно и артериальный проток. Длина аорты до бифуркации к моменту рождения в среднем составляет 125 мм, диаметр ее у выхода – около 6 мм. Такая же ширина свойственна нисходящему отделу. Истмус аорты, расположенный на расстоянии 10 мм от места отхождения левой подключичной артерии, имеет внутренний диаметр только около 4 мм. В первые месяцы жизни область истмуса расширяется, и после полугодия сужение просвета здесь уже не определяется.

Кровеносные сосуды новорожденных тонкостенные, в них недостаточно развиты мышечные и эластические волокна. Просвет артерий относительно широк. Отношение просвета вен и артерий приблизительно 1:1. Поскольку вены растут быстрее артерий, то к 16 годам их просвет становится вдвое шире просвета артерий. С ростом артерий происходит развитие в них мышечной оболочки и соединительно-тканных элементов. Наиболее интенсивно утолщается интима сосудов. Дифференцировка артериальной и венозной сети проявляется развитием коллатеральных сосудов, возникновением клапанного аппарата, увеличением числа и длины капилляров. Переход к прямостоянию и ходьбе меняет условия гемодинамики, способствуя более интенсивному развитию венозной системы нижней половины тела.

Наряду с общей закономерностью роста сосудов большого круга кровообращения обратная картина происходит в артериолах малого круга кровообращения. Если к моменту рождения они выглядят как мышечные артерии с гипертрофией мышечного слоя и гиперплазией внутренней оболочки, то в первые месяцы жизни происходит их инволюция с истончением стенок и значительным увеличением просвета сосудов.

Параллельно с ростом сердца увеличиваются и размеры магистральных сосудов, однако темп их роста более медленный. Так, если объем сердца к 15 годам увеличивается в 7 раз, то окружность аорты – только в 3 раза. С годами несколько уменьшается разница в величине просвета отверстий легочной артерии и аорты. Если к моменту рождения соотношение просветов легочной артерии и аорты превышает 20–25% (аорта – 16 мм, легочная артерия – 21 мм), то к 10–12 годам их просвет сравнивается, а у взрослых просвет аорты превышает просвет легочной артерии (аорта – 80 мм, легочная артерия – 74 мм). Окружность ствола легочной артерии у детей постоянно больше окружности ствола восходящей аорты. Просвет артерий в целом с возрастом несколько сужается относительно размеров сердца и нарастающей длины тела. Только после 16 лет происходит некоторое расширение артериального сосудистого русла.

Пульс новорожденных аритмичен, характеризуется неодинаковой продолжительностью и неравномерностью отдельных пульсовых волн и промежутков между ними. Иногда это заметно при пальпации пульса над артерией, но лучше всего иллюстрируется данными сфигмографии. Пульс у детей всех возрастов чаще, чем у взрослых, что, в первую очередь, объясняется более интенсивным обменом веществ. Наряду с этим определенное значение также имеет сравнительно позднее развитие вагусной иннервации сердца. У детей первого года жизни ритм сердечной деятельности в большой степени определяется состояниями «сна/бодрствования» и даже вегетативными различиями между фазами сна.

Переход ребенка в вертикальное положение и начало активной двигательной деятельности способствуют урежению сердечных сокращений, повышению эффективности и экономичности деятельности сердца. Признаками начала вагусного влияния на сердце ребенка являются тенденция к урежению пульса в состоянии покоя и возникновение дыхательной аритмии. Последняя заключается в изменении частоты пульса на вдохе и выдохе. Урежение пульса происходит параллельно с ростом камер сердца, что способствует увеличению ударного или систолического объема и снимает необходимость в высокой частоте сокращений для поддержания минутного объема движущейся крови. Соотношения систолического и минутного объема представлены в табл. 14.4.

Таблица 14.4. Систолический и минутный объем крови у детей

Возраст	Систолический объем		Минутный объем
	объем, мл	объем, мл на 1 кг массы	объем, мл	объем, мл на 1 кг массы
Новорожденный	3,0	0,9	420	120
1 год	10,2	1,0	1173	117
7 лет	23,0	1,0	1955	85
12 »	41,0	1,15	3075	85
13–16 »	59,0	1,2	4425	92

С возрастом происходит увеличение ударного и минутного объема крови. В течение первого года жизни ударный объем крови возрастает в 4 раза, к 7 годам – в 10 раз, а к 15 годам – в 24 раза. Темп нарастания минутного объема крови вследствие урежения сердечных сокращений несколько меньше, причем у мальчиков периоды прироста приходятся на возраст 4 года и 11 лет, а у девочек– на 5 и 14 лет. В интервале от 5 до 8 лет изменений объемов почти не отмечается.

Характеристика минутного объема крови относительно к поверхности тела – величина, называемая сердечным индексом, с возрастом закономерно снижается: у новорожденных – 4,8–7,0, в 3 года – 3,5–4,2, в 8–10 лет – 3,0, в 14 лет – 2,0–3,5. Это снижение совпадает с изменением основного обмена. С возрастом уменьшается общее периферическое сопротивление. Скорость кровотока, измеренного на участке рука–ухо, у детей с возрастом отчетливо замедляется.

Как урежение пульса, так и возникновение дыхательной аритмии являются внешними маркерами созревания сердечно-сосудистой системы. Их можно констатировать уже с начала второго года жизни, но особенно ярко они проявляются у старших детей и подростков, занимающихся спортом. У детей с достаточной двигательной нагрузкой частота пульса несколько меньшая, чем у их сверстников с гиподинамией. Частота пульса у девочек, как правило, несколько выше, чем у мальчиков. Во сне пульс у детей замедляется. Этого не наблюдается у детей первых месяцев жизни; разница в пульсе во время сна и бодрствования у детей до 1–2 лет составляет около 10 уд/мин, а после 4–5 лет может достигать 15–20 уд/мин.

В регуляции ритма сердца в дошкольном и младшем школьном возрастах прослеживается тенденция к уменьшению частоты сердечных сокращений при нарастании выраженности дыхательных волн. В эти годы параметры кардиоинтервалографии, характеризующие компонентную регуляцию ритма сердца, могут нести в себе широкую информацию как об особенностях конституции (биологического возраста), так и по анамнезу жизни и о многих особенностях состояния здоровья ребенка. Последнее позволяет использовать кардиоинтервалографию как один из методов быстрой автоматизированной скринирующей диагностики при массовых обследованиях состояния здоровья детей.

Период «предподросткового напряжения регуляции» описан профессором В.Г. Часныком как период своеобразного состояния регуляции ритма сердца у детей 9–11-летнего возраста. Вследствие диссоциации между объемом сосудистого русла и циркулирующей массой крови возникает своеобразный клинико-функциональный синдром, включающий в себя: тенденции к тахикардии, артериальной гипотензии и сужению характеристик вариабельности волновой структуры ритма сердца. Симптомокомплекс дополняется наличием общих жалоб, невротизацией и патологией желудочно-кишечного тракта.

С возрастом детей растет преимущественно систолическое (максимальное) артериальное давление. Диастолическое (минимальное) давление имеет только тенденцию к повышению. Рост давления происходит более интенсивно в первые 2–3 года жизни, в препубертатном и пубертатном периодах. Повышение давления с возрастом идет параллельно росту скорости распространения пульсовой волны по сосудам мышечного типа и связано с повышением тонуса этих сосудов. Показатели артериального давления тесно коррелируют с физическим развитием детей. Имеет значение не только достигнутый уровень размеров или массы тела, но и их динамика, т.е. темп роста ребенка. Наивысшие нормальные показатели артериального давления определяются в периоды наиболее интенсивного увеличения размеров тела, но без соответствующего нарастания массы сердечной мышцы. У старших школьников и подростков изменения артериального давления отражают и созревание эндокринной системы, прежде всего увеличение активности надпочечников с увеличением выработки минералокортикоидов и катехоламинов, особенности их метаболизма и чувствительности рецепторов.

В качестве нормативов артериального давления обычно приводят дентальные распределения систолического и диастолического давления, полученные методом Короткова. Некоторые нормативы даются в форме среднего арифметического и величины сигмального отклонения. Если результат измерения попадает в зону ниже 10-го и выше 90-го центиля, ребенок должен быть взят под специальное наблюдение с регулярным повторным измерением давления. В случаях, когда артериальное давление у ребенка повторно оказывается в зоне ниже 3–5-го центиля или выше 95-го центиля, возникают показания для обследования в специализированной детской кардиологической клинике.

Совершенствование регуляции и создание резервных возможностей гемодинамики, достижение максимальной экономичности деятельности сердца требуют целенаправленного физического воспитания. Для оценки гемодинамических возможностей ребенка в настоящее время используют дозированные физические нагрузки. Существует система стандартных тестов для определения так называемой физической работоспособности ребенка, которыми количественно контролируется величина работы, производимой до достижения определенной частоты пульса (для детей принято 150 уд/мин или 170 уд/мин).