2. Гетерометрический и гомеометрические механизмы саморегуляция: деятельности сердца. А. Закон сердца, или закон Франка-Старлинга: чем больше растянута мышца сердца,

тем больше сила сокращения этой мышцы. Однако чрезмерное растяжение вызывает сни­жение силы сокращения. Впервые эта зависимость («сила-длина») была обнаружена О. Франком, окончательную формулировку дал в 1918 г. Е. Старлинг. Закон получил дока­зательство в условиях целостного организма. В настоящее время его формулируют следую­щим образом: чем больше конечно-диастолический объем желудочка, тем больше сила со­кращения, т. е. тем больше величина систолического выброса.

Механизм, лежащий в основе этого закона, как считается сейчас, — гетерометрический, т. е. связан с изменением длины саркомеров миокардиоцитов. Как известно, при длине сар-комера, равной 1,9—2,2 мкм, миокард способен к развитию максимального напряжения (силы): в этом случае актиновые и миозиновые нити расположены так, что обеспечивается максимальная площадь взаимодействия между головками (миозиновыми мостиками) мио­зина и актиновой нитью. Если степень растяжения большая (длина саркомера становится больше 2,2 мкм), то взаимодействие между нитями уменьшается и сила сердечного сокра­щения падает. Некоторые авторы, однако, объясняют гетерометрическую саморегуляцию сердца (закон сердца) тем, что способность выделять ионы кальция из саркоплазматическо-го ретикулюма зависит от длины саркомера: чем больше длина, тем выше способность вы­делять кальций и тем выше внутриклеточная концентрация свободного кальция (в межфиб­риллярном пространстве) и сила сокращения.

В целом, закон Франка-Старлинга реализуется в условиях организма — в момент систо­лы предсердий (фаза активного наполнения кровью желудочков или фаза пресистолы) про­исходит дополнительное введение в желудочки объема крови (Около 30% от конечно-диа-столического объема), и это вызывает быстрое растяжение мышц желудочка, что повышает силу его сокращения.

Закон сердца демонстрирует возможности рационального использования энергии: при оптимальной длине саркомера за одно и то же количество расходуемой энергии можно со­вершить больше работы.

Б. Гомеометрические механизмы саморегуляции: в этом случае сила сердечных со­ кращений зависит от других факторов, в частности, от частоты сердечных сокращении (явление Боудича) или от нагрузки, которая возникает в аорте или легочном стволе (фено­ мен Анрепа). При этом длина сердечной мышцы не меняется. Поэтому данные механизмы называются гомеометрическими. /

245

Феномен Анрепа (1912) заключается в том, что при повышении давления в аорте или легочном стволе сила сердцечных сокращений (сокращений желудочков) автоматически возрастает, обеспечивая тем самым возможность выброса такого же объема крови, как и при меньшей величине артериального давления в аорте или легочном стволе. Итак, чем больше противонагрузка, тем больше сила сокращения, а в итоге — постоянство систоли­ческого объема.

Механизмы, лежащие в основе этого вида саморегуляции, несмотря на важность фено­мена Анрепа для человека, до сих пор не раскрыты. Полагают, что дело связано с концент­рацией кальция в межфибриллярном пространстве: очевидно, что с увеличением противо-нагрузки растет эта концентрация и потому возрастает сила сокращений.

Явление Боудича или лестница Боудича — это хроноинотропный эффект. Он открыт в 1871 г. в известных опытах Боудича: раздражая электрическим током полоску сердца ля­гушки, утратившую способность к автоматии, автор обнаружил, что первое сокращение на электростимул одной амплитуды, а следующее сокращение на второй электростимул той же силы —■ значительно выше по амплитуде и т.д. до некоторого предела. Внешне это напо­минало лестницу. Поэтому явление и получило название «лестница Боудича». В настоя­щее время этот эффект подробно исследован. Установлено, что чем чаще сердце сокраща­ется, тем (до определенного предела) выше сила его сокращения. И наоборот, чем реже частота сокращения, тем меньше сила. «Хронос» — время, «иное» — сила, поэтому явле­ние получило название «хроноинотропный эффект» или «хроноинотропное взаимоотно­шение». В основе его, как принято считать, лежит явление повышения уровня кальция в межфибриллярном пространстве при увеличения частоты сокращения сердца — кальций не успевает полностью откачаться из межфибриллярного пространства, а уже появляется новый поток кальция (из саркоплазматического ретикулюма, из митохондрий, из наружной среды), что и создает более высокий фон кальция, чем при редком ритме сердечных сокра­щений.

В целом, гетерометрическая и гомеометрическая саморегуляция сердца позволяют в условиях трансплантации сердца адаптировать работу сердца к условиям внешней среды. У таких людей деятельность сердца возрастает при физической нагрузке, и это во многом обусловлено существованием рассмотренных механизмов саморегуляции сердца.

ВНУТРИСЕРДЕЧНЫЕ ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ РЕФЛЕКСЫ

Впервые о существовании в сердце собственных.рефлекторных дуг, участвующих в регу­ляции деятельности сердца, сказали наши отечественные ученые, в том числе М. Г. Удельное и Г. И. Косицкий. Согласно их данным, в сердце имеются местные, периферические рефлек­торные дуги, которые представлены афферентными нейронами (клетки Догеля П порядка), эфферентными нейронами (клетки Догеля I порядка) и промежуточными нейронами (клетки Догеля Ш порядка), которые образуют рефлекторную дугу. Она начинается с рецепторов (рецепторы растяжения, хеморецепторы) и может оканчиваться на миокардиоцитах, распо­ложенных в другом отделе сердца. Например, при умеренном растяжении правого предсер­дия происходит повышение силы сокращений левого желудочка, а при чрезмерном растяже­нии правого предсердия сила сокращений левого желудочка может снижаться.

Эти явления наблюдаются на изолированном сердце, т. е. вне ЦНС и блокируются с помо­щью классических веществ, нарушающих проводимость по рефлекторной дуге — местными анестетиками (новокаин, например) и ганглиоблокаторами (бензогексоний, например).

По сути, это пример существования метасимпатической нервной системы (см. «Вегета­тивная нервная система»).

Эфферентный нейрон этой рефлекторной дуги может быть общим с дугой классическо­го вегетативного рефлекса. В частности, предполагается, что у парасимпатических воло­кон эфферентный нейрон (постганглионарный нейрон) — это эфферентный нейрон мест­ной рефлекторной дуги.

246

Местные рефлексы необходимы для того, чтобы демфировать (сглаживать) те измене­ния в деятельности сердца, которые возникают за счет механизмов гетерометрической и гомеометрической саморегуляции.

ЭКСГРАКАРДИАЛ ЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Известно, что в сердце содержатся альфа- и бета-адрецорецепторы. Популяция бета-адренорецепторов является доминирующей. Адреналин и норадреналин обладают большей тропностью к бета-адренорецепторам миокарда и поэтому вызывают изменения в деятель­ности сердца — за счет взаимодействия с бета-адренорецепторами происходит повышение силы и частоты сокращений, проводимости и возбудимости (соответственно, положитель­ный инотропный, хронотропный, дромотропный и батмотропный эффекты). Тироксин и трий-одтиронин (гормоны щитовидной железы), вероятно, за счет повышения концентрации бета-адренорецепторов в миокарде, оказывают в условиях целостного организма эффекты, ана­логичные адреналину и норадреналину. Подобное воздействие (повышение силы и частоты сокращений сердца) оказывает глюкагон.

Особое значение для деятельности сердца имеет электролитный состав плазмы, и в первую очередь — уровень калия в крови. Показано, что при повышении его (в норме — 4,5 ммоль) до 8 ммоль возрастает возбудимость и проводимость миокарда, это вызывает появление гетеротопных очагов возбуждения, т. е. экстрасистолы. Аналогичное явление наблюдается и в условиях гипокалиевой среды. При повышении уровня калия в среде до 10 ммоль и выше снижается возбудимость и проводимость, блокируется работа синоатриаль-ного узла и, в конечном итоге, миокард останавливается в состоянии диастолы. Это явле­ние используется на практике — для остановки сердца в условиях оперативного вмеша­тельства на нем (хирургического лечения пороков сердца и пр.).

В заключение этой части раздела следует отметить, что правое предсердие тоже мо­жет вырабатывать гуморальный фактор, способствующий нормализации работы сердца за счет влияния на деятельность почек и сосудов. При растяжении правого предсердия возрастает продукция атриопептина (натрийуретического гормона), который расслабля­ет гладкую мускулатуру периферических сосудов, одновременно повышая натрийурез (вы­деление натрия с мочой), что увеличивает диурез и тем самым уменьшает объем циркули­рующей крови (ОЦК).

РЕФЛЕКТОРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ. ЭФФЕРЕНТНЫЕ НЕРВЫ СЕРДЦА

Сердце снабжается симпатическими и парасимпатическими волокнами. Симпатические волокна — это преганглионарные ипостганглионарные нейроны, аксоны которых достига­ют сердца. Преганглионарные сердцерегулирующие симпатические нейроны локализова­ны в области грудного отдела спинного мозга (Th,—Th_s), которые прерываются в симпати­ческих ганглиях — верхнем, среднем и нижнем шейном ганглиях, в верхнем грудном ганг­лии (нижний шейный и верхний грудной часто объединены в так называемый звездчатый ганглий). Постганглионарные волокна подходят ко всем миокардиоцитам, в том числе — предсердий и желудочков. Но интенсивность иннервации выше в области предсердий. Бра­тья И. и М. Ционы (1867) и И. П. Павлов показали, что при электрической стимуляции симпатических волокон наблюдаются четыре положительных эффекта — повышение силы, частоты сокращений, повышение проводимости и возбудимости сердечной мышцы (соот­ветственно ино-, хроно-, дромо- и батмотропные эффекты). Известно, что при чрезмерной активности симпатической системы, при чрезмером возбуждении сердечных симпатичес­ких нервов возбудимость может возрасти настолько, что в сердце возникнут новые эктопи­ческие очаги возбуждения, что приведет к появлению экстрасистол. Поэтому в такой ситу­ации достаточно эффективны бета-адреноблокаторы, например, обзидан или бета-I селек­тивные блокаторы.

247

Рис. 73. Эфферентные нервы сердца (парасимпатическая и симпатическая системы).

Внизу — рисунок из работы И.П. Павлова «Усиливающий нерв сердца», в которой показаны трофические влияния симпатической системы.

Сц — сердце, Гт — гипоталамус, Гф — гипофиз, К — кора, Пм — продолговатый мозг, Гл — ганглий, См — спинной мозг, Th — грудной отдел. Сдц — сосудодвигательный центр.

С читают, что активация симпатических сердцерегулирующих нейронов наступает лишь в особых, экстренных случаях (стресс, эмоции), в обычных же условиях основным регуля­тором деятельности средца является вагус.

Парасимпатические нервы сердца представлены аксонами нейронов вагуса, локализо­ванными в двояком (обоюдном) ядре вагуса (нуклеус амбигиус) и в дорсальном ядре вагуса. По 500 нейронов с каждой стороны — это и есть эфферентные нейроны или преганглионар-ные нейроны, регулирующие деятельность сердца. Они прерываются в интрамуральных ганглиях, откуда начинается короткий путь постганлионарных нейронов. В их окончаниях выделяется ацетилхолин, который через М-холинорецепторы сердца оказывает 4 эффекта (все — отрицательные), т. е. уменьшает силу сердечных сокращений, частоту сокращений, проводимость и возбудимость (соответственно, отрицательные ино-, хроно-, дромо- и бат-мотропные эффекты). Вместе с тем, известно, что вагус иннервирует, главным образом, предсердия, в том числе правый вагус в основном влияет на синоатриальный узел, а левый — на атриовентрикулярный узел. К миокардиоцитам желудочков вагус не имеет прямого отношения. Очевидно, что снижение силы сокращения обусловлено, главным образом, за

248

Рис. 74. Механограмма сердца лягушки: влия­ние раздражения блуждающего нерва.

а — сокращения сердца, б — запись раздражения, в —время.

Рис. 75. Рефлексогенные зоны дуги аорты и ка-ротидного синуса и их роль в нормализации по­вышенного и пониженного артериалыюго давле-

ПМ — продолговатый мозг, Гл—ганглий, КС— каротцд-ный синус, Т — грудной отдел спинного мозга.

счет уменыиения скорости прове­дения возбуждения по миокарду и за счет снижения возбудимости.

Влияние вагуса на сердце впер­вые обнаружили братья Э. и Э. Ве-беры (1845). Эти отрицательные эффекты снимаются атропином, и в связи с этим объясняются воздей­ствием медиатора парасимпатиче­ских волокон (ацетилхолина) на М-холинорецепторы миоцитов. Но еще в ЗО-е годы нашего века У Кеннон отметил, что при не­сильном раздражении вагуса мо­гут наблюдаться противополож­ные по направлению эффекты, т. ё. повышается сила и частота со­кращений сердца. Удивительно, что эффекты снимались атропини-зацией, очевидно, они возникали в результате взаимодействия аце­тилхолина с М-холинорецептора-ми. До настоящего времени пыта­ются понять, почему при слабом раздражении вагус дает положи­тельные эффекты, а при сильном раздражении — отрицательные. Возможно, дело в числе парасим­патических волокон: при раздра­жении слабым электрическим то­ком возбуждаются наиболее чув­ствительные парасимпатические волокна, которые вызывают поло­жительные эффекты (в ответ на выделение ацетилхолина клетки сердца повышают свою деятель­ность), а при раздражении более сильным током в реакцию вовлека­ются те волокна вагуса, которые вызывают отрицательные эффекты.

В целом, в условиях целостно­го организма вагус, как правило, оказывает отрицательные эффек­ты, т. е. ингибирует деятельность сердца.

Нейроны вагуса, регулирую­щие деятельность сердца, вместе с нейронами, оценивающими ин­формацию от рецепторов сердца и сосудов (ядра одиночного пути, или солитарного тракта, ретику­лярные ядра: вентральное, пара-

249

Рис. 76. Гуморальные влияния на деятель­ность изолированного по Штраубу сердца ля­гушки.

Влияние Са²⁺ (а), К⁺ (б), адреналина (в), ацетил-холина (г), отметка времени (д).

медиальное, мелкоклеточное), объе­диняются в центр, который получил название центра регуляции сердеч­ной деятельности, или сердечный па­расимпатический центр, или кардио-ингибирующий цецтр. Этот центр находится во взаимодействии с вазо­моторным (сосудодвигательным) центром, и вместе они называются циркуляторными центрами. В обыч­ных условиях влияние вагуса (сердеч­ного парасимпатического центра, или кардиоингибирующего центра) пре­обладает над влиянием симпатичес­ких нейронов. Это обусловлено тем, что кардиоингибирующий центр на­ходится под постоянным непрерыв­ным влиянием со стороны потока им­пульсов, идущих от рецепторов (ба-рорецепторы, хеморецепторы, висце-рорецепторы). Поэтому частота сер­дечных сокращений (в норме 60—80 уд/мин) отражает преимущественное влияние этого центра. Когда прово­дится блокада вагусных влияний на сердце (перерезка, фармакологичес­кая блокада), то частота сердечных сокращений существенно возрастает. Благодаря такому постоянному тонусу вагуса существует возмож­ность регуляции сердечной деятель­ности —за счет снижения тонуса ва­гуса — увеличить сердечную деятель­ность, а за счет повышения (допол­нительного к тому, что есть) тонуса вагуса — можно существенно умень­шить деятельность сердца (частоту и амплитуду сокращений). Дополнительная стимуляция деятельности сердца под влиянием симпатических нейро­нов возникает лишь в экстренных ситуациях, например, в период стресса.

Кардиоингибирующий центр находится под контролем высших центров головного моз­га, в том числе — гипоталамуса, коры больших полушарий. Как правило, эти структуры одновременно влияют и на деятельность сердца, и на состояние гладких мышц сосудов, т. е. регулируют в целом кровообращение.

Считается, что часть нейронов гипоталамуса (в том числе расположенных в переднем гипоталамусе) оказывает при своем возбуждении трофотропное влияние, активирует пара­симпатические нейроны, в том числе кардиоингибирующий центр, часть нейронов, наобо­рот, повышает активность симпатических нейронов, регулирующих деятельность сердца (эрготропное влияние). Одни и те же ядра гипоталамуса, например, паравентрикулярное, одновременно возбуждают и парасимпатические и симпатические нейроны, регулирующие сердце. Считается, что при стрессе, при интенсивной физической нагрузке происходит диф­фузная активация нейронов гипоталамуса, которая приводит к одновременному возбужде-

250

нию и симпатических, и парасимпатических нейронов, регулирующих сердце и тонус сосу­дов. Это приводит к увеличению деятельности сердца, к вазодилатации в работающих мыш­цах и вазоконстрикции в неработающих мышцах, в коже, чревной области, т. е. к перерас­пределению крови. Итак, гипоталамус — это распределитель, обеспечивающий эффектив­ный кровоток в тех регионах тела, которые в данный момент времени требуют наибольше­го «внимания».

В коре есть своеобразные зоны проекции вагуса — их раздражение вызывает определен­ные изменения в деятельности сердца. Например, поясная извилина, орбитальная поверх­ность лобной доли, передняя часть височной доли, моторная и премоторная зона коры. Кора выполняет важную функцию — она позволяет приспособить деятельность сердца (и сосу­дов) к текущему моменту, в том числе — за счет предварительного, досрочного изменения деятельности этих образований (например, предстартовое повышение активности сердца). С помощью выработки многочисленных условных рефлексов сердечная деятельность ме­няется таким образом, что обеспечивается оптимальный уровень кровообращения в данной ситуации для человека.

Итак, за счет центров, локализованных в спинном мозге, в продолговатом, в гипотала­мусе, в коре больших полушарий и других структурах мозга осуществляется рефлекторная регуляция деятельности сердца.

Все многочисленные рефлексы, эффекторным звеном в которых является сердце, мож­но условно разделить на несколько групп:

1. рефлексы, возникающие с рецепторов сердца (кардиокардиальные рефлексы);

2. рефлексы, возникающие с рецепторов сосудистых зон (вазокардиальные рефлексы);

3. рефлексы, возникающие с рецепторов различных органов (висцерокардиальные ре­ флексы);

4) условные рефлексы, вырабатываемые на различные индифферентные раздражители. Рефлексы 1-й и 2-й групп можно назвать собственными рефлексами, а рефлексы 3-й груп­ пы — как сопряженные рефлексы.

Приведем ряд примеров.

1. В сердце есть много рецепторов — главным образом, рецепторов растяжения и хемо- рецепторов. При их возбуждении возникают кардиокардиальные рефлексы. Например, при умеренном растяжении правого предсердия за счет возбуждения рецепторов растяжения этого отдела сердца происходит снижение тонуса вагуса (кардиоингибирующего центра), и это приводит к повышению частоты и силы сердечных сокращений, т. е. к росту МОК. При чрезмерном растяжении правого предсердия благодаря потоку импульсов от рецепторов растяжения тонус вагуса возрастает, и это приводит к урежению и снижению силы сердеч­ ного сокращения, к уменьшениюю МОК. Оба типа рефлекторного ответа направлены на то, чтобы разгрузить правое предсердие от перегрузки. Способы этого достижения, как видно из примера — различные. В целом описанный пример — это известный рефлекс Бейнбрид- жа, который помимо всего сопровождается также уменьшением продукции вазопрессина (АДГ) и вследствие этого — повышением диуреза и снижением ОЦК (объема циркулирую­ щей крови).

При растяжении левого предсердия возникает рефлекс Китаева, который, в частности, проявляется в снижении деятельности сердца.

При возбуждении хеморецепторов перикарда, например, с помощью никотиновой кис­лоты или за счет метаболитов — наблюдается изменение в частоте сердечных сокращений (рефлекс Черниговского).

При растяжении рецепторов желудочка во время фазы изометрического сокращения возрастает активность рецепторов растяжения, что повышает тонус вагуса и вызывает под­держание отрицательного хронотропного эффекта (это пример того, как тонус вагуса под­держивается за счет постоянного потока импульсов, идущих от самого сердца).