Сердце – как оно работает?

Первые сердечные сокращения появляются у нас еще в период раннего внутриутробного развития. И прекращается сердечная деятельность лишь после нашей смерти. На протяжении жизни мы спим, бодрствует, ведем активный или не очень образ жизни, испытываем эмоции и ощущаем, что все это отражается на работе сердца. Во время сна ритм упорядочивается, становится боле ритмичным, в период эмоциональных потрясений и трудовых подвигов сердце бьется чаще, работает с большей отдачей. А часто ли вы задумывались, как сердце на самом деле выглядит, какова его анатомия, каково устройство самого надежного и долговечного насоса?

Немного фактов о работе сердца

Как известно в покое в среднем количество сердечных сокращений в течение минуты составляет 70 ударов, в течение часа – количество сердцебиений достигает 4200 ударов. Если учесть, что с каждым сердечным сокращением в кровеносную систему выбрасывается по 70 мл крови, то несложно подсчитать, что в течение одного часа сердце пропускает 300 литров крови, а в течение всей жизни сколько? Сложно представить, но цифра просто удивляет – за 70 лет непрерывной работы сердце в среднем перекачивает 175 миллионов литров крови.
Как же устроен этот идеальный двигатель?

Камеры сердца

Как известно, сердце состоит из четырех камер – 2 предсердия и 2 желудочка.
Данные отделы сердца разделены перегородками, между камерами кровь циркулирует через клапанный аппарат.
Стенки предсердий достаточно тонкие – это связано с тем, что при сокращении мышечной ткани предсердий, им приходится преодолевать намного меньшее сопротивление, нежели желудочкам.
Стенки желудочков в разы толще – это связано с тем, что именно благодаря усилиям мышечной ткани данного отдела сердца давление в малом и большом кругу кровообращения достигает высоких значений и обеспечивает непрерывный ток крови.

Клапанный аппарат

Сердце имеет в своем составе 4 клапана. Все клапаны сердца обеспечивают однонаправленное продвижение крови и препятствуют ее обратному току.

• 2 предсердно-желудочковых клапана (по логике названия понятно, что эти клапаны отделяют предсердия от желудочков)
• один клапан легочного ствола (через который кровь продвигается от сердца в кровеносную систему легкого)
• один аортальный клапан (этот клапан отделяет полость аорты от полости левого желудочка).

Клапанный аппарат сердца не универсален – клапаны имеют различное строение, размер и предназначение.
Подробнее о каждом из них:

Аортальный и легочной клапаны схожи – имеют вид трехстворчатых смыкающихся карманов. Данные кармашки прижимаются к стенкам сосудов при движении крови из желудочков и расправляются, смыкаясь при обратном токе крови.

Клапан между правым предсердием и правым желудочком (трехстворчатый / трикуспидальный клапан) имеет вид трех смыкающихся массивных пластин. При сокращении предсердий клапан открывается, и кровь поступает из правого предсердия в правый желудочек. При обратном токе крови и расслаблении папиллярных мышц створки смыкаются.

Клапан между левым предсердием и левым желудочком (митральный клапан). Это наиболее массивный клапан. По всей видимости, эта массивность связана с тем, что в левом желудочке создается максимальное давление, которое передается и на створки клапана. Митральный клапан представлен двумя смыкающимися пластинами.

Крепление клапанов к стенкам желудочков осуществляется посредством плотной соединительной ткани (фиброзной). Предсердно-желудочковые клапаны дополнительно соединяются с внутренними стенками желудочков, посредством похожих на стропы хорд соединенных с, так называемыми, папиллярными мышцами. Данное соединение обеспечивает синхронное открывание клапанов при сокращении папиллярных мышц. Последние тянут хорды соединенные со створками клапанов. В результате этого действия происходит одностороннее открывание клапанов, а так же создается препятствие для открывания клапана в обратную сторону при резком повышении давления внутри желудочков.

Слои сердечной стенки

Условно в стенке сердца можно выделить 3 слоя:
1. Наружный слизистый слой – перикард. Этот слой обеспечивает скольжение сердца при работе внутри сердечной сумки. Именно благодаря этому слою сердце не беспокоит своими движениями окружающие органы.

2. Мышечный слой (миокард) – это наиболее массивный слой, представленный, в основном, мышечной тканью. Эта ткань осуществляет упорядоченное сокращение сердца, обеспечивая непрерывный ток крови.

3. Внутренний слой (эндокард) – данный слой по структуре схож с внутренним слоем сосудов. Эта оболочка изолирует изнутри стенки сердца и клапанный аппарат, благодаря этому не происходит тромбообразования и затруднения движений пристеночных слоев крови.

Немного информации о гидродинамике сердца

Для того чтобы понять принцип работы сердца, необходимо вспомнить основной закон гидродинамики - в сообщающихся сосудах жидкость течет из сосуда с большим давлением с сосуд с меньшим давлением. Однонаправленный ток жидкости обеспечивается особенностями клапанного аппарата и очередностью сокращения камер сердца.

Фазы сокращения сердца

1. Сокращение желудочков следует с некоторым замедлением после сокращения предсердий. В этом процессе кровь, повинуясь законам физики, устремляется в область с пониженным давлением. Естественно было бы предположить ее обратный ток в предсердия, но, захлопнувшиеся предсердно-желудочковые клапаны преграждают этот путь. Потому остается лишь возможность движения в направлении отводящих от сердца кровь сосудов (аорта и легочной ствол) через аортальный и легочной клапан. При нарастании давления происходит открытие аортального и легочного клапана, и кровь с нарастающей скоростью нагнетается в основные сосуды большого и малого круга кровообращения. Так кровь попадает в малый (сосуды легких) и большой (остальные кровеносные сосуды) круги кровообращения.

2. Расслабление предсердий и желудочков. Этот процесс сопровождается расправлением полостей этих камер сердца. Естественно, что этот процесс приводит к понижению давления в желудочках, что вызывает обратный ток крови, однако аортальный и легочной клапан захлопываются, препятствуя этому обратному движению. При расслаблении камер сердца происходит их кровенаполнение – в желудочки кровь поступает из предсердий, а в предсердия из малого и большого круга кровообращения.

3. Сокращение предсердий – благодаря этому процессу кровь, заполняющая полость предсердий, дополнительно поступает в желудочки через открытые предсердно-желудочковые клапаны.

Как кровоснабжается сердце?

Можно сказать, что кровеносная система сердца является отдельным кругом кровообращения, дополняющим малый и большой кровеносные круги. У основания аорты – над аортальным клапаном отходят, так называемые, коронарные сосуды. По ним кровь достигает всех тканей сердца, снабжая ее веществами необходимыми для планового обновления сердечных клеток, веществами, необходимыми для выработки энергии и кислородом. Удельный кровоток сердца весьма интенсивен – это связано с тем, что сердечная мышца круглосуточно выполняет напряженную механическую работу и в условиях дефицита питательных веществ и кислорода работать длительное время не может. Покидает сердечную ткань кровь по коронарным венам, которые впадают в правое предсердие. По венам из мышечной ткани удаляются продукты распада (углекислый газ, азотистые соединения). Благодаря непрерывному кровообращению происходит постоянное обновление внутриклеточных структур сердца и его непрерывная работа.

Важной особенностью сердечной ткани является отсутствие возможности деления мышечных клеток – потому погибшие сердечные клетки не восполняются за счет деления оставшихся кардиомиоцитов. В зависимости от интенсивности нагрузки объем мышечной ткани сердца может значительно возрастать. К примеру - объем сердечной мышцы спортсменов или больных с некоторыми пороками сердца может существенно превышать среднестатистическую норму.

Что руководит работой сердца?

Как мы знаем – работа сердца это не произвольный акт. Сердце работает постоянно – и когда мы спим, и когда работаем, и даже сейчас, читая эту статью, Вы совершенно не обращаете внимания на необходимость поддерживать частоту сердечных сокращений в пределах 70 ударов в минуту. Вряд ли Вы обращаете внимание на то, что работа сердца должна обеспечивать артериальное давление в большом круге кровообращения в пределах 120/80 мм. рт. ст. А ведь это все обеспечивается тонкой работой встроенной в само сердце управляющей структурой – системой генерирующей биоэлектрический импульс и системой проводящей эти сигналы (проводящая система сердца). Удивительно, но эти небольшие участки сердца формируются у нас еще на первых неделях внутриутробного развития и в течение всей жизни усердно руководят работой сердца.

Синоатриальный узел – в нем генерируется в среднем 70 раз в минуту импульс, который по специальной проводящей системе, как по проводам, распространяется по мышечному слою предсердий. В этом распространении важным условием является синхронность передачи импульса. Ведь если каждая из тысяч клеток миокарда будет сокращаться самостоятельно (в собственном ритме), то повышения давления в камерах сердца не произойдет. Достигнув клеток миокарда, этот импульс приводит к его синхронному сокращению – происходит фаза сокращения предсердий, сменяющаяся последующим сокращением желудочков. При одномоментном сокращении предсердий кровь послушно течет в желудочки, где миокард в данный момент находится в расслабленном состоянии. После того, как предсердия сократились, биоэлектрический импульс специально на доли секунды задерживается – это необходимо для того, чтобы мышечная ткань предсердий максимально сжалась, что приводит к максимальному заполнению желудочков.
Далее возбуждение охватывает мышечную ткань желудочков – происходит синхронное сокращение стенок желудочков. Давление внутри камер нарастает, что приводит к захлопыванию предсердно-желудочковых клапанов и одновременно к открыванию аортального и легочного клапана. При этом кровь продолжает свое однонаправленное движение по направлению к легочной ткани и остальным органам.

Работа сердца является одним из многих до конца не изученных феноменов нашего организма. Однако уже установленные механизмы работы данного органа приводят в восторг не только медиков и биологов, но и физиков, лиц технических специальностей. Ведь до сих пор изобрести механизмы, столь же надежные в работе и эффективные как сердце, не удалось.