1.2.1.6 Циклические изменения биомеханики сердца

Циклическая деятельность порождает циклические же изменения объема и давления крови в камерах, формы камер сердца. Сосредоточимся на физиологии внутрисердечной гемодинамики левого сердца.

Всю систолу, период изоволюмической релаксации, а также фазы быстрого и медленного наполнения сердца LA находится в диастоле, остальное время - в систоле. В систолу LA наполняется кровью легочных вен и его объем возрастает, более быстро - в первую ее треть. Далее скорость этот процесс замедляется и завершается в период изоволюмической релаксации LV. В диастолу сердца кровь из LA переходит в LV, в физиологических условиях большая часть в фазу быстрого и меньшая - в фазу медленного наполнения и систолу предсердий. Скорость изменения объема LA больше в фазу быстрого наполнения и меньше в другие фазы, особенно в систолу предсердий. Изменение объема LA за цикл меньше, чем LV, но закон сохранения объемов крови выполняется. В фазы быстрого и медленного наполнения диастолы значительная часть крови попадает в LV транзитом через LA из легочных вен. Давление крови в LA в начале систолы сердца (период изоволюмического сокращения) уменьшается. Далее с наполнением предсердия кровью оно возрастает. Рост давления LA наблюдается на протяжении всей систолы сердца. В период изоволюмического сокращения и фазу быстрого наполнения LV оно снижается. В фазу медленного наполнения LV давление в LA нарастает медленно, а в систолу предсердий - быстро [12, 59].

Объем крови в LV медленно нарастает в диастолу, в периоде изоволюмического сокращения систолы почти не изменяется, в период изгнания уменьшается, в период изоволюмической релаксации вновь почти не изменяется. Объемы LV в конце диастолы и систолы называются конечносистолическим (ESV) и конечнодиастолическим (EDV). Их разность - ударный объем (SV). При пороках аортального и (или) митрального клапанов в SV входит и объем регургитации. В этих случаях SV дополняют FSV выброса (stroke forward volume). Точное значение SV выброса есть интеграл по периоду изгнания от объемной скорости кровотока через аортальный клапан. SV не есть исключительная функция сократительной способности LV и гемодинамических условий, но определяется и конституциональными особенностями человека. В этой связи часто вместо SV используют его норму - фракцию изгнания (EF), которая есть SV, деленный (нормированный) на EDV LV. Часто SV относят к площади поверхности тела пациента - сердечный индекс (СI). Давление крови в LV в фазу медленного наполнения монотонно нарастает, достигая конечнодиастолического значения (EDP). В период изоволюмического сокращения оно быстро увеличивается и к его концу достигает в физиологических условиях 60-80 % максимальной величины (ESP), регистрируемой во второй половине периода изгнания. В этом периоде кривая имеет два максимума и расположенный между ними минимум. Первый максимум связан с конечностью времени открытия створок аортального клапана в начале периода изгнания. Полное открытие аортального клапана приводит к выравниванию давления крови в LV и артериальном резервуаре, вследствие чего оно в желудочке на короткое время падает (минимум). Второй максимум его приходится на последнюю треть периода изгнания, он часто больше первого. В период изоволюмической релаксации и в фазе быстрого наполнения давление в LV снижается. При оценке сократительной деятельности сердца не только учитывают зависимость давления в LV от времени, но и используют индексы для периодов изоволюмического сокращения и изоволюмической релаксации LV (индексы сократимости (IC) и релаксации (IR) LV). Рассчитывают два типа индексов. Первый представляет собой максимум модуля производной от давления крови в LV по времени, второй равен отношению первого к интегралу от давления за соответствующую фазу сердечного цикла. Естественно ввести еще два индекса, равных отношению IC (IR) к частному от деления модуля приращения (падения) давления в LV в соответствующий изоволюмический период к его продолжительности индекс сократимости нормированный (ICN) и индекс релаксации нормированный (IRN). Эти индексы характеризуют степень неравномерности скорости нарастания (падения) давления в LV [10].

Фазовая петля "объем-давление" крови в LV отражает зависимость между объемом и давлением в сердечном цикле. Несколько петель LV, взятые вместе, носят название фазового портрета. Время в фазовой петле задается в неявном виде: с увеличением времени точка вдоль петли движется против часовой стрелки. Нижний участок петли отвечает диастоле, верхний - периоду изгнания, левый - периоду изоволюмической релаксации, правый - периоду изоволюмического сокращения [45]. Участок петли, соответствующий периоду изгнания, в физиологических условиях обычно имеет прогиб вниз, обусловленный кратковременным снижением давления в желудочке при открытии аортального клапана. Чем больше расстояние между вертикальными участками фазовой петли, тем больше SV, чем выше расположен участок изгнания, тем больше среднее давление. Анализируют размеры, форму и расположение фазовой петли, являющейся одной из наиболее информативных функций сердечнососудистой системы. Площадь, ограниченная петлей, представляет собой работу, выполняемую LV по изгнанию крови в BCC. Временные зависимости объема и давления крови в LV вне математического моделирования можно получить лишь при инвазивном исследовании сердца.

Математическое моделирование позволяет оценить свойства миокарда, недоступные прямому измерению даже инвазивными методами, такие как активные деформации и распределение напряжений в стенке LV [10]. Активные деформации в физиологических условиях в период диастолического наполнения обычно изменяются мало, в периодах изоволюмического сокращения и изгнания возрастают, причем их наибольшие значения приходятся на конец периода изгнания. В период изоволюмической релаксации они уменьшаются. Скорость роста и величина активных деформаций на эндокардиальной поверхности LV больше, чем на эпикардиальной. Величина и характер изменения активных деформаций определяют сократимость миокарда, нарушения которой в значительной мере являются следствием изменения уровня и распределения активных деформаций. Напряжения в диастолу и в период изоволюмического сокращения монотонно возрастают. В периоде изгнания они вначале быстро увеличиваются, затем их рост замедляется вплоть до достижения максимального значения.

В последующем происходит их некоторое снижение. В период изоволюмической релаксации они уменьшаются. Напряжения максимальны со стороны эндокардиальной поверхности желудочка и претерпевают наиболее существенные изменения в систолу. Глобальный максимум напряжений имеет место со стороны эндокардиальной поверхности LV в период изгнания. По времени он соответствует максимуму скорости роста давления крови в желудочке. Со стороны эпикардиальной поверхности кривая напряжений в период изгнания имеет вид плато.

Наибольшие напряжения оказываются в области анатомических концентраторов. При патологических состояниях возникают также "патологические" концентраторы, представляющие собой границу раздела не вовлеченного и вовлеченного в патологичекий процесс миокарда. В местах концентрации напряжения особенно сильно возрастают, когда накладываются своими границами анатомический и "патологический" концентраторы.