1. Частота сердечных сокращений
В известных пределах сердечный выброс прямо пропорционален ЧСС (рис. 19-4). ЧСС определяется автоматизмом синусового узла (т. е. его спонтанной диастолической деполяризацией), который модулируется вегетативными, гуморальными и местными факторами. Собственная частота спонтанной диастолической деполяризации синусового узла ("собственная" означает определяемая только автоматизмом синусового узла в отсутствие модулирующих влияний.— Примеч. пер.) у молодого взрослого человека составляет 90-100/мин, с возрастом она уменьшается, что описывается следующим уравнением:
Собственная частота спонтанной диастолической
деполяризации синусового узла =118/мин - (0,57 х возраст).
Усиление активности блуждающего нерва вызывает уменьшение ЧСС за счет стимуляции м2-холинорецепторов. Усиление симпатической активности приводит к увеличению ЧСС посредством стимуляции бета1-адренорецепторов и, в меньшей степени, бета2-адренорецепторов.
Рис. 19-3. Сердечный цикл в норме. Обратите внимание на соответствие между электрическими и механическими явлениями. (С изменениями. Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 16th ed. Appleton & Lange, 1993.)
Рис. 19-4. Зависимость между частотой сердечных сокращений и сердечным индексом. (С изменениями. Из: Wetsel R. С. Critical Care: State of the Art 1981. Society of Critical Care Medicine, 1981.)
2. Ударный объем
Ударный объем в норме определяется тремя основными факторами: преднагрузкой, постнагрузкой и сократимостью. Имеется известная аналогия с лабораторными исследованиями на препарате скелетной мышцы. Преднагрузка — это длина мышцы перед началом сокращения, постнагрузка — это сопротивление, которое препятствует сокращению мышцы. Сократимость — это внутреннее свойство сердечной мышцы, которое определяет силу сокращения, но не зависит ни от преднагрузки, ни от постнагрузки. Сердце является трехмерным многокамерным насосом, поэтому на ударный объем влияют геометрическая форма желудочков и дисфункция клапанов (табл. 19-2).
ТАБЛИЦА 19-2. Основные факторы, влияющие на ударный объем сердца
Преднагрузка
Постнагрузка
Сократимость
Локальное нарушение сократимости стенки желудочка
Порок клапана
Преднагрузка
Преднагрузкой для желудочка служит конечно-диастолический объем, который обычно зависит от наполнения желудочка. Зависимость между сердечным выбросом и конечно-диастолическим объемом левого желудочка известна как закон Старлинга (рис. 19-5). Если ЧСС постоянна, то сердечный выброс прямо пропорционален пред-нагрузке до тех пор, пока не будет достигнут определенный конечно-диастолический объем. По достижении этого объема сердечный выброс почти не изменяется или даже снижается. Перерастяжение желудочка способно вызвать его чрезмерную дилатацию и недостаточность атриовентрикуляр-ного клапана.
А. Факторы, влияющие на наполнение желудочка. Наполнение желудочка зависит от многих факторов (табл. 19-3), самый важный из которых — венозный возврат. Все факторы, влияющие на венозный возврат, постоянны, за исключением венозного тонуса, который в норме и служит главной детерминантой. Усиление метаболической активности повышает тонус вен, и емкость венозных сосудов снижается, поэтому венозный возврат к сердцу растет. Сдвиги ОЦК и венозного тонуса — важные причины интра- и послеоперационного изменения наполнения желудочков и сердечного выброса. Любой фактор, который модулирует небольшой в нормальных условиях градиент венозного давления, способствующий возврату крови к сердцу, также влияет на наполнение желудочков. К таким факторам относятся внутригрудное давление (изменяется при ИВЛ и торакотомии), положение тела (может изменяться при укладке на операционном столе) и давление в полости перикарда (изменяется при заболеваниях перикарда).
Наиболее важный фактор, определяющий преднагрузку правого желудочка,— это венозный возврат. Если нет тяжелого заболевания легких и выраженной дисфункции правого желудочка, то именно венозный возврат определяет величину преднагрузки левого желудочка. В норме конечно-диастолические объемы обоих желудочков приблизительно одинаковы.
Рис. 19-5. Закон Старлинга
ЧСС и ритм сердца также влияют на преднагрузку желудочка. При увеличении ЧСС диастола укорачивается в большей степени, чем систола. Следовательно, при высокой ЧСС (> 120 мин-1 у взрослого) возникает нарушение наполнения желудочков. Отсутствие систолы предсердий (при мерцательной аритмии), ее неэффективность (при трепетании предсердий) или нарушение ее временного соотношения с другими фазами сердечного цикла (при ритмах из нижней части предсердий или АВ-узловых ритмах) могут уменьшить наполнение желудочков на 20-30 %. Систола предсердий обеспечивает низкое среднее диастолическое давление в желудочке. Следовательно, при сниженной растяжимости желудочка отсутствие своевременной систолы предсердий влияет на гемодинамику особенно сильно.
ТАБЛИЦА 19-3. Факторы, влияющие на преднагрузку
Венозный возврат
Объем циркулирующей крови (ОЦК)
Распределение ОЦК
Положение тела
Внутригрудное давление
Давление в полости перикарда
Венозный тонус
Сердечный ритм (систола предсердий)
ЧСС
Б. Диастолическая функция и растяжимость желудочка. В клинических условиях конечно-диастолический объем желудочка трудно измерить. Даже такие методы визуализации, как двухмерная чреспищеводная ЭхоКГ, изотопная сцинтиграфия и рентгеноконтрастная вентрикулография, позволяют лишь приблизительно оценить объем. Конечно-диастолическое давление левого желудочка (КДДЛЖ) можно использовать в качестве показателя преднагрузки только при условии, что растяжимость желудочка (соотношение между объемом и давлением) постоянна. К сожалению, в норме растяжимость желудочка нелинейна (рис. 19-6). Более того, при изменении растяжимости желудочка одно и то же КДДЛЖ будет соответствовать различной преднагрузке (при уменьшении растяжимости — сниженной преднагрузке). На диастолическую функцию и растяжимость желудочка влияют многие факторы. Тем не менее измерение КДДЛЖ или близкого к нему по величине давления заклинивания в легочной артерии (ДЗЛА) остаются наиболее распространенными методами оценки преднагрузки левого желудочка (гл.6). Центральное венозное давление можно использовать как показатель преднагрузки правого желудочка, а у большинства людей — и как показатель преднагрузки левого желудочка.
Рис. 19-6. Растяжимость желудочка в норме и при патологии
Факторы, определяющие растяжимость желудочков, можно разделить на связанные со скоростью расслабления (ранняя диастолическая растяжимость) и с пассивной жесткостью желудочка (поздняя диастолическая растяжимость). Раннюю диастолическую растяжимость уменьшают гипертрофия, ишемия и асинхрония, позднюю — гипертрофия и фиброз. Внешние воздействия (заболевания перикарда, перерастяжение другого желудочка, повышенное давление в дыхательных путях, повышенное внутриплевральное давление, опухоли и сдавление при хирургических вмешательствах) также способны уменьшить растяжимость желудочка. В норме стенка правого желудочка тоньше, чем левого, поэтому растяжимость правого желудочка выше.
Постнагрузка
Для интактного сердца постнагрузку определяют как напряжение стенки желудочка во время систолы или как сопротивление артерий сердечному выбросу. Напряжение стенки можно приравнять к давлению, которое желудочек должен преодолеть для уменьшения объема своей полости. Если форму желудочка принять за сферу, напряжение его стенки можно выразить, пользуясь законом Лапласа:
Напряжение стенки = (Р х R)/(2 x H),
где Р — внутрижелудочкоое давление, R — радиус желудочка, Н — толщина стенки. Хотя форма желудочка ближе к эллипсоидной, это соотношение все же допустимо. Если радиус желудочка увеличивается, то для развития прежнего давления в желудочке потребуется большее напряжение стенки. И наоборот, увеличение толщины стенки уменьшает напряжение в стенке желудочка.
На величину систолического внутрижелудочкового давления влияют сила его сокращения, вязкоэластические свойства аорты и ее проксимальных ветвей, вязкость и плотность крови, а также общее периферическое сосудистое сопротивление (ОПСС). ОПСС зависит в основном от тонуса артериол. Вязкоэластические свойства сосудов и крови у каждого человека обычно постоянны, поэтому в клинических условиях постнагрузку левого желудочка приравнивают к ОПСС, которое вычисляется по формуле:
ОПСС = 80 X (АДср - ЦВД)/СВ,
где АДср — среднее артериальное давление (мм рт. ст.), ЦВД — центральное венозное давление (мм рт. ст.), СВ — сердечный выброс (л/мин). В норме ОПСС варьируется от 900 до 1500 дин X с х см-1. В отсутствие постоянных изменений размера, формы или толщины стенки левого желудочка, а также острых изменений ОПСС для ориентировочной оценки постнагрузки левого желудочка можно использовать АДсист.
Постнагрузка правого желудочка зависит главным образом от легочного сосудистого сопротивления (ЛСС) и выражается уравнением:
ЛСС = 80 х (ДЛАср - ДЛП)/СВ,
где ДЛАср — среднее давление в легочной артерии, ДЛП — давление в левом предсердии. В клинической практике вместо ДЛП используют ДЗЛА (глава 6). В норме ЛСС варьируется от 50 до 150 дин х с х см-5.
Сердечный выброс обратно пропорционален величине постнагрузки (рис. 19-7). Правый желудочек более чувствителен к изменениям постнагрузки, чем левый, потому что стенки его тоньше. При тяжелой дисфункции левого или правого желудочка величина сердечного выброса очень чувствительна к острому возрастанию постнагрузки. Последнее положение особенно важно учитывать при депрессии миокарда, которая часто возникает при анестезии.
Сократимость
Сократимость сердца (инотропизм) — это способность миокарда сокращаться в отсутствие изменений пред- и постнагрузки. Сократимость определяется скоростью укорочения сердечной мышцы, которая в свою очередь зависит от концентрации внутриклеточного кальция в период систолы. При некоторых условиях рост ЧСС повышает сократимость, вероятно из-за увеличения количества доступного внутриклеточного кальция.
Сократимость изменяется под действием нервных, гуморальных или фармакологических факторов. В норме наибольшее влияние на нее оказывает симпатическая нервная система. Симпатические нервные волокна иннервируют не только синусовый узел и АВ-узел, но и миокард предсердий и желудочков. Помимо положительного хронотропно-го эффекта, высвобождающийся норадреналин, стимулируя бета1-адренорецепторы, обладает свойством повышать сократимость. В миокарде присутствуют также и а-адренорецепторы, но их стимуляция сопровождается лишь слабыми положительными инотропным и хронотропным эффектами. Симпатомиметики и адреналин, выделяемый надпочечниками, усиливают сократимость за счет стимуляции бета1-адренорецепторов.
Рис. 19-7. Зависимость между сердечным выбросом и постнагрузкой. А. Влияние увеличения постнагрузки на сердечный индекс. Б. Обратите внимание, что при дисфункции миокарда значительно ухудшается переносимость постнагрузки.
Сократимость снижается при гипоксии, ацидозе, истощении запасов катехоламинов в сердце, а также при потере массы функционирующего миокарда в результате ишемии или инфаркта. Большинство анестетиков и антиаритмических средств обладают отрицательным инотропным действием (т. е. снижают сократимость).
Локальное нарушение сократимости стенки желудочка
Локальное нарушение сократимости стенки желудочка — это феномен, который не имеет аналогии в модели препарата скелетной мышцы. Локальное нарушение сократимости может быть обусловлено ишемией, рубцом, гипертрофией или нарушением проводимости. Когда при сокращении желудочка его полость уменьшается асимметрично или не полностью, то опорожнение желудочка нарушается. Выделяют следующие локальные нарушения сократимости стенки желудочка (перечислены по мере утяжеления,): гипокинезия (снижение сократимости), акинезия (отсутствие сократимости) и дискинезия (парадоксальное выбухание). В отдельных участках миокарда сократимость может быть нормальной или даже повышенной, но ее локальные нарушения в других местах стенки желудочка способны нарушать процесс опорожнения и уменьшать ударный объем сердца. Тяжесть дисфункции зависит от размера и количества участков, имеющих локальное нарушение сократимости.
Пороки сердца
Порок может поражать любой из четырех клапанов сердца. Выделяют стеноз, недостаточность и их сочетание. Стеноз атриовентрикулярного клапана (митрального или трикуспидального) снижает ударный объем за счет уменьшения преднагрузки желудочка, в то время как стеноз полулунного клапана (аорты или легочного ствола) снижает ударный объем за счет увеличения постнагрузки желудочка (гл. 20). Недостаточность клапана вызывает снижение ударного объема, не влияя на преднагрузку, постнагрузку, общую и локальную сократимость. При каждом сокращении эффективный ударный объем в этом случае уменьшается на величину объема регургитации. При недостаточности атриовентрикулярного клапана часть ударного объема во время систолы возвращается в предсердие, а при недостаточности полулунного клапана часть ударного объема возвращается в желудочек во время диастолы.
Оценка функции желудочка