фізіологія Плиска остання

З моменту початку розслаблення шлуночків починається діастола шлуночків (0,47 с). До моменту закриття напівмісяцевих клапанів (при розслабленні шлуночків кров внаслідок падіння тиску в порожнинах шлуночків спрямовується у зворотний бік) її части-

на має назву протодіастолічного періоду (0,04 с). Закриття напів-

місяцевих клапанів супроводжується виникненням другого (діастолічного) тону серця. Потім починається період ізометричного розслаблення (0,08 с), коли при подальшому розслабленні міокарда довжина його волокон не змінюється, тому що не змінюється і внутрішньошлуночковий об'єм крові. Тиск у порожнинах падає до нуля і стає нижчим, ніж у передсердях, що спричиняє відкриття атріовентрикулярних клапанів. Починається період наповнення шлуночків (0,25 с). Частина діастоли до початку наповнення шлуночків кров'ю називається періодом ізоволюмічного розслаблення. До цього моменту передсердя заповнені кров'ю (діастола передсердь — 0,7 с) за рахунок пасивного притоку крові та певною мірою «активного», коли скорочення шлуночків відтягує атріовентрикулярну перегородку вниз і створює негативний присмоктувальний тиск у їхніх порожнинах. Це сприяє припливу крові.

Період наповнення шлуночків у свою чергу складається з фаз швидкого (0,08 с) і повільного (0,17 с) наповнення (фаза діастазису).

Коливання стінок шлуночків при ударі в них в результаті припливу крові викликає появу третього тону серця. Такі ж коливання в кінці фази повільного наповнення в результаті скорочення передсердь супроводжуються появою четвертого тону. Систола передсердь триває 0,1 с і додатково накачує в шлуночки до 30% крові. У шлуночків — це пресистолічний період.

Та дуже незначна частина серцевого циклу, коли і шлуночки іпередсердяперебувають у станірозслаблення, називається загальноюдіастолою, абопаузою. Передсердя(їхнівушказдатнідорозтягання і вміщення значних об'ємів крові) регулюють приплив крові дошлуночків.

При збільшенні ЧСС до 150-180 уд"1 тривалість потенціалу дії (електрична систола) та механічної систоли змінюється мало (зменшується тільки діастола), що дозволяє непрямим способом оцінювати скоротливу функцію міокарда. Наприклад, за допомогоюполікардіографії (рис. 72). Водночас окремі дослідники показали зменшення тривалості потенціалу дії, пояснюючи це тим, що підвищення провідності для іонів К+ (gk) спостерігається ще тривалий час після реполяризації. Імовірно, це справедливо для випадків, коли тривалість потенціалу дії стає більшою 400 мс.

Існують більш інформативні методи оцінки скоротливості — ехокардіографія. Це запис ультразвукових коливань, віддзеркалених

263

Серцевий викид обумовлюють: венозне вороття, скоротливість самого міокарда, частота серцевих скорочень, периферичний опір для правого

ілівого шлуночків, стан клапанного апарату. В свою чергу венозне вороттязалежитьвідоб'ємуциркулюючоїкрові, внутрішньогрудноготиску, положення тіла, тонусу вен, роботи скелетних м'язів, скорочення передсердь

івушок; скоротливість — від довжини волокон міокарда, кровопостачання серця, концентрації іонів Na+, K+, Са2+, Мп2+ та інших гуморальних чинників. Будь-які порушення наведених чинників спричиняють порушення роботи серцевого м'яза і його недостатність. Усі теорії серцевої недостатності зводяться до таких: а) пов'язаних з порушеннями електричних властивостей мембрани кардіоміоцитів, б) обумовлених порушеннями процесів синтезу та утилізації макроергічних фосфатів, в) пов'язаних з порушенням процесів електромеханічного спряження.

Нормальна ЧСС = 220 - В (вік у роках). Збільшення ЧСС до 150-180 уд/хв супроводжується зменшенням тривалості діастоли і дуже незначним зменшенням систоли. При подальшому зростанні ЧСС зменшується

ісистола. Значне зменшення діастоли призводить до зменшення кінцеводіастолічного об'єму (камери серця не встигають наповнитись кров'ю

іхвилинний об'єм кровообігу перестає зростати.

Для дослідження УО і ХОК використовують метод Фіка, ехо-

кардіографію. Також проводять інтегральну реографію (імпедансографія) — зміна електричного опору тіла та плетизмографію — реєстрація зміни об'єму частин тіла.

Метод Фіка — це непряме обчислення ХОК на основі різниці вмісту О2 в артеріальній і венозній крові. Наприклад, у легенях за 1 хв у кров потрапляє 400 мл О2. В артеріальній крові кількість О2 на 8 об% більша, ніжувенозній. Отже, 100 млкровіпоглинаєвлегенях 8 мл О2. Звідси для засвоєння усього О2 потрібно, щоб через легені пройшло: (100 х 400): 8 - 5000 мл. Тобто ХОК дорівнює 5000 мл.

Отримують венозну кров за допомогою катетеризації правого передсердя. Для обчислення ХОК використовують введення відомої кількості певної речовини з визначенням її концентрації. Відмічають криву розведення і час рециркуляції. Звідси також можна знайти:

60 х І ХОК= — — ,

С х і

де І— кількість введеної речовини, Т— тривалість першої хвилі рециркуляції, С — середня концентрація речовини (мг/л) у крові, яку отримують з лівої половини серця під час катетеризації.

При фізичному навантаженні ХОК зростає в 4-6 разів. При цьому на долю м'язів припадає 80-85% (до 20 л/хв).

Механічну діяльність серця також вивчають за допомогою балістокардіографії, динамокардіографії.

265

Клапани серця визначають однонапрямленість току крові в організмітаберутьучастьуформуваннізвуковихявищусерці. Реєструвати їх можна як аускультативно (І, II, інколи III тонів), так і за допомогоюфонокардіографії(ФКГ) (рис. 70, в; 78). ФКГ— цеграфічний запис звукових явищ діяльності серця у часі. При аналізі ФКГ враховують тривалість, амплітуду й частоту осциляцій тонів, які з'явилися, та наявність шумів. Тривалість тону визначають за швидкістю руху реєструвальної смужки. Амплітуда зубців характеризує певною мірою гучність, частота осциляцій — висоту тонів. Звідси перший тон більш тривалий, глухий і низький, ніж другий (рис. 70, в). Аускультацію або реєстрацію ФКГ проводять не в місці проекції клапанів на передню грудну стінку, а за ходом судин внаслідок проведення звукових явищ за током крові.

Першийтонвиникаєвнаслідокзакриттястулокатріовентрикулярних клапанів (клапанний — основний) та вібрації цих стулок і сухожильних ниток, якіутримуютьїх; турбулентноготокукрові, щоб'єтьсяобзакриті клапани; вібраціїстінокшлуночківуфазуізометричногоскорочення; коливання початкових відділів аорти та легеневої артерії у фазу швидкого вигнаннякрові. Другий— ударкровіобстулки, ударстулокоднаводну, вібраціястулок, вібраціястінокаортиталегеневоїартерії. Третійтончастішереєструєтьсяпривадахклапанів. Порушенняскоротливостіміокарда супроводжуєтьсяпорушеннямзвучностітонів, появоюшумів.

Викид серцем крові в судини серця супроводжується розтяганням їх стінки і зміною їхнього поперечного перерізу. У результаті виникають пульсові коливання судинної стінки. Механізм цих коливань полягає в тому, що кінетична енергія руху крові трансформується в потенціальну енергію розтягання судин. Просування крові судинами супроводжується зворотними змінами: потенціальна енергія розтягання судин переходить у кінетичну енергію току крові. Однак у судинах внаслідок їхньої еластичності виникає власна пульсова хвиля. До того ж швидкість її поширення значно більша, ніж течія крові. Досліджують таку пульсову хвилю(пульс) методом пальпації. До того ж звертають увагу на такі її властивості: частоту, ритмічність, висоту (залежить від величини УО), швидкість (крутизну) наростання пульсової хвилі, напруження (наповнення). Дляграфічної реєстраціїартеріального пульсу існуютьспеціальні датчики. Вони реєструють зміну тиску або напруження. Отримані криві називаються сфігмограмами (СФГ).

Одночасна реєстрація ЕКГ, ФКГ та СФГ дозволяє розрахувати тривалість окремих періодів і фаз серцевого циклу (рис. 72). Одночасний їх запис називається полікардіографією, яка дозволяє непрямим методом оцінити скоротливу функцію серцевого м'язу.

366

Роботу серця визначають за формулою: W=Vp+mv2/2g, де V — об'єм викинутої серцем крові (ХОК або систолічний), Р — тиск крові в аорті (опір), m — маса крові, що викидається, g — прискорення вільнопадаючоготіла, v — швидкість, зякоювиштовхуєтьсякров.

Артеріальний пульс визначає ритм роботи серця, швидкість вигнання крові серцем, величину УО. Пульсова хвиля дещо запізнюється від звукових і електричних явищ у серці.

Регуляція діяльності серця

Регуляція серцевої діяльності спрямована на регуляцію ХОК, який дорівнює УО х ЧСС. Досягається це через зміни УО (зміна сили скорочень типових кардіоміоцитів) і ЧСС (зміна активності пейсмекерних клітин). За рахунок цього здійснюється баланс припливу йвідтоку.

Механізми регуляції серцевої діяльності поділяються на місцеві (міогенні, нервові й гуморальні) та центральні (нервові й гуморальні). Міогенні — це гетеро- і гомеометричні; нервові — центральні (симпатичні й парасимпатичні рефлекси) та місцеві (метасимпатичні рефлекси). Також виділяють умовні й безумовні рефлекси та власні (з рецепторів серцево-судинної системи) і спряжені (з усіх інших рецепторних полів).

Гетерометричний механізм (закон Франка-Старлінга, закон серця, регуляція припливом) обумовлений тим, щозбільшення довжини м'язових волокон серця супроводжується збільшенням динамічної зони контакту (рис. 73) актинових і міозинових протофібрил. У результаті утворюється більше актиноміозинових містків під час

приклад, при підвищенні артеріального Рис. 73. Схема залежності тиску) спричиняє збільшення сили сили скорочень м'язів від серцевихскороченьприУО= constant. їхньоїдовжини

267

Збільшення опору вигнанню супроводжуватиметься підвищенням перфузійного тиску в коронарних судинах з такими наслідками:

1.Посилення кровопостачання міокарда спричинить його набрякання як «губки» внаслідок наявності в його судинах підвищеного об'єму крові. У результаті кардіоміоцити будуть розтягуватись нібито з усіх сторін (ефект «садового шлангу»). Тому знову спрацює закон серця, але на клітинному рівні. Він дістав назву мікроФранкСтарлінг.

2.Посилення кровопостачання міокарда збільшить доставку до нього високоактивних біологічних речовин (наприклад катехоламінів), що стимулюють його скоротливу активність.

3.Збільшення опору вигнанню крові супроводжується зменшенням швидкості скорочення міокарда відповідно до залежності кривої«сила— швидкість» знаступнимзростаннямчасу взаємодії актиновихіміозиновихпротофібрил. Цевсвоючергувикличезбільшення кількості активних центрів, до яких встигають приєднатися головки міозину. Тому зростає як кількість утворених містків, так

ікількість«гребних» рухів, яківонивстигаютьзробити. Відповідно збільшується і сила скорочення міокарда.

4.Посилення кровопостачання збільшить доставку О2 і поживних речовин до міокарда, стимулюючи його енергозабезпечення з наступним зростанням сили скорочень. Однак тепер показано,

насоси мембрани та СР не встигнуть повністю відкачати за цей час іониСа2+ зцитоплазми.

Підвищення внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ збільшитькількістьутворенихактоміозиновихмістківівідповідно спричинить зростання сили скорочень міокарда. Драбина Вудстока — все навпаки. При патології (серцева недостатність) залежність драбини Боудича змінюється на протилежну.

Потенціація скорочень спокоєм — зростає сила першого скорочення при збільшенні частоти стимуляції дискретно (з періодами спокою). Це обумовлено накопиченням внутрішньоклітинно іонів Са+ в періоди спокою в обмін на іони Na+. Тобто зростання частоти скорочень супроводжується накопиченням у примембранному шарі іонів Na+ та реверсією натрій-каль- цієвого обмінника (дивись далі). В результаті під час розвитку потенціалу дії (фаза деполяризації) в обмін на виведення з клітини іонів Na+ усе більше іонів Са2+ будуть закачуватись у клітину та депонуватись у СР. Як наслідок останнього перший «кальцієвий» залп, на перше подразнення після періоду спокою, буде максимальний змаксимальним скороченням.

Улабораторногощурахроноінотропназалежністьіпотенціаціяскорочень спокоєм мають негативний характер.

Збільшення внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ запускає три механізми: а) викликає механічну реакцію скорочення; б) прискорює поглинання іонів Са2+ назад у внутрішньоклітинні запасники (СР); в) активує кальцієчутливі калієві канали, частково відповідальні за реполяризацію клітини. Реполяризація сама по собі зупиняє всі види надходження іонів Са2+ шляхом закриття кальцієвих каналів. Натрій-кальцієвий обмінник починає виводити іони Са2+ з цитоплазми клітини (1 іон Са2+ на 2,3 або 4 іони Na+). При співвідношенні 1:3 виникає невелика деполяризація, якщо не спостерігається одночасного переносу одного протиіона, наприклад, СІ. Реакція прискорюється в присутності АТФ, але останній не гідролізується. Джерелом виведення іонів Са2+ проти великого електричного градієнта є електрохімічний градієнтіонівNa+. Такимчином, існуєдвапроцеси, щознижують внутрішньоклітинну концентрацію іонів Са2+: збільшення швидкості поглинання іонів Са2+ внутрішньоклітинними запасниками і натрій-каль- цієвийобмін. Крімтого, певнийвнесокможеробитиАТФ-залежниймемб- ранний насос, швидкість роботи якого пропорційна внутрішньоклітинній концентрації іонів Са2+. Але важко очікувати, що він буде чутливий до мембранного потенціалу, тому що використовує велику енергію, отримувану при гідролізі АТФ. Проте внаслідок такої схеми руху іонів Са2+ практично весь прирістіонівкальцію(якийєрезультатомдеполяризаціїклітини) може бути поглинений внутрішньоклітинними запасниками (СР), тож розслаблення міокарда відбудеться ще при деполяризації мембрани. Але СР не можепрацюватитакимчиномпротягомбагатьохсерцевихциклів, оскільки відбудеться його швидке насиченняіонами Са2+. Отже, необхідно припустити, що підчасреполяризаціїмембранинатрій-кальцієвий обмінзнову активізується і виводить іони Са2+з цитоплазми клітини, знижуючи

269

внутрішньоклітинну концентрацію іонів Са2+ до дуже низьких значень, при яких відбувається відплив цих іонів із СР в міоплазму, які надалі викачуються назовні при роботі сарколемального кальцієвого насоса.

Якщо коротко підсумувати процес розслаблення серцевих клітин, то можна вирізнити два таких механізми: а) поглинання іонів Са2+, незалежневідмембранногопотенціалу, зміоплазмивСР, післячогозначначастина цих іонів Са2+ видалиться з внутрішньоклітинного простору кальцієвими насосами сарколеми; б) безпосереднє видалення іонів Са2+ з міоплазми в міжклітинний простір при роботі переносників поверхневої мембрани, залежних від електрохімічного потенціалу для іонів Na+ (тобто натрійкальцієвий обмін). Натрій-кальцієвий обмін є основним механізмом, який видаляє з внутрішньоклітинного простору під час реполяризації (у діастолу) іони Са2+, що надходить під час деполяризації. Концентрації позаклітинних концентрацій іонів Са2+ і іонів Na\ а також мембранного потенціалу не змінюються під час діастоли. Можна припустити, що на вихід іонів Са2+ із серцевої клітини впливає тільки величина внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ в кожний визначений момент часу. В цьому разі очікується, що зростання внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ призводить до збільшення кількості іонів Са2+, який знаходиться в запасниках СР. Слід також очікувати, що на швидкість відкачування іонів Са2+ з міоплазми в СР впливає внутрішньоклітинна концентрація іонів Са2+. Отже, якщо умови змінити так, щоб у міокардіальні клітини надійшло більше іонів Са2+, то збільшиться і виведення іонів Са2+ та його акумуляція в СР.

Для клітин робочого міокарда зменшення інтервалу між збудливими стимулами означає, що в клітини за одиницю часу надходить більше іонів Na+, який входить із швидким натрієвим струмом і, що більш важливо, за натрій-кальцієвого обміну, внаслідок почастішання періодів виведення іонів Са2+, який входить із кожним потенціалом дії. У такий спосіб зв'язок між частотою збуджень і натрій-кальцієвим обміном може бути таким: збільшення частоти збуджень -> збільшення входу іонів Са2+ кальцієвими каналами (у систолу) -» підвищення внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ -> підвищення внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ -> підвищення надходження іонів Са2+ під час деполяризації (за механізмом натрій-кальцієвогообміну) -> збільшеннясилискороченняпридеполяризації. Наведений вище аналіз дозволяє припустити, що натрій-кальцієвий обмін можевідігравати певну рольу регуляції амплітуди кожного скорочення. Оскільки внутрішньоклітинна концентрація іонів Na+ визначається сумою усіх відпливів іонів Na+ через канали і за іншими механізмами (наприклад, натрій-кальцієвий обмін) під час фази деполяризації потенціалу дії, штучні впливи, що можуть знизити швидкість викачування іонів Na+ при роботі натрій-калієвого насоса, додатково сприятимуть збільшенню внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+, а отже і сили кожного скорочення. Залежність сили скорочень від внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ є дуже значною, причому при низьких величинах внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ підвищення її на 1 мМ дає явнезбільшення сили скорочень.

270

Уповільнення частоти серцевого ритму також спричиняє зниження внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ не тільки через меншу кількість потенціалів дії за одиницю часу і, отже, іонів входу Na+, а й внаслідок того, що менша кількість скорочень обумовлює менше надходження іонів Са2+ (або через кальцієві канали, або за механізмом натрій-кальцієвого обміну за одиницю часу), а відтак необхідне менше надходження іонів Na+ для виведення іонів Са2+, які входять. Більш низька величина внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ означає також існування більш високого електрохімічного градієнта концентрації іонів Na+, отже величина внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ у спокої (в діастолі ) також буде нижча, що призведе до зменшення запасів іонів Са2+ в СР, які визначаються середньою величиною внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+зацикл.

Таким чином, дослідження, особливо з використанням натрієчутливих електродів у серцевій клітині, виявили важливу роль внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ у визначенні не тільки постійного (тонічного) напруження міокарда, яке також спостерігається, а й амплітуди транзиторного (фазного) скорочення, що розвивається при деполяризації. Відносно просте пояснення цих спостережень полягає в тому, що давно відомий натрій-кальцієвий обмін є електрогенним, і отже, чутливим до мембранногопотенціалу.

Цей підхід дозволяє зрозуміти механізм дії серцевих глікозидів і пояснити відмінності в способах розслаблення серцевих клітин. Оскільки величина внутрішньоклітинної концентрації іонів Na+ задається при роботі натрій-калієвого насоса і залежить від позаклітинної концентрації іонів Na+, поглинання і виведення їх з організму тісно пов'язано з регуляцією скоротливості серця.

До нервових механізмів регуляції серцевої діяльності входять центральні — симпатичні, парасимпатичні (ті й ті можуть бути як умовними, так і безумовними) та периферичні — метасимпатичні рефлексиАНС. Симпатичнийіпарасимпатичнийвідділимаютьантагоністичнііводночассинергічнівпливи. Так, якщонафонітривалої стимуляція симпатичного нерву серця, що викличе пригнічення скоротливості серця, після її підвищення, приєднати стимуляцію блукаючого нерва, то буде спостерігатись знову підсилення скорот ливості серцевого м'яза.

При окремій стимуляції симпатичного відділу автономної нервової системи спостерігатимуться такі позитивні ефекти з боку серцевого м'яза: а) хронотропний — збільшення ЧСС; б) інотропний — зростання сили скорочень; в) батмотропний — підвищення збудливості; г) дромотропний— збільшенняпровідності.

Перші нейрони СНС закладені в бокових рогах Th2.4, верхньому шийному та зірчастому вузлах. СНС іннервує більш-менш рівномірно типові й атипові клітини передсердь і шлуночків.

271

Подразнення симпатичних нервів спричиняє звільнення норадреналіну, який буде взаємодіяти з (З-АР з наступною активацією мембранного ферменту Ац. Цей фермент прискорює реакцію АТФ -> цАМФ. Останнійзапускаєкаскадреакцій, врезультатіякихзростає енергозабезпечення посилено працюючого міокарда. Це супроводжується підвищенням проникності мембрани до іонів Са2+ і іонів Na+ внаслідок відкриття повільних кальцієвих каналів. У свою чергу це буде супроводжуватись: а) прискоренням спонтанної повільної діастолічної деполяризації зі збільшенням ЧСС; б) збільшенням амплітуди потенціалу дії і відповідно підвищенням швидкості проведення збудження; в) подовженням фази плато потенціалу дії зі збільшенням внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ зі зростанням сили і швидкості скорочень і швидкості розслаблення (внаслідок посилення енергопостачання, рис. 77, а); г) зниженням AV і відповідно підвищенням збудливості та провідності. Збільшення амплітуди потенціалу дії і зменшення AV підсилюють ефекти одне одного. Водночас норадреналін активує фосфоліпазу С, яка активує утворення ДГ й І3Ф з певними ефектами.

Основне ядро ПНС — дорзальне ядро блукаючого нерва. Він іннервує синоатріальний (волокна переважно правого n.vagi) і атріовентрикулярний (волокна переважно лівого n.vagi) вузли та типові кардіоміоцити передсердь і меншою мірою — типові кардіоміоцити шлуночків. Останнєтвердженняєспірнимоскількиіннерваціябідна і можливо іннервує тільки коронарні судини.

При подразненні парасимпатичного відділу АНС усі згадані вище ефекти будуть зворотними. У цьому разі стимуляція блукаючого нерва супроводжуватиметься виділенням ацетилхоліну, який взаємодіє з М-ХР з активацією цГМФ або І3Ф. Підвищиться проникність клітинної мембрани до іонів К+ внаслідок відкриття калієвих каналів. Збільшиться вихід іонів К+, що буде шунтувати всі вхідні струми під час розвитку потенціалу дії. У результаті зменшиться швидкість спонтанної повільної діастолічної деполяризації зі зменшенням автомати* та ЧСС. Вплив на атріовентрикулярний вузол можевикликатитимчасову йогоповну (функціональну) блокаду. Виникне гіперполяризація клітинної мембрани з наступним зниженням збудливості (зростає AV) та швидкості проведення збудження. Цьому сприяє і зменшення амплітуди потенціалу дії. Зі зменшенням вхідного кальцієвого струму зменшиться довжина фази плато потенціалу дії та внутрішньоклітинна концентрація іонів Са2+ і відповідно — сила скорочень (переважно передсердь). Внаслідок збільшення швидкості реполяризації (що призводить до зменшення тривалості плато потенціалу дії) вкорочується рефрактерний період, з'являється небезпека аритмій.

272