Биение сердца: механизм и регуляция¶

Биение сердца — это ритмическое сокращение и расслабление сердечной мышцы (миокарда), обеспечивающее нагнетание крови в сосуды и непрерывное кровообращение в организме. У человека в состоянии покоя сердце совершает в среднем 60–80 сокращений в минуту, перекачивая за это время около 5 литров крови. Каждый цикл состоит из последовательных фаз — систолы (сокращения) и диастолы (расслабления), которые вместе образуют сердечный цикл.

¶Физиология сердечного цикла

Сердечный цикл у человека длится около 0,8 секунды и включает три основные фазы. Систола предсердий занимает примерно 0,1 секунды: в это время кровь из предсердий выталкивается в расслабленные желудочки. Затем наступает систола желудочков (около 0,3 секунды), при которой давление в полостях резко возрастает, открываются полулунные клапаны аорты и легочного ствола, и кровь выбрасывается в большой и малый круги кровообращения. Диастола — общее расслабление сердца — длится около 0,4 секунды, в течение которой камеры вновь наполняются кровью.

Работа сердца как насоса основана на разнице давления. В левом желудочке во время систолы давление достигает 120–130 мм рт. ст., в правом — значительно ниже (25–30 мм рт. ст.). Клапанный аппарат (митральный, трикуспидальный, аортальный и пульмональный клапаны) обеспечивает однонаправленный ток крови и предотвращает обратный заброс.

¶Проводящая система сердца

Способность сердца сокращаться автоматически (автоматизм) обеспечивается специализированными клетками проводящей системы. Сигнал к сокращению зарождается в синоатриальном узле — водителе ритма первого порядка, расположенном в стенке правого предсердия. От него возбуждение распространяется по мышце предсердий к атриовентрикулярному узлу, где происходит небольшая задержка импульса (около 0,04 секунды), необходимая для завершения сокращения предсердий до начала систолы желудочков.

Далее импульс по пучку Гиса и волокнам Пуркинье быстро проводится к верхушке сердца и охватывает миокард желудочков, обеспечивая их синхронное сокращение снизу вверх. Частота генерации импульсов синоатриального узла в покое составляет 60–80 в минуту. При повреждении основного водителя ритма его функцию берут на себя нижележащие отделы проводящей системы, однако частота их спонтанной активности значительно ниже — от 20 до 50 сокращений в минуту.

¶Регуляция сердечной деятельности

Работа сердца находится под контролем вегетативной нервной системы и гуморальных факторов. Симпатический отдел (через норадреналин и адреналин) учащает и усиливает сокращения, что происходит при физической нагрузке, стрессе и эмоциональном возбуждении. Парасимпатический отдел (блуждающий нерв, медиатор ацетилхолин) оказывает противоположное действие — урежает ритм и снижает силу сокращений, что характерно для состояния покоя и сна.

Гуморальная регуляция включает влияние гормонов щитовидной железы (тироксин повышает частоту и чувствительность рецепторов к катехоламинам), гормонов коры надпочечников, а также концентрации электролитов — ионов калия, кальция и натрия. Избыток калия замедляет и ослабляет сердечные сокращения, избыток кальция усиливает их. Температура тела также влияет на ритм: повышение температуры на 1 °C учащает пульс примерно на 10 ударов в минуту.

¶Методы исследования

Основным методом оценки электрической активности сердца является электрокардиография (ЭКГ), регистрирующая суммарный электрический потенциал работающего сердца. На электрокардиограмме каждый сердечный цикл представлен характерными зубцами и интервалами: зубец P отражает возбуждение предсердий, комплекс QRS — возбуждение желудочков, зубец T — процесс восстановления (реполяризации). Анализ ЭКГ позволяет выявить нарушения ритма, ишемию миокарда, гипертрофию отделов сердца и другие патологии.

Для аускультации (выслушивания) сердца используют фонендоскоп. При этом определяются два основных тона: первый тон возникает при захлопывании атриовентрикулярных клапанов в начале систолы желудочков, второй — при закрытии полулунных клапанов аорты и легочного ствола в начале диастолы. Дополнительные тоны и шумы могут указывать на пороки клапанов, септальные дефекты или другие структурные изменения.

¶Нарушения сердечного ритма

Сбои в работе проводящей системы и регуляторных механизмов приводят к аритмиям — состояниям, при которых частота, ритмичность или последовательность сокращений отклоняются от нормы. Тахикардия — учащение сердечных сокращений свыше 90 ударов в минуту в покое; брадикардия — урежение менее 60 ударов в минуту. К числу распространенных нарушений относятся экстрасистолия (внеочередные сокращения), мерцательная аритмия (хаотичное сокращение предсердий с частотой до 350–700 в минуту), фибрилляция желудочков — жизнеугрожающее состояние, при котором желудочки теряют способность к координированному сокращению и кровообращение практически прекращается.

При остановке кровообращения применяется сердечно-легочная реанимация, включающая непрямой массаж сердца (компрессии грудной клетки с частотой 100–120 в минуту) и искусственное дыхание. В ряде случаев для восстановления ритма используется электрическая дефибрилляция. Пациентам с хроническими брадиаритмиями имплантируют искусственные водители ритма — электрокардиостимуляторы, генерирующие электрические импульсы и обеспечивающие адекватную частоту сокращений.

¶Интересные факты

За сутки сердце взрослого человека совершает около 100 тысяч сокращений, перекачивая примерно 7–8 тысяч литров крови. За среднюю продолжительность жизни (около 70–80 лет) количество сердечных циклов достигает 2,5–3 миллиардов. Впервые электрическая активность сердца была зарегистрирована голландским физиологом Виллемом Эйнтховеном в 1903 году, за что в 1924 году он был удостоен Нобелевской премии. Современные портативные устройства — смарт-часы и фитнес-трекеры — позволяют непрерывно отслеживать частоту сердечных сокращений в реальном времени, что расширяет возможности ранней диагностики нарушений ритма.