Сердечный цикл

Сердечный цикл — это последовательность механических и электрических процессов, происходящих в сердце за одно полное сокращение (систолу) и расслабление (диастолу), обеспечивающих непрерывное движение крови по сосудам. Цикл включает в себя координированную работу предсердий и желудочков, а также работу клапанного аппарата, направленную на однонаправленный ток крови. У человека в состоянии покоя частота сердечных сокращений составляет в среднем 60–80 ударов в минуту, соответственно, длительность одного сердечного цикла варьируется от 0,75 до 1,0 секунды.

Фазы сердечного цикла

Сердечный цикл традиционно делится на две основные фазы: систолу (сокращение) и диастолу (расслабление). Однако для детального понимания гемодинамики цикл подразделяют на более дробные стадии, отражающие изменения давления в камерах сердца и состояние клапанов.

Систола предсердий

Цикл начинается с систолы предсердий. В этот момент предсердия сокращаются, выталкивая оставшуюся в них кровь через открытые атриовентрикулярные (митральный и трикуспидальный) клапаны в желудочки. В норме на долю этого активного сокращения приходится лишь около 20–30% от общего объёма крови, поступающего в желудочки; основной объём (70–80%) заполняет их пассивно во время диастолы предсердий. Систола предсердий длится примерно 0,1 секунды. После её завершения предсердия переходят в диастолу, которая продолжается до конца всего цикла.

Систола желудочков

Систола желудочков является наиболее мощной фазой сердечного цикла и длится около 0,3 секунды. Она подразделяется на два периода:

1. Период напряжения. Включает фазу асинхронного сокращения (начальное возбуждение мышечных волокон без повышения давления) и фазу изометрического (изоволюмического) сокращения. На этой стадии атриовентрикулярные клапаны уже закрыты (из-за роста давления в желудочках), а полулунные клапаны (аортальный и лёгочный) ещё не открыты. Желудочки сокращаются при закрытых клапанах, что приводит к резкому нарастанию внутрижелудочкового давления без изменения объёма крови. Как только давление в желудочках превышает давление в аорте и лёгочном стволе, открываются полулунные клапаны.
2. Период изгнания крови. Начинается с момента открытия полулунных клапанов. Кровь с высокой скоростью выбрасывается из желудочков в магистральные сосуды. Различают быструю (около 0,12 секунды) и медленную (около 0,13 секунды) фазы изгнания. В конце периода изгнания давление в желудочках становится ниже давления в аорте и лёгочном стволе, что приводит к захлопыванию полулунных клапанов.

Диастола желудочков

Диастола желудочков — период расслабления, который длится около 0,4–0,5 секунды. Она также делится на два периода:

1. Период расслабления. Включает фазу изометрического (изоволюмического) расслабления. После закрытия полулунных клапанов желудочки расслабляются при закрытых атриовентрикулярных клапанах. Давление в них падает, но объём крови остаётся неизменным. Как только давление в желудочках становится ниже давления в предсердиях, открываются атриовентрикулярные клапаны.
2. Период наполнения. Кровь из предсердий начинает поступать в желудочки. Выделяют фазу быстрого наполнения (пассивное заполнение, на которое приходится основная часть объёма), фазу медленного наполнения (диастазис) и, в конце диастолы, систолу предсердий (активное наполнение). Именно в период диастолы происходит коронарный кровоток — питание самой сердечной мышцы.

Электрическая активность и механическая работа

Механическая работа сердца запускается электрическими импульсами, генерируемыми в синусно-предсердном узле (водителе ритма первого порядка). Этот процесс называется электромеханическим сопряжением.

Проводящая система сердца

Импульс возбуждения последовательно распространяется:

• От синусно-предсердного узла по предсердиям к атриовентрикулярному (предсердно-желудочковому) узлу. Здесь происходит физиологическая задержка импульса (около 0,04–0,07 секунды), необходимая для завершения систолы предсердий и заполнения желудочков.
• По пучку Гиса и его ножкам (правая и левая) к волокнам Пуркинье, которые обеспечивают охват миокарда желудочков возбуждением.

Электрические процессы регистрируются на электрокардиограмме (ЭКГ). Зубцы ЭКГ соответствуют фазам сердечного цикла:

• Зубец P — деполяризация (возбуждение) предсердий, предшествует их систоле.
• Комплекс QRS — деполяризация желудочков, предшествует их систоле.
• Зубец T — реполяризация (восстановление) желудочков, соответствует фазе изометрического расслабления.

Гемодинамические показатели

Основные количественные характеристики сердечного цикла:

• Ударный (систолический) объём (УО) — количество крови, выбрасываемое желудочком за одну систолу. В покое составляет 60–80 мл.
• Минутный объём кровообращения (МОК) — произведение ударного объёма на частоту сердечных сокращений. В покое равен 4–6 литрам в минуту.
• Конечный диастолический объём (КДО) — объём крови в желудочке в конце диастолы (перед сокращением). Составляет 120–140 мл.
• Конечный систолический объём (КСО) — объём крови, остающийся в желудочке после систолы. Составляет 50–60 мл.
• Фракция выброса (ФВ) — отношение ударного объёма к конечному диастолическому объёму, выраженное в процентах. В норме составляет 55–70%. Этот показатель является ключевым в оценке сократительной функции миокарда.

Регуляция сердечного цикла

Частота и сила сердечных сокращений, а следовательно, и длительность фаз цикла, регулируются тремя основными механизмами:

1. Автоматия сердца. Способность сердца генерировать электрические импульсы самостоятельно, без внешних стимулов. Основной водитель ритма — синусно-предсердный узел.
2. Вегетативная нервная система. Симпатический отдел (через норадреналин) увеличивает частоту и силу сокращений (положительный хроно- и инотропный эффект). Парасимпатический отдел (через ацетилхолин, блуждающий нерв) замедляет частоту и уменьшает силу сокращений (отрицательный хроно- и инотропный эффект).
3. Гуморальная регуляция. Гормоны (адреналин, тироксин) и ионы (кальций, калий) влияют на возбудимость и сократимость миокарда. Например, адреналин увеличивает частоту и силу сокращений, а избыток калия может привести к остановке сердца в диастоле.

Классификация и особенности у разных групп

Хотя базовая схема сердечного цикла универсальна для млекопитающих, существуют видовые и возрастные особенности.

• У человека: частота сокращений зависит от возраста, пола, физической подготовки и состояния здоровья. У новорождённых частота пульса может достигать 120–140 ударов в минуту, у спортсменов в покое — 40–50 ударов в минуту (брадикардия, обусловленная высокой активностью парасимпатической системы).
• У животных: у мелких млекопитающих (мыши, землеройки) частота сокращений может превышать 500 ударов в минуту, у крупных (слоны, киты) — 20–30 ударов в минуту. Продолжительность жизни коррелирует с общей суммой сердечных сокращений за жизнь, которая у большинства млекопитающих составляет около 1 миллиарда ударов.
• Патологические изменения: при тахикардии (учащении пульса) диастола укорачивается сильнее, чем систола, что ухудшает наполнение желудочков и коронарный кровоток. При брадикардии (урежении пульса) диастола удлиняется, что может быть физиологичным у тренированных людей, но патологичным при блокадах сердца.

Значение для медицины

Понимание фаз сердечного цикла лежит в основе диагностики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Анализ тонов сердца (аускультация), регистрация ЭКГ, эхокардиография (УЗИ сердца) и инвазивное измерение давления в камерах сердца позволяют оценить, на какой фазе цикла возникает нарушение. Например, шумы в сердце часто связаны с турбулентным потоком крови через суженные или недостаточно закрытые клапаны, что проявляется в определённые фазы цикла. Лекарственные препараты (бета-блокаторы, сердечные гликозиды) воздействуют на конкретные фазы и механизмы регуляции сердечного цикла.

Источники

1. Физиология человека. Под редакцией В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М.: Медицина, 2007.
2. Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология. — М.: Логосфера, 2008.
3. Лили Л. Патофизиология сердечно-сосудистой системы. — М.: БИНОМ, 2009.
4. Анатомия и физиология человека. Под редакцией М. Р. Сапина. — М.: Академия, 2010.