67. Сердечный цикл — его фазы, продолжительность сердечного цикла. Внешние проявления деятельности сердца — сердечный толчок, сердечные тоны
Сердечный цикл. Сердце здорового человека сокращается ритмически, в условиях покоя с частотой 60 — 70 в минуту. Во время мышечной работы, при повышении температуры тела или окружающей среды частота сокращений может увеличиваться, достигая в крайних случаях 200 и более в минуту. Частота сокращений выше 90 носит название тахикардии, а ниже 60 — брадикардии.
Минутный объем сердца, т. е. количество крови, выбрасываемой сердцем за 1 мин, в покое составляет около 5 л. С началом физической работы наблюдается усиление и учащение сердечной деятельности, что ведет к увеличению минутного объема сердца до 8 — 10 л. С увеличением частоты сердцебиений общая пауза укорачивается и, если сердце сокращается более 200 раз в минуту, становится настолько короткой, что сердце не успевает заполняться кровью. Это ведет к уменьшению и систолического, и минутного объема крови. Это наблюдается у нетренированных людей. У спортсменов при физической нагрузке увеличивается минутный объем сердца за счет возрастания силы сокращений, т. е. более полного опорожнения сердца. Минутный объем сердца у них может достигать 25 — 40 л.
При частоте сокращений сердца 70 в минуту полный цикл сердечной деятельности продолжается 0,8 с. Предсердия и желудочки сердца сокращаются не одновременно, а последовательно. Сокращение мышц сердца называют систолой, а расслабление — диастолой.
Цикл деятельности сердца складывается из трех фаз: первая фаза — систола предсердий (0,1 с), вторая — систола желудочков (0,3 с) и третья — общая пауза (0,4 с).
Во время общей паузы расслаблены и предсердия, и желудочки. В течение сердечного цикла предсердия сокращаются 0,1 с и 0,7 с находятся в состоянии диастолического расслабления; желудочки сокращаются 0,3 с, их диастола длится 0,5 с. И. М. Сеченов рассчитал, что желудочки работают 8 ч в сутки. При учащении сердцебиений, например во время мышечной работы, укорочение сердечного цикла происходит за счет сокращения отдыха, т. е. общей паузы. Длительность систолы предсердий и желудочков почти не меняется. Во время общей паузы сердца мускулатура предсердий и желудочков расслаблена, створчатые клапаны открыты, а полулунные закрыты. Кровь вследствие разности давления притекает из вен в предсердия и, так как клапаны между предсердием и желудочками открыты, свободно протекает в желудочки. Следовательно, во время общей паузы сердце постепенно заполняется кровью и к концу паузы желудочки заполнены уже на 70%.
Систола предсердий начинается с сокращения круговой мускулатуры, окружающей устья вен, впадающих в сердце. Тем самым, прежде всего, создаётся препятствие для обратного тока крови из предсердий в вены. Во время систолы предсердий давление в них повышается до 4 — 5 мм рт. ст. и кровь выталкивается только в одном направлении — в желудочки.
Тотчас после окончания систолы предсердий начинается систола желудочков. Уже в самом начале её захлопываются предсердно-желудочковые клапаны. Этому способствует то обстоятельство, что их створки по мере заполнения желудочков кровью оттесняются в сторону предсердий и приходят в состояние готовности закрыться. Как только давление в желудочках становится чуть больше, чем в предсердиях, клапаны захлопываются. Систола желудочков состоит из двух фаз: фазы напряжения (0,05 с) и фазы изгнания крови (0,25 с).
Первая фаза систолы желудочков — фаза напряжения — протекает при закрытых створчатых и полулунных клапанах. В это время мышца сердца напрягается вокруг несжимаемого содержимого — крови. Длина мышечных волокон миокарда не меняется, но по мере увеличения их напряжения растёт давление в желудочках. В момент, когда давление крови в желудочках превысит давление в артериях, полулунные клапаны открываются и кровь выбрасывается из желудочков в аорту и легочный ствол. Начинается вторая фаза систолы желудочков — фаза изгнания крови. Систолическое давление в левом желудочке достигает 120 мм рт. ст., в правом 25 — 30 мм рт. ст.
После фазы изгнания начинается диастола желудочков, и давление в них понижается. В тот момент, когда давление в аорте и легочном стволе становится выше, чем в желудочках, полулунные клапаны захлопываются. В это же время предсердно-желудочковые клапаны под давлением крови, скопившейся в предсердиях, открываются. Наступает период общей паузы — фаза отдыха и заполнения сердца кровью. Затем цикл сердечной деятельности повторяется.
Опытным путём доказано, что сердечной мышце присуща долгая рефракторная фаза: если сердце раздражать частыми ударами электрического тока, то оно в отличие от скелетных мышц не приходит в состояние непрерывного сокращения: наблюдаются отдельные более или менее ритмичные сокращения. Рефрактерной фазой называется период невозбудимости, когда сердце утрачивает способность отвечать возбуждением и сокращением на новое раздражение. Эта фаза длится весь период систолы желудочка. Если в это время раздражать сердце, то никакого ответа не последует. На раздражение, нанесенное в период диастолы, сердце, не успев расслабиться, отвечает новым внеочередным сокращением — экстрасистолой, после которой следует длительная пауза, называемая компенсаторной.
Тоны сердца. Во время работы сердца возникают звуки, называемые тонами сердца. Их можно прослушать, если приложить ухо или фонендоскоп к грудной стенке. Различают два тона сердца: I тон, или систолический, и II тон, или диастолический. Первый тон более низкий, глухой и продолжительный, II тон короткий и более высокий.
Причинами образования I тона — систолического, возникающего в начале систолы желудочков, являются: 1) колебания створок захлопывающихся предсердно-желудочных клапанов; 2) колебания мускулатуры изометрически сокращающихся желудочков; 3) колебания натягивающихся сухожильных нитей. Диастолический — II тон возникает в начале диастолы, в момент захлопывания полулунных клапанов аорты и легочного ствола.
На грудной стенке обнаружены точки, где тоны слышны более отчётливо. Тоны митрального клапана выслушиваются в области верхушки сердца в пятом межреберье, на 1,0 — 1,5 см медиальнее среднеключичной линии; аортальный — во втором межреберье справа, у края грудины; клапан легочного ствола — во втором межреберье слева, у края грудины; трёхстворчатый клапан — в месте соединения мечевидного отростка с телом грудины.
В настоящее время тоны сердца не только выслушивают, но и записывают на ленте электрокардиографа при помощи микрофонной приставки, преобразующей звуковые колебания в электрические. Записанная кривая носит название фонокардиограммы (ФКГ). На ней, кроме двух основных тонов — I и II, нередко можно видеть III и IV тоны. Они возникают при заполнении желудочков кровью.
Выслушивание тонов сердца является важным методом клинического исследования работы сердца. При недостаточности клапанов или сужении отверстий сердца (например, аорты) слышны не тоны, а шумы. Глухие тоны свидетельствуют о слабости сердечной мышцы.
Сердечный цикл
Сердце человека работает, как насос. Благодаря свойствам миокарда (возбудимости, возможности сокращаться, проводимости, автоматизму) оно способно нагнетать в артерии кровь, которая поступает в него из вен. Она двигается без остановок за счет того, что на концах сосудистой системы (артериальной и венозной) образуется разность давлений (0 мм ртутного столба в магистральных венах и 140 мм в аорте).
Работа сердца состоит из сердечных циклов – непрерывно сменяющих друг друга периодов сокращения и расслабления, которые называются систолой и диастолой соответственно.
Продолжительность
Как показывает таблица, сердечный цикл продолжается примерно 0, 8 сек, если считать, что средняя частота сокращений составляет от 60 до 80 ударов в минуту. Систола предсердий занимает 0,1 с, систола желудочков — 0,3 с, общая диастола сердца – все оставшееся время, равное 0,4 с.
Фазовая структура
Цикл начинается с систолы предсердий, которая занимает 0,1 секунды. Их диастола длится 0,7 секунды. Сокращение желудочков продолжается 0,3 секунды, их расслабление – 0,5 секунды. Общее расслабление камер сердца называют общей паузой, и занимает она в данном случае 0,4 секунды. Таким образом, выделяют три фазы сердечного цикла:
- систола предсердий – 0,1 сек.;
- систола желудочков – 0,3 сек.;
- диастола сердца (общая пауза) – 0,4 сек.
Общая пауза, предшествующая началу нового цикла, очень важна для наполнения сердца кровью.
Перед началом систолы миокард находится в расслабленном состоянии, а камеры сердца наполнены кровью, которая поступает из вен.
Давление во всех камерах примерно одинаковое, поскольку атриовентрикулярные клапаны раскрыты. В синоатриальном узле происходит возбуждение, что приводит к сокращению предсердий, из-за разницы давлений в момент систолы объем желудочков увеличивается на 15%. Когда систола предсердий заканчивается, давление в них понижается.
Систола (сокращение) предсердий
Перед началом систолы кровь движется к предсердиям и они последовательно ею заполняются. Часть ее остается в этих камерах, остальная направляется в желудочки и попадает в них через атриовентрикулярные отверстия, которые не закрыты клапанами.
В этот момент и начинается систола предсердий. Стенки камер напрягаются, их тонус растет, давление в них повышается на 5-8 мм рт. столба. Просвет вен, которые несут кровь, перекрывается кольцевыми пучками миокарда. Стенки желудочков в это время расслаблены, их полости расширены, и кровь из предсердий быстро без затруднений устремляется туда через атриовентрикулярные отверстия. Продолжительность фазы – 0,1 секунды. Систола наслаивается на конец фазы диастолы желудочков. Мышечный слой предсердий довольно тонкий, поскольку им не требуется много силы для заполнения кровью соседних камер.
Систола (сокращение) желудочков
Это следующая, вторая фаза сердечного цикла и начинается она с напряжения мышц сердца. Фаза напряжения длится 0,08 секунд и в свою очередь делится еще на две фазы:
- Асинхронного напряжения – длительностью 0,05 сек. Начинается возбуждение стенок желудочков, их тонус повышается.
- Изометрического сокращения – длительностью 0,03 сек. В камерах растет давление и достигает значительных значений.
Свободные створки атриовентрикулярных клапанов, плавающих в желудочках, начинают выталкиваться в предсердия, но попасть туда они не могут из-за напряжения сосочковых мышц, которые натягивают сухожильные нити, удерживающие клапаны и препятствующие их попаданию в предсердия. В момент, когда клапаны смыкаются и сообщение между сердечными камерами прекращается, заканчивается фаза напряжения.
Как только напряжение станет максимальным, начинается период сокращения желудочков, продолжительностью 0,25 сек. Систола этих камер происходит как раз в это время. Около 0,13 сек. длится фаза быстрого изгнания – выброс крови в просвет аорты и легочного ствола, во время которого клапаны прилегают к стенкам. Это возможно, благодаря росту давления (до 200 мм ртутного столба в левом и до 60 в правом). Остальное время приходится на фазу медленного изгнания: кровь выбрасывается под меньшим давлением и с меньшей скоростью, предсердия расслаблены, в них из вен начинает поступать кровь. Систола желудочков накладывается на диастолу предсердий.
Время общей паузы
Начинается диастола желудочков, и их стенки начинают расслабляться. Это длится в течение 0,45 сек. Период расслабления этих камер накладывается на еще продолжающуюся диастолу предсердий, поэтому эти фазы объединяют и называют общей паузой. Что происходит в это время? Желудочек, сократившись, выгнал из своей полости кровь и расслабился. В нем образовалось разреженное пространство с давлением близким к нулю. Кровь стремится попасть обратно, но полулунные клапаны легочной артерии и аорты, смыкаясь, не дают ей этого сделать. Тогда она направляется по сосудам. Фаза, которая начинается с расслабления желудочков и заканчивается перекрыванием просвета сосудов полулунными клапанами, называется протодиастолической и продолжается 0,04 сек.
После этого начинается фаза изометрического расслабления продолжительностью 0,08 сек. Створки трехстворчатого и митрального клапанов сомкнуты и не дают крови поступать в желудочки. Но когда давление в них становится ниже, чем в предсердиях, атриовентрикулярные клапаны открываются. За это время кровь наполняет предсердия и теперь свободно попадает в другие камеры. Это фаза быстрого наполнения длительностью 0, 08 сек. В течение 0,17 сек. продолжается фаза медленного наполнения, во время которой кровь продолжает поступать в предсердия, и небольшая ее часть через атриовентрикулярные отверстия перетекает в желудочки. Во время диастолы последних в них поступает кровь из предсердий во время их систолы. Это пресистолическая фаза диастолы, которая продолжается 0,1 сек. Так завершается цикл и вновь начинается.
Звуки сердца
Сердце издает характерные звуки, похожие на стук. Каждый удар состоит из двух основных тонов. Первый – результат сокращения желудочков, а если быть точнее, захлопывания клапанов, которые при напряжении миокарда перекрывают атриовентрикулярные отверстия, чтобы кровь не могла вернуться в предсердия. Характерный звук получается, когда смыкаются их свободные края. Кроме клапанов, в создании удара принимает участие миокард, стенки легочного ствола и аорты, сухожильные нити.
Второй тон формируется во время диастолы желудочков. Это результат работы полулунных клапанов, которые не дают крови попасть обратно, преграждая ей путь. Стук раздается, когда они соединяются в просвете сосудов своими краями.
Кроме основных тонов, есть еще два – третий и четвертый. Первые два можно услышать с помощью фонендоскопа, а два других может зарегистрировать только специальный прибор.
Заключение
Подводя итог фазового анализа сердечной деятельности, можно сказать, что систолическая работа занимает примерно столько же времени (0,43 с), сколько и диастолическая (0,47 с), то есть сердце половину жизни трудится, половину – отдыхает, и суммарное время цикла составляет 0,9 секунды.
При расчете общего хронометража цикла нужно помнить, что его фазы накладываются друг на друга, поэтому это время не учитывается, и в результате получается, что сердечный цикл длится не 0,9 секунды, а 0,8.
Сердечный цикл и его фазы
Сердце выполняет функцию насоса и обеспечивает постоянный кровоток по сосудистой системе организма.
Деятельность сердца складывается из одиночных сердечных циклов. Каждый цикл включает систолу (сокращение) и диастолу (расслабление).
Продолжительность сердечного цикла при ЧСС=75 уд/мин составляет 0,8 с.
Сердечный цикл начинается с систолы предсердий (продолжается 0,1 с).
За систолой предсердий следует диастола предсердий (0,7 с).
Одновременно с началом диастолы предсердий наступает систола желудочков (0,33 с), которую сменяет диастола желудочков (0,47 с).
Таким образом, за 0,1 с до окончания диастолы желудочков начинается новая систола предсердий.
При систоле предсердий давление крови в них повышается от 2-4 до 5-9 мм рт.ст.
В это время желудочки расслаблены и давление в них ниже, чем в предсердиях, створки атрио-вентрикулярных клапанов свисают вниз и кровь по градиенту давлений поступает из предсердий в желудочки, т.е. происходит дополнительное заполнение желудочков кровью.
Обратному току крови из предсердий в полые и легочные вены препятствует сокращение кольцеобразных мышц (сфинктеров), охватывающих отверстия вен.
За это время возбуждение из синусового узла достигает желудочков и начинается систола желудочков.
Систола желудочков состоит из двух фаз: фазы напряжения и фазы изгнания крови.
В фазу напряжения (0,08 с) волна возбуждения не сразу охватывает мускулатуру желудочков, а постепенно распространяется по миокарду.
Поэтому часть мышечных волокон (которая ближе к предсердиям) сокращается, а другая часть остается расслабленной.
Этот период систолы получил название фаза асинхронного сокращения (0,05 с).
Начало возбуждения в эту фазу сопровождается сокращением сосочковых мышц и натяжением сухожильных нитей, что препятствует выворачиванию створчатых клапанов в предсердия.
Давление в желудочках практически не изменяется.
По мере того, как процессом возбуждения охвачен весь сократительный аппарат сердца, давление в желудочке растет, становится больше, чем в предсердиях и обратным током крови захлопываются атрио-вентрикулярные клапаны.
Одновременно давление в артериях пока превышает давление в желудочках, поэтому полулунные клапаны тоже закрыты.
Таким образом, развивается период сокращения при закрытых клапанах.
Так как кровь, подобно любой жидкости, практически несжимаема, то в течение короткого времени (0,03 с) мускулатура желудочков напрягается, но их объем не изменяется.
Этот период получил название фаза изометрического сокращения.
Давление сильно растет и достигает в левом желудочке 115-125, а в правом — 25-30 мм рт.ст. Давление в артериальных сосудах в это время, наоборот, падает (из-за продолжающегося оттока крови на периферию).
Когда давление в желудочках становится выше, чем артериях, полулунные клапаны открываются, и кровь под большим давлением выбрасывается в аорту и легочную артерию.
Наступает фаза изгнания, которая продолжается 0,25 с.
У человека изгнание крови (систолический выброс) может наступить, когда давление в левом желудочке достигает 65-75 мм рт.ст., а в правом — 5-12 мм рт.ст.
В самом начале, когда градиент давления велик, кровь из желудочков в сосуды изгоняется быстро.
Это фаза быстрого изгнания. Она продолжается 0,10-0,12 с. По мере того, как количество крови в желудочках убывает, давление в них падает.
Одновременно приток крови в аорту и легочную артерию сопровождается повышением давления в выходящих сосудах.
Разность давлений уменьшается, и скорость изгнания уменьшается.
Наступает фаза медленного изгнания (0,10-0,15 с).
Вслед за фазой изгнания наступает диастола желудочков.
Желудочки начинают расслабляться и давление в них дополнительно падает.
Давление в выходящих сосудах становится выше, чем в желудочках, кровь меняет свое направление и обратным током крови полулунные клапаны захлопываются.
Время от начала расслабления желудочков до момента закрытия полулунных клапанов получило название протодиастолический период (0,04 с).
Затем (около 0,08 с) желудочки расслабляются при закрытых атрио-вентрикулярных и полулунных клапанах.
Этот период диастолы обозначают как фаза изометрического расслабления.
Она продолжается до тех пор, пока давление в желудочках не упадет ниже, чем в предсердиях.
Предсердия к тому времени уже заполнены кровью, т.к. диастола желудочков частично совпадает с диастолой предсердий, во время которой кровь свободно протекает из полых вен в правое, а из легочных вен — в левое предсердия.
В результате падения давления в желудочках (где давление падает до 0) и повышения давления в предсердиях возникает разность давлений, створчатые клапаны открываются, и кровь из предсердий начинает наполнять желудочки. Это фаза наполнения желудочков (0,25 с).
Сначала наполнение происходит быстро, т.к. градиент давлений велик.
Этот период получил название фаза быстрого наполнения (0,08 с).
По мере наполнения желудочков давление в них повышается, а в предсердиях — падает. Градиент давлений уменьшается, и скорость наполнения замедляется.
Этот период получил название фаза медленного наполнения (0,17 с).
В конце диастолы, за 0,1 с до ее окончания наступает новая систола предсердий, т.е. начинается новый сердечный цикл.
В это время происходит дополнительное наполнение желудочков кровью.
Этот заключительные период диастолы желудочков получил название пресистолический период.