Лариса Шалковская - Основы физиологии сердца

• Название: Основы физиологии сердца
• Автор: Лариса Шалковская
• Жанр: Биология

Книга содержит сведения о строении, функциях, онтогенезе, регуляции функций сердца в норме и при функциональных нарушениях. Авторы стремились к синтезу классических представлений о природе сердечной деятельности, механизмах ее миогенной, рефлекторной и гуморальной регуляции, а также результатов современных физиологических, молекулярно-биологических и биохимических исследований.

Особое внимание уделено физиологическому обоснованию наиболее распространенных инструментальных методов исследования электрической активности, биомеханики, насосной и эндокринной функций сердца (электро-, фоно- и эхокардиография, электромагнитная и ультразвуковая флоуметрия), а также вопросам интерпретации данных клинической функциональной диагностики и фундаментальных экспериментальных исследований.

Пособие предназначено для студентов биологических и медицинских вузов, аспирантов, клинических ординаторов, широкого круга биологов, исследователей, преподавателей и практикующих врачей.

---

На скорость расслабления миокарда влияет также аффинность (сродство) связи Са2+-тропонин С и АТФ-азная активность головок миозина. Очевидно, что при повышении сродства тропонина С к ионам Са2+ для высвобождения и удаления этого Са2+ из цитозоля клетки будет затрачено больше времени, что обусловит замедление релаксации.

АТФ-азная активность головок миозина влияет на скорость процесса расхождения нитей актина и миозина, что является необходимым условием возврата длины саркомера к исходной величине. Диастолическое расхождение нитей актина и миозина начнется не раньше того, как произойдет разрыв поперечных мостиков «последней волны», то есть тех мостиков, которые образовались непосредственно перед высвобождением Са2+ от связи с тропонином С. Скорость разрыва этих мостиков, определяемая АТФ-азной активностью головок миозина, зависит от:

– количества поступивших ионов кальция;

– сродства (аффинности) сократительных белков к ионам кальция;

– степени растяжения волокон миокарда (зависимость от преднагрузки);

– взаимодействия сократительных белков с АТФ;

– вязко-эластических свойств миокарда.

Исследования, проведенные в 1990-х гг., показали, что скорость расслабления миокарда тем больше, чем меньше остаточный (конечно-систолический) объем сердца. Это обусловлено как большим сохранением потенциальной энергии сердечного сокращения в случае низкого остаточного объема, так и выраженным укорочением миокардиальных волокон в конце систолы. Если остаточный объем сердца невелик, то в миокарде возникают так называемые восстанавливающие силы (по типу сжатой пружины), обусловленные, в частности, эластическими свойствами несократительных белков миокарда (коннектина, или титина, десмина, виментина и винкулина). Поскольку остаточный объем сердца зависит от сократимости миокарда, то увеличение сократимости миокарда, определяемое производной dP/dt, например, под влиянием катехоламинов, также вызывает увеличение скорости расслабления миокарда. Таким образом, остаточный объем сердца является одним из ключевых кардиогемодинамических факторов, определяющих скорость расслабления миокарда в диастолическом периоде.

Помимо расслабления миокарда к диастолической функции сердца относятся механизмы наполнения сердца кровью. В течение длительного времени в физиологической литературе считалось, что наполнение сердца кровью осуществляется пассивно, лишь под действием остаточной энергии крови, притекающей к сердцу. Однако исследования по биомеханике миокарда, проведенные в 1980–1990-х гг., позволили установить, что это представление верно лишь отчасти. На скорость наполнения желудочков кровью во время диастолы влияют следующие «сердечные» факторы:

1) пассивные эластические свойства миокарда, определяющие его жесткость;

2) скорость расслабления миокарда, влияющая на остаточное напряжение миокарда;

3) активное присасывающее действие желудочков во время диастолы;

4) вязко-упругие свойства миокарда;

5) функция предсердий.

Пассивные эластические свойства миокарда. Даже в условиях полного расслабления миокард обладает определенной жесткостью или эластичностью. При построении зависимости «давление – объем» на остановленном сердце наблюдается экспоненциальная зависимость давления в желудочках от объема крови, то есть по мере увеличения объема желудочков давление в них возрастает. Однако в условиях работающего сердца, особенно в раннюю фазу диастолического наполнения желудочков, жесткость последних может значительно изменяться, и кривая «давление – объем» смещается. Поэтому в норме даже при высоких объемах диастолическое давление в желудочках будет низким. При увеличении жесткости миокарда, что бывает, например, при так называемой диастолической форме сердечной недостаточности, или при гипертрофии миокарда, даже при низких величинах конечно-диастолического объема желудочков отмечается резкое повышение конечно-диастолического давления в их полостях. Особенно выражено это при рестриктивных формах кардиомиопатий.

На пассивные эластические свойства миокарда влияют свойства его «каркаса», то есть соединительнотканных элементов и несократительных белков (белки цитоскелета), свойства перикарда, коронарный кровоток, влияющий на процессы фильтрации и реабсорбции межклеточной жидкости.

В состав соединительнотканных элементов миокарда входят различные волокна и нити (коллагеновые волокна, волокнистая паутинообразная сеть, короткие нити и др.). К фибриллярным белкам цитоскелета относятся десмин, виментин и винкулин. Кроме того, между нитями собственно сократительного белка актина располагаются так называемые S-нити, а миозин и актин соединены между собой С-нитями. Между Z-пластинками саркомера, подобно пружинке, «растянут» белок коннектин, или титин. Считается, что этот белок вносит существенный вклад в процессы расслабления миокарда.

Экспериментальные данные о пассивных свойствах миокарда свидетельствуют о том, что ведущая роль в повышении жестко-упругих характеристик миокарда принадлежит избыточному накоплению коллагена в интерстициальном пространстве, а не гипертрофии миоцитов (хотя она также участвует в увеличении жесткости миокарда). Если в условиях гипертрофии миокарда удается предотвратить появление фиброза, то жесткость остается в пределах нормы, а регрессия фиброза (но не гипертрофии) сопровождается нормализацией эластических свойств. Избыточное накопление коллагена и развитие фиброза получило название ремоделирования миокарда.

На жесткость миокарда в определенной степени влияет перикард, который ограничивает перерастяжение камер сердца притекающей кровью. Кроме того, перикард обеспечивает механическую взаимосвязь желудочков при объемных перегрузках сердца, а также «присасывающую» функцию желудочков. Поскольку желудочки связаны общей перегородкой и заключены в малорастяжимый перикард, механическое напряжение в одном желудочке влияет на диастолические свойства другого. Так, при увеличении объема правого желудочка имеет место увеличение конечно-диастолического давления в левом желудочке при низком диастолическом объеме. В опытах с перфузией коронарных артерий показано, что при снижении коронарного перфузионного давления менее 60 мм рт. ст. и повышении его более 150 мм рт. ст. также происходит увеличение жесткости миокарда. В случае же поддержания перфузионного давления в пределах от 60 до 150 мм рт. ст., то есть в условиях нормальных диапазонов ауторегуляции коронарного кровотока, жесткость миокарда практически не изменяется.

Влияние скорости расслабления на жесткость миокарда. Диастолическая жесткость миокарда возрастает в случае его неполного расслабления. Степень влияния неполного расслабления миокарда на его жесткость определяется в основном скоростью изоволюмического расслабления, которая может также зависеть и от частоты сердечных сокращений. Следовательно, при увеличении частоты сердечных сокращений диастолическое расслабление миокарда будет неполным, то есть жесткость миокарда повышается.

Присасывающее действие желудочков сердца. Еще в 1914 г. английский физиолог Э. Старлинг при регистрации давления в левом желудочке у собаки с вскрытой грудной клеткой отметил наличие отрицательного давления в левом желудочке в начале фазы быстрого наполнения. Особенно выражен этот эффект при низких остаточных объемах желудочков. Из сказанного следует, что скорость расслабления миокарда превышает скорость наполнения желудочка, что и создает отрицательное давление. Можно предположить, что присасывающий эффект желудочков в определенной степени обусловлен конструктивными особенностями сердца. Так, во время систолы сердце смещается в сторону, противоположную выбросу крови (своего рода «реактивный эффект»), тогда как во время расслабления оно как бы подтягивается навстречу поступающей крови, что и создает ее «подсасывание». Кроме того, при этом создается дополнительное отрицательное давление в полости перикарда. Во время систолы желудочков их объем уменьшается, а объем перикардиальной полости в силу жесткости перикарда остается постоянным.

Следовательно, в полости перикарда создается отрицательное давление, которое способствует венозному возврату и создает дополнительный градиент давления для наполнения предсердий и желудочков.

Вязко-эластические свойства миокарда. Эксперименты, проведенные на остановленном сердце, показали, что миокард обладает вязко-упругими свойствами, то есть напряжение в стенке желудочков зависит не только от объема крови, но и от скорости их наполнения. Вязко-упругие свойства миокарда приводят к снижению жесткости миокарда, особенно во время фазы быстрого наполнения желудочков, что способствует снижению диастолического давления в желудочках.