Каждый знает, что значит сердце для человека. Однако, вероятно, немногие знакомы с тем, какую работу совершает оно в течение всей жизни. А ведь только за год сердце накачивает в артерии три миллиона литров крови. Энергии только одного сердечного сокращения достаточно, чтобы поднять груз весом 400 граммов на высоту одного метра. Такая грандиозная работа обеспечивается энергией, освобождающейся в результате обмена веществ, совершающегося в сердечной мышце.

Система кровообращения поддерживает постоянную циркуляцию крови, а следовательно, обеспечивает снабжение всех клеток тела питательными веществами, кислородом и удаляет конечные продукты обмена веществ.

Сердце человека – относительно небольшой орган: по размеру он слегка превышает сжатую в кулак кисть, а по массе немногим более 300 граммов. Сердце – полый орган, расположенный в грудной клетке, состоящий из четырех полостей: двух предсердий и двух желудочков (рис. 1).

 

Рис. 1. Строение сердца

 

Основу сердечной стенки составляет мышечная ткань – миокард, состоящая из 2–3 слоев поперечно-полосатых мышечных волокон и содержащая богатую сеть нервных волокон и кровеносных сосудов. Изнутри полость сердца выстлана внутренней оболочкой (эндокардом), образующей клапанный аппарат сердца, который закрывает в определенные фазы деятельности сердца отверстия, соединяющие предсердия с желудочками и последние с сосудами (аортой, легочной артерией). Наличие клапанного аппарата обуславливает движение крови при сокращении мускулатуры сердца всегда в одном и том же направлении из предсердий в желудочки и определяет ее дальнейшее продвижение из желудочков в аорту и легочную артерию. Снаружи миокард также покрыт тонкой оболочкой – эпикардом (рис. 2). Среди мышечных волокон, образующих миокард, находится очень важное образование, представляющее собой ткань своеобразного строения, – так называемая проводящая система сердца. Она обладает способностью самостоятельно, даже без участия центральной нервной системы, вырабатывать импульсы к сокращению сердца (рис. 3).

 

Рис. 2. Оболочки сердца

 

Функция сердца – перекачивание крови, в процессе которого обогащенная кислородом артериальная кровь поступает из левого желудочка сердца в аорту и далее по артериям ко всем органам и тканям организма, снабжая их кислородом и питательными веществами. Из органов и тканей обедненная кислородом и насыщенная углекислотой венозная кровь направляется в правую половину сердца – сначала в предсердие, из него в желудочек и далее через легочную артерию в легкие, где она освобождается от углекислоты, снова насыщается кислородом и возвращается в левые камеры сердца.

 

Рис. 3. Проводящая система сердца

 

 

Путь крови из правого желудочка в легкие и из легких в левое предсердие называется малым кругом кровообращения, более длинный путь – из левого желудочка в органы и ткани и из них к правому предсердию – большим. Оба круга кровообращения представляют воедино связанную систему (рис. 4, 5).

 

Рис. 4. Схема кровообращения

 

Сердце можно сравнить с насосом, обеспечивающим непрерывное движение крови в организме. Прекращение деятельности сердца даже на несколько десятков секунд может привести к тяжелым последствиям. Его работа идеально приспособлена к меняющимся потребностям клеток, тканей и органов в притоке крови. За одно сокращение сердце выбрасывает в кровоток 50–70 мл крови, в состоянии покоя примерно 4–5 л в минуту. При неторопливой ходьбе выброс крови увеличивается в 2–3 раза (8—12 л в минуту). При беге и более интенсивной физической нагрузке сердце усиливает свою работу в 4 раза. За сутки сердце перекачивает около 10 тонн крови, а за год – 3650 тонн. За 70 лет сердце перекачивает не менее 250 тыс. тонн крови. Работоспособность поистине удивительная для небольшого органа! Такая интенсивная и непрерывная работа требует обильного снабжения сердечной мышцы питательными веществами и кислородом. Для этого сердце имеет разветвленную систему сосудов, которая по внешнему виду напоминает корону или венец. Поэтому сосуды сердца называют коронарными или венечными. Сердце человека имеет две коронарные артерии, каждая длиной примерно 10 см, диаметром не толще соломинки. Подобно растениям они ветвятся вокруг сердца и распадаются на многочисленные мелкие артерии и капилляры (рис. 6).

 

Рис. 5. Большой и малый круги кровообращения

 

Напомним, что в организме человека от основного артериального ствола – аорты – отходят многочисленные ответвления – артерии. Каждая из них в свою очередь многократно ветвится на артериолы и капилляры для снабжения кровью соответствующих органов и тканей.

 

Рис. 6. Сосуды сердца

 

Плотность распределения тонкостенных капилляров очень велика, а площадь их поверхности в организме огромна – около 1000 м². Через артериальную часть капилляров растворенные в крови питательные вещества и кислород доставляются непосредственно в клетки органов и тканей. Продукты обмена, в том числе углекислота, проникают из клеток в кровь через венозную часть капилляров, которые собираются в венулы; переходят сначала в мелкие, а затем в крупные вены, впадающие в правое предсердие (рис. 7).

 

Рис. 7. Сосуды микроциркуляции

 

Бесперебойная работа сердца начинается в период внутриутробного развития и обеспечивает непрерывность кровообращения организма на протяжении всей жизни. Говорят, что сердце работает без отдыха. На самом же деле оно отдыхает сразу же после сокращения, продолжающегося 0,3 с. Фаза отдыха называется расслаблением, или диастолой. Она продолжается 0,4 с.

Во время сокращения и расслабления сердца меняется артериальное давление. Оно неодинаково в левом и правом желудочке. В левом желудочке во время сокращения давление составляет 120–130 мм рт. ст., а в правом – всего лишь 20–25 мм рт. ст. Таким образом, левый желудочек работает в условиях более высокого давления, в связи с чем его мышечная масса и сила гораздо больше, чем правого.

При сокращении левого желудочка кровь сначала поступает в аорту, затем в артерии большого круга кровообращения и артериолы. Значительное понижение артериального давления происходит в артериолах, так что в артериальных капиллярах оно составляет всего 30 мм рт. ст., а в мелких венах (венулах) – около 10 мм рт. ст. В крупных венах давление снижается до еще более низких величин (до 2 мм рт. ст.), а в венах, впадающих в правое предсердие, оно может быть даже отрицательным, чему способствует «присасывающее» действие грудной клетки во время вдоха. Разница в кровяном давлении между венозными капиллярами и крупными венами обеспечивает возврат венозной крови в сердце.

В фазе расслабления сердца артериальное давление в полости левого желудочка сильно падает – до 5—10 мм рт. ст., однако в аорте и отходящих от нее артериях оно поддерживается в пределах 60–80 мм рт. ст., благодаря эластичности крупных артерий и тоническому сокращению мелких артерий – артериол. В малом же круге кровообращения в фазе расслабления давление почти не отличается от такового в правом желудочке, так как сопротивление кровотоку в легких небольшое и тонус артериол в системе легочной артерии низкий. Таким образом создается большая разница уровней давления в малом и большом круге кровообращения, что в значительной мере обеспечивает направленный кровоток, облегчая сердцу проталкивание крови через сосудистое русло. Во время сокращения сердца стенки эластических артериальных сосудов растягиваются, а во время расслабления – возвращаются в исходное состояние, благодаря чему поступление крови в артериальную систему носит пульсирующий характер. Это позволяет нам по пульсу судить о частоте сердечных сокращений в единицу времени.

Одно из наиболее удивительных свойств сердца – его способность к ритмичной деятельности: сокращению и расслаблению. Это связано с тем, что в самой сердечной мышце автоматически возникают биоэлектрические импульсы, заставляющие его ритмично сокращаться. Даже будучи удаленным из тела животного и помещенным в искусственную среду, сердце продолжает какое-то время ритмично сокращаться, хотя и медленнее.

Различают рабочую мускулатуру сердца и участки сердечной мышцы, предназначенные для выработки и проведения биоэлектрических импульсов по миокарду, который, благодаря их действию, возбуждается и сокращается. Водителем сердечного ритма, то есть местом возникновения импульсов, является синусовый узел, расположенный в правом предсердии и обычно задающий ритм работы сердца (рис. 3). В нормальных условиях у взрослого человека синусовый узел вырабатывает и посылает к рабочей мускулатуре сердца 60–80 возбуждающих импульсов в минуту; подчиняясь этой команде, сердечная мышца сокращается столько же раз за этот промежуток времени. В покое, особенно во время сна, число сердечных сокращений уменьшается. У спящего человека оно на 10–20 сокращений в минуту меньше, чем у бодрствующего.

Если синусовый узел недостаточно снабжается кровью или подвергается угнетающему воздействию тех или иных факторов, то может наступить стойкое или временное нарушение его функции.

Хотя сердце и обладает известной независимостью в сократительной деятельности (без этого невозможно было бы проводить операции по пересадке сердца), контроль за его работой осуществляет центральная нервная система. Нервные волокна пронизывают всю сердечную мышцу, причем одни выполняют роль проводников, передающих импульсы из центров управления работы сердца в головном мозге к сердечной мышце (двигательные нервы), другие функционируют как рецепторы, то есть представляют собой чувствительные нервные окончания, способные воспринимать раздражения, которые возникают при нарушении постоянства биохимической среды миокарда. Так, если в результате недостаточного кровоснабжения в определенном участке сердечной мышцы образуется избыток недоокисленных соединений, то рецепторы немедленно сигнализируют об этом в кору головного мозга, что проявляется чувством давления за грудиной или ощущением сердечной боли.

Таким образом, работа сердца находится под двойным контролем: она подчиняется как местным (автономным) регулирующим воздействиям, так и центральной нервной системе.

За сутки через коронарные артерии протекает более 500 л крови. В нашем организме нет другой такой мышцы, которая зависела бы от кровоснабжения в столь высокой степени, как миокард.

Для сокращения сердечной мышцы, как и для любой работы, необходима энергия. В живых организмах энергия, освобождающаяся при окислении углеводов, жиров и белков, используется вначале для образования в клетке универсального химического «топлива» – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Это соединение имеет богатые энергией фосфатные соединения, одна из которых под действием специального фермента расщепляется, что сопровождается высвобождением энергии. В сердечной мышце эта энергия служит для мышечного сокращения. При этом АТФ, потеряв частицу фосфорной кислоты, превращается в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ). Запасы АТФ в сердечной мышце невелики. Их достаточно только для нескольких сокращений. Поэтому одновременно с расходованием АТФ происходит постоянное ее восполнение за счет обратного превращения АДФ в АТФ.

Сердечная мышца, кроме того, располагает еще одним источником энергии, также имеющим в своем составе фосфатную связь, – фосфокреатином (ФК). АТФ и ФК действуют как единая система. В «трудную минуту» ФК передает богатую энергией фосфатную связь АДФ, превращая ее в АТФ. Оборот АТФ и ФК в сердечной мышце очень высок и непрерывен. Сердце взрослого человека содержит около 1 г АТФ, а его суточный оборот равнозначен синтезу почти 20 кг. Это требует непрекращающегося поступления в мышечные клетки кислорода и окисляемых веществ. Именно в этот период сердечная мышца получает артериальную кровь через коронарные сосуды и вместе с ней – кислород. Организм взрослого мужчины в покое нуждается примерно в 375 л чистого кислорода в сутки. Из этого количества около 40 л, или более 10 %, потребляет сердце. Из всех органов и тканей только сердце обладает наибольшей способностью «извлекать» транспортируемый кровью кислород. При прохождении крови через коронарные артерии сердечная мышца забирает 70–75 % растворенного в крови кислорода, тогда как другие органы и ткани – только 35 %. Эта уникальная особенность сердца свидетельствует о высокой интенсивности обмена веществ в сердечной мышце и постоянно протекающей регенерации АТФ и ФК, необходимых для осуществления сердечных сокращений.

Сердце в качестве основного «топлива» использует жирные кислоты, тогда как мозг – глюкозу. Выход энергии при окислении жирных кислот более чем в два раза превышает таковой при окислении равного по массе количества глюкозы.

В норме коронарные (венечные) артерии вполне обеспечивают питание сердца, несмотря на то, что оно резко меняет в короткие промежутки времени интенсивность своей деятельности в соответствии с потребностями организма. При физической нагрузке здоровое сердце легко справляется с повышенной работой. При этом через коронарные артерии к сердцу подается большее, чем в покое, количество артериальной крови, что обеспечивается увеличением сердечного выброса крови в единицу времени, расширением просвета коронарных артерий. В условиях непрерывной нагрузки число сердечных сокращений быстро нарастает, а время расслабления сердца, необходимого для его отдыха, при этом уменьшается. В итоге быстро наступает кислородное голодание и утомление сердечной мышцы. Это связано еще и с характером кровотока в артериях сердца. Так, в момент сокращения сердца (систолы) кровоток в аорте и отходящих от нее артериях ускоряется, во время расслабления сердца (диастолы) – несколько замедляется. В сосудах же, питающих сердечную мышцу, наоборот: при сокращении сердца его сосуды, особенно мелкие, сдавливаются. Поэтому во время систолы кровоток в сосудах сердца тормозится, а во время диастолы – усиливается.

Таким образом, работа сердца – как в покое, так и при физических нагрузках – зависит от того, насколько удовлетворена потребность сердечной мышцы в кислороде и питательных веществах, доставляемых через коронарные артерии.

 

Рис. 8. Артерия

 

Стенка коронарных артерий сердца состоит из трех слоев. Внутренний слой, называемый интимой, обращен в просвет сосуда и выстлан эндотелиальными клетками. Будучи тесно соединенными друг с другом, эти клетки образуют эндотелиальный покров сосуда. Эндотелий является идеальной поверхностью для продвижения крови. Он сводит до минимума трение и повреждение кровяных клеток и, пока сам не поврежден, предохраняет кровь от свертывания, то есть предотвращает образование сгустков – тромбов. Ниже эндотелия находится субэндотелий. В норме интима – самый тонкий слой артериальной стенки. За ним следует средняя оболочка артерии, намного превышающая интиму по толщине. Она состоит из гладкомышечных клеток и эластических волокон. И клетки, и волокна образуют сложную переплетающуюся сеть, которая, подобно резине, может растягиваться, увеличивая или сужая просвет сосуда. Это свойство артерий называют эластичностью. Именно она обеспечивает их пульсацию, которая совершается в резонанс с сокращением сердца. Средняя оболочка отграничена от интимы внутренней эластической мембраной, являющейся для нее своеобразным защитным барьером. Третий – наружный – слой артерии состоит в основном из клеток соединительной и жировой ткани и как бы создает упругое ложе для сосуда. Через этот слой проходят мелкие сосуды – капилляры, обеспечивающие кровоснабжение самой сосудистой стенки (рис. 8).

 

Рис. 9. Артерии: а) здоровая; б) суженная артерия при атеросклерозе

 

Отметим, что атеросклеротические поражения, в том числе поражения коронарных артерий, ведущие к инфаркту миокарда, развиваются во внутреннем слое артерий – интиме (рис. 9).