Книга вторая Дж. Эдвард Морган-мл. Мэгид С. Михаил Перевод с английского под редакцией

Сопряжение возбуждения с сокращением

Количество кальция, необходимое для запуска механизма сокращения, превышает таковое, по­падающее в клетку через медленные каналы во время 2-й фазы потенциала действия. То неболь­шое количество кальция, которое входит в клетку (через медленные каналы и механизм двунаправ­ленного ЫауСа²⁺-трансмембранного обмена), за­пускает процесс высвобождения гораздо больше­го количества кальция, хранящегося в клетке (кальцийзависимое высвобождение кальция). Запасы связанного кальция находятся внутри цистерн саркоплазматического ретикулума и, в меньшем количестве, в Т-трубочках. Сила со­кращения прямо пропорциональна величине на­чального потока кальция внутрь клетки. Во вре­мя расслабления, когда медленные каналы закрыты, внутриклеточный кальций снова погло­щается саркоплазматическим ретикулумом; это активный процесс, требующий участия АТФ-азы мембраны (фосфоламбан). Кроме того, кальций удаляется из клетки посредством трансмембран­ного обмена внутриклеточного кальция на вне­клеточный натрий, а также с помощью активного транспорта АТФ-азой мембраны. Таким образом, процесс расслабления сердечной мышцы также требует АТФ.

Количество доступного внутриклеточного Ca²⁺, скорость его доставки и удаления определяют, со­ответственно, максимальное развиваемое напря­жение, скорость сокращения и скорость расслабле-

ния. Симпатическая стимуляция увеличивает силу сокращения: катехоламины, взаимодействуя с Pi-адренорецепторами, изменяют активность стимулирующего G-белка (глава 18), что вызывает увеличение внутриклеточной концентрации цАМФ (глава 12), а это, в свою очередь, повышает концентрацию внутриклеточного Ca²⁺. Увеличе­ние внутриклеточной концентрации цАМФ при­водит к рекрутированию дополнительных от­крытых кальциевых каналов. Более того, адреномиметики ускоряют расслабление, потен­цируя эффекты фосфоламбана. Ингибиторы фос-фодиэстеразы (теофиллин и амринон), предотвра­щая метаболизм внутриклеточного цАМФ, действуют аналогично. Дигиталис повышает внут­риклеточную концентрацию кальция, ингибируя мембраносвязанную Ка⁺/К⁺-зависимую АТФ-азу; в результате происходит незначительное увеличе­ние внутриклеточной концентрации Na⁺, что способствует прохождению через механизм транс­мембранного натрий-кальциевого обмена больше­го количества Ca²⁺. Глюкагон, активируя спе­цифические норадренергические рецепторы, увеличивает сократимость за счет повышения уровня внутриклеточного цАМФ.

Высвобождение ацетилхолина, сопряженное со стимуляцией блуждающего нерва, наоборот, снижает сократимость, увеличивая уровень цГМФ и ингибируя аденилатциклазу: эти эффекты опо­средованы ингибирующим G-белком. При ацидозе блокируются медленные кальциевые каналы и, со­ответственно, подавляется сократимость сердца из-за неблагоприятного влияния на внутриклеточ­ную кинетику кальция. Предполагают, что ингаля­ционные анестетики подавляют сократимость, уменьшая поступление Ca²" в клетки во время де­поляризации, изменяя кинетику его высвобожде­ния и поглощения саркоплазматическим рети­кулумом, а также снижая чувствительность сократительных белков к кальцию. По силе воз­действия на кинетику кальция ингаляционные анестетики располагаются в следующем порядке: галотан > энфлюран > изофлюран > закись азота. Механизм прямого угнетающего действия неинга­ляционных анестетиков на сократимость миокар­да до конца не изучен, но предполагают, что он ана­логичен описанному выше.

Иннервация сердца

Парасимпатические волокна иннервируют глав­ным образом предсердия и проводящую систему. Ацетилхолин взаимодействует со специализиро­ванными м-холинорецепторами сердца (M₂), что



Рис. 19-2. Сопряжение возбуждения с сокращением и взаимодействие актина с миозином. А. Деполяризация мем­браны клетки сердечной мышцы позволяет кальцию проходить в клетку и освобождает кальций, накопившийся в сарко-плазматическом ретикулуме. Б. Структура актомиозинового комплекса. В. Кальций связывает тропонин, давая воз­можность актину и миозину взаимодействовать друг с другом. (С изменениями. Из: Katz A. M., Smith V. E. Hosp. pract, 1985; 19: 69. Braunwald E. The Myocardium: Failure and Infarction. HP Publishing, 1974.)

вызывает отрицательный хронотропныи, дромо-тропный и инотропный эффекты. Симпатические волокна распределены в сердце более широко. Преганглионарные симпатические волокна начи­наются в грудных сегментах спинного мозга (T₁-Tj), достигают шейных узлов симпатического ствола (в том числе звездчатого узла), где пере­ключаются на постганглионарные волокна, фор­мирующие сердечные нервы. Высвобождение норадреналина из окончаний симпатических сер­дечных нервов вызывает положительный хроно­тропныи, дромотропный и инотропный эффекты, главным образом путем активации (З_гадреноре-цепторов. Число (3₂-адренорецепторов гораздо меньше, и они находятся в основном в предсерди­ях; их активация увеличивает ЧСС. Стимуляция ссгадренорецепторов вызывает положительный инотропный эффект.

Вегетативная иннервация сердца имеет четко выраженное разделение на правую и левую часть: правые симпатические и правый блуждающий нер­вы влияют главным образом на синусовый узел, в то время как левые симпатические и левый блуж­дающий нервы преимущественно воздействуют наАВ-узел. Влияния блуждающего нерва часто проявляются очень быстро и так же быстро разре­шаются. Симпатическое влияние, напротив, обыч­но постепенно нарастает и так же исчезает. Сину­совая аритмия — это циклическое изменение ЧСС, которое зависит от дыхания (ЧСС увеличивается при вдохе и уменьшается при выдохе); данный фе­номен обусловлен циклическими изменениями то­нуса блуждающего нерва.

Сердечный цикл

Сердечный цикл — это череда электрических и ме­ханических явлений (рис. 19-3). Сокращение серд­ца называется систолой, расслабление — диастолой. Диастолическое наполнение желудочков происхо­дит главным образом пассивно, еще до сокращения предсердий. Сокращение предсердий в физиологи­ческих условиях обеспечивает 20-30 % от конечно-диастолического объема желудочков. На кривой давления в предсердии выделяют три волны (рис. 19-3). Волна а обусловлена систолой предсердий. Волна с совпадает с систолой желудочка, считается, что ее вызывает выбухание атриовентрикулярного клапана в предсердие. Волна v, регистрируемая пе­ред открытием атриовентрикулярного клапана, вызвана нарастанием давления в предсердии, обус­ловленным притоком крови из вен. Отрицательная волна х представляет собой снижение давления в промежутке между волнами с и г;. Ее происхожде-

ние связывают с опусканием предсердия в сторону верхушки сердца при сокращении желудочков. При недостаточности правого или левого атриовентри­кулярного клапана волна х с этой стороны сердца исчезает, что приводит к появлению сливной волны Cv. За волной v следует отрицательная волна у, обусловленная падением давления в предсердии при открытии атриовентрикулярного клапана. Зу­бец на кривой давления в аорте называется инцизу-рой и отражает кратковременный обратный поток крови в левый желудочек непосредственно перед закрытием аортального клапана.

Факторы, влияющие

на функцию желудочков сердца

При обсуждении функции желудочков в качестве модели чаще рассматривают левый желудочек, но те же положения распространяются и на пра­вый. Допущение о раздельном функционировании желудочков ошибочно, так как доказана их тесная взаимозависимость. Выделяют факторы, влияю­щие на систолическую (изгнание) и диастоличес-кую (заполнение) функцию желудочков.

Систолическую функцию желудочков чаще все­го отождествляют с сердечным выбросом, который может быть определен как объем крови, перекачи­ваемый сердцем за одну минуту. В физиологичес­ких условиях сердечный выброс левого и правого желудочков одинаков, потому что они соединены последовательно. Величина сердечного выброса (CB) описывается следующим уравнением:

CB = YOXHCC,

где УО — ударный объем (объем крови, выбрасы­ваемый сердцем за одно сокращение); ЧСС — час­тота сердечных сокращений. Для сравнения сер­дечного выброса у людей с неодинаковым ростом и массой тела, используют сердечный индекс (СИ):

СИ = СВ/(площадь поверхности тела).

Площадь поверхности тела определяют по номо­грамме, учитывающей рост и массу тела человека. В норме СИ колеблется от 2,5 до 4,2 л/мин/м². В силу широкого диапазона нормы СИ не является достаточно чувствительным показателем функ­ции желудочка. СИ снижается лишь при тяжелой дисфункции желудочка. Изменение сердечного выброса при физической нагрузке позволяет оце­нить функцию желудочка точнее. Если при физи­ческой нагрузке сердечный выброс не увеличива­ется для обеспечения возросшего потребления кислорода, то SvO₂ снижается (гл. 22). Уменьше­ние SvO₂ при возрастании потребности в кислоро-

де обычно отражает неадекватную перфузию тка­ней. Таким образом, в отсутствие гипоксии или тяжелой анемии, SvO₂(или PvO₂) является наибо­лее точным показателем адекватности сердечного выброса (т. е . систолической функции левого же­лудочка).

1. ЧАСТОТА СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

В известных пределах сердечный выброс прямо пропорционален ЧСС (рис. 19-4). ЧСС определя­ется автоматизмом синусового узла (т. е. его спон­танной диастолической деполяризацией), который модулируется вегетативными, гуморальными

Рис. 19-3. Сердечный цикл в норме. Обратите внимание на соответствие между электрическими и механическими явлениями. (С изменениями. Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 16th ed. Appleton & Lange, 1993.)

Рис. 19-4. Зависимость между частотой сердечных со­кращений и сердечным индексом. (С изменениями. Из: Wetsel R. С. Critical Care: State of the Art 1981. Society of Critical Care Medicine, 1981.)

и местными факторами. Собственная частота спонтанной диастолической деполяризации сину­сового узла ("собственная" означает определяемая только автоматизмом синусового узла в отсут­ствие модулирующих влияний.— Примеч. пер.) у молодого взрослого человека составляет 90-100/мин, с возрастом она уменьшается, что описы­вается следующим уравнением:

Собственная частота спонтанной

диастолической деполяризации

синусового узла = 118/мин - (0,57 х возраст).

Усиление активности блуждающего нерва вызы­вает уменьшение ЧСС за счет стимуляции м₂-хо-линорецепторов. Усиление симпатической актив­ности приводит к увеличению ЧСС посредством стимуляции Pi-адренорецепторов и, в меньшей степени, (3₂-адренорецепторов.

2. УДАРНЫЙ ОБЪЕМ

Ударный объем в норме определяется тремя ос­новными факторами: преднагрузкой, постна­грузкой и сократимостью. Имеется известная аналогия с лабораторными исследованиями на препарате скелетной мышцы. Преднагрузка — это длина мышцы перед началом сокращения, постнагрузка — это сопротивление, которое пре­пятствует сокращению мышцы. Сократимость — это внутреннее свойство сердечной мышцы, ко­торое определяет силу сокращения, но не зави­сит ни от преднагрузки, ни от постнагрузки. Сердце является трехмерным многокамерным насосом, поэтому на ударный объем влияют гео­метрическая форма желудочков и дисфункция клапанов (табл. 19-2).

ТАБЛИЦА 19-2. Основные факторы, влияющие на ударный объем сердца

Преднагрузка Постнагрузка Сократимость Локальное нарушение сократимости стенки желудочка Порок клапана

Преднагрузка

Преднагрузкой для желудочка служит конечно-диастолический объем, который обычно зависит от наполнения желудочка. Зависимость между сердечным выбросом и конечно-диастолическим объемом левого желудочка известна как закон Старлинга (рис. 19-5). Если ЧСС постоянна, то сердечный выброс прямо пропорционален пред-нагрузке до тех пор, пока не будет достигнут опре­деленный конечно-диастолический объем. По до­стижении этого объема сердечный выброс почти не изменяется или даже снижается. Перерастяже­ние желудочка способно вызвать его чрезмерную дилатацию и недостаточность атриовентрикуляр-ного клапана.

А. Факторы, влияющие на наполнение желу­дочка. Наполнение желудочка зависит от многих факторов (табл. 19-3), самый важный из кото­рых — венозный возврат. Все факторы, влияющие на венозный возврат, постоянны, за исключением венозного тонуса, который в норме и служит глав­ной детерминантой. Усиление метаболической ак­тивности повышает тонус вен, и емкость венозных сосудов снижается, поэтому венозный возврат к сердцу растет. Сдвиги ОЦК и венозного тону­са — важные причины интра- и послеоперационно­го изменения наполнения желудочков и сердечно­го выброса. Любой фактор, который модулирует небольшой в нормальных условиях градиент ве­нозного давления, способствующий возврату кро­ви к сердцу, также влияет на наполнение желудоч­ков. К таким факторам относятся внутригрудное давление (изменяется при ИВЛ и торакотомии), положение тела (может изменяться при укладке на операционном столе) pi давление в полости пери­карда (изменяется при заболеваниях перикарда).

Наиболее важный фактор, определяющий преднагрузку правого желудочка,— это венозный возврат. Если нет тяжелого заболевания легких и выраженной дисфункции правого желудочка, то именно венозный возврат определяет величину преднагрузки левого желудочка. В норме конечно-диастолические объемы обоих желудочков при­близительно одинаковы.

Рис. 19-5. Закон Старлинга

ЧСС и ритм сердца также влияют на предна-грузку желудочка. При увеличении ЧСС диастола укорачивается в большей степени, чем систола. Следовательно, при высокой ЧСС (> 120 мин"¹ у взрослого) возникает нарушение наполнения желудочков. Отсутствие систолы предсердий (при мерцательной аритмии), ее неэффективность (при трепетании предсердий) или нарушение ее временного соотношения с другими фазами сер­дечного цикла (при ритмах из нижней части ripe/j,-сердий или AB-узловых ритмах) могут уменьшить наполнение желудочков на 20-30 %. Систола предсердий обеспечивает низкое среднее диастоли-ческое давление в желудочке. Следовательно, при сниженной растяжимости желудочка отсутствие своевременной систолы предсердий влияет на гемо-динамику особенно сильно.

ТАБЛИЦА 19-3. Факторы, влияющие на преднагрузку

Венозный возврат Объем циркулирующей крови (ОЦК) Распределение ОЦК Положение тела Внутригрудное давление Давление в полости перикарда Венозный тонус Сердечный ритм (систола предсердий) ЧСС

Б. Диастолическая функция и растяжимость желудочка. В клинических условиях конечыо-диастолический объем желудочка трудно изме­рить. Даже такие методы визуализации, как двух­мерная чреспищеводная ЭхоКГ, изотопная сцинтиграфия и рентгеноконтрастная вентрику-лография, позволяют лишь приблизительно оце­нить объем. Конечно-диастолическое давление ле­вого желудочка (КДДЛЖ) можно использовать в качестве показателя преднагрузки только при ус­ловии, что растяжимость желудочка (соотношение между объемом и давлением) постоянна. К сожа­лению, в норме растяжимость желудочка нелиней­на (рис. 19-6). Более того, при изменении растяжи­мости желудочка одно и то же КДДЛЖ будет соответствовать различной преднагрузке (при уменьшении растяжимости — сниженной предна­грузке). На диастолическую функцию и растяжи­мость желудочка влияют многие факторы. Тем не менее измерение КДДЛЖ или близкого к нему по величине давления заклинивания в легочной арте­рии (ДЗЛА) остаются наиболее распространен­ными методами! оценки преднагрузки левого желу­дочка (гл. 6). Центральное венозное давление можно использовать как показатель преднагрузки правого желудочка, а у большинства людей — и как показатель преднагрузки левого желудочка.

Факторы, определяющие растяжимость желу­дочков, можно разделить на связанные со ско-




Рис. 19-6. Растяжимость желудочка в норме и при патологии

ростью расслабления (ранняя диастолическая рас­тяжимость) и с пассивной жесткостью желудочка (поздняя диастолическая растяжимость). Раннюю диастолическую растяжимость уменьшают гипер­трофия, ишемия и асинхрония, позднюю — гипер­трофия и фиброз. Внешние воздействия (забо­левания перикарда, перерастяжение другого желудочка, повышенное давление в дыхательных путях, повышенное внутриплевральное давление, опухоли и сдавление при хирургических вмеша­тельствах) также способны уменьшить растяжи­мость желудочка. В норме стенка правого желу­дочка тоньше, чем левого, поэтому растяжимость правого желудочка выше.

Постнагрузка

Для интактного сердца постнагрузку определяют как напряжение стенки желудочка во время систо­лы или как сопротивление артерий сердечному выбросу. Напряжение стенки можно приравнять к давлению, которое желудочек должен преодо­леть для уменьшения объема своей полости. Если форму желудочка принять за сферу, напряжение его стенки можно выразить, пользуясь законом Лапласа:

Напряжение стенки = (P х R)/(2 x H),

где P — внутрижелудочкоое давление, R — ради­ус желудочка, H — толщина стенки. Хотя форма желудочка ближе к эллипсоидной, это соотноше­ние все же допустимо. Если радиус желудочка увеличивается, то для развития прежнего давле­ния в желудочке потребуется большее напряже­ние стенки. И наоборот, увеличение толщины стенки уменьшает напряжение в стенке желу­дочка.

На величину систолического внутрижелудоч-кового давления влияют сила его сокращения, вяз-коэластические свойства аорты и ее проксималь-ных ветвей, вязкость и плотность крови, а также общее периферическое сосудистое сопротивле­ние (ОПСС). ОПСС зависит в основном от тонуса артериол. Вязкоэластические свойства сосудов и крови у каждого человека обычно постоянны, по­этому в клинических условиях постнагрузку лево­го желудочка приравнивают к ОПСС, которое вы­числяется по формуле:

ОПСС - 80 х (АДср - ЦВД)/СВ,

где АДср — среднее артериальное давление (мм рт. ст.), ЦВД — центральное венозное давление (мм рт. ст.), CB — сердечный выброс (л/мин). В норме ОПСС варьируется от 900 до 1500 дин х с X см