За счет чего бьется сердце
Ученые разобрались, почему бьется сердце
Ответ оказался не самым сложным, но до недавних пор оставался неизвестен
Группа исследователей, представляющих Королевский технологический институт в Швеции, выяснили, по какой причине у человека и многих других живых существ появляется сердцебиение — как ни странно, до сих пор ответа на этот вопрос у ученых не было. По словам специалистов, сердце бьется благодаря гидравлике.
Фото: Наталия Губернаторова
Механизмы, заставляющие сердце перегонять кровь по телу, на сегодняшний день изучены лишь частично, и в первую очередь речь идёт об этапе этого циклического процесса под названием диастола, когда сердце расслабляется для приёма крови. Чтобы лучше изучить этот процесс, специалисты прибегли к особой форме магнитно-резонансной томографии, позволяющей наблюдать за работой сердца. В результате специалисты смогли проследить за изменениями размера камер сердца и пришли к выводу, что на стадии диастолы важную роль в этом играют гидравлические процессы — примерно те же, что делают возможной работу гидравлических тормозов. Более того, именно снижение гидравлической силы может быть причиной возникновения некоторых проблем с сердцем, считают специалисты.
По словам учёных, до сих пор роль гидравлики при работе сердца не учитывалась. Специалисты склонны связывать это с «необъективностью» ещё большего масштаба — по их мнению, процессу наполнения сердца кровью до сих пор уделялось меньше внимания, чем последующему её «выталкиванию», а работе предсердий — меньше внимания, чем работе желудочков. Из-за этого некоторые кардиологи, пытающиеся найти причины возникновения проблем с сердцем, порой могли идти по заведомо ложному пути. Подготовленное исследование, как надеются его авторы, в будущем позволит справляться с различными заболеваниями сердца значительно более эффективно и приведёт к появлению новых методов терапии.
Статья учёных опубликована в журнале Scientific Reports.
За счет чего бьется сердце
Потому что мышечные волокна, из которых оно состоит, умеют сокращаться автоматически. Большинство наших мышц, например, бицепс, начнет сокращаться только тогда, когда из мозга к ней придет соответствующая команда. Сердце – это тоже мышца, но оно отличается от других мышц. Некоторые мышечные волокна внутри сердца обладают периодической активностью, которая не зависит от нервной системы. Это значит, что определенная группа сердечных волокон около 70 раз в минуту сокращается сама по себе, без каких-либо внешних сигналов. Эти клетки начинают активно работать примерно на 21 день после зачатия ребенка и продолжают с тех пор без перерыва на отдых на протяжении всей жизни. Такие клетки называются ритмоводителями, они потом передают сигнал всем остальным клеткам сердца. Клетки в сердце соединены друг с другом в единую сеть, поэтому, получив сигнал от ритмоводителей, они согласованно сокращаются, и сердце бьется.
Но на самом деле у этого вопроса есть и вторая часть — почему мы слышим стук сердца? Стук этот состоит из двух отдельных тонов. Первый возникает в результате того, что, когда клапаны между предсердиями и желудочками захлопываются, несжимаемая кровь тормозит сокращения стенок желудочков, и стенки начинают колебаться. Второй тон — это звук от ударов друг о друга створок клапанов, которые находятся на выходе из желудочков.
Почему у пожилых людей седеют волосы?
Никто точно не знает. Причем ученые пока не могут однозначно ответить ни на вопрос, зачем это нужно, ни как это происходит. Но некоторые идеи на этот счет есть. Начнем с того, как.Есть две основных версии того, как люди седеют. Обе они сходятся в том, что это происходит, когда в клетках, из которых вырастают волосы, перестают производиться белки-пигменты, которые придают волосам цвет. Согласно первой версии это происходит просто из-за старения этих клеток. Со временем в ДНК любых клеток могут накапливаются ошибки, и они перестают работать нормально. В случае клетками, которые отвечают за рост волос, это приводит к тому, что они теряют возможность нормально производить пигменты.
8 наивных вопросов о работе сердца
Все, что вы хотели знать о работе сердца, но не знали, у кого спросить.
Вопрос 1. Как выглядит сердце?
В реальности сердце больше напоминает по форме не очень ровное яйцо, которое острым концом (он называется верхушкой) направлено влево, вниз и вперед. Это «яйцо» несколько сплюснуто внизу сзади – там, где сердце прилегает к диафрагме. Форму верхней части (основания) довольно сложно объяснить на пальцах из-за системы крупных сосудов, впадающих в сердце и выходящих из него.
Вопрос 2. Бывает ли сердце справа?
Расхожее мнение о том, что сердце находится в левой половине грудной клетки, не совсем верно. Большей частью сердце расположено посередине, но из-за естественного наклона верхушка сердца выступает влево. К слову, из этого правила есть исключения: у некоторых людей сердце расположено зеркально, то есть с отклонением вправо. Такая особенность называется декстракардия (буквально «правосердечие»). Чаще она возникает не самостоятельно, а при зеркальном расположении всех внутренних органов. Эта врожденная особенность наблюдается менее чем у одного человека из десяти тысяч.
Вопрос 3. Как работает сердце?
Перекачивание крови происходит в результате ритмичных сокращений и расслаблений сердца: периоды сокращений называются систолами, а расслаблений – диастолами.
В систолу сначала сокращаются предсердия, а вслед за ними – желудочки, и вот для чего. Венозная кровь со всего организма собирается в правое предсердие, которое выталкивает ее дальше – в правый желудочек. Он, в свою очередь, нагнетает кровь в малый круг кровообращения – сеть сосудов, пронизывающих легкие. Там происходит газообмен: из воздуха в кровь поступает кислород, а из крови выделяется углекислый газ. Обогащенная кислородом кровь идет в левое предсердие, а оттуда – в левый желудочек. Этот самый крупный и сильный отдел сердца выталкивает кровь через аорту в большой круг кровообращения – по всему организму, где кровь отдает органам и тканям кислород и забирает углекислый газ.
Разветвляющиеся сосуды, несущие кровь от сердца к месту назначения, называются артериями. Самые мелкие сосуды, сквозь стенки которых происходит обмен питательными веществами и «шлаками» между кровью и органами, носят название капилляров. Сосуды, несущие отработанную кровь обратно в сердце, – это вены.
Вопрос 4. Почему кровь не течет в обратном направлении?
Чтобы кровь текла в нужном направлении, каждый отдел сердца отделен от соседнего и от сосудов прочными клапанами из соединительной ткани, которые пропускают кровь только в одну сторону.
Состояния, при которых сквозь закрытые клапаны кровь просачивается обратно, называются врожденными или приобретенными клапанными пороками сердца.
Вопрос 5. Почему сердце бьется
Когда сердце ритмично «бьется», происходит сокращение и расслабление его отделов, благодаря электрической системе сердца. На поверхности сердца расположены разветвляющиеся волокна. Они могут генерировать и передавать электрические импульсы.
«Сигналы» зарождаются в синусовом узле (его также называют водителем ритма), расположенном на поверхности правого предсердия. Из синусового узла импульс проходит через предсердия, вызывая их сокращение, и распространяется по желудочкам, слаженно сокращая их мышечные волокна. У здорового человека частота сокращений составляет в покое от 60 до 80 в минуту – это и есть нормальный пульс.
Кстати, именно активность электрической системы регистрируется на электрокардиограмме (ЭКГ). Она показывает, как импульс зарождается и распространяется по сердцу, а также есть ли нарушения этих процессов.
При неполадках в электрической системе сердца – аритмиях или блокадах – его синхронная работа нарушается.
Вопрос 6. Как сердце работает всю жизнь без остановки? Откуда оно берет энергию?
Прекращение кровоснабжения вызывает гибель организма, поэтому сердцу приходится работать без остановки. Однако природа позаботилась и об отдыхе для трудолюбивого «насоса». Сердце отдыхает во время диастолы – в те доли секунды, что проходят с момента расслабления сердца до следующего сокращения.
Конечно, такая напряженная работа со столь символическим отдыхом требует больших затрат энергии – то есть, «усиленного питания». Из перекачиваемой крови кислород и питательные вещества в сердечную мышцу поступить не могут, поэтому сердце, как и любой другой орган, имеет собственные кровеносные сосуды.
Вопрос 7. Что такое инфаркт?
Из-за непрерывной работы, требующей много энергии, сердечная мышца очень чувствительна к недостатку кровоснабжения. Если просвет коронарных артерий сужен атеросклеротическими бляшками, при нагрузке сердце получает недостаточно кислорода и начинает сильно болеть: возникает приступ стенокардии, а такое заболевание называется ишемической болезнью сердца.
При разрушении бляшки на ее месте образуется кровяной сгусток – тромб, который полностью перекрывает просвет сосуда. Лишенный питания участок сердечной мышцы, снабжаемый этим сосудом, быстро отмирает – наступает инфаркт миокарда.
Если сердце после этого не теряет способности сокращаться, и человек продолжает жить, мышечные волокна в зоне инфаркта не восстанавливаются, и на их месте появляется рубец.
Вопрос 8. Зачем при остановке сердца дают разряд током?
Допустим, сердце остановилось, или наступила фибрилляция желудочков – состояние при котором отдельные мышечные волокна сокращаются не синхронно, а «как попало». И в том, и в другом случае электрическая система сердца отказывает. Чтобы возобновить ее работу, с помощью прибора дефибриллятора сквозь грудную клетку через сердце пропускают мощный электрический импульс. Он заставляет все волокна сердечной мышцы сократиться одновременно, что помогает водителю ритма возобновить контроль над сердцем. Или не помогает – это зависит от причины нарушений…
Такое воздействие гораздо эффективнее при фибрилляции, чем при остановке сердца. Поэтому при остановке зачастую сначала вводят адреналин, чтобы вызвать фибрилляцию, а затем разрядом тока восстанавливают нормальный сердечный ритм.
За счет чего бьется сердце
Сокращаясь, сердечная мышца проталкивает кровь сначала через предсердия, а затем через желудочки. В легких кровь насыщается кислородом и через легочные вены поступает в левое предсердие, потом в левый желудочек и из него, через аорту и ответвляющиеся от нее артериальные сосуды, разносится по всему телу.
Сердце сокращается более 100 000 раз в день, перегоняя кровь по 20 000 км вен и артерий, составляющих кровеносную систему человека.
Когда взрослый человек находится в состоянии покоя, сердце совершает от 60 до 80 сокращений в минуту. При физической нагрузке, в момент стресса или возбуждения частота сокращений сердца может возрастать до 200 ударов в минуту.
Нарушения сердечного ритма и проводимости
Нормальный сердечный ритм называется синусовым ритмом.
Сердце имеет свою собственную электрическую (проводящую) систему, состоящую из генератора электрических импульсов – главного водителя ритма – и проводящих путей, соединяющих всю электрическую цепь. Главный водитель ритма, расположенный в правом предсердии, генерирует регулярные электрические импульсы с определенной частотой, вроде метронома. В ответ на каждый импульс происходит сокращение камер сердца в строгой последовательности.
Сначала волна электрического возбуждения охватывает предсердия, в результате чего они одновременно сокращаются, выбрасывая кровь в желудочки. Пройдя по предсердиям, волна не сразу переходит на желудочки, поскольку от предсердий их отделяет ткань, неспособная проводить электрические импульсы. Только в одном маленьком участке через эту ткань проходит единственный «пучок проводов», по которому после небольшой задержки электрический импульс может перейти на желудочки и вызвать такое же волнообразное их сокращение, как и в предсердиях. Этот пучок называется предсердно-желудочковым соединением (АV – узел), а задержка между сокращением предсердий и желудочков необходима для того, чтобы предсердия успели «протолкнуть» кровь в желудочки до того, как последние начнут сокращаться.
В норме предсердно-желудочковое соединение – единственное место в сердце, где происходит переход электрического возбуждения на желудочки. После этого электрический импульс распространяется по обоим желудочкам, вызывая их сокращение. При этом кровь из них выталкивается в артерии, обеспечивая кровоснабжение всех органов тела и самого сердца.
Таким образом, нормальный сердечный ритм отличается от аномального двумя основными чертами: регулярностью и определенной частотой. Любое нарушение сердечного ритма всегда является следствием нарушений функционирования проводящей системы.
Что такое аритмия?
Аритмией или нарушением ритма называют такое состояние, при котором нарушаются одна или обе главные характеристики нормального ритма – регулярности и частоты. Условно все нарушения ритма делят на брадиаритмии (слишком редкие сокращения сердца) и тахиаритмии (слишком частые сокращения сердца), а в зависимости от того, где располагается аномалия – на желудочковые и наджелудочковые.
Брадикардия. Медленный ритм сердца
Ритм Вашего сердца обычно бьется с частотой между 60 и 80 ударами в минуту.
Показатель ниже 60 ударов минуту называется брадикардией. У многих людей с хорошей физической формой или если такой ритм возникает во время отдыха и сна, то такой ритм является нормальный. Отличительной особенностью такой брадикардии является то, что при увеличении физической нагрузки сердечный ритм начинает ускоряться, покрывая своей частотой потребность организма.
Наиболее частой причиной медленного ритма сердца:
• Дисфункция синусового узла (CУ).
• Нарушение проведения через атрио-вентрикулярный узел (AV) электрического сигнала из предсердий в желудочки.
Когда брадикардия подтверждена диагностически и такой ритм является единственным проявлением, то такой ритм эффективно корректируется кардиостимулятором. ИКД также может применяться при брадикардиях, но при условии, если к имплантации ИКД есть соответствующие показания (опасные для жизни нарушения ритма сердца).
Тахикардия
Если ваш пульс превышает 100 ударов в минуту, это называется тахикардией. Тахикардия может быть синусовой и относиться к нормальной, физиологической тахикардии. Тахикардии с большой частотой, которые превышают 180 ударов в минуту, возникающие в связи с частой, групповой экстрасистолией, дополнительных путей проведения относятся в группу не нормального быстрого сердечного ритма.
Физическая нагрузка, эмоциональный стресс, некоторые заболевания могут быть причиной ускоренного сердечного ритма, который превышает 100 ударов в минуту.
Когда ритм вашего сердца очень частый или сердцебиение возникает без причины с большой частотой и нерегулярно, это называется тахиаритмией.
Патологическая тахикардия вредна по нескольким причинам. Во-первых, при частом сердцебиении снижается эффективность работы сердца, поскольку желудочки не успевают наполниться кровью, в результате чего понижается артериальное давление и уменьшается приток крови к органам. Во-вторых, ухудшаются условия кровоснабжения самого сердца, поскольку оно совершает большую работу в единицу времени и требует больше кислорода, а плохие условия кровоснабжения сердца увеличивают риск ишемической болезни и последующего инфаркта.
Тахиаритмия
Это патологически быстрый сердечный ритм (обычно от 100 до 400 ударов в минуту, который возникает либо в верхних камерах сердца (фибрилляция предсердий, наджелудочковая тахикардия) или в нижних (фибрилляция желудочков, желудочковая тахикардия)).
• Заболевания сердца, такие, как высокое кровяное давление, заболевание коронарных артерий (атеросклероз), заболевания клапанов сердца, сердечная недостаточность, кардиомиопатия, опухоли и инфекции.
• Другие заболевания, например, заболевания щитовидной железы, некоторые заболевания лёгких, электролитический дисбаланс, а также злоупотребление алкоголем и наркотиками.
• Вызванные аномальными дополнительными путями проведения или экстрасистолией.
Тахиаритмии происходят в случае, когда импульс сокращающий сердечную мышцу поступает раньше, чем предполагает нормальный сердечный ритм. Тахиаритмии могут начинаться в верхних или нижних сердечных камерах.
Тахиаритмия включает в себя различные типы аритмий сердца:
• Желудочковая тахикардия (ЖТ).
• Фибрилляция желудочков (ФЖ).
Наджелудочковые тахиаритмии
Нарушения ритма, в которых участвуют предсердия, называют наджелудочковыми (суправентрикулярными) аритмиями. Эта группа нарушений ритма является наиболее распространенной, и с ней врачам и пациентам приходится сталкиваться наиболее часто. Существует 5 основных типов наджелудочковых аритмий:
• атриовентрикулярная узловая тахикардия;
Фибрилляция предсердий (ФП)
Механизмы развития фибрилляции предсердий до сих пор полностью не изучены. У некоторых пациентов она возникает вследствие наличия множества хаотических круговых волн электрического возбуждения в предсердиях.
Фибрилляцию предсердий обычно лечат лекарствами, которые поддерживают нормальный ритм или предотвращают слишком большую частоту сердечного ритма. Обязательным условием при мерцательной аритмии является прием антикоагулянтной терапии. Ее применяют для разжижения крови, чтобы предотвратить образование кровяных сгустков.
Для хирургического лечения мерцательной аритмии применяются метод радиочастотной абляции (РЧА), которую применяют для урежения сердечного ритма (РЧА АВ соединения) или выполняют РЧА «изоляцию легочных вен» для восстановления синусового ритма.
Желудочковая тахикардия (ЖТ)
ЖТ относится к ненормальному учащенному сердцебиению. Источником такого ритма может быть эктопический очаг в миокарде правого или левого желудочка. Обычно причиной возникновения желудочковых аномальных водителей ритма являются заболевания сердечной мышцы (ишемическая болезнь сердца, аритмогенная дисплазия правого желудочка и пр.). При ЖТ, сердце перекачивает кровь не столь эффективно, как при нормальном синусовом ритме. Быстрый ритм сокращений препятствует полному заполнению желудочков между отдельными сердцебиениями. В результате – снижается объем циркуляции крови в организме.
Фибрилляция желудочков (ФЖ)
ФЖ – это очень быстрый, нерегулярный сердечный ритм, возникающий в правом или левом желудочке сердца. ФЖ – более серьезная патология, нежели ЖТ, поскольку электрическая система сердца и цикл сердечного сокращения являются полностью дезорганизованными. Происходит дрожание желудочков и организм получает лишь небольшое количество перекачиваемой крови или вообще ее не получает.
Когда сердце не перекачивает кровь, организм быстро начинает испытывать кислородное голодание и возникает внезапная остановка сердца.
Симптомы развиваются немедленно: сначала исчезает пульс, затем – сознание, затем – способность дышать. Если возникает внезапная остановка сердца, необходима сердечно-легочная реанимация (СЛР), которая способна поддержать циркуляцию крови до момента, когда можно будет применить наружный дефибриллятор для восстановления сердечного ритма. Выполнить дефибрилляцию может врач или медицинский персонал скорой медицинской помощи при помощи наружного дефибриллятора разрядом электрического тока через пластины расположенные на грудной клетке. Если у пациента имплантирован ИКД, дефибрилляция будет выполнена автоматически через несколько секунд начала приступа ФЖ.
За счет чего бьется сердце
Сердце человека — это конусообразный полый мышечный орган, в который поступает кровь из впадающих в него венозных стволов, и перекачивающий её в артерии, которые примыкают к сердцу. Полость сердца разделена на 2 предсердия и 2 желудочка. Форма сердца не одинакова у разных людей.
Она определяется возрастом, полом, телосложением, здоровьем, другими факторами. В упрощенных моделях описывается сферой, эллипсоидами, фигурами пересечения эллиптического параболоида и трёхосного эллипсоида.
1. Сердце среднего взрослого человека совершает примерно:
2,5 млрд –– в течение жизни.
2. Кухонный кран должен быть открыт полностью на протяжении 45 лет, чтобы вылить количество воды, равное объёму крови, перекачанной сердцем за человеческую жизнь средней продолжительности.
3. Объём крови, перекачанной сердцем, может варьироваться в широком диапазоне: от 5 до 30 л в минуту.
4. Каждый день сердце вырабатывает столько энергии, сколько нужно машине, чтобы проехать 32 км. Количество такой энергии за всю жизнь эквивалентно той, которую необходимо машине, чтобы съездить на Луну и обратно.
5. Так как сердце вырабатывает собственные электрические импульсы, то оно может продолжать работу даже тогда, когда отделено от тела, до тех пор, пока будет получать достаточное количество кислорода.
6. Сердце начинает биться через четыре недели после зачатия и не останавливается до самой смерти.
7. Частота сердечных сокращений (пульс) у плода примерно в 2 раза больше, чем у взрослых (140 ударов в минуту). К тому времени, как возраст плода составляет 12 недель, его сердце перекачивает уже 28 л крови в день.
8. Новорождённый ребёнок имеет примерно одну чашку крови.
9. Сердце обеспечивает кровью почти все 75 трлн клеток организма. Кровоснабжение отсутствует только в роговицах глаз.
10. За жизнь средней продолжительности сердце перекачивает около 5,7 млн л крови.
11. Распределение крови в организме происходит таким образом:
5 % находится в сердце;
15––20 % поступает в мозг и ЦНС;
12. Стук сердца происходит тогда, когда захлопываются сердечные клапаны.
13. Когда тело находится в состоянии покоя, для крови необходимо:
всего 6 сек. для того, чтобы дойти от сердца к лёгким и обратно;
всего 8 сек. для того, чтобы добраться до мозга и обратно;
16 сек. для того, чтобы достичь пальцев и вернуться.
14. Древние египтяне считали, что сердце и другие основные органы можно по своей воле перемещать внутри тела.
15. Платон считал, что мышление зарождается в мозге, а страсти — в сердце (имеются в виду органы).
16. Французский врач Рене Лаэннек (1781––1826 гг.) изобрёл стетоскоп, когда почувствовал, что прижимать ухо к груди пациенток со слишком большим размером бюста неудобно.
17. Врач Эразистрат из острова Хиос (304––250 гг. до н. э.) был первым, кто предположил, что сердце функционирует, как насос.
18. Гален утверждал, что сердце само производит кровь. Однако открытие Уильямом Харви системы кровообращения в 1616 году показало, что в организме существует ограниченное количество крови и она движется по кругу.
20. Женское сердце обычно бьётся быстрее мужского: мужское совершает примерно 70 ударов в минуту, а женское — 78.