Регуляция деятельности сердца. Внутри- и внесердечные механизмы. Гуморальная регуляция деятельности сердца.

Сердце — это мощный насос, перекачивающий по кровенос­ным сосудам около 10 т крови в сутки. Организм испытывает на себе за свою жизнь все невзгоды окружающей среды, и чтобы по­мочь ему адаптироваться к новым условиям, сердце также долж­но перестроить свою работу. Это достигается за счет деятельнос­ти ряда регуляторных механизмов. Условно их можно разделить на 2 группы: 1) внутрисердечные и 2) внесердечные, или экстракардиальные. Относительное постоянство параметров внутренней сре­ды организма, быстрое и точное приспособление гемодинамики к широкому разнообразию условий, в которых находится организм, достигаются благода­ря в высшей степени совершенным механизмам регуляции сердечной дея­тельности. У млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий эта регуляция осуществляется принципиально одинаково и складывается из присущих са­мому сердцу собственных механизмов, а также внесердечных воздействий. К внутрисердечным регуляторным механизмам относят внутриклеточные, регуляцию межклеточных взаимодействий и собственно внутрисердечные нервные механизмы. Внесердечные воздействия представлены нервной и гу­моральной регуляцией. Внутриклеточный уровень регуляции заключается в способности кардиомиоцитов при выполнении ими специфической сократительной функции синтези­ровать различные белки в соответствии с уровнем их разрушения. Синтез белков происходит дифференцированно благодаря существованию специаль­ных ауторегуляторных механизмов. Процесс этот осуществляется кардиомиоцитами во взаимодействии с соединительнотканными клетками. Особенность кардиомиоцитов заключается в цикличности их обменных процессов, связанных с ритмом сердечной деятельности. В сердечной мышце межклеточная регуляция связана с наличием вставоч­ных дисков — нексусов, обеспечивающих транспорт необходимых веществ, соединение миофибрилл, переход возбуждения с клетки на клетку. Такая орга­низация позволяет миокарду реагировать на возбуждение как синцитий. В слу­чае выпадения функции нексусов нарушается одновременность прихода возбуж­дения к отдельным клеткам, синхронность сокращения мышечных волокон, появляется нарушение сердечного ритма. Межклеточная регуляция включает также взаимодействие кардиомиоцитов с соединительнотканными клетками, составляющими строму сердечной мышцы. Наряду с механической опорной функцией соединительнотканные клетки являются источником пополнения кар­диомиоцитов высокомолекулярными органическими соединениями, постоянно необходимыми для функции и для поддержания структуры клетки. Внутрисердечный уровень регуляции является автономным, хотя он вклю­чен и в сложную иерархию центральной нервной регуляции. Собственная нерв­ная регуляция сердца осуществляется метасимпатической нервной системой, нейроны которой располагаются в интрамуральных ганглиях сердца. Метасимпатическая нервная система обладает полным набором функци­ональных элементов, необходимых для самостоятельной рефлекторной дея­тельности: сенсорными клетками, интегрирующим интернейронным аппара­том, двигательными нейронами. Сенсорные нейроны обслуживают не только внутрисердечные механизмы регуляции. По их аксонам, проходящим в составе блуждающих и симпатичес­ких нервов, чувствительная импульсация может достигать высших отделов нервной системы. В свою очередь, на вставочных и моторных метасимпатических нейронах синаптически оканчиваются преганглионарные волокна блужда­ющего нерва и сердечных симпатических ветвей, т.е. метасимпатические ней­роны — общий конечный путь для импульсов внутрисердечного и центрального происхождения. Интракардиальный метасимпатический нервный аппарат регулирует ритм сердечных сокращений, скорость предсердно-желудочкового проведения, реполяризацию кардиомиоцитов, скорость диастолического расслабления. Функции сердечной части метасимпатической нервной системы особенно отчетливо выступают при трансплантациях сердца у теплокровных животных. После дегенерации всех нервных волокон внесердечного происхождения (сим­патических и парасимпатических) она остается неповрежденной в структурном и функциональном отношении. При разных нагрузках на организм с гомотрансплантированным сердцем кровообращение в большом круге меняется так же, как в нормальных условиях, и целиком обеспечивает потребности организма. Местные сердечные рефлексы, осуществляемые метасимпатической нервной системой, регулируют уровень сердечной деятельности в соответствии с потреб­ностями общей гемодинамики организма. Например, раздражение рецепторов растяжения при усилении притока крови и переполнении коронарных сосудов сопровождается ослаблением силы сердечных сокращений, уменьшением при­тока крови. В результате в артериальную систему перекачивается меньший объем крови. Она задерживается в венах, обладающих большей емкостью, предотвращая, таким образом, внезапный выброс излишней крови в артерии, который мог бы привести к тяжелым последствиям для организма. Опасно для организма и уменьшение сердечного выброса. Оно может вызвать критическое для жизни падение артериального давления. При недостаточном растяжении механорецепторов сердца из-за слабого заполнения его камер кро­вью возникает процесс рефлекторного возрастания силы сердечных сокращений, что в результате приводит к более интенсивному перекачиванию крови в аорту, усилению притока из вен и более полному заполнению камер во время диастолы. Следовательно, осуществляемые метасимпатической нервной системой внутрисердечные периферические рефлексы выполняют в организме защитную роль, поддерживая стабильность наполнения кровью артериальной системы. Гуморальная регуляция деятельности сердца осуществляется биологически активными веществами, выделяющимися в кровь и лимфу из эндокринных желез, а также ионным составом межклеточной жидкости. Эта регуляция в наибольшей степени присуща адреналину, секретируемому мозговым слоем надпочечников. Адреналин выделяется в кровь при эмоциональных нагрузках, физическом напряжении и других состояниях. Его взаимодействие с β-адренорецепторами кардиомиоцитов приводит к активации внутриклеточного фермента аденилатциклазы. Последний ускоряет образова­ние циклического АМФ (цАМФ). В свою очередь, цАМФ необходим для превра­щения неактивной фосфорилазы в активную. Активная фосфорилаза обеспечи­вает снабжение миокарда энергией путем расщепления внутриклеточного гликогена с образованием глюкозы. Адреналин повышает также проницае­мость клеточных мембран для ионов Са²⁺. Важное значение имеет гормон поджелудочной железы и кишки — глюкагон. Он оказывает на сердце положительный инотропный эффект путем стимуля­ции аденилатциклазы. Гормон щитовидной железы — тироксин — увеличивает частоту сердечных сокращений и повышает чувствительность сердца к симпати­ческим воздействиям. Гормоны коры надпочечников — кортикостероиды, био­логически активный полипептид — ангиотензин II, вещество энтерохромаффинных клеток кишки — серотонин — увеличивают силу сокращений миокарда. Большое влияние на деятельность сердечной мышцы оказывает ионный состав среды. Повышение содержания во внеклеточной среде К⁺ угнетает деятельность сердца. При этом вследствие изменения градиента концентрации иона увеличивается проницаемость мембран для К⁺, падают возбудимость, скорость проведения возбуждения и длительность ПД. В этих условиях синусно-предсердный узел перестает выполнять роль водителя ритма. Подобным образом на сердце влияют ионы НС0₃¯ и Н⁺. Ионы Са²⁺ повышают возбуди­мость и проводимость мышечных волокон, активируя фосфорилазу и обеспечи­вая сопряжение возбуждения и сокращения. Внутрисердечные механизмы регуляции. Эти механизмы делятся на 3 группы: 1) внутриклеточные, 2) ге модинамические (гетеро- и гомеометрические), 3) внутри-сердечные периферические рефлексы. Внутриклеточные механизмы регуляции имеют место, например у спортсменов. Регулярная мышечная нагрузка приводит к усилению синтеза сократительных белков миокарда и появлению так называемой рабочей (физиологической) гипертрофии -утолщению стенок сердца и увеличению его размеров. Так, если масса нетренированного сердца составляет 300 г, то у спортсме­нов она увеличивается до 500 г. Гемодинамические, или миогенные, механизмы регуляции обеспечивают постоянство систолического объема крови. Сила сокращений сердца зависит от его кровенаполнения, т.е. от ис­ходной длины мышечных волокон и степени их растяжения во время диастолы. Чем больше растянуты волокна, тем больше при­ток крови к сердцу, что приводит к увеличению силы сердечных сокращений во время систолы — это «закон сердца» (закон Фран­ка— Старлинга). Такой тип гемодинамической регуляции называ­ется гетерометрическим. Она объясняется способностью Са²⁺ выходить из саркоплазматического ретикулума. Чем больше растянут саркомер, тем больше выделяется Са²⁺ и тем больше сила сокращений сердца. Этот механизм саморегуляции включается при переме­не положения тела, при резком увеличении объема циркулиру­ющей крови (при переливании), а также при фармакологичес­кой блокаде симпатической нервной системы бета-симпатолитиками. Другой тип миогенной саморегуляции работы сердца — гомеометрический не зависит от исходной длины кардиомиоцитов. Сила сердечных сокращений может возрастать при увеличении частоты сокращений сердца. Чем чаще оно сокращается, тем вы­ше амплитуда его сокращений («лестница» Боудича). При повы­шении давления в аорте до определенных пределов возрастает противонагрузка на сердце, происходит увеличение силы сердеч­ных сокращений (феномен Анрепа). Внутрисердечные периферические рефлексы относятся к тре­тьей группе механизмов регуляции. В сердце независимо от нерв­ных элементов экстракардиального происхождения функциони­рует внутриорганная нервная система, образующая миниатюр­ные рефлекторные дуги, в состав которых входят афферентные нейроны, дендриты которых начинаются на рецепторах растяже­ния на волокнах миокарда и коронарных сосудов, вставочные и эфферентные нейроны (клетки Догеля I, II и III порядка), аксоны которых могут заканчиваться на миокардиоцитах, расположен­ных в другом отделе сердца. Так, увеличение притока крови к пра­вому предсердию и растяжение его стенок приводит к усилению сокращения левого желудочка. Этот рефлекс можно заблокиро­вать с помощью, например, местных анестетиков (новокаина) и ганглиоблокаторов (бензогексония). Эфферентный нейрон внутрисердечной рефлекторной дуги может быть общим с эфферентным нейроном парасимпатическо­го нерва (n. vagus), который иннервирует сердечную мышцу. Внесердечные (эстракардиальные) механизмы регуляции. Эти механизмы также работают по рефлекторному принципу в них главную роль играют парасимпатическая нервная система (п. vagus) и симпатическая нервная система (n. sympaticus). Рефлекторная дуга экстракардиального рефлекса начинается от механорецепторов предсердий — А-рецепторов, реагирующие на сокращение мускулатуры предсердий и их напряжение, и В рецепторов, возбуждающихся в конце систолы желудочков и реагирующих на пассивное растяжение мускулатуры предсердие (увеличение внутрисердечного давления). От этих рецепторов начинаются афферентные пути, которые представлены миелинизированными волокнами, идущими в составе блуждающего нерва. Другая группа афферентных нервных волокон отходит оп свободных нервных окончаний густого субэндокардиального сплетения безмякотных волокон, находящихся под эндокардом Они идут в составе симпатических нервов. Афферентные волокна, идущие в составе блуждающего нерва, достигают продолговатого мозга, где находится центр блуждающего нерва. Его называют ингибирующим сердечным центром, в нем расположены первые, или преганглионарные, нейроны, регулирующие работ сердца. Аксоны этих нейронов, составляющих блуждающие нерв, достигают сердца, в их окончаниях выделяется ацетилхолин, который через Н-холинорецепторы передает возбуждение на интрамуральный нейрон, или ганглий. В нем находится второе нейрон — постганглионарный, аксон которого иннервирует про водящую систему сердца и коронарные сосуды, контактируя с М — холинорецепторами. Волокна правого блуждающего нерва иннервируют синоатриальный узел, левого — атриовентрикулярный. Блуждающие нерв не иннервирует желудочки. Симпатические нервы равномерно иннервируют все отделы сердца, включая желудочки. Первые нейроны находятся в боковых рогах грудных сегментов спинного мозга (T1 — T₅). Их преган­глионарные волокна прерываются в шейных и верхних грудные симпатических узлах и звездчатом ганглии, где находятся вторые нейроны, от которых отходят постганглионарные волокна, выде­ляющие в своих окончаниях адреналин и норадреналин. Контак­тируя с бетаадренорецепторами, они передают свои влияния не сердечную мышцу. Характер влияний блуждающих и симпатических нервов на работу сердца. Различают четыре типа влияний блуждающего и симпатичес­кого нервов на работу сердца: 1) инотропное — на силу сердечныx сокращений (инос-сила); 2) хронотропное — на частоту сердечных сокращений (хронос-время); 3) батмотропное — на возбудимость сердечной мышцы; 4) дромотропное — на проводи­мость импульсов по сердечной мышце. Впервые тормозное влияние блуждающих нервов на работу сердца было показано братьями Вебер в 1845 г. Раздражение пе­риферического конца перерезанного блуждающего нерва приво­дит к уменьшению амплитуды сердечных сокращений, т.е. к отри­цательному инотропному эффекту, урежению сердечных сокра­щений — отрицательному хронотропному, уменьшению возбуди­мости и проводимости — отрицательному батмотропному и дромотропному эффектам. Сильное раздражение блуждающего нер­ва вызывает остановку сердца в диастоле. Механизм отрицатель­ного влияния блуждающего нерва на частоту сердечных сокраще­ний можно представить в виде цепочки следующих друг за другом процессов: стимуляция блуждающего нерва -> выделение в его окончаниях ацетилхолина -> взаимодействие с М-холинорецепторами -> увеличение проницаемости мембраны клеток пейсмекера для ионов К⁺ и уменьшение для Са²⁺ -> замедление МДД -> увеличение мембранного потенциала -> отрицательный хронотропный эффект. При сильном раздражении блуждающего нерва может возникнуть гиперполяризация клеток синоатриального уз­ла и полная остановка сердца. При продолжающемся раздражении блуждающего нерва прекратившиеся сокращения могут вновь восстановиться — это феномен ускользания сердца из-под влияния блуждающего нерва. Отрицательное влияние блуждающего нерва на сердце может быть снято с помощью атропина — блокатора М-холинорецепторов. Кроме того, ацетилхолин очень быстро разрушается фермен­том ацетилхолинэстеразой (АХЭ), поэтому эффект нерва кратко­временный. Существует такое понятие, как тонус вагуса — это постоян­ное тормозное влияние блуждающего нерва на сердце, особенно в состоянии покоя, т.е. в ночное время («ночь — царство вагуса»). Наличие тонуса блуждающего нерва доказывается полной денервацией сердца, после чего оно будет работать чаще, чем до денервации. Впервые влияние симпатического нерва на сердце было опи­сано братьями Цион (1867 г.). Раздражение периферического конца перерезанного симпатического нерва оказывает на сердце положительный ино-, хроно-, батмо-, дромотропный эффект. При этом цепь процессов такова: стимуляция симпатического нерва -> выделение в его окончаниях норадреналина -> взаимодействие с бета-адренорецепторами на мембране клеток синоатриального узла -> повышение проницаемости для Na⁺ и Са²⁺ -> уменьшение МП -> ускорение МДД -> положительный хронотропный эффект. Положительное влияние симпатической нервной системы на сердце можно уменьшить или устранить с помощью бета-блокаторов, например обзидана. Свое влияние симпатические нервы, отличие от блуждающего, оказывают не в покое, а при физическом или эмоциональном напряжении, в экстремальной ситуации. При чрезмерной активности симпатической нервной системы могут появиться эктопические очаги возбуждения в сердце, что приведет к возникновению экстрасистол. И.П.Павлов (1887 г.) обнаружил в составе симпатической нерва волокна, раздражение которых увеличивало силу сердечных сокращений, не изменяя при этом их частоту. Эти волокна были названы усиливающим, или трофическим, нервом, так как стимулировали обменные процессы и питание сердечной мышцы. В настоящее время стало известно, что при раздражении нервов, иннервирующих сердце, в синаптическую щель, помимо основных медиаторов, выделяются и другие биологически активные вещества, в частности пептиды. Они обладают модулирующим действием в отношении основного медиатора. Так, опиоидные пептиды (энкефалины и эндорфины) угнетают эффекты раздражения блуждающего нерва, а пептид дельта-сна усиливает вагусную брадикардию. Гуморальная регуляция деятельности сердца На работу сердца, прежде всего влияют медиаторы ацетилхолин, выделяющийся в окончаниях парасимпатических нервов, он тормозит деятельность сердца, а также адреналин и норадреналин — медиаторы симпатических нервов, оказывающие на сердце положительный ино- и хронотропный эффекты. Ацетилхолин: был открыт Отто Леви в 1921 г. в эксперименте на изолированных сердцах лягушки. Положительное, подобное адреналину, влияние на сердце было отмечено у дофамина. Кортикостероиды, ангиотензин, серетонин оказывают положительный инотропный эффект. Глюкагон, активируя аденилатциклазу, увеличивает силу и частоту сердечных сокращений. Тироксин и трийодтиронин оказывают положительный хронотропный эффект, кортикостероид, и ангиотензин — положительный инотропный. Аденозин расширяет коронарные сосуды, увеличивает коронарный кровоток в 6 раз, оказывая положительное инотропное хронотропное влияние на сердце. Ионы Са²⁺ увеличивают силу сокращений и повышают возбудимость сердечной мышцы за счет активации фосфорилазы. Передозировка ионов Са²⁺ вызывает остановку сердца в систоле. Небольшое повышение концентрации ионов К⁺ в крови ( до4 ммоль/л) снижает МП и увеличивает проницаемость для эти ионов. Возбудимость миокарда и скорость проведения возбуждения при этом возрастают. Если увеличить концентрацию К⁺ в 2 раза, то возбудимость и проводимость сердца резко снижаются и может произойти его остановка в диастоле. Если ионов К⁺ недо­стает (гипокалиемия), что наблюдается при приеме диуретиков, которые выводят вместе с водой и К⁺, то возникает аритмия серд­ца и, в частности, экстрасистолия, поэтому одновременно с диуретиками необходимо принимать препараты, сберегающие К⁺ (например, панангин). Предсердия вырабатывают атриопептид, или натрийуретический гормон, в ответ на растяжение их стенок. Он расслабляет гладкомышечные клетки мелких сосудов, повышает диурез, выде­ляет натрий с мочой (натрийурез), уменьшает объем циркулиру­ющей крови, подавляет секрецию ренина, тормозит эффекты ангиотензина II и альдостерона, снижает артериальное давление.

37. Движение крови по сосудам. Факторы, обуславливающие движение крови по сосудам.
Присущие крови функции могут выполняться только при условии ее постоянного движения по кровеносным сосудам. У позвоночных животных кровь находится в системе эластичных сосудов — артерий, вен, капилляров, — не выходя из этой системы. В связи с тем, что кровь всегда остается внутри замкнутого объема, систему кровообращения позвоноч­ных принято называть замк­нутой. Замкнутая система характеризуется тем, что давление в ней относительно велико и постоянно. Для поддержания давления в промежутках между сердеч­ными сокращениями в системе необходимо наличие эластических стенок. По­мимо того, потребности в кровоснабжении разных органов не только различны, но постоянно изменяются в зависимости от деятельности снабжаемых кровью органов. Отсюда становится необходимым существование ряда специальных контролирующих и регулирующих механизмов. Наконец, в замкнутой системе кровь быстро возвращается к сердцу. У млекопитающих большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца аортой, которая ветвится на многочисленные артерии, даю­щие начало регионарным сосудистым сетям. По мере ветвления число артерий возрастает, диаметр их уменьшается. Эти артерии снабжают кровью каждый отдельный орган (кожу, мышцы, печень, сердце, легкие, мозг и т. д.). В толще органов мельчайшие артерии (артериолы) формируют густое сплетение мелких сосудов с тонкими стенками— капиллярную сеть, Именно здесь происходит обмен веществами между клетками и, кровью. Общая площадь поверхности всех капилляров организма дос­тигает у человека 1000 м². Сливаясь между собой, капилляры образуют венулы. Процесс слияния заканчивается двумя большими ве­нами — краниальной и каудалъной полыми венами, впадающими в правое предсердие. Таково общее правило. Исключением явля­ются кишка и селезенка; сосуды, несущие от них венозную кровь, разветвляются в печени еще на одну систему капилляров (портальное кровообращение), после чего кровь по пече­ночным венам попадает в каудальную полую вену. Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка легочной артерией, ко­торая, разветвляясь, переходит в сосудистые сети легких и заканчивается легочными вена­ми, впадающими в левое предсердие. В итоге оба круга кровообращения замыкаются. Ле­гочная артерия — единственная в организме артерия, по которой из правого желудочка в легкие течет венозная кровь, а легочная вена — единственная вена, по которой из легких в левое предсердие течет обогащенная кислородом артериальная кровь. Помимо большого и малого круга кровообращения в организме существу­ет система лимфатических сосудов. Эта система осуществля­ет ресорбцию межклеточной жидкости и белка из тканей, образование лимфы и отведение ее в венозную систему. В органах наряду с кровеносными капил­лярами существуют сети лимфатических капилляров, из которых начинают­ся лимфатические сосуды. Из сплетений мелких лимфатических сосудов фор­мируются более крупные. Они отводят лимфу из органов к регионарным лимфатическим узлам. Пройдя через узлы, лимфа поступает в лимфатичес­кие стволы, а затем в грудной проток и правый лимфатический проток, впадающие в вены.