Автоматизм сердца
Функциональным элементом сердца является мышечное волокно – цепочка из кардиомиоцитов, соединенных «конец в конец» и заключенных в общую саркоплазматическую оболочку. Существует два типа волокон, различающихся между собой по морфологическим признакам и функциональным свойствам:
1) волокна рабочего (сократительного) миокарда предсердий и желудочков, обеспечивающие его насосную функцию;
2) клетки водителя ритма (пейсмекера) и волокна проводящей системы, отвечающие за генерацию ритма возбуждения и проведение его к клеткам рабочего миокарда.
Автоматизм сердца – это способность сердца самопроизвольно возбуждаться под влиянием сигналов, вырабатывающихся в нём самом, без действия внешних раздражителей.
Мерой автоматизма является частота возникновения возбуждения в очаге автоматизма. Способность сердца к автоматизму доказывается в эксперименте на изолированном, т.е. изъятом из организма, сердце, которое продолжает периодически сокращаться.
Периодичность работы сердца связана с ритмическим возникновением в нем возбуждения и распространением его к кардиомиоцитам для их сокращения. Возбуждение возникает и проводится в так называемой проводящей системе сердца. Проводящая система сердца состоит из малодифференцированных специфических мышечных клеток, образующих узлы и пучки. В нее входят синусово-предсердный узел (синусовый, узел Кис-Флака), три предсердных проводящих пути, предсердно-желудочковое соединение (узел Ашоф-Тавара), пучок Гиса, ножки Гиса и волокна Пуркинье.
Проводящая система сердца
Синусовый узел располагается под эпикардом, вблизи ушка правого предсердия (его ширина 5 мм, толщина 2 мм, длина примерно 20 мм). В нем различают яйцевидную головку и хвост, направленный в сторону нижней полой вены. Ткань узла включает:
1) узловые Р-клетки (самые бледные, т.к. мало миофиламентов);
2) истинные пейсмекерные клетки (самовозбуждающиеся);
3) переходные Т-клетки, относящиеся к потенциальным пейсмекерным клеткам.
В целом все эти клетки обеспечивают синусовый ритм сердечной деятельности. От синусового узла отходят три предсердных проводящих пути:
1) передний тракт Бахмана, идущий по передней стенке правого предсердия и разделяющийся у межпредсердной перегородки на две ветви: пучок Джеймса идет к атриовентрикулярному соединению (обычно не функционирует) и верхне-передний межпредсердный пучок Бахмана – идет к левому предсердию;
2) средний тракт Венкебаха, идущий по межпредсердной перегородке до атриовентрикулярного соединения;
3) задний тракт Тореля, идущий сзади вблизи коронарного синуса до атриовентрикулярного соединения.
Кроме этого, возбуждение с правого предсердия на левое передается по нижне-заднему межпредсердному тракту Шерлага. Возбуждение по этим проводящим путям распространяется в 2-3 раза быстрее, чем по миокарду предсердий.
В атриовентрикулярном (предсердно-желудочковом) соединении, расположенном в правом предсердии, различают 3 зоны:
1) A-N зона – переходная от предсердий к узловой зоне;
2) компактная зона N – узловая;
3) N-Н зона – переходная от узловой зоны к пучку Гиса.
От атриовентрикулярного соединения берет начало предсердно-желудочковый пучок Гиса, состоящий из проводящих сердечных миоцитов и проходящий в межжелудочковой перегородке. Здесь же он делится на две ножки Гиса: правая ножка Гиса направляется к правому желудочку, левая ножка Гиса – к левому желудочку. Ножки Гиса оканчиваются проводящими миоцитами – клетками Пуркинье, которые контактируют с сократительными кардиомиоцитами желудочков.
Градиент автоматизма
Различные отделы проводящей системы сердца обладают различным автоматизмом. Убывание градиента автоматизма направлено от основания к верхушке сердца. Это означает, что наибольшим автоматизмом обладают клетки синусового узла, меньшим – клетки предсердно-желудочкового узла, и ещё меньшим – другие части проводящей системы сердца. Автоматизм миокарда в условиях целого организма не проявляется. Однако его можно обнаружить в опыте. Если выращивать культуру миокардиальной ткани молодого животного, то отдаленные друг от друга клетки проявляют свойство автоматизма, т.е. периодически возбуждаются и сокращаются. При этом каждая клетка сокращается с определённой, отличающейся от других клеток частотой. Если эти клетки объединить, то они сокращаются синхронно с одной наибольшей частотой. Это происходит потому, что возбуждение клетки, обладающей самым высоким автоматизмом, распространяется на остальные клетки, в которых возбуждение еще не возникло. Таким образом подавляется автоматия этих клеток. Таким же образом синусовый узел подавляет автоматию остальных отделов проводящей системы. Поэтому синусовый узел является водителем ритма сердца, или центром автоматии первого порядка, или пейсмекером, т.е. возбуждение в первую очередь возникает именно в нём, а потом распространяется по проводящей системе на нижележащие отделы сердца. Автоматизм:
- синусового узла равен 60-90 возбуждений в минуту;
- предсердно-желудочкового (центр автоматии второго порядка) – 40-50;
- пучка Гиса – 30-40, волокон Пуркинье – 20 в одну минуту.
Автоматизм различных отделов проводящей системы можно изучить на сердце лягушки с помощью наложения лигатур (перевязок) Станниуса: первую лигатуру накладывают между венозным синусом и предсердиями – она отделяет синусовый узел от остальных отделов сердца, при этом миокард выше перевязок продолжает сокращаться в прежнем ритме, а ниже перевязки сердце не сокращается.
Не снимая первую лигатуру, накладывают вторую – по бороздке между предсердиями и желудочком. Эта лигатура механическим путем раздражает предсердно-желудочковый узел, вызывая его возбуждение, причём согласно закону градиента автоматии, частота генерируемых возбуждений будет примерно в 2 раза ниже частоты возбуждений синусового узла.
Третью лигатуру накладывают на верхушку желудочка, не снимая первую и вторую. Третья лигатура отделяет верхушку сердца от остальной его части. Верхушка сердца лягушки не сокращается, т.к. в ней не имеется специфических клеток проводящей системы.
Механизм автоматизма
Клетки синусового узла, обладающие автоматизмом, не способны удерживать потенциал покоя на постоянном уровне, он постепенно уменьшается; это явление называется медленной диастолической деполяризацией (МДД).
Имеется четыре причины развития МДД:
1) во время диастолы предсердий происходит постепенное уменьшение проницаемости мембраны для ионов К+. В результате этого уменьшается мембранный потенциал;
2) в период между возбуждениями регистрируется довольно высокий медленный постоянный входящий ток ионов Na+ и, в меньшей степени, ионов Са++. Поэтому в пейсмекерных клетках возникают натриевый и кальциевый равновесные потенциалы, противодействующие калиевому равновесному потенциалу. В связи с этим величина мембранного потенциала покоя пейсмекерных клеток ниже (-60 мВ), чем таковая в сократительных кардиомиоцитах (-90 мВ). Кроме этого, в самом конце МДД происходит увеличение входящего тока Na+ и Са++, что способствует спонтанной деполяризации;
3) пейсмекерные клетки содержат большое количество ионов Cl-. В период между возбуждениями проницаемость мембраны для ионов Cl- медленно увеличивается, и Cl- начинает выходить из клеток по градиенту концентрации. Это также способствует деполяризации мембраны;
4) в период между возбуждениями постепенно снижается активность Na+-К+-АТФ-азы, что уменьшает градиент концентрации этих ионов снаружи и внутри пейсмекерных клеток и снижает потенциал покоя.
В результате всех этих процессов мембранный потенциал покоя приближается к критическому уровню деполяризации, следовательно, уменьшается порог раздражения и увеличивается возбудимость. При достижении процессом возбуждения критического уровня деполяризации в пейсмекерных клетках возникает потенциал действия.
Скорость развития МДД регулируется автономной нервной системой. При увеличении симпатических влияний на сердце медиатор норадреналин активирует медленные кальциевые каналы и скорость МДД увеличивается, ритм сокращений сердца возрастает. В случае усиления парасимпатических влияний медиатор ацетилхолин повышает калиевую проницаемость мембран кардиомиоцитов, что замедляет развитие МДД. Кроме этого, ацетилхолин вызывает гиперполяризацию мембраны кардиомиоцитов. По этим двум причинам происходит урежение ритма сокращений или даже полное торможение автоматизма.
Проведение возбуждения по сердцу
Распространение возбуждения по сердцу осуществляется с помощью местных токов, т.е. путём того же механизма, что и в нервных волокнах. Передача возбуждения с одной клетки проводящей системы на другую, а также между кардиомиоцитами происходит электрически по участкам тесного сближения мембран между собой (нексусам). Нексусы представляют мембрану для прохождения возбуждения, пронизанную специальными каналами, что способствует высокой ее проницаемости для ионов, и обладающую низким сопротивлением. Именно нексусы определяют ложносинтициальное (функциональное) строение миокарда: кардиомиоциты анатомически отделены друг от друга мембранами, но физиологически связаны между собой нексусами. Благодаря нексусам процесс возбуждения охватывает все кардиомиоциты практически одновременно.
Возбуждение в сердце распространяется по проводящей системе в одном направлении из предсердий в желудочки. Обратному распространению возбуждения препятствует рефрактерность возбуждённых участков миокарда. Это определяет и определенную последовательность сокращения сердца: сначала сокращаются предсердия, потом желудочки. Вначале возбуждение распространяется по правому, а затем по левому предсердиям, потом переходит на предсердно-желудочковое соединение, потом переходит на сосочковые мышцы желудочков, прикреплённых к предсердно-желудочковым клапанам, что приводит к натяжению сухожильных нитей этих мышц и не дает клапанам вывернуться в область предсердий при систоле желудочков. Затем возбуждение охватывает перегородку и верхушку сердца и распространяется на основание желудочков. В толще миокарда возбуждение переходит с клеток Пуркинье на кардиомиоциты, распространяясь от эндокарда к эпикарду. Скорость распространения возбуждения:
- по миокарду предсердий – примерно 1 м/с;
- по предсердно-желудочковому соединению – 0,02-0,05 м/с;
- по пучку Гиса – 1 м/с;
- по ножкам Гиса – 3 м/с;
- по миокарду желудочков – 0,8-1 м/с.
Особенностями проведения возбуждения по сердцу являются:
1) малая скорость проведения возбуждения в предсердно-желудочковом соединении;
2) относительно высокая скорость распространения возбуждения по ножкам пучка Гиса.
Низкая скорость распространения возбуждения в предсердно-желудочковом соединении связана с компактной зоной N и обусловлена отсутствием нексусов между клетками этой зоны, т.е. здесь нет ложносинтициального строения, а возбуждение «перескакивает» с одной клетки на другую, и скорость его распространения резко замедляется. Эта атриовентрикулярная задержка даёт возможность начаться сокращению желудочков только после окончания сокращения предсердий и дает возможность крови поступить из предсердий в желудочки до начала систолы желудочков.
Физиологические свойства и особенности миокарда
Как всякая мышца, миокард обладает возбудимостью, проводимостью и сократимостью.

Особенности возбудимости миокарда.
Рассмотрим процесс возбуждения миокарда на клеточном уровне: потенциал действия кардиомиоцитов начинается с быстрой инверсии мембранного потенциала покоя с -90 мВ до пика потенциала действия – +30 мВ (нулевая фаза). За этой фазой быстрой деполяризации длительностью около 1-2 мс следует фаза начальной быстрой реполяризации (1-я фаза), потом медленная длительная фаза плато (2-я фаза), это специфическая особенность кардиомиоцитов; затем наступает быстрая реполяризация (3-я фаза) и потенциал покоя (4-я фаза). Длительность потенциала действия кардиомиоцитов составляет примерно 300 мс, т.е. более чем в 100 раз превышает соответствующие величины для скелетных мышц и нервных волокон.

Ионные механизмы возбуждения.
Основы мембранно-ионной теории возбуждения мы подробно рассматривали ранее. Сейчас мы остановимся на положениях этой теории применительно к особенностям кардиомиоцитов. Их потенциал покоя представляет преимущественно К+-равновесный потенциал. Фаза деполяризации (как и в нейронах) обусловлена коротким, но значительным повышением натриевой проницаемости и лавинообразным входом Na+ в кардиомиоцит. Однако этот натриевый ток быстро инактивируется (как в нейронах). Реполяризация же имеет особенности: вначале она обусловлена инактивацией входящего в клетку тока Na+ и активацией выходящего из клетки тока К+. Однако, реполяризация задерживается в связи с открытием медленных натрий-кальциевых каналов и входом в кардиомиоцит через активированные d-ворота ионов Са++, которые далее участвуют в процессе сокращения. Во время фазы плато вход Na+ и Са++ в кардиомиоцит уравновешивается выходом калия, и потенциал действия как бы «застывает». Ток ионов Са++, задерживая реполяризацию, удлиняет процесс возбуждения сердца и делает его равным времени сокращения. Затем медленный входящий кальциевый ток уменьшается и увеличивается выходящий ток К+, это соответствует фазе конечной быстрой реполяризации.
Периоды рефрактерности сердца
Определённым фазам цикла возбуждения в сердце (как и в других возбудимых тканях) соответствуют периоды невозбудимости (абсолютной рефрактерности) и пониженной возбудимости (относительной рефрактерности). Период абсолютной рефрактерности соответствует времени от начала потенциала действия и до конца плато (0,27 с). В это время кардиомиоциты абсолютно невозбудимы. Период относительной рефрактерности соответствует фазе конечной быстрой реполяризации (0,03 с), в это время возбудимость клеток сердца постепенно восстанавливается. Рефрактерность связана, главным образом, с инактивацией начального входящего тока Na+ натриевый ток начинает восстанавливаться после реполяризации мембраны до уровня примерно – 40 мВ.
Функциональное значение периода рефрактерности (очень длительного) связано с предохранением сердца от слишком быстрых повторных возбуждений. Разберём этот механизм подробнее, в сопоставлении со скелетной мышцей.
Длительность потенциала действия скелетных мышц составляет лишь несколько миллисекунд, и сокращение их начинается тогда, когда возбуждение уже почти закончилось. В сердце же возбуждение и сокращение в значительной степени перекрываются во времени. Потенциал действия кардиомиоцитов заканчивается только после начала фазы расслабления. Поскольку следующее сокращение может возникнуть только в результате очередного возбуждения, а это возбуждение возможно только по окончании периода абсолютной рефрактерности предшествующего потенциала действия, миокард, в отличие от скелетной мышцы, не может отвечать на частые раздражения суммацией одиночных сокращений, т.е. тетанусом, что нарушило бы насосную функцию сердца. Слитное тетаническое сокращение миокарда можно получить только в искусственных условиях эксперимента путем резкого укорочения потенциала действия и периода рефрактерности. В норме рефрактерный период кардиомиоцитов больше, чем время распространения возбуждения по предсердиям или желудочкам. Поэтому после того, как волна возбуждения из синусового узла полностью охватит все сердце, она угасает; обратный вход этой волны невозможен, так как сердце находится в состоянии рефрактерности.

Особенности сократимости миокарда.
Возбуждение кардиомиоцитов является тем первичным процессом, который вызывает их сокращение. Возбуждение – это функция клеточной мембраны кардиомиоцита, а сокращение – функция миофибрилл. Связь (сопряжение) между возбуждением и сокращением осуществляется саркоплазматическим ретикулумом. В норме каждая волна возбуждения сопровождается сокращением. Однако, возможен разрыв связи между возбуждением и сокращением. Так, при длительном пропускании через изолированное сердце раствора Рингера, из которого исключена соль Са++, потенциалы действия сохраняются, а сокращения прекращаются. Это доказывает, что ионы Са++ необходимы для сокращения и для сопряжения возбуждения и сокращения, но не являются необходимыми для возбуждения миокарда.
Выделяют следующие особенности сокращения миокарда:
1. Вследствие того, что миокард ведет себя как функциональный синтиций, возбуждение, возникающее в каком-либо из его отделов, охватывает все без исключения невозбужденные волокна. Благодаря этой особенности сердце подчиняется закону «всё или ничего» (Боудича): в ответ на пороговое раздражение происходит максимальное сокращение, на подпороговое – сокращения нет. Если изменить состав питающего сердце раствора, или его температуру, или растяжение миокарда, то величина максимального ответа («всё») изменяется. Далее, если раздражать миокард пороговыми ритмическими импульсами, то первое раздражение вызовет небольшое сокращение, второе – большее, третье – ещё больше, и так до достижения максимального сокращения. Такое усиление сокращений называется потенциацией. Это явление, также открытое Боудичем (1871 г), получило название лестницы Боудича. Аналогичное явление возникает при быстром переходе от малой частоты стимуляции к большой: первые сокращения будут увеличиваться до какой-то постоянной величины. Лестница Боудича также показывает относительность закона «всё или ничего». Механизм лестницы заключается в том, что не весь Са++ после сокращения удаляется назад в саркоплазматический ретикулум (СПР), часть его остается внутри клеточной фракции и, суммируясь с новыми порциями Са++, поступившего из цистерн СПР, потенцирует последующие сокращения.
2. Сила сокращения миокарда так же, как и сила сокращения скелетной мышцы, зависит от исходной длины кардиомиоцитов, т.е. от величины преднагрузки, но это свойство миокарда приобретает особо важное значение для работы сердца, т.к. сила его сокращения будет зависеть от количества поступающей в него крови – чем сильнее растянут миокард (в определённых пределах), тем больше сила сокращения, – это «закон сердца Старлинга». В данном случае имеет место гетерометрическая регуляция работы сердца. Причем следует отметить, что увеличение длины кардиомиоцитов увеличивает силу сокращения, но не влияет на скорость сокращения.
3. Миокард не способен к тетаническому сокращению, это необходимо для бесперебойного ритмического выброса крови из сердца. Отсутствие способности к тетанусу связано с особенностями возбудимости миокарда (длительным периодом абсолютной рефрактерности).
4. Особенностью сокращения и расслабления миокарда, по сравнению с функционированием скелетных и гладких мышц, является наличие фаз изометрического сокращения и расслабления, в ходе которых не изменяется длина кардиомиоцитов, а изменяется только напряжение.
Регуляция деятельности сердца
Сердце человека при спокойном образе жизни выбрасывает в аорту примерно 10 т крови в сутки, это 4 тысячи тонн в год и примерно 300 тысяч тонн крови за 75 лет жизни. При этом сердце всегда тонко реагирует на потребности организма, поддерживая необходимый уровень кровотока.
Приспособление сердца к потребностям организма происходит при помощи целого ряда регуляторных механизмов. Некоторые из этих механизмов расположены в самом сердце – это внутрисердечные (интракардиальные) механизмы регуляции. К этой группе относятся внутриклеточные механизмы, межклеточные взаимодействия и внутрисердечные рефлексы, осуществляемые интракардиальной нервной системой. С помощью этих механизмов происходит саморегуляция сердца.
Вторая группа механизмов регуляции представляет собой внесердечные механизмы (экстракардиальные): нервные и гуморальные.

Интракардиальные механизмы регуляции.
Внутриклеточные механизмы подразделяются на гетерометрический и гомеометрический. Они обеспечивают изменение силы сокращения сердца в соответствии с количеством притекающей к сердцу крови. Закон «сердца» Франка-Старлинга, или гетерометрическая регуляция (heteros, гр. – другой; metron, гр. – мера), заключается в том, что сила сокращения сердца в систолу прямо пропорциональна растяжению его волокон притекающей к сердцу кровью во время диастолы. Более сильное растяжение миокарда приводит к большему выдвижению актиновых миофиламентов из промежутков между миозиновыми миофиламентами, т.е. возрастает количество потенциальных актомиозиновых мостиков, которые будут образовываться при сокращении. Максимальная сила сокращений развивается, когда расстояние между Z-мембранами равно 2,2 мкм. Этот механизм регуляции обеспечивает перекачивание в артериальную систему того количества крови, которое поступает в сердце из венозной системы.
Гомеометрическая регуляция (homeos, гр. – одинаковый; metr, лат. – размер) – это регуляция силы сокращения сердца при постоянной длине волокон миокарда. Сюда относятся, прежде всего, ритмозависимые изменения силы сокращений: если раздражать миокард (или полоску сердечной мышцы) одинаковыми ритмическими импульсами определённой частоты, то наблюдается увеличение силы сокращений каждого последующего сокращения («лестница» Боудича). Сюда также относится эффект Анрепа: при увеличении давления крови в аорте систолический выброс вначале уменьшается, а потом нормализуется, т.е. сердце выбрасывает в аорту то же количество крови, что и прежде, но против повышенного сопротивления выбросу, значит, сила сокращений увеличивается. Механизм эффекта Анрепа состоит в следующем: в начале повышения давления в аорте в левом желудочке увеличивается конечный диастолический объём, и сила сокращения миокарда увеличивается по гетерометрическому механизму; на втором этапе, когда конечный диастолический объем стабилизировался, увеличение силы сокращений происходит по гомеометрическому механизму.

Регуляция деятельности сердца через межклеточные связи.
Сейчас доказано, что вставочные диски, соединяющие все кардиомиоциты между собой, состоят из трех частей: первая часть выполняет чисто механическую функцию, через вторую происходит транспорт различных веществ от миоцита к миоциту, а через третью (нексус – тесный контакт) происходит передача возбуждения с одного кардиомиоцита на другой. Эта область обладает наименьшим сопротивлением. Нарушение передачи возбуждения в нексусах приводит к сердечным аритмиям.
К межклеточным взаимодействиям относится взаимодействие кардиомиоцитов с клетками рыхлой неоформленной соединительной ткани. Эти клетки поставляют для кардиомиоцитов сложные высокомолекулярные соединения, необходимые для поддержания их структуры и функций. Этот тип межклеточных взаимодействий был назван креаторными связями (Г.И.Косицкий).

Регуляция сердечной деятельности с помощью интра-кардиальной нервной системы.
Более высокий уровень регуляции сердца осуществляется внутрисердечными нервными рефлексами. Обнаружено, что в миокарде имеется внутриорганная нервная система, функционирующая по рефлекторному принципу, и эти периферические рефлексы замыкаются не в ЦНС, а в интрамуральных ганглиях миокарда. Эта система включает афферентные, вставочные и эфферентные нейроны.
Интрамуральные нейроны есть одиночно расположенные и есть собранные в ганглии. Основная их масса расположена вблизи синусового и предсердно-желудочкового узлов, образуя вместе с эфферентными нервами внутрисердечное нервное сплетение, относящееся к метасимпатической нервной системе. Дендриты афферентных нейронов образуют рецепторы, которые относятся к рецепторам растяжения и располагаются на поверхности кардиомиоцитов и в коронарных сосудах. Аксоны эфферентных нейронов иннервируют миокард и гладкие мышцы коронарных сосудов. Афферентные, вставочные и эфферентные нейроны связаны между собой синапсами, образуют внутрисердечные рефлекторные дуги. Наибольшее количество рецепторов расположено в правом предсердии, и если оно растягивается увеличенным притоком крови, происходит усиление сокращений миокарда левого желудочка. Эти рефлексы сохраняются и при трансплантации сердца, что является доказательством возможности саморегуляции сердечной деятельности путем внутрисердечной нервной системы.

Внесердечные регуляторные механизмы.
Нервная экстракардиальная регуляция осуществляется импульсами, поступающими к сердцу из ЦНС по парасимпатическим и симпатическим нервам, составляющим эфферентное звено рефлекторных реакций.
Парасимпатическая иннервация сердца: тела первых нейронов, аксоны которых образуют блуждающие нервы, расположены в продолговатом мозге, сердечные ветви блуждающих нервов заканчиваются в интрамуральных ганглиях сердца, здесь находятся вторые нейроны, аксоны которых заканчиваются на специфических миоцитах проводящей системы, кардиомиоцитах рабочего миокарда и гладкомышечных клетках коронарных сосудов.
Влияние блуждающих нервов впервые изучили братья Вебер (1845). Они первые экспериментально установили, что раздражение вагусов тормозит деятельность сердца, вплоть до полной его остановки в период диастолы.
Сейчас общепризнанно, что раздражение периферического конца перерезанного вагуса вызывает следующие четыре отрицательных и один положительный эффект:
1. Урежение сердечных сокращений – отрицательный хронотропный (chronos, гр. – время, tropos, гр. – место) эффект.
2. Уменьшение силы сокращений – отрицательный инотропный (inos, гр. – сила) эффект.
3. Уменьшение возбудимости миокарда – отрицательный батмотропный (batman, фр. – возбудимость) эффект.
4. Уменьшение скорости проведения возбуждения по миокарду – отрицательный дромотропный (dromos, лат. – проводимость) эффект.
5. Уменьшение потребления кислорода миокардом, увеличение содержания в нем гликогена, АТФ, креатинфосфата – положительный трофотропный (tropho, гр. – питание) эффект.
Микроэлектродные отведения потенциалов от миофибрилл предсердий показали увеличение мембранного потенциала покоя в момент раздражения блуждающего нерва, что, как оказалось далее, связано с увеличением проницаемости мембран кардиомиоцитов для ионов К+.
При длительном раздражении блуждающего нерва электрическим током достаточной силы остановившееся сердце постепенно начинает восстанавливать свои сокращения, несмотря на продолжающееся раздражение. Это явление называют ускользанием сердца из-под влияния вагуса (феномен vagus-escape; escape, англ. – ускользать).
Различают ложное и истинное ускользание. При ложном ускользании сердца оно начинает сокращаться благодаря проявляющейся автоматии пучка Гиса, так как верхний отдел атриовентрикулярного узла подавлен блуждающим нервом. Истинное ускользание объясняется двумя механизмами:
1) компенсаторное усиление симпатических влияний на сердце в условиях десенситизации его М-холинорецепторов;
2) при длительном раздражении блуждающего нерва в миокарде выделяется АТФ и УТФ, которые конкурентно снижают сродство ацетилхолина к М-холинорецепторам сердца – при этом стимулируются его сокращения.
Симпатическая иннервация сердца – тела первых нейронов симпатических нервов расположены в боковых рогах пяти верхних сегментов грудного отдела спинного мозга. Их аксоны заканчиваются в верхнем, среднем и нижнем шейных симпатических узлах симпатической нервной цепочки. Часто нижний шейный узел сливается с верхним грудным, образуя звездчатый узел. Большая часть симпатических нервных волокон, направляющихся к сердцу, отходит именно от звездчатого узла. Сердечные ветви вторых нейронов из всех этих узлов заканчиваются на специфических миоцитах проводящей системы, кардиомиоцитах рабочего миокарда и миоцитах гладких мышц коронарных сосудов.
Влияние симпатических нервов на сердце впервые изучили братья Ционы (1867). Они описали учащение сокращений сердца при раздражении периферических концов отдельных симпатических нервов. Эти нервы были названы ускорителями сердца.
В 1887 г. И.П.Павлов обнаружил в составе симпатического нерва особое симпатическое нервное волокно, раздражение которого вызывало усиление сокращений без заметного учащения сокращений. Этот нерв был назван усиливающим нервом Павлова. Влияние этого нерва на сердце объясняется усилением процессов обмена веществ, их большей эффективностью, т.е. положительным трофическим влиянием.
Сейчас общепризнанно, что раздражение периферических концов симпатических нервов вызывает четыре положительных и один отрицательный эффект:
1. Учащение сердечных сокращений – положительный хронотропный эффект.
2. Увеличение силы сокращений – положительный инотропный эффект.
3. Увеличение возбудимости миокарда – положительный батмотропный эффект.
4. Увеличение скорости проведения возбуждения по миокарду – положительный дромотропный эффект.
5. Увеличение потребления миокардом кислорода, уменьшение содержания гликогена, АТФ, креатинфосфата, накопление лактата – отрицательный трофотропный эффект.

Химический механизм передачи нервных импульсов в сердце.
В 1921 году в Австрии Отто Леви помещал на двурогую канюлю Кана два изолированных лягушачьих сердца. Раздражая вагосимпатический нерв, идущий к одному сердцу, и вызывая его остановку, он неожиданно установил, что второе сердце (не подвергавшееся нервному влиянию) тоже останавливалось. Следовательно, при раздражении первого сердца в перфузат выделяется какое-то химическое вещество, которое вызывает остановку второго сердца. Так было открыто существование медиаторов – химических посредников между нервными волокнами и иннервируемыми ими органами. В 1936 г. О.Леви и Г.Дейлу за исследования, связанные с химической передачей нервных импульсов, была присуждена Нобелевская премия.
Далее оказалось, что в окончаниях вагуса образуется и выделяется в синаптическую щель медиатор ацетилхолин, а в окончаниях симпатических нервов – норадреналин. Эти вещества являются непосредственной причиной, вызывающей торможение или усиление деятельности сердца.
Ацетилхолин быстро разрушается ферментом холинэстеразой, находящейся на постсинаптической мембране, поэтому он оказывает только местное и кратковременное действие.
Норадреналин инактивируется несколькими механизмами, и это происходит значительно медленнее, поэтому действие норадреналина дольше. Даже после прекращения раздражения симпатического нерва в течение определенного времени сохраняется учащение и усиление сердечных сокращений.
Механизмы инактивации норадреналина следующие:
1) обратный захват норадреналина из синаптической щели в пресинаптическую структуру, где он хранится в пузырьках (везикулах);
2) разрушение норадреналина ферментами: моноаминоксидазой и метил-о-трансферазой.
В настоящее время доказано, что при раздражении вегетативных нервов в синаптическую щель, кроме основных медиаторов, поступают пептиды, которые модулируют (изменяют) величину и даже направленность реакции сердца на медиатор. Например, опиоиды (эндорфин, энкефалин) угнетают эффекты ацетилхолина, а пептид дельта-сна, наоборот, усиливает брадикардию, вызванную раздражением вагуса.

Тонус центров блуждающих и симпатических нервов.
В опытах на животных обнаружено, что перерезка блуждающего нерва приводит к учащению сердечной деятельности, т.к. выключается тормозящее влияние вагуса. Наоборот, перерезка симпатических нервов, подходящих к сердцу, приводит к некоторому урежению сокращений сердца. Эти опыты доказывают, что сердце находится под постоянным влиянием импульсов, идущих по блуждающему и симпатическому нервам. Причиной этих влияний служит определенное умеренное возбуждение нейронов нервных центров этих нервов, которое называется центральным тонусом. Поддерживается этот тонус рефлекторным путем с рецепторов сосудистых рефлексогенных зон и различных органов (желудок, кишечник, брыжейка), но прежде всего с проприорецепторов скелетных мышц. Тонус центров блуждающих нервов выражен значительно, и поэтому их перерезка вызывает значительную тахикардию. Тонус симпатических нервов выражен незначительно, и поэтому их перерезка вызывает незначительную брадикардию.
Всех людей, в зависимости от степени выраженности центрального тонуса блуждающих и симпатических нервов, можно разделить на три группы: ваготоники – люди с выраженным тонусом блуждающих нервов (это спортсмены), симпатотоники – люди с невыраженным тонусом блуждающих нервов, но с повышенным тонусом симпатических нервов (это люди, не выполняющие физических нагрузок), нормотоники – люди со средним и сбалансированным тонусом парасимпатических и симпатических нервов.
Обычно блуждающий и симпатические нервы оказывают влияние на сердце одновременно (взаимосвязано), и работа сердца в каждый данный момент времени зависит от взаимодействия между центрами блуждающих и симпатических нервов, иннервирующих сердце.

Взаимодействие интра- и экстракардиальных нервных механизмов, регулирующих деятельность сердца.
Рассмотренные выше механизмы регуляции сердечной деятельности через центры блуждающих и симпатических нервов являются низшей ступенью в иерархии нервных центров. Вышележащей ступенью этой иерархии являются центры гипоталамической области. При раздражении различных зон гипоталамуса наблюдаются реакции со стороны сердечно-сосудистой системы, которые по своей выраженности намного превосходят реакции сердечно-сосудистой системы в естественных условиях. При точечном раздражении некоторых отделов гипоталамуса можно вызвать изолированные реакции, такие как изменение силы сокращений или ритма сердца. Это указывает на то, что в гипоталамусе есть центры, способные регулировать отдельные функции сердца. В естественных условиях эти центры работают содружественно и могут изменять любые параметры сердечно-сосудистой системы в соответствии с потребностями организма при изменении условий внешней или внутренней среды.
Еще выше по иерархической лестнице находятся центры лимбической системы, их раздражение вызывает изменение частоты сердечных сокращений, артериального давления и другие реакции.
Самым высоким уровнем регуляции сердечно-сосудистой системы является кора больших полушарий головного мозга: здесь имеются (близко расположенные) структуры, ответственные как за двигательные, так и за сердечно-сосудистые реакции. Поэтому при изменении двигательного режима человека сразу изменяется деятельность сердечно-сосудистой системы, т.е. двигательным реакциям всегда сопутствуют соответствующие изменения со стороны сердечно-сосудистой системы.

Рефлекторная регуляция сердца.
В целом организме влияние ЦНС на сердце осуществляется по рефлекторному принципу. Рефлекторные реакции могут тормозить или возбуждать сердечные сокращения. Эти реакции возникают при раздражении различных рецепторов. Большую роль играют барорецепторы, сосредоточенные в некоторых участках сосудов – сосудистых рефлексогенных зонах: дуге аорты, в области разветвления сонной артерии, в сосудах лёгких. Растяжение сосудистой стенки, вызванное повышением давления крови, раздражает барорецепторы, и поток импульсов по центростремительным нервам направляется в сердечно-сосудистый центр продолговатого мозга, что приводит к повышению тонуса ядер блуждающих нервов и брадикардии.
Рефлекс Бейнбриджа: начинается с механорецепторов растяжения, расположенных в правом предсердии и в устье полых вен. При повышении давления крови в правом предсердии залпы афферентных импульсов идут по центростремительным волокнам вагусов в сердечно-сосудистый центр продолговатого мозга, в результате чего активизируются нейроны симпатического отдела автономной нервной системы и возникает тахикардия.
Имеются также рецепторы и в самом сердце (эндокарде, эпикарде, миокарде) и коронарных сосудах. С этих рецепторов начинаются кардио-кардиальные рефлексы. Так, например, если ввести в коронарные сосуды вератрин (алкалоид, добываемый из кустарника сабадиллы, произрастающего в Южной Америке), поток афферентных импульсов от хеморецепторов коронарных сосудов, направляющийся по чувствительным волокнам вагуса в продолговатый мозг, вызывает сильное повышение тонуса ядер блуждающих нервов, приводящее к резкой брадикардии и остановке сердца (это рефлекс Бецольда-Яриша).
Рефлекс Гольца: если раздражать рецепторы желудка или кишечника легким поколачиванием пинцетом в быстром темпе по брюшку лягушки, то поток афферентных импульсов по чревному нерву достигает ядер вагусов и повышает их тонус. Отсюда по эфферентным волокнам вагуса импульсы приходят к сердцу и вызывают брадикардию, вплоть до остановки сердца. Рефлекс исчезает после перерезки вагусов или разрушения спинного мозга. Этот рефлекс имеет практический интерес, т.к. иногда от сильного удара в живот наступает смерть вследствие остановки сердца.
Глазосердечный рефлекс Данини-Ашнера – если большими пальцами рук надавить на глазные яблоки в течение 4-6 секунд (умеренной силой), то частота сердечных сокращений урежается на 10-20 в одну минуту. Рефлекс начинается с рецепторов роговицы, далее поток афферентных импульсов по глазодвигательному нерву достигает ядер блуждающих нервов, тонус которых повышается, и возбуждение по эфферентным волокнам вагуса проводится к сердцу.
Кроме описанных рефлексов, можно вызвать рефлекторное учащение и усиление работы сердца при физической работе, болевых раздражениях и различного рода эмоциях: гневе, радости, ярости. При этих реакциях тонус блуждающих нервов уменьшается, а тонус симпатических центров возрастает.

Условнорефлекторная регуляция деятельности сердца.
Данные о наличии корковой регуляции деятельности сердца получены в экспериментах с использованием метода условных рефлексов. Так, например, если звуковой раздражитель сочетать с надавливанием на глазные яблоки (рефлекс Данини-Ашнера), то через несколько таких сочетаний один только звуковой раздражитель вызывает брадикардию, т.е. выработался условный глазо-сердечный рефлекс.
Условнорефлекторные реакции лежат в основе изменения ритма и силы сердечных сокращений при упоминании или воспоминании об эмоциональных переживаниях, а также в изменении дыхания, сердечной деятельности, обмена веществ у спортсменов в предстартовом состоянии.
По механизму условных рефлексов человек может прогнозировать будущие события, и условные сигналы могут вызывать перестройку сердечно-сосудистой системы, дыхания для обеспечения будущей деятельности организма.

Гуморальная регуляция деятельности сердца.
Сердце регулируется не только нервными механизмами, но и гуморальными. Гуморальная регуляция осуществляется за счет химических веществ, находящихся в крови. Это гормоны, минеральные соли и большое число биологически активных веществ различного рода.
Катехоламины (адреналин, норадреналин и дофамин) увеличивают силу и частоту сердечных сокращений. При реакциях напряжения (stress) или при физической нагрузке из мозгового слоя надпочечников выбрасывается в кровь много адреналина и сердечная деятельность усиливается. Механизм влияния катехоламинов на миокард заключается в стимуляции ими адренорецепторов, в результате чего активируется фермент аденилатциклаза, находящийся в плазматической мембране кардиомиоцитов. Аденилатциклаза действует на АТФ и ускоряет образование 3,5-циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который называют вторичным посредником в передаче нервных влияний на клетку (первым посредником являются катехоламины) и активирует все внутриклеточные ферменты: фосфорилазу, вызывающую расщепление гликогена и образование глюкозы; липазу, вызывающую расщепление жиров и протеинкиназы, вызывающих активацию белков. Действуя на пейсмекерные клетки, катехоламины вызывают положительный хронотропный эффект, а на клетки рабочего миокарда – положительный инотропный эффект. Кроме действия на внутриклеточные ферменты кардиомиоцитов, катехоламины повышают проницаемость их мембран (цитоплазматической и саркоплазматической) для ионов Са++. В результате увеличивается поступление Са++ внутрь клетки из межклеточного пространства, а также его мобилизация из внутриклеточных депо.
Ацетилхолин – это медиатор парасимпатического отдела автономной нервной системы, вызывающий отрицательные ино- и хронотропный эффекты.
Молекулярный механизм действия на пейсмекерную клетку:
1) под влиянием ацетилхолина увеличивается выход калия из клетки, и возникает гиперполяризация мембраны;
2) уменьшается скорость медленной диастолической деполяризации.
Молекулярный механизм действия ацетилхолина на рабочий кардиомиоцит связан с его взаимодействием с мускариновыми холинорецепторами в сердце. Известно, что мускариновые рецепторы сопряжены через изанилтрифосфат-зависимые G-белки с калиевыми каналами, ответственными за выход калия из клетки, а также с аденилатциклазой, сопряжённой с β-адренорецепторами. Ацетилхолин, воздействуя на мускариновые рецепторы, активирует калиевые каналы и увеличивает ток калия из клетки, но ингибирует аденилатциклазу, что способствует ограничению вызываемого катехоламинами (через β-адренорецепторы) цАМФ-стимулируемого вхождения кальция в клетку. В результате развивается гиперполяризация и снижается возбудимость мембраны кардиомиоцита.
Тиреоидные гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин) так же, как и катехоламины, увеличивают силу и частоту сердечных сокращений.
Глюкагон – гормон островков Лангерганса поджелудочной железы – усиливает сокращения сердца, активируя аденилатциклазу.
Ангиотензин – биологически активное вещество, образующееся в крови под влиянием почечного фермента ренина, увеличивает силу сокращений сердца.
Серотонин – биологически активное вещество, образующееся в тромбоцитах, также усиливает сокращения сердца.
Ионы Са++ обладают хорошо выраженным положительным инотропным эффектом и слабо выраженным положительным хронотропным эффектом. При их избытке в перфузате сердце останавливается в систоле.
Ионы К+ обладают хорошо выраженным отрицательным инотропным эффектом, слабо выраженным отрицательным хронотропным эффектом, а при их избытке в перфузате сердце останавливается в диастоле.
Описано положительное влияние на деятельность сердца простагландинов группы Е и брадикинина.
Отрицательный хронотропный эффект наблюдается при повышении кислотности внеклеточной среды, гипоксемии и гиперкапнии, снижение кислотности ведет к тахикардии.
Эндокринная функция сердца
Вокруг миофибрилл предсердий обнаружены гранулы, напоминающие гранулы, имеющиеся в аденогипофизе или щитовидной железе. В этих гранулах содержится натрийуретический гормон (атриопептид), который синтезируется в кардиомиоцитах предсердий и высвобождается при растяжении предсердий, стойком повышении давления в аорте, избытке в крови ионов Na+, повышенном тонусе блуждающих нервов, содержании в крови антидиуретического гормона.
Натрийуретический гормон обладает широким спектром физиологической активности: он сильно повышает экскрецию почками натрия и хлора, подавляя их реабсорбцию в канальцах, увеличивает диурез, повышая клубочковую фильтрацию и подавляя реабсорбцию воды в канальцах.
Натрийуретический гормон расслабляет миоциты мелких сосудов и кишечника, подавляет секрецию ренина, тормозит эффекты ангиотензина и альдостерона.

Last modified: Friday, 3 January 2020, 10:34 AM