CC BY
110
УДК 612. 17
НОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФАЗОВОЙ СТРУКТУРЕ СЕРДЕЧНОГО ЦИКЛА
В.И.Фатенков, О.В. Фатенков
Кафедра пропедевтической терапии (зав. — проф. В.И. Фатенков) Самарского государственного медицинского университета
Представление о фазовой структуре сердечного цикла было разработано
C. Wiggers в 1921 г. [13] и последующее развитие получило в трудах K.Blumberger [11], В.Л.Карпмана [3, 4] и др. В.Л.Карп-ман [5] подразделяет сердечный цикл на 12 фаз, объединенных в 4 периода. Периоды напряжения и изгнания составляют систолу желудочков, а периоды расслабления и наполнения — диастолу. Систола желудочков начинается электромеханическим латентным интервалом или электрокинематической латентностью (20 мс), в которой распространяется возбуждение по миокарду без видимых механических проявлений деятельности сердца. Следующая фаза — асинхронное сокращение (35 мс) — характеризуется последовательным вовлечением в сократительный процесс миокарда желудочков без существенного увеличения внутрижелудочкового давления (ВЖД) [2]. В конце этой фазы атриовентрикулярные клапаны закрываются. Очевидно противоречие: нет повышения ВЖД, между тем как клапаны закрываются только в результате его повышения. Затем начинается фаза изо-волюмического сокращения (32 мс), в которой происходит быстрый рост давления в желудочках до уровня давления в магистральных сосудах. Наконец следует протосфигмический интервал (5 мс), завершающий период напряжения.
Протосфигмический интервал — это время, затрачиваемое на открытие полулунных клапанов. Условность этого интервала также очевидна, так как открытие створок клапанов происходит при обязательном поступлении крови в аорту или легочную артерию, о чем упоминает В.Л.Карпман, но это поступление уже есть начало изгнания. Фазы максимального и редуцированного изгнания (12 и 14 мс соответственно) составляют период изгнания. Разделение этих фаз возможно лишь по ВЖД. Ориентировочно конец фазы максимального изгнания соответствует времени, когда
приток крови из сердца в сосуды становится равным оттоку из них.
Гемодинамическая эффективность фазы редуцированного изгнания, по мнению большинства авторов, невелика, хотя ее продолжительность больше фазы максимального изгнания. Существует мнение, что редуцированное изгнание может происходить и при отрицательном градиенте в системе желудочек — сосуд [12]. Поступательное движение крови в этот момент обеспечивается силой инерции, приобретенной ударным объемом в фазе максимального изгнания.
Диастола — часть сердечного цикла, в которой происходят расслабление миокарда и наполнение желудочков кровью. Начальная фаза периода расслабления называется протодиастоли-ческим интервалом (34 мс), он соответствует времени закрытия створок полулунных клапанов, при этом кровоток отсутствует. Но закрытие клапанов происходит в течение 0,5 мс, и трудно представить, что при открытых клапанах даже при минимальном перепаде давлений в сосудах и сердце кровоток прекращается.
Следующая фаза изоволюмического расслабления (76 мс) характеризуется быстрым снижением ВЖД при постоянном объеме желудочков. Многие исследователи отмечают существенную деталь: средняя скорость снижения ВЖД примерно равна скорости повышения давления в начале систолы. С момента открытия атриовентрикулярных клапанов начинается фаза быстрого наполнения (91 мс). Затем следует фаза медленного наполнения (диастазис, 26 мс); ее гемодинамическая значимость невелика, и при тахикардии она полностью исчезает. Заканчивается период наполнения систолой предсердий (10 мс), в течение которой происходит дозаполнение желудочков кровью. У ряда больных, у которых удлиняется интервал Р—Р, обнаруживается интерсистолический интервал (7 мс), характеризующийся пол-
12. ’’Казанский мед. ж.”, № 3.
177
ным отсутствием любой активности миокарда (предсердий и желудочков), т.е. своеобразной "мертвой” паузой.
Таким образом, в существующей концепции фазовой структуры сердечного цикла ряд фаз выделен неоправданно, в описании других есть неточности и противоречия, особенно в трактовке диастолических фаз. Основной недостаток изложенных представлений заключается в принятии авторами постулата, что систола — это только сокращение миокарда, а диастола — только расслабление.
Целью работы являлось изучение взаимодействия мышечных слоев, образующих стенки желудочков в течение сердечного цикла, уточнение физиологической сущности всех фаз и использование разработанной фазовой структуры для анализа биомеханики сердца.
Проведены 3 серии острых экспериментов и одна серия хронических на беспородных собаках обоего пола массой тела 10—22 кг. Оперативное вмешательство производили под общим проме-дол-нембуталовым наркозом (5 мг промедола, 20 г нембутала на 1 кг массы тела животного), вентиляцию легких — принудительную с помощью аппарата РО-2 с доступом по четвертому межре-берью слева. В первой серии (26 опытов) регистрировали ЭКГ, тензограммы субэпикардиально-го (ТКГсэп) и циркулярного (ТКГц) слоев, ВЖД в левом желудочке и давление в аорте (АД). ТКГ получали модифицированными мягкими арочными датчиками, которые фиксировали по ходу мышечных слоев. В конце каждого опыта расположение волокон контролировали препарированием стенки желудочков. Для регистрации параметров применяли следующую аппаратуру: усилитель для тензометрических измерений деформаций (тип ТА-5) в диапазоне от 0,25 . 10'3 до 10 .10-3 ед.; малогабаритные индуктивные датчики перепада давлений типа ДМИ с усилителем ИД-2И; осциллограф светолучевой К-116 с гальванометрами-вставками осциллографическими магнитоэлектрическими М-1015; скорость движения фотоленты составляла 0,5 —1000 мм/с; блок питания — тип П-133.
Во второй серии (5 опытов) на поверхность миокарда наносили бумажные метки диаметром 3 мм в строго определенных точках так, чтобы линии, соединяющие точки, образовали 6 направлений, соответствующих направлению волокон субэпикардиального и субэндокардиального слоев: первое — метки 1, 2, 3; второе — 1, 4; третье — 1, 5; четвертое — 1, 6, 7; пятое — 1, 8; шестое — 1, 9. Смещение меток регистрировали кинокамерой с частотой кадров 48 в 1 с. Для определения момента сердечного цикла в непосредственной близости от сердца помещали одноканальный электрокардиограф, лента которого постоянно находилась в кадре киноаппарата. В результате синхронно регистрировались работа сердца и ЭКГ. После
проявления пленки отбирали кадры, соответствующие любому моменту сердечного цикла по концу ЭКГ, отчетливо видному на каждом кадре. С пленок делали фотографии с увеличением 2,5 раза и по центрам меток измеряли перемещение точек на наружной поверхности в систолу и диастолу.
В третьей серии острых экспериментов (7 опытов) были изучены электромиограммы мышечных слоев стенки желудочков. С этой целью изготовляли электроды, имеющие длину активной поверхности 0,8 мм и диаметр 0,5 мм. В каждый слой вводили пару электродов.
В первой части каждого опыта потенциалы от субэпикардиального слоя и циркулярного или субэндокардиального слоя и циркулярного подавали на двухканальный быстродействующий осциллограф С-68, с экрана которого фотографировали ход кривых. С большим постоянством получали сдвиг электромиограмм у разных слоев. Во второй части каждого опыта в целях подтверждения существования сдвига по фазе электромио-грамм мышечных слоев потенциалы подавали на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины трехлучевого осциллографа ВЭКС-4.
В четвертой серии экспериментов (4 опыта) в стерильных условиях вводили рентгеноконтрастные стальные метки в миокард собак на различных уровнях: длинные метки (1, 2, 3) — в циркулярный слой, короткие (4,5) — в субэндокар-диальный. После стабилизации общего состояния животных проводили серийную рентгенографию сердца, отбирали рентгенограммы, сделанные в систолу и диастолу, и измеряли расстояние между метками. Положение меток контролировали на аутопсии в конце эксперимента.
В отличие от В.Л.Карпмана мы характеризуем систолу и диастолу сердца (а не желудочков!) и выделяем 4 периода и 8 фаз. К систоле сердца относятся периоды повышения ВЖД и изгнания (см. рис.).
Первый из периодов начинается систолой предсердий (9-12 мс). По нашим данным, суть ее заключается в асинфаз-ном сокращении мышечных слоев стенок предсердий, которое приводит к образованию единой полости предсердие — желудочек. Ведущее значение имеют глубокие петлеобразные мышцы, образующие кольцевые утолщения, — жомы в устьях вен, которые изолируют последние от полостей сердца и препятствуют ретроградному току крови из предсердий в вены [8].
Систола предсердий восполняет в среднем 18—20% величины ударного выброса, и главная ее роль заключается в изменении конфигурации желудочков: происходит смещение верхушки вниз с одновременным латеральным смещением боковых стенок. В большей степени происходит увеличение длин-ника желудочков. Изменения размеров
Схема фазовой структуры сердечного цикла
желудочков закономерно сопровождаются изменениями длин мышечных волокон (слоев), образующих стенки желудочков. Смещение верхушки вниз приводит к удлинению субэпикардиально-го (наружная косая мышца) и субэндо-кардиального (внутренняя прямая мышца) слоев, латеральное смещение — к удлинению циркулярного слоя (циркулярной мышцы).
Удлинение мышечных слоев является пассивным процессом и обеспечивается активным сокращением предсердий. Степень удлинения имеет в последующем решающее значение при реализации в процессе сокращения механизма Франка — Старлинга. Особенно отчетливо выявляется этот механизм регуляции сокращения в условиях гипертрофии миокарда, повышения конечнодиастолического давления любого генеза, гиперфункции сердца, связанной с резким уменьшением или полным исчезновением фазы медленного наполнения.
Наконец, систола предсердий имеет большое значение в повышении ВЖД: систола правого предсердия повышает давление в желудочке до 9—12 мм Hg, а систола левого — до 11 —15 мм Hg. Таким образом, систола предсердия оказывает большое влияние на функциональное состояние желудочков и должна рассматриваться не как заключительная фаза периода наполнения желудочков, а как начальная фаза систолы сердца периода повышения ВЖД.
Следующей фазой периода повышения ВЖД является фаза внутрижелудочкового перемещения крови. Она обеспечивается начальным сокращением субэндокардиального слоя, папиллярных мышц и субэпикардиального слоя в области верхушки, изменяющим форму желудочков от эллипсоидной в шаровидную в результате укорочения максимальной оси с одновременным увеличением внешней окружности. Объем желудочков не меняется, но кровь смещается в направлении путей оттока. При этом сохраняется вращатель-
ное движение крови, приобретенное в диастолу при ее прохождении между створками митрального и трехстворчатого клапанов и перемещении в пути притока по межтрабекулярным бороздам [1, 6], что приводит к сохранению ударным объемом кинетической энергии, приобретенной в диастолу. Перемещение вращающейся крови в область артериального конуса облегчит в последующем процесс прироста ВЖД и изгнания. Физиологическое значение этой фазы заключается и в том, что происходит дополнительное растяжение циркулярного слоя. Тем самым по механизму Франка — Старлинга определится последующая сила сокращения указанной мышечной группы. Для этой фазы характерны сокращение папиллярных мышц, натяжение хорд и атриовентрикулярных створок, т.е. полость предсердие — желудочек сохраняется. Но сближение трабекул и сосочковых мышц как результат сокращения су-бэндокардиального слоя сопровождается сближением и створок атриовентрикулярных клапанов. Именно этим можно объяснить невозможность существенной регургитации крови из желудочков в предсердия в периоде повышения ВЖД. Заканчивается эта фаза к началу сокращения циркулярного слоя. Продолжительность фазы внут-рижелудочкового перемещения крови в норме составляет 0,03—0,05 с и полностью зависит от функционального состояния субэндокардиального слоя.
Начало сокращения циркулярного слоя по времени совпадает с зубцом И на ЭКГ и свидетельствует о возникновении следующей фазы — изоволюмического повышения ВЖД. Взаимодействие мышечных слоев, образующих стенки желудочков в эту фазу, определяется постоянством объема желудочков, быстрым приростом ВЖД, изменением геометрии сердца до формы, оптимальной для изгнания.
Основным фактором фазы изоволюмическо-го повышения ВЖД является сокращение циркулярного и растяжение субэндо- и субэпикар-диального слоев. В этой фазе внутренние полости начинают удлиняться, причем происходит выпрямление пути оттока. Объем желудочков оста-
ется постоянным, поэтому одновременно с удлинением происходит некоторое сужение полостей, которое обусловлено сближением трабекул по окружности поперечного сечения сердца. Существенного движения боковых стенок внутрь в этой фазе не происходит, так как кровь практически несжимаема. Сокращение циркулярных слоев сопровождается их укорочением и утолщением, результатом этого является выраженное изменение кривизны наружной поверхности, что приводит к ее растяжению. Увеличение кривизны с удлинением наружной поверхности сердца хорошо документируется при электрокимографии и эхокардиографии.
Основной механический эффект сокращения циркулярных слоев заключается в быстром повышении ВЖД, что связано с активным давлением стенок желудочков на несжимаемый и неизменяемый объем крови. Второй эффект заключается в создании благоприятных условий для изгнания, так как путь оттока в результате сокращения циркулярных слоев выпрямляется. Продолжительность этой фазы целиком зависит от функционального состояния глубоких сино- и буль-боспиральных мышц и составляет в норме 0,04—
0,06 с. С момента закрытия атриовентрикулярных клапанов создаются условия для начала заполнения предсердий. К этому времени предсердия активно удлиняются, и происходит открытие устьев магистральных вен, впадающих в предсердия.
Фаза изгнания начинается с открытия полулунных клапанов аорты и легочной артерии. С учетом весьма быстрого прироста ВЖД можно констатировать практически мгновенное возникновение градиентов давления у устьев магистральных сосудов и соответственно мгновенное открытие клапанов. Первые порции крови поступают в сосуды в результате сокращения преимущественно циркулярных слоев. Эту фазу целесообразно обозначать как первую фазу максимального изгнания. Но уменьшение объема полостей в нормальных условиях сразу же сопровождается сокращением субэндо- и субэпикардиального слоев. В патологии это взаимодействие может нарушаться, особенно в тех случаях, когда имеет место значительное повышение давления в аорте или легочной артерии.
Таким образом, через 0,02—0,04 с от начала изгнания все три слоя сердечных мышц сокращаются, что отражается на уменьшении как внешнего, так и внутреннего объемов. Ударный выброс получает основную часть кинетической энергии. Характерно, что в начале этой фазы при быстром изгнании крови продолжается прирост ВЖД и силы сокращения мышц стенки желудочков. Реактивное смещение желудочков в результате систолического выброса сопровождается дополнительным удлинением предсердий и ускорением наполнения их кровью. Промежуток времени от начала сокращения циркулярных мышц в фазе изоволюмического повышения ВЖД до начала сокращения субэндо- и субэпикардиального слоев характеризует асинфазность их работы. Одновременное сокращение всех мышц, образующих стенку желудочков, продолжается до вершины зубца Т на ЭКГ. Время от начала сокращения всех трех
мышечных слоев до зубца Т является второй фазой максимального изгнания. Именно в этой фазе достигается выраженное уменьшение внутренней полости желудочков.
От зубца Т на ЭКГ до закрытия полулунных клапанов аорты и легочной артерии идет фаза редуцированного изгнания. Кровоток из желудочков уменьшается, ВЖД продолжает снижаться. Поступательное движение крови в сосуды обеспечивается градиентом давления между желудочками и сосудами и величиной потенциальной энергии, полученной ударным объемом за все предшествующие фазы.
В фазе редуцированного изгнания начинается растяжение циркулярных мышц, которые после реполяризации находятся в расслабленном состоянии. Тем не менее толщина стенки желудочков может несколько увеличиться за счет сокращения и утолщения двух других слоев — субэндо- и субэпикардиального. Их сокращение приводит к умеренной ротации сердца по часовой стрелке, что может придавать току крови спиралевидный характер. Подобный ток крови физиологически оправдан, ибо значительно облегчает движение ударного выброса по спирали при прохождении через устья сосудов.
Диастола сердца начинается фазой наполнения предсердий, что соответствует моменту закрытия атриовентрикулярных клапанов. С этого времени идет непрерывный ток крови в предсердия, что сопровождается значительным увеличением их объема. Одновременно наблюдается умеренное повышение внутрипредсердного давления — третья волна и. Заканчивается фаза наполнения предсердий в момент открытия атриовентрикулярных клапанов. К концу этой фазы выравнивается давление в венах и предсердиях.
Параллельно фазе наполнения предсердий от момента закрытия полулунных клапанов аорты и легочной артерии идет фаза изоволюмического снижения ВЖД. Этот активный процесс обеспечивается сокращением субэндо- и субэпикарди-ального слоев. На кривой выявляется резкое и быстрое снижение ВЖД. Механизм этого снижения следующий: сокращающиеся субэндо- и суб-эпикардиальный слои сдавливают расслабившиеся циркулярные мышцы. Таким образом, в этой фазе имеет место активное укорочение двух слоев и удлинение циркулярного, что происходит без изменения объема желудочков. Фаза изоволюми-ческого снижения ВЖД сопровождается изменением формы желудочков, которая начинает приближаться к шаровидной. Известно, что при шаровидной конфигурации полость имеет меньшую поверхность, но больший объем по сравнению с эллипсоидной. В результате возникают благоприятные условия для поступления основной части крови в последующую фазу быстрого наполнения.
За фазой изоволюмического снижения ВЖД следует период наполнения желудочков, который подразделяется на фазы быстрого и медленного наполнения. Фаза быстрого наполнения начинается в момент открытия атриовентрикулярных клапанов, который определяется двумя факторами: градиентом давления между полостями предсердий и желудочков и сокращением папилляр-
ных мышц, являющихся составной частью внутренней прямой мышцы. Поэтому открытие атриовентрикулярных клапанов возможно даже при отсутствии существенной разницы давлений в желудочках и предсердиях.
В фазе быстрого наполнения желудочков продолжается сокращение субэндо- и субэпикарди-ального слоев миокарда, что обеспечивает дальнейшее изменение формы и объема полостей желудочков, истончение стенки желудочков и развитие их присасывающей силы. С момента открытия атриовентрикулярных клапанов идет быстрое наполнение желудочков.
Для фазы быстрого наполнения характерно то, что открыты клапаны атриовентрикулярных отверстий и устья вен, впадающих в предсердия. Поэтому присасывающее действие желудочков распространяется на предсердия и вены. Идет непрерывный ток крови из вен в предсердия, из предсердий в желудочки. Завершается фаза быстрого наполнения через 0,05—0,07 с от момента открытия атриовентрикулярных отверстий. Одновременно заканчивается сокращение субэндо- и субэпикардиального слоев миокарда.
Обобщая изложенное, отметим три принципиальных положения, послуживших основой для предложенной фазовой структуры сердечного цикла [7,
9, 10]:
1. Явление асинфазности сокращения мышечных слоев, образующих стенки предсердий и желудочков. Циркулярные слои растягиваются в систолические фазы внутрижелудочкового перемещения крови и редуцированного изгнания, а субэндо- и субэпикардиальный — в фазу изоволюмического повышения ВЖД и первую фазу максимального изгнания.
2. Диастолические фазы изоволюми-ческого снижения ВЖД и быстрого наполнения активны в результате сокращения субэндо- и субэпикардиального слоев. Именно этим обусловлен присасывающий эффект желудочков в диастолу, что должно учитываться при изучении и оценке функции сердца.
3. Необходимость цельного анализа сердечного цикла, включающего функцию предсердий и желудочков, — единой в физиологическом и гидравлическом отношениях системы. Вместе с тем деление на периоды и фазы в известной степени условно. Например, повышение ВЖД начинается в конце диастолы в фазе медленного наполнения и достигает максимальной величины в первой фазе максимального изгнания. Снижение ВЖД регистрируется в фазе редуцированного изгнания, что по сути и есть начало диастолы. В то же время вызывает сомнение целесообразность выделения таких интервалов, как прото-сфигмический, протодиастолический и
интерсистолический, в которые, по современным представлениям, нет движения стенок сердца и крови. Их просто не существует. Сердце — уникальный орган, находящийся в постоянном четко скоординированном и регулируемом движении, обеспечивающем оптимальную жизнь организма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бураковский В.И., Добровин. Н.Б. и др. // Экспер.хир. — 1976. —№ 3. — С. 13—16.
2. Волынский Ю.Д. Изменения внутрисердеч-ной гемодинамики при заболеваниях сердца. —
М., 1969.
3. Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. — М., 1965.
4. Карпман В.Л. Справочник по функциональной диагностике. — М., 1970.
5. Карпман В.Л. Руководство по кардиологии. —
М.,1982.—Т.2. — С. 101—110.
6. Кузьмина Н.Б., Дрогайцев А.Л. Физиология кровообращения: Физиология сердца. — Л., 1980.
Т. Фатенков В.Н. // Физиол.журн.СССР. — 1983. — № 5. — С. 666—671.
5. Фатенков В.Н. // Физиол.журн.СССР. — 1985. — № 4. — С. 510—515.
9. Фатенков В.Н. В кн.: Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца./ Под ред. Б.А. Константинова, В.А. Сандрикова, В.Ф. Яковлева. — Л., 1986. — С. 52—60.
10. Фатенков В.Н. // Вестн. Росс. Акад. мед. наук. —
1999. — № 2. — С.44—50.
11. Blumberger К. Die Herrdynamik in der klinische Diagnostik. Kreislanfmessungen. — Munchen,1958.
12. Spencer M.P., Greiss F.G. // Circulat.Res. — 1962. — Vol.10. — P. 274—279.
13. Wiggers C. //Amer.J.Physiol. — 1921. — Vol. 56. — P. 415— 438, 439—459.
Поступила 13.11.01.
NEW CONCEPTS ON THE PHASE
STRUCTURE OF THE CARDIAC CYCLE
V.N. Fatenkov, O.V. Fatenkov
S u m m a r y
Based on experimental studies on dogs the cardiac cycle is divided into systole and diastole. The cardiac systole includes auricular and ventricular systole, and diastole includes auricular and ventricular diastole. The period of increase of intraventricular pressure is provided by auricular systole an d phases of intraventricular blood transfer and isovolumic increase of intraventricular pressure. The expulsion period includes phases of maximum and reduced expulsion. The cardiac diastole begins in the phase of reduced expulsion and includes the periods of decrease of intraventricular pressure and filling ventricles including the phases of isovolumic decrease of intraventricular pressure, fast and slow filling. The physiologic essence of the phases of intraventricular transfer of intraventricular pressure, reduced expulsion and fast filling lies in reducing subendocardiac and subepicardiac myocardium layers, the phases of increase of intraventricular pressure and maximum expulsion in reducing essentially the circular layer.
