Показатели сердечно-сосудистой системы

Как любая из жизненно важных физиологических подсистем организма, сердечно-сосудистая система поражает своей сложностью. Сердечная мышца и кровеносные сосуды работают согласованно, чтобы удовлетворять постоянно меняющиеся требования различных органов и служить сетью для снабжения и связи, поскольку с кровью переносятся питательные вещества, продукты распада, гормоны и лекарственные препараты.

Для удобства мы можем подразделить основные показатели работы сердечно-сосудистой системы следующим образом:

1) ритм сердца (PC) —частота сокращений сердца;

2) сила сокращения сердца (сила, с которой оно накачивает кровь);

3) минутный объем сердца (количество крови, проталкиваемой в 1 мин);

4) артериальное давление (АД);

5)  кровоток (локальные показатели распределения крови)

Поскольку речь идет о замкнутой системе внутри организма, ясно, что все эти факторы взаимосвязаны. Мы можем подразделить их и дальше. Например, минутный объем сердца — это производная величина, зависящая от частоты сокращений сердца и ударного объема, а ударный объем в свою очередь зависит от силы сокращения и от венозного притока. Артериальное давление, с другой стороны, зависит от ударного объема сердца и от периферического сопротивления (характеристики трубок, по которым течет кровь).

Хотя все эти показатели взаимозависимы, каждый из них чем-то отличается от других. Шварц, например, показал, что фазические величины PC и АД, несмотря на их тесную взаимосвязь, не обнаруживают высокой корреляции.

При современной технике измерений наибольшее значение для психофизиологии имеют ритм сердца, артериальное давление и объем кровотока. Силу сокращений и минутный объем сердца измерять с поверхности тела трудно (новейшие успехи в этой области будут рассмотрены несколько позже).

Как и при исследовании электрической активности кожи, здесь очень важно различать тонические показатели, относящиеся к достаточно протяженному периоду времени (например, число сокращений сердца в 1 мин), и показатели фазической, быстро протекающей адаптации к данному моменту (например, интервалы между двумя или тремя последовательными сокращениями сердца). В общем можно считать, что тонические показатели PC и АД отражают общую степень мобилизации организма. Мнения о биологическом значении фазических изменений PC и АД более противоречивы.

Не удивительно, что основной эффект физической нагрузки выражается в заметном увеличении минутного объема сердца и в усиленном снабжении кровью мышц и кожи. Поскольку общий выброс крови возрастает, уменьшение доли крови, поступающей во внутренние органы, не обязательно означает, что кровоток в них уменьшается. Например, абсолютное количество крови, поступающей в мозг во время физической работы, больше, чем во время покоя, хотя доля ее в общем кровотоке снижается почти в три раза; кровоснабжение желудка и почек уменьшается лишь незначительно, несмотря на заметное уменьшение соответствующей доли.

Такого рода эффекты учитывают, измеряя периферические показатели кровотока (обычно в конечностях). При усилении активности любого органа происходит локальное повышение метаболизма. В связи с этим органу требуется больше крови. Усиленное  снабжение  кровью  осуществляется в  основном благодаря расслаблению гладкой мускулатуры в стенках артериол данного органа. Периферические сосуды находятся, по-видимому, всецело под контролем симпатической нервной системы. Вазоконстрикция, т. е. сужение диаметра артериол, происходит при симпатической активации, а вазодилятация (расширение сосудов) — при ослаблении симпатического тонуса.

Это опять-таки можно было бы объяснить с эволюционных позиций. В ситуации «борьбы или бегства», на которую реагирует симпатическая система, уменьшение периферического кровотока имеет определенный биологический смысл: поверхностное повреждение руки или ноги не вызовет сильного кровотечения.

Периферический кровоток изменяется также при изменениях температуры. Когда вы берете кубик льда левой рукой, то сужение сосудов, сводящее к минимуму охлаждение крови, происходит только в левой руке. В обычных же условиях сужение сосудов руки привело бы к локальному понижению температуры кожи.

Физиологическая основа

Сердце — наиболее важная мышца нашего тела. Об этом органе, имеющем форму кулака, мы редко думаем как о мышце, однако это так и есть. Этот орган поддерживает кровообращение и тем самым — снабжение всех тканей тела кислородом и питательными веществами, а также удаление ненужных продуктов метаболизма. Природа была достаточно мудра, создав сердце и мозг так, что мы сознательно не управляем их работой. Когда вы читаете эту страницу или ваше внимание сосредоточено на чем-либо ином, ваше сердце продолжает биться.

Давайте посмотрим, какую работу проделывает в течение жизни этот орган весом около 400 граммов. Если в среднем сердце сокращается 70 раз в минуту, то за сутки это составит 100 000 раз, а за 70 лет жизни — более чем два с половиной миллиарда раз. За сутки сердце перекачивает более 40 000 литров крови, что за всю жизнь составляет более миллиарда литров. Работа, производимая при перекачивании всей этой крови, если бы ее можно было осуществить сразу, позволила бы поднять груз весом 10 тонн на высоту 10 миль. Эти поражающие воображение цифры еще раз напоминают нам об удивительных возможностях организма даже не очень сильного человека.

Относительно животных можно сказать, что в покое частота сокращений сердца варьирует у них в зависимости от размеров тела и характера нормальной активности. У крысы она составляет 400 в минуту, тогда как у слона — 25, а у кита — что-то около 5 в минуту.

В организме человека циркулирует около 5 литров крови (это было установлено еще в XVIII веке наблюдениями над обезглавленными преступниками). Кровь течет по системе тонких трубочек - вен, сосудов; богатая кислородом кровь выходит из сердца по аорте и направляется к различным органам по артериям и артериолам; затем она проходит через капилляры, стенки которых состоят из одного слоя клеток и пропускают питательные вещества из крови в ткань, а отходы метаболизма — в обратном направлении. Затем по венулам и все более крупным венам кровь возвращается к сердцу. Если сложить капилляры взрослого человека в одну длинную трубку, то она протянется от Бостона (Массачусетс) до Хобокена (Нью-Джерси) и обратно примерно 150 раз (что составит около 100 000 километров). Сердце снова и снова посылает кровь по этому лабиринту, никогда не уставая и не приостанавливая работу по поддержанию нашей жизни.

Сердечно-сосудистая система должна не только постоянно удовлетворять потребность тела в питательных веществах, но и принимать надлежащие меры, когда потребность какого-либо органа возрастает. Простой зевок с потягиванием требует значительного перераспределения ресурсов, и кровь приливает к соответствующим группам мышц. Кроме того, через коронарную систему сердце должно питать само себя. И тем не менее независимо от того, как мы перенапрягаемся или недогружаем себя, оно продолжает качать кровь.

Сердце состоит из четырех камер, которые действуют как два спаренных насоса. Богатая кислородом кровь попадает из левого желудочка в большой круг кровообращения; здесь она по артериям идет к различным органам, где отдает питательные вещества и кислород и принимает ненужные продукты обмена, а затем по венам возвращается назад к сердцу — к правому предсердию. В малом <легочном) круге кровообращения уже бедная кислородом кровь проходит через легкие. При этом она выходит из желудочка по легочной артерии (единственной в организме артерии с кровью, бедной кислородом), а затем течет по капиллярной системе легких, где отдает углекислоту и пополняет свои запасы кислорода, после чего идет к левому предсердию по легочной вене.

Разумеется, циркуляцию крови поддерживает четкий цикл определенных процессов в самом сердце. Сердечный цикл делится на две главные части: систолу, т. е. сокращение сердечной мышцы, и диастолу — ее расслабление. В систолической фазе давление крови достигает максимума в момент выталкивания крови из сердца. Во время диастолы давление снижается до минимума, когда захлопываются клапаны желудочков, препятствуя обратному току крови. Открывание и закрывание этих и других клапанов производит знакомый нам звук биения сердца в груди — «лаб-дап». Звук «лаб» получается при быстром закрытии клапанов между предсердиями и желудочками, которое сопровождается сокращением толстых мышечных стенок желудочков, а «дап» — при резком закрытии аортального и легочного клапанов. Когда в этих звуках отмечаются аномалии, говорят о шумах в сердце, наличие которых означает, что клапаны закрываются неплотно. Прослушав тоны сердца с помощью стетоскопа, опытный кардиолог может определить характер заболевания, связанного с этими клапанами.

В организме существует много систем регулирования сердечного ритма. В первую очередь за ритмичность сокращения сердца ответственны его внутренние водители ритма (пейс-мейкеры) — синоатриальный и атриовентрикулярный узлы. На них влияет сложная система высших управляющих центров, наиболее важные влияния приходят по симпатическим и парасимпатическим нервам. Раздражение симпатических волокон усиливает и ускоряет сокращения сердца, а активация парасимпатических волокон замедляет их.

Такие локальные контролирующие факторы, как пейсмей-керы, чувствительность сердечной мышцы к уровню циркулирующих гормонов, механические воздействия со стороны диафрагмы и грудной клетки, дополняются влиянием высших центров. В конечном счете, разумеется, регулирование работы сердечно-сосудистой системы в соответствии с потребностями тканей обеспечивается головным мозгом. Разнообразие связей с ЦНС таково, что в сравнении с ними остальная часть системы кажется несложной.

Для того чтобы систематизировать имеющиеся данные, Коэн и Мак-Дональд разделили связи сердечно-сосудистой системы с ЦНС на шесть категорий. Они включают «оборонительный» путь, идущий из продолговатого мозга, путь адаптации к нагрузке — из двигательной коры, путь адаптации к положению тела — из мозжечка, а также несколько давно уже известных путей, проходящих через продолговатый мозг. Детали этой системы достаточно сложны. И опять-таки с нашей точки зрения наиболее важно то, что перестройки в работе сердечно-сосудистой системы отражают процессы, происходящие в головном мозгу, и то, что ни один показатель сердечно-сосудистой системы не является чисто «периферическим».