Сердце относится к органам, работающим на протяжении жизни постоянно в ритмическом режиме. Причем оно очень чутко реагирует на изменяющиеся при определенных физиологических состояниях потребности различных периферических тканей в уровне кровоснабжения. В норме (при отсутствии патологических изменений в сердечно-сосудистой и дыхательной системах) интенсивность работы сердца в каждый момент жизнедеятельности является строго адекватной потребностям всех органов организма (в том числе самого сердца) в уровне кровоснабжения, который определяет доставку к тканям кислорода и питательных веществ. Такое строгое соответствие между эффективностью работы сердца и потребностью организма в кровоснабжении, являющееся залогом нормальной жизнедеятельности, достигается благодаря разнообразным механизмам регуляции сердечной деятельности. Все существующие механизмы регуляции работы сердца в первом приближении можно классифицировать следующим образом:
Ø внутрисердечные, включающие
ü внутриклеточные механизмы регуляции. Сущность их состоит в том, что уровень обменных процессов в кардиомиоцитах, синтез ключевых ферментов и структурных белков (в том числе белков миофибрилл) в них напрямую зависит от интенсивности функционирования. В частности, физиологические состояния, сопровождающиеся продолжительной интенсификацией сердечной деятельности, приводят, как правило, к рабочей гипертрофии кардиомиоцитов и в целом определенных камер сердца в результате усиления синтеза структурных белков в них. Как следствие, гипертрофированные кардиомиоциты могут выполнять больший объем работы, чем нормальные, и повышенная функциональная активность сердечной мышцы получает свое морфологическое обеспечение (т.н. рабочая гипертрофия миокарда в ответ на развиваемую им гиперфункцию). Кроме того, внутриклеточные механизмы регуляции сердечной деятельности могут проявляться в изменении силы сокращения кардиомиоцитов в зависимости от степени их растяжения в момент диастолы (гетерометрический механизм регуляции сердечной деятельности или закон Франка-Старлинга). Сущность этого закона состоит в том, что, чем больше крови притекает к сердцу в момент диастолы (т.е. чем сильнее растягивается сердечная мышца и соответственно ее кардиомиоциты), тем больше резервных мостиков образуется в миофибриллярном аппарате (подобно таковому в умеренно растянутой скелетной мышце) и тем больше будет сила сокращения миокарда в момент последующей систолы. Однако такой механизм реализуется только при пониженном или в крайнем случае близком к нормальному давлению крови в артериальном русле, тогда как при повышенном артериальном давлении его реализации препятствуют внесердечные рефлексы, направленные на нормализацию артериального давления и замедляющие и ослабляющие работу сердца. Наряду с описанной положительной зависимостью силы сердечных сокращений от исходной длины кардиомиоцитов в момент диастолы, существует и позитивная связь между силой сокращения кардиомиоцитов и давлением в начальной части артериального русла (т.н. сопротивлением выбросу). Механизм регуляции сердечной деятельности, лежащий в основе этой зависимости носит название гомеометрического механизма регуляции сердца (раскрыт Анрепом) и во многом вытекает из закона Фрнака-Старлинга. Так, повышение давления в начальном отделе сосудистого русла (повышение сопротивления выбросу) приводит к тому, что первоначально при каждой систоле объем выбрасываемой крови несколько снижается (поскольку желудочкам приходится работать против большего сопротивления выбросу), а следовательно, остаточный объем крови возрастает. Отмеченное приводит к тому, что в условиях повышенного сопротивления выбросу после каждой систолы в полостях сердца накапливается все большее и большее количество крови. Это обуславливает некоторое перерастяжение кардиомиоцитов и соответственно большую силу их последующих сокращений. Гомеометрический механизм регуляции сердечной деятельности, подобно гетерометрическому, реализуется только в условиях пониженного системного артериального давления.
ü регуляцию деятельности сердца посредством межклеточных взаимодействий в нем. Такая регуляция достигается благодаря тесным структурным и функциональным связям как в пределах популяции кардиомиоцитов, так и кардиомиоцитов с соединительнотканными клетками, обеспечивающими трофику сердечных мышечных. Так, нормальное проведение возбуждения в миокарде и соответственно ритмичная его работа возможны только в случае нормального состояния нексусов, обеспечивающих передачу нервного импульса с одного кардиомиоцита на соседние. Соединительнотканные клетки, наряду с тем, что транспортируют питательные вещества в кардиомиоциты из крови, способны вырабатывать и определенные факторы (белковой природы), влияющие на экспрессию генетической информации в сердечных мышечных клетках, в том числе, на синтез структурных белков в них.
ü внутрисердечные периферические рефлексы, замыкаются на уровне внутрисердечных (интрамуральных) парасимпатических ганглиев, формирующих в совокупности метасимпатическую систему. Эфферентные нейроны интрамуральных парасимпатических ганглиев сердца выступают в роли конечного эфферентного пути как для информации, поступающей из ц.н.с., так и проводимой от рецепторов самого сердца, коронарных сосудов, начальных отделов аорты и легочного ствола и дистальных отделов вен, впадающих в сердце. На уровне этих ганглиев замыкаются короткие (периферические) дуги рефлексов, способных изменять сердечную деятельность в зависимости от его текущего состояния. Отличительной особенностью этих рефлексов является то, что они возникают в ответ на возбуждение рецепторов сердца, коронарных сосудов, начальных отделов артериального русла или венозных сосудов, впадающих в сердце, и состоят в изменении деятельности самого сердца. Примером таких рефлексов является рефлекс Бейнбриджа, проявляющийся в усилении сердечной деятельности (увеличении частоты и силы сердечных сокращений) в ответ на перерастяжение кровью полостей сердца и вен, впадающих в него. Данный рефлекс способствует перекачиванию большего объема крови в артериальное русло, тем самым препятствуя венозному застою. Однако реализуется он только в случае пониженного или нормального давления в сосудистом русле, тогда как его реализации при повышенном артериальном давлении препятствуют как другие внутрисердечные рефлексы (возникающие в ответ на возбуждение рецепторов растяжения коронарных сосудов и полостей сердца), так и внесердечные рефлексы (срабатывающие в ответ на повышение давления в магистральных артериях), направленные на нормализацию системного артериального давления. Примером внутрисердечных рефлексов может служить также увеличение силы сокращения не только левого, но и правого отделов сердца, возникающее в ответ на возбуждение рецепторов растяжения левого предсердия увеличенным объемом притекающей крови. Данный рефлекс способствует сочетанному изменению деятельности левой и правой половин сердца в случае раздражения рецепторов только какой-то одной из его половин, что подготавливает вторую половину к принятию большего объема крови и координированной работе левого и правого желудочков.
Ø внесердечные, к которым относятся:
ü нервные (обеспечиваются вегетативной нервной системой). Симпатические центры, регулирующие работу сердца (первые эфферентные симпатические нейроны), заложены в боковых рогах серого вещества верхних пяти грудных сегментов спинного мозга, а тела вторых эфферентных симпатических нейронов – в последних шейных и верхних грудных паравертебральных ганглиях. Аксоны же этих вторых эфферентных симпатических нейронов (постганглионарные симпатические волокна) непосредственно контактируют с проводящими и рабочими кардиомиоцитами, а также с гладкомышечными клетками сосудов сердца, не вступая во взаимодействие с внутрисердечной периферической нервной системой (метасимпатической нервной системой), образованной интрамуральными парасимпатическими узлами. В связи с отмеченным симпатический отдел оказывает на сердце всегда однонаправленные влияния, а именно увеличивает силу сердечных сокращений (положительный инотропный эффект), их частоту (положительный хронотропный эффект), повышает возбудимость (положительный батмотропный эффект) и проводимость (положительный дромотропный эффект) в сердечной мышце. Парасимпатический центр регуляции работы сердца заложен в продолговатом мозге и представлен скоплением первых эфферентных парасимпатических нейронов вегетативного ядра блуждающего нерва (заднее ядро блуждающего нерва), аксоны же этих нейронов в составе блуждающего нерва направляются к сердцу, где переключаются на вторые эфферентные парасимпатические нейроны, заложенные в интрамуральных ганглиях сердца. Наряду с эфферентными нейронами в интрамуральных ганглиях сердца имеются и чувствительные нейроны, дендриты которых образуют рецепторы в самом сердце и в коронарных сосудах, а аксоны могут переключаться на вторые эфферентные парсимптические нейроны (либо непосредственно, либо через вставочные нейроны интрамуральных узлов). Таким образом, вторые эфферентные парсимпатические нейроны сердечных интрамуральных ганглиев являются общим конечным путем для той информации, которая поступает из ц.н.с. (по волокнам блуждающего нерва), а также от рецепторов самого сердца и его сосудов. В связи с отмеченным парасимпатическая регуляция сердечной деятельности является более сложной и тонкой, чем симпатическая, и влияния, поступающие к сердцу по волокнам блуждающего нерва со стороны ц.н.с., могут отчасти модифицироваться в зависимости от текущего состояния сердечной мышцы. В целом, парасимпатический отдел нервной системы оказывает на сердце диаметрально противоположные таковым симпатического отдела эффекты (отрицательное ино-, хроно-, батмо- и дромотропное действие). Сильное возбуждение заднего ядра блуждающего нерва может в начале привести и к полной остановке сердца, но в дальнейшем, несмотря на продолжающееся тормозное действие блуждающего нерва на сердце, оно постепенно восстанавливает свою деятельность (ускользание сердца из под влияния блуждающего нерва). В основе такого ускользания лежат разнообразные механизмы, среди которых определяющую роль имеет десесинтизация холинорецепторов (снижение их сродства к ацетилхолину) и компенсаторные процессы в самих кардиомиоцитах, направленные на преодоление гиперполяризации мембраны. Медиатором в передаче симпатических влияний на миокард является норадреналин, а парасимпатических – ацетилхолин. Норадреналин, по сравнению с ацетилхолином, характеризуется большим латентным периодом действия на миокард (до 10с и более) и большей продолжительностью своего действия (в связи с более медленным разрушением определенными ферментами). Нейроны заднего ядра блуждающего нерва, имеющие отношение к регуляции сердечной деятельности, находятся в состоянии постоянного тонуса (некоторого базального возбуждения), который поддерживается постоянно поступающей к ним афферентной информацией от рецепторов сосудов (прессо- и хеморецепторов магистральных и периферических сосудов) и самого сердца (рецепторов растяжения и волюморецептров камер сердца), а также действием некоторых гуморальных факторов, циркулирующих в крови и церебральной жидкости. В связи с отмеченным парасимпатический отдел нервной системы оказывает постоянное тормозное влияние на миокард, а двусторонняя перерезка блуждающих нервов у млекопитающих животных и человека (кроме новорожденных особей) сопровождается учащением сердечной деятельности вследствие выключения такого тормозного влияния.
Рефлекторные изменения сердечной деятельности могут возникать в ответ на раздражение различных рефлексогенных полей организма (рецепторов магистральных и периферических сосудов, самого сердца и коронарных сосудов, некоторых внутренних органов и т.д.). Так, важными рефлексогенными полями, имеющими отношение к регуляции сердечной деятельности, являются рецепторы дуги аорты и синокаротидной области (место деления сонной артерии на внутреннюю и наружную артерии), воспринимающие изменение давления крови (прессо- или барорецепторы) и ее химического состава (хеморецепторы, адекватными раздражителями для которых являются изменение рН крови и ее газового состава). Возбуждение прессорецепторов этих областей повышенным артериальным давлением приводит к усилению тормозного влияния блуждающего нерва на миокард и соответственно рефлекторному ослаблению сердечной деятельности, что способствует нормализации артериального давления. Возбуждение же хеморецепторов дуги аорты и синокаротидной области снижением рН или повышением содержания углекислого газа в крови и снижением содержания кислорода, напротив, сопровождается активацией симпатических центров регуляции сердечной деятельности, стимулирующих работу сердца. Усиление же работы сердца в сложившейся ситуации будет способствовать перекачиванию к тканям в единицу времени большего объема крови, относительно бедной кислородом, что несколько улучшит кислородное снабжение тканей. Немаловажное значение для нормального функционирования легких имеет рефлекс Парина, проявляющийся в изменении сердечной деятельности в ответ на возбуждение прессорецепторов сосудов малого круга кровообращения (легочных артерий). В частности, увеличение кровенаполнения сосудов малого круга кровообращения и повышение давления в них вызывает рефлекторное угнетение сердечной деятельности, расширение сосудов большого круга и увеличение селезенки. Данный рефлекс способствует оттоку крови в большой круг кровообращения и препятствует ее застою в легких, который мог бы привести к их отеку. Наконец, рефлекторное изменение сердечной деятельности может возникать не только в ответ на раздражение рецепторов самой сердечно-сосудистой системы, но и при раздражении рецептивных полей ряда внутренних органов и некоторых других структур. Так, надавливание на глазные яблоки (сопровождающееся возбуждением их механорецепторов) или поколачивание по брюшной стенке (сопровождающееся возбуждением механорецептров желудка и кишечника) приводит к повышению тонуса нейронов заднего ядра блуждающего нерва и усилению его тормозного влияния на миокард (т.н. вагальные рефлексы, т.е. связанные с повышением тонуса n. vagus: глазосердечный рефлекс Ашнера и рефлекс Гольца соответственно).
ü гуморальные обеспечиваются рядом гормонов и других гуморальных фактров, циркулирующих в крови. Так, катехоламины оказывают на сердце положительный ино- и хронотропный эффект, глюкагон, глюкокортикоиды, ангиотензин, серотонин увеличивают силу сердечных сокращений, а тиреоидные гормоны оказывают положительное хронотропное действие. Повышение концентрации углекислого газа, ионов водорода, а также снижение содержания кислорода в притекающей к сердцу крови, напротив угнетают его деятельность.
