А.Н. ГОЛОВАНОВА,
учитель школы № 24,
г. Салават,
Республика Башкортостан

Строение и работа сердца

(Лекция для 9-го класса общеобразовательной школы)

«– Что сделаю я для людей?! – сильнее грома крикнул Данко.
И вдруг он разорвал себе руками грудь и вырвал из нее свое сердце и высоко поднял его над головой.
Оно пылало так ярко, как солнце, и ярче солнца, и весь лес замолчал, освещенный этим факелом великой любви к людям, а тьма разлетелась от света его и там, глубоко в лесу, дрожащая, пала в гнилой зев болота.
– Идем! – крикнул Данко и бросился вперед на свое место, высоко держа горящее сердце и освещая им путь людям...
...Люди же, радостные и полные надежд, не заметили смерти его и не видали, что еще пылает рядом с трупом Данко его смелое сердце.
Только один осторожный человек заметил это и, боясь чего-то, наступил на гордое сердце ногой...»

(М.Горький)

«Михель выдвинул какой-то ящик и достал оттуда каменное сердце.
– Это? – переспросил Петер, задыхаясь, и холодная дрожь пробежала у него по спине.
– Мраморное сердце? Но ведь от него должно быть очень холодно в груди.
– Конечно, оно немного холодит, – сказал Михель. – Да и зачем сердце непременно должно быть горячим? Главное – оно-то уж не забьется у тебя ни от страха, ни от тревоги, ни от глупой жадности. Очень удобно...»

(Вильгельм Гауф «Холодное сердце»)

Горячее сердце и холодное, бескорыстное и жадное, умное и глупое, отзывчивое, доброе и жестокое, смелое, гордое и злое, каменное, чуткое, щедрое, открытое и черствое, глухое, черное сердце и золотое, раненое, разбитое, сердце матери и сердце друга... Какое оно, мое сердце?
Оно неутомимо бьется день и ночь, всю жизнь... За сутки сердце сокращается примерно 100 тыс. раз, перекачивая более 7 тыс. л крови, что равносильно поднятию железнодорожного товарного вагона на высоту 1 м.

Задача. Известно, что сердце человека сокращается в среднем 70 раз в 1 мин, при каждом сокращении выбрасывая около 150 см³ крови. Какой объем крови перекачивает ваше сердце за время шести уроков в школе?

Решение. 70 х 45 = 31 500 раз сократится сердце за урок.
3150 х 150 = 472500 см3 = 472,5 л крови будет перекачено за урок.
475,2х6=2835 л крови перекачивает сердце за 6 уроков.

Чем же объясняется такая высокая работоспособность сердца?
Ознакомимся со строением сердца и механизмом его работы.

Сердце человека расположено в грудной полости за грудиной, от середины сдвинуто несколько влево, масса его около 300 г, размер – примерно с левый кулак человека.
Оно покрыто тонкой и плотной оболочкой, образующей замкнутый мешок – околосердечную сумку, или перикард. Между ней и сердцем находится жидкость, увлажняющая сердце и уменьшающая трение при его сокращениях. Эпикард покрывает сердце. Сердце человека, как у всех млекопитающих, четырехкамерное и состоит из строго обособленных правой и левой частей. Обе части делятся на предсердие и желудочек, которые сообщаются между собой, но в одном направлении (рис. 1).

Рис. 1. Внутреннее строение сердца

Стенки камер сердца состоят из сердечных мышечных волокон – миокарда, соединительной ткани и многочисленных кровеносных сосудов. Каждое мышечное волокно содержит 1–2 ядра, миофиламенты, множество митохондрий. Волокна разветвляются и соединяются между собой концами, образуя сложную сеть – это обеспечивает быстрое сокращение камеры как единой структуры.
Стенки камер различаются по толщине в зависимости от выполняемой работы. При сокращении стенок предсердий выполняется небольшая работа – кровь подается в желудочки, поэтому эти стенки относительно тонкие. Правый желудочек проталкивает кровь по малому кругу кровообращения, а левый – выбрасывает кровь в большой круг кровообращения, поэтому его стенки в 2,5–3 раза толще стенок правого.
Клапаны сердца и сосудов обеспечивают движение крови строго в одном направлении: по артериям – от сердца, по венам – к сердцу, из предсердий – в желудочки.
Между предсердиями и желудочками расположены створчатые клапаны: в левой части сердца они двустворчатые, а в правой – трехстворчатые. Между желудочками и артериями расположены полулунные клапаны, каждый из которых состоит из трех кармашков.
Створчатые клапаны имеют сухожильные нити, которыми крепятся к внутренней поверхности желудочков – это удерживает клапаны от прогибания.
Кармашки полулунных клапанов направлены свободным краем в просвет сосудов. Если кровь потечет в обратном направлении, кармашки заполнятся кровью и их края плотно сомкнутся, не давая крови течь в сердце.
Клапаны эластичны, имеют идеально ровную поверхность, что уменьшает трение, предотвращает возникновение завихрений тока крови – это особенно важно при высокой частоте сокращений. Поражение клапанов инфекцией (осложнения после гриппа, ангины, венерические заболевания) приводит к возникновению воспалительных рубцов, спаек, и клапаны начинают пропускать кровь в обратном направлении. Это – приобретенные пороки сердца.
Рассмотрим работу сердца на примере одного сердечного цикла.
Сердечный цикл – это последовательность событий, происходящих во время одного сокращения сердца. Длится оно менее 1 с.
Сердечный цикл состоит из трех фаз (рис. 2):

– сокращение предсердий – систола предсердий – длится около 0,1 с, при этом желудочки расслаблены, створчатые клапаны открыты, полулунные закрыты;
– сокращение желудочков – систола желудочков – длится около 0,3 с, при этом предсердия расслаблены, створчатые клапаны закрыты (сухожильные нити не дают им прогибаться, а крови – затекать в предсердия), кровь устремляется в легочную артерию и аорту;
– полное расслабление сердца – сердечная пауза, или диастола, – длится около 0,4 с.

Итак, серия событий, образующих один полный цикл прокачивания крови, называется сердечным циклом. Он прослушивается как сердцебиение. Воронежские физики и медики Ю.Д. Сафонов и Л.И. Якименко определили, что в течение одного сердечного цикла клапаны и сердечная мышца участвуют в 40 последовательных движениях.
Оптимальный режим работы сердца: предсердия работают 0,1 с, а 0,7 с отдыхают; желудочки работают 0,3 с, а 0,5 с отдыхают.

Задача. Человеку 80 лет. Определите, сколько лет отдыхали у него желудочки сердца. В среднем частота биения сердца – 70 ударов в 1 мин.

В сердце чрезвычайно интенсивно протекают обменные процессы, т.к. клетки мышечной ткани содержат много митохондрий и ткань хорошо снабжается кровью: масса сердца составляет 0,5% от массы тела, при этом 10% крови, выбрасываемой аортой, идет в коронарные, или венечные, сосуды, питающие само сердце.

Высокая работоспособность сердца обусловлена:

– высоким уровнем обменных процессов, происходящих в нем;
– усиленным снабжением его мышц кровью;
– строгим ритмом его деятельности (фазы работы и отдыха каждого отдела строго чередуются).

Организм предъявляет к сердечно-сосудистой системе меняющиеся требования. Сердце отвечает на это изменением частоты сокращений.
Что же влияет на работу сердца?
Вспомним известные нам способы регуляции функций в организме.

Нервная регуляция. ЦНС постоянно контролирует работу сердца посредством нервных импульсов.

В продолговатом мозге находится центр кровообращения, оттуда выходит одна пара парасимпатических нервов, уменьшающих частоту и силу сокращений. Сильное возбуждение блуждающего нерва вызывает остановку сердца (опыт Гольца), поэтому, например, удар по животу может оказаться смертельным; раздражение органов брюшной полости замедляет сердечные сокращения. Известен и глазо-сердечный рефлекс (рефлекс Ашнера) – его используют и кардиологические больные, когда недоступны медикаменты – надавливание на глазные яблоки также замедляют работу сердца.

Из шейного симпатического узла выходят симпатические нервы, учащающие и усиливающие сердечные сокращения.

Итак, сердце имеет двойную иннервацию – парасимпатическую и симпатическую. И парасимпатические, и симпатические центры управляются также импульсами, поступающими от рецепторов сердца в ЦНС.

Антагонизм влияний парасимпатических и симпатических нервов – частный случай глубокого внутреннего единства регуляторных воздействий на сердце.

Нарушение иннервации может привести к тахикардии, т.е. повышению частоты сердечных сокращений, или брадикардии – снижению их частоты.

Условно-рефлекторная деятельность сердца определяется активностью коры головного мозга. Так, например, у спортсмена перед стартом изменяется ритм работы сердца, расширяются коронарные сосуды, что приводит к улучшению кровоснабжения миокарда.

Отрицательные эмоции также изменяют деятельность сердца, ускоряя его сокращения через выброс катехоламинов. Длительные отрицательные эмоции, стресс могут привести к истощению функции надпочечников.

При физической работе интенсивные сокращения мышц ускоряют возвращение по венам крови к сердцу. Это вызывает растяжение полых вен, что тоже ускоряет работу сердца; повышенный приток крови вызывает растяжение сердечной мышцы, и сердце сильнее сокращается, выбрасывая больше крови. (Так, например, за время лыжного забега на 10 км сердце спортсмена перегоняет 35 т крови!

Известно, что на работу сердца влияет температура (низкая – замедляет; высокая – усиливает сокращения). Это явлется одной из причин использования в современной хирургии метода охлаждения тела оперируемого.

Гуморальная регуляция активности сердца обеспечивается веществами, циркулирующими в крови.

Работу сердца тормозят: ацетилхолин, соли натрия, увеличение pH крови.

Усиливают работу сердца: адреналин (при остановке сердца его вводят иногда прямо в сердечную мышцу), соли калия, уменьшение pH крови.

Изменяют сердечную деятельность и гормоны – секреты эндокринных желез: тироксин (щитовидная железа), инсулин (поджелудочная железа), кортикостероидные гормоны (надпочечники), гормоны гипофиза.

Нервная и гуморальная регуляция тесно связаны и составляют единый механизм регуляции сокращений сердца.

Иногда можно наблюдать удивительное явление: биение изолированного сердца, т.е. сердца вне организма, в искусственно созданной питательной среде.

Сердце – живучий орган. Русский физиолог А.А. Кулябко (1903 г.) оживил сердце трехмесячного ребенка, умершего от пневмонии, через 20 часов после его смерти.
С.С. Брюхоненко сумел оживить сердце через 100 часов после наступления смерти.

Почему сердце сокращается даже вне организма? Оно имеет собственный «встроенный» механизм, обеспечивающий сокращение мышечных волокон. Импульсы идут от предсердий к желудочкам. Эту способность сердца ритмично сокращаться без внешних раздражений, под влиянием импульсов, возникающих в нем, называют автоматизмом сердца.

Автоматизм обеспечивают особые мышечные клетки. Они иннервируются окончаниями вегетативных нейронов. В этих клетках мембранный потенциал может достигать 90 мВ, что и приводит к генерации волны возбуждения. Изменения этих потенциалов можно зарегистрировать специальной аппаратурой – их запись представляет собой электрокардиограмму.