§ 21. ПОНЯТТЯ ПРО СЕРЦЕВИЙ ЦИКЛ. РОБОТА СЕРЦЯ ТА ЇЇ РЕГУЛЯЦІЯ

Що таке серцевий цикл? Які його фази? Серце працює циклічно, ритмічно чергуючи скорочення та розслаблення передсердь і шлуночків, що разом має назву серцевий цикл. Він складається з трьох фаз: скорочення передсердь – систола передсердь, скорочення шлуночків – систола шлуночків та загального розслаблення – діастоли (див. таблицю 9) (мал. 86). Серце людини в стані спокою здійснює 65-75 циклів за хвилину.

Під час першої фази (її тривалість близько 0,1 с) передсердя скорочуються, а шлуночки розслаблені: стулкові клапани відкриті, завдяки чому кров потрапляє у шлуночки. Півмісяцеві клапани натомість закриті. Під час другої фази (її тривалість 0,3 с) передсердя розслаблені, а шлуночки скорочуються: стулкові клапани закриваються, а півмісяцеві – відкриваються, і кров потрапляє в аорту і стовбур легеневих артерій. Третя фаза загального розслаблення триває 0,4 с. У цей час передсердя і шлуночки розслаблені, кров вільно потрапляє до серця з вен (легеневих, нижньої та верхньої порожнистих). Отже, повний серцевий цикл триває 0,8 с. За цей час м’язові волокна передсердь 0,1 с працюють та 0,7 с відпочивають, а шлуночків – відповідно 0,3 та 0,5 с. Саме відносно великий час відпочинку визначає здатність серцевого м’яза працювати не втомлюючись упродовж усього життя.

Мал. 86. Серцевий цикл

Кількість серцевих циклів, які серце здійснює впродовж однієї хвилини, називають частотою серцевих скорочень. При скороченні серця дорослої людини в стані спокою кожний шлуночок виштовхує в артерії приблизно 65 мл крові. За хвилину серце перекачує близько 5 л крові, а за рік – майже 2,6 млн літрів. У момент викиду крові в аорту тиск у ній підвищується, а стінки розтягуються. Таке розтягнення завдяки щільності та пружності стінок кровоносних судин хвилеподібно поширюється зі швидкістю, яка значно перевищує швидкість руху крові, від аорти до артерій. Коливання стінок артерій, які виникають у відповідь на кожне скорочення серця, називають артеріальним пульсом.

Фази серцевого циклу

Фаза

Що відбувається

Тривалість (с)

Напрямок руху крові

І. Систола передсердь

За цей час кров з передсердь виштовхується у розслаблені шлуночки

II. Систола шлуночків

Кров з правого шлуночка виштовхується до стовбура легеневих артерій, а з лівого – до аорти

Загальне розслаблення передсердь і шлуночків

Весь серцевий м’яз перебуває у стані спокою або загального розслаблення

Завдання. Користуючись таблицею 9, поясніть фази серцевого циклу. Яке це має значення для роботи серця?

У здорової людини пульс ритмічний, має частоту 65-75 ударів за хвилину. У разі збільшення частоти серцевих скорочень тривалість серцевого циклу скорочується переважно за рахунок періоду відпочинку. За пульсом можна визначити частоту, ритмічність і силу серцевих скорочень, що вказує на функціональний стан як серцево-судинної системи, так і всього організму. Пульс відчувається у місцях, де великі артерії підходять близько до поверхні тіла, наприклад на внутрішньому боці зап’ястка, на скронях, по боках шиї. Кожне коливання відповідає скороченню серця.

Пересвідчимося у цьому, виконавши лабораторне дослідження.

ЛАБОРАТОРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ

Вимірювання частоти серцевих скорочень

Обладнання: годинник із секундною стрілкою.

1. Знайдіть у себе на зап’ястку пульс, як це показано на малюнку 87. Потренуйтесь швидко його знаходити.

2. Увімкніть секундомір і полічіть кількість ударів за 30 с.

3. Отримані дані помножте на 2. Так ви підрахуєте число серцевих скорочень за хвилину.

4. Підрахуйте, скільки скорочень робить серце за добу. За тиждень, рік?

Мал. 87. Знаходження пульсу на зап’ястку

Як серце зберігає свою працездатність? Будь-який, навіть найбільш тренований, скелетний м’яз через певний час роботи відчуває втому і потребує відпочинку. Серцевий м’яз працює без відпочинку. Чим це зумовлено? Міокард за 60 років життя людини в середньому скорочується 2,3 млрд разів і перекачує понад 150 млн літрів крові. Така виняткова працездатність зумовлена ритмічністю його роботи (після скорочення обов’язково відбувається розслаблення), високим рівнем кровопостачання міокарда (по коронарних артеріях до серцевого м’яза надходить найбагатша на кисень і поживні речовини кров).

Як регулюється робота серця? Хоча серце скорочується автоматично, частота і сила його скорочень залежать від умов довкілля і стану організму. Наприклад, за інтенсивної роботи чи під час виконання фізичних вправ частота серцевих скорочень зростає. На роботу серця впливають також зміна температури довкілля, біль, різні емоції (гнів, страх, радість тощо). Усі вони посилюють або послаблюють серцеву діяльність.

Для того щоб пристосувати роботу серця до різних потреб організму, існують механізми нервової та гуморальної регуляції його діяльності. Однак серце – особливий орган, який, крім нейрогуморальних регуляторних механізмів, має і внутрішньосерцеві. Найважливішим з них є внутрішньосерцева регуляція сили скорочення серцевих м’язів пропорційно кількості крові, яка притікає до серця. Тобто що більше розтягуються шлуночки, то потужніше їхнє скорочення.

До серця підходять нерви тієї частини нервової системи, яка регулює роботу внутрішніх органів. Центр регуляції серцевої діяльності, який гальмує роботу серця, розташований у відповідному відділі головного мозку. Нервові волокна, які прискорюють діяльність серця, пов’язані з грудною ділянкою спинного мозку. Імпульси, які надходять до серця по цих нервових волокнах, збільшують силу скорочень, прискорюють їхню частоту, поліпшують провідність і збудливість серцевого м’яза. За умов спокою або під час сну серце зменшує силу і частоту скорочень за рахунок послаблення впливу цих нервових волокон. Нервові центри, які регулюють роботу серця, діють узгоджено: якщо один з них збуджується, то інший – гальмується.

Серед гуморальних чинників найсильніше впливає на роботу серця гормон адреналін (пригадайте, цей гормон регулює також процеси дихання). Він збільшує частоту і силу серцевих скорочень. Саме тому в критичних ситуаціях зупинки серця з метою змусити його працювати лікарі вводять адреналін безпосередньо в серце. Серцеву діяльність також посилює гормон щитоподібної залози тироксин (детальніше про залози внутрішньої секреції та гормони, які вони виробляють, ви дізнаєтесь згодом). Діяльність серця активує підвищення концентрації у крові йонів Кальцію. Зростання вмісту йонів Калію, навпаки, гальмує діяльність серця.

Здоров’я людини. Фізична діяльність (фізична праця, регулярні спортивні тренування) поліпшує роботу серця. У тренованої людини при фізичних чи психічних навантаженнях посилене кровопостачання органів забезпечується не стільки за рахунок збільшення частоти серцевих скорочень, скільки за рахунок збільшення сили скорочення. Це пояснюють тим, що треноване серце за одне скорочення викидає набагато більше крові, ніж нетреноване. Його стінки мають товщі м’язи, а об’єм камер збільшений. Наприклад, у спортсменів за одне скорочення серце може викидати 200-250 мл крові за норми 65 мл; частота скорочень у стані спокою може становити лише 35-40 за хвилину, що збільшує періоди відпочинку серця. У нетренованої людини кровообіг посилюється насамперед за рахунок збільшення частоти скорочень. Це зумовлює втому серця: в клітинах серця спостерігають нестачу поживних речовин, накопичуються продукти обміну, скорочення стають повільнішими, постачання органів і тканин киснем і поживними речовинами – недостатнім.

Порушувати роботу серця можуть великі емоційні навантаження. Більшість людей знає, що за значних хвилювань, стресів серцева діяльність може порушитись – розвинеться так званий серцевий напад. Він супроводжується прискореним або, навпаки, сповільненим серцебиттям, порушенням скорочення серцевого м’яза.

ЦІКАВО ЗНАТИ! Зменшення частоти серцевих скорочень до 45-50 ударів за хвилину має назву брадикардія. Прискорене серцебиття називають тахікардією. За частого серцебиття шлуночки не встигають наповнитися кров’ю, у результаті чого знижується артеріальний тиск та зменшується приплив крові до органів. Погіршуються умови кровопостачання самого серця, оскільки воно здійснює велику роботу в одиницю часу та потребує більше кисню, а погані умови кровопостачання серця збільшують ризик інфаркту. Розлади ритмічності, послідовності й сили скорочень серцевого м’яза називають аритмією. Вони зумовлені порушеннями його автоматизму скорочень, збудливості, провідності.

Отже, для тренування серця необхідно розумову працю чергувати з фізичними вправами, частіше бувати на свіжому повітрі. Фізичні навантаження треба збільшувати поступово. Надмірна робота на початку тренування спричинить перевантаження серця і може призвести до його виснаження. Особливо важливо дотримуватись цього правила підліткам 14—17 років, у яких судинна система відстає в своєму розвитку від темпів розвитку серця.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ! У разі порушень роботи серця (зміни частоти та ритму скорочень, болю в ділянці серця тощо) слід негайно звернутись до лікаря.

Великої шкоди серцю завдає вживання алкоголю, наркотичних речовин та тютюнокуріння. Ці речовини різко прискорюють скорочення серця, виснажують серцевий м’яз. Систематичне вживання алкоголю порушує обмін речовин у м’язових клітинах серця, спричиняючи їх поступове переродження і відмирання.

Ключові терміни і поняття: серцевий цикл, систола, діастола, артеріальний пульс.

УЗАГАЛЬНИМО ЗНАННЯ

• Ритмічні скорочення серця складають серцевий цикл, у якому виділяють три фази: скорочення передсердь, скорочення шлуночків і загальне розслаблення. Ритм серця є основою його здатності підтримувати високу працездатність упродовж усього життя людини. Робота серця полягає в забезпеченні безперервної течії крові по кровоносних судинах. Пристосування серця до потреб організму досягається завдяки саморегуляції, нервовій і гуморальній регуляції роботи серця.

ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Дайте відповідь на запитання

1.3 яких фаз складається серцевий цикл? 2. Які основні характеристики окремих фаз серцевого циклу? 3. Що впливає на діяльність серця? 4. Як здійснюється нервова регуляція роботи серця? 5. За рахунок чого відбувається гуморальна регуляція серцевої діяльності? 6. Як людина може зміцнювати своє серце? 7. Чому слід уникати надмірних фізичних перевантажень і стресів?

Виберіть одну правильну відповідь

1. Укажіть тривалість серцевого циклу при частоті серцевих скорочень 72 уд./хв: а) 0,1 с; б) 0,3 с; в) 0,4 с; г) 0,8 с.

2. Укажіть тривалість систоли шлуночків: а) 0,1 с; б) 0,3 с; в) 0,4 с; г) 0,8 с.

3. Укажіть тривалість діастоли: а) 0,1 с; б) 0,3 с; в) 0,4 с; г) 0,8 с.

4. Укажіть показники частоти пульсу (уд./хв) у дорослої людини (в нормі): а) 60-75; б) 72-85; в) 72-80; г) 80-90.

Розв’яжіть задачу. Обчисліть, скільки крові (л) перекачує серце людини за годину, якщо воно скорочується у середньому 70 разів за 1 хв, викидаючи при кожному скороченні з двох шлуночків 150 мл крові. Виберіть правильну відповідь: а) 630; б) 10,5; в) 105; г) 63.

ОБГОВОРІТЬ У ГРУПАХ. І група. Схарактеризуйте фази серцевого циклу. II група. Схарактеризуйте чинники, що впливають на регуляцію роботи серця.

ПОМІРКУЙТЕ. Який існує зв’язок між нервовою та гуморальною регуляцією діяльності серця?

З допомогою дорослих виконайте дослідницький практикум.

Самоспостереження за частотою серцевих скорочень упродовж доби, тижня

Хід спостереження

1. Підрахуйте число серцевих скорочень за хвилину (пульс) упродовж доби (вранці (до уроків), після уроків і перед сном) і впродовж тижня. Дані оформіть у вигляді таблиці.

2. За результатами вимірювання побудуйте графік.

3. Зробіть висновок про зміни частоти серцевих скорочень упродовж доби і тижня.

Серцевий цикл

Серцевий цикл – це зміна станів скорочення (систоли) і розслаблення (діастоли) відділів серця, яка повторюється циклічно, і при частоті серцевих скорочень 75 уд/хв тривалість циклу дорівнює 0,8 с. Серцевий цикл починають розглядати з паузи серця – загальної діастоли передсердь і шлуночків. У цей час атріовентрикулярні клапани відкриті, а півмісяцеві закриті. Кров вільно надходить із вен і заповнює порожнини передсердь і шлуночків. У лівій і правій половинах серця знаходиться майже по 130-140 мл крові.

Систола передсердь

Із збудженням синоатріального вузла починається систола передсердь, що триває 0,1 с. Шляхом скорочення м’язів навколо порожнистих вен їх отвори перекриваються і утворюється замкнута передсердно-шлуночкова порожнина. Скорочення передсердь призводить до зростання в них тиску до 5-8 мм рт. ст., виштовхування крові через відкриті атріовентрикулярні клапани в шлуночки, внаслідок чого їх об’єм збільшується до 130-140 мл. Після систоли настає діастола передсердь, яка триває 0,7 с.

РИС. 10.18. Функції серця і серцевий викид

РИС. 10.19. Фази серцевого циклу: І – передсердна систола; 2 – ізометричне скорочення шлуночків; 3 – фаза вигнання; 4 – ізометричне розслаблення шлуночків; 5 – наповнення шлуночків

Беручи до уваги, що нагнітальну функцію в системі кровообігу виконують саме шлуночки серця, а передсердя – резервуарну та скоротливу, що під час своєї систоли додатково наповнюють шлуночки кров’ю, структуру серцевого циклу можна представити так, як зазначено на рис. 10.19.

Систола шлуночків

Процес збудження від передсердь через АВ-вузол, пучок Гіса, волокна Пуркіньє поширюється на міокард шлуночків, починається їх систола тривалістю 0,33 с, яка ділиться на два періоди і дві фази (рис. 10.20).

Перший – період напруження (триває 0,08 с) – починається скороченням шлуночків, підвищенням у них тиску вище діастолічного тиску в аорті (70-80 мм рт. ст.) і легеневій артерії (10-15 мм рт. ст.). Він складається із фази асинхронного скорочення (0,05 с), що характеризується неодночасним скороченням усіх кардіоміоцитів (першими скорочуються волокна, що розташовані біля провідної системи) і фази ізометричного скорочення (0,03 с) – скороченням усіх клітин шлуночків. Це призводить до

РИС. 10.20. Структура серцевого циклу

підвищення тиску в шлуночках, спрямування в бік передсердь крові, яка своїм потоком закриває атріовентрикулярні клапани. Зміщення атріовентрикулярних клапанів у бік передсердь призводить до підвищення тиску в передсердях.

Другий період вигнання крові (триває 0,25 с) розпочинається з відкриття півмісяцевих клапанів аорти і легеневої артерії і ділиться на фази швидкого (0,12 с) та повільного (0,13 с) вигнання. Аортальні (тиск крові в лівому шлуночку 80 мм рт. ст.) і легеневі (тиск крові в правому шлуночку 15 мм рт. ст.) клапани відкриваються, починається виштовхування крові (швидка фаза). Неспроможність отворів аорти і легеневої артерії швидко пропустити весь об’єм крові, що виштовхується, призводить до подальшого підвищення тиску крові (в лівому шлуночку до 130-150 мм рт. ст., у правому – до 20-25 мм рт. ст.), що сприяє подальшому викиду крові в судини (повільна фаза).

Діастола шлуночків

Діастола шлуночків характеризується появою на ЕКГ ізоелектричної лінії. Вона розпочинається після закінчення виштовхування крові в судини і триває 0,47 с. На цей час у шлуночках залишається 50 мл крові, і цей залишок називається кінцево-систолічним об’ємом (КСО). Виштовхнута під високим тиском у судини кров, через відкриті півмісяцеві клапани, намагається повернутися назад у шлуночки (де її тиск дорівнює 0) і зворотним током закриває їх. Час між викидом крові і закриттям клапанів називається протодіастолічним періодом, тривалість його 0,04 с. Напруга міокарда спадає, розвивається ізометричний період розслаблення (0,08 с), шлуночки розправляються і відновлюють свою форму. Під час діастоли передсердь (тривалістю 0,7 с) тиск крові в них падає, внаслідок чого в їх порожнини із вен починає притікати кров, яка при відкритих атріовентрикулярних клапанах прямує в шлуночки.

Починається період наповнення шлуночків кров’ю, який триває 0,25 с і складається із двох фаз: швидкого (0,08 с) і повільного (0,17 с) наповнення. У фазі швидкого наповнення кров поступає завдяки градієнту тисків із передсердь у шлуночки, наповнюючи їх на 2/3 кінцево-діастолічного об’єму, а у фазу повільного наповнення – шляхом надходження крові з порожнистих вен. Останні 0,1 с фази повільного наповнення (1/3 об’єму крові) співпадають із систолою передсердь, яка забезпечує підкачування додаткової порції крові у шлуночки і сприяє закриттю атріовентрикулярних клапанів.

Наповнення серця кров’ю здійснюється завдяки механізмам венозного притоку:

■ Негативного тиску в грудній клітці під час вдиху, що призводить до розширення порожнистих вен і передсердь – присмоктування в них крові.

■ Зміщення атріовентрикулярної перегородки вниз до верхівки серця, що збільшує об’єм передсердь та притік крові до них.

■ Перехід кінетичної енергії в потенціальну шляхом підпору більш високим тиском (у венах великого кола кровообігу 7 мм рт. ст., у порожнистих венах і правому передсерді – 0). Про підпор у свідчить вільний витік крові із перерізаної нижньої порожнистої вени.

■ Периферичного серця – венозної помпи. Скорочення скелетних м’язів стискує вени кінцівок, тулуба, що мають клапани, і проштовхує кров у напрямку серця.