Петля «давление-объем» — графический образ насосной функции сердца
Для удобства и объективизации анализа сердечной деятельности взаимосвязь преднагрузки, инотропного состояния и постнагрузки, т.е. факторов, определяющих насосную функцию сердца, нередко взаимоотношения между давлением и объемом крови в полостях сердца, интегрируют графически в виде соответствующих диаграмм (син: петель) «давление-объем» [в контексте излагаемого материала «петля» — это научное понятие (син.: цикл Карно), которое используют для обозначения обратимого кругового процесса (исторически оно вошло в научный лексикон при изучении термодинамики)].
Динамика «построения» такой петли (на примере насосной функции левого желудочка) представлена ниже.
Когда открывается митральный клапан, левый желудочек начинает заполняться кровью. Объем желудочка постепенно растет, а в конце его диастолы происходит систола левого предсердия, которая активно увеличивает наполнение желудочка и соответственно давление в его полости — это преднагрузка. Наклон кривой диастолического давления является показателем диастолической «жесткости» (сопротивляемости, растяжимости) левого желудочка.
Затем начинается систола (период изоволюмического сокращения): давление в желудочке резко возрастает (кривая идет вверх) и когда оно превысит давление в аорте, открываются аортальные клапаны, а кровь начинает поступать в аорту. Сопротивление току крови в момент открытия аортальных клапанов — это постнагрузка (сопротивление опорожнению сердца). Далее кровь поступает в сосуды, объем желудочка уменьшается сначала медленно, а затем быстро падает давление в его полости. Окончание систолы зависит от сократительной способности миокарда (чем лучше сократимость, тем левее будет расположен этот угол и шире петля объем—давление).
Площадь петли численно равна работе, т.е. насосной функции, левого желудочка за один сердечный цикл, а форма петли отражает механизмы выполнения данной работы. Разумеется, площадь и форма петли зависят от конкретных условий функционирования сердечной помпы.
Таким образом, петля «объем — давление» позволяет визуализировать, т. е. формировать зрительный образ насосной функции сердца,проводить объективный анализ состояния внутрисердечной гемодинамики и ее изменений под влиянием различных факторов, в т.ч. лекарственных средств, действующих на инотропное состояние миокарда, преднагрузку и постнагрузку. В интегрированном виде данное утверждение проиллюстрировано на рис. 1.16.
При увеличении постнагрузки петля «объем-давление» перемещается вверх. Такой сдвиг связан с тем, что аортальные клапаны (правый верхний угол петли) открываются лишь тогда, когда систолическое изоволюмическое давление желудочка превысит давление в аорте. Сопротивление току крови в момент открытия аортальных клапанов — это постнагрузка, которая определяется двумя факторами: сопротивлением опорожнению сердца и напряжением волокон миокарда. В изоволюмическую фазу систолы напряжение волокон должно увеличиваться для преодоления сопротивления току крови. При этом очевидно, что чем меньше сократимость миокарда, тем меньше будет ширина петли и правее расположен ее левый верхний угол (окончание систолы).
При увеличении преднагрузки петля «объем-давление» смещается вправо. Левый нижний угол петли — время открытия митрального клапана (начало диастолического наполнения левого желудочка).Объем левого желудочка постепенно растет, а в конце диастолы увеличивается также давление в его полости (правый нижний угол петли соответствует окончанию диастолы) — это преднагрузка. Данный угол смещается вправо из-за повышения конечного диастолического давления в левом желудочке.
Таким образом, на приведенном примере можно убедиться, что петля «объем — давление», а точнее — ее площадь графически (количественно) отражает насосную функцию левого желудочка по преодолению аортального давления крови, а форма петли, т. е. ее структура, — механизм выполнения данной работы.
Группа кривых, которые отражают функциональную способность желудочков перекачивать кровь. На рисунке показана зависимость работы желудочков во время систолы от среднего давления в предсердиях. По мере роста давления в каждом предсердии работа желудочков увеличивается, пока не достигнет предельной величины. На рисунке показана зависимость минутного объема желудочков от среднего давления в предсердиях. По мере роста давления в правом и левом предсердиях минутный объем соответствующего желудочка также увеличивается. Обратите внимание, что обе группы кривых также демонстрируют механизм Франка-Старлинга: наполнение желудочков кровью при более высоком предсердном давлении приводит к увеличению объема каждого желудочка, увеличению силы его сокращения и, следовательно, увеличению объема крови, поступающей из желудочков в артерии. Насосная функция сердца контролируется симпатическими и парасимпатическими нервами, которые обильно иннервируют сердце . За счет стимуляции симпатических нервов объем крови, который сердце перекачивает за минуту (сердечный выброс) может увеличиться более чем на 100%. И наоборот, сердечный выброс может уменьшиться до нуля за счет стимуляции блуждающих (парасимпатических) нервов. Стимулирующее влияние симпатических нервов на сердце. Симпатическая стимуляция может увеличить частоту сердечных сокращений у здорового молодого человека от 70 до 180-200 уд/мин, а иногда даже до 250 уд/мин. Кроме того, симпатические нервы увеличивают силу сердечных сокращений примерно в 2 раза, что приводит к увеличению ударного объема и систолического давления. Таким образом, симпатическая стимуляция способна увеличить сердечный выброс в 2-3 раза (дополнительно к изложенному механизму Франка-Старлинга). С другой стороны, торможение симпатических нервов сердца слабо влияет на его насосную функцию. Снижение сердечного выброса происходит не более чем на 30%. Это объясняется низкой частотой постоянной тонической импульсации, идущей по симпатическим нервам к сердцу. Влияние парасимпатических нервов на сердце. Стимуляция парасимпатических волокон в составе блуждающего нерва способна остановить сердцебиение на несколько минут; затем сердце «ускользает» из-под влияния блуждающих нервов и сокращается с частотой 20-40 уд/мин все время, пока продолжается стимуляция нервов. Кроме того, блуждающие нервы уменьшают силу сокращений сердца на 20-30%. Волокна блуждающего нерва в основном иннервируют предсердия, но не желудочки. Этот факт объясняет значительное влияние вагусной стимуляции на частоту сердечных сокращений и слабое ее влияние на силу сокращений. Тем не менее, суммарный эффект этих влияний выражается в снижении сердечного выброса на 50% и более. Влияние симпатических и парасимпатических нервов на кривые рабочей активности сердца. На рис.унке представлены четыре кривые, отражающие насосную функцию сердца, а не отдельного желудочка. Эти кривые показывают связь между давлением на входе в правые отделы сердца (т.е. в правом предсердии) и сердечным выбросом (из левого желудочка в аорту). На рисунке видно, что при любом уровне давления в правом предсердии сердечный выброс увеличивается под влиянием симпатических нервов и уменьшается под влиянием парасимпатических нервов. Изменение величины сердечного выброса каждый раз происходит как за счет изменения частоты сердечных сокращений, так и за счет изменения силы сердечных сокращений.