Глава 1. Сердечно-сосудистая система
Анатомия и физиология
В этом разделе рассказывается о роли, которую играют сердце, кровеносные сосуды и кровь. С помощью этих систем различные вещества, образующиеся в организме, переносятся туда, где они требуются.
Строение и функции сердечно-сосудистой системы
С функциональной точки зрения сердечно-сосудистая система образована двумя родственными структурами. Первая состоит из сердца, артерий, капилляров и вен, которые обеспечивают замкнутый круговорот крови, вторая – из сети капилляров и протоков, впадающих в венозную систему.
Анатомически сердечно-сосудистая система состоит из сердца, артерий, капилляров, вен и выполняет три основные функции:
1) транспортировку питательных веществ, газов, гормонов и продуктов метаболизма к клеткам и из клеток;
2) регуляцию температуры тела;
3) защиту от вторгающихся микроорганизмов и чужеродных клеток.
Эти функции непосредственно выполняются жидкостями, циркулирующими в системе, – кровью и лимфой. (Лимфа – прозрачная, водянистая жидкость, содержащая белые клетки крови и находящаяся в лимфатических сосудах.)
Сердце: строение и функционирование
Сердце – мощный мышечный орган, нагнетающий кровь через систему полостей (камер) и клапанов в распределительную сеть, называемую системой кровообращения. У человека сердце расположено вблизи центра грудной полости. Оно состоит в основном из прочной эластичной ткани – сердечной мышцы (миокарда), которая на протяжении всей жизни ритмически сокращается, посылая кровь через артерии и капилляры к тканям организма.
Этот неутомимый насос размером со сжатый кулак весит немногим больше 200 г, лежит почти на боку за грудиной между правым и левым легкими (которые частично прикрывают его переднюю поверхность) и снизу соприкасается с куполом диафрагмы. По форме сердце напоминает усеченный конус, слегка выпуклый, как груша, с одной стороны; верхушка расположена слева от грудины и обращена к передней части грудной клетки. От противоположной верхушке части (основания) отходят крупные сосуды, по которым притекает и оттекает кровь.
Основным показателем работы сердца является то количество крови, которое оно должно перекачивать за 1 минуту. При каждом сокращении сердце выбрасывает около 60–75 мл крови, а за минуту (при средней частоте сокращений 70 в минуту) – 4–5 л, т. е. 300 л в час, 7200 л в сутки.
За 70 лет сердце нагнетает примерно 156 млн л крови. Оно сокращается более 100 000 раз в день, перегоняя кровь по 20 000 км вен и артерий, составляющих кровеносную систему человека. В течение дня сердце производит в среднем от 60 до 90 сокращений в минуту – 42 млн ударов в год и более 2,5 млрд сокращений за 70 лет жизни.
Помимо того что этот орган поддерживает устойчивый, нормальный кровоток, он быстро приспосабливается и адаптируется к постоянно меняющимся потребностям организма. К примеру, в состоянии активности сердце нагнетает больше крови и меньше – в состоянии покоя. Когда взрослый человек находится в состоянии покоя, сердце совершает от 60 до 80 сокращений в минуту. При физической нагрузке, в момент стресса или возбуждения частота сокращений сердца может возрастать до 200 ударов в минуту.
Без кровообращения функционирование организма невозможно, и сердце как его «мотор» представляет собой жизненно важный орган. При остановке или резком ослаблении работы сердца смерть наступает уже через несколько минут.
Сердце окружено околосердечной сумкой (перикардом), содержащей перикардиальную жидкость. Эта сумка позволяет сердцу свободно сокращаться и расширяться. Перикард прочен, он состоит из соединительной ткани и имеет двухслойную структуру. Перикардиальная жидкость содержится между слоями перикарда и, действуя как смазка, позволяет им свободно скользить друг по другу при расширении и сокращении сердца.
Сердце состоит из нескольких структур: стенок, перегородок, клапанов, проводящей системы и системы кровоснабжения. Оно разделяется перегородками на четыре камеры, которые заполняются кровью не одновременно. Две нижние толстостенные камеры – желудочки — играют роль нагнетающего насоса. Они получают кровь из верхних камер и, сокращаясь, направляют ее в артерии. Сокращения желудочков и создают то, что называют сердцебиениями. Две верхние камеры – предсердия. Это тонкостенные резервуары, которые легко растягиваются, вмещая в интервалах между сокращениями поступающую из вен кровь.
Стенки и перегородки составляют мышечную основу четырех камер сердца. Мышцы камер расположены таким образом, что при их сокращении кровь буквально выбрасывается из сердца. Притекающая венозная кровь поступает в правое предсердие, проходит через трехстворчатый клапан в правый желудочек, откуда попадает в легочную артерию, пройдя через ее полулунные клапаны, и далее в легкие. Таким образом, правая часть сердца получает кровь от тела и прокачивает ее в легкие. Кровь, возвращающаяся из легких, поступает в левое предсердие, проходит через двустворчатый, или митральный, клапан и попадает в левый желудочек, из которого проталкивается в аорту, прижимая к ее стенке аортальные полулунные клапаны. Таким образом, левая часть сердца получает кровь из легких и прокачивает ее в тело.
Клапаны представляют собой соединительнотканные складки, которые допускают ток крови только в одном направлении. Четыре сердечных клапана (трехстворчатый, легочный, двустворчатый, или митральный, и аортальный) выполняют роль «дверцы» между камерами, открывающейся в одну сторону. Эти клапаны способствуют продвижению крови вперед и препятствуют ее движению в обратном направлении.
Трехстворчатый клапан расположен между правым предсердием и правым желудочком. Само название этого клапана говорит о его строении. При открытии этого клапана кровь переходит из правого предсердия в правый желудочек. Он предотвращает обратный ток крови в предсердие, закрываясь во время сокращения желудочка. При закрытом трехстворчатом клапане кровь в правом желудочке находит выход только в легочный ствол.
Легочный ствол делится на левую и правую легочные артерии, которые идут соответственно в левое и правое легкое. Вход в легочный ствол закрывается легочным клапаном. Легочный клапан состоит из трех створок, которые открыты в момент сокращения правого желудочка и закрыты в момент его расслабления. Легочный клапан позволяет крови попадать из правого желудочка в легочные артерии, но предотвращает обратный ток крови из легочных артерий в правый желудочек.
Двустворчатый, или митральный, клапан регулирует ток крови из левого предсердия в левый желудочек. Как и трехстворчатый клапан, он закрывается в момент сокращения левого желудочка.
Аортальный клапан состоит из трех створок и закрывает собой вход в аорту. Этот клапан пропускает кровь из левого желудочка в момент его сокращения и препятствует обратному току крови из аорты в левый желудочек в момент расслабления последнего.
Лепестки здорового клапана представляют собой тонкую, гибкую ткань совершенной формы. Они открываются и закрываются, когда сердце сокращается или расслабляется. В случае дефекта (порока) клапанов, ведущего к их неполному смыканию, возникает обратный ток некоторого количества крови через поврежденный клапан при каждом мышечном сокращении.
Эти дефекты могут быть как врожденными, так и приобретенными. Клапаны бывают повреждены или покрыты рубцами вследствие ревматической атаки, инфекции, наследственных факторов, возраста или сердечных приступов. Наиболее подвержены подобным изменениям митральные клапаны.
Левый и правый отделы сердца (состоящие из предсердия и желудочка каждый) изолированы друг от друга. Правый отдел получает бедную кислородом кровь, оттекающую от тканей организма, и направляет ее в легкие. Левый отдел получает насыщенную кислородом кровь из легких и направляет ее к тканям всего тела. Левый желудочек намного толще и массивнее других камер сердца, поскольку выполняет самую тяжелую работу – нагнетание крови в большой круг кровообращения: обычно толщина его стенок немногим меньше 1,5 см.
Сердце имеет строго определенную последовательность сокращения (систолы) и расслабления (диастолы), называемую сердечным циклом. Поскольку длительность систолы и диастолы одинакова, половину времени цикла сердце находится в расслабленном состоянии.
Сердечная деятельность регулируется тремя факторами:
1) сердцу присуща способность к спонтанным ритмическим сокращениям (так называемый автоматизм);
2) частота сердечных сокращений определяется главным образом иннервирующей сердце вегетативной нервной системой;
3) гармоничное сокращение предсердий и желудочков координируется проводящей системой, состоящей из многочисленных нервных и мышечных волокон и расположенной в стенках сердца.
Кровеносная система
Кровеносная система человека кроме сердца включает в себя разнообразные кровеносные сосуды. Сосуды представляют собой систему полых эластичных трубок различного строения, диаметра и механических свойств, заполненных кровью.
В общем случае в зависимости от направления движения крови сосуды делятся на артерии, по которым кровь отводится от сердца и поступает к органам, и вены – сосуды, кровь в которых течет по направлению к сердцу.
Между артериями и венами находится микроциркуляторное русло, формирующее периферическую часть сердечно-сосудистой системы. Микроциркуляторное русло представляет собой систему мелких сосудов, включающую артериолы, капилляры, венулы. Артериолы и венулы представляют собой мелкие разветвления соответственно артерий и вен.
Приближаясь к сердцу, вены снова сливаются, образуя более крупные сосуды.
Артерии имеют большой диаметр и толстые эластичные стенки, выдерживающие очень высокое давление крови. В отличие от артерий вены имеют более тонкие стенки, которые содержат меньше мышечной и эластичной ткани. Капилляры – это самые мелкие кровеносные сосуды, которые соединяют артериолы с венулами. Благодаря очень тонкой стенке капилляров в них происходит обмен питательными и другими веществами (такими как кислород и углекислый газ) между кровью и клетками различных тканей. В зависимости от потребности в кислороде и других питательных веществах разные ткани имеют разное количество капилляров.
Такие ткани, как мышцы, потребляют большое количество кислорода и поэтому имеют густую сеть капилляров. С другой стороны, ткани с медленным обменом веществ (такие как эпидермис и роговица) вообще не содержат капилляров. В теле человека очень много капилляров: если бы их можно было расплести и вытянуть в одну линию, то ее длина составила бы от 40 000 до 90 000 км!
Человек и все позвоночные животные имеют замкнутую кровеносную систему. Сердечно-сосудистая система человека образует два соединенных последовательно круга кровообращения: большой и малый.
Большой круг кровообращения обеспечивает кровью все органы и ткани. Он начинается в левом желудочке, откуда выходит аорта, а заканчивается в правом предсердии, куда впадают полые вены.
Малый круг кровообращения ограничен циркуляцией крови в легких, здесь происходит обогащение крови кислородом и выведение углекислого газа. Он начинается правым желудочком, из которого выходит легочный ствол, а заканчивается левым предсердием, в которое впадают легочные вены.
Кровоснабжение сердца. Сердце имеет и собственное кровоснабжение: особые ветви аорты (коронарные артерии) снабжают его насыщенной кислородом кровью.
Хотя через камеры сердца проходит огромное количество крови, само сердце ничего не извлекает из нее для «собственного питания». Его потребности обеспечиваются коронарными артериями – специальной системой сосудов, по которым сердечная мышца непосредственно получает примерно 10 % всей прокачиваемой ею крови.
Состояние коронарных артерий имеет важнейшее значение для нормальной работы сердца. В них нередко развивается процесс постепенного сужения (стеноз), который при перенапряжении вызывает загрудинные боли и приводит к сердечному приступу.
Две коронарные артерии, диаметром 0,3–0,6 см каждая, представляют собой первые ответвления аорты, отходящие от нее примерно на 1 см выше аортального клапана.
Левая коронарная артерия почти сразу же делится на две крупные ветви, одна из которых (передняя нисходящая ветвь) проходит по передней поверхности сердца к его верхушке. Вторая ветвь (огибающая) располагается в желобке между левым предсердием и левым желудочком. Вместе с правой коронарной артерией, лежащей в желобке между правым предсердием и правым желудочком, она, как корона, огибает сердце. Отсюда и название – «коронарные».
От крупных коронарных сосудов отходят меньшие веточки, которые проникают в толщу сердечной мышцы, снабжая ее питательными веществами и кислородом.
При повышении давления в коронарных артериях и увеличении работы сердца кровоток в коронарных артериях возрастает. Недостаток кислорода также приводит к резкому возрастанию коронарного кровотока.
Сердечный цикл
Выполнение сердцем функций по «сбору» и перекачиванию крови зависит от ритма движения крошечных импульсов, поступающих из верхней камеры сердца в нижнюю. Эти импульсы распространяются по проводящей системе сердца, которая задает необходимую частоту, равномерность и синхронность сокращений предсердий и желудочков в соответствии с потребностями организма.
Последовательность сокращений камер сердца называют сердечным циклом. За время цикла каждая из четырех камер проходит фазу сокращения (систолы) и фазу расслабления (диастолы). Первыми сокращаются предсердия: вначале правое, почти сразу же за ним левое. Эти сокращения обеспечивают быстрое заполнение кровью расслабленных желудочков. Затем сокращаются желудочки, с силой выталкивающие содержащуюся в них кровь. В это время предсердия расслабляются и заполняются кровью из вен. Каждый такой цикл продолжается в среднем 6/7 секунды.
Одна из наиболее характерных особенностей сердца – его способность к регулярным спонтанным сокращениям, не требующим внешнего пускового механизма типа нервной стимуляции. Сердечная мышца приводится в движение электрическими импульсами, возникающими в самом сердце. Их источником служит небольшая группа специфических мышечных клеток в стенке правого предсердия. Они образуют поверхностную С-образную структуру длиной примерно 15 мм, которая носит название синоатриального, или синусного, узла. Его называют также ритмоводителем. Он не только «запускает» сердцебиения, но и определяет их исходную частоту, характерную для каждого вида живых существ и сохраняющуюся постоянной в отсутствие химических или нервных воздействий. Это анатомическое образование контролирует и регулирует сердечный ритм в соответствии с активностью организма, временем суток и многими другими факторами, влияющими на человека.
В естественном водителе ритма сердца возникают электрические импульсы, которые проходят через предсердия, заставляя их сокращаться, к предсердно-желудочковому узлу, расположенному на границе предсердий и желудочков. Затем возбуждение по проводящим тканям распространяется в желудочках, вызывая их сокращение. После этого сердце отдыхает до следующего импульса, с которого начинается новый цикл.
Возникающие в водителе ритма импульсы волнообразно распространяются по мышечным стенкам обоих предсердий, вызывая их практически одновременное сокращение. Эти импульсы могут распространяться только по мышцам. Поэтому в центральной части сердца между предсердиями и желудочками находится мышечный пучок, так называемая атриовентрикулярная (АВ) проводящая система. Ее начальная часть, в которую поступает импульс, называется АВ-узлом. По нему импульс распространяется очень медленно, так что между возникновением импульса в синусном узле и его распространением по желудочкам проходит около 0,2 с. Именно эта задержка и позволяет крови поступать из предсердий в желудочки, пока последние остаются еще расслабленными.
Из АВ-узла импульс быстро распространяется вниз по проводящим волокнам, образующим так называемый пучок Гиса. Правильность работы сердца, его ритм можно проверить, положив руку на сердце или измерив пульс.
Регуляция сердечных сокращений. Сердце взрослого человека обычно сокращается с частотой 60–90 раз в минуту. У детей частота сердцебиений выше: у младенцев – примерно 120, а у детей до 12 лет – 100 ударов в минуту. Это лишь средние показатели, и в зависимости от условий (например от физической или психоэмоциональной нагрузки и пр.) они могут очень быстро меняться.
Сердце обильно снабжено нервами, регулирующими частоту его сокращений. Сильные эмоции, например возбуждение или страх, усиливают поступление в сердце импульсов, идущих из мозга. Важную роль в работе сердца играют и физиологические изменения. Так, возрастание концентрации углекислоты в крови наряду со снижением содержания кислорода вызывает мощную стимуляцию сердца. Переполнение кровью (сильное растяжение) определенных участков сосудистого русла оказывает противоположное действие, что приводит к замедлению сердцебиений.
Физические нагрузки тоже повышают частоту сердечных сокращений вплоть до 200 в минуту и более.
Ряд факторов влияет на работу сердца непосредственно, без участия нервной системы. Например, повышение температуры тела ускоряет ритм сердечных сокращений, а снижение замедляет его. Некоторые гормоны, такие как адреналин и тироксин, тоже оказывают прямой эффект и, поступая в сердце с кровью, увеличивают частоту сердцебиений.
Регуляция силы и частоты сердечных сокращений – очень сложный процесс, в котором взаимодействуют многочисленные факторы. Одни влияют на сердце прямо, другие действуют опосредованно – через различные уровни центральной нервной системы. Мозг обеспечивает координацию этих влияний на работу сердца с функциональным состоянием остальных отделов системы кровообращения таким образом, что достигается нужный эффект.
Давление крови. Функция сердца заключается в постоянном перемещении крови и содержащихся в ней кислорода и питательных веществ по всему организму; при этом сердце своими ритмическими сокращениями приводит в движение всю кровь в кровеносных сосудах. Кровь, выталкиваемая сердцем, давит на стенки артерий, и это давление называют артериальным.
В разных участках сердца и крупных сосудов давление, создаваемое сокращением сердца, неодинаково. Так, завершающая движение по большому кругу кровообращения кровь, возвращающаяся в правое предсердие по венам, находится под относительно малым давлением – около 1–2 мм рт. ст. Правый желудочек, посылающий кровь в легкие, где начинается малый круг кровообращения, во время систолы доводит это давление примерно до 20 мм рт. ст. Возвращающаяся в левое предсердие кровь находится под низким давлением, которое при сокращении предсердия повышается до 3–4 мм рт. ст.
Однако мощный левый желудочек выталкивает кровь с большой силой. При его сокращении давление достигает примерно 120 мм рт. ст., и этот уровень поддерживается в артериях всего тела. Отток крови в капилляры в промежутке между сокращениями сердца снижает артериальное давление примерно до 80 мм рт. ст. Эти два уровня давления, вместе взятые, и называют кровяным, или, точнее, артериальным, давлением (АД). Таким образом, типичное «нормальное» давление – 120/80 мм рт. ст.
Почему же АД характеризуется двумя цифрами, записываемыми традиционно через дробь? Сердце, работая как насос, при выбросе крови создает в сосудах максимальное давление, так называемое систолическое, верхнее (первая цифра). При расслаблении в сосудах создается минимальное давление, так называемое диастолическое, нижнее (вторая цифра).
Как уже было сказано, полученные при измерении артериального давления (АД) показатели обычно записывают в виде дроби, где числитель содержит значение систолического («верхнего»), а знаменатель диастолического («нижнего») давления.
Единицами измерения АД являются миллиметры ртутного столба. АД, как и многие другие характеристики жизнедеятельности организма вообще и сердечно-сосудистой системы в частности, является изменчивым (динамичным) показателем. В состоянии покоя у здорового человека оно поддерживается на строго определенном уровне, позволяющем полноценно функционировать всем органам и системам организма. Этот уровень – 120/80. Во время любых физических или эмоциональных нагрузок обычно происходит кратковременное повышение давления, не имеющее ничего общего с заболеванием. Это нормальная, здоровая физиологическая реакция организма на внешние раздражители. В отличие от здоровых людей у больных стойкое повышение АД происходит даже в состоянии покоя.
Повышение давления в сосудах организма называют гипертензией (от греческого слова hyper — «сверх» и латинского слова tendere — «натягивать») или гипертонией (от греческих слов hyper и tonus — «повышенное напряжение»). Таким образом, слова «гипертензия» и «гипертония» являются синонимами. Под артериальной гипертонией понимают стойкое повышение АД, более чем 140/90 мм рт. ст., зафиксированное в разное время при нескольких измерениях. Причем не обязательно должны быть повышены обе цифры АД одновременно. Для постановки диагноза артериальной гипертензии достаточно стойкого увеличения одного из компонентов АД – либо систолического, либо диастолического.
Величина АД, считают многие ученые, как у здоровых, так и у больных, определяется в основном двумя факторами:
1) во-первых, кровенаполнением сердца, точнее объемом крови, содержащимся в левом желудочке сердца в момент его сокращения (эта величина носит название «сердечный выброс»);
2) во-вторых, противодействием сосудов, отходящих от сердца (артерий), в ответ на сердечное сокращение и продвижение крови по ним (так называемое общее периферическое сосудистое сопротивление (ОПСС)).
В ряде современных научных исследований доказано, что величина АД является результатом арифметического произведения двух величин: сердечного выброса и ОПСС. Следовательно, рост АД может происходить, если увеличиваются либо оба, либо хотя бы один из этих показателей. В организме человека имеются различные механизмы, регулирующие как величины сердечного выброса и ОПСС по отдельности, так и уровень АД в целом. Так, для выполнения любой нагрузки, как физической, так и эмоциональной, организму требуется усиленное питание: органы и ткани должны получать из крови большее, чем в состоянии покоя, количество кислорода. В связи с этим сердце должно перекачивать большее количество крови, в результате чего растет и сердечный выброс.
При этом нужно учесть, что сердце и сосуды пронизаны специфическими нервными волокнами, образующими так называемую симпатическую нервную систему. В естественных условиях у всех людей повышение активности симпатической нервной системы сердца наблюдается при любых нагрузках – как физических, так и эмоциональных.
Повышение активности симпатической нервной системы вызывает сужение сосудов, т. е. увеличивается их сопротивление возросшему потоку крови, что вызывает прирост ОПСС. Когда действие нагрузки прекращается, активность симпатической нервной системы и, следовательно, АД снижается до уровня состояния покоя, поскольку необходимость в интенсивном кровоснабжении органов и тканей отпадает.
Однако есть люди, у которых активность симпатической нервной системы повышена постоянно, что способствует развитию у них артериальной гипертензии.
Другой, наиболее известный и хорошо изученный в настоящее время механизм регуляции АД носит биохимический характер и связан с уровнем гормонов надпочечников и отдельных веществ, вырабатываемых почками. В ткани почек у некоторых людей, особенно страдающих сужением почечных артерий, в избыточном количестве вырабатывается ренин. Он стимулирует цепочку биохимических реакций, которые способствуют образованию специфического вещества ангиотензина II, обладающего мощным сосудосуживающим действием, вызывающим стойкое повышение АД.
Кроме того, у таких людей усиливается выработка еще одной биологически активной субстанции – гормона надпочечников альдостерона. Действие этого гормона приводит к задержке в организме жидкости и натрия, поступающего в основном вместе с поваренной солью. В конечном счете действие альдостерона способствует увеличению сердечного выброса.
Симпатическая нервная система, вызывая сужение почечных артерий, косвенно усиливает выработку ренина почками, что ведет к увеличению выработки ангиотензина II и альдостерона, а ангиотензин II и альдостерон, в свою очередь, усиливают активность симпатической нервной системы. Таким образом, у больных артериальной гипертензией замыкается порочный круг, способствующий стойкому увеличению АД.
Какое артериальное давление считается нормальным? Мы уже говорили, что идеальное давление – 120/80. Для взрослого человека нормальным считается артериальное давление ниже 140/90 мм рт. ст. Тем не менее давление может меняться в зависимости от возраста, и очень важно, чтобы оно не превышало показателей, указанных в таблице. Это возрастные нормы уровня артериального давления, принятые Всемирной организацией здравоохранения.
Данные, приведенные в таблице, не являются абсолютными. Есть и другие точки зрения на соотношение возраста и уровня артериального давления. В частности, в следующей главе, при рассмотрении вопроса о возрасте как о факторе риска гипертонической болезни, будет приведена другая таблица, где дается более широкий диапазон возрастных значений АД.
Не так уж важно, на какие данные вы будете ориентироваться. Важно соотносить показатели своего давления с вариантами нормы и знать: любое, даже однократное обнаружение повышения давления требует консультации врача.