Сердцебиение

Человеческое сердце бьется со скоростью от 60 до 80 ударов в минуту (чуть быстрее одного удара в секунду) в течение всей жизни, которая может продлиться долее века. При каждом ударе сердце выбрасывает около 130 кубических сантиметров крови даже в самых спокойных условиях, поэтому за одну минуту спокойно работающее сердце перекачивает 5 литров крови. За сто лет верной службы оно совершит около 4 миллиардов ударов и перекачает 600 000 тонн крови.

Работа, совершаемая сердцем каждую минуту, эквивалентна подъему веса в 70 фунтов на высоту 1 фут от земли. Это в два раза превышает энергию, которую могут произвести сильные мышцы рук и ног; однако сердце может работать в таком темпе неопределенно долго, в то время как мышцы конечностей, достигнув меньшего, тем не менее быстро устают. Необычная способность сердечной мышцы работать столь усердно и, несмотря на это, так неутомимо вызывает особый интерес у физиологов.

Скорость биения сердца частично зависит от размера организма – чем меньше размер, тем быстрее сердцебиение. Так, у женщин сердце бьется на 6–8 ударов быстрее, чем у мужчин. У детей сердце бьется еще быстрее, и при рождении частота ударов может достигать 130 в минуту.

Это относится и к другим млекопитающим, кроме человека. У кролика сердце бьется со скоростью 200 ударов в минуту, а крошечное сердчишко мыши трепещет со скоростью 500 ударов в минуту. Хладнокровные животные, которым требуется гораздо более низкий уровень внутренней химической активности, чем птицам и млекопитающим, существуют с медленным сердцебиением. Сердце лягушки, несмотря на ее небольшой размер, бьется всего 30 раз за минуту в теплую погоду, с падением температуры сердцебиение замедляется. При температуре близкой к нулевой скорость сердечных ударов понижается до 6–8 в минуту.

Животные, впадающие в зимнюю спячку, демонстрируют удивительное разнообразие скорости сердечных ударов. У ежа в нормальном состоянии сердце бьется со скоростью 250 ударов в минуту, по в холодную погоду он выживает за счет приостановки деятельности организма, вызванной снижением температуры тела, во время которой частота биения сердца может упасть до 3 ударов в минуту. У животных, которые по размеру превосходят человека, сердцебиение, естественно, медленнее, чем у нас. У буйвола оно 25 ударов в минуту, у слона – 20 ударов. Сердечный ритм у данного организма будет варьироваться в зависимости от уровня его активности. Во время физических упражнений, когда потребность организма в кислороде возрастает, сердце бьется сильнее и чаще. Ускорение сердечной деятельности происходит также при нервном напряжении, страхе или радостном ожидании и волнении. Учащенное сердцебиение при таких обстоятельствах – знакомое явление.

Продолжительные физические нагрузки гипертрофируют сердце, как любую другую мышцу. По этой причине у спортсменов скорость биения сердца при отдыхе ниже, чем у мужчин, ведущих сидячий образ жизни. Сердце спортсмена может совершать не больше 50–60 ударов в минуту. Замедление сердцебиения более чем оправдано тем, что сердце, увеличенное в размерах и укрепленное с помощью физических упражнений, доставляет больше крови за один удар.

Что помогает сердцу сохранять идеальный ритм? Можно подумать, что это происходит благодаря какой-то ритмичной нервной стимуляции, но это не так. Хотя сердце действительно снабжено нервами, которые могут влиять на частоту его биения, они отвечают в первую очередь совсем не за ритм. Это подтверждается тем, что сердце эмбриона в утробе матери начинает биться еще до того, как образуется нервная система, и продолжает биться у экспериментальных животных, даже если нервы перерезать. Сердечная мышца будет сокращаться даже в полной изоляции при условии, что она будет помещена в подходящую жидкость.

Сердечные клетки пропускают ионы калия, но не пропускают ионы натрия. Эти ионы представляют собой заряженные частицы, и при разнице концентрации таких частиц внутри и снаружи клетки создается электрический потенциал, который проходит через клеточную оболочку. Рост и падение этого электрического потенциала по мере того, как ионы проходят через оболочку клетки, вызывает ряд сокращений (впрочем, подробности того, как это происходит, до сих пор не совсем ясны), и ритмичность, с которой движутся ионы, отражается на ритмичности этих сокращений. Это означает, что работа сердца зависит от концентрации различных ионов в крови и что она должна контролироваться в узких пределах. Именно с этим-то и справляется организм; да и сам человек может создать имитацию этого процесса вне организма, используя, как я сказал выше, подходящую жидкость.

Сердце, вынутое из тела, можно сохранить в действующем состоянии (живым и бьющимся), если оно перфундировано в растворе, поддерживающем нужную концентрацию разнообразных ионов. (Под перфузией подразумевается принудительное движение жидкости через кровеносные сосуды, которые в обычном состоянии питают орган.) Первым изобрел жидкость, которая оказалась эффективной для таких целей, английский врач Сидней Рингер, и она до сего времени известна как «раствор Рипгера». Биться может не только все сердце целиком, даже часть его будет сокращаться, если перфундирована надлежащим образом. Именно так было обнаружено, что различные отделы сердца сокращаются с разной скоростью. Та часть сердца, что бьется быстрее всех, однако, задает скорость остальным отделам, поскольку каждое повышение и снижение электрического потенциала передается по сердечной мышце из этой части, а остальные отделы сердца вынуждены следовать ей, не имея возможности установить собственную скорость колебаний электрического потенциала. Поэтому та часть, что бьется быстрее остальных, называется сердецным стимулятором, или водителем ритма.

В двухкамерном сердце рыб водитель ритма находится в полой вене – sinus venosus. Это расширение на конце вены, ведущей в предсердие. Биение сердца начинается здесь и прогрессирует к предсердию и желудочку.

Полая вена сохраняется у эмбрионов птиц и млекопитающих, по исчезает при рождении. Она сливается в правое предсердие, и ее остатки все еще различимы в виде пучка особых клеток. Поскольку эти клетки представляют собой слияние полой вены и предсердия, они называются синусоатриальный пучок, или сокращенно пучок S-A. Именнопучок S-A является водителем ритма в человеческом сердце. Волна флюктуации (колебаний) электрического потенциала, которая начинается в пучке S-A, распространяется по обоим предсердиям (которые составляет единая слитая клетка, или синцитий – соклетие, как вы, вероятно, помните), так чтобы оба предсердия сокращались одновременно. В месте разделения между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярный пучок, или пучок A-V), где заканчивается один синцитий и начинается другой, происходит моментальная пауза. Пучок A-V, однако, вскоре подхватывает волну и направляет ее вдоль желудочков, которые тогда тоже сокращаются одновременно.

Если происходит сбой в работе пучка A-V, то биение водителя ритма пучка S-A не передается желудочку, и это состояние называется блокадой сердца. Это не означает, что желудочки прекращают сокращения. Они продолжают делать это, но только при своей собственной естественной скорости, которая составляет всего около 35 ударов в минуту. Если пучок A-V находится в рабочем состоянии, сердце может справиться с этим лучше, чем если происходит сбой в работе пучка S-A. Тогда сам пучок A-V становится водителем ритма и поддерживает сердцебиение со скоростью 40–50 ударов в минуту.

Иногда желудочек сокращается преждевременно в результате какой-либо необычной стимуляции, возможно вызываемой неким химическим агентом, присутствующим в кровотоке. (Заядлые курильщики, кажется, особенно подвержены этому.) Если такое происходит, преждевременно сократившийся желудочек не сможет сокращаться, когда нормальный импульс достигнет пучка A-V мгновение спустя. (После каждого сокращения сердца или, если уж на то пошло, любой мышцы существует рефракционный период, когда она не будет сокращаться снова, даже при стимуляции.) Желудочек тогда должен выждать до следующего сокращения. Этот перерыв между сердечными ударами, более продолжительный, чем обычно, – ощущение, знакомое некоторым из нас, когда сердце «пропускает» удар. Это не опасно.

Иногда, несмотря на существование синцития, сердечная мышца не сокращается с надлежащей синхронностью. Различные тонкие волокна (фибриллы) могут контактировать сами по себе, и в результате стенки предсердия, к примеру, могут начать сжиматься со скоростью 10 раз в секунду. Это мерцание предсердий. Пучок A-V, к счастью, не может воспринимать сокращения с такой скоростью, и в результате общего невнимания предсердия таким образом выражают свой протест. Они вторят сокращению желудочков с собственной скоростью, чего вполне достаточно, чтобы поддерживать жизнь организма. Тем не менее вполне достаточное количество сокращений предсердий теперь действительно проходит через пучок A-V, что впоследствии придает общему сердцебиению пугающую нерегулярность. В этом случае в качестве лечения прописывают дигиталис, действие которого угнетает проводимость пучка A-V. Желудочек тогда менее подвержен воздействию сокращений предсердия, и сердцебиение становится медленнее и регулярнее. Мерцание желудочков более опасно. Когда желудочек начинает быстро сжиматься, кровь не может нагнетаться, и быстро наступает смерть.

Поскольку сердцебиение так сильно зависит от подъема и падения электрического потенциала, неудивительно, что его ритм может нарушаться при стимуляции внешним потенциалом. Собственно говоря, то, что мы называем казнью на электрическом стуле, обычно результат мерцания (фибрилляции) желудочков, вызванного электрическим током, проходящим через тело. Переменный ток 60 герц в секунду, который обычно используется в домашнем хозяйстве, особенно эффективен для возникновения такого мерцания. (Мораль не в том, чтобы не пользоваться электричеством вовсе, скорее в том, чтобы пользоваться им с осторожностью.)

Многое можно сказать о работе сердца, используя специальное устройство, прослеживающее подъем и спад электрического потенциала и измеряющее его прохождение по сердечной мышце. У животных это можно сделать, прикрепив электроды непосредственно к поверхности сердца. У людей, к счастью, ткани проводят электричество, и изменения потенциала, которые связаны с работой сердца, можно определить, соединив соответствующие части поверхности тела с гальванометром.

Такое устройство впервые было создано голландским физиологом В. Эйнтховеном в 1903 году. Он воспользовался очень тонкой кварцевой нитью, посеребренной, чтобы проводила ток. Даже слабые изменения потенциала вызывали заметные отклонения нити, и эти ее движения можно было сфотографировать. В результате получилась электрокардиограмма (что по-гречески означает «запись сердечного электричества»), это слово обычно сокращают как ЭКГ. Обычная ЭКГ состоит из пяти зубцов, обозначенных Р, Q, R, S и Т. Начинается она первым небольшим, направленным вверх зубцом (Р), возвышающимся над базовой линией, и он представляет собой движение волны потенциала по предсердию. Прохождение через пучок A-V представлено направленным вниз зубцом Q (чуть ниже базовой линии), направленным вверх зубцом R (резкий, заостренный подъем вверх) и направленным вниз зубцом S (несколько глубже, чем зубец Q). И наконец, зубец Т, похожий на зубец Р, но выше и шире, представляет собой распространение волны по желудочку. Изменения формы и длины различных волн – полезные симптомы определенных неполадок сердечной деятельности.

До того как появились электрические приборы, существовало ухо, и им до сих пор можно пользоваться, чтобы получить важную информацию. Сердце – шумный орган, как нам всем хорошо известно. Если вы приложите ухо к чьей-то груди, то услышите звуки, похожие на: «луб-дуб – луб-дуб», «луб-дуб – луб-дуб». Эти звуки возникают, когда захлопываются клапаны. Когда желудочек сокращается, трехстворчатый и митральный клапаны закрываются, издавая «луб». Когда желудочек снова расслабляется, полулунные клапаны в аорте и в легочной артерии закрываются со звуком «дуб». Так «луб-дуб» отмечают начало и конец сокращения, или систолу (по-гречески «сокращение»). Период времени между одним «луб-дуб» и следующим за ним – это релаксация, или диастола (по-гречески «расширение»).

В 1819 году французский врач Рене Лэнек воспользовался короткой деревянной трубочкой, один конец которой приставлялся к груди в области сердца, а другой – к своему уху. Это давало возможность прослушать звуки, издаваемые сердцем, у женщин, особенно у полных, не вводя врача в смущение, ведь прежде ему приходилось прикладывать свое ухо прямо к женской груди. Это был первый стетоскоп (что по-гречески означает «осматривать грудь», название, не соответствующее действительности, поскольку это не осмотр, а прослушивание). Постепенно он превратился в современный инструмент, без которого не сможет обойтись ни один уважающий себя врач.

Ценность стетоскопа (который устроен так, что может усиливать и направлять звук) в его способности отмечать легкие отклонения звука, которые указывают на неполадки в работе клапанов. Когда из-за нарушений клапаны не могут надлежащим образом закрываться (из-за рубцов, появившихся в результате болезни, такой, как, например, ревматизм), возникает утечка крови в обратном направлении, или регургитация. Когда такое случается, ясный звук плотно закрывающегося клапана сменяет неясный звук, называемый шумом. Если шумом заменяется звук «луб», регургитация происходит в одном из A-V клапанов, обычно митральном, который, как часть левого желудочка, получает гораздо больший удар. Если шумом заменяется звук «дуб», регургитация возникает в полулунных клапанах, обычно аорты, которые, опять же, получают большую нагрузку.

Не исключена возможность, что клапаны так сильно утолщаются за счет рубцовой ткани, что не могут открываться надлежащим образом. Даже при их самом большом раскрытии отверстие остается ненормально узким. Это стеноз (что по-гречески означает «сужение»). Кровь протекает через отверстие с увеличенной скоростью, поскольку тот же самый ее объем должен пройти через суженное отверстие за обычный период времени, его скорость должна возрастать, если она вся должна пройти через него. Кровь, пенящаяся вокруг неровной поверхности ткани рубца, также производит шум, но несколько отличающийся по уровню звука. Шум теперь слышен в момент, когда клапаны открыты, то есть перед «луб» или «дуб», указывающими на закрытие клапанов.

Неполадки в работе клапанов не обязательно фатальны и не всегда очень опасны. Они снижают эффективность работы сердца, по обычно не переходят грань, безопасную для организма. Кроме того, сердце может компенсировать их, увеличиваясь в размерах.