Систола ( / ˈ s ɪ s t əl i / SIST -ə -lee ) — часть сердечного цикла , во время которой некоторые камеры сердца сокращаются после наполнения кровью. [1]
Термин происходит через неолатинский язык от древнегреческого συστολή ( sustolē ), от συστέλλειν ( sustéllein «сокращать»; от σύν sun «вместе» + στέλλειν stéllein «посылать») и аналогичен использованию английского слова срок выжать .
Сердце млекопитающих состоит из четырех камер: левого предсердия над левым желудочком (светло-розового цвета, см. рисунок), две из которых соединены через митральный (или двустворчатый) клапан ; и правое предсердие над правым желудочком (светло-синий), соединенное через трехстворчатый клапан . Предсердия являются приемными камерами для циркуляции крови, а желудочки – выбрасывающими камерами.
В конце диастолы желудочков камеры предсердий сокращаются и кровь направляется в желудочки. Этот поток наполняет желудочки кровью, и возникающее давление закрывает клапаны предсердий. Желудочки теперь выполняют изоволюметрическое сокращение , то есть сокращение, когда все клапаны закрыты. Это сокращение завершает первую стадию систолы. Второй этап протекает немедленно, перекачивая насыщенную кислородом кровь из левого желудочка через аортальный клапан и аорту ко всем системам организма и одновременно перекачивая бедную кислородом кровь из правого желудочка через клапан легочной артерии и легочную артерию в легкие . Таким образом, пары камер (верхние предсердия и нижние желудочки) сокращаются в поочередной последовательности друг друга. Сначала сокращение предсердий обеспечивает подачу крови в желудочки, затем сокращение желудочков перекачивает кровь из сердца в системы организма, включая легкие, для пополнения запасов кислорода.
Систола сердца — это сокращение сердечной мышцы в ответ на электрохимический стимул клеток сердца ( кардиомиоцитов ).
Сердечный выброс – это объем крови, перекачиваемый желудочками за одну минуту. Фракция выброса – это объем перекачанной крови, разделенный на общий объем крови в левом желудочке. [3]
Систола предсердий возникает в конце диастолы желудочков и представляет собой сокращение миокарда левого и правого предсердий . Резкое снижение желудочкового давления, происходящее во время диастолы желудочков, позволяет атриовентрикулярным клапанам (или митральному и трикуспидальному клапанам) открыться и вызывает опорожнение содержимого предсердий в желудочки. Атриовентрикулярные клапаны остаются открытыми, в то время как аортальный и легочный клапаны остаются закрытыми, поскольку градиент давления между предсердием и желудочком сохраняется во время поздней диастолы желудочка. Сокращение предсердий приводит к незначительному увеличению наполнения желудочков, но становится значительным при гипертрофии левого желудочка или утолщении сердечной стенки, поскольку желудочек не полностью расслабляется во время диастолы. Потеря нормальной электропроводности в сердце, наблюдаемая при мерцательной аритмии , трепетании предсердий и полной блокаде сердца , может полностью устранить систолу предсердий.
Сокращение предсердий следует за деполяризацией, представленной зубцом P на ЭКГ. Когда обе камеры предсердий сокращаются — от верхней области предсердий к атриовентрикулярной перегородке — давление внутри предсердий повышается, и кровь перекачивается в желудочки через открытые атриовентрикулярные клапаны. В начале систолы предсердий, во время диастолы желудочков, желудочки обычно заполняются примерно на 70–80 процентов своей емкости за счет притока из предсердий. Сокращение предсердий, также называемое «ударом предсердий», обеспечивает оставшиеся 20–30 процентов наполнения желудочков. Систола предсердий длится примерно 100 мс и заканчивается перед систолой желудочков, когда мышца предсердия возвращается к диастоле. [4]
Два желудочка электрически и гистологически (тканеобразно) изолированы от двух предсердных камер электрически непроницаемыми коллагеновыми слоями соединительной ткани, известными как сердечный скелет . Сердечный скелет состоит из плотной соединительной ткани, которая придает структуру сердцу, образуя предсердно-желудочковую перегородку , отделяющую предсердия от желудочков, и фиброзные кольца, служащие основаниями для четырех сердечных клапанов. [5] Коллагеновые отростки клапанных колец запечатывают и ограничивают электрическую активность предсердий от влияния на электрические пути, пересекающие желудочки. Эти электрические пути включают синоатриальный узел , атриовентрикулярный узел и волокна Пуркинье . (Исключения, такие как дополнительные пути, могут возникать в этом межсетевом барьере между предсердными и желудочковыми электрическими влияниями, но встречаются редко.)
Контроль сердечного ритма с помощью фармакологии сегодня является обычным явлением; например, терапевтическое использование дигоксина, антагонистов бета-адренорецепторов или блокаторов кальциевых каналов является важным историческим вмешательством при этом состоянии. Примечательно, что люди, склонные к гиперкоагуляции (нарушению свертывания крови ), подвергаются выраженному риску образования тромбов - очень серьезной патологии, требующей пожизненной терапии антикоагулянтами, если ее невозможно исправить.
Каждая камера предсердий содержит по одному клапану: трехстворчатый клапан в правом предсердии открывается в правый желудочек, а митральный (или двустворчатый) клапан в левом предсердии открывается в левый желудочек. Оба клапана открываются на поздних стадиях диастолы желудочков; см. диаграмму Виггерса в фазе P/QRS (справа). Затем сокращения систолы предсердий заставляют правый желудочек наполняться обедненной кислородом кровью через трехстворчатый клапан. Когда правое предсердие опорожняется или преждевременно закрывается, систола правого предсердия заканчивается, и этот этап сигнализирует об окончании диастолы желудочков и начале систолы желудочков (см. диаграмму Виггерса). Временная переменная для правого систолического цикла измеряется от момента открытия (трикуспидального) клапана до закрытия клапана.
Сокращения систолы предсердий наполняют левый желудочек обогащенной кислородом кровью через митральный клапан; когда левое предсердие опорожняется или закрывается, систола левого предсердия заканчивается и вот-вот начнется систола желудочков. Временная переменная для левого систолического цикла измеряется от момента открытия (митрального) клапана до закрытия клапана.
Мерцательная аритмия представляет собой распространенное электрическое заболевание сердца, которое появляется во время систолы предсердий (см. рисунок справа). Теория предполагает, что эктопический очаг , обычно расположенный в легочных стволах, конкурирует с синоатриальным узлом за электрический контроль над камерами предсердий и тем самым снижает работоспособность миокарда предсердий или предсердной сердечной мышцы. Упорядоченный синоатриальный контроль электрической активности предсердий нарушается, что приводит к потере скоординированной генерации давления в двух камерах предсердий. Фибрилляция предсердий представляет собой электрически нарушенное, но хорошо перфузируемое образование в предсердиях, работающее (нескоординированным образом) при (относительно) электрически здоровой систоле желудочков.
Сниженная нагрузка, вызванная фибрилляцией предсердий, снижает общую производительность сердца, но желудочки продолжают работать как эффективный насос. При данной патологии фракция выброса может ухудшиться на десять-тридцать процентов. Некорригированная фибрилляция предсердий может привести к увеличению частоты сердечных сокращений до 200 ударов в минуту (уд/мин). Если эту скорость можно замедлить до нормального уровня, скажем, до 80 ударов в минуту, то увеличение времени наполнения сердечного цикла восстановит или улучшит насосную способность сердца. Затрудненное дыхание, например, у людей с неконтролируемой фибрилляцией предсердий часто можно нормализовать с помощью (электрической или медицинской) кардиоверсии .
Диаграмма Виггерса систолы желудочков графически изображает последовательность сокращений миокарда двух желудочков . Систола желудочков вызывает самосокращение, так что давление как в левом, так и в правом желудочках повышается до уровня, превышающего давление в двух камерах предсердий, тем самым закрывая трехстворчатый и митральный клапаны, инвертированию которых препятствуют сухожильные хорды и сосочковые мышцы . Теперь желудочковое давление продолжает расти в фазе изоволюметрического сокращения (или фиксированного объема) до тех пор, пока не возникнет максимальное давление (dP/dt = 0), вызывающее открытие легочного и аортального клапанов в фазе выброса . В фазе выброса кровь течет из двух желудочков вниз по градиенту давления, то есть «вниз» от более высокого давления к более низкому давлению, в аорту и легочный ствол (и через них) соответственно. Примечательно, что перфузия сердечной мышцы через коронарные сосуды сердца не происходит во время систолы желудочков; скорее, это происходит во время диастолы желудочков.
Систола желудочков является источником пульса .
Легочный (или легочный) клапан в правом желудочке открывается в легочный ствол , также известный как легочная артерия, которая дважды делится, соединяясь с левым и правым легкими. В левом желудочке аортальный клапан открывается в аорту, которая делится и вновь делится на несколько артерий-ветвей, которые соединяются со всеми органами и системами тела, кроме легких.
Благодаря сокращениям систола правого желудочка (ПЖ) пропускает обедненную кислородом кровь через клапан легочной артерии через легочные артерии в легкие, обеспечивая легочное кровообращение ; одновременно систола левого желудочка (ЛЖ) перекачивает кровь через аортальный клапан, аорту и все артерии, обеспечивая системную циркуляцию насыщенной кислородом крови во всех системах организма. Систола левого желудочка позволяет регулярно измерять артериальное давление в крупных артериях левого желудочка сердца.
Систола ЛЖ объемно определяется как фракция выброса левого желудочка (ФВЛЖ). Аналогичным образом систола ПЖ определяется как фракция выброса правого желудочка (ФВП). ФВВ выше нормы указывает на легочную гипертензию . Временными переменными систолы желудочков являются: правый желудочек, клапан легочной артерии - от открытого до закрытого; левый желудочек, аортальный клапан от открытого до закрытого.
Синоатриальный узел (СА-узел) является естественным водителем ритма сердца , выдающим электрические сигналы, которые проходят через сердечную мышцу, заставляя ее циклично сокращаться. Он расположен в верхней части правого предсердия , рядом с местом соединения с верхней полой веной. [6] Узел SA представляет собой бледно-желтую структуру. У человека его длина составляет примерно 25 мм, ширина 3–4 мм и толщина 2 мм. Он содержит два типа клеток: (а) маленькие круглые Р- клетки , имеющие очень мало органелл и миофибрилл, и (б ) тонкие удлиненные переходные клетки , которые по внешнему виду занимают промежуточное положение между Р-клетками и обычными клетками миокарда. [7] В неповрежденном состоянии СА-узел обеспечивает непрерывный электрический разряд, известный как синусовый ритм , через массу предсердий, сигналы которого затем объединяются в атриовентрикулярном узле , где они организуются для обеспечения ритмического электрического импульса в желудочки и через них через натрий- , калиевые или кальциевые ионные каналы .
Непрерывный ритмичный разряд создает волнообразное движение электрических пульсаций, которые стимулируют гладкие мышцы миокарда и вызывают ритмические сокращения сверху вниз в сердце. Когда импульс перемещается из (верхних) предсердий в (нижние) желудочки, он распределяется по мышечной сети, вызывая систолическое сокращение обеих камер желудочков одновременно. Фактический темп цикла – насколько быстро или медленно бьется сердце – определяется сообщениями мозга, отражающими реакцию мозга на состояния тела, такие как боль, эмоциональный стресс, уровень активности, а также на условия окружающей среды, включая внешняя температура, время суток и т. д. [8]
Электрическая систола открывает потенциалзависимые натриевые, калиевые и кальциевые каналы в клетках ткани миокарда. Впоследствии повышение внутриклеточного кальция запускает взаимодействие актина и миозина в присутствии АТФ , которое генерирует механическую силу в клетках в форме мышечного сокращения или механической систолы. Сокращения создают внутрижелудочковое давление, которое увеличивается до тех пор, пока не превысит внешнее, остаточное давление в соседних стволах как легочной артерии , так и аорты ; эта стадия, в свою очередь, вызывает открытие легочного и аортального клапанов. Затем кровь выбрасывается из двух желудочков, пульсируя как в легочную , так и в аортальную системы кровообращения. [9]
Механическая систола вызывает пульс , который сам по себе легко пальпируется (ощущается) или виден в нескольких точках тела, что позволяет использовать общепринятые методы — на ощупь или на глаз — для наблюдения за систолическим артериальным давлением . Механические силы систолы вызывают вращение мышечной массы вокруг длинной и короткой осей, процесс, который можно наблюдать как «скручивание» желудочков.
Систола сердца инициируется электрически возбудимыми клетками, расположенными в синоатриальном узле . Эти клетки активируются спонтанно за счет деполяризации электрического потенциала на клеточных мембранах, что приводит к открытию потенциалзависимых кальциевых каналов на клеточной мембране и позволяет ионам кальция проходить в саркоплазму (цитоплазму) клеток сердечной мышцы. Ионы кальция связываются с молекулярными рецепторами саркоплазматической сети (см. рисунок) , что вызывает приток (поток) ионов кальция в саркоплазму .
Ионы кальция связываются с тропонином C , вызывая конформационные (т.е. структурные) изменения в белковом комплексе тропонин-тропомиозин , вызывая обнажение участков головки миозина (связывания) на нитчатых белках F-актина , что вызывает сокращение мышц . Потенциал действия сердца распространяется дистально (или наружу) к маленьким ветвям дерева Пуркинье посредством потока катионов через щелевые контакты , которые соединяют саркоплазмы соседних миоцитов.
Электрическая активность систолы желудочков координируется атриовентрикулярным узлом , который представляет собой дискретную совокупность клеток, получающих электрическую стимуляцию от левого и правого предсердия и способную обеспечить внутреннюю (хотя и более медленную) активность кардиостимулятора сердца. Сердечный потенциал действия распространяется по электрическим путям через пучок Гиса к волокнам Пуркинье ; этот электрический поток вызывает скоординированную деполяризацию и связь возбуждения-сокращения от верхушки сердца до корней магистральных сосудов.
Когда артериальное давление указывается в медицинских целях, обычно систолическое и диастолическое давление разделяются косой чертой , например 120/80 мм рт. ст . Это клиническое обозначение не является математической фигурой для дроби или отношения или отображением числителя над знаменателем. Скорее, это медицинская запись, показывающая два клинически значимых давления (систола, за которой следует диастола). Часто за ним следует третье число — значение частоты сердечных сокращений (в ударах в минуту), которое обычно измеряется вместе с показаниями артериального давления.
Систолическая сбой.