Робота серця - динаміка серцево-судинної системи
У механічному насосі корисна робота може бути виражена у вигляді енергії, що витрачається на проштовхування рідини через трубки (див. Рис. 7.10, А). Загальновідомо, що тільки частина енергії, що звільняється в двигуні внутрішнього згоряння, перетворюється в корисну роботу. Інша частина енергії витрачається даремно, перетворюючись в тепло, яке розсіюється різними шляхами. При цьому продуктивність (ККД) такої машини виражається відношенням між доставляється енергією (спалюється паливом) і здійснюють зовнішньої корисною працею. У такому гідравлічному насосі робота, вироблена їм, безпосередньо обмежена швидкістю, з якою в двигун доставляється паливо. Деякі характеристики такого механічного приладу можна застосувати і до оцінки функції серця як насоса.
Енергія, що виділяється при окисленні органічних горючих речовин, таких, як глюкоза, глікоген або молочна кислота, під час скорочення міокарда перетворюється в механічну роботу лише частково. Для зручності обговорення шляху розсіювання енергії будуть розділені на дві основні категорії: а) корисна робота, що виражається енергією, що витрачається на викид крові в артеріальну систему-б) енергія, що витрачається даремно, що включає всі інші шляхи розсіювання енергії.
Корисна робота серця. Ця робота має місце під час активного викиду крові з камер шлуночків. Під час изоволюмического скорочення, изоволюмического розслаблення або діастоли ніякої зовнішньої роботи шлуночки не здійснюють. У період фази вигнання шлуночкового скорочення кров проштовхується в аорту. При цьому основна частина енергії зберігається в вигляді потенційної енергії напруги артеріальних стінок. Кінетична енергія, що повідомляється рухається крові, як правило, не враховується. Однак кінетична енергія правого шлуночка становить велику частину від його загальної корисної роботи, оскільки потенційна енергія, що розвивається правим шлуночком, набагато менше, ніж потенційна енергія лівого шлуночка. Різниця між потенційною і кінетичної енергією певною мірою штучно, тому що найбільша частина потенційної енергії переходить в кінетичну, сприяючи току крові через судини. 
МАЛ. 7.14. ЗАГАЛЬНА РОБОТА СЕРЦЯ.
Корисна робота серця - потенційна і кінетична енергія, - повідомляється крові під час фази вигнання. Кількість втраченої енергії перевищує корисну роботу приблизно в 4 рази і. ймовірно, розсіюється головним чином під час систоли. Однак точні часові відносини цих енергетичних втрат ніколи не були описані. Продуктивність миокардиального скорочення (корисна робота / вся звільняється енергія) широко варіює, але в середньому становить близько 23%.
Іншими словами, артеріальний кров`яний тиск забезпечує кровотік через судинне русло за рахунок того, що потенційна енергія переходить у кінетичну, потім в теплову через тертя. Вся корисна робота серця в кінцевому рахунку витрачається на подолання тертя при циркуляції крові, за винятком залишкової потенційної енергії в венозному кінці кожного кола кровообігу. Саме ця енергія і використовується для розтягування шлуночка під час діастоли.
Втрати енергії при скороченні шлуночків. Такі втрати приймають багато форм. Метаболічна активність, необхідна для збереження і відновлення клітин міокарда, потрібна для збереження структури міокарда, але безпосередньо не бере участі в забезпеченні руху крові. Енергія, що витрачається на процеси збудження, відноситься до тієї ж категорії. Однак на ці два процеси витрачається незначна кількість енергії в порівнянні з іншими формами втрат її, пов`язаними з хімічними реакціями, тепловими втратами при терті, що виникають у зв`язку з в`язкістю міокарда, турбулентним рухом крові, енергією вигнання крові і т. Д. (Див. Главу III). Основна частина корисної роботи і енергетичних втрат виникає під час систоли шлуночків, як видно на рис. 7.14. Якщо корисна робота серця збільшується, одночасно зазвичай збільшується і величина енергетичних втрат. Оскільки до корисної праці серця відносяться лише зовнішні прояви його насосної функції, великі кількості втраченої енергії часто не враховуються, хоча вони мають істотне функціональне значення. Міокард же повинен витрачати енергію рівносильно як для «енергетичних втрат», так і для корисної роботи. До серця повинно бути доставлено достатньо кисню, щоб задовольнити його загальна витрата енергії. деякі патологічні
процеси ускладнюють постачання міокарда киснем (хвороби коронарних артерій, шлуночкова гіпертрофія). Інші типи хвороб серця зменшують ефективність, з якою міокард переводить хімічну енергію в механічну енергію скорочення.
Ефективність використання енергії, що вивільняється в шлуночках. Продуктивність міокарда шлуночків може бути визначена як відношення кількості виконаної корисної роботи до загальної енергії, що витрачається. Загальна кількість енергії, що звільняється можна обчислити за величиною споживаного міокардом кисню, враховуючи, що в процесі утилізації 1 см3 кисню виконується 2 кгм роботи. Продуктивність міокарда лівого шлуночка розраховується за даними катетеризації коронарного синуса. Вимірювання коронарного кровотоку, споживання кисню міокардом і корисної роботи лівого шлуночка дають необхідні відомості для обчислення продуктивності лівого шлуночка за формулою:
Продуктивність (%) = робота шлуночка (кгм / хв) / енергія, що поглинається (кгм / хв)
Продуктивність лівого шлуночка в нормі може збільшуватися під час фізичного навантаження, коли збільшення його корисної роботи перевищує збільшення споживання серцем кисню. З іншого боку, у хворих із застійною серцевою недостатністю ефективність перетворення енергії лівого шлуночка знижена вже в спокої і падає ще більше при фізичному навантаженні.
Відновлення енергії в серце. Оскільки діяльність серця не може бути перервана на тривалий час, доставка кисню і метаболічних (паливних) продуктів повинна постійно підтримуватися на рівнях, відповідних енергії, яка витрачається міокардом. Кисень і метаболічну паливо доставляється до міокарда кров`ю, що протікає через коронарне русло. Після проходження через капіляри коронарної системи, кров (коронарна, венозна кров) здорових людей містить тільки близько 3,9-6,9 см3 кисню в 100 см3 крові. Настільки повна екстракція кисню свідчить про те ,, що в міокардіальних волокнах існує дуже низька напруга кисню. Іншими словами, міокард постійно працює в середовищі з дуже низьким парціальним тиском кисню. Під час фізичної роботи та інших форм напруги витяг кисню ще більше збільшується, тому напруга кисню безпосередньо навколо міокардіальних клітин стає надзвичайно низьким. Оскільки екстракція кисню з крові коронарних судин і в стані ІОКО дуже висока, міокард має малим «венозним резервом» кисню і забезпечення його підвищених потреб залежить головним чином від збільшення коронарного кровотоку. В цьому відношенні максимальна величина хвилинного об`єму серця обмежується продуктивністю серця і постачанням його кров`ю, т. Е. Величиною коронарного кровотоку.
Можливості коронарного резерву
Загальна кількість кисню, що доставляється до міокарда, можна представити у вигляді площі прямокутника, довжина сторони якого відображає величину коронарного кровотоку в одиницю часу і вміст кисню в артеріальній крові. Поглинання кисню в спокої залежить від величини коронарного кровотоку і артериовенозной різниці по кисню (чорна область на рис. 7.15). Збільшення доставки кисню до міокарда досягається переважно за рахунок збільшення коронарного кровотоку внаслідок малого значення венозного кисневого резерву (див. Рис. 7.15).
МАЛ. 7.15. МОЖЛИВОСТІ КОРОНАРНОГО РЕЗЕРВУ.
Транспорт кисню до міокарда залежить від величини коронарного кровотоку і вилучення кисню з коронарної крові (артеріовенозна різниця в.о. кисню). Венозна коронарна кров містить дуже мало кіслорода- збільшення доставки кисню міокарду знаходиться в прямій залежності від зростання коронарного кровотоку.
Як і в інших тканинах тіла, кровотік через коронарні судини збільшується переважно внаслідок зменшення опору току крові через дрібні судини. Знижений напруга кисню надає потужний ділататорное вплив на коронарні судини, що забезпечує можливість автоматичного пристосування коронарного кровотоку до потреб міокарда. Інші фактори, що впливають на коронарний кровотік, докладно описані в главі IX.
Різкі зміни обміну речовин в організмі супроводжуються збільшенням хвилинного об`єму крові, роботи серця і постачання його киснем через коронарні судини (шляхом дії регуляторних механізмів, відображених на рис. 7.10, 7.13, 7.14,7.15).
ВИСНОВОК
Реакції серцево-судинної системи на фізичне навантаження у тварин в даний час можуть контролюватися безперервно за допомогою імплантованих датчиків, які реєструють розміри, тиск і швидкість кровотоку в різних областях серцево-судинної системи. Найважливішим компонентом реакції організму на збільшене навантаження є зростання хвилинного об`єму серця, головним чином за рахунок збільшення частоти серцевих скорочень і рідше - зміною ударного обсягу. Крім того, зростає витяг кисню з крові як в працюючих скелетних м`язах, так і (в зв`язку з уповільненням швидкості кровотоку) в непрацюючих м`язах і в судинах черевної порожнини. Зазначене перерозподіл кровотоку (від неактивних до активніших тканин) чітко виражено у людей і практично відсутній у собак (у яких ця реакція виявляється слабо або зовсім відсутній навіть при надзвичайно інтенсивному фізичному навантаженні). Характер і вираженість різних реакцій залежить від положення тіла. Вправи, що виконуються в положенні лежачи, супроводжуються незначними збільшеннями ударного обсягу, а при виконанні цих же вправ в положенні стоячи виникає значне збільшення ударного обсягу.
Навіть при важких або прогресуючих формах хвороби серця основні показники функції серцево-судинної системи в стані спокою зазвичай знаходяться в межах норми. З цієї причини необхідно досліджувати саме резервні можливості серцево-судинної системи (які знижуються при наявності серцевої недостатності). Найбільш легко реєструється оцінка резерву, яка здійснюється шляхом вимірювання максимального поглинання кисню під час дозованого фізичного навантаження в тредбане при послідовному зростанні швидкості і кута нахилу.
Природа і величина серцево-судинного резерву надзвичайно важливі при розгляді питання про здатність системи адаптуватися до стресових ситуацій. Загальний резерв серцево-судинної системи визначається максимальною швидкістю доставки кисню до тканин, основою чого є як хвилинний обсяг, так і ступінь вилучення кисню з крові (артеріовенозна різниця по кисню). Хвилинний обсяг серця в кінцевому рахунку обмежений здатністю міокарда шлуночків робити корисну роботу по вигнанню крові проти тиску в артеріальній системі. Продуктивність серця визначається величиною яку здійснюють корисної роботи по відношенню до загальних енергетичних витрат міокарда. В кінцевому рахунку максимальна межа продуктивності серця пов`язаний з можливістю відшкодування енергетичних витрат міокарда. Ці можливості визначаються величиною коронарного кровотоку і артеріального коронарного резерву (які будуть розглянуті в главі IX).
