Механика сердца и гемодинамика

Механика сердца и гемодинамика — это раздел, изучающий, как сердце генерирует силу и как в результате этого кровь движется по системе кровообращения. Он связывает молекулярные события сокращения миокарда с давлениями, объемами и потоками, которые создает сердце, объясняя, как орган функционирует как насос и как его насосная функция соответствует потребностям организма.

Definition

Механика сердца описывает силы, давления и деформации сокращающегося сердца, в то время как гемодинамика описывает результирующие давления, объемы и потоки крови через сердечно-сосудистую систему.

Scope

Эта область знакомит читателя с физиологией насосной функции сердца: как сокращается сердечная мышца, как образуются и измеряются ударный объем и сердечный выброс, как желудочки ведут себя как системы давление-объем, как звучат механические события сердца при аускультации и как генерируется и регулируется артериальное давление. Это обзор нормальной механики и принципов гемодинамических измерений, а не клиническое руководство.

Sub-topics

• Регуляция артериального давления
• Сокращение сердечной мышцы
• Ударный объем и сердечный выброс
• Тоны и шумы сердца
• Функция желудочков сердца

Core questions

• Как сердечная мышца преобразует электрическое возбуждение в механическую силу?
• Что определяет ударный объем и сердечный выброс?
• Как преднагрузка, постнагрузка и сократимость формируют работу желудочков?
• Как механические события сердечного цикла отражаются в тонах сердца?
• Как генерируется и поддерживается в регулируемом диапазоне артериальное давление?

Key concepts

• Сопряжение возбуждения и сокращения
• Преднагрузка, постнагрузка и сократимость
• Ударный объем и сердечный выброс
• Петля давление-объем
• Сердечный цикл и тоны сердца
• Среднее артериальное давление и сосудистое сопротивление

Key theories

Механизм Франка-Старлинга

В физиологических пределах увеличение объема крови, наполняющей желудочек (конечно-диастолическое растяжение), увеличивает силу сокращения и, следовательно, ударный объем, позволяя сердцу согласовывать свой выброс с венозным возвратом от удара к удару.

Модель Гайтона давления-натрийуреза для долгосрочного контроля артериального давления

Гайтон утверждал, что взаимосвязь давления-натрийуреза почек — выведение большего количества соли и воды при повышении артериального давления — обеспечивает по существу петлю обратной связи с бесконечным усилением, которая устанавливает долгосрочный уровень артериального давления.

Mechanisms

Каждое сердцебиение начинается, когда деполяризация мембраны вызывает поступление и высвобождение кальция, связывая возбуждение с укорочением миофиламентов; это молекулярная основа сокращения, описанная Берсом. Сокращающийся желудочек выбрасывает ударный объем, который зависит от его наполнения (преднагрузки), нагрузки, против которой он работает (постнагрузки), и его внутренней сократимости, при этом механизм Франка-Старлинга связывает наполнение с силой, как демонстрируют кривые функции желудочков Сарноффа. Ударный объем, умноженный на частоту сердечных сокращений, дает сердечный выброс, а сердечный выброс, взаимодействующий с сосудистым сопротивлением, генерирует артериальное давление, долгосрочный уровень которого устанавливается почечной регуляцией жидкости и соли, как предложил Гайтон.

Clinical relevance

Принципы этой области лежат в основе того, как клиницисты интерпретируют артериальное давление, тоны сердца, фракцию выброса и гемодинамические измерения, а также как механистически понимаются такие расстройства, как сердечная недостаточность. Материал описывает нормальную физиологию и принципы измерений для образовательных целей и не является основой для индивидуальной диагностики или принятия решений о лечении.

Evidence & guidelines

Содержание основано на классической физиологии (кривые функции желудочков Сарноффа, концепция регуляции давления Гайтона), современных молекулярных обзорах (Берс о сопряжении возбуждения и сокращения) и стандартных учебниках по физиологии (Гайтон и Холл). Это фундаментальные и обзорные источники, а не интервенционные доказательства.

History

Механистическое понимание сердца было сформировано работами Отто Франка и Эрнеста Старлинга начала XX века о взаимосвязи между наполнением и сокращением, позже формализованными кривыми функции желудочков Сарноффа. Во второй половине века Артур Гайтон переосмыслил долгосрочный контроль артериального давления, сосредоточив внимание на почках, а молекулярная физиология — примером которой является синтез сопряжения возбуждения и сокращения Берса — связала механику целого органа с клеточным обменом кальция.

Key figures

• Ernest Starling
• Otto Frank
• Stanley Sarnoff
• Arthur Guyton
• Donald Bers

Seminal works

• sarnoff-1955
• guyton-1991
• bers-2002

Frequently asked questions

В чем разница между механикой сердца и гемодинамикой?

Механика сердца касается сил и деформаций сердечной мышцы и камер при их сокращении, в то время как гемодинамика касается давлений, объемов и потоков крови, которые при этом возникают. Эти два понятия тесно связаны, поскольку механика сердца управляет гемодинамикой кровообращения.

Почему важен механизм Франка-Старлинга?

Он позволяет сердцу автоматически согласовывать свой выброс с объемом крови, возвращающейся к нему: большее наполнение растягивает мышцу и увеличивает силу следующего сокращения, поэтому сердце выкачивает то, что получает, без внешнего контроля.