Доктор педагогических наук, профессор А.И. Завьялов, Д.А. Завьялов, А. А. Завьялов
Разработка теории деятельности сердца человека идет сложным путем — от полного отрицания роли сердца в перемещении крови (Эрасистрат, III в. до н.э.; Гален, 130 г.) до признания сердца как главного насоса для ее перемещения (W. Harvey, 1628) [4].
Исследование внутрижелудочкового давления сердца E. Marey (1863 г.) ввело в заблуждение человечество недостоверностью измерений давления в желудочках сердца во время диастолы (около нуля?) [14]. Последнее связано с низким уровнем технических возможностей для проведения исследований в середине XIX в. Эти результаты взяты за основу, потому что принято считать исследования E. Marey "классическими", повторение которых на человеке и в настоящее время, в XXI в., представляет большие технические и особенно юридические трудности, так как ошибка при проведении подобных исследований может стоить пациенту жизни. Гибель пациента при эксперименте в этом случае, даже ради жизни тысяч людей, - не оправдание, а преступление.
Вышесказанное повлияло на ход дальнейших исследований, и при изучении деятельности сердца внимание исследователей сконцентрировалось на детальной разработке главным образом фазы систолы (функции изгнания), которая расценивалась как активная фаза сердечного цикла, и меньше внимания обращалось на изучение фазы диастолы, так как она стала считаться пассивной фазой [1, с. 4].
Функция изгнания крови из сердца осуществляется 2 камерами - правым и левым желудочками сердца, и в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения, что миокард желудочков сокращается, уменьшая объем этих камер, и кровь изгоняется из сердца в сосудистую систему.
Нагнетательная внутрисердечная функция осуществляется двумя другими камерами - правым и левым предсердиями во время их систолы ("нагнести", "нагнетать", "нагнетание" - давлением сосредоточить что-то в замкнутом пространстве [10, с. 301]). Внутрисердечная нагнетающая функция обеспечивает внутрисердечное перемещение крови, но не осуществляет его наполнения. Наполнение сердца может обеспечиваться только двумя путями - нагнетанием извне или механизмом собственного всасывания.
Современная теория кровенаполнения полостей сердца во время диастолы рассматривает три фактора, обеспечивающих этот процесс [12, с. 251]:
1. Наполнение за счет "остатка движущей силы, вызванной предыдущим сокращением сердца".
2. "Присасывание крови грудной клеткой, особенно во время вдоха".
3. "Третья причина притока крови к сердцу — это сокращение скелетных мышц конечностей и туловища".
Первый и третий факторы должны обеспечивать внешнюю нагнетающую функцию. Это может быть осуществлено только градиентом (разницей) давлений, причем перемещение или наполнение сердца кровью возможно только тогда, когда внешнее (венозно-сосудистое) давление будет превышать давление в предсердиях и желудочках.
Рассмотрим первый фактор - наполнение за счет "остатка движущей силы, вызванной предыдущим сокращением сердца" [12, с. 251].
"Во время диастолы предсердий и желудочков давление в камерах сердца падает до нуля" [12, с. 251]. "Благодаря так называемому отрицательному (ниже атмосферного) давлению в грудной полости, равному от -4 до -7 см вод. ст., создается умеренно отрицательное внутрисосудистое давление в грудной полости (-4 или -7 см вод. ст.)" [13, с. 125]. Теперь нужно быть предельно внимательными: ноль больше, чем "от -4 до -7 см вод. ст.", но жидкость может перемещаться только от области большего давления к области меньшего, т.е. в полых венах во время диастолы давление меньше, чем в предсердиях и желудочках (!?).
Получается, что внешнее (венозно-сосудистое) давление меньше давления в предсердиях и желудочках (!). Это значит, что в данном случае возможен только ОБРАТНЫЙ КРОВОТОК (!?). Следовательно, если остаток движущей силы, вызванной предыдущим сокращением сердца, и существует, то он настолько мал, что не может обеспечить внешней для сердца нагнетательной функции. Таким образом, работа скелетных мышц и присасывание крови грудной клеткой не увеличивают венозного давления в грудной полости (полые вены) для реализации нагнетательной функции в сердце, а выполняют вспомогательную роль притока крови к грудной клетке, но, что очень важно, не в сердце.
Наше внимание было обращено на перикард и перикардиальн ую полость в связи с исследованием деятельности сердца в экстремальных условиях высоких физических нагрузок, когда сердце эффективно справляется со своими задачами, обеспечивая высокую производительность по перекачиванию крови до 40 л (!) в минуту с частотой сокращений и выбросом крови до 200 в мин (!) за одно сокращение. С помощью существующей теории это объяснить невозможно.
Сущность настоящего открытия состоит в том, что впервые было обнаружено неизвестное ранее явление функционирования сердца человека как 5-камерной системы (правое и левое предсердия, правый и левый желудочки, перикардиальная полость), обеспечивающей три главные функции деятельности сердца - нагнетательную (перемещение крови из предсердий в желудочки), изгнания (перемещение крови в сосудистую систему желудочками) и всасывающую (наполнение предсердий и желудочков кровью в течение всего сердечного цикла за счет давления ниже атмосферного в герметичной перикардиальной полости).
Это открытие вносит глобальные изменения в теорию сердечной деятельности, открывая возможности для более эффективного диагностирования, лечения, хирургического вмешательства, профилактики заболеваний сердца.
Врожденные дефекты развития перикарда являются слабоизученной аномалией развития этого органа. В мировой литературе описано всего 188 подобных случаев, из них только 9% -с полным отсутствием перикарда. Полагают, что первое описание врожденного порока перикарда сделано M. Realdus Columbus (1559 г.). Полное отсутствие перикарда - очень редкий порок [7]. Поэтому из-за отсутствия врачебной практики, невостребованности специалистами перикардиальная полость выпала из поля зрения и не привлекла внимания исследователей теории сердца к перикардиальной проблеме.
Главным образованием переднего средостения является перикард, внутри которого находится сердце. Через перикард можно только догадываться о форме сердца. Перикард закрывает его, по образному выражению Денеша Надь и Илоны Каласи [9], так, как мокрое полотенце закрывает статуэтку. Это говорит о том, что давление в перикардиальной полости отрицательное. Данное условие является обязательным для прижатия эпикардиальной (внешней) стенки сердца к серозно-перикардиальной (внутренней) поверхности перикардиальной оболочки в конечно-диастолическом положении до виртуальной щели.
Перикард сращен с окружающими образованиями и находится с ними в тесной соединительнотканной связи и наиболее прочно прикреплен к диафрагмальному сухожильному центру. Вверху, с боков и сзади париетальный листок перикарда фиксирован на крупных сосудах сердца, а также на отдельных соединительнотканных тяжах. Спереди перикард связан с грудиной двумя связками. Эти связки отходят от середины свободного от плевры участка переднего листка перикарда. Верхняя грудинно-перикардиальная связка прикрепляется к задней поверхности рукоятки грудины и к первым реберным хрящам. Нижняя грудинно-перикардиальная связка прикреплена к мечевидному отростку. От боковой поверхности тела грудных позвонков к боковому листку перикарда идут позвоночно -перикардиальные связки, являющиеся, собственно говоря, образованиями внутригрудной фасции [9]. Нельзя сбрасывать со счетов и рыхлотканные соединения, которые, охватывая большие площади крепления к окружающим образованиям, оказывают серьезное сопротивление систолическим смещениям сердца и вместе с отдельными связками не уступают по мощности диафрагмальным соединениям. С диафрагмой перикард жестко связан в области сухожильного центра и мышечной части левого свода диафрагмы.
Все авторы рассуждают о наличии, развитии или патологии перикарда - тонкой тканевой оболочки толщиной не более 1 мм. Но перикард, окружая сердце, образует вокруг него динамичную воздушно-разреженную (с давлением ниже атмосферного) оболочку - перикардиальную полость (lamina visceralis) различной толщины в зависимости от динамики сердечного цикла, являясь неотъемлемой частью сердца и его деятельности. Не случайно перикардиальная ткань рассчитана на высокие напряжения, она способна выдержать давление до 2 атмосфер, т.е. 1520 (!) мм рт. ст. (1 атм.=760 мм рт. ст.) [3].
Сердце и перикардиальная полость развиваются одновремменно. Образование перикардиальной полости начинается на 3-4-й неделе эмбрионального развития. Расположенные в шейном отделе зачатки сердца в виде двух сердечных трубочек-пузырьков постепенно сближаются и, срастаясь, формируют сердечную трубку с дорсальной и вентральной брыжейками. Висцеральная мезодерма, покрывающая сердечную трубку, при переходе в париетальную мезодерму образует брыжейки сердечной трубки (mesocardia), которые вместе с пластинками мезодермы ограничивают две первичные околосердечные полости. Париетальная мезодерма дает начало собственно перикарду. Эпикард развивается из участка висцеральной мезодермы, входящего в состав миоэпикардиальной пластинки сердца. У эмбриона длиной 7 мм вентральная брыжейка редуцируется, вследствие чего возникает единая вторичная плевроперикардиальная полость. Затем сердечная трубка смещается вниз, в грудную клетку, образуются поперечная перегородка и плевроперикардиальная пластинка, которые разделяют общую полость тела на грудную и брюшную, а плевроперикардиальную полость на перикардиальную и плевральную полости [7].
Дальнейшее развитие сердца формирует этот орган как пятикамерную систему, обеспечивающую функционирование организма человека в разных условиях, включая экстремальные. Пятой равноценной с желудочками сердца камерой является перикардиальная полость.
Перикард - фиброзно-серозный мешок, серозные листки которого образуют между внутренней поверхностью перикарда и сердцем узкую щелеобразную (виртуальную) перикардиальную полость в конечно-диастолическом положении, в которой находится несколько капель (!) (смазка) серозной перикардиальной жидкости для гладкого сдвига при систолических и диастолических движениях сердца [9].
Серозные листки непосредственно переходят один в другой, образуя герметичную перикардиальную полость. Таким образом, сердце, закрепленное только основанием на уровне входящих и выходящих из него сосудов в герметичном мешке - перикарде, имеет свободу перемещения в полости перикарда.
Изначально и в процессе развития сердечно-сосудистой системы перикардиальная полость становится конструктивно-функциональной камерой сердца. Эта фаза деятельности сердца позволяет увидеть в действии все 5 его камер.
Во время систолы желудочки (3-я и 4-я камеры) уменьшаются на величину сердечного выброса (функция изгнания), и все сердце уменьшается в объеме. Это влечет за собой увеличение перикардиальной полости (5-я камера) и возрастание отрицательного давления в ней, которое с возрастающей силой пытается вернуть их в исходное положение. Противодействие миокарда желудочков и отрицательного давления в перикардиальной полости приводит к растяжению и увеличению объема предсердий, в которых нарастает отрицательное давление, присасывающее венозную кровь (всасывающая функция). Всасывающая функция сердца во время систолы желудочков не может осуществляться без перикардиальной полости - 5-й камеры сердца, в основе деятельности которой лежат герметичность, отрицательное давление (ниже атмосферного) в ней и закон Бойля-Мариот та [2, 11] о зависимости давления и объема в герметически замкнутых пространствах.
4. Взаимодействие камер в сердечном цикле. Рассмотрим взаимодействие сердечных камер во время сердечного цикла. Сердце в покое. Предсердия и желудочки наполнены кровью, клапаны закрыты, перикардиальная полость образует виртуальную щель, тока крови нет. Сердце начинает работать с систолы предсердий. Сокращение миокарда предсердий уменьшает их объем и вызывает перемещение вверх предсердно -желудочковой перегородки, пытаясь поднять и желудочки. Движению желудочков вверх препятствует отрицательное давление в перикардиальной полости, в которой по мере сокращения предсердий возрастает отрицательное давление в соответствии с законом Бойля-Мариотта [2, 11].
Пятая камера сердца - перикардиальная полость - в этой фазе выполняет присасывающую функцию. Желудочки растягиваются в разные стороны двумя противоположно направленными силами, которые создаются сокращением миокарда предсердий и отрицательным давлением в перикардиальной полости по всей внутриполостной поверхности эпикарда (внешняя оболочка сердца), засасывая кровь из предсердий. Предсердия, в свою очередь, выполнили нагнетательную функцию: давлением сосредоточили больший объем крови в замкнутом пространстве желудочков.
Сердце вновь в покое, но соотношение объемов крови в 4 камерах (правое и левое предсердия, правый и левый желудочки) изменилось: желудочки значительно увеличились в объеме, а предсердия уменьшились. Миокард желудочков растянут и готов к эффективному сокращению (закон Франка-Старлинга).
В этой фазе деятельности сердца проявляются сразу две основные функции сердца как насоса - функция выброса крови из сердечной системы в сосудистую систему за счет сокращения миокарда желудочков и функция всасывания крови в предсердия, которые растягиваются за счет нарастающего отрицательного давления в пятой камере сердца - перикардиальной полости.
Уменьшение объема желудочков и выброс крови из сердечной системы увеличивают объем перикардиальной полости, в которой, по закону Бойля-Мариотта [2,11], возрастает отрицательное давление, стремящееся прижать стенки желудочков к стенкам перикарда. Это, в свою очередь, приводит к растяжению и увеличению расслабленных предсердий, тоже создавая в них отрицательное давление, способствующее их стремительному наполнению венозной кровью (правое предсердие) и насыщенной кислородом кровью из легких (левое предсердие).
Конец систолы желудочков. Это трудноуловимая переходная фаза от систолы к диастоле, когда сила инерции движения крови равняется возвратной в исходное положение силе отрицательного давления в перикардиальной полости. При этом поток крови останавливается, чтобы продолжить движение через предсердия в желудочки в диастолической фазе.
В следующей фазе диастолы сердца выполняется только одна функция - функция всасывания за счет отрицательного давления в 5-й камере сердца - перикардиальной полости.
Окончание диастолы. Из-за изначально отрицательного давления в перикардиальной полости, которое создается в грудной клетке ("от -4 до -7 см вод. ст."), 4 камеры сердца (предсердия и желудочки) плотно прижаты к стенкам перикарда, создавая виртуальную щель в 5-й камере - перикардиальной полости.
Таким образом, сердце - 5-камерная система, а перикардиальная полость - 5-я камера сердца - функционально-диастолическая структура, обеспечивающая присасывающую функцию сердечной деятельности. Значение 5-й камеры огромно. Ее действие проявляется во всех активных фазах работы сердца.
Можно условно подсчитать значимость каждой камеры в процентах (табл. 1). Сердце осуществляет в процессе работы 3 функции: нагнетательную (33,3%), изгнания (33,3%) и всасывания (33,3%). Вместе это составит 100%. Доля каждой камеры (правое и левое предсердия, правый и левый желудочки, перикардиальная полость) при реализации основной для этой камеры функции распределяется поровну по количеству активных участников. Процент участия каждой камеры в реализации соответствующей функции отмечен построчно, а общая сумма подсчитывается по вертикали.
Перикардиальная полость активно участвует в систоле предсердий, осуществляя всасывающую функцию при реализации предсердиями нагнетательной функции, растягивая желудочки (11,1%). Она участвует в систоле желудочков (функция выброса), растягивая предсердия и создавая в них отрицательное присасывающее давление (11,1%), и самостоятельно выполняет всасывающую функцию во время диастолической фазы сердечной работы (33,3%): всего 55,5%. Это в 5 раз больше, чем любая другая полость. Поистине, эффективная работа сердца без перикардиальной полости невозможна!
Но встречаются люди (правда, редко), у которых отсутствует перикард (удален из-за болезни или врожденный порок). Они живут, но их сердце расположено в герметичной полости, которая находится вокруг него, и работает в худших условиях. Это обусловлено отрицательным давлением в грудной клетке, а оно может сохраняться только в герметических полостях, и для работы сердца необходимо какое-то пространство. Сердце и в этих аномальных условиях (врожденный порок) образует необходимое герметичное пространство для своей деятельности, пульсируя всю жизнь с момента зарождения.
При удалении перикарда перикардиальная полость остается и увеличивается в диаметре не более чем на 2 мм. При этом диастолический объем сердца увеличивается, способствуя более эффективному сокращению миокарда (закон Франка-Старлинга), в какой-то мере компенсируя недостаток.
Значимость активного участия камер сердца в сердечном цикле, %
ФУНКЦИИ
