А - сердце на канюле Штраубе. Б - подсоединенное к механоэлектрическому преобразователю сердце на канюле Штраубе. В - влияние на изолированное на канюле Штраубе сердце лягушки ацетилхолина
Влияние отдельных ионов на работу
сердца
Наряду с нервной регуляцией деятельности органов существует так называемая гуморальная регуляция. Она осуществляется за счет физиологически активных веществ организма, выделяемых в кровь. К таким веществам относятся гормоны, вырабатываемые железами внутренней среции, ряд продуктов клеточного метаболизма, некоторые электролиты и др. Нервные и гуморальные влияния тесно связаны и часто осуществляются параллельно.
Важная роль в регуляции состояния сердечной мышцы принадлежит некоторым ионам. Особенно существенно для нормального функционирования сердца содержание в плазме крови и межклеточных пространствах ионов калия, натрия и кальция и правильное их соотношение.
Амплитуда сердечных сокращений зависит и от изменения в окружающей ее среде концентрации иона калия. В мышечной клетке концентрация калия в 40-50 раз выше, чем в межклеточном пространстве. Увеличение калия в наружном растворе приведет к уменьшению градиента концентраций калия внутри и снаружи мышечной клетки и вызовет уменьшение (деполяризацию) ее мембранного потенциала. Это в свою очередь приведет к уменьшению амплитуды и укорочению потенциала действия клетки. В результате в мышечные клетки при их возбуждении проникнет меньшее количество ионов кальция (поскольку потенциал действия укорочен, то и время повышенной ионной проницаемости будет короче). В связи с этим амплитуда сердечных сокращений будет уменьшаться.
Кальций из омывающей клетку межклеточной жидкости входит внутрь мышечного волокна, стимулируя процесс сокращения мышцы: чем больше кальция входит в мышечную клетку при ее возбуждении, тем больше амплитуда мышечного сокращения. Экспериментально показано, что амплитуда сокращений сердца зависит от количества кальция в омывающем его растворе. Удаление кальция из раствора приводит к падению силы сердечных сокращений, увеличение концентрации кальция - к повышению силы сокращений сердечной мышцы. Кроме того, кальций рассма-
тривается как важнейший вторичный мессенджер.
При действии на сердце избыточных количеств ионов калия и кальция наблюдаются нарушения в ритме сердечных сокращений. Это связано с их влиянием на пейсмейкерные структуры. При использовании канюли Штраубе при наличии неповрежденного клапанного аппарата между правым предсердием и желудочком исследуемый раствор не должен попадать в предсердие и венозный синус. И, следовательно, не могут возникать хронотропные эффекты. Однако на практике при отмывании изолированного сердца клапанный аппарат часто повреждается. И как следствие выявляются влияния исследуемого раствора на ритм. При использовании круговой и проточной перфузии возникают как хронотропные, так и инотропные эффекты, т.к. перфузионный раствор проходит через все камеры сердца. В пейсмейкерных структурах ионы калия затягивают время достижения диастолической деполяризацией критического уровня. В результате интервалы между возникающими в пейсмейкере потенциалами действия увеличиваются и ритм сердечных сокращений уменьшается. При действии избытка ионов кальция, наоборот, этот интервал уменьшается и ритм сердечных сокращений увеличивается.
Для изучения действия ионов на механическую работу сердца лягушки пользуются препаратом изолированного сердца на канюле Штраубе (рис. 6-51 А). Верхушка сердца через серфин или лигатуру соединяется со штырем механоэлектрического преобразователя.
На рис. 6-51 Б показан контрольный период, во время которого записывают работу желудочка сердца при нахождении в нем постоянно сменяемого физиологического раствора. Первая стрелка показывает момент смены физиологического раствора на раствор, содержащий 0,65% NaCl, а вторая стрелка - на возврат протока физиологическим раствором. На рис. 6-51 В показано влияние на механическую активность сердца CaCl2. На рис. 6-51 Е в качестве примера показано влияние разной концентрации ионов K+ на параметры потенциала действия. Этот вопрос обсуждался ранее.
Рис. 6-51. Ионы как пример гуморальной регуляции сердца.
А - сердце на канюле Штраубе. Б - перфузия изотоничным раствором хлористого натрия (недостаток ионов кальция). В - добавление 1% раствора хлористого кальция. Г - связывание ионов кальция 5% щавелевокислым аммонием. Д - добавление 1% раствора хлористого калия. Е - влияние различных концентраций ионов калия в растворе на параметры потенциала действия кардиомиоцита
Влияние вегетативной нервной системы на деятельность сердца
Внешние регулирующие факторы можно подразделить на нервные и гуморальные. При этом экстракардиальную нервную регуляцию можно разделить на парасимпатическую и симпатическую.
Парасимпатические нервные волокна,иннервирующие сердце, берут начало в продолговатом мозге, в клетках, которые находятся вдорсальном ядре блуждающего нерва(nucleus dorsalis nervi vagi) или в двойном ядре(nucleus ambiguus) Х черепного нерва. У людей эфферентные волокна блуждающего нерва (рис. 6-52) проходят вниз по шее вблизи общих сонных артерий и затем через средостение и образуют синапсы с постганглионарными клетками. Эти клетки располагаются либо на поверхности эпикарда, либо в толще стенок сердца. Большинство клеток сердечных ганглиев располагаются вблизи синоатриального узла и атриовентрикулярного (AV) узла.
Правый и левый блуждающие нервы распределяются среди разных сердечных структур. Правый блуждающий нерв оказывает влияние преимущественно на синоатриальный узел. Стимуляция этого нерва замедляет возникновение процесса возбуждения синоатриального узла и может даже остановить его на несколько сунд.
Левый блуждающий нерв, главным образом, подавляет атриовентрикулярный узел, вызывая предсердно-желудочковую блокаду различной степени.
Синоатриальный и атриовентрикулярный узлы содержат много холинестеразыфермента, разрушающего нейротрансмиттер ацетилхолин. Ацетилхолин, высвобожденный из окончаний блуждающих нервов быстро гидролизируется. Благодаря быстрому разрушению ацетилхолина воздействия, вызываемые любой стимуляцией блуждающего нерва, очень быстро прекращаются после прекращения стимуляции. Кроме того, влияние блуждающего нерва на деятельность синоатриального или атриовентрикулярного узлов имеет очень короткий латентный период (от 50 до 100 мс), потому что выделяемый ацетилхолин активирует специфические ацетилхолин-регулируемые К+-каналы в клетках сердца. Эти каналы открываются так быстро потому, что ацетилхолин действует минуя систему вторичных мессенджеров, такую как система аденилатциклазы. Сочетание двух характерных особенностей блуждающих
нервов - короткого латентного периода и быстрого угасания ответной реакции - позволяет блуждающим нервам регулировать деятельность синоатриального и атриовентрикулярного узлов при каждом сокращении сердца.
В области синоатриального узла влияние парасимпатической нервной системы обычно превосходит влияние симпатической нервной системы.
Симпатические нервы,иннервирующие сердце, берут начало в пяти или шести верхних грудных и одном или двух нижних шейных ганглиях симпатической цепочки. В средостении постганглионарные волокна симпатических нервов и преганглионарные волокна парасимпатических нервов соединяются вместе, образуя сложное нервное сплетение смешанных эфферентных нервов, идущих к сердцу.
Постганглионарные сердечные волокна симпатических нервов этого сплетения достигают основания сердца в составе адвентиции крупных сосудов. Дойдя до основания сердца, эти волокна распределяются по различным камерам сердца, образуя обширное нервное сплетение эпикарда. Затем они проходят сквозь миокард, обычно вдоль коронарных сосудов.
Как и блуждающие нервы, правые и левые симпатические нервы распределены по разным зонам сердца. У собак, например, нервные волокна на левой стороне сердца оказывают более выраженное влияние на сократительную способность миокарда, чем волокна на правой стороне сердца, тогда как на частоту сердечных сокращений нервные волокна на левой стороне сердца влияют гораздо меньше, чем нервные волокна на правой стороне. Воздействие, вызываемое стимуляцией симпатических нервов, после прекращения этой стимуляции ослабевает постепенно. Начало ответной реакции сердца на стимуляцию нервных волокон симпатической НС протекает медленно по двум основным причинам. Во-первых, норадреналин, судя по всему, вырабатывается нервными окончаниями сердечных нервных волокон симпатической НС довольно медленно. Во-вторых, норадреналин, выделенный из нервных окончаний, влияет на сердце, главным образом, через относительно медленную систему вторичных мессенджеров, в основном, через систему аденилатциклазы. Таким образом, влияние симпатической нервной системы изменяет частоту сердечных сокращений и проведение возбуждения по атриовентрикулярному узлу гораздо медленнее, по сравнению с влиянием блуждающего нерва.
Рис. 6-52. Симпатическая и парасимпатическая иннервация сердца.