Содержание
Сердце вместе с мозгом и легкими образует треугольник физиологической сущности живых существ. Этот небольшой орган (что эквивалентно 0,4% массы тела взрослого человека) перекачивает около 70 миллилитров крови за каждый удар сердца, то есть примерно 5 литров жидкости в минуту.
Учитывая, что в организме человека от 4,5 до 6 литров крови, можно сказать, что сердце перекачивает практически всю эту жидкость за 60 секунд.
Сердце может сжигать от 0,9 до 1,2 килокалорий на килограмм веса человека в час, что составляет 400-600 калорий в день. Большая часть нашего основного метаболизма (энергии, необходимой для жизни в состоянии покоя) объясняется действием этого органа и мозга, поскольку они находятся в непрерывной работе и представляют собой настоящую фабрику потребления ресурсов.
Работа сердца
Прежде всего, мы должны закрепить ряд базальных механизмов кровотока. Сердце человека — полый мышечный орган с 4-мя камерами (2 предсердия и 2 желудочка) перегородкой, то есть они полностью разделены. Проведение этого различия важно, поскольку у других позвоночных, кроме человека, есть сердца с частичными перегородками или без них, поэтому существует определенная степень смешения между оксигенированной и деоксигенированной кровью. В нашем виде это не так.
Сердце перекачивает кровь ко всем частям тела, но существует четкое различие между тем, что переносит кислород после того, как он проходит через легкие (насыщенный кислородом), и тем, что возвращается к ним для сбора O2.
- Верхняя полая вена (SVC) и нижняя полая вена (IVC) — два основных канала, которые позволяют возвращать дезоксигенированную кровь к сердцу.
- Эта деоксигенированная кровь поступает в сердце через правое предсердие (RA), которое впоследствии передает кровь в правый желудочек (RV).
- Правый желудочек перекачивает кровь к легочным артериям, которые разветвляются на мелкие капилляры, расположенные в альвеолах легкого.
- Человеческое дыхание обеспечивает обмен углекислого газа в крови на капиллярном уровне на кислород.
- Таким образом, кровь возвращается к сердцу через левое предсердие (LA), течет в левый желудочек (LV) и перекачивает кровь в артерию аорты, которая распределяет насыщенную кислородом кровь по всему телу.
Этот цикл описывает только оксигенацию и деоксигенацию крови, так как вы не должны забывать, что кровь проходит через печень, почки и другие органы, чтобы очиститься и отложить вещества. Безусловно, описание системы кровообращения — грандиозная задача, достойная нескольких томов энциклопедии.
Как закон Франка-Старлинга применима ко всему описанному?
Закон Франка-Старлинга был описан по именам двух исследователей, специализирующихся в области физиологии: Отто Франка и Эрнеста Генри Старлинга, профессионалов в области анатомии 20-го века. В любом случае, они не были первыми, кто постулировал и заподозрил определенные корреляции, которые мы вам покажем ниже.
Проще говоря, закон Франка-Старлинга гласит, что сердце обладает внутренней способностью реагировать на увеличивающиеся объемы кровотока. Исходя из этого предположения, ожидается, что сердечный выброс (объем крови, выбрасываемой желудочком за одну минуту) будет увеличиваться или уменьшаться в ответ на изменения частоты сердечных сокращений и ударного объема.
Возьмем пример: когда человек встает со своего места, сердечный выброс уменьшается, поскольку снижение центрального венозного давления (ЦВД) приводит к падению ударного объема.
Таким образом, центральное венозное давление важно в этом случае, поскольку оно определяет давление наполнения правого желудочка и, следовательно, напрямую определяет ударный объем выброса крови. Мы знаем, что эта терминология может показаться довольно запутанной, но, безусловно, формулы помогут вам немного лучше понять описанный здесь закон.
Основы закона Франка-Стерлинга
Сердечная работа (D): ударный объем (SV) x частота сердечных сокращений (HR)
Мы помним, что сердечная работа или выброс (D) относится к количеству крови, которое желудочек выбрасывает из сердца за 60 секунд. С другой стороны, ударный объем (SV) представляет собой объем крови, который сердце выбрасывает в аорту или легочную артерию. Наконец, частота сердечных сокращений (ЧСС) — это параметр, отражающий количество ударов в единицу времени.
Если мы примем во внимание, что (в нормальной ситуации) ударный объем человека составляет 60 миллилитров на удар при частоте сердечных сокращений 75 ударов в минуту, мы получим, что общая сердечная работа в минуту составляет 4,5 литра.
Основываясь на этой предпосылке, закон Франка-Стерлинга объясняет, что по мере того, как сердце наполняется большим объемом крови, сила сокращения значительно возрастает. Другими словами, если человек делает мышечное усилие в данный момент, объем крови, возвращаемой венозной системой, увеличится, поэтому ударный объем (сила сокращения сердца) будет больше.
Закон и анатомия сердца
Эта теория не только математически обоснована, но и должна давать физиологическое объяснение, подтверждающее постулат. Закон Франка-Стерлинга основан на следующей предпосылке: существует взаимосвязь между начальной длиной миокардиальных волокон (образующих сердечную мышцу) и силой, создаваемой сокращением сердца.
Увеличение кровотока в венозном возврате приводит к большему наполнению желудочка, поскольку он отвечает за сбор крови в сердце. Это способствует растяжению миокардиальных волокон органа, что приводит к увеличению длины саркомеров (мышечных единиц, образованных набором волокон). При увеличении длины саркомера во время сокращения возможно большее генерирование силы, так что сердце может выбрасывать больше крови в артерии (ударный объем).
Все это можно свести к одной простой для понимания идее: если желудочная камера наполняется кровью больше, мышечные волокна удлиняются и сжимаются еще больше, способствуя высвобождению лишней крови, которая попала в сердце через вены. Возможно, будучи редукционистами, это можно охарактеризовать как «резиновый эффект»: чем больше что-то растягивается под действием внешнего давления, тем с большей силой оно возвращается к своей естественной форме.
Таким образом, нормальный желудочек человека со «здоровым» сердцем способен увеличивать ударный объем, когда в него попадает больше крови, чтобы удалить лишнюю жидкость из камеры. К сожалению, это не относится к людям с сердечно-сосудистыми проблемами, поэтому в ответ на «несоблюдение» этого закона могут возникать различные клинические события.