Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

1. Кафедра динамического моделирования и биомедицинской инженерии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Похоже ли сердце на часы?

студента 1 курса факультета

нано- и биомедицинских технологий

Никонорова Татьяна Николаевна.

Научный руководитель

ассистент, к.ф.-м.нТ.В. Диканев

Зав. кафедрой

профессор, д.ф.-м.нБ.П. Безручко

Саратов 2008г.

Содержание

1. Введение

Краткое строение сердца человека

Работа сердца. Регуляция работы

Сердце как насос

Сердце как часы. Память сердца

1. Ритмы сердца с математической точки зрения

Заключение

Введение

В данной работе мы рассмотрим строение, функции и работу жизненно важного органа-сердца. Проанализируем структурно – функциональные механизмы, обеспечивающие уникальную способность сердца устойчиво работать в течение всей жизни, а также механизмы регуляции его сократительной функции, уделяя особое внимание ритмам сердца и их регуляции. В работе описано насколько важно сердце не только как многофункциональный орган, но и как «биологические часы» человека, несущие кратковременную память.

Сердце издревле было в центре внимания многих ученых. Этот орган изучал Гарвей в 1615 году. Он связывал происхождение латинского слова cor (сердце) с currendo (двигаюсь). Циркуляцию крови по сосудам, по большому и малому кругам кровообращения Гарвей употреблял круговороту воды в природе, имея в виду, как писал крупный физиолог А.Ф.Самойлов, не просто поступательное перемещение жидкости, но и качественное ее изменение в разных участках кровеносного русла. Гарвей писал, что в легких кровь усовершенствуется. Естественно, он еще не знал о кислороде, гемоглобине и т.д. Эта была гениальная догадка того времени.

До сих пор ученые продолжают изучать сердце и многое еще остается загадкой.

Краткое строение сердца человека

Сердце расположено в грудной клетке между лёгкими, оно имеет конусообразную форму, две его трети расположены влево от срединной линии тела, а одна треть - вправо. Масса сердца в среднем 300 г. Своим основанием, к которому подходят сосуды, оно направлено вверх, а суженной верхушкой - вниз. Снаружи сердце покрыто оболочкой, образующей околосердечную сумку, или перикард. Сумка состоит из двух листков, между которыми находится небольшая полость. Внутренний листок перикарда переходит в эпикард – тонкую оболочку, покрывающую сердечную мышцу (миокард). Полость сердца выстилает эндокард, он же и образует клапаны. Сердце состоит из четырёх камер, двух верхних - тонкостенных предсердий и двух нижних – толстостенных желудочков, причём стенка левого желудочка в 2,5 раза толще, чем стенка правого желудочка. Это связано с тем, что левый желудочек выбрасывает кровь в большой круг кровообращения, правый – в малый круг.

Строение сердца:

1 — правое-, 3 — левое предсердия; 2 — правый-, 4 — левый желудочки; 5 — двух-, 6 — трехстворчатый клапаны; 7 — полулунные клапаны; 8 — легочная артерия; 9 — левая дуга.

В левой половине сердца кровь артериальная, в правой - венозная. В левом предсердножелудочковом отверстии расположен двустворчатый клапан, в правом – трёхстворчатый. При сокращении желудочков клапаны под давлением крови захлопываются и не дают крови выйти обратно в предсердия. Сухожильные нити, прикреплённые к клапанам и сосочковым мышцам желудочков, не дают клапанам вывернуться. На границе желудочков с лёгочной артерией и аортой находятся кармашковидные полулунные клапаны. При сокращении желудочков эти клапаны прижимаются к стенкам артерий, и кровь выбрасывается в аорту и легочную артерию. При расслаблении желудочков — кармашки наполняются кровью и препятствуют попаданию крови обратно в желудочки.

Около 10% крови, выбрасываемой левым желудочком, попадает в коронарные сосуды, питающие сердечную мышцу. При закупорке какого-то коронарного сосуда может наступить отмирание участка миокарда (инфаркт). Нарушение проходимости артерии может наступить в результате закупорки сосуда тромбом или из-за ее сильного сужения — спазма.

Работа сердца. Регуляция работы

Различают три фазы сердечной деятельности: сокращение (систола) предсердий, систола желудочков и общее расслабление (диастола). При частоте сокращений сердца 75 раз в минуту, на один цикл приходится 0,8 секунды. При этом систола предсердий продолжается 0,1 с, систола желудочков — 0,3 с, общая диастола — 0,4 с.

Таким образом, в одном цикле предсердия работают 0,1 с, а 0,7 — отдыхают, желудочки работают 0,3 с, отдыхают 0,5 с. Это позволяет сердцу работать, не утомляясь, всю жизнь.

При одном сокращении сердца в легочный ствол и аорту выбрасывается около 70 мл крови, за минуту объем выброшенной крови составит более 5 л. При физической нагрузке возрастает частота и сила сердечных сокращений и сердечный выброс достигает 20 — 40 л/мин.

Автоматия сердца. Даже изолированное сердце, при пропускании через него физиологического раствора, способно ритмически сокращаться без внешних раздражений, под влиянием импульсов, возникающих в самом сердце. Импульсы возникают в синусно-предсердном и предсердно-желудочковом узлах (водителях ритма), расположенных в правом предсердии, затем по проводящей системе (ножкам Гиса и волокнам Пуркинье) проводятся к предсердиям и желудочкам, вызывая их сокращение (рис. 199). И ритмоводители, и проводящая система сердца образованы мышечными клетками особого строения. Ритм работы изолированного сердца задается синусно-предсердным узлом, его называют ритмоводителем 1-го порядка. Если прервать передачу импульсов от синусно-предсердного узла к предсердно-желудочковому, то сердце остановится, затем возобновит работу уже в ритме, задаваемом предсердно-желудочковым узлом, ритмоводителем 2-го порядка.

Нервная регуляция. Деятельность сердца, как и других внутренних органов, регулируется автономной (вегетативной) частью нервной системы:

Во-первых, в сердце имеется собственная нервная система сердца с рефлекторными дугами в самом сердце — метасимпатическая часть нервной системы. Ее работа видна при переполнении предсердий изолированного сердца, в этом случае усиливается частота и сила сердечных сокращений.

Во-вторых, к сердцу подходят симпатические и парасимпатические нервы. Информация от рецепторов на растяжение в полых венах и дуге аорты передается в продолговатый мозг, в центр регуляции сердечной деятельности. Ослабление работы сердца вызывается парасимпатическими нервами в составе блуждающего нерва, усиление работы сердца вызывается симпатическими нервами, центры которых расположены в спинном мозге.

1. Гуморальная регуляция. На деятельность сердца влияет и ряд веществ, поступающих в кровь. Усиление работы сердца вызывают адреналин, выделяемый надпочечниками, тироксин, выделяемый щитовидной железой, избыток ионов Са²⁺. Ослабление работы сердца вызывает ацетилхолин, избыток ионов К⁺.

Роль сердца в системе кровообращения состоит в развитии давления, превышающего уровень давления в артериальном русле, благодаря чему происходит изгнание крови, поступающей из вен. Сердце, таким образом, работает как насос, накачивающий кровь из системы низкого давления в систему с достаточно высоким давлением, а существующий градиент давления между артериями и венами обеспечивает дальнейшее движение крови в системе кровообращения.

В процессе эволюции структура и функция сердца усложнялись и совершенствовались, пройдя сложный путь от сокращений части сосудистой трубки у низших организмов до возникновения раздельных камер и двух кругов кровообращения у млекопитающих и человека. Сердце представляет собой сложный орган, работающий автономно в течение длительного времени с высокой степенью надежности. Давление в желудочках сердца колеблется в широком диапазоне благодаря согласованному и синхронному сокращению и расслаблению мышечных клеток – кардиомиоцитов, составляющих сердечную мышцу миокард. Синхронизация сокращения обеспечивается благодаря одновременному возбуждению клеток по специализированным волокнам так называемой проводящей системы. Импульсы возбуждения возникают спонтанно в специализированных клетках предсердий – синусном узле – и распространяются по проводящей системе сначала по предсердиям, а затем по желудочкам. Поэтому сначала сокращаются предсердия, выжимающие кровь в желудочки, из которых она изгоняется в крупные артерии.

Деятельность сердца должна отвечать определенным требованиям, она должна быть:

1. автоматической, то есть способной осуществляться даже при изоляции органа,

2. ритмичной, благодаря чему происходит чередование фаз наполнения и изгнания,

3. способной к регулированию в широком диапазоне, что необходимо при усиленной работе организма,

4. надежной и устойчивой.

Кроме того, она должна обеспечить:

1. однонаправленность потока и

2. непрерывность притока к сердцу.

Первые три требования удовлетворяются благодаря особой организации кардиомиоцитов, а последние три основываются на структурной организации мышечной ткани и органа в целом.

Сердце как насос

Деятельность сердца как насоса протекает в виде периодически повторяющихся циклов. В каждом цикле происходит наполнение сердца и изгнание крови из него. Цикл начинается с возникновения автоматического импульса возбуждения, которое распространяется по предсердиям. Результатом этого является быстрое (0,1 с) сокращение предсердий, и кровь выжимается в желудочки. Последние начинают сокращаться после того, как их волокна будут охвачены возбуждением, распространяющимся по волокнам проводящей системы. Импульс возбуждения переходит с предсердий на желудочки после некоторой задержки, необходимой для завершения сокращения предсердий. Комплекс QRS на ЭКГ отражает процесс распространения возбуждения по желудочкам, после чего начинается процесс развития давления в них и последующего изгнания.

0 0.2 0.4 0.6

Время, с

Электрокардиограмма (ЭКГ) – запись электрической активности сердца в течении одного сердечного цикла. P- деполяризация мышцы предсердия и распространение возбуждения от синоатриального узла во время систолы предсердий; Q, R и S- систола желудочков; T- начало диастолы желудочков.

В целом процессы развития давления и изгнания обозначаются термином "систола", а процессы снижения давления и наполнения желудочков – термином "диастола". Общая длительность цикла при частоте 75 сокращений в минуту составляет 0,8 с, при этом на долю систолы приходится 0,3 с, а диастолы – 0,5 с. В пересчете на сутки систола занимает 9 ч, а диастола – 15 ч.

С механической точки зрения насосная функция желудочков сердца описывается динамическим соотношением между их объемом и давлением. В процессе диастолы относительно легко растяжимые камеры желудочков заполняются кровью, причем давление растет незначительно (первая фаза). Объем сердца в конце диастолы максимален в ходе цикла. Вторая фаза начинается с развития давления, но изгнание крови не может начаться, пока давление в желудочках не превысит уровень давления в крупных сосудах. Продолжающееся быстрое повышение давления в желудочках создает необходимое превышение давления, и кровь изгоняется в аорту и легочную артерию (третья фаза). Изгнание прекращается, как только в ходе начавшегося расслабления давление в желудочках становится ниже, чем давление в крупных сосудах. В ходе продолжающегося расслабления давление в желудочках падает ниже уровня давления в предсердиях (четвертая фаза) и начинается наполнение желудочков (первая фаза).

Изгоняемая при сокращении желудочков порция крови носит название "ударный объем", а оставшаяся в желудочках после изгнания – "остаточный объем". Обычно соотношение между ударным и диастолическим объемом (фракция изгнания) равно примерно 0,6, его значительное уменьшение отражает слабость желудочка. Произведение ударного объема на частоту сокращений в минуту дает величину минутного объема, который в среднем составляет 4,5-5,5 л/мин.

РЕГУЛЯЦИЯ НАСОСНОЙ ФУНКЦИИ.

Необходимым условием устойчивого кровообращения в организме является равенство притока и выброса из желудочков. При слабости сокращения желудочков (сердечная недостаточность) кровь скапливается в венозном отделе системы, и повышенное венозное давление способствует возникновению отеков. В основе способности сердца выбрасывать в артериальное русло то количество крови, которое притекает к нему из вен, лежат механизмы, реализуемые уже на клеточном уровне.