Серцева недостатність

У нормі серце при відносно низькому тиску під час діастоли приймає в себе кров і при більш високому тиску в систолу проштовхує кров вперед. Серцева недостатність визначається як нездатність серця перекачувати об'єм крові, необхідної для забезпечення метаболічних потреб організму (систолічна дисфункція) або можливість забезпечувати ці потреби тільки завдяки ненормально високого тиску заповнення порожнин серця (діастолічна дисфункція), або за рахунок обох цих механізмів. Хоча ці умови зустрічаються в ряді ситуацій, не пов'язаних з патологією серця, наприклад, при неадекватній тканинній перфузії (при масивній кровотечі) або при підвищенні метаболічних потреб (гіпертиреоз).

Серцева недостатність може бути основним проявом практично всіх хвороб серця, включаючи коронарний атеросклероз, інфаркт міокарда, клапанні пороки, артеріальну гіпертензію, вроджені вади та кардіоміопатію. У США щорічно виявляють до 400000 нових випадків серцевої недостатності, і ці цифри зростають, частково через старіння населення, почасти від того, що сучасне лікування дозволяє продовжувати життя після таких гострих захворювань серця як інфаркт міокарда. Оскільки серцева недостатність найбільш часто розвивається в умовах порушеної функції лівого шлуночка, ми починаємо з розгляду нормального фізіологічного скорочення і розслаблення міокарда.

В експериментах на ізольованих фрагментах серцевого м'яза було виявлено кілька важливих фізіологічних принципів, які можна застосувати й до цілого серця.

При розтягуванні м'язового сегмента в експериментальних умовах залежність між його довжиною і пасивно розвиваючої їм силою натягу описується кривою, що відбиває його внутрішні еластичні властивості (мал. 9.1 А, нижня крива). Якщо ж м'яз спочатку розтягують, а потім стимулюють, викликаючи його скорочення (ізометричне, тому що кінці м'язи зафіксовані), загальну напругу (активна + пасивна напруга), що розвивається міофибриллами, пропорційно довжині м'язи в момент стимуляції (мал. 9.1 А, верхня крива). Інакше кажучи, розтягування м'яза перед її стимуляцією оптимізує взаємодію між нитками актину і міозину, збільшуючи кількість поперечних містків і силу скорочення. Крім того, розтягнення кардіоміоцитів підвищує також чутливість міофібрил до кальцію, що ще більше збільшує силу скорочення.

Співвідношення між вихідною довжиною м'язи і розвиваючої нею силою скорочення має величезне значення для інтактного серця: у фізіологічних межах чим більше обсяг шлуночка під час діастоли, чим більше розтягуються волокна перед стимуляцією, тим більше сила наступного скорочення. У цьому суть механізму Франка-Старлінга, який заснований на спостереженні, що шлуночковий викид збільшується у відповідь на збільшення переднавантаження (розтягування міокардіальних волокон перед скороченням).

Мал. 9.1. А. Пасивна (нижня крива) і загальна (верхня крива) взаємозв'язок довжини і напруги для ізольованого папілярного м'яза кішки. Лінії ab і cd відображають силу, що розвивається при ізометричному скороченні. Вихідна довжина пасивного м'яза з більше (тобто м'яз с був сильніше розтягнут), ніж довжина а, і тому напруга в точці з вище, ніж у точці а. Коли м'язові сегменти скорочуються у відповідь на стимуляцію, м'яз з більшою вихідною довжиною розвиває більшу загальну напругу (точка d порівняно з точкою Ь). Б. Якщо препарат м'яза може зменшуватися при фіксованому навантаженні, довжина м'яза в кінці скорочення залежить від цього навантаження, а не від вихідної довжини волокна: стимуляція, вироблена в точках а і з призводить до однієї і тієї ж кінцевої довжині волокна (е). Тому м'яз, що почав скорочуватися при початковій довжині с, скоротиться з більшою мірою (ДЬс), ніж м'яз з вихідною довжиною а (ДЬа). В. Верхня крива являє собою відношення довжини і напруги при дії препарату з позитивною інотропною дією. При будь-якій вихідній довжині ізометричне скорочення в присутності норадреналіну відбувається з більшою силою (точка f), ніж без нього (точка Ь). При скороченні м'яза проти фіксованого навантаження норадреналін в порівнянні зі скороченням без додавання інотропного агента (точка е) викликає більше вкорочення м'язових волокон і меншу кінцеву довжину м'язи (точка g). 

Друге засноване на експериментах з ізольованими м'язовими сегментами спостереження стосується ситуації, коли м'язові волокна не фіксуються на певній довжині, а можуть під час стимуляції зменшуватися, виконуючи фіксоване навантаження (так зване постнавантаження). У цій ситуації (ізотонічне скорочення) довжина м'яза в кінці скорочення безпосередньо пов'язана з величиною навантаження, але не залежить від довжини м'яза до стимуляції (мал. 9.1В). Таким чином, 1) розвиваючим м'язовим волокном напруга дорівнює фіксованому навантаженню; 2) чим більше протидіюча сила скорочення, тим менше коротшає волокно, 3) якщо волокно перед стимуляцією розтягнуто до більшої довжини, а постнавантаження залишається колишнім, м'яз коротшає більшою мірою і досягає в Наприкінці скорочення своєї вихідної довжини; 4) максимальна напруга, що розвивається волокном при ізотонічному скороченні (тобто коли волокно не здатне коротшати) дорівнює силі, що продукується при ізометричному скороченні при тому ж переднавантаженні. Концепція післянавантаження застосовна і до нормального серця: розвиваючийся шлуночком тиск і розмір його камери в кінці кожного скорочення залежить від постнавантаження, проти якого здійснюється скорочення (в основному це) артеріальний тиск), але не від попереднього скорочення розтягування міокардіальних волокон.

Третім ключовим спостереженням в умовах експериментів є те, що скоротність міокарда (також звана інотропним статусом) обумовлює зміни сили скорочень, не залежних від вихідної довжини волокон і післянавантаження. Скорочення зазвичай відображає хімічні і гормональні впливи на серцеві скорочення, наприклад, вплив катехоламінів. Коли скоротність підвищується за допомогою фармакологічних засобів (наприклад, за допомогою інфузії норадреналіну), крива взаємозв'язку між вихідною довжиною волокон і силою скорочення зміщується вгору (мал. 9.1С), так що ізометричні скорочення викликають більшу напругу при будь-якому переднавантаженні. Подібним чином, при збільшенні скоротливості в експерименті з укороченням волокна при фіксованому післянавантаженні волокно буде зменшуватися більшою мірою в порівнянні з нормою і досягне в кінці меншої довжини. Мабуть, скоротність збільшується за рахунок підвищення швидкості утворення поперечних містків між актином і міозином.