Введение

Систола – это фаза сердечного цикла, во время которой некоторые камеры сердца сокращаются после наполнения кровью.

Этимология

Термин происходит, через неолатынь, от древнегреческого συστολή (sustolē), от συστέλλειν (sustéllein 'сжимать, сокращать'; от σύν sun 'вместе' + στέλλειν stéllein 'посылать'), и аналогичен значению английского слова "to squeeze" – сжимать.

Терминология, общее объяснение

Сердце млекопитающих имеет четыре камеры: левое предсердие над левым желудочком (более светло-розовый, см. график), которые соединены митральным (или двустворчатым) клапаном; и правое предсердие над правым желудочком (более светло-синий), соединенное через трикуспидальный клапан. Предсердия – это камеры, принимающие кровь для кровообращения, а желудочки – камеры, из которых кровь выбрасывается. В конце желудочковой диастолы предсердия сокращаются и перекачивают кровь в желудочки. Этот поток наполняет желудочки кровью, и возникающее давление закрывает клапаны между предсердиями и желудочками. Затем желудочки начинают изоволюметрическое сокращение – сокращение при закрытых всех клапанах. Это сокращение завершает первую фазу систолы. Вторая фаза следует немедленно за ней: насыщенная кислородом кровь из левого желудочка выталкивается через аортальный клапан и аорту ко всем системам организма, а одновременно кровь, бедная кислородом, из правого желудочка перекачивается через клапан лёгочной артерии и лёгочную артерию в лёгкие. Таким образом, пары камер (верхние предсердия и нижние желудочки) сокращаются попеременно. Сначала сокращение предсердий наполняет желудочки кровью, затем сокращение желудочков выталкивает кровь из сердца в системы организма, включая лёгкие для обогащения кислородом. Систола сердца – это сокращение сердечной мышцы в ответ на электрохимический импульс, поступающий к клеткам сердца (кардиомиоцитам). Сердечный выброс – это объем крови, перекачиваемый желудочками за одну минуту. Фракция выброса – это объем выкачанной крови, деленный на общий объем крови в левом желудочке.

Систола предсердий

Систола предсердий возникает в поздней фазе диастолы желудочков и представляет собой сокращение миокарда левого и правого предсердий. Резкое снижение давления в желудочках, происходящее во время диастолы желудочков, позволяет открыться предсердно-желудочковым клапанам (или митральному и трикуспидальному клапанам) и способствует опорожнению предсердий в желудочки. Предсердно-желудочковые клапаны остаются открытыми, а аортальный и лёгочный клапаны – закрытыми, поскольку градиент давления между предсердием и желудочком сохраняется в поздней диастоле желудочков. Сокращение предсердий вносит небольшой вклад в наполнение желудочков, но становится значимым при гипертрофии левого желудочка, или утолщении стенки сердца, так как желудочек не полностью расслабляется во время диастолы. Нарушение нормальной электропроводности сердца – как при фибрилляции предсердий, трепетании предсердий и полной блокаде сердца – может полностью устранить систолу предсердий. Сокращение предсердий следует за деполяризацией, отображаемой зубцом P на ЭКГ. При сокращении обеих предсердных камер – от верхних отделов предсердий к предсердно-желудочковой перегородке – давление в предсердиях повышается, и кровь перекачивается в желудочки через открытые предсердно-желудочковые клапаны. В начале систолы предсердий, во время диастолы желудочков, желудочки обычно заполнены примерно на 70–80% за счет притока крови из предсердий. Сокращение предсердий, также называемое "предсердным толчком", обеспечивает оставшиеся 20–30% наполнения желудочков. Систола предсердий длится около 100 мс и завершается до начала систолы желудочков, когда миокард предсердий возвращается в диастолу. Два желудочка электрически и гистологически (на тканевом уровне) изолированы от двух предсердных камер электрически непроницаемыми слоями коллагена соединительной ткани, известными как сердечный скелет. Сердечный скелет состоит из плотной соединительной ткани, которая обеспечивает структурную поддержку сердца, формируя предсердно-желудочковую перегородку, разделяющую предсердия и желудочки, и фиброзные кольца, служащие основанием для четырех сердечных клапанов. Коллагеновые выросты из колец клапанов герметизируют и ограничивают влияние электрической активности предсердий на электрические пути, проходящие через желудочки. Эти пути включают синоатриальный узел, атриовентрикулярный узел и волокна Пуркинье. (Исключения, такие как дополнительные проводящие пути, могут встречаться в этом барьере между предсердной и желудочковой электрической активностью, но они редки.) Фармакологический контроль сердечного ритма широко распространен в настоящее время; например, терапевтическое применение дигоксина, бета-адреноблокаторов или блокаторов кальциевых каналов является важным историческим методом лечения этого состояния. Особенно у лиц, склонных к гиперкоагуляции (нарушению свертываемости крови), существует значительный риск образования тромбов – серьезной патологии, требующей пожизненной терапии антикоагулянтами, если ее нельзя устранить.

Систола правого и левого предсердий

Каждая из камер предсердий содержит один клапан: трикуспидальный клапан в правом предсердии открывается в правый желудочек, а митральный (или бикуспидальный) клапан в левом предсердии открывается в левый желудочек. Оба клапана приоткрываются на поздних стадиях диастолы желудочков; см. диаграмму Виггерса на фазе P/QRS (на правом поле). Затем сокращения предсердной систолы заставляют правый желудочек заполняться обедненной кислородом кровью через трикуспидальный клапан. Когда правое предсердие опорожняется – или преждевременно закрывается – правая предсердная систола заканчивается, и эта стадия сигнализирует об окончании диастолы желудочков и начале систолы желудочков (см. диаграмму Виггерса). Временная характеристика правого систолического цикла измеряется от момента открытия (трикуспидального) клапана до момента его закрытия. Сокращения предсердной систолы наполняют левый желудочек обогащенной кислородом кровью через митральный клапан; когда левое предсердие опорожняется или закрывается, левая предсердная систола заканчивается, и систола желудочков вот-вот начнется. Временная характеристика левого систолического цикла измеряется от момента открытия (митрального) клапана до момента его закрытия.

Фибрилляция предсердий

Фибрилляция предсердий – это распространенное нарушение электрической активности сердца, возникающее во время систолы предсердий (см. рисунок на полях). Согласно теории, эктопический фокус, обычно расположенный в области легочных вен, конкурирует с синоатриальным узлом за электрический контроль над предсердиями, что снижает эффективность работы предсердного миокарда, или сердечной мышцы предсердий. Нарушается упорядоченное управление электрической активностью предсердий со стороны синоатриального узла, что приводит к потере согласованной генерации давления в обоих предсердиях. Фибрилляция предсердий представляет собой электрически дезорганизованную, но хорошо кровоснабжаемую предсердную массу, работающую (несинхронно) совместно с (относительно) электрически здоровой желудочковой систолой. Сниженная наполняемость, вызванная фибрилляцией предсердий, ухудшает общую работу сердца, однако желудочки продолжают функционировать как эффективный насос. При данном заболевании фракция выброса может снизиться на 10–30%. Некорригированная фибрилляция предсердий может приводить к частоте сердечных сокращений, достигающей 200 ударов в минуту (bpm). Если эту частоту удастся замедлить до нормального диапазона, например, до 80 ударов в минуту, то увеличение времени диастолического наполнения в течение сердечного цикла восстановит или улучшит насосную функцию сердца. Тяжелое дыхание, например, у пациентов с неконтролируемой фибрилляцией предсердий, часто можно нормализовать с помощью (электрической или медикаментозной) кардиоверсии.

Спиральная систола желудочков и диаграмма Виггера

Диаграмма Виггерса желудочковой систолы графически изображает последовательность сокращений миокарда двух желудочков. Желудочковая систола вызывает самосокращение, в результате чего давление в левом и правом желудочках повышается до уровня выше, чем в двух предсердиях, тем самым закрывая трехстворчатый и митральный клапаны, предотвращение инверсии которых обеспечивается хордами и папиллярными мышцами. Затем желудочковое давление продолжает расти в изоволюметрической, или фазе сокращения с постоянным объемом, пока не достигнет максимального значения (dP/dt = 0), что приводит к открытию легочного и аортального клапанов в фазе изгнания. В фазе изгнания кровь течет из двух желудочков по градиенту давления – то есть от более высокого к более низкому – в аорту и легочный ствол соответственно. Важно отметить, что перфузия сердечной мышцы через коронарные сосуды сердца не происходит во время желудочковой систолы, а осуществляется во время желудочковой диастолы. Желудочковая систола является источником пульса.

Систола правого и левого желудочков

Легочный (или пульмональный) клапан в правом желудочке открывается в легочный ствол, также известный как легочная артерия, который делится дважды, чтобы соединиться с каждым из левых и правых легких. В левом желудочке аортальный клапан открывается в аорту, которая делится и разветвляется на множество ветвей артерий, соединяющихся со всеми органами и системами тела, кроме легких. При сокращениях систола правого желудочка (RV) проталкивает обедненную кислородом кровь через легочный клапан, через легочные артерии, в легкие, обеспечивая легочное кровообращение; одновременно систола левого желудочка (LV) перекачивает кровь через аортальный клапан, аорту и все артерии, обеспечивая системное кровообращение, обогащенное кислородом, во все системы организма. Систола левого желудочка позволяет регулярно измерять артериальное давление в крупных артериях, отходящих от левого желудочка сердца. Систола ЛЖ объемно определяется как фракция выброса левого желудочка (LVEF). Аналогично, систола ПЖ определяется как фракция выброса правого желудочка (RVEF). Повышенный показатель RVEF указывает на легочную гипертензию. Временные характеристики желудочковых систол: правый желудочек – от открытия легочного клапана до его закрытия; левый желудочек – от открытия аортального клапана до его закрытия.

Электрическая систола

Синоатриальный узел (узл SA) является естественным водителем ритма сердца, генерирующим электрические импульсы, которые распространяются по сердечной мышце, вызывая её повторяющиеся сокращения в цикле. Он расположен в верхней части правого предсердия, вблизи места соединения с верхней полой веной. Узел SA имеет бледно-желтый цвет. У человека его размеры составляют примерно 25 мм в длину, 3–4 мм в ширину и 2 мм в толщину. Он состоит из двух типов клеток: (a) мелких, округлых P-клеток, содержащих мало органелл и миофибрилл, и (b) вытянутых переходных клеток, занимающих промежуточное положение по строению между P-клетками и обычными клетками миокарда. В целостном состоянии SA-узел обеспечивает непрерывный электрический разряд, известный как синусовый ритм, распространяющийся по предсердной массе. Импульсы затем объединяются в атриовентрикулярном узле, где организуются для формирования ритмического электрического импульса, поступающего в желудочки и распространяющегося по ним через натриевые, калиевые или кальциевые ионные каналы. Непрерывный ритмический разряд генерирует волнообразное распространение электрических импульсов, стимулирующих гладкую мускулатуру миокарда и вызывающих ритмичные сокращения, распространяющиеся сверху вниз по сердцу. По мере продвижения импульса из (верхних) предсердий в (нижние) желудочки, он распределяется по мышечной сети, вызывая одновременное систолическое сокращение обеих желудочковых камер. Скорость цикла – то есть, частота сердечных сокращений – регулируется сигналами от мозга, отражающими его реакцию на состояние организма, такое как боль, эмоциональный стресс, уровень активности, а также на внешние факторы, включая температуру окружающей среды, время суток и другие.

Механическая систола

Электрическая систола открывает воротные к напряжению натриевые, калийные и кальциевые каналы в клетках миокарда. Последующее повышение внутриклеточной концентрации кальция запускает взаимодействие актина и миозина в присутствии АТФ, что генерирует механическую силу в клетках, проявляющуюся в виде мышечного сокращения, или механической систолы. Сокращения создают внутрижелудочковое давление, которое возрастает до тех пор, пока не превысит внешнее, остаточное давление в прилегающих стволах легочной артерии и аорты; эта фаза, в свою очередь, приводит к открытию легочного и аортального клапанов. Затем кровь из обоих желудочков выбрасывается, поступая в легочный и аортальный круги кровообращения. Механическая систола вызывает пульсацию, которую легко можно прощупать или увидеть в нескольких точках тела, что позволяет использовать общепринятые методы – пальпацию или визуальное наблюдение – для оценки систолического артериального давления. Механические силы систолы вызывают вращение мышечной массы вокруг продольной и поперечной осей, процесс, который можно наблюдать как "выжимание" желудочков.

Физиологический механизм

Систола сердца инициируется электрически возбудимыми клетками, расположенными в синоатриальном узле. Эти клетки активируются спонтанно за счет деполяризации электрического потенциала на их клеточных мембранах, что вызывает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов на клеточной мембране и позволяет ионам кальция поступать в саркоплазму (цитоплазму) клеток сердечной мышцы. Ионы кальция связываются с молекулярными рецепторами на саркоплазматической сети (см. рисунок), что вызывает приток (поток) ионов кальция в саркоплазму. Ионы кальция связываются с тропонином C, вызывая конформационное (то есть структурное) изменение в белковом комплексе тропонин-тропомиозин, что приводит к обнажению связывающих участков миозиновых головок на F-актиновых нитях, что вызывает сокращение мышцы. Потенциал действия сердца распространяется дистально (или наружу) к мелким ветвям пучка Гиса через поток катионов через щелевые контакты, соединяющие саркоплазмы соседних миоцитов. Электрическая активность желудочковой систолы координируется атриовентрикулярным узлом, представляющим собой дискретную группу клеток, получающих электрическую стимуляцию от левого и правого предсердий и способных обеспечивать внутреннюю (хотя и более медленную) активность водителя ритма сердца. Потенциал действия сердца распространяется по проводящим путям через пучок Гиса к волокнам Пуркинье; этот электрический приток вызывает скоординированную деполяризацию и возбуждение-сократительную связь от вершины сердца к основаниям крупных сосудов.

Клиническая обозначение

Когда артериальное давление указывается в медицинских целях, оно обычно записывается с разделением систолического и диастолического давления косой чертой, например, 120/80 мм рт.ст. Эта клиническая запись не является математической дробью или отношением, и не представляет собой числитель над знаменателем. Это, скорее, медицинская запись, показывающая два клинически значимых показателя давления – систолическое, за которым следует диастолическое. Часто после этого указывается третье число – частота сердечных сокращений (в ударах в минуту), которая обычно измеряется одновременно с артериальным давлением.

Патология

Систолическая дисфункция.