Автоматия сердца представляет собой ритмическое сокращение органа под действием импульсов, возникающих в нем без воздействия раздражителей извне. Автоматия присуща всему органу и отдельным частям, но не сердечной мышце. Есть доказательство этого явления – ритмические сокращения органа животных и человека, изолированного от всего и вынесенного за пределы организма.
Водители ритма первого порядка
При определении того, что понимают под автоматией сердца, было обнаружено, что нервные импульсы способны генерироваться в клетках атипического миокарда. Если человек здоров, то этот процесс наблюдается рядом с синоатриальным узлом из-за отличия клеток по свойствам и строению от других структурных составляющих. Они располагаются группами, имеют форму веретена, и их окружает базальная мембрана. Второе название этих клеток – водители ритма первого порядка (пейсмекеры). Процессы обмена в них протекают с высокой скоростью, и по этой причине метаболиты остаются в межклеточной жидкости, не успевая выноситься.
Помимо этого, характерные свойства следующие:
- Довольно высокая проницаемость для ионов кальция и натрия.
- Маленькая величина мембранного потенциала.
Из-за разницы в концентрации натрия и калия отмечается незначительная активность функционирования натрий-калиевого насоса.
Исследование автоматии сердца
Довольно долгое время автоматия сердца до конца не была исследована, даже несмотря на повышенный интерес научных деятелей к этому процессу. Метод лигатур Станниуса – известный цикл опытов, проведенных на основе удаления некоторых частей сердца лягушки наложением перевязок. В результате выяснилось, что в органе присутствует 2 центра автоматии как минимум.
Один из них располагается в области венозного синуса, способствует ритмизации сокращений, второй – находится в части между желудочком и предсердиями (его еще называют скрытым). Его работа начинается только после того, как исключается 1 центр. Мышца сердца, которая отдалена от обоих центров, работает – сокращается – самостоятельно. Таким образом, автоматия сердца человека связана с импульсами, исходящими от этих центров.
Методика Ландергорфа
С целью сокращения вынесенного за пределы организма сердца используется способ Ландергорфа. Смысл заключается в следующем:
- Сердце вырезают и в аорту вставляют канюлю, которая соединяется с сосудом из стекла.
- В сосуд наливается раствор Рингера вместе с глюкозой, или же возможно добавление дефибринированной крови.
- Раствор насыщается кислородом и нагревается до определенной температуры (около 48 градусов Цельсия).
- Жидкость начинает течь под давлением в аорту, клапаны перекрываются, и жидкость направляется в венечные артерии, функция которых – питание всего органа.
При таких условиях орган животного или же человека способен работать длительное время, это и есть автоматия сердца. Используя этот метод, можно вернуть импульсы сердца, которое уже остановилось несколько часов назад. В начале 20 века впервые получилось оживить орган маленького ребенка, а уже позже восстановили работу сердца, которое не функционировало почти 48 часов. После пропускания раствора через сосуды сердцебиение сохранялось около 15 часов.
Описание процесса автоматии
Автоматия сердца человека начинается с фазы диастолы, ее проявление – движение натрия внутрь клетки. Мембранный потенциал при этом значительно снижается, величина стремится к минимальному уровню деполяризации. Уменьшается заряд мембраны, и начинается медленная деполяризация диастолы. Открываются каналы для кальция и натрия в фазу быстро протекающей деполяризации, ионы начинают активно направляться к клетке. Вследствие этого заряд сначала резко снижается и доходит до нулевой отметки, после чего сменяется противоположным. Натрий движется до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие по его ионам (электрохимическое).
Наступает фаза плато. Здесь продолжается движение кальция. Ткань сердца остается невозбудима в этот момент. При достижении равновесия по соответствующим ионам фаза заканчивается и возникает реполяризация, что означает возвращение мембранного заряда к первоначальной отметке.
Узлы автоматии сердца
Особое место в сложном процессе занимают узлы автоматии сердца. Узел первого порядка называется синоатриальным. Это водитель ритма первого порядка, который обеспечивает нормальную частоту сокращений сердца. Располагается рядом с местом впадения верхней полой вены. Его структура – малое число волокон мышц сердца с нейронными окончаниями. Узлом второго порядка называют атриовентрикулярный узел. Это скрытый водитель ритма второго порядка. Узел третьего порядка представлен клетками проводящей вентрикулярной системы.
Все водители ритма низшего порядка поддерживают частоту сокращений органа, если присутствует полная блокада сердца. При этом частота сокращений желудочков приближается к минимальной отметке, а пациентам вживляют кардиостимулятор электрического типа, то есть искусственный водитель ритма.
Возникновение потенциалов
Потенциал синоатриального узла отличается от обычного меньшей амплитудой - на 50 мВ. В нормальном состоянии потенциалы появляются в узле из-за присутствия клеток, являющихся водителями ритма первого порядка. Остальные сердечные отделы при определенных условиях тоже генерируют нервные импульсы при включении дополнительного раздражителя, а также выключения узла первого порядка. При этом наблюдается генерация импульсов в узле второго порядка (частота около 60 раз/мин). При раздражении в узле клетки пучка Гиса возбуждаются, частота снижается до 30 (водители ритма третьего порядка).
Потенциал действия всех водителей ритма прямо пропорционален высокой мембранной проницаемости для кальциевых и натриевых ионов, а также снижению проницаемости ионов калия.
Градиент автоматии
Автоматия сердца в обычных условиях всех участков системы подавляется синоартериальным узлом, «навязывающим» свой ритм. По этой причине все составляющие системы со своим собственным ритмом перестраиваются на работу в едином темпе. Градиент автоматии сердца – явление, при котором снижается способность к автоматии по мере удаления от места генерализации импульсов, то есть узла первого порядка.
До сих пор неизвестно, что вызывает резкое изменение клеточного заряда, возникающее спонтанно. Автоматия сердца может быть связана с содержанием в водителях ритма ацетилхолина. Многие ученые считают, что явление обусловлено особенностями обменных процессов в этих клетках-водителях, которые и способны изменить состояние поверхностных мембран.
