Какого цвета сердце без крови

Сердце, cor, представляет полый мышечный орган, принимающий кровь из вливающихся в него венозных стволов и прогоняющий кровь в артериальную систему. Полость сердца подразделяется на 4 камеры: 2 предсердия и 2 желудочка.

Левое предсердие и левый желудочек составляют вместе левое, или артериальное, сердце по свойству находящейся в нем крови; правое предсердие и правый желудочек составляют правое, или венозное, сердце. Сокращение стенок сердечных камер носит название систолы, расслабление их — диастолы.

Сердце имеет форму несколько уплощенного конуса. В нем различают верхушку, apex, основание, basis, передневерхнюю и нижнюю поверхности и два края — правый и левый, разделяющие эти поверхности.

Закругленная верхушка сердца, apex cordis, обращена вниз, вперед и влево, достигая пятого межреберного промежутка на расстоянии 8 — 9 см влево от средней линии; верхушка сердца образуется целиком за счет левого желудочка. Основание, basis cordis, обращено вверх, назад и направо.

Оно образуется предсердиями, а спереди — аортой и легочным стволом. В правом верхнем углу четырехугольника, образованного предсердиями, находится место — вхождения верхней полой вены, в нижнем — нижней полой вены; сейчас же влево располагаются места вхождения двух правых легочных вен, на левом краю основания — двух левых легочных вен.

Передняя, или грудино-реберная, поверхность сердца, facies sternocostalis, обращена кпереди, вверх и влево и лежит позади тела грудины и хрящей ребер от III до VI. Венечной бороздой, sulcus coronarius, которая идет поперечно к продольной оси сердца и отделяет предсердия от желудочков, сердце разделяется на верхний участок, образуемый предсердиями, и на больший нижний, образуемый желудочками.

Идущая по facies sternocostalis передняя продольная борозда, sulcus interventricularis anterior, проходит по границе между желудочками, причем большую часть передней поверхности образует правый желудочек, меньшую — левый.

Нижняя, или диафрагмальная, поверхность, facies diaphragmatica, прилежит к диафрагме, к ее сухожильному центру. По ней проходит задняя продольная борозда, sulcus interventricularis posterior, которая отделяет поверхность левого желудочка (большую) от поверхности правого (меньшей).

Передняя и задняя межжелудочковые борозды сердца своими нижними концами сливаются друг с другом и образуют на правом краю сердца, тотчас вправо от верхушки сердца, сердечную вырезку, incisura apicis cordis.

Края сердца, правый и левый, неодинаковой конфигурации: правый более острый; левый край закругленный, более тупой вследствие большей толщины стенки левого желудочка.

Считают, что сердце по величине равно кулаку соответствующего индивидуума. Средние размеры его: длинник 12—13 см, наибольший поперечник 9—10,5 см, переднезадний размер 6 — 7 см. Масса сердца мужчины равна в среднем 300 г (1/215 массы тела), женщины — 220 г (1/250 массы тела).

Источник

Анатомия сердца человека

С ердце — один из самых романтичных и чувственных органов человеческого организма. Во многих культурах его считают вместилищем души, местом, где зарождаются привязанность и любовь. Тем не менее, с точки зрения анатомии картина выглядит более прозаично. Здоровое сердце представляет собой сильный мышечный орган размером примерно с кулак его обладателя. Работа сердечной мышцы ни на секунду не прекращается с момента появления человека на свет и вплоть до самой смерти. Перекачивая кровь, сердце снабжает кислородом все органы и ткани, способствует удалению продуктов распада и выполняет часть очистительных функций организма. Поговорим об особенностях анатомического строения этого удивительного органа.

Анатомия сердца человека: историко-медицинский экскурс

Кардиологию — науку, изучающую строение сердца и сосудов, — выделили как отдельную отрасль анатомии ещё в 1628 году, когда Гарвей выявил и представил медицинскому сообществу законы кровообращения человека. Он продемонстрировал, как сердце, словно насос, проталкивает кровь по сосудистому руслу в строго определённом направлении, снабжая органы питательными веществами и кислородом.

Сердце располагается в грудном отделе человека, немного левее центральной оси. Форма органа может варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей строения организма, возраста, конституции, пола и других факторов. Так, у плотных низкорослых людей сердце более округлое, чем у худых и высоких. Считается, что его форма примерно совпадает с окружностью плотно сжатого кулака, а вес колеблется в диапазоне от 210 граммов у женщин до 380 граммов у мужчин.

Объём крови, перекачанной сердечной мышцей за сутки, составляет примерно 7–10 тысяч литров, причём эта работа ведётся непрерывно! Количество крови может изменяться из-за физического и психологического состояния. При стрессе, когда организм нуждается в кислороде, нагрузка на сердце возрастает в разы: в такие моменты оно способно передвигать кровь со скоростью до 30 литров в минуту, восстанавливая резервы организма. Тем не менее, постоянно работать на износ орган не в состоянии: в моменты покоя ток крови замедляется до 5 литров в минуту, а мышечные клетки, образующие сердце, отдыхают и восстанавливаются.

Строение сердца: анатомия тканей и клеток

Сердце относят к мышечным органам, однако, ошибочно считать, что оно состоит из одних лишь мышечных волокон. Стенка сердца включает три слоя, каждый из которых имеет свои особенности:

1. Эндокард — это внутренняя оболочка, выстилающая поверхность камер. Она представлена сбалансированным симбиозом эластичных соединительных и гладкомышечных клеток. Очертить чёткие границы эндокарда практически нереально: истончаясь, он плавно переходит в прилегающие кровеносные сосуды, а в особо тонких местах предсердий срастается прямо с эпикардом, минуя средний, самый обширный слой – миокард.

2. Миокард — это мышечный каркас сердца. Несколько слоёв поперечнополосатой мышечной ткани соединяются таким образом, чтобы быстро и целенаправленно реагировать на возбуждение, возникшее в одной области и проходящее всему органу, выталкивая кровь в сосудистое русло. Помимо мышечных клеток, в миокард входят P-клетки, способные передавать нервный импульс. Степень развития миокарда в отдельных областях зависит от объёма возложенных на него функций. К примеру, миокард в области предсердий куда тоньше желудочкового.

В этом же слое находится фиброзное кольцо, анатомически разделяющее предсердия и желудочки. Такая особенность позволяет камерам сокращаться поочерёдно, выталкивая кровь в строго определённом направлении.

3. Эпикард — поверхностный слой сердечной стенки. Серозная оболочка, образованная эпителиальной и соединительной тканью, является промежуточным звеном между органом и сердечной сумкой — перикардом. Тонкая прозрачная структура защищает сердце от повышенного трения и способствует взаимодействию мышечного слоя с прилегающими тканями.

Снаружи сердце окружено перикардом — слизистой оболочкой, которую иначе называют сердечной сумкой. Она состоит из двух листков — наружного, обращённого к диафрагме, и внутреннего, плотно прилегающего к сердцу. Между ними находится заполненная жидкостью полость, благодаря которой снижается трение во время сердечных сокращений.

Камеры и клапаны

Полость сердца разделена на 4 отдела:

правое предсердие и желудочек, заполненные венозной кровью;
левое предсердие и желудочек с артериальной кровью.

Правая и левая половины разделены плотной перегородкой, которая препятствует смешиванию двух видов крови и поддерживает односторонний кровоток. Правда, эта особенность имеет одно небольшое исключение: у детей, находящихся в утробе, в перегородке присутствует овальное окно, через которое кровь смешивается в полости сердца. В норме к рождению это отверстие зарастает и сердечно-сосудистая система функционирует, как и у взрослого. Неполное закрытие овального окна считается серьёзной патологией и требует оперативного вмешательства.

Между предсердиями и желудочками попарно расположены митральный и трёхстворчатый клапаны, которые удерживаются благодаря сухожильным нитям. Синхронное сокращение клапанов обеспечивает односторонний ток крови, препятствуя смешиванию артериального и венозного потока.

От левого желудочка отходит самая большая артерия кровеносного русла — аорта, а в правом желудочке берёт своё начало лёгочный ствол. Чтобы кровь передвигалась исключительно в одном направлении, между камерами сердца и артериями находятся полулунные клапаны.

Приток крови обеспечивается благодаря венозной сети. Нижние полые вены и одна верхняя полая вена впадают в правое предсердие, а лёгочные, соответственно, в левое.

Анатомические особенности сердца человека

Поскольку от нормальной работы сердца напрямую зависит обеспечение остальных органов кислородом и питательными веществами, оно должно идеально подстраиваться под изменчивые условия окружающей среды, работая в различном диапазоне частот. Такая изменчивость возможна благодаря анатомическим и физиологическим особенностям сердечной мышцы:

Автономия подразумевает полную независимость от центральной нервной системы. Сердце сокращается от импульсов, продуцированных им самим, поэтому работа ЦНС никак не влияет на частоту сердечных сокращений.
Проводимость заключается в передаче образованного импульса по цепочке другим отделам и клеткам сердца.
Возбудимость подразумевает мгновенную реакцию на изменения, протекающие в организме и вне его.
Сократимость, то есть сила сокращения волокон, прямо пропорциональная их длине.
Рефрактерность — период, во время которого ткани миокарда невозбудимы.

Любой сбой в этой системе может привести к резкому и неконтролируемому изменению ЧСС, асинхронности сердечных сокращений вплоть до фибрилляции и летального исхода.

Фазы работы сердца

Чтобы непрерывно продвигать кровь по сосудам, сердце должно сокращаться. Исходя из стадии сокращения, выделяют 3 фазы сердечного цикла:

Систола предсердий, во время которой кровь поступает из предсердий в желудочки. Чтобы не препятствовать току, митральный и трёхстворчатый клапан в этот момент раскрываются, а полулунные, наоборот, закрываются.
Систола желудочков подразумевает продвижение крови дальше к артериям через открытые полулунные клапаны. При этом створчатые клапаны закрываются.
Диастола включает наполнение предсердий венозной кровью через открытые створчатые клапаны.

Каждое сердечное сокращение длится примерно одну секунду, но при активной физической работе или во время стресса скорость импульсов увеличивается за счёт сокращения длительности диастолы. Во время полноценного отдыха, сна или медитации сердечные сокращения, наоборот, замедляются, диастола становится длиннее, поэтому организм активнее очищается от метаболитов.

Анатомия коронарной системы

Чтобы полноценно выполнять возложенные функции, сердце должно не только перекачивать кровь по всему организму, но и само получать питательные вещества из кровеносного русла. Аортальная система, несущая кровь к мышечным волокнам сердца, называется коронарной и включает две артерии — левую и правую. Обе они отходят от аорты и, продвигаясь в противоположном направлении, насыщают клетки сердца полезными веществами и кислородом, содержащимся в крови.

Проводящая система сердечной мышцы

Непрерывное сокращение сердца достигается за счёт его автономной работы. Электрический импульс, запускающий процесс сокращения мышечных волокон, генерируется в синусовом узле правого предсердия с периодичностью 50–80 толчков в минуту. По нервным волокнам атрио-вентрикулярного узла он передаётся к межжелудочковой перегородке, далее — по крупным пучкам (ножкам Гиса) к стенкам желудочков, а затем переходит на более мелкие нервные волокна Пуркинье. Благодаря этому сердечная мышца может поступательно сокращаться, выталкивая кровь из внутренней полости в сосудистое русло.

Образ жизни и здоровье сердца

От полноценной работы сердца напрямую зависит состояние всего организма, поэтому целью любого здравомыслящего человека является поддержание здоровья сердечно-сосудистой системы. Чтобы не столкнуться с сердечными патологиями, следует постараться исключить или хотя бы свести к минимуму провоцирующие факторы:

наличие лишнего веса;
курение, употребление алкогольных и наркотических веществ;
нерациональную диету, злоупотребление жирной, жареной, солёной пищей;
повышенный уровень холестерина;
малоактивный образ жизни;
сверхинтенсивные физические нагрузки;
состояние непреходящего стресса, нервное истощение и переутомление.

Зная чуть больше об анатомии сердца человека, постарайтесь сделать над собой усилие, отказавшись от разрушительных привычек. Измените свою жизнь к лучшему, и тогда ваше сердце будет работать, как часы.

Источник

Белое сердце

Задача

Миоглобин — один из белков, которые есть почти у всех позвоночных. У млекопитающих он синтезируется в поперечнополосатых мышцах и в сердце. Именно этот белок главным образом отвечает за красный цвет этих органов: он, как и гемоглобин, содержит атом железа. Благодаря этому миоглобин может связывать и переносить кислород. Многие данные говорят о том, что миоглобин, запасая кислород, помогает клеткам пережить периоды его нехватки — гипоксии. Не случайно больше всего миоглобина в мышцах китов и тюленей, способных на одном вдохе провести под водой час, а то и полтора. Другие возможные функции миоглобина — перенос кислорода к митохондриям и «демпфирование» колебаний его концентрации (это может быть важно для защиты клеток от окислительного стресса.

Кажется, сами ученые были сильно удивлены, когда в 1998 году им удалось получить вполне жизнеспособных нокаутных мышей (см. Knockout mouse) вообще без миоглобина (D. J. Garry et al., 1998. Mice without myoglobin). Сердце и мышцы у таких мышей были почти чисто белого цвета.

Эти мыши были не просто жизнеспособными. Они по первому впечатлению вообще ничем не отличались от нормальных: столь же быстро росли и достигали половозрелости, успешно вынашивали и рожали мышат, были способны выдерживать такие же физические нагрузки, столь же успешно адаптировались к условиям гипоксии.

Сразу же возник вопрос — зачем нужен миоглобин, если животные даже с таким высоким уровнем метаболизма прекрасно без него обходятся? Может быть, его жизненно важные функции не связаны с запасанием и переносом кислорода, а нужен он для чего-то другого?

Доказывают ли приведенные данные, что миоглобин не играет роли в запасании и переносе кислорода в клетках мышей? Как можно объяснить «нормальность» мышей с белым сердцем (без миоглобина)?

Подсказка 1

Одно из направлений поисков ответов на эту задачу связано с тем, что мыши — млекопитающие.

Подсказка 2

Нокаутированный ген не работает с самого начала развития организма.

Подсказка 3

Конечно же, как выяснилось, «белосердечные» мыши много чем отличаются от нормальных. Подумайте, какие изменения в их организме могли помочь им нормально существовать.

Решение

Действительно, поначалу впору было предположить, что миоглобин для мышей — просто бесполезный рудимент. Почему бы и нет? Может быть, у ближайших предков мышей он играл роль в запасании и переносе кислорода, а у современных (или современных лабораторных? или современных лабораторных в условиях эксперимента?) — не играет.

И впрямь, у мышей концентрация миоглобина в мышцах ниже, чем у многих других млекопитающих, — всего 2 мг/г сырой массы мышц (у белого кролика — 8 мг, а у морского слона — 64!). Удалось же утратить миоглобин в ходе эволюции некоторым антарктическим рыбам. Конечно, рыбы, да еще живущие в холодной воде, — не мыши; и все-таки сердце даже у рыб совершает большую работу и справляется без миоглобина.

Можно также предположить (что и сделали авторы исследования), что без миоглобина можно обойтись при работе сердца и мышц, но какие-то другие важные функции он выполняет. Может быть, мыши без него чаще болеют раком или в чем-то еще уступают обычным.

Поискать новые функции миоглобина оказалось полезной идеей — они вскоре нашлись. Оказалось. что в сердце миоглобин может связывать оксид азота NO, который нарушает работу митохондрий. Кроме того, у миоглобина была найдена пероксидазная активность — он может обезвреживать активные формы кислорода.

Еще одно объяснение результатов, описанных в условии, — нагрузка могла оказаться низковатой. Может быть, если мышей с белым сердцем гоняли бы до изнеможения или подвергали пиковым нагрузкам, они бы проявили слабину? Вдруг миоглобин дает преимущество в 0,1 секунды, когда мышь со всех ног удирает в норку от кошки? В лаборатории обнаружить это сложно, а в «реальной жизни» это может быть немаловажным.

Но обратимся к подсказкам. Почему может быть важно, что мыши — млекопитающие? Дело в том, что внутри утробы матери тоже нужно дышать — зародыш должен отнимать у матери кислород. Недаром у млекопитающих несколько разных гемоглобинов — эмбриональный, плодный и взрослый. Гемоглобины зародыша имеют большее сродство к кислороду.

Оказалось, что для эмбрионов миоглобин критически важен. Больше половины эмбрионов «нокаутированных» мышей гибли на определенной критической стадии развития из-за нарушений в развитии сердца и сосудов. Кажется, точные причины смерти эмбрионов до сих пор не установлены (или мне не удалось найти их описание), но сам факт однозначно доказывает: миоглобин важен для нормального эмбрионального развития. Лишь те немногие мыши, которым повезло дожить до рождения на свет с белым сердцем, дальше росли и развивались нормально.

Вторая и третья подсказки — о том, что у выживших мышат «было время», чтобы «подготовиться» к нормальной жизни. Вскоре выяснилось, что у таких мышей заметно выше концентрация гемоглобина в крови. В их сердце и мышцах лучше развита капиллярная сеть. У них усилен коронарный кровоток. Эти изменения делают более «крутым» градиент концентрации кислорода между кровью и клетками и уменьшают расстояние диффузии — а значит, облегчают доставку кислорода в ткани.

И раз такие изменения происходят — почти наверняка миоглобин в норме все-таки важен для переноса кислорода.

Параллельно выяснилось, что происходят и изменения внутри самих клеток сердца и мышц. В них активируются многие гены, активные у нормальных мышей при гипоксии. Как правило, их конкретная роль неизвестна. Но одно из последствий установить удалось. Обычное сердце предпочитает потреблять в качестве источника энергии жирные кислоты. Белое сердце переключается на глюкозу. Оказывается, для глюкозы выше калорический эквивалент кислорода (количество энергии, освобождающееся при потреблении организмом 1 л кислорода; его величина зависит от относительного содержания в пище жиров, белков и углеводов). Использовав литр кислорода, за счет окисления глюкозы можно получить больше АТФ, чем за счет жирных кислот. Получается, что сердце может обойтись меньшим количеством кислорода при тех же энергозатратах.

Так что «нормальность» мышей с белым сердцем, конечно, не доказывает бесполезность миоглобина. Она лишь доказывает, что организм мыши способен справиться с проблемой за счет множества компенсаторных механизмов.

Послесловие

Выделим в этой задаче две линии — про мышей и про миоглобин. Начнем с мышей.

Ох уж эти мыши! Наверное, еще не раз мы с ними столкнемся. Всё же, как-никак, главный «медицинский двойник» человека — модель наша с вами и наших болезней. При этом мыши так похожи на человека — и так сильно от него отличаются.

Чтобы мыши еще больше походили на людей, их генетически модифицируют и «гуманизируют» (см. задачу «Мыши или собаки»).

Но случай с «белым сердцем» показывает другую сторону медали. Наверняка ученым часто хочется, чтобы мыши были поменьше похожи на людей! С млекопитающими столько проблем — слишком сложный у них геном и организм. Многие гены присутствуют во множестве копий общего эволюционного происхождения, чьи функции частично перекрываются и могут компенсировать друг друга. Стараешься, выключаешь важный ген — а никакого «хорошего фенотипа» (то есть четкого отличия от нормы, которое сразу же позволило бы судить о функциях белка) не получается. Даже когда ген один (как в случае миоглобина) — включаются физиологические и биохимические компенсации.

Еще одна сложность с мышами и прочими млекопитающими — масса возможных побочных эффектов от любого вещества. Как раньше пытались доказывать, что миоглобин играет важную роль? Его «отключали» с помощью таких веществ, как нитрит натрия или угарный газ. Эффект был, да еще какой! Только вот у нокаутных мышей вообще без миоглобина его не было. Это не помешало еще много раз наступать на те же грабли — достаточно вспомнить историю с «молекулой памяти», протеинкиназой М-дзета.

Да, все-таки с дрожжами проще. (хотя и с ними, конечно, могут возникнуть те же проблемы).

Переходя теперь к миоглобину — сначала о глобинах вообще. Я уже упоминал, что у человека есть несколько генов, отвечающих за альфа- и бета-цепи гемоглобина,– и их можно обсудить как-нибудь в другой раз. Но, оказывается, у позвоночных есть еще как минимум два белка из этого семейства, открытых сравнительно недавно, — нейроглобин и цитоглобин. Первый образуется в отдельных участках мозга, довольно далек от других глобинов позвоночных и родственен нейроглобинам беспозвоночных. Второй образуется в разных тканях, и он довольно близкий «родственник» миоглобина. Функции их пока сравнительно слабо изучены, но известно, что их синтез усиливается при гипоксии. Может быть, и у наших нокаутных мышей они играют дополнительную роль в защите мозга и сердца.

Теперь — о самом миоглобине. Изучают его уже сто лет, и он по праву считается одним из самых изученных белков. Самая известная его «заслуга» — то, что это первый белок, для которого с атомным разрешением была установлена третичная структура (Джон Кендрю и Макс Перуц, Нобелевская премия по химии 1962 года). Но и у этого белка постоянно находят новые функции; постоянно расширяется понимание того, в каких процессах в организме он задействован (см. U. B. Hendgen-Cotta et al., 2010. Unmasking the Janus face of myoglobin in health and disease). Это и течение паразитарных инфекций, и ангиогенез, и развитие раковых опухолей (судя по его возможной роли, мыши без миоглобина, может быть, и впрямь болеют раком чаще обычных).

Один из выводов, который можно сделать на основании данных о миоглобине, — это двойственность его влияний (не зря в цитированном обзоре его сравнивают с двуликим Янусом). Как уже упоминалось, он может разрушать оксид азота NO, препятствующий клеточному дыханию, и тем самым ускорять его. С другой стороны, при нехватке кислорода миоглобин может восстанавливать нитриты до NO; тогда клеточное дыхание замедляется. В норме это тоже полезно, так как защищает клетки сердца от гибели при ишемии/реперфузии (см. Reperfusion injury). Позднее выяснилось, что миоглобин есть в клетках гладких мышц стенок сосудов; там он тоже может участвовать в синтезе NO из нитритов и стимулировать расширение сосудов.

Наверное, мыши с белым сердцем чаще умирают от инфаркта. Но, как всегда, всё зависит от конкретных условий: в некоторых случаях мыши без миоглобина даже выигрывают по сравнению с нормой. Чтобы проверить реакцию сердца на хронический стресс, нормальным и нокаутным мышам вводили неизбирательный агонист бета-адренорецепторов изопреналин (см. задачу «Дела сердечные» — кстати, там мы уже кратко обсуждали мышей без миоглобина, но вряд ли кто-то про это вспомнил). У обеих групп мышей через две недели наблюдали признаки гипертрофии сердечной мышцы. При этом у «нормальных» мышей всё было совсем не нормально — у них был расширен левый желудочек, что говорит о декомпенсации сердечной деятельности, и возникал связанный с этим отек легких. А у «ненормальных» мышей всё было в норме. Оказалось, что в сердечной мышце у них активируются совсем разные наборы генов, и теперь можно долго разбираться в том, как эти гены влияют на развитие патологии (см. A. Molojavyi et al., 2010. Myoglobin-deficient mice activate a distinct cardiac gene expression program in response to isoproterenol-induced hypertrophy).

Не менее интересные новые данные можно получать и про «традиционные» функции миоглобина — связывание и запасание кислорода. Пример — статья 2013 года в Science Evolution of Mammalian Diving Capacity Traced by Myoglobin Net Surface Charge (ее краткое изложение можно посмотреть здесь, а полную версию — здесь). В ней сравниваются свойства миоглобинов 130 видов млекопитающих. Оказывается, по последовательности можно предсказать суммарный поверхностный заряд молекулы. И этот заряд (как и концентрация гемоглобина) хорошо коррелирует с максимальной длительностью ныряния. Возможно, больший заряд при высокой концентрации миоглобина предотвращает агрегацию и слипание его молекул в клетке.

А замечательно тут то, что концентрации миоглобина у разных вымерших предков современных зверей определить мы не можем, а вот последовательность его аминокислот с помощью современных методов биоинформатики можем. Зная эту последовательность и рассчитав заряд, мы можем определить, сколько времени ископаемое животное могло проводить под водой! Судя по этим данным, подтверждаются теории о водных или полуводных предках таких наземных животных, как ехидны, даманы и слоны. Правда, у мышей водных предков вроде бы не обнаружилось.

Источник