Jak przebiegają skurcz i rozluźnia się serca?

Cykl pracy serca to pełna sekwencja zdarzeń od początku jednego uderzenia do początku następnego. Skurcz i rozluźnia się obejmują po kilka etapów cyklu serca. Pracy komór towarzyszą uporządkowane zmiany ciśnienia, objętości i położenia zastawek. Najpierw napełniają się krwią, potem przez krótki czas budują ciśnienie przy zamkniętych zastawkach, następnie wyrzucają krew do dużych tętnic, a po zakończeniu wyrzutu rozluźniają się i ponownie przygotowują do napełnienia. Najważniejszą zasadą porządkującą jest przepływ zgodny z różnicą ciśnień. Krew przemieszcza się z miejsca o wyższym ciśnieniu do miejsca o niższym.

Zastawki nie mają własnych silników ani mięśni otwierających je na komendę. Zmieniają położenie, gdy ciśnienie po jednej stronie przewyższa ciśnienie po drugiej. W prawidłowym cyklu zapobiegają znacznemu cofaniu krwi i pozwalają, aby kolejne odcinki układu działały jak połączone, jednokierunkowe komory. Skurcz, czyli systole, można odnosić do przedsionków albo komór. Gdy przedsionki kurczą się pod koniec napełniania, przesuwają dodatkową porcję krwi do komór.

Najczęściej jednak określenie „skurcz serca” dotyczy skurczu komór, podczas którego rośnie ciśnienie i dochodzi do wyrzutu krwi do pnia płucnego oraz aorty. Rozluźnia się obejmuje aktywną relaksację mięśnia i napełnianie komór. Mięsień komór musi się rozluźnić, ciśnienie musi spaść, zastawki półksiężycowate muszą się zamknąć, a zastawki przedsionkowo-komorowe otworzyć, aby napełnianie mogło się rozpocząć. Obie strony serca przechodzą przez te same fazy niemal równocześnie, przy różnych ciśnieniach. Prawa komora tłoczy krew przez krążenie płucne, gdzie opór jest mniejszy.

Lewa komora musi pokonać opór całego krążenia systemowego, dlatego jej ściana jest grubsza i wytwarza wyższe ciśnienie. W dłuższym czasie obie komory muszą jednak przesuwać podobną ilość krwi, bo są połączone szeregowo. Dla początkującego najpraktyczniejszy model obejmuje cztery pytania: która jama się kurczy lub rozluźnia, gdzie jest wyższe ciśnienie, które zastawki są otwarte oraz czy objętość komory rośnie, maleje czy pozostaje chwilowo bez zmian. Taki schemat pomaga zrozumieć tętno, ciśnienie tętnicze, dźwięki serca i podstawowe opisy echokardiografii.

Po zakończeniu poprzedniego wyrzutu mięsień komór rozluźnia się, a ciśnienie w ich wnętrzu spada. Kiedy staje się niższe niż ciśnienie w przedsionkach, otwierają się zastawki mitralna i trójdzielna. Rozpoczyna się napełnianie komór. Większa część krwi napływa bez konieczności silnego „wpychania” przez przedsionki, ponieważ różnica ciśnień i rozluźnienie ściany komory tworzą warunki do przepływu.

Wczesne napełnianie jest zwykle szybkie. Krew zgromadzona w przedsionkach podczas skurczu komór przepływa do komór, a jednocześnie nadal napływa z żył głównych i żył płucnych. Potem przepływ zwalnia, gdy ciśnienia w przedsionku i komorze zbliżają się do siebie. Ten spokojniejszy fragment bywa nazywany diastazą. Jego długość zależy w dużej mierze od częstości serca. Przy szybszym rytmie rozluźnia się skraca się wyraźniej niż skurcz, dlatego czasu na wolne napełnianie pozostaje mniej.

Pod koniec rozkurczu dochodzi do skurczu przedsionków. Zwiększa on ciśnienie w przedsionkach i dopełnia komory. Skurcz przedsionków uzupełnia napełnianie komór; jego znaczenie rośnie przy mniejszej podatności, szybkim rytmie lub innych utrudnieniach napełniania. W migotaniu przedsionków zorganizowany skurcz przedsionka zanika; wpływ na tolerancję wysiłku jest różny i zależy od wielu cech pacjenta.

Objętość krwi w komorze tuż przed jej skurczem nazywa się objętością końcoworozkurczową. Objętość ta opisuje jeden z aspektów obciążenia wstępnego, które zależy również od właściwości mięśnia i warunków napełniania. Napełnienie zależy od powrotu żylnego, czasu rozkurczu, podatności komory, pracy przedsionka, ciśnienia w klatce piersiowej i stanu zastawek. Dlatego pojedynczy wynik ciśnienia tętniczego nie mówi, czy komora napełnia się prawidłowo.

W praktyce ruch i oddychanie wpływają na powrót żylny. Praca mięśni kończyn wspiera przesuwanie krwi w żyłach, a zmiany ciśnienia podczas oddychania oddziałują szczególnie na prawą stronę serca. U stabilnej osoby jest to część normalnej adaptacji. Zawroty głowy, duszność lub kołatanie podczas pionizacji mogą mieć wiele przyczyn i nie są automatycznie tłumaczone „słabym napełnianiem”. Nawracające omdlenia lub nagłe pogorszenie wymagają oceny medycznej.

Skurcz komór rozpoczyna się po ich pobudzeniu elektrycznym. Włókna mięśnia sercowego rozwijają napięcie, a ciśnienie wewnątrz komór szybko wzrasta. Pierwszym skutkiem hemodynamicznym jest odwrócenie gradientu między komorami a przedsionkami. Kiedy ciśnienie komorowe staje się wyższe, płatki zastawek mitralnej i trójdzielnej zbliżają się i zamykają, ograniczając cofanie krwi do przedsionków.

Aparat zastawek przedsionkowo-komorowych obejmuje płatki, pierścień, struny ścięgniste i mięśnie brodawkowate. Mięśnie brodawkowate kurczą się razem z komorą i napinają struny, dzięki czemu ograniczają wywinięcie płatków w stronę przedsionka. Nie otwierają i nie zamykają zastawki jak linki sterujące. Samo zamknięcie wynika przede wszystkim ze zmiany ciśnień, a aparat podzastawkowy stabilizuje płatki w czasie wysokiego ciśnienia komorowego.

Zamknięcie zastawek mitralnej i trójdzielnej uczestniczy w powstawaniu pierwszego tonu serca, S1. Dźwięk wynika z drgań zastawek, krwi i sąsiadujących struktur podczas gwałtownej zmiany warunków przepływu. Wiarygodna interpretacja osłuchiwania wymaga przygotowania i praktyki. Samo usłyszenie głośnego lub cichego tonu nie pozwala osobie niewykwalifikowanej rozpoznać siły skurczu.

Skurcz izowolumetryczny kończy się, gdy ciśnienie w prawej komorze przekroczy ciśnienie w pniu płucnym, a w lewej komorze przekroczy ciśnienie w aorcie. Dopiero wtedy otwierają się zastawki półksiężycowate. Przy zwężeniu zastawki wyrzut wymaga pokonania większego oporu; stopień zaburzenia ocenia się echokardiograficznie i klinicznie. Na początku skurczu wszystkie zastawki są chwilowo zamknięte, a komory zwiększają ciśnienie bez istotnej zmiany objętości.

Gdy ciśnienie w komorze przekroczy ciśnienie w odpowiedniej dużej tętnicy, zastawka półksiężycowata otwiera się i rozpoczyna się wyrzut. Prawa komora tłoczy krew przez zastawkę pnia płucnego do krążenia płucnego, a lewa przez zastawkę aortalną do aorty. W pierwszej części wyrzutu przepływ jest szybki, ponieważ mięsień nadal rozwija siłę, a gradient ciśnienia jest duży.

Później tempo wyrzutu spada, mimo że komora nadal pozostaje w skurczu. Komora nie opróżnia się całkowicie. Ilość krwi obecna przed skurczem to objętość końcoworozkurczowa, a ilość pozostająca po skurczu to objętość końcowoskurczowa. Różnica między nimi jest objętością wyrzutową.

Pojęcie to opisuje ilość krwi przesuniętą w jednym uderzeniu. Rzut serca uwzględnia dodatkowo liczbę uderzeń w jednostce czasu, dlatego zależy od objętości wyrzutowej i częstości rytmu. Wielkość wyrzutu zależy od kilku współdziałających czynników. Napełnienie przed skurczem wpływa na rozciągnięcie włókien mięśnia.

Kurczliwość opisuje zdolność mięśnia do rozwijania siły niezależnie od samego napełnienia. Obciążenie następcze oznacza warunki, które komora musi pokonać, aby wyrzucić krew. W lewej komorze wiąże się między innymi z ciśnieniem w aorcie i oporem krążenia systemowego. Zmiana jednego czynnika nie pozwala zawsze przewidzieć efektu bez znajomości pozostałych.

Podczas wysiłku organizm zwykle zwiększa rzut serca. Częstość rytmu rośnie, a objętość wyrzutowa może wzrosnąć dzięki większemu powrotowi żylnemu i nasileniu kurczliwości. Zakres adaptacji zależy od wieku, wytrenowania, pozycji, leków i chorób. U osoby przyjmującej lek zwalniający rytm częstość serca może rosnąć słabiej, mimo że wysiłek jest duży.

Dlatego obciążenia nie ocenia się wyłącznie na podstawie jednego wzoru na tętno. Odczuwalne tętno w tętnicy obwodowej jest falą ciśnienia powstałą po wyrzucie. Tętno potwierdza pulsacyjny przepływ w badanym miejscu; frakcję wyrzutową, drożność naczyń i wydolność serca ocenia się odrębnie. Nowy ból w klatce, omdlenie, znaczna duszność lub wyraźne pogorszenie podczas wysiłku wymagają przerwania aktywności i odpowiedniej oceny.

W końcowej części wyrzutu mięsień komór zaczyna się rozluźniać, a ciśnienie w ich wnętrzu spada. Gdy ciśnienie w aorcie staje się wyższe niż w lewej komorze, niewielka tendencja do przepływu wstecznego wypełnia kieszonki zastawki aortalnej i doprowadza do jej zamknięcia. Analogicznie zamyka się zastawka pnia płucnego. Dzięki temu krew pozostaje w dużych tętnicach zamiast swobodnie wracać do komór.

Zamknięcie zastawek aortalnej i pnia płucnego uczestniczy w powstawaniu drugiego tonu serca, S2. Po ich zamknięciu zastawki mitralna i trójdzielna są jeszcze zamknięte, ponieważ ciśnienie w komorach nadal przewyższa ciśnienie w przedsionkach. Rozpoczyna się rozluźnia się izowolumetryczny. Przy niemal stałej objętości komór ciśnienie szybko maleje wskutek relaksacji mięśnia.

Dopiero kiedy ciśnienie komorowe spadnie poniżej przedsionkowego, otwierają się zastawki przedsionkowo-komorowe i zaczyna się kolejny okres napełniania. Granice faz wyznaczają relacje ciśnień decydujące o otwieraniu i zamykaniu zastawek. To ważne, ponieważ czas poszczególnych etapów zmienia się wraz z częstością serca, obciążeniem i stanem układu. Schematy podręcznikowe pokazują typowy porządek.

Rozluźnienie komory wymaga prawidłowego usuwania wapnia z wnętrza komórek mięśniowych i zużycia energii. Diastole obejmuje aktywne procesy relaksacji. Jeśli mięsień rozluźnia się wolniej lub jest mniej podatny, do napełnienia może być potrzebne wyższe ciśnienie w przedsionku. Taka zależność pomaga rozumieć, dlaczego ktoś może mieć objawy zaburzonego napełniania mimo zachowanej zdolności skurczowej. Sama edukacyjna definicja nie pozwala jednak rozpoznać dysfunkcji rozkurczowej.

W spoczynku rozluźnia się zajmuje znaczną część cyklu. Przy przyspieszeniu rytmu skraca się, co ogranicza czas napełniania i przepływu wieńcowego, szczególnie w lewej komorze. Zdrowe serce zwykle kompensuje umiarkowane przyspieszenie. U pacjenta z chorobą, odwodnieniem lub bardzo szybkim rytmem rezerwa może być mniejsza. Objawy interpretuje się wraz z rytmem, ciśnieniem, lekami i rozpoznaniem, bez stosowania jednego arbitralnego progu bezpieczeństwa.

Każdy prawidłowy cykl mechaniczny jest poprzedzony uporządkowanym pobudzeniem elektrycznym. Impuls zwykle rozpoczyna się w węźle zatokowym, rozchodzi przez przedsionki, dociera do węzła przedsionkowo-komorowego, a następnie przez pęczek Hisa i włókna Purkinjego pobudza komory. Opóźnienie przewodzenia w okolicy węzła przedsionkowo-komorowego pomaga zachować kolejność: najpierw aktywują się przedsionki, potem komory.

Elektrokardiogram rejestruje zmiany napięcia na powierzchni ciała. Załamek P wiąże się z depolaryzacją przedsionków, zespół QRS z depolaryzacją komór, a załamek T z ich repolaryzacją. Skurcz mechaniczny pojawia się po pobudzeniu z niewielkim opóźnieniem. Zestawienie EKG i wykresu ciśnień pozwala powiązać zdarzenia elektryczne z mechanicznymi.

Pierwszy ton serca pojawia się na początku skurczu komór i jest związany przede wszystkim z zamknięciem zastawek mitralnej oraz trójdzielnej. Drugi ton przypada na początek rozkurczu i wiąże się z zamknięciem zastawek aortalnej oraz pnia płucnego. Tony są wynikiem drgań struktur i krwi. Otwarcie prawidłowych zastawek zwykle nie wytwarza wyraźnego tonu słyszalnego jako podstawowy dźwięk.

Tętno obwodowe pojawia się po rozpoczęciu wyrzutu z lewej komory, gdy fala ciśnienia biegnie wzdłuż tętnic. Odstęp między tonem serca, zespołem QRS i falą tętna odzwierciedla różne zdarzenia: elektryczne, zastawkowe i naczyniowe. W praktyce rozbieżność między częstością na EKG a liczbą wyczuwalnych fal tętna może występować w niektórych zaburzeniach rytmu, gdy nie każdy skurcz wytwarza dostatecznie silną falę obwodową.

Fizjoterapeuta może obserwować częstość i regularność tętna, reakcję na wysiłek oraz objawy. Nie interpretuje jednak pełnego EKG bez odpowiednich kompetencji. Nowe kołatanie z bólem w klatce, omdleniem, znaczną dusznością, splątaniem lub wyraźnym osłabieniem jest powodem do przerwania aktywności i pilnej oceny. Łagodne, przemijające odczucie pojedynczego dodatkowego uderzenia może mieć różne znaczenie, dlatego nie ani automatycznie uspokaja się, ani straszyć bez kontekstu.

Podczas wysiłku mięśnie potrzebują większego dopływu tlenu, dlatego układ krążenia zwiększa transport krwi. Zwykle rośnie częstość serca, kurczliwość i powrót żylny, a w efekcie także rzut serca. Cykl staje się krótszy.

Najbardziej skraca się rozluźnia się, ponieważ czas skurczu nie zmniejsza się w takim samym stopniu. Mimo to zdrowe serce potrafi zwiększyć przepływ dzięki szybszemu rytmowi, sprawniejszemu napełnianiu i większej objętości wyrzutowej. Odpowiedź zależy od rodzaju pracy. Dynamiczny marsz lub jazda na rowerze angażują rytmiczne skurcze mięśni, które wspierają powrót żylny.

Długi, silny wysiłek izometryczny może zwiększać opór naczyniowy i ciśnienie. Ciepło rozszerza naczynia skóry, a odwodnienie zmniejsza objętość krwi krążącej. Pozycja leżąca, siedząca i stojąca także zmienia warunki napełniania. Z tego powodu identyczne ćwiczenie może wywołać inną reakcję w różnych warunkach.

Leki wpływają na obserwowane parametry. Beta-adrenolityki ograniczają przyrost częstości rytmu, niektóre leki rozszerzają naczynia, a diuretyki zmieniają gospodarkę płynową. Rozrusznik lub zaburzenie przewodzenia może dodatkowo modyfikować rytm. Zatem nie ustala się bezpieczeństwa wyłącznie przez procent teoretycznej częstości maksymalnej.

W praktyce łączy się częstość serca, ciśnienie, odczuwany wysiłek, test mowy, objawy i tempo powrotu do stanu wyjściowego. Prawidłowa odpowiedź ma być proporcjonalna do obciążenia i przewidywalnie ustępować po jego zmniejszeniu. Istotna jest zmiana względem stanu bazowego pacjenta. Nowa duszność przy małej aktywności, ból lub ucisk w klatce, omdlenie, sinienie, splątanie lub szybkie nieregularne kołatanie z pogorszeniem stanu wymagają przerwania serii i pilnej oceny.

Wymagają przerwania wysiłku, oceny podstawowych funkcji i uruchomienia odpowiedniego planu pomocy. Opis mechanizmu nie wyznacza indywidualnej strefy treningowej. U osoby z rozpoznaną chorobą serca obciążenie wynika z zaleceń, stabilności stanu, testów funkcjonalnych i dotychczasowej tolerancji.

Podsumowanie

Trend kilku sesji jest zwykle bardziej użyteczny niż pojedynczy pomiar. Nagła niekorzystna zmiana trendu ma większe znaczenie niż niewielkie odchylenie liczby bez objawów. Wysiłek przyspiesza cykl głównie kosztem skrócenia rozkurczu; bezpieczeństwo ocenia się na podstawie pełnej odpowiedzi pacjenta.

Najważniejsze wnioski
• Fazy serca wynikają z kolejnych zmian ciśnienia.
• Otwarcie półksiężycowatych uruchamia odpływ z komór.
• Szybszy rytm najmocniej ogranicza czas diastoli.