Регуляция работы сердца
Работа сердца меняется в зависимости от потребностей организма: при физической нагрузке сердцебиение учащается, а в покое замедляется. Это обеспечивается нервной и гуморальной регуляцией, которые действуют совместно и поддерживают постоянство внутренней среды.
Что именно регулируется
Сердце — орган кровообращения, который ритмично сокращается и проталкивает кровь по сосудам. Основные показатели его работы — частота и сила сокращений, а также количество крови, выбрасываемое за одно сокращение. Подробнее строение и работу сердца рассматривают на странице «Сердце».
Частота сердечных сокращений (ЧСС) — число сокращений сердца за одну минуту. В покое у взрослого человека она обычно составляет примерно 60–80 сокращений в минуту, но зависит от возраста, тренированности, температуры и состояния организма.
При увеличении силы сокращений желудочки выбрасывают больше крови за один цикл. При увеличении ЧСС сердце за минуту перекачивает больше крови, если время наполнения желудочков остаётся достаточным. Однако чрезмерное учащение сокращений может уменьшить наполнение сердца и снизить эффективность его работы.
Здесь \(Q\) — минутный объём кровообращения, \(f\) — ЧСС, \(V\) — объём крови, выбрасываемый сердцем за одно сокращение. В школьных задачах величины должны быть выражены в согласованных единицах: например, \(f\) — в сокращениях за минуту, а \(V\) — в миллилитрах.
Нервная регуляция сердца
Сердце обладает автоматией: оно способно самостоятельно вырабатывать и проводить возбуждение. Но частоту и силу его работы изменяет автономная, или вегетативная, нервная система. Её деятельность не требует сознательного контроля. Общие принципы работы этой системы разобраны на странице «Нервная и гуморальная регуляция».
| Отдел нервной системы | Действие на сердце | Когда особенно важно |
|---|---|---|
| Симпатический | Учащает сердцебиение, усиливает сокращения, ускоряет проведение возбуждения | Физическая нагрузка, стресс, опасность |
| Парасимпатический | Замедляет сердцебиение, ослабляет работу сердца | Покой, сон, восстановление |
К сердцу подходят нервные волокна. Центры регуляции сердечной деятельности находятся в продолговатом мозге. Они получают информацию от рецепторов, расположенных в стенках сосудов и в других органах, а затем изменяют активность симпатического и парасимпатического отделов.
Симпатические влияния обычно усиливают и ускоряют работу сердца, а парасимпатические — ослабляют и замедляют её. Основной нерв парасимпатического отдела, влияющий на сердце, — блуждающий нерв.
Гуморальная регуляция
Гуморальная регуляция осуществляется веществами, которые переносятся кровью. Особенно важны гормоны надпочечников — адреналин и норадреналин. При опасности или нагрузке их содержание в крови увеличивается. Они действуют на сердце подобно симпатическим нервным влияниям: сокращения становятся чаще и сильнее.
На сердечную деятельность влияют и другие вещества. Повышение температуры тела обычно ускоряет сердцебиение. Изменения содержания ионов кальция и калия могут менять возбудимость и сокращения сердечной мышцы. Поэтому химический состав крови поддерживается в узких пределах.
Гуморальная регуляция — изменение работы органов под действием биологически активных веществ, поступающих к ним с кровью или тканевой жидкостью.
Нервная регуляция действует быстро и направленно: сигнал передаётся по нервным волокнам за короткое время. Гуморальная регуляция обычно начинается медленнее, зато её действие может сохраняться дольше. Например, при стрессе нервная система быстро изменяет работу сердца, а выделившийся адреналин поддерживает эти изменения.
Что произойдёт с сердцем при усилении влияния симпатического отдела?
Как организм поддерживает равновесие
Изменения работы сердца связаны с потребностями тканей. При нагрузке мышцам требуется больше кислорода и питательных веществ, а углекислый газ нужно быстрее удалять. Поэтому повышаются ЧСС и сила сокращений, увеличивается кровоток. Взаимосвязь крови с дыханием помогает понять страница «Транспорт газов в организме».
Важную роль играет отрицательная обратная связь. Если давление в крупных артериях повышается, специальные рецепторы стенок сосудов передают сигнал в нервные центры. В ответ сердцебиение может замедлиться, а сосуды — изменить свой просвет. Если давление снижается, реакции направлены на его восстановление.
Изменение показателя → рецепторы обнаруживают изменение → нервные центры сравнивают состояние с необходимым → органы-исполнители изменяют работу → показатель приближается к норме.
Например, при вставании из положения лёжа часть крови временно перемещается к нижним конечностям. Давление может снизиться, и организм компенсирует это учащением сердцебиения и сужением некоторых сосудов. При возвращении показателей к норме усиленная регуляция ослабевает.
Разобранный пример
В покое сердце сокращается с частотой 70 раз в минуту и выбрасывает за одно сокращение 70 мл крови. Во время нагрузки ЧСС увеличилась до 120 раз в минуту, а объём одного выброса — до 90 мл. Во сколько раз увеличился минутный объём кровообращения?
Ответ: минутный объём кровообращения увеличился примерно в 2,2 раза. Это объясняется совместным действием нервной и гуморальной регуляции: при нагрузке активируются симпатический отдел и гормоны надпочечников.
Что важно не перепутать
1. Не утверждайте, что сердце управляется только нервами: оно обладает автоматией, а нервная система лишь изменяет его работу. 2. Не путайте симпатический и парасимпатический отделы: первый обычно ускоряет сердце, второй замедляет. 3. Не считайте, что любое увеличение ЧСС обязательно полезно: при чрезмерном учащении уменьшается время наполнения желудочков. 4. В формуле \(Q=f\cdot V\) не складывают, а перемножают ЧСС и объём одного сокращения. 5. Адреналин — гормон гуморальной регуляции, даже если его действие сходно с действием симпатических нервов.
Если в условии описаны физическая нагрузка, испуг или стресс, ищите усиление симпатического влияния и повышение уровня адреналина. Если указаны покой, сон или восстановление, вероятнее усиление парасимпатического влияния.
Быстрая проверка
Главное
- ЧСС и сила сокращений регулируются нервными сигналами и веществами, переносимыми кровью.
- Симпатический отдел и адреналин обычно учащают и усиливают работу сердца; парасимпатический отдел её замедляет.
- Сердце обладает автоматией, поэтому нервная система не создаёт каждый импульс, а изменяет ритм и силу сокращений.
- Минутный объём кровообращения рассчитывают по формуле \(Q=f\cdot V\).
- Регуляция работает по принципу обратной связи и помогает согласовать кровообращение с потребностями организма.