Układ krążenia można porównać do skomplikowanej sieci hydraulicznej, którą tworzą naczynia krwionośne (tętnice, żyły i naczynia włosowate) oraz serce (działające jak pompa). Głównym zadaniem układu krążenia jest dostarczanie organizmowi natlenowanej krwi.
Budowa serca – komory, przedsionki, zastawki
Serce znajduje się między płucami. 2/3 narządu położone jest na lewo od linii środkowej ciała, a 1/3 na prawo, więc jego główna część lokalizuje się za mostkiem, a nie po lewej stronie klatki piersiowej, jak utarło się myśleć. Serce zdrowego człowieka jest wielkości jego pięści. Powiększenie serca świadczy z reguły o poważnej chorobie.
Serce jest narządem składającym się z dwóch odrębnych części, lewej i prawej. „Prawe” serce odpowiada za przepływ krwi przez płuca, gdzie odbywa się wymiana gazowa (krew pobiera tlen i usuwa dwutlenek węgla). Zadaniem „lewego” serca jest doprowadzenie utlenowanej krwi z płuc do pozostałych narządów. „Lewe” serce pracuje z siłą 10 razy większą niż „prawe”.
Każda z części serca zbudowana jest z komory i przedsionka oraz zastawek, co daje w sumie:
- 2 komory (prawa i lewa),
- 2 przedsionki (prawy i lewy),
- 4 zastawki (po dwie z każdej strony).
Zastawki zapobiegają cofaniu się krwi, wyróżniamy:
- 2 zastawki przedsionkowo-komorowe
- lewa – dwudzielna (mitralna),
- prawa – trójdzielna,
- 2 zastawki ujść tętniczych
- aortalna,
- pnia płucnego.
Zastawki przedsionkowo-komorowe otwierają się do komór, a zastawki ujść tętniczych do odpowiednich tętnic. Skurcz komór (obie komory kurczą się w tym samym czasie) zamyka zastawki przedsionkowo-komorowe, a zaraz potem otwiera zastawki tętnic.
Wnętrze komór i przedsionków wyściela gładka błona śluzowa, wsierdzie. Błona, która otacza mięsień sercowy to osierdzie. Osierdzie składa się z dwóch ślizgających się względem siebie blaszek, jest to osierdzie sercowe i osierdzie ścienne.
Jeśli do jam serca dostaną się ze strumieniem krwi bakterie lub inne drobnoustroje, może dojść do zapalenia wsierdzia.
Między osierdziem sercowym i osierdziem ściennym może gromadzić się płyn i powodować ucisk na cienkościenne struktury serca (np. prawy przedsionek), blokować przepływ krwi i zagrażać życiu (tamponada serca).
Obieg krwi - krwiobieg mały, krwiobieg duży
Odtlenowana krew z całego ciała napływa przez żyły do prawego przedsionka serca, a następnie przez zastawkę trójdzielną dostaje się do prawej komory, skąd – po otwarciu zastawki pnia płucnego – przez pień tętnicy płucnej i tętnice płucne (prawą i lewą) dociera do prawego i lewego płuca, gdzie zachodzi wymiana gazowa. Krew oddaje dwutlenek węgla, a z wdychanego powietrza pobiera tlen.
Utlenowana krew poprzez naczynia żylne i żyły płucne spływa do lewego przedsionka, skąd przez otwartą zastawkę dwudzielną (mitralną) przepływa do lewej komory, a następnie przez zastawkę aortalną trafia do aorty (tętnicy głównej) i jej odgałęzień, by tętnicami i coraz drobniejszymi naczyniami dotrzeć do naczyń włosowatych (inaczej włośniczek lub kapilar). Naczynia włosowate, oplatając tkanki, oddają im – przez swoje bardzo cienkie ścianki – tlen i substancje odżywcze, i odbierają produkty przemiany materii i dwutlenek węgla. Krew z utlenowanej (jasnoczerwonej) staje się z powrotem odtlenowana (wiśniowa), coraz większymi naczyniami żylnymi spływa do żył głównych i prawego przedsionka. Obieg się zamyka.
Przepływ krwi przez płuca (od prawej komory do lewego przedsionka) to krwiobieg mały, inaczej krążenie małe, czyli płucne. Przepływ krwi przez obwód (z lewej komory do prawego przedsionka) to krwiobieg duży, inaczej krążenie duże, czyli systemowe.
Objętość krwi tłoczonej przez serce w ciągu jednej minuty do naczyń krwionośnych to pojemność minutowa (ang. cardiac output – CO), inaczej rzut serca. W spoczynku, u zdrowej osoby w ciągu minuty każda komora przepompowuje ok. 5 l krwi. W czasie wysiłku to może być nawet 25 l/min, a u sportowców wyczynowych 35–40 l/min.
Cykl pracy serca, rytm pracy serca, elektrofizjologia serca, hemodynamika serca
Cykl pracy serca zdrowej osoby dorosłej trwa 0,8–1 s i przebiega w następujący sposób:
- przedsionki i komory rozkurczone, zastawki przedsionkowo-komorowe otwarte, a ujść tętniczych zamknięte, krew napływa przez przedsionki do komór (faza biernego napełniania komór),
- skurcz przedsionków (faza czynnego napełniania komór)
- skurcz izowolumetryczny (stałoobjętościowy) komór – początek skurczu komór (zamykają się zastawki przedsionkowo-komorowe, zastawki tętnic pozostają jeszcze zamknięte)
- skurcz izotoniczny komór (stałonapięciowy) – komory kurczą się coraz silniej i przepychają krew przez otwierające się w tym momencie zastawki, w tętnicach obwodowych wyczuwa się wówczas falę tętna.
Przyjmuje się, że częstotliwość rytmu serca zdrowego człowieka wynosi ok. 60–90 uderzeń na minutę. Rytm może się zmieniać, np. podczas wysiłku, w wyniku stresu, z powodu choroby.
Przyspieszenie rytmu serca to tachykardia (ponad 90–100 uderzeń na min), zwolnienie rytmu serca to bradykardia (poniżej 50–60 uderzeń na min). Zaburzenia rytmu serca to arytmie, które mogą powstawać samoistnie lub stanowić wynik powolnego niszczenia struktury serca w niewydolności serca. Najczęstszą arytmią, związaną zazwyczaj z niewydolnością krążenia jest migotanie przedsionków.
Skurcze i rozkurcze serca są wynikiem działania układu przewodzącego serca (układu bodźcotwórczo-przewodzącego serca). Generuje on i przewodzi impulsy elektryczne, które nadają rytm i synchronizują skurcze. Układem tym steruje znajdujący się w prawym przedsionku węzeł zatokowy – niewielkie skupisko komórek rozrusznikowych, czyli takich, które są zdolne do samodzielnego wytwarzania impulsów elektrycznych. Są one połączone z kardiomiocytami, czyli komórkami mięśniowymi serca, którym narzucają w ten sposób rytm pracy.
Wszystkie komórki serca pracują dzięki mikroprzepływom prądu przez ich błonę komórkową, komórki rozrusznikowe – generując impulsy elektryczne, a kardiomiocyty – generując skurcz. Działa to tak, że między wnętrzem komórek a ich otoczeniem istnieje różnica ładunku elektrycznego (tzw. potencjał spoczynkowy). Wzrost potencjału prowadzi do ich depolaryzacji, czyli rozładowania, a jego spadek do repolaryzacji, czyli odbudowania potencjału spoczynkowego. Komórki rozrusznikowe depolaryzują spontanicznie, a ich depolaryzacja przenosi się na kardiomiocyty, powodując skurcz mięśnia sercowego. Repolaryzacja to czas, w którym impulsy skurczowe są zablokowane i kardiomiocyty mogą się „rozluźnić”, dlatego dochodzi do rozkurczu.
W powstawaniu potencjału spoczynkowego komórek sercowych (oraz innych komórek nerwowych i mięśniowych) biorą udział jony sodu, potasu i wapnia, dlatego ich zaburzenia mogą poważnie wpływać na pracę serca, a w skrajnych przypadkach nawet spowodować zatrzymanie akcji serca.
Komory serca nie opróżniają się całkowicie, po zakończonym skurczu pozostaje w nich część krwi. Parametrem określającym stosunek objętości krwi wyrzucanej przez komorę w trakcie skurczu do całkowitej objętości krwi w komorze to frakcja wyrzutowa serca (ang. ejection fraction – EF). Jest ona wyrażana w procentach, a za prawidłową przyjmuje się 50–70%.
Dla przykładu – frakcja wyrzutowa na poziomie 60% oznacza, że z komory w czasie skurczu wydostaje się 60% krwi, a 40% w niej pozostaje.
Frakcję wyrzutową określa się podczas echokardiografii serca (echo serca). W niewydolności serca serce (z różnych powodów) nie radzi sobie z przepompowaniem wystarczającej objętości krwi potrzebnej do sprawnego funkcjonowania jego samego i pozostałych narządów, a frakcja wyrzutowa z reguły spada.
Serce, jak każdy mięsień, potrzebuje do pracy tlenu i substancji odżywczych. Narząd zawiera więc własny układ przepływu krwi – krążenie wieńcowe. Za doprowadzanie krwi do serca i jej odprowadzanie odpowiadają naczynia wieńcowe (tętnice i żyły).
W zdrowym sercu, kiedy dochodzi do przyspieszenia jego pracy (np. w trakcie wysiłku), zwiększa się ilość krwi przepływającej przez naczynia wieńcowe, dzięki czemu mięsień sercowy otrzymuje tyle tlenu, ile potrzebuje przy większym obciążeniu pracą. Uszkodzenie wnętrza naczyń wieńcowych (np. przez miażdżycę), wady wrodzone naczyń, zbyt duże zapotrzebowanie na tlen występujące, np. w niewydolności serca mogą spowodować zbyt małą podaż tlenu do mięśnia sercowego. Niedostateczne zaopatrzenie serca w krew w wyniku zbyt małego przepływu krwi przez naczynia wieńcowe powoduje chorobę niedokrwienną serca (chorobę wieńcową).
Obciążenie serca
Sprawne działanie serca zależy od wielu czynników. Poza stanem samego mięśnia sercowego i naczyń wieńcowych znaczenie mają też:
- ilość krwi w krążeniu – za dużo może przeciążać serce, zbyt mało (np. w odwodnieniu) sprawia, że część tkanek jest niedotleniona,
- ciśnienie tętnicze krwi – jeśli jest wysokie, przy każdym skurczu serce musi wygenerować jeszcze wyższe ciśnienie, by umożliwić przepływ krwi, co stanowi dla niego duże obciążenie,
- kondycja innych narządów – od płuc zależy jakość wymiany gazowej, od poziomu hemoglobiny transport tlenu we krwi, od pracy nerek ilość elektrolitów we krwi (niedobory potasu mogą spowodować zaburzenia pracy serca) itd.
