Сердце – полый мышечный орган, состоящий из четырех камер: двух предсердий и двух желудочков.

• Правое предсердие и правый желудочек разделены трехстворчатым клапаном.
• Левое предсердие и левый желудочек разделены двухстворчатым (митральным) клапаном.

Полулунные клапаны находятся между желудочками и крупными сосудами: аортой и легочной артерией.

Функция клапанов:

• обеспечение одностороннего движения крови из предсердий в желудочки и из желудочков в сосуды.

Слои сердца

1. Перикард – наружная оболочка сердца, состоящая из двух листков: париетальный листок (наружный) и висцеральный листок (внутренний), переходящий в эпикард.
2. Миокард – мышечный слой сердца, толщина которого больше в левом желудочке.
3. Эндокард – внутренний слой, участвующий в формировании клапанов.

Кардиомиоциты

Кардиомиоциты – это специализированные клетки сердечной мышцы, которые обеспечивают сокращение сердца и передачу электрических импульсов.

Типы кардиомиоцитов:

1. Сократительные кардиомиоциты – составляют основную массу миокарда, отвечают за сокращение сердца.
2. Проводящие кардиомиоциты – входят в состав проводящей системы сердца, передают электрические импульсы.
3. Секреторные кардиомиоциты – находятся в предсердиях, вырабатывают гормоны (например, натрийуретический гормон), регулирующие давление и объем крови.

Функции:

• Сократительные кардиомиоциты обеспечивают насосную функцию сердца.
• Проводящие кардиомиоциты обеспечивают синхронное сокращение предсердий и желудочков.
• Секреторные кардиомиоциты регулируют гомеостаз организма.

В физиологии сосуды классифицируются в зависимости от их структуры, функции и роли в системе кровообращения.

Основные виды сосудов

Артерии

Функция: Транспорт крови от сердца к органам и тканям.

Особенности:

• Имеют толстые стенки с большим количеством эластических и мышечных волокон.
• Высокое давление крови (максимальное в аорте).
• Эластичность артерий позволяет им смягчать пульсовую волну и поддерживать кровоток во время диастолы.

Примеры: Аорта, легочная артерия, сонные артерии.

Артериолы

Функция: Регуляция кровотока и распределение крови между капиллярами.

Особенности:

• Мелкие сосуды, диаметром 10–100 мкм.
• Имеют выраженный мышечный слой, который позволяет регулировать просвет сосуда.
• Основное место сопротивления кровотоку (регулируют системное артериальное давление).

Примеры: Прекапиллярные артериолы.

Капилляры (обменные сосуды)

Функция: Обеспечение обмена веществ между кровью и тканями.

Особенности:

• Диаметр около 5–10 мкм.
• Стенки состоят из одного слоя эндотелиальных клеток, что обеспечивает высокую проницаемость.
• Медленный кровоток, что способствует эффективному обмену.

Типы капилляров:

• Непрерывные: Наименее проницаемые, встречаются в мышцах, коже, легких.
• Фенестрированные: Имеют "окна" (фенестры), повышающие проницаемость. Встречаются в почках, кишечнике, эндокринных железах.
• Синусоидные: Наиболее проницаемые, с большими промежутками между клетками. Встречаются в печени, селезенке, костном мозге.

Венулы

Функция: Сбор крови из капилляров и транспорт ее в вены.

Особенности:

• Диаметр больше, чем у капилляров (10–50 мкм).
• Стенки тонкие, с небольшим количеством мышечных волокон.
• Участвуют в процессе реабсорбции жидкости из тканей.

Вены

Функция: Транспорт крови от органов и тканей к сердцу.

Особенности:

• Имеют тонкие стенки с меньшим количеством мышечных и эластических волокон по сравнению с артериями.
• Низкое давление крови.
• Содержат клапаны, которые предотвращают обратный ток крови.
• Выполняют роль "емкостных сосудов" (могут депонировать до 60–70% объема крови).

Примеры: Верхняя и нижняя полые вены, легочные вены.

Шунтирующие сосуды (артериовенозные анастомозы)

Функция: Прямое соединение артериол и венул, минуя капилляры.

Особенности:

• Позволяют регулировать кровоток в обход капиллярного русла.
• Участвуют в терморегуляции (например, в коже).

Примеры: Встречаются в коже, слизистых оболочках.

Функциональная классификация сосудов

Магистральные сосуды:

• Артерии и вены, которые обеспечивают транспорт крови на большие расстояния.
• Пример: Аорта, полые вены.

Резистивные сосуды:

• Артериолы и прекапиллярные сфинктеры, которые регулируют сопротивление кровотоку.
• Основное место регуляции артериального давления.

Обменные сосуды:

• Капилляры, где происходит обмен веществ между кровью и тканями.

Емкостные сосуды:

• Вены, которые могут депонировать кровь и регулировать возврат крови к сердцу.

Шунтирующие сосуды:

• Артериовенозные анастомозы, которые позволяют крови миновать капиллярное русло.

Местные механизмы:

• Вазоактивные вещества (оксид азота, эндотелин).

Центральные механизмы:

• Симпатическая система – сужение сосудов.
• Парасимпатическая система – расширение сосудов.

Гуморальная регуляция:

• Сосудосуживающие вещества (адреналин, норадреналин, вазопрессин).
• Сосудорасширяющие вещества (ацетилхолин, гистамин, брадикинин).

Проводящая система сердца – это совокупность специализированных клеток, которые генерируют и проводят электрические импульсы, обеспечивая ритмичное сокращение сердца.

Водители ритма:

1. Синоатриальный узел (СА-узел) – главный водитель ритма, генерирует импульсы с частотой 60–80 уд/мин.
2. Атриовентрикулярный узел (АВ-узел) – водитель ритма второго порядка, генерирует импульсы с частотой 40–50 уд/мин.
3. Пучок Гиса – проводит импульсы от АВ-узла к желудочкам.
4. Волокна Пуркинье – передают импульсы к миокарду желудочков.

Функция: обеспечение синхронного сокращения предсердий и желудочков.

Электрическая активность сердца – это процесс генерации и распространения электрических импульсов, которые вызывают сокращение сердечной мышцы.

Потенциал действия (ПД) кардиомиоцитов включает:

1. Быструю деполяризацию – вход ионов Na⁺ в клетку.
2. Плато – вход ионов Ca²⁺, что обеспечивает длительное сокращение.
3. Реполяризацию – выход ионов K⁺, что возвращает клетку в состояние покоя.

Потенциал действия (ПД) кардиомиоцитов – это кратковременное, но резкое изменение электрического заряда на мембране кардиомиоцита (клетки сердечной мышцы), которое обеспечивает распространение возбуждения по миокарду и, как следствие, его сокращение.

Мембранный потенциал.

• В состоянии покоя (диастола) мембрана кардиомиоцита поляризована, то есть имеет отрицательный заряд внутри клетки относительно наружной среды. Этот потенциал называется потенциалом покоя (около -90 мВ). Он поддерживается благодаря разной концентрации ионов по обе стороны мембраны (преимущественно ионов калия (K+) внутри клетки и ионов натрия (Na+) и кальция (Ca2+) снаружи) и избирательной проницаемости мембраны для этих ионов.

Возникновение потенциала действия.

• Для запуска ПД необходим стимул (электрический импульс), который достигает кардиомиоцита от соседней клетки по проводящей системе сердца.
• При достижении порогового потенциала открываются быстрые натриевые каналы, что приводит к резкому входу ионов натрия (Na+) внутрь клетки. Это вызывает быструю деполяризацию мембраны, то есть её заряд становится положительным.

Фазы потенциала действия кардиомиоцитов:

1. Фаза 0 (быстрая деполяризация): Открытие быстрых натриевых каналов и вход Na+ в клетку.
2. Фаза 1 (начальная реполяризация): Закрытие натриевых каналов и кратковременный выход K+ из клетки.
3. Фаза 2 (плато): Медленный вход Ca2+ в клетку через медленные кальциевые каналы и выход K+ из клетки. Именно эта фаза отличает ПД кардиомиоцитов от ПД нервных и скелетных мышечных клеток и обеспечивает длительное сокращение миокарда.
4. Фаза 3 (реполяризация): Закрытие кальциевых каналов и интенсивный выход K+ из клетки.
5. Фаза 4 (потенциал покоя): Восстановление ионных градиентов с помощью натрий-калиевого насоса (Na+/K+-АТФазы), который активно переносит Na+ из клетки и K+ в клетку.

Значение потенциала действия:

• ПД обеспечивает распространение возбуждения по всему миокарду.
• Длительное плато (фаза 2) обеспечивает достаточное время для сокращения миокарда и эффективного выталкивания крови из сердца.
• Правильная последовательность и характеристики ПД необходимы для нормальной работы сердца. Нарушения в генерации или проведении ПД приводят к аритмиям.

Электрическая ось сердца – это направление суммарного вектора деполяризации желудочков. Она определяется по ЭКГ и может быть:

• Нормальной (от -30° до +90°).
• Отклоненной влево или вправо (при гипертрофии желудочков или блокадах).

Сердечный цикл — это последовательность событий, происходящих за одно полное сокращение и расслабление сердца.

Он включает в себя фазы систолы (сокращения) и диастолы (расслабления) предсердий и желудочков. Длительность сердечного цикла зависит от частоты сердечных сокращений (ЧСС). При ЧСС 75 ударов в минуту длительность цикла составляет около 0,8 секунды.

Рассмотрим фазы сердечного цикла подробнее:

1. Систола предсердий (0,1 с)

• Сокращение предсердий: Предсердия сокращаются, что приводит к увеличению давления в них.
• Поступление крови в желудочки: Кровь из предсердий через открытые атриовентрикулярные клапаны (митральный и трикуспидальный) поступает в желудочки.
• Объем крови: В желудочки поступает около 20-30% от общего объема крови, остальная кровь уже находится в желудочках после пассивного наполнения во время диастолы.
• Клапаны: Аортальный и легочный клапаны закрыты, чтобы предотвратить обратный ток крови.

2. Систола желудочков (0,33 с)

Систола желудочков делится на две фазы:

Фаза изометрического сокращения:

• Желудочки начинают сокращаться, давление в них повышается.
• Атриовентрикулярные клапаны закрываются, чтобы предотвратить обратный ток крови в предсердия. Это сопровождается первым сердечным тоном ("тук").
• Аортальный и легочный клапаны остаются закрытыми.

Фаза изгнания:

• Давление в желудочках превышает давление в аорте и легочной артерии, что приводит к открытию аортального и легочного клапанов.
• Кровь выбрасывается из желудочков: из левого желудочка — в аорту (большой круг кровообращения), из правого желудочка — в легочную артерию (малый круг кровообращения).
• В конце фазы изгнания давление в желудочках падает, и аортальный и легочный клапаны закрываются, что сопровождается вторым сердечным тоном ("тук").

3. Диастола (0,47 с)

Диастола — это фаза расслабления сердца, которая включает несколько этапов:

Протодиастолический период:

• Желудочки начинают расслабляться, давление в них падает.
• Аортальный и легочный клапаны закрываются, чтобы предотвратить обратный ток крови.

Фаза изометрического расслабления:

• Все клапаны закрыты, объем желудочков не меняется.
• Давление в желудочках продолжает снижаться.

Фаза наполнения:

• Давление в предсердиях становится выше, чем в желудочках, что приводит к открытию атриовентрикулярных клапанов.
• Кровь пассивно поступает из предсердий в желудочки (около 70-80% от общего объема).
• В конце диастолы происходит систола предсердий, и цикл повторяется.

Ключевые моменты:

• Длительность фаз: При ЧСС 75 уд/мин систола предсердий занимает 0,1 с, систола желудочков — 0,33 с, диастола — 0,47 с.
• Клапаны: Работа клапанов обеспечивает однонаправленный ток крови и предотвращает ее обратный поток.
• Сердечные тоны: Первый тон ("тук") связан с закрытием атриовентрикулярных клапанов, второй тон ("тук") — с закрытием аортального и легочного клапанов.
• Кровоснабжение: Во время диастолы сердце получает кислород и питательные вещества через коронарные артерии.

Сердечный цикл обеспечивает непрерывное кровообращение, доставку кислорода и питательных веществ к тканям и удаление продуктов обмена.

Тоны сердца — это звуки, возникающие в результате работы сердца и закрытия его клапанов. Они могут быть выслушаны с помощью стетоскопа и имеют важное диагностическое значение.

I тон (систолический):

• Причина возникновения: Закрытие атриовентрикулярных клапанов (митрального и трикуспидального) в начале систолы желудочков.
• Характеристика: Низкий, продолжительный звук ("тук").
• Локализация: Лучше всего выслушивается в области верхушки сердца (пятое межреберье слева по среднеключичной линии).

II тон (диастолический):

• Причина возникновения: Закрытие полулунных клапанов (аортального и легочного) в конце систолы желудочков.
• Характеристика: Высокий, короткий звук ("тук").
• Локализация: Лучше всего выслушивается во втором межреберье справа (аортальный клапан) и слева (легочный клапан).

III тон:

• Причина возникновения: Быстрое наполнение желудочков кровью в начале диастолы.
• Характеристика: Низкий, глухой звук, обычно слабый.
• Локализация: Выслушивается в области верхушки сердца.
• Значение: Может быть физиологическим у молодых людей и спортсменов, но у взрослых часто свидетельствует о патологии (например, сердечной недостаточности).

IV тон:

• Причина возникновения: Сокращение предсердий в конце диастолы, когда кровь поступает в желудочки.
• Характеристика: Очень слабый звук, обычно не выслушивается в норме.
• Значение: Появление IV тона может указывать на гипертрофию желудочков или другие патологии.

Гемодинамика — это раздел физиологии, изучающий движение крови по сосудам и работу сердца как насоса.

Основные параметры гемодинамики:

Систолический объем (СО) - объем крови, который выбрасывается одним желудочком за одно сокращение.

• Норма: 60–70 мл.
• Значение: Зависит от силы сокращения сердца, объема крови и состояния сердечно-сосудистой системы.

Минутный объем крови (МОК) - объем крови, который сердце выбрасывает за одну минуту.

• Формула: МОК = СО × ЧСС (частота сердечных сокращений).
• Норма: 4,5–5 л/мин.
• Значение: Отражает общую производительность сердца. МОК увеличивается при физической нагрузке и снижается при патологиях (например, сердечной недостаточности).

Сердечный индекс (СИ) - показатель, который учитывает минутный объем крови относительно площади поверхности тела.

• Формула: СИ = МОК / площадь поверхности тела.
• Норма: Около 3 л/мин·м².
• Значение: Используется для оценки сердечной функции у пациентов с разной массой тела.

Взаимосвязь параметров

• ЧСС и МОК: При увеличении частоты сердечных сокращений (например, при физической нагрузке) минутный объем крови может увеличиваться, если систолический объем остается стабильным.
• СО и МОК: При снижении систолического объема (например, при сердечной недостаточности) минутный объем крови может поддерживаться за счет увеличения ЧСС, но это менее эффективно.
• Сердечный индекс: Позволяет сравнивать сердечную функцию у людей с разной массой тела, что важно для диагностики и лечения.

Клиническое значение

• Тоны сердца: Изменение тонов (например, появление шумов, усиление или ослабление) может указывать на патологию клапанов, гипертрофию сердца или другие заболевания.
• Гемодинамика: Оценка систолического объема, минутного объема крови и сердечного индекса помогает диагностировать сердечную недостаточность, шоковые состояния и другие нарушения кровообращения.

Сердечная мышца (миокард) обладает уникальными свойствами, которые обеспечивают ее эффективную работу как насоса, перекачивающего кровь по организму. Эти свойства включают автоматию, возбудимость, проводимость и сократимость.

Автоматия - способность сердца самостоятельно генерировать электрические импульсы, вызывающие его сокращение, без внешних стимулов.

Механизм:

• В сердце есть специализированные клетки проводящей системы, которые способны спонтанно деполяризоваться (изменять свой электрический заряд).
• Основной водитель ритма — синоатриальный узел (СА-узел), расположенный в правом предсердии. Он задает частоту сердечных сокращений (ЧСС).
• Другие элементы проводящей системы (атриовентрикулярный узел, пучок Гиса, волокна Пуркинье) также могут генерировать импульсы, но с меньшей частотой.

Значение:

• Обеспечивает независимость работы сердца от внешних нервных стимулов.
• Поддерживает ритмичность сердечных сокращений.

Возбудимость - способность сердечной мышцы реагировать на электрические или химические раздражители, генерируя потенциал действия.

Механизм:

• Клетки миокарда имеют ионные каналы, которые открываются в ответ на раздражители, что приводит к деполяризации (изменению мембранного потенциала).
• Потенциал действия распространяется по клеткам, вызывая их сокращение.

Особенности:

• Сердечная мышца имеет длинный рефрактерный период (период невозбудимости), что предотвращает тетанические сокращения (длительные спазмы) и позволяет сердцу расслабляться между сокращениями.

Значение: обеспечивает реакцию сердца на изменения в организме (например, при физической нагрузке или стрессе).

Проводимость - способность сердечной мышцы проводить электрические импульсы от одних клеток к другим.

• Механизм: импульс, возникший в СА-узле, распространяется по предсердиям, достигая атриовентрикулярного узла (АВ-узел). Затем импульс проходит через пучок Гиса, его ветви и волокна Пуркинье, достигая желудочков. Клетки миокарда соединены щелевыми контактами (нексусами), что обеспечивает быстрое распространение импульса.

Значение:

• Обеспечивает синхронное сокращение предсердий и желудочков.
• Поддерживает правильную последовательность работы сердца.

Сократимость - способность сердечной мышцы изменять свою форму и объем, сокращаясь в ответ на электрический импульс.

• Механизм. Потенциал действия вызывает выброс ионов кальция (Ca²⁺) в клетки миокарда. Кальций связывается с тропонином, что приводит к взаимодействию актина и миозина (сократительных белков) и сокращению мышечных волокон. После сокращения ионы кальция возвращаются в саркоплазматический ретикулум, и мышца расслабляется.

Особенности:

• Сердечная мышца сокращается по принципу "все или ничего": если порог возбуждения достигнут, сокращение происходит с максимальной силой.
• Сила сокращения зависит от степени растяжения мышечных волокон (закон Франка-Старлинга).

Значение:

• Обеспечивает выброс крови из желудочков в аорту и легочную артерию.
• Поддерживает кровообращение в организме.

Взаимосвязь свойств сердечной мышцы

• Автоматия обеспечивает ритмичность работы сердца.
• Возбудимость позволяет сердцу реагировать на изменения в организме.
• Проводимость обеспечивает синхронное сокращение всех отделов сердца.
• Сократимость обеспечивает насосную функцию сердца.

Клиническое значение

• Нарушения автоматии: Могут приводить к аритмиям (например, синусовая тахикардия, брадикардия, фибрилляция).
• Нарушения возбудимости: Могут вызывать экстрасистолы (внеочередные сокращения) или блокады.
• Нарушения проводимости: Приводят к блокадам сердца (например, АВ-блокада).
• Нарушения сократимости: Могут быть вызваны ишемией, инфарктом миокарда или сердечной недостаточностью.

Регуляция работы сердца — это сложный процесс, который обеспечивает адаптацию сердечной деятельности к потребностям организма. Регуляция осуществляется на нескольких уровнях: внутрисердечная (автономная) и экстракардиальная (внешняя), которая включает нервную и гуморальную регуляцию. Рассмотрим каждый из этих механизмов подробнее.

Внутрисердечная регуляция

Внутрисердечная регуляция - механизмы, которые обеспечивают автономную регуляцию работы сердца без влияния внешних факторов.

Основные механизмы:

1.Закон Франка-Старлинга (гетерометрическая регуляция) : сила сокращения сердца зависит от степени растяжения миокарда во время диастолы (фазы расслабления).

• Механизм: Чем больше крови поступает в желудочки во время диастолы, тем сильнее растягиваются мышечные волокна. Это приводит к более мощному сокращению.
• Значение: Обеспечивает адаптацию сердца к изменению объема притекающей крови (например, при физической нагрузке).

2.Гетерометрическая регуляция:

• Суть: Изменение силы сокращения сердца в зависимости от длины мышечных волокон.
• Пример: При увеличении венозного возврата (количество крови, поступающей в сердце) волокна миокарда растягиваются, что усиливает сокращение.

3.Гомеометрическая регуляция:

• Суть: Изменение силы сокращения без изменения длины мышечных волокон.
• Механизм: Например, при увеличении частоты сердечных сокращений (ЧСС) сила каждого сокращения может возрастать за счет накопления ионов кальция в клетках.
• Пример: При стрессе или физической нагрузке.

Экстракардиальная регуляция

Экстракардиальная регуляция - это механизмы, которые регулируют работу сердца через внешние воздействия. Они включают нервную и гуморальную регуляцию.

Нервная регуляция

1.Парасимпатическая система (блуждающий нерв):

• Действие: Замедляет ЧСС (отрицательный хронотропный эффект) и уменьшает силу сокращений (отрицательный инотропный эффект).
• Механизм: Выделение ацетилхолина, который связывается с М-холинорецепторами в сердце.
• Пример: В состоянии покоя или во время сна.

2.Симпатическая система:

• Действие: Ускоряет ЧСС (положительный хронотропный эффект) и увеличивает силу сокращений (положительный инотропный эффект).
• Механизм: Выделение норадреналина, который связывается с β₁-адренорецепторами в сердце.
• Пример: При стрессе, физической нагрузке или эмоциональном возбуждении.

Гуморальная регуляция

Это регуляция работы сердца через биологически активные вещества, которые поступают в кровь.

Адреналин и норадреналин:

• Действие: Увеличивают ЧСС и силу сокращений.
• Механизм: Связываются с β₁-адренорецепторами в сердце, усиливая поступление ионов кальция в клетки.
• Источник: Выделяются мозговым веществом надпочечников при стрессе или физической нагрузке.

Ацетилхолин:

• Действие: Замедляет ЧСС.
• Механизм: Связывается с М-холинорецепторами, вызывая гиперполяризацию клеток.
• Источник: Выделяется окончаниями парасимпатических нервов.

Гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин):

• Действие: Увеличивают ЧСС и усиливают обменные процессы в миокарде.
• Механизм: Повышают чувствительность сердца к катехоламинам (адреналину и норадреналину).

Электролиты:

• Калий (K⁺): Повышение уровня калия в крови (гиперкалиемия) может замедлять ЧСС и снижать возбудимость сердца.
• Кальций (Ca²⁺): Увеличивает силу сокращений, но при избытке может вызывать аритмии.

Взаимодействие механизмов регуляции

• Внутрисердечная регуляция обеспечивает базовую автономию сердца, поддерживая его работу даже при отсутствии внешних стимулов.
• Экстракардиальная регуляция позволяет адаптировать работу сердца к изменяющимся условиям (например, при физической нагрузке, стрессе или изменении положения тела).
• Нервная и гуморальная регуляция работают совместно: например, при стрессе симпатическая система активируется одновременно с выделением адреналина надпочечниками.

Гемодинамические формулы описывают основные законы движения крови по сосудам и позволяют оценить параметры кровотока, такие как сопротивление, объемная и линейная скорость. Рассмотрим ключевые формулы и их значение.

Закон Пуазейля описывает сопротивление кровотоку в сосуде и связывает его с физическими характеристиками сосуда и крови.

Формула: R=(8ηl)/(πr4)

Обозначения:

• RR — сопротивление кровотоку (в Па·с/м³ или дин·с/см⁵).
• ηη — вязкость крови (в Па·с или пуазах).
• ll — длина сосуда (в метрах или сантиметрах).
• rr — радиус сосуда (в метрах или сантиметрах).

Основные выводы:

• Сопротивление RR обратно пропорционально радиусу сосуда в четвертой степени (r4r4). Это означает, что даже небольшое сужение сосуда (например, при атеросклерозе) значительно увеличивает сопротивление.
• Сопротивление прямо пропорционально длине сосуда и вязкости крови.

Пример:

Если радиус сосуда уменьшится в 2 раза, сопротивление увеличится в 24=1624=16 раз.

Объемная скорость кровотока (Q) - это объем крови, протекающий через поперечное сечение сосуда за единицу времени.

Формула: Q=P1−P2/R

​​Обозначения:

• Q — объемная скорость кровотока (в мл/с или л/мин).
• P1−P2​ — разность давлений в начале и конце сосуда (в Па или мм рт. ст.).
• R — сопротивление кровотоку (в Па·с/м³ или дин·с/см⁵).

Основные выводы:

• Объемная скорость прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна сопротивлению.
• Если сопротивление увеличивается (например, при сужении сосуда), объемная скорость уменьшается.

Пример:

При увеличении давления (P1−P2P1​−P2​) объемная скорость кровотока возрастает.

Линейная скорость кровотока (V) — это скорость движения крови вдоль сосуда.

Формула:V=Q/πr2

Обозначения:

• V — линейная скорость кровотока (в см/с или м/с).
• Q — объемная скорость кровотока (в мл/с или л/мин).
• r — радиус сосуда (в см или м).

Основные выводы:

• Линейная скорость обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосуда (πr2πr2).
• В узких сосудах (например, артериолах) линейная скорость выше, чем в широких (например, аорте).

Пример:

В аорте (большой радиус) линейная скорость крови ниже, чем в капиллярах (малый радиус), несмотря на то, что объемная скорость в аорте выше.

Артериальное давление (АД)

• Систолическое давление – максимальное давление в артериях во время систолы (110–120 мм рт. ст.).
• Диастолическое давление – минимальное давление во время диастолы (70–80 мм рт. ст.).
• Пульсовое давление = систолическое давление – диастолическое давление (40 мм рт. ст.).
• Среднее давление:
• Pср=Pдиаст+(Pсист−Pдиаст)/3

Взаимосвязь формул

1. Сопротивление RR влияет на объемную скорость QQ: чем выше сопротивление, тем меньше объемная скорость.
2. Объемная скорость QQ влияет на линейную скорость VV: при увеличении объемной скорости линейная скорость также возрастает.
3. Радиус сосуда rr играет ключевую роль:

• Увеличение радиуса снижает сопротивление RR (по закону Пуазейля).
• Увеличение радиуса снижает линейную скорость VV (по формуле линейной скорости).

Применение в физиологии и медицине

Атеросклероз:

• Сужение сосудов увеличивает сопротивление RR, что приводит к снижению объемной скорости QQ и повышению линейной скорости VV.
• Это может вызвать ишемию (недостаточное кровоснабжение тканей).

Артериальная гипертензия:

• Повышение давления (P1−P2P1​−P2​) увеличивает объемную скорость QQ, но при этом возрастает нагрузка на сердце.

Капиллярный кровоток:

• В капиллярах радиус rr мал, поэтому линейная скорость VV снижается, что обеспечивает эффективный обмен веществ между кровью и тканями.

Физическая нагрузка:

• При физической нагрузке сосуды расширяются (увеличивается радиус rr), что снижает сопротивление RR и увеличивает объемную скорость QQ.

Краткое содержание конспекта:

1. Строение сердца

• Сердце состоит из 4 камер: 2 предсердий и 2 желудочков.
• Клапаны: трехстворчатый, митральный, полулунные (аортальный и легочный).
• Слои сердца: перикард, миокард, эндокард.
• Кардиомиоциты: сократительные, проводящие, секреторные.

2. Сосуды

• Артерии: транспорт крови от сердца, высокое давление.
• Артериолы: регуляция кровотока, сопротивление.
• Капилляры: обмен веществ (непрерывные, фенестрированные, синусоидные).
• Венулы и вены: сбор крови, низкое давление, клапаны.
• Шунтирующие сосуды: артериовенозные анастомозы.

3. Проводящая система сердца

• СА-узел (главный водитель ритма), АВ-узел, пучок Гиса, волокна Пуркинье.
• Обеспечивает синхронное сокращение предсердий и желудочков.

4. Электрическая активность сердца

• Потенциал действия: деполяризация (Na⁺), плато (Ca²⁺), реполяризация (K⁺).
• Электрическая ось сердца: нормальная, отклоненная влево/вправо.

5. Сердечный цикл

• Систола предсердий (0,1 с): кровь поступает в желудочки.
• Систола желудочков (0,33 с): кровь выбрасывается в аорту и легочную артерию.
• Диастола (0,47 с): расслабление и наполнение кровью.
• Тоны сердца: I тон (закрытие атриовентрикулярных клапанов), II тон (закрытие полулунных клапанов).

6. Гемодинамика

• Систолический объем (СО): 60–70 мл.
• Минутный объем крови (МОК): СО × ЧСС (4,5–5 л/мин).
• Сердечный индекс (СИ): МОК / площадь поверхности тела (3 л/мин·м²).

7. Свойства сердечной мышцы

• Автоматия: самостоятельное генерирование импульсов (СА-узел).
• Возбудимость: реакция на раздражители.
• Проводимость: передача импульсов.
• Сократимость: изменение формы и объема.

8. Регуляция работы сердца

• Внутрисердечная: закон Франка-Старлинга, гетерометрическая и гомеометрическая регуляция.
• Экстракардиальная:
• Парасимпатическая: замедляет ЧСС.
• Симпатическая: ускоряет ЧСС.
• Гуморальная: адреналин (увеличивает ЧСС), ацетилхолин (замедляет ЧСС).

9. Гемодинамические формулы

• Закон Пуазейля: сопротивление R=8ηlπr4R=πr48ηl​.
• Объемная скорость: Q=P1−P2RQ=RP1​−P2​​.
• Линейная скорость: V=Qπr2V=πr2Q​.
• Артериальное давление: систолическое, диастолическое, пульсовое, среднее.

10. Микроциркуляция

• Фильтрация: выход жидкости из капилляра (гидростатическое давление).
• Реабсорбция: возврат жидкости в капилляр (онкотическое давление).

Схема для запоминания:

• Сердце: 4 камеры, клапаны, слои.
• Цикл: систола, диастола, тоны.
• Гемодинамика: СО, МОК, СИ.
• Свойства: автоматия, возбудимость, проводимость, сократимость.
• Регуляция: внутрисердечная, экстракардиальная (парасимпатика, симпатика).
• Формулы: Пуазейля, объемная и линейная скорость.
• Микроциркуляция: фильтрация, реабсорбция.

The heart is a hollow muscular organ composed of four chambers: two atria and two ventricles.

• The right atrium and right ventricle are separated by the tricuspid valve.
• The left atrium and left ventricle are separated by the bicuspid (mitral) valve.
• Semilunar valves are located between the ventricles and major vessels: the aorta and the pulmonary artery.

Function of the valves: To ensure unidirectional blood flow from the atria to the ventricles and from the ventricles to the vessels.

Layers of the Heart

• Pericardium - the outer membrane of the heart, consisting of two layers: the parietal layer (outer) and the visceral layer (inner), which transitions into the epicardium.
• Myocardium - the muscular layer of the heart, which is thicker in the left ventricle.
• Endocardium - the inner layer, involved in the formation of valves.

Cardiomyocytes

Cardiomyocytes are specialized heart muscle cells that provide heart contraction and electrical impulse transmission.

Types of Cardiomyocytes:

• Contractile cardiomyocytes - make up the bulk of the myocardium and are responsible for heart contraction.
• Conducting cardiomyocytes - are part of the conducting system of the heart, transmitting electrical impulses.
• Secretory cardiomyocytes - located in the atria and produce hormones (e.g., natriuretic hormone) that regulate blood pressure and volume.

Functions:

• Contractile cardiomyocytes provide the pumping function of the heart.
• Conducting cardiomyocytes ensure synchronous contraction of the atria and ventricles.
• Secretory cardiomyocytes regulate the body’s homeostasis.

In physiology, blood vessels are classified according to their structure, function, and role in the circulatory system.

Main Types of Blood Vessels

Arteries

Function: Transport blood from the heart to organs and tissues.

Characteristics:

• Have thick walls with a large amount of elastic and muscular fibers.
• High blood pressure (maximum in the aorta).
• The elasticity of the arteries allows them to cushion the pulse wave and maintain blood flow during diastole.

Examples: Aorta, pulmonary artery, carotid arteries.

Arterioles

Function: Regulate blood flow and distribute blood between capillaries.

Characteristics:

• Small vessels, 10–100 μm in diameter.
• Have a pronounced muscular layer that allows regulation of the vessel lumen.
• The main site of resistance to blood flow (regulate systemic arterial pressure).

Examples: Precapillary arterioles.

Capillaries (Exchange Vessels)

Function: Provide exchange of substances between blood and tissues.

Characteristics:

• Diameter of about 5–10 μm.
• The walls consist of a single layer of endothelial cells, which ensures high permeability.

Slow blood flow, which promotes effective exchange.

Types of Capillaries:

Continuous: Least permeable, found in muscles, skin, lungs.

Fenestrated: Have “windows” (fenestrations) that increase permeability. Found in the kidneys, intestines, endocrine glands.

Sinusoidal: Most permeable, with large gaps between cells. Found in the liver, spleen, bone marrow.

Venules

Function: Collect blood from capillaries and transport it to the veins.

Characteristics:

• Diameter larger than that of capillaries (10–50 μm).
• Thin walls, with a small amount of muscle fibers.
• Involved in the process of fluid reabsorption from tissues.

Veins

Function: Transport blood from organs and tissues to the heart.

Characteristics:

• Have thin walls with less muscle and elastic fibers compared to arteries.
• Low blood pressure.
• Contain valves that prevent backflow of blood.
• Act as “capacitance vessels” (can deposit up to 60–70% of blood volume).

Examples: Superior and inferior vena cava, pulmonary veins.

Shunting Vessels (Arteriovenous Anastomoses)

Function: Direct connection of arterioles and venules, bypassing capillaries.

Characteristics:

Allow regulation of blood flow bypassing the capillary bed.

Involved in thermoregulation (e.g., in the skin).

Examples: Found in the skin, mucous membranes.

Functional Classification of Blood Vessels

Conducting Vessels:

Arteries and veins that provide long-distance blood transport.

Example: Aorta, Vena Cava (superior and inferior)

Resistance Vessels:

Arterioles and precapillary sphincters that regulate resistance to blood flow.

The main site of arterial blood pressure regulation.

Exchange Vessels:

Capillaries, where substance exchange between blood and tissues occurs.

Capacitance Vessels:

Veins, which can pool blood and regulate venous return to the heart.

Shunting Vessels:

Arteriovenous anastomoses, which allow blood to bypass the capillary bed.

Regulation of Vascular Tone

Local Mechanisms:

• Vasoactive substances (nitric oxide, endothelin).

Central Mechanisms :

• Sympathetic nervous system - vasoconstriction (narrowing of blood vessels).
• Parasympathetic nervous system - vasodilation (widening of blood vessels).

Humoral Regulation:

• Vasoconstricting substances (epinephrine/adrenaline, norepinephrine/noradrenaline, vasopressin/ADH).
• Vasodilating substances (acetylcholine, histamine, bradykinin).

The conducting system of the heart is a collection of specialized cells that generate and conduct electrical impulses, ensuring rhythmic heart contractions.

Pacemakers:

• Sinoatrial (SA) Node (Синоатриальный узел (СА-узел)): The main pacemaker, generating impulses at a frequency of 60–80 bpm (beats per minute).
• Atrioventricular (AV) Node (Атриовентрикулярный узел (АВ-узел)): A secondary pacemaker, generating impulses at a frequency of 40–50 bpm.
• Bundle of His (Пучок Гиса): Conducts impulses from the AV node to the ventricles.
• Purkinje Fibers (Волокна Пуркинье): Transmit impulses to the ventricular myocardium.

Function: Ensuring synchronous contraction of the atria and ventricles.

Electrical activity of the heart is the process of generating and propagating electrical impulses that cause contraction of the heart muscle.

The action potential (AP) of cardiomyocytes includes:

• Rapid depolarization - influx of Na⁺ ions into the cell.
• Plateau - influx of Ca²⁺ ions, which ensures prolonged contraction.
• Repolarization - outflow of K⁺ ions, which returns the cell to a resting state.

The action potential (AP) of cardiomyocytes is a brief but abrupt change in the electrical charge on the membrane of a cardiomyocyte (heart muscle cell) that ensures the spread of excitation through the myocardium and, as a result, its contraction.

• Membrane potential: In the resting state (diastole), the membrane of a cardiomyocyte is polarized, that is, it has a negative charge inside the cell relative to the external environment. This potential is called the resting potential (about -90 mV). It is maintained due to the different concentrations of ions on both sides of the membrane (mainly potassium ions (K +) inside the cell and sodium ions (Na +) and calcium (Ca2 +) outside) and the selective permeability of the membrane to these ions.
• Generation of an Action Potential: To initiate an AP, a stimulus (electrical impulse) is required, which reaches the cardiomyocyte from a neighboring cell through the heart’s conduction system.
• When the threshold potential is reached, fast sodium channels open, which leads to a sharp influx of sodium ions (Na +) into the cell. This causes rapid depolarization of the membrane, that is, its charge becomes positive.

Phases of the Action Potential of Cardiomyocytes:

• Phase 0 (Rapid Depolarization): Opening of fast sodium channels and influx of Na + into the cell.
• Phase 1 (Initial Repolarization): Closing of sodium channels and brief outflow of K + from the cell.
• Phase 2 (Plateau): Slow influx of Ca2 + into the cell through slow calcium channels and outflow of K + from the cell. This phase distinguishes cardiomyocyte APs from APs of nerve and skeletal muscle cells and ensures prolonged myocardial contraction.
• Phase 3 (Repolarization): Closing of calcium channels and intense outflow of K + from the cell.
• Phase 4 (Resting Potential): Restoration of ion gradients using the sodium-potassium pump (Na + / K + -ATPase), which actively transports Na + out of the cell and K + into the cell.

Significance of the Action Potential:

• The AP ensures the spread of excitation throughout the myocardium.
• The long plateau (phase 2) provides sufficient time for myocardial contraction and efficient ejection of blood from the heart.
• The correct sequence and characteristics of the AP are necessary for normal heart function. Disturbances in the generation or conduction of APs lead to arrhythmias.

The electrical axis of the heart is the direction of the total vector of ventricular depolarization. It is determined by the ECG and can be:

• Normal (from -30° to +90°).
• Deviated to the left or right (with ventricular hypertrophy or blocks).

The cardiac cycle is the sequence of events that occur during one complete contraction and relaxation of the heart. It includes the phases of systole (contraction) and diastole (relaxation) of the atria and ventricles. The duration of the cardiac cycle depends on the heart rate (HR). At a HR of 75 beats per minute, the cycle duration is about 0.8 seconds.

Phases of the Cardiac Cycle

1.Atrial Systole (0.1 s)

• Atrial contraction: The atria contract, which leads to an increase in pressure within them.
• Blood enters the ventricles: Blood from the atria flows into the ventricles through the open atrioventricular valves (mitral and tricuspid).
• Blood volume: About 20-30% of the total blood volume enters the ventricles; the remaining blood is already in the ventricles after passive filling during diastole.
• Valves: The aortic and pulmonary valves are closed to prevent backflow of blood.

2.Ventricular Systole (0.33 s)

• Ventricular systole is divided into two phases:
• Isometric contraction phase:
• The ventricles begin to contract, and the pressure within them increases.
• The atrioventricular valves close to prevent backflow of blood into the atria. This is accompanied by the first heart sound.
• The aortic and pulmonary valves remain closed.
• Ejection phase:
• The pressure in the ventricles exceeds the pressure in the aorta and pulmonary artery, which leads to the opening of the aortic and pulmonary valves.
• Blood is ejected from the ventricles: from the left ventricle - into the aorta (systemic circulation), from the right ventricle - into the pulmonary artery (pulmonary circulation).
• At the end of the ejection phase, the pressure in the ventricles drops, and the aortic and pulmonary valves close, which is accompanied by the second heart sound.

3.Diastole (0.47 s) - This is the phase of heart relaxation, which includes several stages:

• Protodiastolic period:
• The ventricles begin to relax, and the pressure within them drops.
• The aortic and pulmonary valves close to prevent backflow of blood.
• Isovolumetric relaxation phase:
• All valves are closed, and the volume of the ventricles does not change.
• The pressure in the ventricles continues to decrease.
• Filling phase:
• The pressure in the atria becomes higher than in the ventricles, which leads to the opening of the atrioventricular valves.
• Blood passively flows from the atria into the ventricles (about 70-80% of the total volume).
• At the end of diastole, atrial systole occurs, and the cycle repeats.

Key points:

• Duration of phases: At a HR of 75 bpm, atrial systole takes 0.1 s, ventricular systole - 0.33 s, diastole - 0.47 s.
• Valves: The work of the valves ensures unidirectional blood flow and prevents its backflow.
• Heart sounds: The first sound (“lub”) is associated with the closure of the atrioventricular valves, the second sound (“dub”) is associated with the closure of the aortic and pulmonary valves.
• Blood supply: During diastole, the heart receives oxygen and nutrients through the coronary arteries.

The cardiac cycle ensures continuous blood circulation, the delivery of oxygen and nutrients to tissues, and the removal of waste products.

Heart sounds are sounds that occur as a result of the heart’s activity and the closing of its valves. They can be heard with a stethoscope and are of important diagnostic value.

I Sound (Systolic):

• Cause: Closure of the atrioventricular valves (mitral and tricuspid) at the beginning of ventricular systole.
• Characteristic: Low-pitched, prolonged sound (“lub”).
• Location: Best heard in the area of the apex of the heart (fifth intercostal space to the left of the midclavicular line).

II Sound (Diastolic):

• Cause: Closure of the semilunar valves (aortic and pulmonary) at the end of ventricular systole.
• Characteristic: High-pitched, short sound (“dub”).
• Location: Best heard in the second intercostal space to the right (aortic valve) and left (pulmonary valve) of the sternum.

III Sound:

• Cause: Rapid filling of the ventricles with blood at the beginning of diastole.
• Characteristic: Low-pitched, muffled sound, usually faint.
• Location: Heard in the area of the apex of the heart.
• Significance: May be physiological in young people and athletes, but often indicates pathology in adults (e.g., heart failure).

IV Sound:

• Cause: Contraction of the atria at the end of diastole, when blood enters the ventricles.
• Characteristic: Very faint sound, usually not heard in the normal state.
• Significance: The appearance of a IV sound may indicate ventricular hypertrophy or other pathologies.

Hemodynamics is a branch of physiology that studies the movement of blood through the vessels and the function of the heart as a pump.

Main Hemodynamic Parameters - The volume of blood ejected by one ventricle per contraction.

• Normal: 60–70 mL.
• Significance: Depends on the force of heart contraction, blood volume, and the state of the cardiovascular system.

Cardiac Output (CO): The volume of blood the heart pumps out in one minute.

• Formula: CO = SV × HR (heart rate)
• Normal: 4.5–5 L/min.
• Significance: Reflects the overall performance of the heart. CO increases with physical activity and decreases with pathologies (e.g., heart failure).

Cardiac Index (CI): An indicator that takes into account cardiac output relative to body surface area.

• Formula: CI = CO / body surface area
• Normal: Around 3 L/min·m².
• Significance: Used to assess cardiac function in patients with different body masses.

Interrelation of Parameters

• HR and CO: With an increase in heart rate (e.g., with physical activity), cardiac output can increase if the stroke volume remains stable.
• SV and CO: With a decrease in stroke volume (e.g., with heart failure), cardiac output can be maintained by increasing the HR, but this is less effective.
• Cardiac Index: Allows comparison of cardiac function in people with different body masses, which is important for diagnosis and treatment.

Clinical Significance

• Heart Sounds: Changes in heart sounds (e.g., the appearance of murmurs, intensification, or weakening) can indicate valve pathology, heart hypertrophy, or other diseases.
• Hemodynamics: Assessing stroke volume, cardiac output, and cardiac index helps to diagnose heart failure, shock states, and other circulatory disorders.

The cardiac muscle (myocardium) possesses unique properties that enable its effective operation as a pump, circulating blood throughout the body. These properties include automaticity, excitability, conductivity, and contractility.

Let’s examine each of them in more detail:

1.Automaticity (Автоматия) - The ability of the heart to generate electrical impulses independently, triggering its contraction, without external stimuli.

Mechanism:

• The heart has specialized cells of the conducting system that are capable of spontaneous depolarization (changing their electrical charge).
• The main pacemaker is the sinoatrial node (SA node), located in the right atrium. It sets the heart rate (HR).
• Other elements of the conducting system (atrioventricular node, bundle of His, Purkinje fibers) can also generate impulses, but with a lower frequency.

Significance:

• Ensures the independence of the heart from external nerve stimuli.
• Maintains the rhythmicity of heart contractions.

2.Excitability (Возбудимость) - The ability of the cardiac muscle to respond to electrical or chemical stimuli by generating an action potential.

Mechanism:

• Myocardial cells have ion channels that open in response to stimuli, which leads to depolarization (change in membrane potential).
• The action potential spreads through the cells, causing them to contract.

Characteristics:

• Cardiac muscle has a long refractory period (period of in-excitability), which prevents tetanic contractions (prolonged spasms) and allows the heart to relax between contractions.

Significance: Ensures the heart’s response to changes in the body (e.g., during exercise or stress).

3.Conductivity (Проводимость) - The ability of cardiac muscle to conduct electrical impulses from one cell to another.

Mechanism: An impulse originating in the SA node spreads through the atria, reaching the atrioventricular node (AV node). Then, the impulse passes through the bundle of His, its branches, and Purkinje fibers, reaching the ventricles. Myocardial cells are connected by gap junctions (nexuses), which provide rapid spread of the impulse.

Significance:

• Ensures synchronous contraction of the atria and ventricles.
• Maintains the correct sequence of heart function.

4.Contractility (Сократимость) - The ability of cardiac muscle to change its shape and volume, contracting in response to an electrical impulse.

• Mechanism: The action potential causes the release of calcium ions (Ca²⁺) into the myocardial cells. Calcium binds to troponin, which leads to the interaction of actin and myosin (contractile proteins) and contraction of muscle fibers. After contraction, calcium ions return to the sarcoplasmic reticulum, and the muscle relaxes.
• Characteristics:
• Cardiac muscle contracts according to the “all or none” principle: if the excitation threshold is reached, contraction occurs with maximum force.
• The force of contraction depends on the degree of stretching of the muscle fibers (Frank-Starling law).

Significance (of Contractility):

• Ensures the ejection of blood from the ventricles into the aorta and pulmonary artery.
• Maintains blood circulation in the body.

Interrelation of Properties of Cardiac Muscle

• Automaticity ensures the rhythmicity of heart function.
• Excitability allows the heart to respond to changes in the body.
• Conductivity ensures synchronous contraction of all parts of the heart.
• Contractility provides the pumping function of the heart.

Clinical Significance

• Disorders of automaticity: Can lead to arrhythmias (e.g., sinus tachycardia, bradycardia, fibrillation).
• Disorders of excitability: Can cause extrasystoles (premature contractions) or blocks.
• Disorders of conductivity: Lead to heart blocks (e.g., AV block).
• Disorders of contractility: Can be caused by ischemia, myocardial infarction, or heart failure.
• These properties of cardiac muscle work in close interrelation, ensuring the effective operation of the heart as a pump, maintaining blood circulation in the body.

Regulation of heart function is a complex process that ensures the adaptation of cardiac activity to the needs of the body. Regulation is carried out at several levels: intracardiac (autonomous) and extracardiac (external), which includes nervous and humoral regulation. Let’s consider each of these mechanisms in more detail.

Intracardiac Regulation

Intracardiac regulation - mechanisms that provide autonomous regulation of heart function without the influence of external factors.

Main Mechanisms

• Frank-Starling Law (Heterometric Regulation): The force of heart contraction depends on the degree of stretching of the myocardium during diastole (relaxation phase).
• Mechanism: The more blood that enters the ventricles during diastole, the more the muscle fibers stretch. This leads to a more powerful contraction.
• Significance: Ensures the adaptation of the heart to changes in the volume of incoming blood (e.g., during physical exercise).
• Heterometric Regulation:
• Essence: Change in the force of heart contraction depending on the length of muscle fibers.
• Example: With an increase in venous return (amount of blood entering the heart), the myocardial fibers stretch, which enhances contraction.
• Homeometric Regulation:
• Essence: Change in the force of contraction without changing the length of the muscle fibers.
• Mechanism: For example, with an increase in heart rate (HR), the force of each contraction can increase due to the accumulation of calcium ions in cells.
• Example: During stress or physical exertion.

Extracardiac Regulation

Extracardiac regulation - mechanisms that regulate heart function through external influences. They include nervous and humoral regulation.

Nervous Regulation

• Parasympathetic System (Vagus Nerve):
• Action: Slows HR (negative chronotropic effect) and reduces the force of contractions (negative inotropic effect).
• Mechanism: Release of acetylcholine, which binds to M-cholinergic receptors in the heart.
• Example: In a state of rest or during sleep.

Sympathetic System:

• Action: Accelerates HR (positive chronotropic effect) and increases the force of contractions (positive inotropic effect).
• Mechanism: Release of norepinephrine, which binds to β₁-adrenergic receptors in the heart.
• Example: During stress, physical exertion, or emotional excitement.

Humoral Regulation

This is the regulation of heart function through biologically active substances that enter the bloodstream.

1.Epinephrine (Adrenaline) and Norepinephrine (Noradrenaline):

• Action: Increase HR and the force of contractions.
• Mechanism: Bind to β₁-adrenergic receptors in the heart, enhancing the influx of calcium ions into cells.
• Source: Released by the adrenal medulla during stress or physical exertion.

2.Acetylcholine:

• Action: Slows HR.
• Mechanism: Binds to M-cholinergic receptors, causing hyperpolarization of cells.
• Source: Released by the endings of parasympathetic nerves.

3.Thyroid Hormones (Thyroxine, Triiodothyronine):

• Action: Increase HR and enhance metabolic processes in the myocardium.
• Mechanism: Increase the heart’s sensitivity to catecholamines (epinephrine and norepinephrine).

4.Electrolytes:

• Potassium (K⁺): Increasing the level of potassium in the blood (hyperkalemia) can slow the HR and reduce the excitability of the heart.
• Calcium (Ca²⁺): Increases the force of contractions, but in excess can cause arrhythmias.

Interaction of Regulatory Mechanisms

• Intracardiac regulation provides basic autonomy of the heart, maintaining its function even in the absence of external stimuli.
• Extracardiac regulation allows the adaptation of heart function to changing conditions (e.g., during physical exertion, stress, or changes in body position).
• Nervous and humoral regulation work together: for example, during stress, the sympathetic system is activated simultaneously with the release of epinephrine by the adrenal glands.

Clinical Significance

• Disorders of intracardiac regulation: Can occur in heart failure, when the heart’s ability to stretch and contract is reduced.
• Disorders of nervous regulation: For example, in vagotonia (prevalence of the parasympathetic system) or sympathicotonia (prevalence of the sympathetic system).
• Disorders of humoral regulation: For example, in hyperthyroidism (excess of thyroid hormones) or electrolyte disorders (hyperkalemia, hypocalcemia).
• Regulation of heart function is a complex and multi-component process that ensures its adaptation to the needs of the body in various conditions.

Hemodynamic formulas describe the basic laws of blood flow through vessels and allow you to estimate blood flow parameters, such as resistance, volumetric flow rate, and linear velocity. Let’s consider the key formulas and their meaning.

Poiseuille’s Law describes the resistance to blood flow in a vessel and relates it to the physical characteristics of the vessel and blood.

• Formula: R = (8ηl) / (πr⁴)

Notation:

• R = flow resistance (in Pa·s/m³ or dyn·s/cm⁵).
• η = blood viscosity (in Pa·s or poises).
• l = vessel length (in meters or centimeters).
• r = vessel radius (in meters or centimeters).

Main Conclusions:

• Resistance R is inversely proportional to the radius of the vessel to the fourth power (r⁴). This means that even a small narrowing of the vessel (e.g., in atherosclerosis) significantly increases the resistance.
• Resistance is directly proportional to the length of the vessel and the viscosity of the blood.

Example:

• If the radius of the vessel is reduced by 2 times, the resistance will increase by 2⁴ = 16 times.

Volumetric Flow Rate (Q) - is the volume of blood flowing through the cross-section of the vessel per unit time.

• Formula: Q = (P₁ - P₂) / R

Notation:

• Q = volumetric flow rate (in mL/s or L/min).
• P₁ - P₂ = pressure difference at the beginning and end of the vessel (in Pa or mmHg).
• R = flow resistance (in Pa·s/m³ or dyn·s/cm⁵).

Main Conclusions:

• The volumetric flow rate is directly proportional to the pressure difference and inversely proportional to the resistance.
• If the resistance increases (e.g., when the vessel constricts), the volumetric flow rate decreases.

Example:

• With increasing pressure (P₁ - P₂), the volumetric flow rate increases.

Linear Blood Flow Velocity (V) - is the speed of blood movement along the vessel.

• Formula: V = Q / (πr²)

Notation:

• V = linear blood flow velocity (in cm/s or m/s).
• Q = volumetric flow rate (in mL/s or L/min).
• r = vessel radius (in cm or m).

Main Conclusions:

• The linear velocity is inversely proportional to the cross-sectional area of the vessel (πr²).
• In narrow vessels (e.g., arterioles), the linear velocity is higher than in wide ones (e.g., the aorta).

Example:

• In the aorta (large radius), the linear velocity of blood is lower than in capillaries (small radius), despite the fact that the volumetric flow rate in the aorta is higher.

Arterial Blood Pressure (BP)

• Systolic pressure (Систолическое давление) - The maximum pressure in the arteries during systole (110–120 mmHg).
• Diastolic pressure (Диастолическое давление) - The minimum pressure during diastole (70–80 mmHg).
• Pulse pressure (Пульсовое давление) = Systolic pressure – Diastolic pressure (40 mmHg).
• Mean Arterial Pressure (Среднее давление): Pmean = Pdiast + (Psyst - Pdiast)/3

Interrelation of Formulas

• Resistance R affects the volumetric flow rate Q: the higher the resistance, the lower the volumetric flow rate.
• Volumetric flow rate Q affects the linear velocity V: with an increase in volumetric flow rate, the linear velocity also increases.
• The vessel radius r plays a key role:
• Increasing the radius decreases the resistance R (according to Poiseuille’s law).
• Increasing the radius decreases the linear velocity V (according to the formula of linear velocity).

Applications in Physiology and Medicine

Atherosclerosis:

• Narrowing of the vessels increases the resistance R, which leads to a decrease in the volumetric flow rate Q and an increase in the linear velocity V.
• This can cause ischemia (insufficient blood supply to tissues).

Arterial Hypertension:

• Increasing the pressure (P₁ - P₂) increases the volumetric flow rate Q, but at the same time increases the load on the heart.

Capillary Blood Flow:

• In capillaries, the radius r is small, therefore the linear velocity V decreases, which ensures efficient exchange of substances between blood and tissues.

Physical Activity:

• During physical activity, the vessels dilate (the radius r increases), which reduces the resistance R and increases the volumetric flow rate Q.
• These formulas are the basis for understanding hemodynamics and are used in clinical practice for the diagnosis and treatment of cardiovascular diseases.

Here’s the English translation of the summary:

Summary of Notes:

1.Structure of the Heart

• Heart consists of 4 chambers: 2 atria and 2 ventricles.
• Valves: tricuspid, mitral, semilunar (aortic and pulmonary).
• Layers of the heart: pericardium, myocardium, endocardium.
• Cardiomyocytes: contractile, conducting, secretory.

2.Blood Vessels

• Arteries: transport blood from the heart, high pressure.
• Arterioles: regulation of blood flow, resistance.
• Capillaries: substance exchange (continuous, fenestrated, sinusoidal).
• Venules and veins: blood collection, low pressure, valves.
• Shunting vessels: arteriovenous anastomoses.

3.Conducting System of the Heart

• SA node (main pacemaker), AV node, bundle of His, Purkinje fibers.
• Ensures synchronous contraction of atria and ventricles.

4.Electrical Activity of the Heart

• Action potential: depolarization (Na⁺), plateau (Ca²⁺), repolarization (K⁺).
• Electrical axis of the heart: normal, deviated left/right.

5.Cardiac Cycle

• Atrial systole (0.1 s): blood enters the ventricles.
• Ventricular systole (0.33 s): blood is ejected into the aorta and pulmonary artery.
• Diastole (0.47 s): relaxation and blood filling.
• Heart sounds: I sound (closure of atrioventricular valves), II sound (closure of semilunar valves).

6.Hemodynamics

• Stroke volume (SV): 60–70 mL.
• Cardiac output (CO): SV × HR (4.5–5 L/min).
• Cardiac index (CI): CO / body surface area (3 L/min·m²).

7.Properties of Cardiac Muscle

• Automaticity: independent generation of impulses (SA node).
• Excitability: reaction to stimuli.
• Conductivity: transmission of impulses.
• Contractility: change in shape and volume.

8.Regulation of Heart Function

• Intracardiac: Frank-Starling law, heterometric, and homeometric regulation.
• Extracardiac:
• Parasympathetic: slows HR.
• Sympathetic: accelerates HR.
• Humoral: epinephrine (increases HR), acetylcholine (slows HR).

9.Hemodynamic Formulas

• Poiseuille’s Law: resistance R = (8ηl) / (πr⁴)
• Volumetric flow rate: Q = (P₁ - P₂) / R
• Linear velocity: V = Q / (πr²)
• Arterial pressure: systolic, diastolic, pulse, mean.

10.Microcirculation

• Filtration: fluid outflow from the capillary (hydrostatic pressure).
• Reabsorption: fluid return to the capillary (oncotic pressure).
• Memory Aid:
• Heart: 4 chambers, valves, layers.
• Cycle: systole, diastole, sounds.
• Hemodynamics: SV, CO, CI.
• Properties: automaticity, excitability, conductivity, contractility.
• Regulation: intracardiac, extracardiac (parasympathetic, sympathetic).
• Formulas: Poiseuille’s, volumetric and linear velocity.
• Microcirculation: filtration, reabsorption.