Układ krążenia funkcjonuje sprawnie, kiedy pompa sercowa ma odpowiednio dużą pojemność minutową. A w tętnicach panuje odpowiednio wysokie ciśnienie wymuszające przepływ krwi od serca do tkanek. Ciśnienie tętnicze jest wypadkową pojemności łożyska naczyniowego (oporu naczyniowego) i objętości krwi krążącej. Pojemność minutowa, opór obwodowy i objętość krwi krążącej podlegają wielu mechanizmom regulacyjnym. Na ogół powiązanym w pętle wzajemnych sprzężeń zwrotnych.
Serce składa się z dwóch oddzielnych pomp mięśniowych – prawej i lewej. W skład każdej wchodzą przedsionek i komora, oddzielone zastawką. Do każdej z pomp napływa swobodnie krew z odpowiednich żył i wypływa do odpowiedniej tętnicy przez zastawki półksiężycowate, które nie pozwalają na cofanie się krwi do serca.
Lewa komora jest pompą ciśnieniową, a prawa komora – pompą objętościową. Lewa komora bierze udział w opróżnieniu także prawej komory, do której wnętrza wpukla się w czasie skurczu przegroda międzykomorowa.
Serce jako pompa
Serce pompuje krew do łożyska naczyniowego dzięki powtarzającym się cyklom napełniania i opróżniania jam serca – najpierw przedsionków, a następnie komór. Zjawiska zachodzące w sercu od początku jednego skurczu do początku następnego nazywa się cyklem hemodynamicznym serca lub cyklem sercowym, w którym się wyróżnia:
- fazę rozkurczu – wtedy zastawki aorty i tętnicy płucnej są zamknięte, a zastawki przedsionkowo-komorowe – otwarte. Krew biernie (zgodnie z gradientem ciśnień) wpływa z żył poprzez przedsionki do komór, początkowo szybko (okres szybkiego napełniania komór), następnie wolniej (okres wolnego napełniania), i wreszcie skurcz przedsionka (załamek P w EKG) czynnie zwiększa objętość krwi w komorach o 10 – 25%. Wzrostowi objętości krwi w komorach towarzyszy niewielki wzrost ciśnienia komorowego i rozciąganie ścian komór, które uruchamia mechanizm Starlinga (p. niżej).
- fazę skurczu – wtedy elektryczne pobudzenie komórek sercowych wyzwala skurcz komór (zespół QRS w EKG). Wzrasta ciśnienie w komorach i zamykają się zastawki przedsionkowo-komorowe (I ton serca). Ciśnienie w komorach dalej gwałtownie rośnie przy niezmienionej objętości komór (faza skurczu izowolumetrycznego) i staje się równe ciśnieniu odpowiednio w aorcie i tętnicy płucnej. Po otwarciu zastawek aorty i tętnicy płucnej dochodzi do wyrzutu krwi do aorty i tętnicy płucnej (faza wyrzucania). Następnie komórki sercowe ulegają repolaryzacji (załamek T w EKG). Mięsień komór się rozkurcza i ciśnienie w komorach spada aż do wartości poniżej ciśnienia w dużych tętnicach. Po zamknięciu zastawki aorty i tętnicy płucnej (II ton serca) następuje faza rozkurczu izowolumetrycznego. Gdy ciśnienie w komorach spadnie poniżej ciśnienia w przedsionkach, otwierają się zastawki przedsionkowo-komorowe i rozpoczyna się kolejny cykl sercowy.
Przy częstotliwości rytmu serca -70/min cykl sercowy trwa -800 ms, z czego /s przypada na skurcz komór. Przyśpieszenie rytmu serca powoduje głównie skrócenie fazy rozkurczu i względne wydłużenie fazy skurczu. To pogarsza napełnianie komór i wiąże się ze wzrostem oporu kompresyjnego tętnie wieńcowych.
Prawidłowo działające serce ludzkie
W prawidłowym sercu objętość krwi w lewej komorze na końcu fazy rozkurczu (objętość końcoworozkurczowa) wynosi 110 – 120 ml i maleje pod koniec fazy wyrzutu do 40 – 50 ml (objętość końcowoskurczowa). Objętość krwi pompowanej do aorty w jednym cyklu sercowym (objętość wyrzutowa) wynosi 70 – 80 ml, co stanowi -70% objętości końcoworozkurczowej lewej komory. Ta tzw. frakcja wyrzutowa lewej komory (objętość wyrzutowa/ objętość końcoworozkurczowa x 100%) jest użytecznym klinicznie wskaźnikiem sprawności serca jako pompy.
Serce dorosłego człowieka pompuje 4-5 l krwi na minutę (pojemność minutowa serca; rzut serca), a w czasie intensywnego wysiłku nawet 20-25 l/min. Pojemność minutowa prawidłowego serca zależy od:
- objętości wyrzutowej – uwarunkowanej kurczliwością mięśnia sercowego i wielkością obciążenia następczego serca
- częstotliwości rytmu serca.
Kurczliwość mięśnia sercowego
Kurczliwość to zdolność mięśnia do wywoływania skurczu. Serce człowieka jest zbudowane z -5,5 miliarda poprzecznie prążkowanych komórek mięśnia sercowego (kardiomiocytów). O kurczliwości mięśnia sercowego jako całości decydują:
- liczba i jakość kardiomiocytów
- kurczliwość kardiomiocytów
- mechanizmy elektrofizjologiczne sprawiające, że skurcze pojedynczych kardiomiocytów są rytmiczne, uporządkowane przestrzennie (przedsionki kurczą się przed komorami) i skoordynowane w czasie
- mechanizmy zapewniające kardiomiocytom energię do skurczu.
