Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Бывало такое, когда поднимешься пешком по лестнице этаж этак на восьмой, то ноги становятся как свинцовые и дышать начинаешь как паровоз? Или после ударной работы на даче руки потом пару дней ноют? Знакомая история, правда? Мышцы устают, им нужен отдых.
А между тем небольшой насос у вас в груди, размером с кулак, качает кровь без остановки. День за днем 24/7, год за годом. Миллиарды ударов за жизнь. Как ему это удается? Почему бицепс сдается после пары десятков подъемов гантели, а сердце работает, не зная усталости? Неужели природа создала «вечный двигатель»?
Как устроено сердце и что делает его одним из самых удивительных и совершенных творений природы? Давайте разбираться.
Секрет №1: эффективная энергетика
Любая механическая работа начинается с энергии. Без нее никуда. В клетках за производство энергии отвечают органеллы митохондрии. Эти своеобразные «электростанции» сжигают «топливо» (жиры, углеводы) и вырабатывают молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) — основной универсальный источник энергии для клеток. Именно АТФ дает силу мышцам сокращаться, нервам передавать сигналы, да и вообще всему в организме работать.
А теперь – внимание! В клетках обычной скелетной мышцы, ну, скажем, в той же руке или ноге, митохондрий не так уж и много. Они занимают где-то 1-2% от всего объема клетки. У тренированных спортсменов, конечно, побольше, может, до 10-11%, но все равно это не сравнится с сердцем.
В клетках сердечной мышцы (их называют кардиомиоциты) митохондрии – могут занимать до 30-40% всего объема клетки. Сердце просто напичкано этими энергетическими станциями под завязку. У него всегда есть колоссальный запас мощности для производства энергии. Это обеспечивает постоянный, бесперебойный поток АТФ, необходимый для непрерывных сокращений.
Секрет №2: только «чистая» энергия
Хорошо, «электростанции» есть. Но им ведь нужно топливо и кислород. И вот тут кроется второй важный секрет сердца. Сердце — ярый приверженец аэробного (кислородного) метаболизма.
Обычные мышцы, когда мы даем им резкую и сильную нагрузку (например, бег с максимальным ускорением или поднятие тяжестей), могут на время перейти в «аварийный режим» – анаэробный гликолиз. То есть, получение энергии без участия кислорода. Это быстрый способ получить немного АТФ, но у него есть побочный эффект — накопление молочной кислоты (лактата). От нее, кстати потом мышцы «горят» и болят. Это и есть один из признаков усталости и утомления мышц.
С сердцем все иначе. Оно почти всегда работает в аэробном режиме. Ему нужен постоянный приток кислорода, и оно очень эффективно его применяет для производства энергии. Никакого «аварийного режима», никакого накопления лактата в самой сердечной мышце. Почему? Да потому что остановка сердца из-за «усталости» или «закисления» была бы фатальной для всего организма. И природа это предусмотрела.
Сердце предпочитает «чистый», эффективный путь получения энергии. Да, он требует постоянного снабжения кислородом (об этом чуть позже), но зато он позволяет работать долго и без накопления «отходов усталости». И, к счастью для нас, никакой «крепатуры» в сердце не бывает.
Секрет №3: всеядность
С энергией и кислородом разобрались. А чем питается наше неутомимое сердце? Тут еще один сюрприз, достойный восхищения инженерной мыслью природы.
Сердце на редкость непривередливое в плане топлива. Оно может работать на разных источниках энергии, выбирая то, что доступно в данный момент. Его главное «блюдо» – это жирные кислоты. Для сердца – это основной и самый энергоемкий источник питания в состоянии покоя. Примерно 60-70% энергии сердце получает именно из жиров.
Сердце также с удовольствием «перекусит» и глюкозой (сахаром), особенно при повышенной нагрузке. А теперь вишенка на торте. Помните ту самую молочную кислоту (лактат), которую производят уставшие скелетные мышцы? Так вот, сердце умеет использовать в качестве топлива и ее. Причем сердце — один из основных потребителей лактата в организме, особенно во время физической нагрузки, когда скелетные мышцы активно его производят.
Это же просто гениально. Сердце не только само почти не производит «отходов усталости», но и помогает утилизировать их от других органов, превращая в полезную энергию для себя. Этот орган просто чемпион по переработке и энергоэффективности.
Такая «всеядность» или метаболическая гибкость, гарантирует, что сердце никогда не останется голодным. Что бы ни происходило в организме – бежим ли мы марафон, плотно пообедали или, наоборот, пропустили прием пищи – сердце всегда найдет, чем «заправиться». Как гибридный автомобиль, который может ехать и на бензине, и на электричестве.
Секрет №4: безупречная логистика
Итак, у сердца полно «электростанций», оно предпочитает «чистую» энергию кислорода и может питаться разным «топливом». А как все это доставить к месту назначения? Как обеспечить бесперебойное снабжение кислородом и питательными веществами каждую клетку?
У сердца есть своя собственная, персональная система кровоснабжения – коронарные артерии. Это сеть сосудов, которая оплетает сердце снаружи и проникает вглубь мышечной ткани. И эта сеть невероятно густая. Плотность капилляров (самых мелких сосудиков, где и происходит обмен кислородом) в сердечной мышце одна из самых высоких во всем организме (около 3000-4000 на мм²). Плотность капилляров в миокарде чрезвычайно высока (около 3000-4000 на мм². Практически каждая мышечное волокно имеет прямой контакт с капилляром.
Более того, в отличие от скелетных мышц, где сильное сокращение может временно пережать сосуды и ухудшить кровоток, коронарные артерии спроектированы так, чтобы кровоснабжение оставалось эффективным даже во время сердечных сокращений. Есть даже специальный белок в сердечной мышце – миоглобин (родственник гемоглобина из крови), который создает небольшой «неприкосновенный запас» кислорода прямо внутри клеток. На всякий пожарный, так сказать.
В общем, природа позаботилась о том, чтобы у этого моторчика никогда не было проблем с логистикой.
Секрет №5: защита от перегрузок
Казалось бы, вот они – все секреты: энергия, кислород, топливо, доставка. Но есть еще один, критически важный механизм, который защищает сердце от перегрузки и позволяет ему работать ритмично всю жизнь. Это так называемый рефрактерный период.
После каждого сокращения (удара) у сердечной клетки наступает обязательный период «отдыха» – абсолютный рефрактерный период. В это время клетка становится нечувствительной к любым новым командам на сокращение. Она не сократится снова, пока не «отдохнет» положенное время. И этот период у сердечных клеток довольно длинный, он сопоставим по времени с самим сокращением.
Зачем это нужно? А это, такой вот предохранитель от судорог. Помните, как иногда сводит судорогой мышцу на ноге? Это называется тетанус – состояние длительного, непрерывного сокращения мышц. Скелетные мышцы на это способны. А что было бы, случись такое с сердцем? Если бы оно вошло в состояние тетануса, оно бы просто застыло в сжатом состоянии и перестало качать кровь. Все, финита ля комедия… Конец фильма!
Так вот, длинный рефрактерный период надежно защищает сердце от этой катастрофы. Он гарантирует, что после каждого сокращения будет пауза, достаточная для того, чтобы камеры сердца расслабились и наполнились кровью перед следующим ударом. Таким образом обеспечивается ритмичная насосная функция сердца
Когда сердце все-таки «устает»
Конечно, говоря о «неутомимости» сердца, мы имеем в виду его нормальную работу в здоровом организме. К сожалению, сердце тоже может «устать» и заболеть. Но это совсем другая «усталость», не та, что в мышцах после спортзала.
При таких состояниях, как ишемическая болезнь сердца (когда коронарные артерии сужены и доставка кислорода нарушена) или сердечная недостаточность (когда само сердце по разным причинам ослабевает и не может эффективно качать кровь), его работа действительно нарушается. Клетки могут испытывать кислородное голодание, энергетический дефицит, структура мышцы может меняться. Но это уже не физиологическая усталость, а проявление болезни, поломка самого механизма.
Так в чем же разница? Сердце и скелетные мышцы
Давайте теперь соберем все вместе. Почему же наши мышцы рук и ног устают, а сердце – нет?
- Митохондрии. В сердце их в десятки раз больше – энергии всегда хватает.
- Кислород. Сердце работает почти только с кислородом, избегая накопления «усталостного» лактата.
- Топливо. Сердце «всеядно» и может переключаться между жирами, глюкозой и даже лактатом.
- Кровоснабжение. У сердца своя система доставки кислорода и питания, работающая без перебоев.
- Отдых. Обязательный «перекур» (рефрактерный период) после каждого удара защищает от опасного непрерывного сокращения.
Видите, какая продуманная система? Каждый элемент работает на общую цель – обеспечить непрерывную, эффективную и безопасную работу главного насоса.