Серце: будова і серцевий цикл

Серце — порожнистий м'язовий орган завбільшки приблизно з кулак людини, масою близько 300 г. Воно розташоване в грудній порожнині між легенями, приблизно дві третини серця містяться ліворуч від середньої лінії тіла. Верхівка серця спрямована вниз, уліво й уперед — саме в цьому місці найкраще прослуховується серцебиття.

Оболонки серця

Стінка серця складається з трьох шарів — ендокарда, міокарда й епікарда; зовні серце оточує навколосерцева сумка (перикард). Разом вони виконують захисну, механічну й живильну функції:

Камери серця

Серце має чотири камери: два передсердя (праве й ліве) та два шлуночки (правий і лівий). Суцільна перегородка (міжпередсердна й міжшлуночкова) розділяє серце на праву й ліву половини, які не сполучаються між собою. У правій половині тече венозна кров (бідна на кисень), у лівій — артеріальна (багата на кисень).

Стінка лівого шлуночка приблизно втричі товща за стінку правого. Чому? Лівий шлуночок виштовхує кров у велике коло кровообігу — до всіх органів тіла, долаючи значний опір. Правий шлуночок жене кров лише в мале коло — до легень, де опір набагато менший.

Клапани серця

Клапани забезпечують рух крові в одному напрямку й запобігають зворотному току. Розрізняють два типи клапанів:

• Стулкові клапани — між передсердями й шлуночками. Ліворуч — двостулковий (мітральний) клапан, праворуч — тристулковий. Від стулок до сосочкових м'язів шлуночків ідуть сухожилкові нитки, які не дають стулкам вивертатися в передсердя під час систоли шлуночків.

• Півмісяцеві клапани — на виході зі шлуночків. Кожен складається з трьох кишеньок (півмісяців). Аортальний клапан — біля виходу аорти з лівого шлуночка. Легеневий клапан — біля виходу легеневого стовбура з правого шлуночка.

Судини, що сполучаються із серцем

До серця підходять і від нього відходять такі судини:

Сам міокард живлять вінцеві (коронарні) артерії, що відходять від аорти. Вони забезпечують серцевий м'яз киснем і поживними речовинами.

Серцевий цикл — це послідовність скорочення (систоли) й розслаблення (діастоли) усіх камер серця. За один цикл серце виконує одне повне перекачування крові. За частоти близько 75 скорочень за хвилину серцевий цикл триває приблизно 0,8 с (60 с : 75 = 0,8 с).

Фази серцевого циклу

Серцевий цикл поділяють на три фази. Уважно розглянь таблицю — вона допоможе запам'ятати стан клапанів і рух крові в кожній фазі.

Фаза 1 — систола передсердь (0,1 с). Передсердя скорочуються, стулкові клапани відкриті, і кров із передсердь переходить у шлуночки. Півмісяцеві клапани закриті, тому кров не виходить в артерії.

Фаза 2 — систола шлуночків (0,3 с). Шлуночки скорочуються. Стулкові клапани закриваються (щоб кров не повернулася в передсердя), а півмісяцеві відкриваються. Кров викидається в аорту (з лівого шлуночка) й легеневий стовбур (з правого). Закриття стулкових клапанів створює перший тон серця («тук»).

Фаза 3 — загальна пауза, або діастола (0,4 с). Усі камери розслаблені. Півмісяцеві клапани закриті (кров не повертається з артерій), стулкові відкриті. Кров із вен заповнює передсердя й частково перетікає в шлуночки. Закриття півмісяцевих клапанів створює другий тон серця («тук»).

Відпочинок серця

За один цикл передсердя скорочуються лише 0,1 с, а відпочивають 0,7 с (0,3 + 0,4). Шлуночки скорочуються 0,3 с, а відпочивають 0,5 с (0,1 + 0,4). Саме тривалі періоди діастоли дають змогу серцю працювати без утоми протягом усього життя.

Кількісні показники роботи серця

Для оцінки роботи серця використовують такі показники:

• Частота серцевих скорочень (ЧСС) у спокої — 60–80 за хвилину. У тренованих людей вона може бути нижчою (40–50), а під час навантаження зростає до 150–200.

• Ударний (систолічний) об'єм — об'єм крові, який виштовхує один шлуночок за одне скорочення. У спокої — близько 70 мл.

• Хвилинний об'єм крові (ХОК) — об'єм крові, який виштовхує шлуночок за 1 хвилину. Обчислюють за формулою: ХОК = ударний об'єм × ЧСС. У спокої: 70 мл × 70 ≈ 5 л.

Під час фізичного навантаження хвилинний об'єм може зростати в 4–5 разів. У тренованих людей у спокої ударний об'єм більший, а пульс рідший, тому серце працює економніше.

Серцевий м'яз (міокард) утворений посмугованою серцевою м'язовою тканиною. Її будову детально розглянуто в юніті «Тканини організму людини». Тут зосередимося на чотирьох ключових властивостях серцевого м'яза, які відрізняють його від скелетних м'язів.

Властивості міокарда

Автоматія серця

Автоматія — найважливіша властивість серцевого м'яза. Вона означає, що серце здатне скорочуватися ритмічно без участі нервової системи. Класичний доказ: серце, вийняте з організму й поміщене в поживний сольовий розчин, продовжує скорочуватися ще деякий час.

Імпульси до скорочення виникають у синусно-передсердному вузлі (водії ритму), розташованому в стінці правого передсердя. Саме він задає частоту серцевих скорочень — близько 60–80 імпульсів за хвилину в спокої.

Провідна система серця

Від синусно-передсердного вузла збудження поширюється провідною системою в такій послідовності:

1. Синусно-передсердний вузол (водій ритму) — генерує імпульс.

2. Передсердно-шлуночковий вузол — отримує імпульс і затримує його на частку секунди, щоб передсердя встигли скоротитися до шлуночків.

3. Пучок Гіса — проводить збудження до шлуночків.

4. Волокна Пуркіньє — розгалужуються в міокарді шлуночків, викликаючи їхнє синхронне скорочення.

Завдяки такій послідовності спершу скорочуються передсердя (кров переходить у шлуночки), а потім — шлуночки (кров викидається в артерії).

Хоча серце має автоматію, його робота не є сталою — частота й сила скорочень змінюються залежно від потреб організму. Ці зміни забезпечують нервова й гуморальна регуляція.

Нервова регуляція

Центри регуляції серцевої діяльності розташовані в довгастому мозку. До серця підходять волокна вегетативної нервової системи:

Симпатичні нерви виділяють медіатор норадреналін, який діє на синусно-передсердний вузол, збільшуючи частоту імпульсів. Блукаючий нерв виділяє ацетилхолін, який сповільнює генерацію імпульсів. Роботу вегетативної нервової системи загалом розглядає юніт про автономну нервову систему.

Гуморальна регуляція

На роботу серця впливають гормони та інші біологічно активні речовини, що надходять із кров'ю:

• Адреналін — гормон мозкової речовини наднирників. Прискорює й посилює роботу серця, підвищує артеріальний тиск. Виділяється під час стресу, страху, фізичного навантаження.

• Тироксин — гормон щитоподібної залози. Посилює обмін речовин і прискорює серцебиття.

• Ацетилхолін — медіатор блукаючого нерва. Сповільнює серцевий ритм.

Вплив іонів

Концентрація іонів у крові також впливає на роботу серця:

Приклади з життя

• Фізичне навантаження, хвилювання, страх: активуються симпатичні нерви, наднирники виділяють адреналін — частота й сила скорочень зростають, пульс частішає.

• Сон: переважає вплив блукаючого нерва — пульс рідшає, серце працює спокійніше.

• Регулярні тренування: зміцнюють міокард, збільшують ударний об'єм, тому в спокої пульс стає рідшим, а серце працює економніше.

Розгляньмо чотири типові завдання НМТ на тему будови серця й серцевого циклу. Кожне розв'язуй покроково.

Приклад 1. Логічні пари: позначки на рисунку серця

На рисунку серця в розрізі позначено: 1 — стулки між лівим передсердям і лівим шлуночком; 2 — стулки між правим передсердям і правим шлуночком; 3 — судина, що виходить із лівого шлуночка; 4 — судина, що виходить із правого шлуночка. Установи відповідність між позначками (1–4) і назвами (А–Д).

Варіанти для вибору: А — двостулковий клапан; Б — тристулковий клапан; В — аорта; Г — легеневий стовбур; Д — порожниста вена (зайва).

Розв'язання:

1. Позначка 1 — стулки між лівим передсердям і лівим шлуночком. Ліворуч розташований двостулковий (мітральний) клапан. Отже, 1 → А.

2. Позначка 2 — стулки між правим передсердям і правим шлуночком. Праворуч — тристулковий клапан. Отже, 2 → Б.

3. Позначка 3 — судина, що виходить із лівого шлуночка. Це аорта. Отже, 3 → В.

4. Позначка 4 — судина, що виходить із правого шлуночка. Це легеневий стовбур. Отже, 4 → Г.

Відповідь: 1А, 2Б, 3В, 4Г.

Чому інші варіанти неправильні? Порожниста вена (Д) справді є в серці, але вона впадає в праве передсердя, а не виходить із шлуночків, тому вона зайва.

Приклад 2. Стан клапанів під час систоли шлуночків

У якому стані перебувають стулкові й півмісяцеві клапани під час систоли шлуночків?

Варіанти: А — стулкові відкриті, півмісяцеві закриті; Б — стулкові закриті, півмісяцеві відкриті; В — усі відкриті; Г — усі закриті.

Розв'язання:

Під час систоли шлуночків кров із шлуночків виштовхується в артерії. Щоб кров не повернулася в передсердя, стулкові клапани закриваються. Щоб кров могла вийти в аорту й легеневий стовбур, півмісяцеві клапани відкриваються.

Відповідь: Б — стулкові закриті, півмісяцеві відкриті.

Чому інші варіанти неправильні? А — це стан під час систоли передсердь, коли кров переходить із передсердь у шлуночки. В — усі відкриті одночасно неможливо, бо це призвело б до хаотичного руху крові. Г — усі закриті означало б, що кров нікуди не рухається, а це не відповідає систолі.

Приклад 3. Обчислення хвилинного об'єму й тривалості циклу

Частота скорочень серця людини становить 60 за хвилину, а ударний об'єм — 80 мл. Який хвилинний об'єм крові та яка тривалість серцевого циклу?

Варіанти: А — 4,8 л і 0,8 с; Б — 4,8 л і 1 с; В — 0,48 л і 1 с; Г — 9,6 л і 1 с.

Розв'язання:

1. Хвилинний об'єм = ударний об'єм × частота = 80 мл × 60 = 4800 мл = 4,8 л.

2. Тривалість серцевого циклу = 60 с : частоту = 60 : 60 = 1 с.

Відповідь: Б — 4,8 л і 1 с.

Чому інші варіанти неправильні? А — 4,8 л і 0,8 с: хвилинний об'єм правильний, але тривалість циклу взяли типову (0,8 с для 75 скорочень), не обчисливши за даними умови. В — 0,48 л і 1 с: помилка в перетворенні мілілітрів у літри (4800 мл = 4,8 л, а не 0,48 л). Г — 9,6 л і 1 с: додали об'єм обох шлуночків (80 + 80 = 160 мл), хоча хвилинний об'єм рахують для одного шлуночка.

Приклад 4. Два твердження про серце

Оціни правильність двох тверджень:

I. Серце, вийняте з організму й поміщене в поживний сольовий розчин, може ще певний час скорочуватися.

II. Блукаючий нерв прискорює роботу серця.

Варіанти: А — правильне лише I; Б — правильне лише II; В — обидва правильні; Г — обидва неправильні.

Розв'язання:

1. Твердження I правильне. Це класичний доказ автоматії серця: імпульси виникають у самому серці, тому воно може скорочуватися й поза організмом.

2. Твердження II неправильне. Блукаючий нерв (парасимпатичний) сповільнює й послаблює роботу серця. Прискорюють серце симпатичні нерви.

Відповідь: А — правильне лише I.

Чому інші варіанти неправильні? Б — правильне лише II: твердження II хибне, тому цей варіант не підходить. В — обидва правильні: II хибне. Г — обидва неправильні: I правильне.

Учні часто плутають такі речі. Розбери їх заздалегідь, щоб не втратити бали.

• Плутають двостулковий і тристулковий клапани. Багато хто розміщує тристулковий клапан ліворуч, а двостулковий — праворуч. Запам'ятай: ліворуч — двостулковий (мітральний), праворуч — тристулковий. Кількість стулок відповідає стороні: ліва рука — два пальці (двостулковий), права рука — три пальці (тристулковий).

• Вважають, що в правій половині серця тече артеріальна кров. Насправді права половина (праве передсердя і правий шлуночок) містить венозну кров, бідну на кисень. Артеріальна кров — у лівій половині.

• Плутають стан клапанів у різних фазах. Під час систоли шлуночків стулкові клапани закриті (щоб кров не повернулася в передсердя), а півмісяцеві — відкриті (щоб кров вийшла в артерії). Не плутай із систолою передсердь, коли стулкові відкриті, а півмісяцеві закриті.

• Вважають, що серце працює без відпочинку. Насправді в кожному циклі передсердя відпочивають 0,7 с, а шлуночки — 0,5 с. Саме тому серце не втомлюється, хоча працює безперервно.

• Приписують блукаючому нерву прискорення, а симпатичним — сповільнення. Запам'ятай раз і назавжди: симпатичні нерви — прискорюють і посилюють; блукаючий нерв (парасимпатичний) — сповільнює й послаблює.

• Вважають, що ритм серця задає головний мозок. Насправді водій ритму — синусно-передсердний вузол у стінці правого передсердя. Саме в ньому виникають імпульси, що запускають скорочення. Головний мозок може лише змінювати частоту (через вегетативні нерви), але не створює сам ритм.

Тема «Серце: будова і серцевий цикл» відповідає темі 4.5 програми НМТ з біології. Вона вимагає:

• знати властивості серцевого м'яза (збудливість, провідність, скоротливість, автоматія);

• розпізнавати клапани серця (двостулковий, тристулковий, півмісяцеві);

• знати частоту скорочень і тривалість серцевого циклу;

• характеризувати фази серцевого циклу (систола передсердь, систола шлуночків, загальна пауза);

• розуміти нервову, ендокринну та іонну регуляцію серця (Ca²⁺, K⁺);

• візуально розпізнавати камери й клапани серця, аорту, легеневі артерії й вени, порожнисті вени;

• аналізувати кількісні показники (тривалість циклу, хвилинний об'єм).

Формат завдань

У демоваріанті НМТ-2026 тему 4.5 представляє завдання № 28 — логічні пари 1–4 → А–Д з позначками на рисунку серця. За це завдання можна отримати 0–4 бали: по 1 балу за кожну правильно встановлену пару.

Кількісні задачі (обчислення тривалості серцевого циклу або хвилинного об'єму) можуть подати у формі вибору однієї відповіді з чотирьох (А–Г). Таке завдання оцінюється в 1 бал. Довідкових матеріалів на тестуванні немає — усі числові дані наведено в умові завдання.

Стратегія для рисунка серця

Якщо в завданні подано рисунок серця в розрізі з позначками, дій за таким алгоритмом:

1. Знайди лівий шлуночок — він має найтовщу стінку (у 3 рази товщу за правий).

2. Від лівого шлуночка вгору відходить аорта — найбільша судина.

3. Визнач решту камер, клапанів і судин, орієнтуючись на лівий шлуночок і аорту.

4. Кожна правильно впізнана позначка — окремий бал, тому не поспішай.

Важливо: числові дані в умові можуть відрізнятися від типових (наприклад, частота 60 за хвилину замість 75). Завжди обчислюй тривалість циклу за формулою 60 : частота, а не бери готове значення 0,8 с.

• Чотири камери серця: праве й ліве передсердя, правий і лівий шлуночки. Права половина — венозна кров, ліва — артеріальна.

• Клапани: ліворуч — двостулковий (мітральний), праворуч — тристулковий; на виході зі шлуночків — півмісяцеві клапани (аортальний і легеневий).

• Серцевий цикл (0,8 с): систола передсердь (0,1 с) → систола шлуночків (0,3 с) → загальна пауза / діастола (0,4 с).

• Властивості міокарда: збудливість, провідність, скоротливість, автоматія.

• Водій ритму: синусно-передсердний вузол у стінці правого передсердя.

• Посилюють роботу серця: симпатичні нерви, адреналін, іони Ca²⁺.

• Послаблюють роботу серця: блукаючий нерв (парасимпатичний), надлишок іонів K⁺.

• Формули: тривалість циклу (с) = 60 : частота; хвилинний об'єм (л) = ударний об'єм (мл) × частота / 1000.