Почему сердце никогда не устаёт и не нуждается в отдыхе, в отличие от других мышц

Вопрос: после длительной пробежки мышцы ног устают, а сердце – нет. Почему так происходит? Разве сердце не нуждается в отдыхе?
Каждый день сердце в среднем совершает от 60 до 100 ударов в минуту, поддерживая ваше бессмысленное существование из года в год, пока не придёт пора остановиться навеки. После того как это происходит, всё, что было связано с вами и вашей жизнью, быстро забывается. Однако, в отличие от других мышц вашего тела, сердце активно борется за выживание, отказываясь когда-либо уставать. Но как ему это удаётся и почему другие мышцы – бездельники по сравнению с ним?
Начнём с того, что человеческое тело в целом состоит из трёх типов мышечной ткани: скелетной, гладкой и сердечной. Скелетные мышцы являются поперечнополосатыми, и это то, о чём большинство из нас думает, когда мы представляем себе мышцу, контролирующую почти все добровольные и ряд непроизвольных движений тела.
Как и сердечная мышца, скелетная получает энергию из АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), причём делается это несколькими разными способами. Чтобы объяснение не получилось размером с учебник, мы просто представим вам упрощённый взгляд. В двух словах, самый медленный, но самый эффективный метод производства АТФ – это аэробное дыхание, когда митохондрии в мышечных клетках черпают энергию из «тёмного измерения», производя АТФ, небольшое количество которой хранится в ваших мышцах в тот или иной момент времени. Этого запаса хватит на три секунды активной деятельности.
В процессе АТФ преобразовывается в АДФ (аденозиндифософат). Креатинфосфат в мышцах помогает превратить его обратно в АТФ. Это длится около 8-15 секунд.
Далее, оказывается, что мы были совершенно неправы в отношении «тёмного измерения», поскольку на самом деле ваши мышцы продолжают получать АТФ посредством серии химических реакций, в ходе которых глюкоза используется для производства необходимого количества АТФ. Эта глюкоза поступает из различных источников, таких как гликоген в мышцах, или через кровь благодаря жирам, белкам и запасам в печени, а также из пищи в кишечнике.
Производство АТФ может завершиться двумя способами высокого уровня. В первом используются большие запасы кислорода. В этом случае на каждую молекулу глюкозы приходится до 38 произведённых молекул АТФ. Второй способ – это анаэробный гликолиз, не требующий кислорода. Здесь на каждую молекулу глюкозы приходится всего две молекулы АТФ. В то время как это чрезвычайно неэффективное использование доступного запаса глюкозы, данный метод, по крайней мере, производит АТФ более чем в два раза быстрее, чем аэробное дыхание, и продолжает работать в течение некоторого времени, пока вы тяжело дышите.
По причине гликолиза, приводящего к накоплению молочной кислоты в мышцах, если АТФ накапливается быстрее, чем от неё можно избавиться, это будет препятствовать процессу анаэробного гликолиза, а ваши мышцы устанут и перестанут работать на некоторое время. Это отчасти объясняет, почему вы очень быстро устаёте во время тренировки, если выше дыхание сбилось (тело в данном случае в большей степени полагается на анаэробный гликолиз). В данном случае вы одновременно создаёте молочную кислоту с гораздо более высокой скоростью и быстрее используете доступные молекулы глюкозы, при этом вырабатывая относительно небольшое количество АТФ. Если это будет длиться более минуты или двух, вы нарушите способность скелетных мышц производить необходимое количество АТФ со скоростью, с которой вы её используете. (Хотя, опять же, всё зависит от уровня вашей физической подготовки.)
Если ваш организм будет в большей степени полагаться на аэробное дыхание, вы получите максимальную отдачу, способную длиться всю ночь при условии, что вы будете хорошо питаться и пить достаточно воды. В забегах побеждают медленные и выносливые.
Неудивительно, что из всего этого следует, что чем больше митохондрий, тем быстрее АТФ может быть производиться (если присутствуют необходимые молекулы) и тем больше мышца сможет продержаться. Что касается скелетных мышц, то около 2-8% их объёма составляют митохондрии, хотя всё зависит от организма конкретного человека и уровня его физической подготовки.
Гладкая мускулатура именно такая, как предполагает её название. Гладкие мышцы находятся в полых внутренних органах, помогая вам переваривать пищу, расширять зрачки и ходить в туалет по-маленькому. Сокращение гладких мышц при пищеварении не особо отличается от того, как работает ваше сердце: колебание электрического потенциала в гладкомышечных клетках – это то, что заставляет мышцу сокращаться ритмично и в данном случае называется «основным электрическим ритмом». Этот ритм составляет около трёх раз в минуту в желудке и 12 раз в минуту в тонком кишечнике. Звук, который издают ваш желудок и кишечник, является результатом этих мышечных сокращений, перемешивающих и перемещающих химус (смесь пищеварительных соков, пищи, микробов и т. д.) и воздух вниз по трубке между вашим ртом и вашим портом для удаления отходов.
Что касается митохондриальных потребностей этих мышц, то они, как правило, примерно соответствуют митохондриальным потребностям ваших скелетных мышц, причём митохондрии составляют около 3-5% объёма гладкой мускулатуры.
Это плавно подводит нас к настоящему герою в вашей жизни – сердечной мышце. Как и скелетная мышца, сердечная является поперечнополосатой и, как и другие мышцы в вашем теле, в основном питается от митохондрий. Сердечная мышца, однако, имеет в 10 раз большую плотность митохондрий, чем другие мышцы; они составляют около 35% от объёма сердечной мышцы.
Следует также отметить, что отдельные мышечные клетки в сердце на самом деле регулярно отдыхают благодаря тому, как на самом деле работает сердцебиение – процесс, который мы рассмотрим в «Бонусном факте» немного позже. А пока скажем, что примерно 60-70% вашей жизни данная часть вашего сердца пребывает в состоянии покоя.
Сочетание этих микро-отдыхов с экстремальным количеством митохондрий и большим количеством кислорода, получаемого в результате превосходного кровоснабжения, позволяет вашему сердцу использовать необходимое количество АТФ, чтобы не уставать.
Недостатком потребности в таком количестве АТФ является то, что сердце вынуждено полагаться на аэробное дыхание, чтобы убедиться, что оно не исчерпает запасы АТФ. Таким образом, оно не может обходиться длительное время без кислорода, в отличие от других мышц, которые вы можете перестать использовать, чтобы восстановить необходимый уровень АТФ с течением времени.
И да, оказывается, что человеческое сердце действительно может устать и пострадать от повреждений, если вы будете пытаться выполнить какую-то экстремальную форму физической активности за пределами вашей нормы в течение длительных периодов времени, особенно в условиях низкого содержания кислорода, как, например, на большой высоте. В этих случаях даже самые здоровые сердца могут пострадать; хотя, учитывая другие последствия для вашего тела, вызванные такой экстремальной физической активностью, как правило, большинство людей перестанут делать что-либо до того, как на сердце будет оказано негативное повреждающее воздействие. В сущности, ваши ноги откажут раньше, чем ваше сердце (как правило), по крайней мере, когда речь идёт о поставке энергии. Но это не означает, что сердце не может испытывать усталость.

Например, в 2001 году кардиологи изучали выносливость нескольких десятков спортсменов, которые участвовали в 400-километровом соревновании в Шотландии, которое включало различные виды физической активности – греблю, лазание по канату, бег, езду на велосипеде, скалолазание и прочее – и все они занимали почти 100 часов. Спортсмены обычно спали всего один час в сутки.
Результаты? В конце соревнований разница между показателями «до» и «после» составила 10%.
Демонстрируя выносливость сердца и его митохондриальной системы, кардиолог Юэн Эшли, участвовавший в исследовании, заявил, что «сердца спортсменов, которые показали признаки сердечной усталости, довольно быстро вернулись к норме после соревнований, и никаких необратимых повреждений не наблюдалось».
Тем не менее, дальнейшие исследования выносливости спортсменов ставят под сомнение понятие «отсутствие необратимых повреждений». Например, в 2011 году британские учёные, провели исследование при участии олимпийцев, которые соревновались в беге на длинные дистанции и гребле, и обнаружили, что с возрастом у них появлялось всё больше заметных рубцов на сердечной мышце. Это может привести к нарушению функций сердца и даже сердечной недостаточности.
Конечно, это крайние примеры, и большинство людей, которые не бегают марафоны и не участвуют в профессиональных/полупрофессиональных соревнованиях на выносливость, вряд ли столкнутся с данной проблемой. Таким образом, наш вам совет: не переживайте. Отправляйтесь лучше на прогулку или в тренажёрный зал. Преимущества умеренных физических нагрузок для вашей жизни поразительны, они влияют почти на каждый аспект вашей жизни и, как правило, продлевают и улучшают её качество.
Факт:
Вы когда-нибудь задумывались над тем, как работает сердцебиение? Если вам до сих пор интересен данный вопрос, читайте далее. В двух словах, сердце – это четырёхкамерный насос. Две верхние камеры называются предсердиями, две нижние – желудочками. Они разделены клапанами, а правая и левая стороны – перегородкой. Итак, что же заставляет насос сжиматься? Когда сердечная мышца получает «электрический удар», она сжимается и заставляет кровь двигаться вниз по её пути. Клапаны не позволяют крови течь обратно через систему, если только они не повреждены.
Путь крови через сердце начинается в верхней полой вене. Затем она поступает в правое предсердие и через трикуспидальный клапан попадает в правый желудочек. Оттуда она течёт через пульмонический клапан в лёгочные артерии и лёгкие. После этого она возвращается к сердцу и поступает в левое предсердие через митральный клапан. Теперь кровь находится в «самой сильной» камере сердца – левом желудочке. Оттуда она перекачивается через аортальный клапан в аорту и поступает к остальной части тела!
Так что же вызывает тот «электрический удар», который заставляет сердце биться примерно 60-100 раз в минуту? Короткий ответ: Дормамму. Длинный ответ: обмен электролитами между специализированными клетками в сердце создаёт различный электрический потенциал с обеих сторон клетки. Когда этот электрический потенциал достигает определённого уровня, он разряжается и посылает импульс вниз по другому уникальному набору клеток в сердце, вызывая таким образом сокращение.
Особый набор клеток, который регулирует частоту сердечных сокращений (у большинства людей), называется синоатриальным узлом. Синоатриальный узел (стимулятор сердца) расположен в верхней части правого предсердия у входа в верхнюю полую вену.
Когда синоатриальный узел посылает электрический импульс, он немедленно поражает предсердия. Затем импульс «задерживается» в другом скоплении клеток, называемом атриовентрикулярным узлом. Потому импульс отправляется вниз к пучку Гиса и двум путям, называемым правой и левой ветвями. Далее он передаётся так называемым «волокнам Пуркинье». Этот «удар» вызывает сокращение предсердий, а затем желудочков. Это значит, что вы живы! (Пока что.)
А каким образом электролиты провоцируют «удар»? Чтобы у нас не получилась целая лекции по физиологии, мы просто скажем, что двумя основными электролитами являются натрий и калий. Калий обычно находится внутри клетки, а натрий – снаружи. Калий медленно просачивается наружу клетки, а натрий – внутрь. Это создаёт разный электрический потенциал, который наращивается вплоть до точки разряда. Другие электролиты также могут создавать электрический потенциал: речь идёт, прежде всего, о кальции и магнии.
Всё описанное выше представляет собой электрически-механическую систему, которая заставляет биться тот невероятный орган у вас в груди!