Тоны сердца - динамика сердечно-сосудистой системы
Аускультация — наиболее чувствительный тест функционального состояния сердца. Часто наличие шума или изменение тонов сердца служат единственным признаком его органического поражения, проявляясь задолго до того, как перегрузка сердечно-сосудистой системы станет достаточной, чтобы вызвать другие признаки или симптомы.
Хотя во многих пограничных случаях трудно провести различие между нормой и патологией, тем не менее наличие характерных шумов и изменений тонов сердца может направить внимание на сердце как на место патологических процессов. В некоторых случаях отчетливый шум позволяет поставить диагноз определенного органического поражения сердца в ранней стадии его развития. Клиницисты учатся распознавать хорошо выраженные, характерные шумы путем тренировки и накопления опыта. Однако значение шумов и тонких изменений тонов сердца могут быть более полно оценены при условии достаточно ясного понимания природы звуков, механизмов их проведения и характеристик звукового восприятия.
Природа звуков
Возникновение звуков. Тоны являются субъективным толкованием вызываемых вибрацией ощущений, воспринимаемых слуховым аппаратом. Звуковые волны возникают и передаются при колебательных движениях частиц или тел, смещающихся из своего положения равновесия и затем, под действием эластических сил, возвращающихся в исходное положение (рис. 11.7,А).
РИС. 11.8. ХАРАКТЕРНЫЕ СВОЙСТВА ВИБРАЦИЙ.
- Частота вибрации (в герцах) определяется отношением между массой и эластичностью ее опоры- большая масса на слабой пружине приводит к медленной вибрации- маленькая масса на тугой пружине вибрирует быстро.
Б. Амплитуда вибраций зависит от величины смещения относительно положения покоя (от энергии, приложенной к системе).
- Качество вибраций зависит от количества обертонов, или гармоник, которые схематически представлены двумя последовательно соединенными вибрирующими системами. В ответ на сложные звуки одиночная структура (например, диффузор громкоговорителя) может одновременно вибрировать более чем с одной частотой.
Г. Продолжительность вибрации после того, как источник энергии выключается, зависит от скорости рассеивания энергии. Чем сильнее трение при движении, тем быстрее используется сообщенная системе энергия и сильнее «затухание» вибраций.
Свойства звуков. Рассмотрим камертон с его одновременно вибрирующими зубцами (рис. 11.7, Б). Во время движения правого зубца в направлении трубки молекулы воздуха у ее отверстия сжимаются. Волна сжатия движется через трубку со скоростью звука в воздухе (330 м/с)- когда зубец движется назад, воздушные молекулы стремительно возвращаются, заполняя пустоту, и вслед за сжатием вдоль трубки с такой же скоростью распространяется волна разрежения.
Частота. Частота, с которой вибрирует система, зависит от отношения между массой, приходящей в движение, и восстанавливающей силой (эластичностью). Малая масса, привязанная к пружине, вибрирует быстро (рис. 11.8, А). Вообще масса тканей тела является большой по сравнению с их эластичностью, так что частота их вибрации низкая. Исключение из этого правила составляют кости и сильно натянутые соединительнотканные структуры (например, артериальные стенки).
Интенсивность. Интенсивность звука зависит от амплитуды вибраций, которая определяется тем, как далеко смещается вибрирующее тело. Другими словами, интенсивность звука зависит от общей энергии, сообщаемой вибрирующему телу при его смещении из положения покоя (рис. 11.8, Б).
Качество. Камертон является инструментом, производящим чистые тоны, т. е. звук, состоящий лишь из одной частоты, который регистрируется как синусоида (рис. 11.7,Б). Большинство естественных звуков состоит из различных частот, или обертонов, комбинация которых и определяет качество звука (рис. 11. 8, В). Отдельные комбинации тонов, или гармоники, позволяют распознавать различные музыкальные инструменты, хорошо известные голоса и характерные тоны сердца. Вибрации, передаваемые от сердца, должны классифицироваться как шумы, поскольку они составляются из несвязанных частот очень короткой продолжительности.
Длительность. Вибрации постепенно исчезают по мере того, как энергия, первоначально сообщенная системе, тратится на трение и рассеивается в виде тепла. Если вследствие трения сопротивление увеличено, колебательные движения длятся недолго, так как они «гасятся» (рис. 11.8, Г).
Эффективно гасят вибрации внутренних структур мягкие ткани тела. Например, тоны сердца состоят из относительно небольшого числа вибраций, но могут существовать и более длинные по продолжительности звуки (шумы), когда вибрирующая система долго снабжается энергией.
Происхождение сердечных тонов
Предложено до 40 различных теорий для объяснения происхождения первого тона сердца [5]. Работа McKusickfll] содержит превосходный исторический обзор причин возникновения сердечных тонов и шумов- из этого обзора видно, что большое расхождение мнений характеризует также вопрос о происхождении других тонов и шумов. Эти разногласия, по-видимому, связаны с типом исследования, который использовался при изучении проблемы. В сущности все механические явления сердечного цикла одновременно или в разное время участвуют в генерации тонов сердца. Например, многие авторы полагают, что различные компоненты первого тона возникают вследствие вибраций множества структур, включая клапаны, мышечные стенки и артерии. Поскольку камеры сердца заполнены кровью, ни одна из этих структур не может вибрировать без того, чтобы не вызвать движения крови. Подобно этому вибрации крови проводятся по окружающим ее структурам. Если тоны можно отводить от наружной поверхности тела, то должны вибрировать все структуры между сердцем и грудной стенкой. Бесполезно рассматривать вибрации сердечных стенок, клапанов, стенок артерий и крови отдельно, так как в действительности они образуют взаимосвязанную систему и все вибрируют в одно и то же время. Более реальным подходом к проблеме является рассмотрение тех условий, которые приводят к вибрациям «кардиогемических систем», состоящих из крови, стенок сердца и клапанов.
Вибрации в заполненных жидкостью эластических системах. Многие вопросы относительно сердечных тонов и шумов можно разрешить, если принять, что вибрация в сердечнососудистой системе вызывается двумя основными механизмами: а) ускорением и торможением крови- б) турбулентностью, развивающейся во время быстрого кровотока. В дальнейшем вибрации или звуки, обусловленные ускорением или торможением тока крови, будут классифицироваться как тоны. Вибрации или звуки, обусловленные турбулентностью текущей крови, будут рассматриваться как шумы.
Особенности вибрации можно разобрать на примере модели, состоящей из массы, удерживаемой пружиной (см. рис. 11.7). В эластичной камере, полностью заполненной жидкостью, эластичность стенок аналогична пружине, а жидкость вместе с окружающими се стенками аналогична вибрирующей массе. Представьте себе заполненный жидкостью баллон, в котором любое резкое движение (ускорение или замедление) вызывает вибрацию всей системы (рис. 11.9). Ясно, что никакая часть баллона не может вибрировать независимо, без влияния на другие части системы. Резкий удар по очень маленькой площади вызывает вибрации, вовлекающие в движение все части и жидкости и стенок. Вибрации происходят в результате того, что резкое смещение жидкости вызывает перерастяжение эластичной стенки, которая под действием эластических сил возвращается назад и перемещает жидкость в противоположном направлении. Такая последовательность событий повторяется до тех пор, пока не рассеется остаточная энергия в системе. 
РИС. 11.9. ВИБРАЦИИ В ЗАПОЛНЕННОМ ЖИДКОСТЬЮ БАЛЛОНЕ.
Удар по наполненному водой баллону приводит в вибрацию всю систему. Хотя деформация была произведена лишь в одной точке, вибрация охватила все части жидкости и стенок.
Интенсивность вибрации в основном определяется степенью изменения скорости (величиной ускорения или торможения). Их частота зависит от отношения между величиной вибрирующей массы и эластичностью стенок. В сердце суммарная масса крови и стенок камер очень большая по сравнению с эластичностью стенок, поэтому вибрации обычно имеют низкую частоту. При сокращении желудочков эластичность их стенок повышается и частота вибраций увеличивается. Вибрации, обусловленные ускорением и замедлением крови, обычно состоят только из нескольких циклов, что указывает на их быстрое затухание.
Кардиогемические системы, участвующие в создании тонов сердца. Зная, какие механические явления происходят в период сердечного цикла, можно легко определить области, где в определенную фазу происходит ускорение или торможение крови. На характер вибраций влияет природа специфической вибрирующей кардиогемической системы. Термин кардиогемическая система— новый и введен для обозначения любой комбинации крови и стенок сердца, вибрирующих при изменениях скорости кровотока. Вибрации, возникающие в пределах любой кардиогемической системы, передаются во всех направлениях и могут быть услышаны, если они передаются к грудным стенкам с достаточной интенсивностью и достаточно высокой частотой. На основании представления о кардиогемических системах можно описать механизмы возникновения сердечных тонов.
Предсердные тоны. В период поздней диастолы желудочки достаточно наполнены кровью и непосредственно связаны с предсердиями через частично открытые атриовентрикулярные клапаны. Когда при сокращении предсердий кровь перемещается через эти клапаны, стенки желудочков становятся еще более растянутыми и напряженными, о чем свидетельствует небольшое повышение внутрижелудочкового давления. Эффект отдачи растянутых желудочков создает условия для колебаний крови вперед и назад между предсердиями и желудочками. Эта отдача может также приводить к кратковременному закрытию клапанов. Поскольку данная кардиогемическая система образована из тонкостенных правого и левого предсердий и расслабленных стенок желудочков, неудивительно, что возникающие при этом вибрации состоят из нескольких низкочастотных колебаний. Они имеют столь низкую частоту и малую интенсивность, что у здоровых людей не слышны.
Видео: Пропедевтика
РИС. 11.10. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СЕРДЕЧНЫХ ТОНОВ.
Схематическое изображение причин различных компонентов сердечных тонов, основанное на представлении, что вибрации вызываются ускорением или торможением тока крови внутри эластичных камер.
А. Первый тон может быть разделен на четыре компонента. Первичные вибрации появляются, когда первые миокардиальные сокращения в желудочке сдвигают кровь по направлению к предсердию, сближая и закрывая атриовентрикулярные клапаны. Второй компонент начинается с резкого напряжения закрытых атриовентрикулярных клапанов, тормозящих движение крови. Он может представлять собой вибрацию крови, вызываемую перерастяжением атриовентрикулярных клапанов, противостоящих путем отдачи сокращению миокарда желудочков. Реакция подобна той. которая возникает при ударе по баллону, наполненному водой. В происхождении третьего компонента могут участвовать вибрации крови между растягивающимся корнем аорты и стенками желудочка. Четвертый компонент, вероятно, представляет собой вибрации, обусловленные турбулентностью в крови, быстро текущей через врсходящую аорту и легочную артерию.
Б. Второй тон сердца представлен несколькими низкочастотными вибрациями, которые могут сопровождать торможение тока крови и обратный ее ток в аорте и легочной артерии до закрытия полулунных клапанов. Слышимая часть второго тона начинается с закрытия и напряжения полулунных клапанов. Хотя преимущественно вибрации происходят в артериях, они проводятся также к желудочкам и предсердиям при движениях крови, клапанов и клапанных колец.
В. Третий тон сердца появляется в конце фазы быстрого наполнения. Внезапное окончание этой фазы может привести всю атриовентрикулярную систему в вибрацию, которая имеет очень низкую частоту, так как стенки расслаблены.
Первый тон сердца. В начале сокращения желудочков содержащаяся в них кровь ускоряется, устремляясь в направлении атриовентрикулярных клапанов. Это ускорение крови, появляющееся до того, как клапаны плотно закроются и станут упругими, вызывает начало вибраций (первый компонент) первого сердечного тона, предшествующих подъему внутрижелудочкового давления. Их частота очень низкая и интенсивность слабая, вероятно, в связи с тем, что желудочки остаются расслабленными, а ускорение крови невелико. Однако движение крови должно быть достаточным для того, чтобы закрыть, плотно «запечатать» и растянуть атриовентрикулярные клапаны раньше, чем поднимется внутрижелудочковое давление. Когда это движение крови внезапно приостанавливается, клапаны напрягаются. Второй компонент первого тона начинается, когда инерция движущейся крови вызывает достаточное перерастяжение клапанов, чтобы вызвать отдачу назад по направлению к желудочкам (рис. 11.10,А). В этом случае кардиогемическая вибрирующая система первоначально состоит главным образом из двух полостей желудочков, полностью изолированных клапанами и сокращающимся миокардом. Таким образом, вибрации, возникающие в начале систолы желудочков, имеют более высокую частоту и более высокую амплитуду, чем те, которые появляются при сокращении предсердия.
Интенсивность вибраций зависит от скорости, развиваемой кровью, и от резкости ее торможения. Таким образом, если в начале сокращения желудочка клапаны широко открыты, тоны должны быть выше, чем в случае, если клапанные листки к этому моменту располагались ближе друг к другу, так как при этом кровь успеет развить более высокую скорость, прежде чем произойдет их полное закрытие. Эта концепция, по-видимому, согласуется с наблюдениями Henderson и Johnson [2], Dean [3], Shearn с сотр. [12] и др. [13—15]. Еще более убедительно подтверждение связи между сердечными тонами и ускорением кровотока [16].
Третий компонент первого тона сердца начинается, когда в результате сокращения желудочков внутрижелудочковое давление поднимается выше, чем в соответствующей артерии, и кровь начинает двигаться в направлении полулунных клапанов. Инерция длинных столбов крови в артериальных стволах препятствует ускорению, так же как если бы тотчас позади полулунных клапанов была закупорка. Поэтому первая порция крови, выходящей из желудочков, растягивает проксимальные части этих артерий. Внезапное растяжение проксимальных артериальных сегментов может вызвать эффект отдачи и обратное движение крови по направлению к желудочкам. В результате действия механизма, подобного тому, который связан с закрытием атриовентрикулярных клапанов, будут происходить колебательные движения крови вперед и назад между корнями артерий и камерами желудочков (см. рис. 11.10, А). Поскольку кардиогемические системы, участвующие в создании второго и третьего компонентов первого тона, очень сходны, частоты, интенсивность и качество генерируемых ими колебаний также сходны. Действительно, эти два компонента обычно сливаются в один ряд вибраций, которые дифференцировать практически невозможно. Расщепление или удвоение первого тона обычно относят за счет асинхронного закрытия трехстворчатого и быстро следующего за ним закрытия митрального клапана [17].
Четвертый компонент первого тона сердца является, вероятно, результатом турбулентности потока крови, быстро текущей через артериальные стволы, и по этой причине будет рассматриваться в разделе «Шумы» (с. 459).
Второй тон сердца. В самом конце систолы скорость изгнания замедляется по мере того, как начинает уменьшаться желудочковое и артериальное давление. В начале расслабления желудочка давление в нем резко падает. Кровь в корне аорты и легочной артерии устремляется назад по направлению к камерам желудочков, но это движение резко прерывается в связи с закрытием полулунных клапанов. Инерция движущейся крови перерастягивает створки клапанов, а сила отдачи дает начало вибрациям в полостях желудочков и артериях (см. рис. 11.10,Б). Высота второго тона больше, чем первого. Интенсивность тона опять же зависит от скорости, развиваемой кровью, хлынувшей назад к желудочкам, и резкости прекращения ее движения. При системной или легочной гипертонии скорость обычно выше и тоны усиливаются. При наличии стеноза полулунных клапанов, наоборот, амплитуда второго тона должна уменьшаться, если клапаны в основном уже сближены, до того как появляется достаточно выраженный ретроградный кровоток. Наблюдения, о которых сообщили Piemme и сотр. [16], дают возможность предположить, что причины второго тона довольно различны. Их записи показали, что второй тон начинается как раз перед тем, как появляется ретроградный кровоток, в момент наиболее резкого торможения движущейся вперед крови. Заканчивается второй тон при самом низком уровне обратного тока крови, вероятно, развивающегося до закрытия клапанов. Исследования различных гемодинамических показателей, проведенные Kusukawa и сотр. [18], обнаружили, что амплитуда второго тона сердца не связана непосредственно с аортальным давлением, разницей давлений между аортой и левым желудочком или скоростью изменения этих давлений во время дикротического подъема. Высокая корреляция (0,98) была обнаружена лишь со скоростью изменения градиента давления, который теоретически связан с «функциями ускорения массы» в аорте. С помощью особого электроконтактного прибора [19] был обнаружен точный момент закрытия клапанов, который отмечался по крайней мере за 5—13 мс до появления выемки на кривой аортального давления. Для анализа этих различий нужны исследования, в которых точное время смыкания створок полулунных клапанов будет измерено непосредственно.
Третий тон сердца. Когда давление в желудочке падает ниже внутрипредсердного давления, атриовентрикулярные клапаны раскрываются прежде, чем начинается массивное движение крови в расслабленные камеры желудочков. Затем начавшийся приток крови в желудочки внезапно приостанавливается, что проявляется в быстром переходе от фазы быстрого заполнения к плато, соответствующего фазе медленного наполнения или диастазиса [20]. Инерция движущейся массы крови вызывает низкочастотные вибрации, поскольку стенки камер полностью расслаблены. Такие вибрации, вероятнее всего, появляются при резком обрыве фазы быстрого наполнения желудочков. В связи с низкой частотой вибрации должны иметь значительную амплитуду, чтобы достичь порога слышимости, особенно если во время передачи их имеются потери энергии. Третий тон сердца постоянно слышен у детей и у взрослых при аускультации в комнатах со звукоизоляцией с очень низкими уровнями окружающего шума.
Ритмы галопа. Когда три сердечных тона отчетливо слышны быстро друг за другом с последующей паузой, создается субъективное впечатление, подобное тому, которое возникает при звуках, производимых галопирующей лошадью. Это впечатление могут создавать несколько комбинаций сердечных тонов. Наиболее частая форма галопа связана с наличием ясно слышимых трех сердечных тонов. В таких случаях они появляются друг за другом и за ними следует относительно тихий интервал в период остальной части диастолы. Этот тип галопа часто называют «протодиастолическим» (что неправильно, поскольку третий тон появляется уже после протодиастолического интервала). Без достаточных оснований третий сердечный тон, обычно слышимый у здоровых детей, как правило, не рассматривается среди причин появления ритма галопа. Ритм галопа, появляющийся в ходе болезни сердца (например, миокардиты, врожденная недостаточность), свидетельствует об изменениях в миокарде. Третий тон сердца настолько редко слышен у здоровых взрослых лиц, не имеющих явного поражения сердца, что выявление у них протодиастолического галопа часто указывает на серьезный прогноз. Природа изменения миокарда, которое выделяет третий тон сердца, неясна, но, по-видимому, в этом случае фаза быстрого наполнения обрывается более резко.
Если звуки, сопровождающие систолу предсердий, усилены и предшествуют первому тону с достаточным интервалом, чтобы их можно было различить, возникает ритм галопа, состоящий из последовательных четвертого, первого и второго сердечных тонов. Поскольку патологический тон появляется в поздней диастоле, этот ритм называется «пресистолическим» галопом.
При увеличении частоты сердечных сокращений диастолический интервал становится короче, и третий и четвертый тоны сердца могут появляться почти одновременно. Суммарная интенсивность двух видов вибраций может стать слышимой, а возникающий ритм называется суммаиией или среднедиастолическим галопом.
Проведение тонов. На передачу вибрации влияют те же факторы, которые участвуют в их возникновении (см. рис. 11.8). Очень важна эластичность передающей среды. Поскольку масса вибрирующего материала (сердце, кровь и ткани) велика по сравнению с эластичностью тканей, как при возникновении, так и при передаче тоны имеют преимущественно низкую частоту. Это весьма неудачное обстоятельство, так как к звукам низкой частоты слуховой аппарат человека особенно малочувствителен (см. «Слуховое восприятие тонов сердца», с. 457).
Максимальное расстояние, на которое передаются вибрации от сердца к поверхности грудной клетки, несомненно, меньше 0,3 м, и длина цикла колебаний больше этого расстояния. По этой причине все структуры, вовлекаемые в передачу этих вибраций к поверхности, обычно колеблются вместе. При этих условиях звуковые волны не отражаются. Наиболее значительные потери энергии сердечных тонов происходят в сжимающихся тканях (например, в легких), расположенных между сердцем и стенкой грудной клетки. Вибрации сердечной стенки могут так сильно заглушаться при прохождении через толстую подушку заполненных воздухом легких, что они слабо проводятся к грудной стенке (например, при эмфиземе). Таким образом, сердечные тоны имеют максимальную интенсивность в тех местах поверхности тела, к которым колебания проводятся непосредственно через плотные ткани или через минимальную толщину раздутых воздухом легких. Слои жира также ослабляют сердечные тоны в связи с поглощением колебаний.
Чтобы изучить проводящие свойства грудной клетки, Faber и Burton [21], регистрируя время, в течение которого сердечные тоны достигают грудной клетки во многих точках области сердца, вычислили скорость проведения, составляющую около 15 м/с, если принять, что тоны возникают в определенном участке внутри сердца, проводятся к области митрального клапана, а затем распространяются по поверхности грудной клетки. Выводы становятся сомнительными, если учесть данные Zalter и сотр. [22] о том, что амплитуда первого тона очень постоянна при регистрации его от различных областей сердечной поверхности, указывая, что источник тона не имеет четкой локализации. Тон возникает в сердечных камерах повсюду, как и следует ожидать, согласно представлению о кардиогемической системе (см. рис. 11.9).
РИС. 11.11. ПРОВЕДЕНИЕ ТОНОВ И ШУМОВ.
Хотя сердечные тоны широко распространяются на переднюю поверхность грудной клетки, и области сердца вибрации от четырех клапанов проявляют тенденцию иметь максимальную интенсивность в тех областях, которые указаны на рисунке стрелками. Область митрального клапана расположена вблизи верхушки сердца, а область трикуспидального клапана — в четвертом межребериом промежутке на любой стороне грудины. Область клапана легочной артерии находится во втором или в третьем межрсберном промежутках по левой парастернальной линии, а аортальная область — во втором правом межреберном промежутке. но часто распространяется косо по передней поверхности грудной клетки по направлению к верхушке (см. рис. 11.17).
Локализация сердечных тонов на поверхности грудной клетки. Звуки, возникающие в районе четырех клапанов, имеют максимальную интенсивность в четырех различных областях на поверхности. Например, шумы от области легочного клапана наиболее интенсивны в пульмональной области, расположенной в третьем левом межреберном промежутке на левой парастернальной линии (рис. 11.11). Аортальная область лежит с правой стороны грудины во втором межреберье. Область трехстворчатого клапана находится около правой границы грудины в четвертом межреберье, а митральная область— вблизи верхушки сердца. Эта особая локализация звуков на поверхности, вероятно,зависит от наиболее эффективных путей проведения вибраций от их первоисточника к поверхности грудной клетки.
Пульмональный и трехстворчатый клапаны находятся около предсердечной части грудной клетки, и соответствующие области аускультации подходят близко к ним. Аортальный и митральный клапаны расположены далеко от предсердечной области,, и места их выслушивания не лежат над клапанными кольцами (см. рис. 11.11). В области верхушки сердечные тоны обычно громкие, потому что сердце здесь находится в прямом контакте с передней стенкой грудной клетки. Над верхушкой часто локализуются вибрации камеры желудочка, связанные с болезнью митрального клапана. Восходящая аорта загибается вперед и наиболее близко подходит к передней стенке грудной клетки около аортальной области. Тоны, исходящие из области аортального клапана, могут также пересекать камеру правого желудочка, выявляясь в третьем или четвертом межреберье слева от грудины, или следовать через камеру левого желудочка в точке, расположенной вблизи верхушки.
Тот факт, что первый и второй сердечные тоны обычно слышны во всех четырех областях, указывает на то, что их возникновение не ограничивается вибрациями в области клапанов. Широкое их распространение согласуется с представлением о колебаниях кардиогемических систем, вызываемых движениями массы крови.
Неправильно рассматривать второй тон в пульмональной области как происходящий главным образом или исключительно из вибраций клапана легочной артерии. При прямой регистрации от области, расположенной над атриовентрикулярными клапанными кольцами на поверхности сердца, долю участия одного клапана невозможно отделить от таковой другого. Причина этого становится очевидной, если учесть, что предсердие, желудочки, артериальные стволы и клапаны прикрепляются к фиброзной основе сердца (см. рис. 3.1) и все вместе должны подвергаться влияниям вибраций, возникших в любой точке. Тем не менее громкий второй тон в области легочной артерии на прекордиуме часто является надежным показателем легочной гипертонии, а его локализация позволяет дифференцировать его от громкого второго аортального тона, который может появляться при системной гипертонии.
РИС. 11.12. СЛЫШИМОСТЬ РАЗНЫХ ЧАСТОТ.
Порог слышимости различается для разных звуковых частот. Слуховой аппарат гораздо чувствительнее к частотам в речевом диапазоне (1000—2000 Гц), чем к более низким или более высоким звукам. Сердечные тоны представляют собой преимущественно низкочастотные вибрации. Лишь часть вибраций имеет достаточную интенсивность, чтобы достичь слухового порога, остальные совершенно неслышны.* Некоторые высокочастотные шумы достигают частот около 1000 Гц и могут быть слышны при относительно слабой интенсивности звука.
Слуховое восприятие сердечных тонов. При оптимальных условиях ухо может различить вибрации, амплитуда которых меньше диаметра молекулы водорода. Энергия едва слышимых звуковых волн так слаба, что должна была бы непрерывно продолжаться без потерь в течение более чем 2 млн. лет, чтобы повысить температуру 1 г воды на 1°С [23]. Ухо чувствительнее самого совершенного микрофона, так как при 1000 Гц слышит звуки, энергия которых только на 12 дБ выше теплового движения молекул [24].
Хотя в норме предел слышимых частот лежит между 20 и 16 000 Гц, максимальная чувствительность уха человека находится внутри частот речевого диапазона, т. е. около 1000—2000 Гц [25].
Для восприятия звука частотой 30 Гц энергия его должна быть в 1000 раз больше, чем необходимо при вибрации с частотой 1000 Гц (рис. 11.12). Звуки сердца распространяются выше и ниже порога слышимости, так что некоторые из них неслышны, тогда как другие значительно превышают пороговые уровни. Частоты слышимых вибраций сердца, вероятно, лежат в пределах от 20 Гц и несколько ниже до 200 Гц и несколько выше (частоты шумов могут достигать 600—1000 Гц). Вследствие малой чувствительности к низкочастотным вибрациям слуховой аппарат может воспринимать относительно слабые обертоны тонов сердца яснее, чем более интенсивные низкочастотные основные колебания. Таким образом, низкочастотные вибрации, наиболее легко регистрируемые электронными приборами, могут составлять лишь часть сердечных тонов, слышимых при аускультации.
При выслушивании звуков определенной частоты слуховой аппарат человека различает звуки и очень низкой и очень высокой интенсивности. При некоторых частотах энергетический уровень болевого порога более чем в 3 млн. раз больше уровня порога слышимости. Огромный диапазон воспринимаемой интенсивности возможен потому, что слышимая «громкость» пропорциональна логарифму силы стимула. Другими словами, если интенсивность звука последовательно удваивается, «громкость» ощущения увеличивается равными ступенями. Поэтому слуховой аппарат может воспринимать звуки очень большой интенсивности, оставаясь в то же время чувствительным и к очень слабым звукам.
В сложных звуках, по-видимому, низкочастотный компонент часто более заметен, поскольку звуки более высокой частоты маскируются. Этот феномен особенно отчетливо проявляется при увеличении интенсивности низких томов. Таким образом, на качество звуков могут влиять любые факторы, изменяющие их интенсивность.
Ухо человека может выбирать желаемые сигналы из многих других частотных комбинаций (как, например, при определении звука габоя в симфоническом оркестре). Мозг же может хранить комбинации звуков для их будущего распознавания, так что мы можем совершенствовать эту нашу способность путем тренировки.
Отмеченные особенности слухового механизма каждый из нас может легко продемонстрировать, прислушиваясь к звукам, исходящим из окружающей среды, при плотно закрытых глазах. Распознавая при этом такие звуки, как хорошо знакомый голос, щелчок дверного замка, шелест бумаги или шлепанье тапочек по ковру, человек легко выполняет функции, далеко выходящие за пределы возможностей наиболее сложных современных компьютеров.
Более высокие частоты диастолических шумов часто можно выявить посредством стетоскопа, избирательно ослабляющего низкие частоты.
Стетоскопы. Сердечные тоны легко можно выслушать, приложив ухо непосредственно к грудной клетке пациента. Стетоскопы применяются для удобства, а не для того, чтобы усилить звук. Исследователи показали [26], что стетоскоп Лаэнека (прямая ригидная трубка) столь же хорош, как современные стетоскопы, а в определенной степени, может быть, и лучше (за исключением того, что создает меньшие удобства и исключает возможность использования обоих ушей).
Стетоскопами звуки и заглушаются и искажаются. Различные типы стетоскопов заметно различаются по эффективности передачи звуков от сердечно-сосудистой системы [28], которая определяется длиной пути передачи, диаметром и жесткостью трубки и особенно плотностью прижатия их к стенке грудной клетки и к ушам. Когда открытый раструб прикладывается к грудной клетке, кожа образует диафрагму, в то время как подлежащие ткани действуют как демпфирующая среда [27]. Если раструб прочно удерживается на коже, низкие частоты ослабляются больше, чем более высокие частоты, которые кажутся в этом случае более громкими, даже если их истинная энергия уменьшена.
Аналогичный эффект может быть вызван при использовании стетоскопа с пластиковой диафрагмой, покрывающей воздушную камеру. В любом случае наличие упругой диафрагмы вызывает ослабление низких частот, что полезно при выявлении высокочастотных диастолических шумов, но нежелательно при выявлении слабых, низкочастотных шумов. Не все знают, что чрезвычайно важен правильный подбор стетоскопов, поскольку уменьшение их диаметра на величину приблизительно в 5 раз большую, чем диаметр человеческого волоса, может заметно снизить восприятие сердечных тонов и шумов [29].
Lepeschkin [30] разработал наиболее остроумный стетоскоп с регулируемой величиной отверстия детали, прикладываемой к грудной клетке, так что интенсивность звука может градуироваться намного точнее, чем при исключительно субъективном впечатлении.
Фонокардиография. Известно, что словесного описания звуков (например, резкий, грубый, звонкий) недостаточно. По этой причине преимущество фонокардиографии состоит в том, что она предоставила возможность для описания сердечных тонов. Первостепенную важность при интерпретации значения тонов или шумов имеют временные отношения между сердечными тонами и механическими явлениями кардиального цикла. В эту сферу фонокардиография вносит величайший вклад.
РИС. 11.13. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗВУКОВ,
А. Для получения звуковой спектрограммы производится короткая магнитофонная запись исследуемого звука, которая неоднократно перерегистрируется путем проведения через серию фильтров для записи интенсивности звуков на разных частотах.
Б. На горизонтальной оси — временная последовательность, по вертикали — частотная шкала, а
интенсивность звука в любой момент времени воспроизводится как градации затемнения на записи.
Контурные графики звуковой интенсивности (В и Г) показывают изменения интенсивности в виде записи, напоминающей контурную карту, иллюстрируя различия между шумами у двух различных больных с аортальным стенозом.
Сердечные тоны так ослабляются и видоизменяются при проведении через различные среды и в связи с неустойчивостью слухового восприятия, что практически невозможно получить записи сердечных тонов, соответствующие звукам, слышимым во время аускультации.
Типичные фонокардиограммы представляют собой записи осцилляций (см. рис. 11.10), которыеi очень помогают при оценке временных отношений тонов и шумов, но не дают никакого впечатления ни об истинной частоте, ни о качестве звуков. Более точное воспроизведение звука осуществляют посредством звуковых спектрограмм, с помощью которых можно определить варьирующие во времени флюктуации как интенсивности так и частоты. Принцип, лежащий в основе записи звуковой спектрограммы, схематически показан на рис 11.13,А. Интенсивность различных частот в любой момент времени обозначается плотностью записи (рис 11.13,Б). Более показательными в плане количественного обозначения интенсивности являются контурные графики, на которых увеличение интенсивности представляется в виде контуров со ступенями в 3 или 6 дБ (рис. 11,13, В. Г).
Преимущества этого метода описаны Winer и сотр. [31].
