Под влиянием мышечной работы изменение сердечной деятельности обычно происходит в два этапа. Первый из них — это период врабатывания, во время которого основные параметры кровообращения постепенно изменяются от величины покоя до величины, соответствующей данному уровню нагрузки. Длительность этого периода невелика (от 30 с до 2—2'/2 мин). Он в свою очередь подразделяется на периоды стартовой реакции и начальной стабилизации.
Второй этап — устойчивое состояние (з!еас1у 81а1е) — характеризуется установившимся режимом сердечной деятельности при данном уровне нагрузки.
Остановимся на изменениях основных показателей гемодинами-ки под влиянием физических нагрузок.
ЧАСТОТА СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
Частота сердечных сокращений (ЧСС) зависит от многих факторов, включая возраст, пол, положение тела, условия окружающей среды. Она выше в вертикальном положении по сравнению с горизонтальным (табл. 1), уменьшается с возрастом.
В среднем частота сердцебиений составляет около 65 в 1 мин, однако наблюдаются ее значительные колебания. У женщин этот показатель на 7—8 выше.
Частота сердцебиений подвержена суточным колебаниям. Во время сна она снижается на 2—7, а в течение 3 ч после приема пищи — возрастает, особенно, если пища богата белками, что связано с увеличением поступления крови к органам брюшной полости. Температура окружающей среды оказывает влияние на частоту сердечных сокращений, которая увеличивается в линейной зависимости от эффективной температуры.
У тренированных лиц частота сердечных сокращений в покое ниже, чем у нетренированных, и составляет около 50—55 в 1 мин.
По сравнению с положением лежа в положении сидя частота сердцебиений возрастает на 10 %, стоя — на 20—30 % (Н. Мопой, М. РоШег, 1973).
Физическая нагрузка приводит к увеличению частоты сердечных сокращений, необходимому для обеспечения возрастания ми-
Таблица I. Гемодинамика в покое и при нагрузке в зависимости от положения тела
Макси-
В покое Средняя нагрузка мальная
нагрузка
Показатели лежа на лежа на
спине стоя спине стоя стоя
Минутный объем сердца,
л/мин 5,6 5,1 19,0 17,0 26,0
Ударный объем сердца, мл 90 80 164 151 145
Частота сердечных сокраще-
ний, уд/мнн 60 65 116 113 135
Системное систолическое арте-
риальное давление, мм рт. ст. 120 130 165 175 215
Легочное систолическое арте-
риальное давление, мм рт. ст. 20 19 36 33 50
Артериовенозиая разница по
кислороду, мл/л 70 64 92 92 150
Общее периферическое сопро-
тивление, дин/с/см-5 И90 1270 485 555 415
Работа левого желудочка,
кг/мин 6,3 7,8 29,7 27,3 47,7
Потребление О2, мл/мин 250 280 1750 1350 3200
Гематокрит 44 44 48 48 52
Примечание. Таблица составлена К. Апйегзеп с соавторами (1971) по данным литературы. Исследования проводились у взрослых лип молодого возраста, ведущих сидячий образ жизни.
нутного объема сердца, причем существует ряд закономерностей, позволяющих использовать этот показатель как один из важнейших при проведении нагрузочных тестов.
Отмечается линейная зависимость между частотой сердечных сокращений и интенсивностью работы в пределах 50—90 % максимальной переносимости нагрузок (рис. 1). Хотя, конечно, имеются значительные индивидуальные различия, связанные с полом, возрастом, условиями окружающей среды и физической подготовленностью человека.
При легкой физической нагрузке первоначально частота сердечных сокращений значительно увеличивается, однако постепенно она снижается до уровня, который сохраняется в течение всего периода стабильной нагрузки. При более интенсивных и длительных нагрузках имеется тенденция к увеличению частоты сердечных сокращений, причем при максимальной работе она нарастает до предельно достижимой. Эта величина зависит от тренированности, возраста и других факторов. В возрасте 20 лет максимальная частота сердечных сокращений — около 200, а к 64 годам она снижается примерно до 160 (К. Апйегзеп с соавт., 1971) в связи с общим снижением биологических функций с возрастом.
Мощность мышечной работы определяет частоту сердечных сокращений, которая увеличивается в линейной зависимости от величины нагрузки. Обычно при уровне нагрузки 1000 кгм/мин часто-
10
та сердцебиений достигает 160—170 в 1 мин. С учетом того, что в покое частота сердцебиений равна 60— 70 уд/мин, ее повышение составляет приблизительно 1 уд/мин при возрастании мощности 10 кгм/мин (Н. Мопой, М. РоШег, 1973). По мере дальнейшего повышения нагрузки (более 1000 кгм/мин) сердечные сокращения ускоряются более умеренно, и постепенно они достигают максимальной величины—170—200 в 1 мин. Дальнейшее повышение нагрузки уже не сопровождается увеличением частоты сердечных сокращений.
Следует отметить, что работа сердца при очень большой частоте сокращений становится менее эффективной, так как значительно сокращается время наполнения желудочков и уменьшается ударный объем (А. Н. Крестовников, 1951; В. Л. Карпман, 1964). Тесты с возрастанием нагрузок до достижения максимальной частоты сердечных сокращений являются истощающими и в практических целях используются, пожалуй, лишь в спортивной медицне. По рекомендации ВОЗ, считаются допустимыми нагрузки, при которых частота сердечных сокращений достигает 170 в 1 мин, и этот предел обычно используется при определении переносимости физических нагрузок и функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем (Т. 5]бз1гапс1, 1954; О. ТогпуаП, 1963).
20 мал
Рис. 1. Влияние интенсивности физических нагрузок на частоту сердечных сокращений:
I — легкая нагрузка, II —средняя нагрузка, III—тяжелая нагрузка (по Ь. ВгоиЬа, 1960)
УДАРНЫЙ ОБЪЕМ СЕРДЦА
Ударный объем сердца (УОС) при переходе от состояния покоя к нагрузке быстро увеличивается и доходит до стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы длительностью 5—10 мин.
Проводя испытания на велоэргометре в положении сидя, Р. Аз1-гапс! с соавторами (1964) установил, что ударный объем достигал максимальной величины во время умеренных нагрузок при частоте сердечных сокращений около 110 в 1 мин, когда потребление кислорода составляло 40 % аэробной способности. По данным В. Л. Карпмана с соавторами (1973), при легкой работе происходит быстрый прирост ударного объема сердца (примерно 20 мл крови на каждые 100 кгм/мин нарастающей нагрузки), вплоть до величин, близких к индивидуальному максимуму. Максимальная величина ударного объема сердца наблюдалась при частоте сердечных сокращений 130 в 1 мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста ударного объема крови резко уменьшилась, и при мощности работы, превышающей 1000 кгм/мин, она состав-
11
I
Ǥ
Систатчвааш объем крови.
.Резервный аУъем кради
объем Покой.
Нагрузка [тах\/аг]
Рис. 2. Схема изменений объемных фракций диастолической емкости желудочка при физической нагрузке. Пояснения в тексте (по В. Л. Карпману с соавт., 1973)
ляла лишь 2—3 мл крови на каждые 100 кгм/мин увеличения нагрузки.
Если нагрузка длительна и интенсивность ее нарастает, то ударный объем уже больше не увеличивается (В. Веуедагй с соавт., 1960) или даже несколько уменьшается (см. табл. 1), и поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных сокращений.
Отмечается более низкий ударный объем у женщин по сравнению с мужчинами (соответственно 99 мл и 120 мл) во время нагрузки в положении лежа на спине (В. Веуе^агс!, 1963).
Сердечный выброс увеличивается главным образом за счет более полного опорожнения желудочков, т. е. путем использования резервного объема крови (5. К]е11Ьег& с соавт., 1949; Е. Азтиззеп и М. №е1зеп, 1955; В. В. Парин и Ф. 3. Меерсон, 1965, и др.). Схема, объясняющая механизм адаптации сердечного выброса и возрастающей физической нагрузки, приведена на рис. 2.
В состоянии покоя объем крови, содержащийся в желудочке во время диастолы, В. Л. Карпман с соавторами (1973) условно разделяет на три основные части: 1) систолический, или ударный, объем, 2) резервный, увеличивающий ударный объем при усилении сократительной функции миокарда, и 3) остаточный объем крови, который не может быть выброшен из желудочка даже при максимальной сократимости миокарда. В условиях легкой нагрузки ударный объем сердца быстро возрастает за счет использования резервного объема крови. По мере усиления нагрузки возможности использования резервного объема крови уменьшаются и прирост ударного объема значительно замедляется. С дальнейшим возрастанием мощности работы, когда полностью исчерпан резервный объем крови, ударный объем прекращает увеличиваться, а если нагрузки превышают максимальное потребление кислорода (аэроб-
12
ную способность), он уменьшается за счет снижения эффективности наполнения сердца при большой частоте сердечных сокращений.
МИНУТНЫЙ ОБЪЕМ СЕРДЦА
Минутный объем сердца (МОС) определяется ударным объемом сердца и частотой сердечных сокращений. Он зависит от положения тела, пола, возраста, условий внешней среды.
Во время физической нагрузки средней интенсивности в положении сидя и стоя минутный объем сердца примерно на 2 л/мин меньше, чем при выполнении той же нагрузки в положении лежа (см. табл. 1). Обусловлено это тенденцией к скоплению крови в сосудах нижних конечностей из-за действия силы притяжения.
Поскольку потребность в кислороде в обоих случаях одинакова, меньшая величина минутного объема сердца в вертикальном положении компенсируется повышением утилизации кислорода. При тяжелых физических нагрузках колебания минутного объема сердца, обусловленные разным положением тела, исчезают {К. МагсЬаИ, Л. ЗперЬегй, 1972).
В возрастании минутного объема кровообращения при физической нагрузке важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Первое же сокращение активных мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды (в основном вены) системного сосудистого русла (печень, селезенка и др.) также действуют как часть общей резервуарной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови (Л. ЗЬерпегс!, 1966). Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и быстрому заполнению сердца (К. МагсЬаИ, Л. 5ЬерЬегс1, 1972).
Рефлекторное увеличение напряжения стенок венозных сосудов мышц сохраняется в течение всего периода нагрузки и пропорционально степени ее тяжести, причем происходит оно на фоне расширения артериол в работающих мышцах (В. Веуе^агй и Л. ЗперЬега, 1965).
В течение первых нескольких минут ритмичной работы минутный объем сердца постепенно увеличивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После прекращения нагрузки минутный объем сердца уменьшается постепенно.
До сих пор окончательно не решен вопрос о роли частоты сердцебиений и ударного объема в возрастании минутного объема сердца при физических нагрузках. I. Непйегзоп с соавторами (1927), К. ЕизЬтег и Т. Шез1 (1957) придают ведущее значение частоте сердечных сокращений. В то же время В. МШег с соавторами (1962), Л. Зпуёег и Е. №оос! (1962), Н. Шагпег и А. ТогопЬ (1960) отмечают, что когда выключается механизм, увеличивающий частоту сердечных сокращений, для увеличения минутного
13
Нагрузка \легкая^ средняя , тяжелая\
объема сердца в соответствии с потребностями организма достаточно повышения ударного объема. А. Оиу1оп (1969) отмечает важную роль каждого из этих двух факторов в возрастании минутного объема сердца во время физических нагрузок.
Наблюдения показывают (В. Л. Карпман с соавт., 1973; Ь. Вгоипа и Е. КасНГогс!, 1960, и др.), что лишь при легких физических нагрузках увеличение минутного объема кровообращения происходит за счет увеличения ударного объема сердца и частоты сердечных сокращений. При тяжелых нагрузках оно обеспечивается главным образом за счет увеличения частоты сердечных сокращений (рис. 3).
Уменьшение максимального минутного объема кровообращения и максимального потребления кислорода по мере старения связано с возрастным снижением
частоты сердечных сокращений (Н. Уа1еп1ш с соавт., 1955 и др.). Максимальный минутный объем сердца зависит и от вида физической нагрузки. При максимальных по трудности упражнениях для рук минутный объем сердца составляет лишь 80 % от значений, получаемых при максимальной работе ногами в положении сидя (>!. 51епс1Ьегд с соавт., 1967).
КРОВЯНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Системное артериальное давление (АД) при переходе от состояния покоя к физической нагрузке повышается. Начальный период повышения систолического артериального давления при ритмичной работе длится 1—2 мин, после чего оно устанавливается на стабильном уровне, который зависит от интенсивности нагрузки. После прекращения работы, особенно внезапного, систолическое артериальное давление в течение 5—10 с падает до более низкого уровня, чем исходный, а затем постепенно возрастает до величины, несколько превышающей исходную. Диастолическое артериальное давление остается без существенных изменений и несколько повышается лишь при тяжелой физической нагрузке, в результате чего значительно возрастает пульсовое давление.
У пожилых людей систолическое артериальное давление из-за нарушения эластичности артерий имеет тенденцию к повышению.
1 2. 3л/мин Потребление кислорода
Рис. 3. Роль ударного объема и частоты сердечных сокращений в увеличении минутного объема сердца при физической нагрузке разной_ интенсивности (по Ь. Вгоипа и Е. 1960)
14
Во время физической нагрузки оно также возрастает в оольшеи степени, чем у молодых (К. Кбгп§ с соавт., 1962).
Отмечаются регионарные особенности повышения артериального давления при работе различных мышечных групп (В. В. Васильева, 1966; Р. Азиата1, 1965). При работе ногами артериальное давление в верхних конечностях повышается более интенсивно, а при работе руками, наоборот, давление относительно больше возрастает в отдыхающих нижних конечностях. Механизм этих изменений не совсем ясен. Возможно, это обусловлено уменьшением давления на стенку сосуда в результате увеличения линейной скорости кровотока в работающих мышцах (Н. А. Степочкина, 1966).
Давление в легочной артерии при физических нагрузках средней интенсивности существенно не повышается, так как сосуды малого круга кровообращения очень эластичны. Они обладают большими резервными возможностями и выдерживают многократное возрастание минутного объема кровообращения без значительного повышения давления. Систолическое и среднее легочно-арте-риальное давление существенно повышаются только при тяжелых физических нагрузках (В. Веуег^агс! с соавт., 1960). При этом увеличение скорости кровотока до 20 л/мин и более сопровождается возникновением градиента систолического давления на клапане легочной артерии порядка 2,7 кПа (20 мм рт. ст.).
Центральное венозное давление при мышечной работе возрастает (Р. Сегге1е1Н с соавт., 1964). В условиях умеренной физической нагрузки это возрастание пропорционально росту потребления кислорода, однако дальнейшее увеличение нагрузок проходит при постоянно повышенном центральном венозном давлении (В. Л. Карпман, 1968).
СОСУДИСТОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Под влиянием физических нагрузок существенно изменяется сосудистое сопротивление. Увеличение мышечной активности приводит к усилению кровотока через сокращающиеся мышцы, причем местный кровоток увеличивается в 12—15 раз по сравнению с нормой (А. <3иу1оп с соавт., 1962;-XV. ЗЫпзЬу, 1962). Одним из важнейших факторов, способствующих усилению кровотока при мышечной работе, является резкое уменьшение сопротивления в сосудах мышц, что приводит к значительному снижению общего периферического сопротивления (см. табл. 1). Это снижение сопротивления начинается через 5—10 с от начала сокращения мышц и достигает максимума через 1 мин или спустя более длительный срок (А. С-иу1оп, 1969).
Высказываются предположения, что такое снижение сопротивления в сосудах работающих мышц связано с накоплением в них различных продуктов^метаболизма (О. Апгер с соавт., 1944, и др.), рефлекторным расширением сосудов (В. РоШош, 1956), однако эти взгляды убедительных подтверждений не получили, и приведенные факты нельзя рассматривать как ведущие. Большинство исследова-
15
телей считают, что расширение мышечных сосудов обусловлено в первую очередь недостатком кислорода в клетках стенки сосудов работающих мышц (В. Сга^Гоге! с соавт., 1959; Ь. Козз с соавт., 1962). Как подчеркивает А. Оиу1оп (1969), мышечные волокна во время работы поглощают кислород так быстро, что «побеждают в соревновании за кислород» стенки сосудов, которые оказываются в условиях относительного кислородного голодания.
Так как сосуды малого круга кровообращения очень эластичны, сопротивление в них невелико и при физической нагрузке оно существенно не меняется.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29