5. Основные этапы развития сердца.
К концу 3-й недели перенатального развития в мезенхиме задней части головного конца зародыша под глоткой появляются две продольные трубки. Они сближаются и сливаются друг с другом, образуя эндокард, из наружного слоя, эпимиокарда, возникающего из мезодермы, позднее развиваются миокард и эпикард. Сердечная закладка окруженаперикардиальной полостью, образовавшейся при разделении целома зародыша. Вначале сердечная трубка связана с кишечником дорсальным мезокардием, который затем исчезает. Передний конец сердца связан с ветвями аорты, а задний – с желточными венами. Зачаток сердца уже сокращается и проталкивает кровь благодаря наличию в его задней части специальных клеток водителей ритма. На более поздних стадиях они сформируют синусно-предсердный узел.
Растет сердечная трубка неравномерно, быстрее окружающих тканей и органов, вследствие чего изгибается и в ней возникают разграниченные клапанами предсердие и желудочек (стадия двукамерного сердца). Желудочек переходит в короткую брюшную аорту. Предсердие к концу первого, а желудочек к концу второго месяца внутриутробного развития разделяются продольными перегородками на правые и левые полости, но в межпредсердной перегородке остается овальное отверстие, через которое одно предсердие сообщается с другим вплоть до рождения. По мере роста предсердий венозный синус включается в состав правого предсердия.
Образование межжелудочковой перегородки начинается от верхушки сердца. Она растет вверх, где встречается с перегородкой предсердий. Таким образом происходит разделение сердца на правую (венозную) и левую (артериальную) половины. Одновременно с ростом перегородок образуются предсердно-желудочковые клапаны. В артериальном конусе возникает продольная перегородка, являющаяся продолжением межпредсердной перегородки. В результате происходит разделение аорты и легочного ствола. На их границе с артериальными конусами желудочков возникают полулунные клапаны.
Так как легкие плода не развиты, большая часть крови, выходящая из правого желудочка в легочный ствол по артериальному (боталлову) протоку переходит в аорту. В легкие попадает незначительный объем крови, обеспечивающий их развитие. Кроме того, наличие подобной системы позволяет полноценно развиваться правому желудочку. Несмотря на наличие межпредсердного отверстия, полного смешения крови в сердце не происходит. В то же время боталлов проток впадает в нисходящую часть дуги аорты. Сосуды, отходящие от дуги аорты к голове и верхним конечностям, несут кровь, обогащенную кислородом. Ниже места впадения артериального протока кровь становится смешанной.
Сердце 10-недельного зародыша очень велико и составляет примерно 10% массы его тела. По мере роста плода относительный вес сердца постепенно падает, но и у новорожденного он все еще больше (0,8%), чем у взрослого человека (0,5%). В течение первых месяцев внутриутробного развития сердце передвигается с места своей первоначальной закладки – области шеи – в грудную полость.
6. Особенности кровообращения плода и его изменения после рождения.
Все, что необходимо для развития , плод получает из крови матери. Кровь по маточной артерии проникает в плаценту. Из плаценты артериальная кровь поступает в пупочную вену, v . umbilicalis , плода, которая направляется к нижнему краю печени, ложится в борозду пупочной вены и на уровне ворот печени делится на две ветви. Первая ветвь впадает в воротную вену, а вторая ветвь - венозный проток, ductus uenosus , - в одну из печеночных или в нижнюю полую вену. Далее через печеночные вены кровь поступает в нижнюю полую вену, где смешивается с венозной кровью, оттекающей от нижней части туловища плода. По нижней полой вене смешанная кровь попадает в правое предсердие, а из него через овальное отверстие межпредсердной перегородки - в левое предсердие. Из левого предсердия кровь попадает в левый желудочек, а затем по аорте и отходящим от нее артериям направляется к органам и тканям тела плода.
Венозная кровь от верхней части тела плода поступает в правое предсердие по верхней полой вене. Через правое предсердно-желудочковое отверстие эта кровь проходит в правый желудочек, из него в легочный ствол, а далее течет по крупному артериальному протоку, ductus arteriosus , непосредственно в аорту. В аорте к смешанной крови, поступившей из левого желудочка, прибавляются новые порции венозной крови. Эта смешанная кровь оттекает по ветвям аорты ко всем органам и стенкам тела плода.
Обогащение крови плода кислородом и питательными веществами происходит в плаценте, куда смешанная кровь из аорты следует через внутренние подвздошные артерии, а далее по ее ветвям - парной пупочной артерии, a . umbilicalis, - в плаценту.
После рождения в сосудистой системе новорожденного происходят существенные изменения: осуществляется резкий переход от плацентарного кровообращения к легочному. Начинают функционировать легкие, легочные артерии и вены. Перевязанные после рождения пупочные сосуды запустевают: ствол пупочной вены превращается в круглую связку печени, а пупочные артерии - в правую и левую латеральные пупочные связки; просвет артерий сохраняется только в начальном их отделе. Эти пупочные связки располагаются на задней поверхности передней стенки живота. Венозный проток превращается в венозную связку, а артериальный проток, который у плода соединял легочный ствол с вогнутой частью дуги аорты, становится артериальной связкой, соединяющей легочный ствол (или левую легочную артерию) с дугой аорты.
Выбрасывает в сосуды определенное количество крови. В этом основная функция сердца . Поэтому одним из показателей функционального состояния сердца является величина минутного и ударного (систолического) объемов. Исследование величины минутного объема имеет практическое значение и применяется в физиологии спорта, клинической медицине и профессиональной гигиене.
Количество крови, выбрасываемое сердцем за минуту, называют минутным объемом крови (МОК). Количество крови, которое выбрасывает сердце за одно сокращение, называют ударным (систолическим) объемом крови (УОК).
Минутный объем крови у человека в состоянии относительного покоя равен 4,5-5 л. Он одинаков для правого и левого желудочков. Ударный объем крови можно легко рассчитать, разделив МОК на число сердечных сокращений.
Большое значение в изменении величины минутного и ударного объемов крови имеет тренировка. При выполнении одной и той же работы у тренированного человека значительно возрастает величина систолического и минутного объемов сердца при незначительном увеличении числа сердечных сокращений; у нетренированного человека, наоборот, значительно увеличивается частота сердечных сокращений и почти не изменяется систолический объем крови.
УОК увеличивается при повышении притока крови к сердцу. С увеличением систолического объема растет и МОК.
Ударный объем сердца
Важную характеристику насосной функции сердца дает ударный объем, называемый также систолическим объемом.
Ударный объем (УО) — количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в артериальную систему за одну систолу (иногда используется название систолический выброс ).
Поскольку большой и малый соединены последовательно, то в устоявшемся режиме гемодинамики ударные объемы левого и правого желудочков обычно равны. Лишь на короткое время в период резкого изменения работы сердца и гемодинамики между ними может возникать небольшое различие. Величина УО взрослого человека в покое составляет 55-90 мл, а при физической нагрузке может возрастать до 120 мл (у спортсменов до 200 мл).
Формула Старра (систолический объем) :
СО = 90,97 + 0,54 . ПД — 0,57 . ДД — 0,61 . В,
где СО — систолический объем, мл; ПД — пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД — диастолическое давление, мм рт. ст.; В — возраст, годы.
В норме СО в покое — 70-80 мл, а при нагрузке — 140- 170 мл.
Конечный диастолический объем
Конечно-диастолический объем (КДО) — это количество крови, находящееся в желудочке в конце диастолы (в покое около 130-150 мл, но в зависимости от пола, возраста может колебаться в пределах 90-150 мл). Он формируется тремя объемами крови: оставшейся в желудочке после предыдущей систолы, притекшей из венозной системы во время общей диастолы и перекачанной в желудочек во время систолы предсердий.
Таблица. Конечно-диастолический объем крови и её составные части
Конечный систолический объем
Конечно-систолический объем (КСО) — это количество крови, остающееся в желудочке сразу после . В покое он составляет менее 50%, от величины конечно-диастолического объема или 50-60 мл. Часть этого объема крови является резервным объемом, который может изгоняться при увеличении силы сердечных сокращений (например, при физической нагрузке, увеличении тонуса центров симпатической нервной системы, действии на сердце адреналина, тиреоидных гормонов).
Ряд количественных показателей, измеряемых в настоящее время при УЗИ или при зондировании полостей сердца, используют для оценки сократимости сердечной мышцы. К ним относят показатели фракции выброса, скорости изгнания крови в фазу быстрого изгнания, скорость прироста давления в желудочке в период напряжения (измеряется при зондировании желудочка) и ряд сердечных индексов.
Фракция выброса (ФВ) — выраженное в процентах отношение ударного объема к конечно-диастолическому объему желудочка. Фракция выброса у здорового человека в покое составляет 50-75%, а при физической нагрузке может достигать 80%.
Скорость изгнания крови измеряется методом Допплера при УЗИ сердца.
Скорость прироста давления в полостях желудочков считается одним из наиболее достоверных показателей сократимости миокарда. Для левого желудочка величина этого показа- геля в норме составляет 2000-2500 мм рт. ст./с.
Снижение фракции выброса ниже 50%, снижение скорости изгнания крови, скорости прироста давления свидетельствуют о понижении сократимости миокарда и возможности развития недостаточности насосной функции сердца.
Минутный объем кровотока
Минутный объем кровотока (МОК) — показатель насосной функции сердца, равный объему крови, изгоняемой желудочком в сосудистую систему за 1 минуту (применяется также название минутный выброс ).
МОК = УО. ЧСС.
Поскольку УО и ЧСС левого и правого желудочка равны, то их МОК также одинаков. Таким образом, через малый и большой круги кровообращения за один и гот же промежуток времени протекает одинаковый объем крови. В покос МОК равен 4-6 л, при физической нагрузке он может достигать 20- 25 л, а у спортсменов — 30 л и более.
Методы определения минутного объема кровообращенияПрямые методы : катетеризация полостей сердца с введением датчиков — флоуметров.
Непрямые методы :
- Метод Фика:
где МОК — минутный объем кровообращения, мл/мин; VO 2 — потребление кислорода за 1 мин, мл/мин; СaO 2 — содержание кислорода в 100 мл артериальной крови; CvO 2 — содержание кислорода в 100 мл венозной крови
- Метод разведения индикаторов:
где J — количество введенного вещества, мг; С — средняя концентрация вещества, вычисленная по кривой разведения, мг/л; Т-длительность первой волны циркуляции, с
- Ультразвуковая флоуметрия
- Тетраполярная грудная реография
Сердечный индекс
Сердечный индекс (СИ) — отношение минутного объема кровотока к площади поверхности тела (S):
СИ = МОК / S (л/мин/м 2).
где МОК — минутный объем кровообращения, л/мин; S — площадь поверхности тела, м 2 .
В норме СИ = 3-4 л/мин/м 2 .
Благодаря работе сердца обеспечивается движение крови по системе кровеносных сосудов. Даже в условиях жизнедеятельности без физических нагрузок за сутки сердце перекачивает до 10 т крови. Полезная работа сердца затрачивается на создание давления крови и придание ей ускорения.
На придание ускорения порциям выбрасываемой крови желудочки тратят около 1% от общей работы и энергетических затрат сердца. Поэтому при расчетах этой величиной можно пренебречь. Почти вся полезная работа сердца затрачивается на создание давления — движущей силы кровотока. Работа (А), выполняемая левым желудочком сердца за время одного сердечного цикла, равна произведению среднего давления (Р) в аорте на ударный объем (УО):
В покое за одну систолу левый желудочек совершает работу около 1 Н/м (1 Н = 0,1 кг), а правый желудочек приблизительно в 7 раз меньшую. Это обусловлено низким сопротивлением сосудов малого круга кровообращения, в результате чего кровоток в легочных сосудах обеспечивается при среднем давлении 13-15 мм рт. ст., в то время как в большом круге кровообращения среднее давление составляет 80-100 мм рт. ст. Таким образом, левому желудочку для изгнания УО крови необходимо затрачивать приблизительно в 7 раз большую работу, чем правому. Это и обусловливает развитие большей мышечной массы левого желудочка, по сравнению с правым.
Выполнение работы требует энергетических затрат. Они идут не только на обеспечение полезной работы, но и на поддержание основных жизненных процессов, транспорт ионов, обновление клеточных структур, синтез органических веществ. Коэффициент полезного действия сердечной мышцы находится в пределах 15-40%.
Энергия АТФ, необходимая для жизнедеятельности сердца, получается преимущественно в ходе окислительного фосфорилирования, осуществляемого с обязательным потреблением кислорода. При этом в митохондриях кардиомиоцитов могут окисляться разнообразные вещества: глюкоза, свободные жирные кислоты, аминокислоты, молочная кислота, кетоновые тела. В этом отношении миокард (в отличие от нервной ткани, использующей для получения энергии глюкозу) является «всеядным органом». На обеспечение энергетических потребностей сердца в условиях покоя в 1 мин требуется 24- 30 мл кислорода, что составляет около 10% от общего потребления кислорода организмом взрослого человека за то же время. Из протекающей по капиллярам сердца крови извлекается до 80% кислорода. В других органах этот показатель гораздо меньше. Доставка кислорода является наиболее слабым звеном в механизмах, обеспечивающих снабжение сердца энергией. Это связано с особенностями сердечного кровотока. Недостаточность доставки кислорода к миокарду, связанная с нарушением коронарного кровотока, является самой распространенной патологией, приводящей к развитию инфаркта миокарда.
Фракция выброса
Фракция выброса = СО / КДО
где СО — систолический объем, мл; КДО — конечный диастолический объем, мл.
Фракция выброса в покое составляет 50-60 %.
Скорость кровотока
Согласно законам гидродинамики количество жидкости (Q), протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Р 1) и в конце (Р 2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости:
Q = (P 1 -P 2)/R.
Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь в виду, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:
Q = P/R,
гдеQ - количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина среднего давления в аорте; R — величина сосудистого сопротивления.
Из этого уравнения следует, что Р = Q*R, т.е. давление (Р) в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту (Q), и величине периферического сопротивления (R). Давление в аорте (Р) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление — важнейший показатель состояния сосудистой системы.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой определяется по формуле Пуазейля:
гдеL — длина трубки; η — вязкость протекающей в ней жидкости; Π — отношение окружности к диаметру; r — радиус трубки.
Разность кровяного давления, определяющая скорость движения крови по сосудам, у человека велика. У взрослого человека максимальное давление в аорте составляет 150 мм рт. ст., а в крупных артериях — 120-130 мм рт. ст. В более мелких артериях кровь встречает большее сопротивление и давление здесь значительно падает — до 60-80 мм. рт ст. Самое резкое уменьшение давления отмечается в артериолах и капиллярах: в артериолах оно составляет 20-40 мм рт. ст., а в капиллярах — 15-25 мм рт. ст. В венах давление уменьшается до 3-8 мм рт. ст., в полых венах давление отрицательное: -2-4 мм рт. ст., т.е. на 2-4 мм рт. ст. ниже атмосферного. Это связано с изменением давления в грудной полости. Во время вдоха, когда давление в грудной полости значительно уменьшается, снижается и кровяное давление в полых венах.
Из приведенных данных видно, что кровяное давление в разных участках кровяного русла неодинаково, и оно уменьшается от артериального конца сосудистой системы к венозному. В крупных и средних артериях оно уменьшается незначительно, приблизительно на 10%, а в артериолах и капиллярах — на 85%. Это свидетельствует о том, что 10% энергии, развиваемой сердцем при сокращении, расходуется на продвижение крови в крупных артериях, а 85% — на ее продвижение по артериолам и капиллярам (рис. 1).
Рис. 1. Изменение давления, сопротивления и просвета сосудов на различных участках сосудистой системы
Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему артерий и артериол называют сосудами сопротивления или резистивными сосудами.
Артериолы представляют собой сосуды малого диаметра — 15-70 мкм. Стенка их содержит толстый слой циркулярно расположенных гладких мышечных клеток, при сокращении которых просвет сосуда может значительно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол, что затрудняет отток крови из артерий, и давление в них повышается.
Падение тонуса артериол увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериального давления (АД). Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосудистой системы обладают именно артериолы, поэтому изменение их просвета является главным регулятором уровня общего артериального давления. Артериолы — «краны кровеносной системы». Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответствующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие — резко ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.
Таким образом, артериолы играют двоякую роль:
- участвуют в поддержании необходимого организму уровня общего артериального давления;
- участвуют в регуляции величины местного кровотока через тот или иной орган или ткань.
Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем активности органа.
В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает повышение притока крови. Чтобы общее АД при этом не снизилось в других (неработающих) органах, тонус артериол повышается. Суммарная величина общего периферического сопротивления и общий уровень АД остаются примерно постоянными, несмотря на непрерывное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.
Объемная и линейная скорость движения крови
Объемной скоростью движения крови называют количество крови, протекающей в единицу времени через сумму поперечных сечений сосудов данного участка сосудистого русла. Через аорту, легочные артерии, полые вены и капилляры за одну минуту протекает одинаковый объем крови. Поэтому к сердцу всегда возвращается такое же количество крови, какое было им выброшено в сосуды во время систолы.
Объемная скорость в различных органах может изменяться в зависимости от работы органа и величины ею сосудистой сети. В работающем органе может увеличиваться просвет сосудов и вместе с ним — объемная скорость движения крови.
Линейной скоростью движения крови называют путь, пройденный кровью за единицу времени. Линейная скорость (V) отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда:
Ее величина зависит от просвета сосудов: линейная скорость обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосуда. Чем шире суммарный просвет сосудов, тем медленнее движение крови, а чем он уже, тем больше скорость движения крови (рис. 2). По мере разветвления артерий скорость движения в них уменьшается, так как суммарный просвет ветвей сосудов больше, чем просвет исходного ствола. У взрослого человека просвет аорты составляет приблизительно 8 см 2 , а сумма просветов капилляров в 500-1000 раз больше — 4000-8000 см 2 . Следовательно, линейная скорость движения крови в аорте в 500-1000 раз больше, чем в 500 мм/с, а в капиллярах — только 0,5 мм/с.
Рис. 2. Знамения АД (А) и линейной скорости кровотока (Б) в различных участках сосудистой системы
Ритм сердца и факторы, влияющие на него. Ритм сердца, т. е. количество сокращений в 1 мин, зависит главным образом от функционального состояния блуждающих и симпатических нервов. При возбуждении симпатических нервов частота сердечных сокращений возрастает. Это явление носит название тахикардии. При возбуждении блуждающих нервов частота сердечных сокращений уменьшается - брадикардии. Ритм сердца может изменяться под влиянием гуморальных воздействий, в частности температуры крови, притекающей к сердцу. Местное раздражение теплом области правого предсердия (локализация ведущего узла) ведет к учащению ритма сердца при охлаждении этой области сердца наблюдается противоположный эффект. Местное раздражение теплом или холодом других участков сердца не отражается на частоте сердечных сокращений. Однако оно может изменить скорость проведения возбуждений по проводящей системе сердца и отразиться на силе сердёчных сокращений.
Частота сердечных сокращений у здорового человека находится в зависимости от возраста.
Что же является показателями сердечной деятельности?
Показатели сердечной деятельности. Показателями работы сердца являются систолический и минутный объем сердца.
Систолический, или ударный, объем сердца – тот объем крови, который поступает из желудочка за одну систолу. Величина систолического объема зависит от размеров сердца, состояния миокарда и организма. У взрослого здорового человека при относительном покое систолический объем каждого желудочка составляет приблизительно 70-80 мл. Таким образом, при сокращении желудочков в артериальную систему поступает 120-160 мл крови.
Минутный объем сердца – это количество крови, которое сердце выбрасывает в легочный ствол и аорту за 1 мин. Минутный объем сердца - это произведение величины систолического объема на частоту сердечных сокращений в 1 мин. В среднем минутный объем составляет 3-5 л. Систолический и минутный объем сердца характеризует деятельность всего аппарата кровообращения.
Оценка функционального состояния организма с учетом уровня их двигательной активности
Известно, что существует этапность в становлении механизмов регуляции сердечнососудистой системы, которая проявляется в характере ее реакции на одно и то же воздействие в разных периодах постнатального развития (Фролькис В. В., 1975). В связи с этим, в динамике особенности показателей вегетативной регуляции СР у лиц младшего и среднего школьного возраста в сформированных группах с разным уровнем двигательной активности. Особенности изменения регуляции СР при разном уровне двигательной активности преимущественно обусловлены не возрастом школьника, а тонусом ВНС. Это согласовывалось с представлением о том, что исходный вегетативный тонус является одной из одной из важных характеристик, определяющих тип реагирования (Казначеев В. П., 1980). В силу этого, особенности изменения параметров СР в группах у школьников разного возраста, были связаны в основном с тем, что в старшем школьном возрасте среди лиц с несвойственной для них регуляцией преобладают лица с симпатикотонией, а в младшем школьном возрасте – с ваготонией.
Поскольку изменения регуляции СР имеют общую динамику для лиц с одинаковым тонусом ВНС не зависимо от их возраста, то, следовательно, если учитывать исходный тонус ВНС при анализе реагирования организма на двигательную деятельность, нет необходимости для выделения возрастных групп. Поэтому для анализа изменений ФС организма у школьников в каждой из групп с разной двигательной активностью было выделено три подгруппы лиц с разным исходным тонусом ВНС – эйтоники, симпатотоники и ваготоники.
В группе 1 (с меньшей нагрузкой) выяснилось, что у лиц с эйтонией отсутствовали достоверные изменения ФС. При этом у 39% лиц с эйтонией оно характеризовалось удовлетворительной адаптацией, у 33% - напряжением механизмов адаптации и у 28% - неудовлетворительной адаптацией.
Можно предположить, что мышечная нагрузка в этой группе не оказала влияние на лиц с эйтонией вследствие своей незначительности. Однако следует отметить, что по литературным данным (Искакова З. Б., 1991; Антропова М. В. и др., 1997), к концу учебного года у школьников развивается напряжение систем регуляции, а поскольку завершение наших исследований произошло в середине второй половины учебного года, то можно говорить о нивелировании данного напряжения за счет двигательной активности. Это свидетельствовало о стабилизирующем влиянии двигательной активности на характеристики вегетативной регуляции.
У большинства лиц с симпатикотонией (73%) ФС организма достоверно улучшилось и стало характеризоваться удовлетворительной адаптацией. Тоже наблюдалось у 50% лиц с ваготонией. Однако у 30% лиц с ваготонией сохранилось ФС, характеризовавшееся напряжением механизмов адаптации, и у 20% - неудовлетворительной адаптацией.
Проведенный анализ показал, что в группе 1 (с меньшей нагрузкой) значительно изменилось по сравнению с началом исследования соотношение лиц с разным ФС. Существенно увеличилась доля лиц с удовлетворительной адаптацией, и значительно сократилось число лиц с напряжением механизмов адаптации и неудовлетворительной адаптацией. Наблюдаемая динамика ФС в группе с низкой мышечной нагрузкой, по-видимому, была связана не с тренировочным эффектом, а с развитием в организме благоприятных неспецифических адаптационных реакций. Это согласуется с исследованиями ряда авторов (Гаркави Л. Х., Квакина Е. Б, Уколова М. А., 1990; Ульянов В. И., 1995; Fleshner M., 1999).
В результате особенностями ФС организма в группе 2 (с большей нагрузкой) выяснилось, что достоверные изменения ФС произошли только у лиц с эйтонией. Количество эйтоников с удовлетворительной адаптацией увеличилось с 30% до 70%. Полностью исчезли лица, характеризующиеся неудовлетворительной адаптацией.
Среди лиц с симпатикотонией и ваготонией достоверных изменений ФС не произошло. При этом у большинства лиц (74%) с симпатикотонией сохранилось ФС, характеризующееся напряжением механизмов адаптации. Выборка лиц с ваготонией состояли из трех, близких по размерам, частей: лица с удовлетворительной адаптацией - 31%, с напряжением механизмов адаптации – 29%, с неудовлетворительной адаптацией – 40%.
Отсутствие улучшения ФС у лиц с ваготонией и симпатикотонией в группе 2 (с большей нагрузкой) указывало на то, что для них требуется более тщательное планирование двигательной активности в зависимости от ФС организма.
Таким образом, это свидетельствует о том, что формирование адаптивных реакций существенно зависело от индивидуальных особенностей вегетативной регуляции и объема мышечной нагрузки. Так в группе с меньшими нагрузками формирование адаптивных реакций в меньшей степени зависело от характера дифференцированности типа вегетативной регуляции. В то же время в группе с большей нагрузкой удовлетворительная адаптация формировалась только у лиц с достаточно пластичной вегетативной регуляцией, а у лиц с жестко определенным типом регуляции адаптивные изменения наблюдались в значительно меньшей степени.
Полученные результаты развивают представление о формировании механизмов вегетативной регуляции сердечного ритма в онтогенезе и могут быть использованы для оценки адекватности различных видов воздействия индивидуальным адаптационным возможностям организма.
Нарушения сердечного ритма
Нарушения сердечного ритма – это очень сложный раздел кардиологии. Сердце человека работает всю жизнь. Оно сокращается и расслабляется от 50 до 150 раз в минуту. В фазу систолы сердце сокращается, обеспечивая ток крови и доставку кислорода и питательных веществ по всему организму. В фазу диастолы оно отдыхает. Поэтому очень важно, чтобы сердце сокращалось через одинаковые промежутки времени. Если укорачивается период систолы, сердце не успевает полноценно обеспечить организм движением крови и кислородом. Если сокращается период диастолы – сердце не успевает отдохнуть. Нарушение сердечного ритма - это нарушение частоты, ритмичности и последовательности сокращений сердечной мышцы. Сердечная мышца – миокард состоит из мышечных волокон. Различают два вида этих волокон: рабочий миокард или сократительный, обеспечивающий сокращение проводящий миокард создающий импульс к сокращению рабочего миокарда и обеспечивающий проведение этого импульса. Сокращения сердечной мышцы обеспечиваются электрическими импульсами, возникающими в синоаурикулярном или синусовом узле, который находится в правом предсердии. Затем электрические импульсы распространяются по проводящим волокнам предсердий к атриовентрикулярному узлу, расположенному в нижней части правого предсердия. Из атриовентрикулярного узла начинается пучок Гиса. Он идет в межжелудочковой перегородке и делится на две ветви – правую и левую ножки пучка Гиса. Ножки пучка Гиса в свою очередь делятся на мелкие волокна – волокна Пуркинье по которым электрический импульс достигает мышечных волокон. Мышечные волокна сокращаются под действием электрического импульса в систолу и расслабляются при его отсутствии в диастолу. Частота нормального (синусового) ритма сокращения около от 50 сокращений во время сна, в покое, до 150-160 при физической и психоэмоциональной нагрузке, при воздействии высоких температур.
Регулирующее влияние на активность синусового узла оказывают эндокринная система, посредством содержащихся в крови гормонов и вегетативная нервная система – ее симпатический и парасимпатический отделы. Электрический импульс в синусовом узле возникает благодаря разнице концентраций электролитов внутри и вне клетки и их перемещению через клеточную мембрану. Основные участники этого процесса – калий, кальций, хлор и в меньшей степени натрий. Причины нарушений сердечного ритма изучены не полностью. Считается, что основными двумя причинами служат изменения нервной и эндокринной регуляции или функциональные нарушения, и аномалии развития сердца, его анатомической структуры – органические нарушения. Часто это бывают комбинации этих основных причин. Увеличение частоты сердечных сокращений более 100 в минуту называется синусовой тахикардией. Сокращения мышцы сердца при этом полноценные и сердечные комплексы на электрокардиограмме не изменяются, просто регистрируется учащенный ритм. Это может быть реакция здорового человека на стресс или физическую нагрузку, но может быть и симптомом сердечной недостаточности, различных отравлений, заболеваний щитовидной железы. Урежение частоты сердечных сокращений реже 60 в минуту называется синусовой брадикардией. Сердечные комплексы на ЭКГ также не изменяются. Такое состояние может возникнуть у хорошо тренированных физически людей (спортсменов). Брадикардией сопровождаются также заболевания щитовидной железы, опухоли мозга, отравления грибами, переохлаждение и т.д. Нарушения проводимости и ритма сердца – это очень частые осложнения сердечнососудистых заболеваний. Чаще всего из нарушений сердечного ритма встречаются:
Экстрасистолия (внеочередное сокращение)
Мерцательная аритмия (полностью неправильный ритм)
Пароксизмальная тахикардия (резкое учащение сердечного ритма от 150 до 200 ударов в минуту).
Классификация нарушений ритма очень сложная. Аритмии и блокады могут возникать в любом месте проводящей системы сердца. От места возникновения аритмий или блокад зависит и их вид.
Экстрасистолии или мерцательные аритмии ощущаются пациентом как сердцебиения, сердце бьется чаще обычного или появляются перебои в сердце.
Если же пациент ощущает замирание, остановку сердца и при этом у него бывают головокружения и потери сознания, вероятнее всего у пациента блокада сердечного ритма или брадикардия (урежение пульса). При обнаружении у пациента какого-либо нарушения сердечного ритма необходимо провести полное обследование для уточнения причины возникновения аритмии. Основным методом диагностики нарушений сердечного ритма служит электрокардиограмма. ЭКГ помогает определить вид аритмии. Но некоторые аритмии возникают эпизодически. Поэтому для их диагностики применяется холтеровское мониторирование. Это исследование обеспечивает запись электрокардиограммы в течение нескольких часов или суток. При этом пациент ведет обычный образ жизни и ведет дневник, где отмечает по часам выполняемые им действия (сон, отдых, физические нагрузки). При расшифровке ЭКГ данные электрокардиограммы сопоставляются с данными дневника. Выясняют частоту, длительность, время возникновения аритмий и связь их с физической нагрузкой, одновременно анализируют признаки недостаточности кровоснабжения сердца. Эхокардиография позволяет выявить болезни способствующие развитию аритмий - пролабирование клапанов, врожденные и приобретенные пороки сердца, кардиомиопатии и т.д. Применяются и более современные методы исследования:
Эндокардиальные (из внутренней полости сердца)
Чрезпищеводные электрофизиологические методы исследования
Во время физических нагрузок функциональные показатели работы сердца изменяются. Увеличивается частота сердечных сокращений, возрастает ударный объем сердца, меняются показатели кровотока, увеличивается частота дыхания, происходят изменения и в других органах. Очень важно, чтобы показатели работы сердца не выходили за предельные нормы, особенно это касается людей, имеющих заболевания сердечнососудистой системы.
Норма частоты сердечных сокращений (ЧСС) в минуту у взрослых
Основные показатели работы сердца у взрослых людей следующие:
- норма частоты сердечных сокращений в покое - 65 уд./мин: у тренированных людей - 50 - 60 уд./мин, у нетренированных - 70-80 уд./мин;
- с возрастом ЧСС уменьшается;
- частота сердечных сокращений в минуту у женщин на 5 - 6 ударов больше, чем у мужчин;
- ЧСС увеличивается на 10 %, когда вы садитесь и на 20 % в положении стоя;
- во время сна ЧСС уменьшается на 5-7 уд./мин;
- после еды, особенно белковой, в течение 3 часов ЧСС увеличивается на 3-5 уд./мин;
Частота сердечных сокращений у взрослых растет пропорционально температуре окружающей среды (при повышении температуры тела на 10 С ЧСС увеличивается на 10 уд./мин) и интенсивности физической нагрузки.
Нормы ударного и минутного объема сердца
У физически активного человека по сравнению с «лежебокой» при разнице ЧСС в 20 уд./ мин сердце бьется за 1 час на 30 000 ударов реже, а за один год - более чем на 1 300 000 ударов.
В состоянии покоя (во время диастолы, расслабления) объем крови в желудочке состоит из трех составляющих:
- систолического (ударного) объема, выбрасываемого во время сокращения сердца;
- резервного объема, увеличивающего ударный при усилении сократительной функции миокарда (например, при физической нагрузке);
- остаточного объема, который не выбрасывается из желудочка даже при максимальном сокращении миокарда.
При увеличении физической нагрузки норма ударного объема сердца возрастает за счет резервного объема. Когда резервный объем крови будет исчерпан, рост ударного объема прекратится, а при очень больших нагрузках даже уменьшится, так как не будет эффективного наполнения сердца.
Детренированное сердце работает неэкономно и на любую нагрузку отвечает преимущественно повышением ЧСС, а не увеличением ударного выброса. Регулярная физическая нагрузка постепенно повышает мощность сердца, которое, сокращаясь относительно реже, но сильнее, способно обеспечить нормальное кровоснабжение всех включенных в нагрузку мышц.
Сердце нетренированного человека в состоянии покоя за одно сокращение выбрасывает в аорту 50 - 70 мл крови. Регулярные физические тренировки улучшают функцию сердца и увеличивают ударный объем до 90 - 1 10 мл в покое.
Минутный объем сердца определяется ударным объемом и ЧСС. При физической нагрузке МОС растет за счет того, что при активном сокращении мышц происходит сжатие вен, увеличивается отток крови из всех органов и сердце быстрее заполняется кровью. МОС в начале работы постепенно увеличивается за счет ударного объема и адекватного прироста ЧСС, а при достижении определенной мощности становится стабильным.
Виды кровотока и его нормы: скорость и показатели кровотока
Чтобы создать благоприятные условия для обменных процессов при физических нагрузках, кроме увеличения минутного объема сердца, требуется перераспределение кровотока в органах и тканях. Видов кровотока несколько, среди них выделяют мышечный, коронарный, мозговой и легочный.
Кровоток в мышцах. При физической нагрузке увеличиваются ЧСС, объем крови, который выталкивается из сердца в сосуды, давление крови. Все это необходимо для того, чтобы к работающим мышцам, которые пронизаны тонкими кровеносными сосудами (капиллярами), поступало больше кислорода. Часть из них работает, а другая «спит». Во время физической работы капилляры «просыпаются» и тоже включаются в работу. В результате увеличивается поверхность, через которую происходит обмен кислородом между кровью и тканью. Именно это специалисты считают основным фактором, обеспечивающим высокую работоспособность сердца.
Удельный вес кровотока в мышцах по отношению к общему кровотоку в организме увеличивается с 20 % в покое до 80 % при максимальных нагрузках.
Коронарный кровоток:
- снабжает кровью сердечную мышцу через правую и левую коронарные артерии;
- показатели коронарного кровотока в покое - 60-70 мл/мин на 100 г миокарда;
- при нагрузке увеличивается более чем в 5 раз;
- скорость коронарного кровотока регулируют обменные процессы в миокарде и величина давления в аорте.
Легочный кровоток:
- норма легочного кровотока определяется положением тела. В покое: лежа - 15 % общего объема крови, стоя - на 20 % меньше, чем лежа;
- сердечно-легочный кровоток увеличивается при физической нагрузке и перераспределяется за счет увеличения легочного компонента (с 600 мл до 1400 мл) и уменьшения сердечного;
- при интенсивных физических нагрузках площадь поперечного сечения легочных капилляров увеличивается в 2-3 раза и скорость прохождения крови через легкие возрастает в 2-2,5 раза.
Кровоток во внутренних органах. В покое кровообращение во внутренних органах составляет 50% минутного объема сердца. При увеличении физической нагрузки оно уменьшается и на пике составляет всего 3-4%. Этим обеспечивается оптимальное кровоснабжение работающих мышц, сердца и легких.
Удельный вес кровотока во внутренних органах уменьшается с 50% в покое до 3-4% при максимальных нагрузках.
Особенности частоты дыхания при физических нагрузках
Глубина и частота дыхания при физических нагрузках увеличивается за счет интенсивности сокращений дыхательных мышц: диафрагмы и межреберных. Чем больше они тренированы, тем эффективнее происходит вентиляция легких, которая повышается с увеличением нагрузки и потребности в кислороде. При максимальных нагрузках она может возрасти в 20 - 25 раз по сравнению с состоянием покоя за счет возрастания частоты (до 60 - 70 в минуту) и объема (с 15 до 50 % жизненной емкости легких) дыхания. У тренированных людей жизненная емкость легких, циркулирующий объем воздуха, максимальная вентиляция увеличиваются, а частота дыхания в покое уменьшается. Особенность дыхания при физической нагрузке заключается в том, что регулярные тренировки позволяют увеличить максимальное потребление кислорода на 15 - 30 %.
После вдоха кислород, проходя через верхние дыхательные пути и легкие, попадает в кровь. Малая доля кислорода растворяется в плазме крови, большая его часть связывается со специальным белком - гемоглобином, который содержится в эритроцитах. Именно он переносит кислород к работающим мышцам.
Потребление кислорода растет с интенсивностью нагрузки. Однако наступает момент, когда дыхание при физической нагрузке уже не сопровождается увеличением потребления кислорода. Этот уровень называется максимальным потреблением кислорода.
Углекислый газ, который мы выделяем при выдохе, является важнейшим регулятором функции внутренних органов. Его недостаток приводит к спазмам бронхов, сосудов, кишечника и может быть одной из причин стенокардии, артериальной гипертонии, бронхиальной астмы, язвы желудка, колита. Для того чтобы не было дефицита углекислоты в организме, не рекомендуется дышать очень глубоко. Полезным считается «поверхностное» дыхание, при котором сохраняется желание вдохнуть глубже.
Статья прочитана 30 391 раз(a).
Циркуляция массы крови в замкнутой системе сосудов осуществляется в основном при помощи сердца, так как оно является силой, создающей давление.
Функции сердца - резервуарная и нагнетательная. В период диастолы в нем накапливается очередная порция крови, а во время систолы часть этой крови выбрасывается в большой (аорту) или малый (легочную артерию) круги кровообращения.
Максимальный объем крови, находящийся в сердце, перед началом систолы желудочков составляет 140-180 мл. Этот объем получил название конечно-диастолический . Он характеризует максимальные возможности сердца как насоса.
В период систолы из желудочков выбрасывается порция крови по 60-80 мл. Этот объем получил название - систолический . Чем он больше и чем чаще происходят сокращения сердца, тем выше производительность сердца как насоса. Систолический объем новорожденных составляет примерно 3-4 мл. (В литературе часто используют синоним "ударный объем" или "сердечный выброс").
Для нормирования этого показателя его рассчитывают на площадь тела: СО:1,76 м 2 . Такой показатель называется ударным индексом . В норме он равен примерно 41 мл/м 2 у взрослого человека.
За 1 минуту у взрослого человека выбрасывается в среднем 4,5 - 5,0 л крови. Этот показатель носит название минутный объем кровообращения или минутный объем крови (МОК). Рассчитывается по формуле: МОК = ЧССхСО. ЧСС у новорожденных 140 уд/мин, поэтому у них МОК в среднем - 500 мл/мин. В расчете на площадь поверхности за 1 минуту сердце взрослого человека выбрасывает в каждый круг около 3 л/м 2 крови (МОК:1,76 м 2). Этот показатель получил название сердечный индекс .
После изгнания крови в желудочке остается примерно 70 мл крови. Этот объем получил название конечно-систолический . Он всегда имеется, т.к. сердце не способно выбросить всю содержащуюся в желудочках кровь. Данный объем характеризует способность сердца увеличить свою производительность. При повышении сократимости сердца возрастает систолический объем за счет конечно- систолического. Поэтому конечно-систолический объем принято делить на два отдельных объема: остаточный и резервный .
Остаточный - это тот объем, который остается в сердце даже после самого мощного сокращения.
Резервный - это тот объем крови, который может выбрасываться из желудочка при усиленной его работе, в дополнение к систолическому объему в условиях покоя.
В настоящее время имеется достаточно большое количество методов для определения СО и МОК.
Наиболее точный метод определения МОК был предложен в 1870 г Фиком. Для этого определяют разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови и объем кислорода, потребляемый за минуту. Сложность метода заключается в том, что кровь необходимо забирать зондом из правого предсердия.
Поэтому в настоящее время предпочитают косвенные методы определения МОК. Например, метод Стюарта - Гамильтона, основанный на определении в крови скорости распространения специально введенного вещества (индифферентные красители или радиоизотопы).
Внешнее проявление сердечной деятельности
Во время сокращения сердечной мышцы некоторые параметры его деятельности можно зарегистрировать. В частности выделяют механические, звуковые (акустические) и электрические проявления сердечной деятельности.
