Важным показателем работоспособности сердца является систолический объем крови(СО) - количество крови, выталкиваемое одним желудочком сердца в сосудистое русло при одном сокращении.
Рис 1.
нетренированный организм
тренированный организм
- 1 - покой
- 2 - быстрая ходьба
- 3 - быстрый бег
Другими информативными показателем работоспособности сердца является число сердечных сокращений (ЧСС) (артериальный пульс).
В процессе спортивной тренировки ЧСС в покое со временем становится реже за счет увеличения мощности каждого сердечного сокращения.
Таблица 1. Показатели числа сердечных сокращений. (уд/ мин)
|
Тренированный организм |
Нетренированный организм |
||
Показатели числа сердечных сокращений в покое и при мышечной работе:
нетренированный организм
тренированный организм
- 1 - покой
- 2 - быстрая ходьба
- 3 - быстрый бег
Сердце нетренированного человека для обеспечения необходимого минутного объема крови (количество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение минуты) вынуждено сокращаться с большей частотой, так как у него меньше систолический объем.
Сердце тренированного человека более часто пронизано кровеносными сосудами, в таком сердце лучше осуществляется питание мышечной ткани и работоспособность сердца успевает восстановиться в паузах сердечного цикла. Схематично сердечный цикл можно разделить на 3 фазы: систола предсердий (0.1 с), систола желудочков (0.3 с) и общая пауза (0.4 с). Даже если условно принять, что эти части равны по времени, то пауза отдыха у нетренированного человека при ЧСС 80 уд./мин будет равна 0,25 с, а у тренированного при ЧСС 60 уд./ мин пауза отдыха увеличивается до 0,33 с. Значит, сердце тренированного человека в каждом цикле своей работы имеет большее времени для отдыха и восстановления.
Кровяное давление- давление крови внутри кровеносных сосудов на их стенки. Измеряют кровяное давление в плечевой артерии, поэтому его называют артериальное давление (АД), которое является весьма информативным показателем состояния сердечно-сосудистой системы и всего организма.
Различают максимальное (систолическое) АД, которое создается при систоле (сокращении) левого желудочка сердца, и минимальное (диастолиеское) АД, которое отмечается в момент его диастолы (расслабления). Пульсовое давление (пульсовая амплитуда) разница между максимальным и минимальным АД. Давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
В норме для студенческого возраста в покое максимальное АД находится в пределах 100-130; минимальное- 65-85, пульсовое давление- 40-45 мм рт. ст.
Пульсовое давление при физической работе увеличивается, его уменьшение является неблагоприятным показателем (наблюдается у нетренированных людей). Снижение давления может быть следствием ослабления деятельности сердца или чрезмерного сужения периферических кровеносных сосудов.
Таблица 2.
Полный круговорот крови по сосудистой системе в покое осуществляется за 21-22 секунды, при физической работе - 8 секунд и меньше, что ведет к повышению снабжения тканей тела питательными веществами и кислородом.
Физическая работа способствует общему расширению кровеносных сосудов, нормализации тонуса их мышечных стенок, улучшению питания и повышению обмена веществ в стенках кровеносных сосудов. При работе окружающих сосуды мышц происходит массаж стенок сосудов. Кровеносные сосуды, проходящие через мышцы (головного мозга, внутренних органов, кожи), массируются за счет гидродинамической волны от учащения пульса и за счет ускоренного тока крови. Все это способствуют сохранению эластичности стенок кровеносных сосудов и нормальному функционированию сердечно-сосудистой системы без патологических отклонений. физический нагрузка упражнение нервный
Напряженная умственная работа, малоподвижный образ жизни, особенно при высоких нервно- эмоциональных напряжениях, вредные привычки вызывают повышение тонуса и ухудшению питания стенок артерий, потерю их эластичности, что может привести к стойкому повышению в них кровяного давления, и, в конечном итоге, к гипертонической болезни.
Потеря эластичности кровеносных сосудов, а значит, повышение их хрупкости и сопутствующее этому повышение кровяного давления могут привести к разрыву кровеносных сосудов. Если разрыв происходит в жизненно важных органах, то наступает тяжелое заболевание или скоропостижная смерть.
Поэтому для сохранения здоровья и работоспособности необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений. Особенно полезное влияние на кровеносные сосуды оказывают занятия циклическими видами упражнений: бег, плавание, бег на лыжах, на коньках, езда на велосипеде.
Статистика неумолимо рапортует: люди резко снижают свою двигательную активность к 30 годам. Впоследствии дела обычно еще хуже. Чрезмерная жировая прослойка, одышка даже при небольших физических напряжениях, неловкие, скованные движения… Так начинается преждевременное старение организма. А если копнем глубже? «Ржавчина» на сосудах, ограничение движений в суставах, начинают «прилипать» болезни…
К сожалению, в нашем обществе многие привыкли к такому возрастному повороту событий и даже относят эти изменения к своеобразным проявлениям благополучия.
Остановитесь! Эту якобы «естественную» реакцию организма, связанную с малоподвижным образом жизни, можно и нужно замедлить. Достаточно всего лишь увеличить объем физических нагрузок и время, выделяемое на них – по сравнению с теми объемом и временем, пределы которых вы соблюдали последние 10 лет. Подчеркиваю: увеличивайте объем и время, но не интенсивность.
Сердце и мотор. Счет 6:1
Сердце – полый мышечный орган, основная задача которого – за счет сокращений перекачивать кровь и доставлять ее ко всем клеткам организма. За минуту у взрослого человека таких сокращений происходит 60-80. На час жизни приходится 80 × 60 = 4800 сокращений, на сутки 4800 × 24 = 115200, на год 115200 × 365 = 4 204 8000. То есть к 70 годам количество сокращений сердца набирает около 3 млрд.
Сравним с двигателем автомобиля. Обычно он позволяет пройти машине без капремонта 120 тыс. км – три кругосветных путешествия, на всякий случай. При скорости движения 60 км/ч срок службы мотора составит всего 2 тыс. часов, это 480 млн. циклов.
Сопоставим результаты для нашего сердца и автомобильного двигателя. 6:1! Даже при самых скромных подсчетах перевес разительный. Теперь-то понимаете, какую колоссальную работу делает наше маленькое сердечко?
Научно доказано, что сердце имеет огромные приспособительные возможности. Они основаны на его способности в разы увеличивать как частоту сокращений, так и количество крови, выбрасываемой в сосуды при каждом сокращении.
Под влиянием физических нагрузок КПД здорового нетренированного сердца увеличивается в 2,5–3 раза по сравнению с состоянием покоя.
Задумайтесь над тем, какие чудеса способны творить регулярные физические тренировки!
Какой же объем физической активности нужен человеку, который не стремится участвовать в Олимпийских играх, а занимается лишь для того, чтобы держать себя в нормальных кондициях, позволяющих не снижать качество жизни?
Основная цель оздоровительной тренировки – увеличение работоспособности сердца и сосудов.
А поскольку сердце является самым уязвимым звеном в тренируемом теле, наблюдение за его состоянием представляется особенно важным. Почему? Во-первых, знание резервных возможностей сердца позволяет сделать безопасными и эффективными ваши нагрузки. Во-вторых, контроль за развивающимися в процессе занятий изменениями в сердечно-сосудистой системе позволяет оценить, насколько успешно вы «перевариваете» нагрузки.
Перед началом систематических занятий мы, кардиологи, проверяем исходный уровень тренированности сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Для этого существуют определенные пробы оценки пульса, давления, частоты дыхания и даже контроля эмоций.
Ниже приведены нагрузочные пробы, которые любой человек может применять самостоятельно в домашних условиях.
Пробы с контролем пульса. Приседаем, подпрыгиваем, ходим по лестнице
Начнем с пульса как основного показателя работоспособности сердца. Нормы для мужчин трудоспособного возраста – 50-60 уд./мин в спокойном состоянии, для женщин, как ни странно звучит, – величина меньше.
Прежде чем перейду к описанию проб, предупреждение для людей с проблемами сердца. Вам – небольшая поблажка: можете сразу сделать лишь половину приседаний (подскоков) и лишь потом, при условии учащения пульса не более, чем на 50 %, продолжайте до общерекомендуемой нагрузки.
Лестничная проба.
Поднимаемся на 4 этаж, не спеша, без остановок и сразу считаем пульс. Если частота сердечных сокращений (ЧСС):
- < 100 уд./мин – всё отлично,
- < 120 – хорошо,
- < 140 – удовлетворительно.
- А вот если > 140 – бейте в барабан, это плохо.
Следующий этап испытания. Подъем на 7 этаж – уже с учетом времени. Сначала поднимемся за 2 минуты и считаем пульс:
- если ЧСС > 140 уд./мин, это пока ваш предел. Начинайте работать над собой.
- если ЧСС < 140 уд./мин, считаем пульс еще раз через 2 мин. За 2 мин пульс должен вернуться к исходному – при хорошем уровне тренированности. Если же все-таки не вернется – у вас есть повод работать над собой.
Проба с приседаниями.
Становимся прямо и считаем пульс. Затем не спеша приседаем раз 20, вытягивая руки вперед, держа туловище прямо и широко разводя колени в стороны. Опять считаем пульс, а точнее, процент его прироста:
- увеличение ЧСС после нагрузки на 25 % и менее говорит об отличном состоянии организма;
- прирост на 25-50 % тоже неплох, но считается уже просто
- значения 50-65 % (удовлетворительно) и > 75 % (плохо) свидетельствуют о вашей нетренированности.
Еще вариант пробы с приседаниями.
Считаем пульс в покое за 10 сек, за следующие 30 сек приседаем 20 раз и считаем пульс опять. Так повторяем каждые 10 сек до момента, когда ЧСС вернется к исходной величине.
Если вы тренированы, учащение пульса за первые 10 сек будет не более чем на 5-7 ударов, а возвращение к исходным цифрам произойдет в течение 1,5-2,5 мин, при отличной тренированности хватит и 40-60 сек. Если вы не уложились в эти временные интервалы, вам есть над чем работать.
Проба с подскоками.
Сразу считаем пульс, затем становимся прямо, руки на пояс. Ваша задача состоит в том, чтобы за 30 сек сделать 60 небольших подскоков на носках. Затем снова считаем пульс. Оцениваем значения так же, как и в предыдущей пробе.
Пробы с контролем пульса. Лежим – встаем. Стоим – ложимся
Роль нервной системы, как регулятора работы сердца и сосудов, отражают тесты с переменой положения тела.
Ортостатическая проба (сначала лежим, потом встаем).
Считаем пульс в положении лежа за 10 сек, умножаем на 6, получаем исходный пульс. Медленно встаем, пересчитываем пульс в положении стоя.
Ориентируемся на разницу – не более 10-14 уд./мин. Если ваш результат < 20 уд./мин, вы уложились в общепринятый норматив, и ваш организм хорошо восстанавливается после физической нагрузки. Если разница > 20 уд./мин – это плохо.
Клиностатическая проба (сначала стоим, потом ложимся).
Проба основана на обратной реакции организма: при перемене положения тела из вертикального в горизонтальное. Рекомендуемая разница – не более 4-10 уд./мин. Оценка результата аналогична оценке в предыдущей пробе.
Пробы с контролем давления
Второй важный показатель, который вы можете измерить при тренировках дома, – артериальное давление (АД).
Измеряем до тренировки, после тренировки, еще минут через 20-30, плюс при ухудшении самочувствия.
Минутный объем крови.
Зная цифры АД и пульса, можно приблизительно подсчитать минутный объем крови, выбрасываемый сердцем. Для этого разницу между максимальным и минимальным значениями АД умножаем на ЧСС.
Ориентируемся на уровень 2600. Если значение превышено, задумайтесь, не переборщили ли вы с нагрузками.
Даже коэффициент выносливости возможно определить дома! Просто умножьте ЧСС на 10, а затем разделите на разность максимального и минимального АД. Допустимая норма – 16. Увеличение показателя свидетельствует об ослаблении работы сердца и сосудов.
Частота дыхания
В процессе занятий физическими упражнениями важно следить за частотой дыхания. Особенно это касается лиц, имеющих одышку при физической активности. Рекомендую держать этот показатель на уровне 16 раз в минуту. Только не надо считать его навязчиво. Вы можете измерять частоту дыхания 1-2 раза в неделю как дополнение к остальным тестам.
12-минутный тест (тест Купера)
При условии здорового сердца – для оценки тренирующей роли ходьбы подойдет 12-минутный тест или тест Купера .
Беговая дорожка на стадионе. Фото: deborahrodriguez.net
При его выполнении можно идти, а можно и бежать. Важно то, какую дистанцию вы при этом осилили за 12 минут. Совершаемые действия не должны вызывать сильную одышку, в противном случае остановитесь и восстановите дыхание. Результат оценивайте по таблице.
Что потребуется для теста? Шагомер и беговая дорожка, в идеале – стадионная. При отсутствии шагомера поможет произведенный заранее подсчет количества шагов в 100 м или 200 м.
Самое важное в выполнении теста – оценить силы. Если у вас больное сердце, лучше отдайте предпочтение тесту с 6-тиминутной ходьбой (см. Инфарктник. Первые шаги). Если сердце здорово, но вы хотите убедиться в этом наверняка, накануне обследуйтесь у терапевта. Если считаете, что и то, и другое – не про вас, тогда лучше сначала потренируйтесь, а потом уже приступайте к тестированию.
Контроль эмоций
Не менее важны эмоциональные критерии правильной тренированности организма. Сюда отнесем ощущение бодрости, крепкий сон, хороший аппетит, желание продолжать в том же духе.
Бодрый и выспавшийся – это человек, который регулярно себя нагружает и испытывает желание продолжать занятия.
Логично, что любая физическая нагрузка приводит к появлению утомления и мышечных болей. Сохранение при этом бодрости, как показателя привыкания к непривычным нагрузкам, может свидетельствовать о нормальной тренированности. Напротив, спад сил, повышенная утомляемость, появление безразличия и апатии сигналят о переутомлении.
Смена двигательного режима потребует от вас довольно высокого уровня самоорганизации. Конечно, просто валяться на диване, пользоваться при любой возможности лифтом и подъезжать на транспорте каждый раз, когда нужно преодолеть метров 300, намного легче, нежели побудить себя регулярно физически активничать. Начинать или не начинать тренироваться – решение только за вами. А коли уж решите, сразу учитесь получать удовольствие от движения, прислушиваясь к тому, как реагирует организм. Тогда соблюдение регулярности тренировок никогда не станет бременем.
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
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ СЕРДЦА.
Основной функцией сердца является нагнетание крови в систему сосудов. Насосная функция сердца характеризуется несколькими показателями. Одним из важнейших показателей работы сердца является минутный объем кровообращения (МОК) - количество крови, выбрасываемое желудочками сердца в минуту. МОК левого и правого желудочков одинаков. Синонимом понятия МОК является термин «сердечный выброс» (СВ). МОК - это интегральный показатель работы сердца, зависящий от величины систолического объема (СО) - количества крови (мл; л), выбрасываемого сердцем за одно сокращение, и ЧСС. Таким образом, МОК (л/мин) = СО (л) х ЧСС (уд/мин). В зависимости от характера деятельности человека в данный момент времени (особенности физической работы, поза, степень психоэмоционального напряжения и др.) доля вклада ЧСС и СО в изменения МОК различна. Ориентировочные величины ЧСС, СО и МОК в зависимости от положения тела, пола, физической подготовленности и уровня физической активности представлены в табл. 7.1.
Частота сердечных сокращений
ЧСС в покое. ЧСС - один из самых информативных показателей состояния не только сердечно-сосудистой системы, но и всего организма в целом. Начиная с рождения и до 20-30 лет ЧСС в покое снижается со 100-110 до 70 уд/мин у молодых нетренированных мужчин и до 75 уд/мин у женщин. В дальнейшем, с увеличением возраста, ЧСС незначительно возрастает: у 60-76-летних в покое по сравнению с молодыми на 5-8 уд/мин.
ЧСС при мышечной работе. Единственной возможностью повысить доставку кислорода к работающим мышцам является увеличение объема крови, поступающей к ним в единицу времени. Для этого должен возрасти МОК. Поскольку ЧСС прямо влияет на величину МОК, то повышение ЧСС при мышечной работе является обязательным механизмом, направленным на удовлетворение значительно возрастающих нужд метаболизма. Изменения ЧСС при работе показаны на рис. 7.6.
Если мощность циклической работы выразить через величину потребляемого кислорода (в процентах от величины максимального потребления кислорода - МПК), то ЧСС возрастает в линейной зависимости от мощности работы (потребления Ог, рис. 7.7). У женщин при условии равного с мужчинами потребления Ог ЧСС обычно на 10-12 уд/мин выше.
Наличие прямо пропорциональной зависимости между мощностью работы и величиной ЧСС делает частоту пульса важным информативным показателем в практической деятельности тренера и педагога. При многих видах мышечной деятельности ЧСС - точный и легкоопределяемый показатель интенсивности выполняемых физических нагрузок, физиологической стоимости работы, особенностей протекания периодов восстановления.
Для практических нужд необходимо знать величину максимальной ЧСС у лиц разного пола и возраста. С возрастом максимальные величины ЧСС как у мужчин, так и у женщин снижаются (рис. 7.8.). Точную величину ЧСС у каждого конкретного человека можно определить лишь опытным путем, регистрируя частоту пульса во время работы возрастающей мощности на велоэргометре. Практически для ориентировочного суждения о максимальной ЧСС человека (независимо от пола) используют формулу: ЧССмаКс = 220 - возраст (в годах).
Систолический объем сердца
Систолический (ударный) объем сердца - это количество крови, выбрасываемое каждым желудочком за одно сокращение. Наряду с ЧСС СО оказывает существенное влияние на величину МОК. У взрослых мужчин СО может меняться от 60-70 до 120-190 мл, а у женщин - от 40-50 до 90-150 мл (см. табл. 7.1).
СО - это разность между конечно-диастолическим и конечно-систолическим объемами. Следовательно, увеличение СО может происходить как посредством большего заполнения полостей желудочков в диастолу (увеличение конечно-диастолического объема), так и посредством увеличения силы сокращения и уменьшения количества крови, остающейся в желудочках в конце систолы (уменьшение конечно-систолического объема). Изменения СО при мышечной работе. В самом начале работы из-за относительной инертности механизмов, приводящих к увеличению кровоснабжения скелетных мышц, венозный возврат возрастает сравнительно медленно. В это время увеличение СО происходит в основном благодаря увеличению силы сокращения миокарда и уменьшению конечно-систолического объема. По мере продолжения циклической работы, выполняемой в вертикальном положении тела, благодаря значительному увеличению потока крови через работающие мышцы и активации мышечного насоса, возрастает венозный возврат к сердцу. Вследствие этого конечно-диастолический объем желудочков у нетренированных лиц со 120-130 мл в покое повышается до 160-170 мл, а у хорошо тренированных спортсменов даже до 200-220 мл. В это же время происходит увеличение силы сокращения сердечной мышцы. Это, в свою очередь, приводит к более полному опорожнению желудочков во время систолы. Конечно-систолический объем при очень тяжелой мышечной работе может уменьшиться у нетренированных до 40 мл, а у тренированных до 10-30 мл. То есть увеличение конечно-диастолического объема и уменьшение конечно-систолического приводят к значительному повышению СО (рис. 7.9).
В зависимости от мощности работы (потребления О2) происходят довольно характерные изменения СО. У нетренированных людей СО максимально увеличивается по сравнению с его уровне м в покое на 50-60%. У большинства людей при работе на велоэргометре СО достигает своего максимума при нагрузках с потреблением кислорода на уровне 40-50% от МПК (см. рис. 7.7). Иначе говоря, при увеличении интенсивности (мощности) циклической работы в механизме увеличения МОК в первую очередь используется более экономичный путь увеличения выброса крови сердцем за каждую систолу. Этот механизм исчерпывает свои резервы при ЧСС, равной 130-140 уд/мин.
У нетренированных людей максимальные величины СО уменьшаются с возрастом (см. рис. 7.8). У людей старше 50 лет, выполняющих работу с тем же уровнем потребления кислорода, что и 20-летние, СО на 15-25% меньше. Можно считать, что возрастное уменьшение СО является результатом снижения сократительной функции сердца и, по-видимому, уменьшения скорости расслабления сердечной мышцы.
Минутный объем кровообращения
Важным показателем состояния сердца является минутный объем кровотока, или минутный объем кровообращения (МОК). Нередко используют синоним понятия МОК - сердечный выброс (СВ). Величина МОК, являясь производной от СО и ЧСС (МОК = СО х ЧСС), зависит от многих факторов (см. табл. 7.1). Среди них ведущее значение имеют размеры сердца, состояние энергетического обмена в покое, положение тела в пространстве, уровень тренированности, величины физического или психоэмоционального напряжения, вид работы (статическая или динамическая), объем активных мышц.
В покое в положении лежа МОК у нетренированных и тренированных мужчин составляет 4,0-5,5 л/мин, а у женщин - 3,0-4,5 л/мин (см. табл. 7.1). В связи с тем, что МОК зависит от размера тела, при необходимости сравнения МОК у людей разного веса используют относительный показатель - сердечный индекс - отношение величины МОК (в л/мин) к площади поверхности тела (в м2). Площадь поверхности тела определяют по специальной номограмме, исходя из данных о весе и росте человека. У здорового человека в условиях основного обмена сердечный индекс обычно равен 2,5-3,5 л/мин/м2. В некоторых ситуациях (например, при низкой температуре окружающей среды) даже в условиях физического покоя возрастает энергетический обмен в организме. Это приводит к возрастанию ЧСС и, соответственно, МОК.
В положении стоя у всех людей МОК обычно на 25-30% меньше, чем лежа (см. табл. 7.1). Это связано с тем, что в вертикальном положении тела значительные объемы крови скапливаются в нижней половине туловища. Вследствие этого заметно уменьшается СО.
МОК и общий объем циркулирующей крови. Общий объем крови, находящейся в кровеносных сосудах, называется объемом циркулирующей крови (ОЦК). ОЦК - это важный параметр, определяющий давление, при котором происходит наполнение сердца кровью во время диастолы, а значит, и величину систолического объема. Величина ОЦК может претерпевать значительные изменения при переходе тела человека в вертикальное положение, при мышечных нагрузках, при воздействиях гормональных факторов, изменениях степени тренированности, окружающей температуры и т.д.
У взрослого человека около 84% всей крови находится в большом круге, 9% - в малом (легочном) круге и 7% - в сердце. Около 60-70% всей крови содержится в венозных сосудах.
Изменение МОК при мышечной работе. В условиях мышечной деятельности запросы мышц в кислороде возрастают пропорционально мощности выполняемой работы. При этом общее потребление организмом кислорода может возрастать в 10 и более раз. Вполне естественно, что это требует значительного увеличения МОК. Зависимость между величиной потребления кислорода (или мощностью работы) и МОК, вплоть до его предельных величин, носит линейный характер (см. рис. 7.7). Как уже отмечалось, МОК зависит от величины СО и ЧСС (МОК = СО х ЧСС). При мышечной работе увеличение МОК обусловлено возрастанием как СО, так и ЧСС. Конкретная величина МОК зависит от многих факторов. В частности, при одинаковой мощности работы в позе сидя или стоя МОК меньше, чем при работе в горизонтальном положении (рис. 7.10). При предельных аэробных нагрузках МОК у тренированных мужчин и женщин значительно выше, чем у нетренированных. Максимальные величины МОК у нетренированных мужчин и женщин уменьшаются с возрастом (см. рис. 7.8). При прочих равных условиях (пол, возраст, тренированность, положение исследуемого, окружающая температура и другие факторы) МОК зависит от объема активной мышечной массы и характера выполняемой работы. При динамической работе, в которой участвуют небольшие мышечные группы (например, работа одной или двумя руками), МОК меньше, чем при работе более"крупных мышц ног. При статической работе в отличие от динамической МОК почти не меняется. Это связано с тем, что кровообращение в мышцах практически прекращено. Приток крови к сердцу либо не меняется, либо даже может уменьшаться. Небольшие увеличения МОК, которые отмечают при изометрических сокращениях, связаны с заметным увеличением ЧСС при такого рода работе.
Показателями, характеризующими сократительную активность сердца , являются величина минутного объема кровотока, величина систолического объема и частота сердечных сокращений.
Минутный объем
Минутный объем сердца (или сердечный выброс) - это количество крови, выбрасываемое за 1 мин желудочками. У взрослого человека в покое он равен в среднем 4,5-5 л. Сердечный выброс правого и левого желудочков в среднем одинаковый, т.е. объем крови, проходящий через левое сердце, равен объему, проходящему через правое сердце. Если бы это было не так, то кровь из одного круга кровообращения постепенно уходила и накапливалась бы в другом круге кровообращения. При значительной физической нагрузке минутный объем сердца доходит до 30 л.
Систолический объем
Систолический объем сердца - это количество крови, выбрасываемое желудочками сердца при одном сокращении. Его величину можно получить, разделив минутный объем сердца на число сердечных сокращений в минуту. Систолический объем сердца в покое у взрослого человека равен в среднем 40-70 мл.
Частота сердечных сокращений
Частота сердечных сокращений - это количество сокращений сердца в минуту. Его величина равна в среднем 70 ударов в мин. При мышечной работе частота сердечных сокращений увеличивается до 120 и более ударов в мин. К сходному увеличению этого параметра приводит эмоциональный стресс (волнение, страх и т.д.).
