В условиях покоя человек потребляет 200—250 мл/мин кислорода. Это обеспечивается минутным объемом сердца примерно 5,2 л/мин (А. Оиу1оп, 1969) или сердечным индексом в пределах 2,8—4,2 л/м2/мин, в среднем — 3,5 л/м2/мин (В. ВаггаН-Воуез и Е. Шооо1, 1958). Отклонение величины сердечного индекса в покое в обе стороны за пределы 2,5—4,5 л/м2/мин К. МагсНаП, I. 5Нер-Ьег<] (1972) считают явно патологическим.
При переходе из горизонтального положения лежа на спине в вертикальное существенно меняются условия гемодинамики. В сосудах нижних конечностей, находящихся в расслабленном состоя-
нии, дополнительно депонируется 300—800 мл крови (Т. 5}б51гапс1( 1952). Минутный объем уменьшается на 1—2,7 л/мин (С. СЬартап с соавт., 1960; В. Веуедагс! с соавт., 1963, и др.), увеличивается частота сердечных сокращений и снижается ударный объем на 40 % и более (Н. МагсЬаН, Л. ЗНерЬего1, 1972). Насыщение артериальной крови кислородом в горизонтальном и вертикальном положениях остается неизменным (У. Шапс! с соавт., 1960), поэтому из каждого литра циркулирующей крови в вертикальном положении извлекается кислорода больше, чем в горизонтальном, и артериовенозная разница по кислороду увеличивается (Л. Кееуез с соавт., 1961).
С возрастом интенсивность обменных процессов понижается, поэтому уменьшается и величина минутного объема сердца. По данным А. Соигпапй (1945), величина возрастного снижения сердечного индекса составляет 26,2 мл/мин/м2 в год.
Отмечается уменьшение с возрастом частоты сердечных сокращений и ударного объема. Так, в течение 60 лет (с 20 до 80 лет) ударный индекс снижается на 26 %, а частота сокращений сердца — на 19 % (А. Оиу*оп, 1969).
В связи с более низким основным обменом у женщин сердечный индекс у них на 7—10 % меньше, чем у мужчин (XV. Во1ЬЬу и I. ЗапсШогй, 1929).
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕМОДИНАМИКИ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Человеческий организм может совершать различные виды механической работы с помощью системы скелетных мышц, на долю которых приходится до 40 % массы тела. Мышечная работа носит статический (поддержание осанки, позы) и динамический характер, причем при статической работе переносимость нагрузки зависит от функционального состояния тех или иных мышечных групп, а при динамической, помимо этого, и от эффективности механизмов, поставляющих энергию (сердечно-сосудистая и дыхательная системы, кровь), а также от их взаимодействия с другими органами.
В состоянии покоя уровень метаболизма скелетных мышц невелик, а при максимальных динамических нагрузках он может возрастать более чем в 50 раз (Е. Азтиззеп с соавт., 1939). Это вызывает необходимость значительной активизации функций различных органов для поддержания необходимого уровня обменных процессов. Переносимость физических нагрузок отражает функциональное состояние организма и в первую очередь состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Физические упражнения приводят к повышению уровня обменных процессов, возрастающему по мере увеличения нагрузок. Как уже говорилось, коэффициент безопасности для транспорта кислорода равен 3, поэтому более чем трехкратное увеличение метаболизма привело бы к выраженному кислородному голоданию тка-
ней, если бы оно не сопровождалось усилением деятельности сердца. При интенсивной нагрузке минутный объем сердца может возрастать по сравнению с состоянием покоя в 6 раз, коэффициент утилизации кислорода — в 3 раза. В результате доставка кислорода к тканям увеличивается приблизительно в 18 раз, что позволяет при интенсивных нагрузках у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15—20 раз по сравнению с уровнем основного обмена (А. Оиу{оп, 1969).
Физические нагрузки приводят к изменениям основных показателей функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Знание этих закономерностей необходимо для суждения о функциональном состоянии организма.
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.
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 30 31 32 33 34 35 36 37 38