Дубровский В. И. С50 \ Физиология физического воспитания и спорта: Учеб для студ сред, и высш учебных заведений

Глава 15

^ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА

И СИСТЕМА КРОВИ

Кровообращение - один из важнейших физиологических про­цессов, поддерживающих гомеостаз, обеспечивающих непрерыв­ную доставку всем органам и клеткам организма необходимых для жизни питательных веществ и кислорода, удаление углекислого газа и других продуктов обмена, процессы иммунологической защиты и гуморальной регуляции физиологических функци" 1 (рис. 15.1)

^ 15.1. ЧАСТОТА СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ (ЧСС)

ЧСС зависит от многих факторов, включая возраст, пол, усло­вия окружающей среды, функциональное состояние, положение тела (табл. 15.1). ЧСС выше в вертикальном положении тела по сравнению с горизонтальным, уменьшается с возрастом, подверже­на суточным колебаниям (биоритмам). Во время сна она снижает­ся на 3-7 и более ударов, после приема пищи возрастает, особенно если пища богата белками, что связано с увеличением поступле­ния крови к органам брюшной полости. Температура окружающей среды также оказывает влияние на ЧСС, которая увеличивается в линейной зависимости от нее.

У спортсменов ЧСС в покое ниже, чем у нетренированных лю­дей, и составляет 50-55 ударов в мин. У спортсменов экстракласса (лыжники-гонщики, велогонщики, марафонцы-бегуны и др.) ЧСС составляет 30-35 ударов в мин. Физическая нагрузка приводит к увеличению ЧСС, необходимой для обеспечения возрастания ми­нутного объема сердца, причем существует ряд закономерностей, позволяющих использовать этот показатель как один из важней­ших при проведении нагрузочных тестов.

374

375

Отмечается линейная зависимость между ЧСС и интенсивнос­тью работы в пределах 50-90% переносимости максимальных на­грузок (рис. 15.2). При легкой физической нагрузке ЧСС сначала значительно увеличивается, затем постепенно снижается до уров­ня, который сохраняется в течение всего периода стабильной рабо­ты. При более интенсивных и длительных нагрузках имеется тен­денция к увеличению ЧСС, причем при максимальной работе она нарастает до предельно достижимой. ЧСС увеличивается пропор­ционально величине мышечной работы. Обычно при уровне нагруз­ки 1000 кгм/мин ЧСС достигает 160-170 уд/мин, по мере даль­нейшего повышения нагрузки сердечные сокращения ускоряются более умеренно и постепенно достигают максимальной величины -170-200 уд/мин. Дальнейшее повышение нагрузки уже не сопро­вождается увеличением ЧСС.

Следует отметить, что работа сердца при очень большой часто­те сокращений становится менее эффективной, так как значитель­но сокращается время наполнения желудочков кровью и уменьша­ется ударный объем.

Тесты с возрастанием нагрузок и достижения максимальной частоты сердечных сокращений приводят к истощению, и на прак­тике используются лишь в спортивной и космической медицине.

По рекомендации ВОЗ допустимыми считаются нагрузки, при которых ЧСС достигает 170 уд/мин и на этом уровне обычно оста­навливается при определении переносимости физических нагрузок и функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

^ 15.2. КРОВЯНОЕ (АРТЕРИАЛЬНОЕ) ДАВЛЕНИЕ

Существует градиент давления, направленный от артерий к ар-териолам и капиллярам и от периферических вен к центральным (рис. 15.3). Кровяное давление уменьшается в следующем направ-

376

377

лении: аорта - артериолы - капилляры - венулы - крупные вены -полые вены. Благодаря этому градиенту кровь течет от сердца к артериолам, затем к капиллярам, венулам, венам и обратно к серд­цу. Максимальное давление, достигаемое в момент выброса крови из сердца в аорту, называется систолическим (СД). Когда после выталкивания крови из сердца аортальные клапаны захлопывают­ся, давление падает до величины, соответствующей так называе­мому диастолическому давлению (ДД). Разница между систоличе­ским и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.

Колебания кровяного давления обусловлены пульсирующим характером кровотока и высокой эластичностью и растяжимостью кровеносных сосудов. В отличие от изменчивых систолического и диастолического давлений, среднее давление относительно посто­янно. В большинстве случаев его можно считать равным сумме ди­астолического и 1/3 пульсового (Б. Фолков, Э. Нил, 1976):

Скоростьраспространения пульсовой волны зависит от разме­ра и упругости сосуда. В аорте она составляет 3-5 м/с, в средних артериях (подключичной и бедренной) - 7-9 м/с, в мелких арте- ,» риях конечностей - 15-40 м/с.

^ Среднее артериальное давление - один из самых важных па­раметров гемодинамики:

Наблюдения показывают, что при физическом утомлении сред­нее АД повышается на 10-30 мм рт. ст.

^ Систолический объем (5) и минутный объем (М) рассчи­тывают по формуле Лилиенштранда и Цандера:

где Ра" - пульсовое давление; Д - среднее давление (половина сум­мы максимального и минимального давлений);

где 5 - систолический объем; Р - ЧСС.

При исследовании АД представляет интерес измерение следу­ющих показателей: минимального артериального давления, сред­него динамического, максимального, ударного и пульсового.

Под минимальным или диастолическим давлением понимают наименьшую величину, которой достигает давление крови к концу диастолического периода. Минимальное давление зависит от сте-

378

пени проходимости или величины оттока крови через систему пре-капилляров, ЧСС и упруговязких свойств артериальных сосудов. Среднее динамическое давление - это давление, которое было бы способно при отсутствии пульсовых колебаний давления дать та­кой же гемодинамический эффект, какой наблюдается при есте­ственном, колеблющемся давлении крови, т. е. среднее давление выражает энергию непрерывного движения крови. Среднее дина­мическое давление определяют по следующим формулам:

1. Формула Хикэма:

где Рт - среднее динамическое артериальное давление (мм рт. ст.); А - пульсовое давление (мм рт. ст.); Ра - минимальное или диасто-лическое артериальное давление (мм рт. ст.).

2. Формула Вецлера и Богера:

где Р5 - систолическое, или максимальное, давление, Р й - диасто-лическое, или минимальное, артериальное давление (мм рт. ст.).

3. Довольно распространена формула:

где А - пульсовое давление; Рй - диастолическое давление (мм рт. ст.).

^ Максимальное или систолическое давление - величина, от­ражающая весь запас потенциальной и кинетической энергии, ко­торым обладает движущаяся масса крови на данном участке сосу­дистой системы. Максимальное давление складывается из бокового систолического давления и ударного (гемодинамический удар). Боковое систолическое давление действует на боковую стенку ар­терии в период систолы желудочков. Гемодинамический удар со­здается при внезапном появлении препятствия перед движущимся в сосуде потоком крови, при этом кинетическая энергия на корот­кий момент превращается в давление. Гемодинамический удар яв­ляется результатом действия инерционных сил, определяемых как прирост давления при каждой пульсации, когда сосуд сжат. Вели­чина гемодинамического удара у здоровых людей равна 10-20 мм рт. ст.

Истинное пульсовое давление представляет собой разницу меж­ду боковым и минимальным артериальным давлением.

На рис. 15.4 приведены значения артериального давления у здоровых людей в возрасте от 15 до 60 лет и старше. С возрастом

379

у мужчин систолическое и диастолическое давления растут равно­мерно, у женщин же зависимость давления от возраста сложнее: от 20 до 40 лет давление у них увеличивается незначительно, и ве­личина его меньше, чем у мужчин; после 40 лет, с наступлением менопаузы, показатели давления быстро возрастают и становятся выше, чем у мужчин.

У страдающих ожирением АД выше, чем у людей с нормальной массой тела. При физической нагрузке систолическое и диастоли­ческое АД, сердечный выброс и частота сердечных сокращений

380

повышаются, равно как и при ходьбе в умеренном темпе. При куре­нии систолическое давление может возрасти на 10-20 мм рт. ст. В покое и во время сна АД существенно снижается, особенно если оно было повышенным.

Артериальное давление повышается у спортсменов перед стар­том, иногда даже за несколько дней до соревнований.

На артериальное давление влияют главным образом три факто­ра: а) частота сердечных сокращений (ЧСС); б) изменение перифе­рического сопротивления сосудистого русла и в) изменение удар­ного объема или сердечного выброса крови.

^ 15.3. УДАРНЫЙ ОБЪЕМ СЕРДЦА (УОС)

При переходе от состояния покоя к нагрузке УОС быстро уве­личивается и достигает стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы длительностью 5—10 мин. Максимальная вели­чина ударного объема сердца наблюдается при ЧСС 130 уд/мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста ударно­го объема крови резко уменьшается и при мощности работы, пре­вышающей 1000 кгм/мин, составляет лишь 2-3 мл крови на каж­дые 100 кгм/мин увеличения нагрузки (Р. Аз1гапй е* а1. 1964).

При длительных и нарастающих нагрузках ударный объем уже не увеличивается (В. Веуе§аг1 е! а1. 1960), но даже несколько уменьшается (см. табл. 15.1). Поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных со­кращений. Сердечный выброс увеличивается главным образом за счет более полного опорожнения желудочков, т. е. путем исполь­зования резервного объема крови (5. К|е11Ьегу е* а1. 1949; Е. Азгтш^еп, М. №е1зеп, 1955; и др.).

^ 15.4. МИНУТНЫЙ ОБЪЕМ СЕРДЦА (МОС)

Одним из главных показателей функции сердца является вели­чина минутного объема крови (МОК), выбрасываемой в систему большого круга кровообращения. МОК может меняться в широких пределах: от 4-5 л/мин в покое, до 25-30 л/мин при тяжелой физической нагрузке.

МОС определяется ударным объемом сердца и частотой сердеч­

ных сокращений, зависит от положения тела человека, его пола,

возраста, тренированности, условий внешней среды и многих дру­

гих факторов. -

381

Во время физической нагрузки средней интенсивности в поло­жении сидя и стоя МОС примерно на 2 л/мин меньше, чем при выполнении той же нагрузки в положении лежа. Объясняется это скоплением крови в сосудах нижних конечностей из-за действия силы притяжения.

При интенсивной нагрузке минутный объем сердца может воз­растать в 6 раз по сравнению с состоянием покоя, коэффициент утилизации кислорода - в 3 раза. В результате доставка 02 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. Оиугоп, 1969).

В возрастании минутного объема крови при физической нагруз­ке важную роль играет так называемый механизм мышечного на­соса. Сокращение мышц сопровождается сжатием в них вен (рис. 15.5), что немедленно приводит к увеличению оттока веноз­ной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосу­ды (в основном вены) системного сосудистого русла (печень, селе­зенка и др.) также действуют как часть общей резервной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови (В.И.Дубровский, 1973, 1990, 1992; Л. 5ЬерЬег 1. 1972).

При выполнении физической работы МОС постепенно увели­чивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивнос­ти нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После прекращения нагрузки МОС постепенно умень­шается. Лишь при легких физических нагрузках увеличение ми­нутного объема кровообращения происходит за счет увеличения ударного объема сердца и ЧСС. При тяжелых физических нагруз­ках оно обеспечивается главным образом за счет увеличения час­тоты сердечных сокращений.

МОС зависит и от вида физических нагрузок. Например, при максимальной работе руками МОС составляет лишь 80% от значе­ний, получаемых при максимальной работе ногами в положении сидя (Л. ЗтепсШег^ет е! а1. 1967).

^ 15.5. СОСУДИСТОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Под влиянием физических нагрузок существенно изменяется сосудистое сопротивление. Увеличение мышечной активности при­водит к усилению кровотока через сокращающиеся мышцы, при-

382

383

чем местный кровоток увеличивается в 12-15 раз по сравнению с нормой (А. Оиутоп е! а1. "№. 5т.атзЬу, 1962). Одним из важнейших факторов, способствующих усилению кровотока при мышечной работе, является резкое уменьшение сопротивления в сосудах, что приводит к значительному снижению общего периферического со­противления (см. табл. 15.1). Снижение сопротивления начинает­ся через 5-10 с после начала сокращения мышц и достигает макси­мума через 1 мин или позже (А. Оиу!оп, 1969). Это связано с рефлекторным расширением сосудов, недостатком кислорода в клетках стенок сосудов работающих мышц (гипоксия). Во время работы мышцы поглощают кислород быстрее, чем в спокойном со­стоянии.

Величина периферического сопротивления различна на разных участках сосудистого русла. Это обусловлено прежде всего изме­нением диаметра сосудов при разветвлении и связанными с ним изменениями характера движения и свойств движущейся по ним крови (скорость кровотока, вязкость крови и др.). Основное сопро­тивление сосудистой системы сосредоточено в ее прекапиллярной части - в мелких артериях и артериолах: 70-80% общего падения давления крови при движении ее от левого желудочка до правого предсердия приходится на этот участок артериального русла. Эти. сосуды называются поэтому сосудами сопротивления или резистив-ными сосудами.

Кровь, представляющая собой взвесь форменных элементов в коллоидно-солевом растворе, обладает определенной вязкостью. Выявлено, что относительная вязкость крови уменьшается с уве­личением скорости ее течения, что связывают с центральным рас­положением эритроцитов в потоке и их агрегацией при движении

Замечено также, что чем менее эластична артериальная стенка (т. е. чем труднее она растягивается, например при атеросклеро­зе), тем большее сопротивление приходится преодолевать сердцу для проталкивания каждой новой порции крови в артериальную систему и тем выше поднимается давление в артериях при систоле.

^ 15.6. РЕГИОНАЛЬНЫЙ КРОВОТОК

Кровоток в органах и тканях при значительной физической на­грузке существенно изменяется. Работающие мышцы требуют уси­ления обменных процессов и значительного увеличения доставки кислорода. Кроме того, усиливается терморегуляция, так как до­полнительное тепло, вырабатываемое сокращающимися мышцами, должно быть отведено к поверхности тела. Увеличение МОС само

384

по себе не может обеспечить адекватное кровообращение при зна­чительной работе. Чтобы условия для обменных процессов были благоприятными, наряду с увеличением минутного объема сердца требуется еще и перераспределение регионального кровотока. В табл. 15.2 и на рис. 15.6 представлены данные о распределении кровотока в покое и во время физических нагрузок различной ве­личины.

В состоянии покоя кровоток в мышце составляет около 4 мл/мин на 100 г мышечной ткани, а при интенсивной динамической работе возрастает до 100-150 мл/мин на 100 г мышечной ткани (В.И. Дубровский, 1982; 3. Зспеггег, 1973; и др.).

385

В интенсивно работающих мышцах кровоток возрастает в 15-20 раз, причем количество функционирующих капилляров может увеличиться в 50 раз. Кровоток усиливается в начале нагрузки, а затем достигает стабильного уровня. Период адаптации зависит от

интенсивности нагрузки и обычно длится от 1 до 3 мин. Хотя ско­рость кровотока в работающих мышцах увеличивается в 20 раз, аэробный обмен может возрастать в 100 раз за счет повышения утилизации 02 с 20-25 до 80%. Удельный вес кровотока в мышцах может возрасти с 21% в покое до 88% при максимальных нагруз­ках (см. таблицу 15.2).

Во время физической нагрузки кровообращение перестраива­ется в режим максимального удовлетворения потребностей в кис­лороде работающих мышц, но если количество получаемого рабо­тающей мышцей кислорода меньше требуемого, то обменные процессы в ней протекают частично анаэробно. В результате воз­никает кислородный долг, который возмещается уже после окон­чания работы.

Известно, что анаэробные процессы в 2 раза менее эффектив­ны, чем аэробные.

Кровообращение каждой сосудистой области имеет свою спе­цифику. Остановимся на коронарном кровообращении, которое

386

существенно отличается от других видов кровотока. Одной из его особенностей является сильно развитая сеть капилляров. Их чис­ло в сердечной мышце на единицу объема превышает в 2 раза коли­чество капилляров, приходящихся на такой же объем скелетной мышцы. При рабочей гипертрофии число сердечных капилляров еще более возрастает. Столь обильным кровоснабжением частич­но объясняется способность сердца извлекать из крови кислорода больше, чем другие органы.

Резервные возможности кровообращения миокарда этим не исчерпываются. Известно, что в скелетной мышце в состоянии покоя функционируют далеко не все капилляры, тогда как число раскрытых капилляров в эпикарде составляет 70%, а в эндокар­де - 90%. Тем не менее, при возросшей потребности миокарда в кислороде (скажем, при физической нагрузке) эта потребность удовлетворяется в основном за счет усиления коронарного крово­тока, а не лучшей утилизации кислорода. Усиление коронарного кровотока обеспечивается увеличением емкости коронарного рус­ла в результате снижения тонуса сосудов. В обычных условиях то­нус коронарных сосудов высок, при его снижении емкость сосудов может возрасти в 7 раз.

Коронарный кровоток во время физической нагрузки возраста­ет пропорционально увеличению минутного объема сердца (МОС). В покое он составляет около 60-70 мл/мин на 100 г миокарда, при нагрузке может усиливаться более чем в 5 раз. Даже в покое ути­лизация кислорода миокардом очень велика (70-80%) и любое повышение потребности в кислороде, возникающее при физических нагрузках, может обеспечиваться только увеличением коронарно­го кровотока.

Легочный кровоток во время физической нагрузки значитель­но возрастает, и происходит перераспределение крови. Содержа­ние крови в легочных капиллярах повышается с 60 мл в покое до 95 мл при напряженной нагрузке (Р. Коп^Моп, 1945), а в целом в системе легочных сосудов - с 350-800 мл до 1400 мл и более (К. Апаегзеп е! аЦ 1971).

При интенсивных физических нагрузках площадь поперечного сечения легочных капилляров увеличивается в 2-3 раза, и скорость прохождения крови через капиллярное ложе легких возрастает в 2-2,5 раза (К. Лоппзоп е! а1. 1960).

Установлено, что в покое часть капилляров в легких не функци­онирует.

Изменение кровотока во внутренних органах играет важнейшую роль в перераспределении регионарного кровообращения и улуч­шении кровоснабжения работающих мышц при значительных фи-

387

зических нагрузках. В покое кровообращение во внутренних орга­нах (печень, почки, селезенка, пищеварительный аппарат) состав­ляет около 2,5 л/мин, т. е. около 50% минутного объема сердца. По мере увеличения нагрузок величина кровотока в этих органах постепенно уменьшается, и его показатели при максимальной фи­зической нагрузке могут свестись к 3-4% минутного объема серд­ца (см. табл. 15.2). Например, печеночный кровоток при тяжелой физической нагрузке снижается на 80% (Ь. Ко\уе11 е\ а1. 1964). В почках во время мышечной работы кровоток уменьшается на 30-50%, причем это уменьшение пропорционально интенсивности нагрузки, а в отдельные периоды очень кратковременной интен­сивной работы почечный кровоток может даже прекратиться (Ь. КасН^ип, 5. КаЫпзоп, 1949; .1. СазМогз 1967; и др.).

Уменьшение кровотока во внутренних органах является важным фактором, регулирующим гемодинамику при физических нагрузках и, в частности, оптимальное кровоснабжение работающих мышц, сердца и легких, а также регулирование повышенной теплоотдачи, особенно при тренировках в зонах жаркого и влажного климата.

Кровоток в коже в покое составляет около 500 мл/мин, что со­ответствует 10% минутного объема сердца. Он подвержен значи­тельным изменениям, связанным с окружающей средой, физиче­скими нагрузками и другими факторами. Под влиянием физических нагрузок сосуды кожи расширяются и кровоток возрастает в 3-4 раза, что создает оптимальные условия для теплоотдачи.

^ 15.7. ГАЗЫ И РН КРОВИ, ГЕМАТОКРИТ

Газы и рН крови во время физических нагрузок на субмакси­мальном уровне существенно не изменяются. Усиленная легочная вентиляция во время работы обеспечивает нормальный или повы­шенный показатель 02 в альвеолах. Напряжение 02. С02 в тканях и щелочной резерв также существенно не меняются. Повышенная потребность, в тканевом дыхании удовлетворяется целым рядом компенсаторных механизмов. В частности, возрастает утилизация 02 за счет более полного восстановления гемоглобина (НЬ). Уско­рение кровотока и раскрытие капилляров в работающих мышцах способствуют доставке тканям большего количества кислорода и лучшему выведению углекислого газа. Поступление в кровяное русло новых эритроцитов обеспечивает увеличение кислородной емкости крови.

Только при тяжелой физической работе, когда в мышцах в до­полнение к аэробным процессам возникают и анаэробные, повы-

388

шается содержание молочной кислоты в крови, возрастает рС02. уменьшается щелочной резерв, а в результате понижается рН крови.

Под влиянием мышечной работы возрастает гематокрит (Нет), в результате чего увеличивается способность артериальной крови транспортировать кислород. Увеличение кислородной емкости ар­териальной крови при переходе из состояния покоя к физической нагрузке в среднем составляет 1,3 мл на 100 мл.

Общее количество гемоглобина зависит от его концентрации и общего объема крови. Последний связан с размерами тела и в боль­шой степени зависит от физической активности (табл. 15.3).

389

Как видно из табл. 15.3, одним из механизмов адаптации систе­мы транспортировки кислорода при повышенной физической актив­ности является увеличение объема крови и общего количества ге­моглобина. Если общее количество гемоглобина у взрослых мужчин при концентрации его 158 г/л в объеме крови 5180 мл составляет около 820 г, то бегун-стайер при такой же концентрации гемогло-

бина будет иметь его общее количество 924,3 г. Общее количестве кислорода, связанного кровью, у них будет приблизительно 1100 * 1240 мл соответственно.

Наблюдения показывают, что у спортсменов общее количестве гемоглобина, объем сердца и объем крови по отношению к весу телг выше, чем у лиц, занимающихся спортом (5. ЩеНЬег^ е! а1. 1949 Т. Зрзтгапс. 1955; и др.). У спортсменов способность крови транс портировать кислород выше. Она выражается максимальной ве личиной поглощения (усвоения) кислорода или количеством кис лорода, доставляемым к тканям за одно сокращение сердцг (Р.О. Азтгапс. 1952; и др.).

Наряду с благоприятным влиянием на гемодинамику возраста­ние гематокрита (Нет) при физической нагрузке имеет и отрица­тельное значение, так как повышение концентрации эритроцитов приводит к увеличению вязкости крови, что затрудняет кровоток и ускоряет время свертывания. В этой связи при тренировках, и осо­бенно во время соревнований, при посещении сауны (бани) пока­зан прием жидкости (питье), лучше напитков, содержащих микро­элементы, соли,витамины.

^ 15.8. ВНУТРИСЕРДЕЧНАЯ ГЕМОДИНАМИКА

При физических нагрузках возрастает потребность работающих мышц в 02. в связи с этим меняется внутрисердечная гемодинами­ка. При тяжелой физической нагрузке систолическое давление в правом желудочке значительно возрастает - с 3,2 кПа до 5,9 кПа (с 24 до 44 мм рт. ст.). Согласно В. Веуег^агс! е! а1. (1963), конечно-диастолическое давление в правом желудочке при нагрузке также повышается.

^ 15.9. СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ

Фаза сердечного цикла следующая (рис. 15.7): 1) систола пред­сердий, 2) фаза изометрического напряжения желудочков, 3) фаза быстрого изгнания, 4) фаза медленного изгнания, 5) фаза изомет­рического расслабления желудочков, 6) фаза быстрого наполнения и 7) фаза медленного наполнения.

^ 15.10. СИЛА СОКРАЩЕНИЯ МИОКАРДА

При сокращении сердечной мышцы она укорачивается (изото­ническое сокращение), а когда мышца уже не способна укоротить­ся, то говорят об изометрическом сокращении мышцы. При таком

390

391

сокращении в мышце развивается напряжение. Когда сердце сокра­щается при замкнутых клапанах, то сокращение происходит имен­но в изометрическом режиме в условиях постоянного объема, кровь из него не выбрасывается (фаза изометрического сокращения).

^ 15.11. СОКРАТИМОСТЬ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ

Термин «сократимость» отражает способность сердечной мыш­цы сокращаться и совершать работу при определенном растяжении ее волокон. На сократимость влияют такие факторы, как раздраже­ние симпатических волокон или действие норадреналина, повыше­ние концентрации кальция или воздействие другими агентами. Сила сокращения возрастает также при увеличении нагрузки на сердце вследствие повышения давления в аорте или увеличении частоты сердечных сокращений.

^ Масса и размеры сердца человека в значительной степени зависят от его мышечной деятельности и состояния здоровья. Впервые увеличение размеров сердца у спортсменов отметил 5.Ш. Непзспеп (1899). Он расценил этот факт как свидетельство неблагоприятного влияния спорта. Он ввел термин «спортивное сердце» для обозначения патологических процессов в миокардеГ развивающихся под влиянием физических упражнений. Однако по­зднее было доказано, что увеличение сердца под воздействием сис­тематических тренировок (спортивная гипертрофия) необходимо для обеспечения высокой работоспособности (Р. Оеитзсп, Ь. Каиг, 1925; Н. НегхЫтег, 1933; и др.).

В результате исследований и наблюдений было установлено, что под влиянием систематических физических нагрузок происходит умеренное расширение полостей желудочков. Увеличение разме­ров сердца и компенсаторная гипертрофия - обратимые явления, но при условии, что спортсмен, тренируясь, не перенес инфекци­онного заболевания, т. е. тренировался здоровым. После прекра­щения систематических тренировок объем сердца постепенно уменьшается.

Наиболее выражено увеличение абсолютных размеров сердца при тренировке на выносливость (8. Миз5П0Й"е1а1. 1958; А. Рцайе, 1959; и др.). У физически малоактивных людей абсолютная вели­чина объема сердца 740 см 3. у спортсменов - 1010 см 3. Примерно такая же разница (в среднем на 125 г) отмечена и в массе сердца (Н. КеЫеИ е! а. 1960; и др.).

У бегунов на средние и длинные дистанции МОК в покое со­ставляет в среднем 2,74 л/мин, у нетренированных лиц - 4,8 л/мин (Н. МеИего\\асг, 1956; и др.).

392

У нетренированных лиц объем циркулирующей крови (ОЦК) меньше, чем у спортсменов (В.И. Дубровский, 1990, 1992; ЗсЬппаЧ е( а1„ 1962; Ь. Озса1 ех а1. 1968; и др.).

Определение минутного объема сердца (МОС) посредством сер­дечного индекса (л/м 2 поверхности тела) в минуту означает, что эта величина пропорциональна площади поверхности тела (Н. Тау1ог, К. Т1ес1е, 1952). Сердечный индекс используют для от­личия нормальных величин от патологических. Значение сердеч­ного индекса у здоровых людей в расслабленном состоянии нахо­дится в пределах 3-4 л/м 2 /мин (верхней и нижней границами нормы считаются 2,5 и 4,5 л/м 2 /мин).

В таблице 15.4 представлено примерное распределение минут­ного объема левого желудочка у здорового человека в покое в гори­зонтальном положении.

393

При дыхании 100%-ным кислородом парциональное давление кислорода в артерии (р02 ) увеличивается примерно до 500 мм рт. ст. и приблизительно 1,5 мл кислорода в растворенном состоянии пе­реносится плазмой. Поскольку этот кислород тут же поступает в ткани, из гемоглобина извлекается меньше кислорода, и артерио-венозная разница в насыщении кислородом уменьшается (табл. 15.5).

Физическая нагрузка существенно влияет на сердечный выброс и частоту сердечных сокращений (табл. 15.6).

У тренированных лиц при физической нагрузке ЧСС возраста­ет не в такой степени, как у нетренированных (при таком же при­росте сердечного выброса).

На сердечный выброс влияет ряд факторов: заболевания, воз­раст, тренированность и др. (табл. 15.7).

При миокардитах, кардиосклерозе и других болезненных состо­яниях сердечный индекс также уменьшается из-за снижения сокра­тимости миокарда.

^ 15.12. СЕРДЕЧНЫЙ ВЫБРОС И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КРОВИ

Около 80-85% общего объема циркулирующей крови находит­ся в большом круге кровообращения, остальная часть - в малом (легочном).

Сердечный выброс (СВ) - это общее количество крови, выбра­сываемой сердцем в единицу времени. Обычно выброс оценивают за 1 мин (минутный объем). Объем крови, выбрасываемый за одно сокращение, называется ударным объемом. Минутный объем ра­вен ударному объему, помноженному на частоту сокращений сердца.

В среднем у взрослых СВ составляет 5 л/мин, варьируясь в зависимости от массы тела и конституции. Более точным показа­телем является сердечный индекс, равный сердечному выбросу (СВ), отнесенному к площади поверхности тела (в м 2 ). У челове­ка средней упитанности площадь поверхности тела составляет приблизительно 1,7 м 2. а сердечный индекс соответственно равен 3 л/м 2 /мин.

394

^ Мышечный насос

Движение крови по венам обеспечивается рядом факторов: ра­ботой сердца, клапанным аппаратом вен, «мышечным насосом» и др. (см. рис. 15.5). Вены верхних и нижних конечностей снабжены клапанами, а глубокие вены окружены мышцами. При физической

395

нагрузке мышцы действуют как насосы, оказывая давление на вены снаружи (см. рис. 15.5). Чем чаще и активнее движения, например при ходьбе, тем эффективнее «насосное действие» мышц. Правда, сокращение мышц, пережимая сосуды, затрудняет кровоток. Но если сокращения носят перемежающийся характер, то уменьше­ние кровотока во время фазы сокращения эффективно компенси­руется за счет кислорода, связанного с миоглобином. Поэтому во время ритмичной нагрузки, возникающей при беге, ходьбе на лы­жах, езде на велосипеде, кровоснабжение мышц конечностей на­много увеличивается. Сокращение мышц брюшного пресса ведет к вытеснению значительного количества крови из сосудов печени, кишечника и селезенки, увеличивая приток крови к сердцу и тем самым влияя на сердечный выброс.

При сокращении мышц вены в них сжимаются, что немедленно приводит к увеличению притока крови к правому желудочку (мы­шечному насосу). Увеличение оттока венозной крови из мышц ниж­них конечностей способствует быстрому заполнению сердца и, кро­ме того, повышает давление перфузии в нижних конечностях за счет снижения давления в венах голени и ступни.

Активация мышечного насоса сопровождается изменениями в посткапиллярных сосудах (в основном в венах) системного крово­обращения.

Физические упражнения вызывают рефлекторное увеличение напряжения стенок венозных сосудов как в работающих, так и в неработающих конечностях. Это напряжение сохраняется в тече­ние всей нагрузки и пропорционально степени ее тяжести.

^ Работа сердца

Работа левого желудочка, перекачивающего при среднем дав­лении 100 мм рт. ст. (135 Г/см 2 ) 5 л (5000 см 3 ) крови, в 1 мин со­ставляет: 5000 х 135 = 675 000 Г ■ см = 6,75 кГ • м.

^ Коэффициент полезного действия (КПД) сердца

Равный отношению совершенной работы к затраченной энер­гии, составляет всего 14-25%, что говорит о значительных поте­рях энергии.

При физической нагрузке и тренировке к.п.д. сердца может уве­личиться.

396

При повышении АД нагрузка на сердце увеличивается, а кпд уменьшается. Поэтому для облегчения работы сердца желательно, чтобы кровяное давление было сравнительно низким, а сердечный выброс - большим.

^ Электрокардиограмма (ЭКГ)

В сердце человека существует специализированная, анатоми­чески обособленная проводящая система. Она состоит из синоат-риального и атриовентикулярного узлов, пучков Гисса с его левой и правой ножками и волокон Пуркине. Эта система образована спе­циализированными мышечными клетками, обладающими свойством автоматизма и высокой скоростью передачи возбуждения.

Распространение электрического импульса (потенциал дей­ствия) по проводящей системе и мышце предсердий и желудочков сопровождается деполяризацией и реполяризацией. Регистрируе­мые в результате этого волны, или зубцы, называются волнами де­поляризации ( = Е1), затем в левом вертикальном столбике находят две первые цифры этой суммы, а в верхней горизонтальной строчке - последнюю цифру. Искомый ИГСТ находится на месте пересечения указан­ных строк. Если подсчет пульса производится только один раз по сокращенной форме, то ИГСТ находят по значению Г2 этого под­счета аналогичным образом в табл. 15.14. Табл. 15.15 облегчает расчет ИГСТ при неполном времени восхождения (сокращенная форма).

409

410

411

412

В левом вертикальном столбике находят фактическое время восхождения (округленное до 30 с), а в верхней горизонтальной строчке - число ударов пульса за первые 30 с со 2-й минуты восста­новления.

Из-за большой интенсивности нагрузки тест применяют только при обследовании спортсменов.

Критерии оценки результатов гарвардского степ-теста приведе­ны в табл. 15.16.

Самые большие показатели (до 170) отмечены у спортсменов экстракласса, тренирующихся на выносливость (лыжные гонки, академическая гребля, плавание, марафонский бег и др.).

^ Субмаксимальные нагрузочные тесты

Такие тесты проводятся различными видами нагрузок:

немедленное увеличение нагрузки после разминки до пред­полагаемого субмаксимального уровня для данного спортсмена;

равномерная нагрузка на определенном уровне с увеличени­ем при последующих исследованиях;

непрерывное или почти непрерывное возрастание нагрузки;

ступенчатое возрастание нагрузки;

ступенчатое возрастание нагрузки, чередующееся с перио­дами отдыха.

Первый, третий и четвертый тесты используются в основном при обследовании спортсменов, второй - для сравнительной оцен­ки переносимости определенной нагрузки каким-либо континген­том лиц.

413

По рекомендации ВОЗ при обследовании здоровых людей на­чальная нагрузка у женщин должна составлять 150 кгм/мин с последующим увеличением до 300-450-500 кгм/мин и т. д.; у мужчин - 300 кгм/мин с последующим возрастанием до 600-900-1200 кгм/мин и т. д. Длительность каждого этапа нагрузки не менее 4 мин. Периоды отдыха между этапами нагрузки состав­ляют 3-5 мин.

Тест на тредмилле обычно начинается со скоростью 6 км/ч с последующим увеличением до 8 км/ч, 10 км/ч и т. д. Уклон дви­жения увеличивается ступенчато до 2,5%.

Градуировать нагрузки проще всего по шкале велоэргометра. При степ-тесте величина нагрузок определяется на основе расчета массы тела обследуемого, высоты ступенек и количества подъемов на них. При тесте на тредмилле рассчитываются затраты энергии в зависимости от скорости движения и уклона (рис. 15.14).

Учитывая линейную зависимость между частотой пульса и ве­личиной потребления кислорода по ЧСС, можно судить об уровне аэробной способности обследуемого во время нагрузочного теста и об уровне нагрузки для достижения, например, 75% аэробной спо­собности (табл. 15.17).

Таблица дает также представление о максимальной частоте сер­дечных сокращений у лиц разного пола и возраста.

Максимальная частота сердечных сокращений для лиц разного возраста может быть ориентировочно определена и путем вычита­ния из 220 числа лет обследуемого. Например, для человека в воз­расте 30 лет максимальная ЧСС составляет 220 - 30 = 190.

414

^ Субмаксимальный тест Валунда - Шестранда (

ио или РШС170 ) рекомендован ВОЗ для определения физической работо­способности по достижении ЧСС 170 уд/мин (возможность физи­ческой нагрузки выражается в кгм/мин или Вт), при которой частота сердечных сокращений после врабатываемости устанавли­вается на уровне 170 уд/мин, т. е. \У170 (или РЖ2170 ). Данный уро­вень нагрузки и является показателем А^170 .

415

Для старших возрастных групп, учитывая более низкий предел допустимого возрастания пульса (см. табл. 15.11), а также у юных спортсменов применяют тесты РШС]30 и РШС,50 - определение физической работоспособности при достижении ЧСС 130 и 150 уд/мин.

Тест выполняется следующим образом: испытуемый подверга­ется на велоэргометре двум нагрузкам разной мощности (Ш1 и Ш2 ) продолжительностью 5 мин каждая с отдыхом 3 мин. Нагрузка под­бирается с таким расчетом, чтобы получить несколько значений пульса в диапазоне 120-170 уд/мин. В конце каждой нагрузки оп­ределяют ЧСС (соответственно Г( и !2 ).

416

На основании полученных данных строят графики, где на оси абсцесс заносят показатели мощности нагрузки С^, и Ш2 ), на оси ординат - соответствующую ЧСС (рис. 15.15). На пересечении перпендикуляров, опущенных в соответствующие точки осей гра­фика, находят координаты 1 и 2, через них проводят прямую до пе­ресечения с перпендикуляром, восстановленным из точки ЧСС, соответствующей 170 уд/мин (координата 3). Из нее опускают пер­пендикуляр на ось абсцисс и получают таким образом значение мощности нагрузки при ЧСС, равной 170 уд/мин

Для упрощения расчета мощность работы при двухступенчатом тесте Р\УС170 рекомендуется формула:

где Р^С170 - мощность физической нагрузки при ЧСС 170 уд/мин; ш и^2 - мощность первой и второй нагрузок (кгм/мин или Вт); <. и !2 - ЧСС на последней минуте первой и второй нагрузок (в 1 мин).

В качестве ориентиров могут быть использованы следующие ве­личины Р^С170 у здоровых людей: для женщин - 422-900 кгм/мин, мужчин - 850-1100 кгм/мин. У спортсменов этот показатель зависит от вида спорта и колеблется в пределах 1100-2100 кгм /мин, а представители циклических видов спорта (академическая греб­ля, велошоссе, лыжные гонки и др.) имеют еще более высокие по­казатели. Для сравнения сходных индивидуумов рассчитывают относительную величину показателя РШС,70 в Вт/кг.

^ Нагрузочные тесты для детей

В возрасте до 10 лет начинают с минимальных нагрузок (до 50 кгм/мин), а с 10 лет и старше - с учетом массы тела. Обычно, как рекомендует ВОЗ, со 100-150 кгм/мин.

^ Определение максимального потребления кислорода (МПК)

МПК является основным показателем продуктивности кардио-респираторной системы. МПК - это наибольшее количество^кис­лорода, которое человек способен потребить в течение одной ми­нуты. МПК - мера аэробной мощности и интегральный показатель состояния транспортной системы кислорода (02 ). Определяется он непрямым или прямым методом.

Чаще применяют непрямой метод измерения МПК (рис. 15.16), не требующий сложной аппаратуры. Для обследования высококва­лифицированных спортсменов рекомендуется измерять МПК пря­мым методом.

В норме между величиной потребления кислорода (ПК) и ЧСС существует линейная зависимость. МПК - основной показатель, отражающий функциональные возможности сердечно-сосудистой и дыхательной систем и физическое состояние в целом, т. е. аэроб­ную способность. Этот показатель (л/мин, а точнее, мл/мин/кг)

14—247 417

или его энергетический эквивалент (кДж/мин, ккал/мин) отно­сятся к ведущим в оценке и градациях физического состояния че­ловека. Таким образом, субмаксимальные нагрузочные тесты, обес­печивающие информацию об аэробной способности, являются важнейшим инструментом оценки функционального состояния организма. Величина МПК зависит от пола, возраста, физической подготовленности обследующего и варьирует в широких пределах. Нормальные величины максимального потребления кислорода у детей школьного возраста и у взрослых приведены в табл. 15.18, 15.19.

Испытуемому рекомендуется велоэргометрическая нагрузка (ЧСС после врабатывания должно находиться между 120-170 уд/ мин) или степ-тест (высота ступеньки 40 см - для мужчин, 33 см -для женщин, темп восхождения - 22,5 цикла в 1 мин) в течение не менее 5 мин. ЧСС регистрируется на 5-й минуте работы. Расчет МПК проводят по специальной номограмме I. Азтгапа (рис. 15.17)

418

и формуле фон Добелна (табл. 15.20). Найденная с помощью но­мограммы величина МПК корригируется путем умножения на «воз­растной фактор» (табл. 15.21). В табл. 15.22 представлена номо­грамма I. Азхгапа после расчета на основе субмаксимального нагрузочного теста на велоэргометре.

Для детей и подростков младше 15 лет разработана специаль­ная номограмма Гюртлера.

Определение МПК прямым методом дает более точные резуль­таты. Испытуемый выполняет ступенеобразную повышающуюся нагрузку на велоэргометре или тредбане. Исходная мощность на­грузки и последующие «ступени» выбираются с учетом пола, воз­раста и физической подготовленности обследуемого.

419