Изменения в сердечно-сосудистой системе при физической нагрузке

Биохимические процессы

Во время мышечной деятельности происходит усиление и учащение сердечных сокращений, что требует большего количества энергии по сравнению с состоянием покоя. Однако энергообеспечение сердечной мышцы осуществляется главным образом за счет аэробного ресинтеза АТФ. Анаэробные пути ресинтеза АТФ включаются лишь при очень интенсивной работе.

Большие возможности аэробного энергообеспечения в миокарде обусловлены особенностью строения этой мышцы. В отличие от скелетных мышц в сердечной имеется более развитая, густая сеть капилляров, что позволяет извлекать из протекающей крови больше кислорода и субстратов окисления. Кроме того, в клетках миокарда имеется больше митохондрий, содержащих ферменты тканевого дыхания. В качестве источников энергии миокард использует различные вещества, доставляемые кровью: глюкозу, жирные кислоты, кетоновые тела, глицерин. Собственные запасы гликогена практически не используются; они необходимы для энергообеспечения миокарда при истощающих нагрузках.

Во время интенсивной работы, сопровождающейся увеличением концентрации лактата в крови, миокард извлекает из крови лактат и окисляет его до углекислого газа и воды. При окислении одной молекулы молочной кислоты синтезируется до 18 молекул АТФ. Способность миокарда окислять лактат имеет большое биологическое значение. Использование лактата в качестве источника энергии позволяет дольше поддерживать в крови необходимую концентрацию глюкозы, что очень существенно для биоэнергетики нервных клеток, для которых глюкоза является почти единственным субстратом окисления. Окисление лактата в сердечной мышце также способствует нормализации кислотно-щелочного баланса, так как при этом в крови снижается концентрация этой кислоты.

Снижение периферического сопротивления

Существенным изменением в сердечно-сосудистой системе при динамической нагрузке в то же время является значительное снижение общего периферического сопротивления, вызванного накоплением метаболических вазодилататоров и снижением сосудистого сопротивления в активно работающей скелетной мускулатуре. Снижение общего периферического сопротивления представляет собой фактор, снижающий давление, который стимулирует увеличение симпатической активности посредством артериального барорецепторного рефлекса.

Хотя среднее артериальное давление во время физической нагрузки выше нормы, однако снижение общего периферического сопротивления приводит к его падению ниже этого повышенного уровня, на котором оно должно было бы регулироваться в результате только воздействий на сосудодвигательный центр, направленных на подъем установочной точки. Артериальная барорецепторная дуга реагирует на данное обстоятельство увеличением симпатической активности. Таким образом, артериальный барорецепторный рефлекс в значительной степени обусловливает увеличение симпатической активности при физической нагрузке, несмотря на казалось бы противоречащий этому факт повышения уровня артериального давления по сравнению с нормой. Фактически, если бы не артериальный барорецепторный рефлекс, то снижение общего периферического сопротивления, происходящее во время физической нагрузки, вызвало бы падение среднего артериального давления существенно ниже нормы.

Кровоток в коже может увеличиться при нагрузке, несмотря на общее увеличение тонуса симпатических сосудосуживающих нервов, поскольку термические рефлексы могут подавлять прессорные рефлексы при регуляции кровотока в коже в определенных условиях. Температурные рефлексы обычно, конечно, активируются во время усиленной физической нагрузки, чтобы устранить избыток тепла, который возникает во время активной работы скелетной мускулатуры. Часто кровоток в коже снижается в начале нагрузки (как часть общего увеличения тонуса артериол в результате увеличения активности симпатических сосудосуживающих нервов), а затем возрастает при ее продолжении по мере того, как нарастает теплопродукция и температура тела.

Помимо увеличения кровотока в скелетной мускулатуре и коже, при тяжелой физической нагрузке также существенно возрастает коронарный кровоток. Это прежде всего обусловлено локальной метаболической вазодилатацией коронарных артериол, вследствие усиления работы сердца и увеличения потребления кислорода миокардом.

Существуют два важных механизма, участвующих в реакции сердечно-сосудистой системы на динамическую физическую нагрузку. Первый — это насос скелетной мускулатуры, который мы обсуждали в связи с вертикальным положением тела. Насос скелетной мускулатуры является очень важным фактором усиления венозного возврата при физической нагрузке и таким образом предупреждает чрезмерное снижение центрального венозного давления вследствие увеличения частоты сердечных сокращений и сократительной способности миокарда. Второй фактор — это дыхательный насос, который также способствует венозному возврату при физической нагрузке. Усиление дыхательных движений во время физической нагрузки ведет к увеличению эффективности деятельности дыхательного насоса и, тем самым, способствует повышению венозного возврата и наполнения сердца.

Средняя величина центрального венозного давления при значительной динамической физической нагрузке изменяется несущественно, или вообще не меняется. Это происходит, потому что обе кривые минутного объема и венозного возврата сдвигаются кверху при физической нагрузке. Таким образом, минутный объем и венозный возврат увеличиваются без значительных изменений центрального венозного давления.

В целом, значительные адаптационные изменения деятельности сердечно-сосудистой системы при динамической физической нагрузке, происходят автоматически, вследствие работы нормальных механизмов регуляции! деятельности сердечно-сосудистой системы. Колоссальное увеличение кровотока в скелетной мускулатуре осуществляется преимущественно за счет увеличения минутного объема сердца, но частично это также осуществляется за счет уменьшения кровотока в почках и органах брюшной полости.

При статической (т.е. изометрической) физической нагрузке в сердечно-сосудистой системе возникают изменения, отличные от изменений при динамической нагрузке. Как обсуждалось в предыдущем разделе, динамическая нагрузка приводит к существенному уменьшению общего периферического сопротивления, вследствие локальной метаболической вазодилатации в работающих мышцах. Статическое напряжение, даже умеренной интенсивности, вызывают сдавление сосудов в сокращающихся мышцах и снижение объемного кровотока в них. Таким образом, общее периферическое сопротивление обычно не снижается при статической физической нагрузке и может даже существенно увеличиться, если в работу вовлечены некоторые крупные мышцы. Первичные изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы во время статической нагрузки представляют собой повышающие установочную точку потоки импульсов в сосудодвигательный центр продолговатого мозга из коры головного мозга (центральная команда) и от хеморецепторов в сокращающихся мышцах.

Воздействие на сердечно-сосудистую систему статической нагрузки приводит к увеличению частоты сердечных сокращений, минутного объема и артериального давления — все это является результатом усиления активности симпатических центров. Статическая нагрузка в то же время приводят к меньшему увеличению частоты сердечных сокращений и минутного объема и большему увеличению диастолического, систолического и среднего артериального давления, чем это происходит при динамической физической нагрузке.