Насосная функция сердца
Сердце нагнетает кровь в сосудистую систему благодаря периодиче-ским синхронным сокращениям мышечных клеток, составляющих миокард предсердий и желудочков, а также наличию атриовентрикулярных (пред-сердно-желудочковых), аортального (в устье аорты) и легочного (в устье ле-гочной артерии) клапанов. Лишь наличие этих четырех клапанов, открытие и закрытие которых происходит прежде всего вследствие разницы давлений в полостях, разделенных этими клапанами, позволяет сердцу эффективно ра-ботать как насосу* а крови двигаться в строго заданном направлении.
Каждый сердечный цикл состоит из двух основных перирдов: сокра-щения, называемого систолой, и расслабления, называемого диастолой. Со-кращения сердца сопровождаются характерными изменениями давления в его полостях и выходящих из него аорте и легочной артерии (рис. 7.5).
 |
| Давление в аорте |
| Давление в левом предсердии Давление в левом желудочке |
| Тоны сердца |
| Изменения объема левого желудочка |
| Систол^чесшй объем |
| ЭКГ |
Рис.7.5. Изменения давления в аорте, левом предсердии и желудочке, а
также объема левого желудочка во время различных фаз
сердечного цикла (1-8)
Вертикальными линиями выделены отдельные фазы сердечного цикла: 1) фаза со-кращения предсердий; 2) фаза асинхронного сокращения желудочков; 3) фаза изо-метрического сокращения желудочков; 4) фаза изгнания; 5) протодиастолический период; 6) фаза изометрического расслабления желудочков; 7) фаза быстрого напол-нения желудочков; 8) фаза медлениого наполнения желудочков
Сокращение сердца начинается с систолы предсердий, длящейся 0,1 с. После окончания систолы предсердий начинается систола желудочков, в общей продолжительности которой (0,33 с) выделяют период напряжения (0,08 с) и период изгнания крови из желудочков (0,25 с).
Диастола желудочков включает в себя период изометрического рас-слабления и период наполнения.
Наполнение сердца кровью обуславливают несколько причин. Одной из них является остаточная движущая сила венозной крови, вызванная пре-дыдущим сокращением сердца. Благодаря наличию этой силы среднее дав-ление в полых венах выше, чем в правом предсердии. Вторая причина посту-пления крови в сердце - присасывание ее грудной клеткой, особенно во вре-мя вдоха, когда снижается внутригрудное давление. Третьей причиной при-тока крови к сердцу, особенно при мышечной деятельности, является сокра-щение скелетных мышц и периодическое сдавление вен. Благодаря наличию в венах клапанов работает своеобразный мышечныйнасос. При сдавливании венозных сосудов кровь продвигается по ним вверх к сердцу. Движению крови в обратном направлении препятствуют закрытые клапаны вен. В мо-мент расслабления мышц стенки вен расправляются и они вновь наполняют-ся кровью. Благодаря многократному повторению этого процесса кровь ак-тивно продвигается к сердцу.
В покое во время диастолы наполнение желудочков кровью увеличи-вает их объем до 120-130 мл.Объем крови, содержащийся в желудочках в конце диастолы, называется конечно-диастолическим объемом. В покое за время систолы сердце выбрасывает в аорту около 70 мл крови. Этот объем называется систолическим (СО), или ударным, объемом (УО). Объем крови, остающийся в сердце после систолы (50-60 мл), называется конечно-систолшеским объемом. При напряженной мышечной деятельности конеч-ный систолический объем может уменьшиться до 10-30 мл. Вместе с тем при работе, благодаря значительному увеличению притока крови к сердцу в диа-столу, конечный диастолический объем может возрастать у тренированных лицдо 200-250 мл-.-В условиях значительного увеличения конечного диасто-лического объема и уменьшения конечного систолического систолический объем по сравнению с покоем при мышечной работе может возрастать более чем вдвое.
7.1.6. Метаболизм и кровоснабжение сердца
Обеспечение сердечной мышцы энергией имеет ряд специфических особенноетей. Энергию, необходимую для совершения механической рабо-ты, сердце получает главным образом за счет аэробного процесса распада питательных веществ - окислительнрго фосфорилированш. В этом принци-пиальное отличие энергообеспечения миокарда от скелетных мышц, которые при интеноивных кратковременных нагрузках могут покрывать свои энерге-
тические потребности за счет анаэробных процессов, образуя при этом ю слородный долг. Даже в состоянии покоя мышца сердца потребляет большс количество кислорода (8-10 мл/ 100 г/мин).
В качестве основных энергетических субстратов окисления сердеч
ной мышцей используются свободные жирные кислоты, глюкоза и молочна
кислота (лактат). В покое доля каждого из этих субстратов составляет сооч
ветственно около 34, 31 и 28%. При мышечной работе значительно возраста
ет доля лактата (до 60%). .1
Кровоснабжение сердца.В покое у человека коронарный кровота
составляет в среднем 80-90 мл • 100 г"1 • мин"1. При интенсивной мышечнс!
работе он возрастает в 4-5 раз. Коронарный кровоток в отличие от кровоЦ
ращения в других органах претерпевает значительные колебания т пропЛ
жети сердечного цикла. Они связаны с изменениями давления крови в аори
и давления внутри миокарда. Под действием высокого внутримышечной
давления во время систолы коронарные сосуды сдавливаются и кровотсий
них уменьшается почти до нуля. я
7.1.7. Основные показатели работы сердца з|
Основной функцией сердца является нагнетание крови в систему м
судов. Насосная функция сердца характеризуется несколькими показатея
ми. Одним из важнейших показателей работы сердца является лшнушщ
объем кровообращенш (МОК) - количество крови, выбрасываемое желудя
ками сердца в минуту. МОК левого и правого желудочков одинаков. Син
нимом понятия МОК является термин «сердечный выброс» (СВ). МОК - •
интегральный показатель работы сердца, зависящий от величины систолш
ского объема (СО) - количества крови (мл; л), выбрасываемого сердцемя
одно сокращение, и ЧСС. Таким образом, МОК (л/мин) = СО (л) х 49
(уд/мин). В зависимости от характера деятельности человека в данный •
мент времени (особенности физической работы, поза, степень психоэмош
нального напряжения и др.) доля вклада ЧСС и СО в изменения МОК т
лична. Ориентировочные величины ЧСС, СО и МОК в зависимости отпш
жения тела, пола, физической подготовленности и уровня физической акя
ности представлены втабл. 7.1. ••
7.1.7.1. Частота сердечных сокращений т
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.
| т т |
| О 00 |
Таблица 7.1
Примерные величины частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин),
систолического объема (СО, мл) и минутного объема кровообращения
(МОК, л/мин) в покое и при физической работе
| Иссле-дуемые показа-тели | покой | Умеренная работа | Максимальная аэробная работа | |||||||||||||
| Лежа | Стоя | |||||||||||||||
| нетрени-рованные | трениро-ванные | нетрени-рованные | трениро-ванные | нетрени-рованные | трениро-ванные | нетрени-рованные | трениро-ванные | |||||||||
| М | Ж | М | Ж | М | Ж | М | Ж | М | Ж | М | Ж | М | Ж | М | Ж | |
| чсс | ||||||||||||||||
| со | ||||||||||||||||
| мок | 5,6 | 4,5 | 4,3 | 3,5 | 4,5 | 3,5 | 4,1 | 3,6 | 16,2 | 12,6 | 23,4 | 18,9 | 25,3 | 19,5 | 36,1 | 28,5 |
ЧСС при мышечной работе. Единственной возможностью повысйт|ы доставку кислорода к работающим мышцам является увеличение объе крови, поступающей к ним в единицу времени. Для этого дрлжен возр МОК. Поскольку ЧСС прямо влияет на величину МОК, то повышение ЧС( при мышечной работ'е является обязательным механизмом, направленным 1 удовлетворение значительно возрастающих нужд метаболизма. Изменени^ ЧСС при работе показаны на рис. 7.6.
| уд/миы |
 |
| Восстановление |
| 140 _ |
| 120 _ |
| 100 _ |
| 80 _ |
| Время, мин |
Рис. 7.6. Изменения частоты сердечных сокрашений до, во время и после умеренной работы
Если мощность цикличеекой работы выразить через величину потребляемого кислорода (в процентах от величины максимального потребления кислорода - МПК), то ЧСС возрастает в линейной зависимости от мощности работы (потребления О2, рис. 7.7). У женщин при условии равного с мужчинами потребления О2 ЧСС обычно на 10-12 уд/мин выше.
Наличие прямо пропорцибнальной зависимости между мощностью работы и величиной ЧСС делает часто1?у пульса важным информативным показателем в практической деятельности тренера и педагога. При многих видах мышечной деятельности ЧСС - точный и легкоопределяемый показа
тель интенсивности выполняемых физических нагрузок, фйзиологической стоимости работы, особенностей протекания периодов восстановления.
 |
 |
| ЧСС |
| _ЮО |
| СО |
| 1 175 |
мок
0 I.
0 20 40 60 80 100 Потребление кислорода, % МПК
Рис.7.7. Частота сердечных сокращений, систолический объем и
минутный объем крови в покое и при физической работе с разным
уровнем потрёблейия кислрр'ода (при разной мощности работы)
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 ЧССу каждого конкретного человека можно определить лишь опытным пу-тем, регистрируя частоту пульса во время работы возрастающей мощности ыа велоэргометре. Практически для ориентировочного суждения о макси-мальной ЧСС человека (незавиеимо от пола) используют формулу: ЧССмакс = 220 -возрает (в годах).
 |
| Женщины |
| Мужчины |
| Мужчины |
| Женщины |
| Мужчины |
| I I Ю |
| Женщины |
| 60 70 Возраст,лет |
Рис. 7.8. Максимальные частота сердечных сокращений,
систолический объем и минутный объем кровообращения у
нетренированных мужчин и женщин разного возраста
7.1.7.2. 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).
В зависимости от мощности работы (потребления О^) происходят вольнр характерные изменения СО. У нетренированных людей СО т мально увеличивается по сравнению с его уровне м в покое на 50-60' большинства людей при работе на велоэргометре СО достигает своего симума при нагрузках с потреблением кислорода на уровне 40-50% от (см. рис. 7.7). Иначе говоря, при увеличении интенсивности (мощностн) лической работы в механизме увеличения МОК в первую очередь исгщ ется более экономичный путь увеличения выброса крови сердцем за систолу. Этот механизм исчерпывает свои резервы при ЧСС, равной уд/мин.
У нетренированных людей максимальные величины СО уменьша с возраетом (см. рис. 7.8). У людей старше 50 лет, выполняющих работух; же уровнем потребления кислорода, что и20-летние, СО на 15'25%мен Можно считать, что возрастное уменьшение СО является результатом ния сократительной функции сердца и, по-видимому, уменьшения.-сю расслабления сердечной мышцы.
7.1.7.3. Минутный объем кровообращения
Важным показателем состояния сердца является мцнутный 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 аначение имеют размеры 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 соеудах, называется объемом циркулирующей
крови (ОЦК). ОЦК - это важный параметр, определяющий давление, при ко-тором происходит наполнение сердца кровью во время диастолы, а значит, и величину систолического объема.
Величина ОЦК может претерпевать значительные изменения при пе-реходе тела человека в вертикальное положение, при мышечных нагрузках, при воздействиях гормональных факторов, изменениях степени трениро$Я|1И ности, окружающей температуры и т.д.
У взрослого человека около 84% всей крови находится в круге, 9% - в малом (легочном) круге и 7% - в сердце. Около 60-70% крови содержится в венозных сосудах.
Изменение МОК при мышечной работе.В условиях мышечной дея-тельности запросы мышц в кислороде возрастают пропорционально мощно-сти выполняемой работы. При этом общее потребление организмом кислоро-да 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 вели-чин, носит линейный характер (см. рис. 7.7). Как уже отмечалось, МОК зави-сит от величины СО и ЧСС (МОК = СО х ЧСС). При мышечной работе уве-личение МОК обусловлено возрастанием как СО, так и ЧСС. Конкретная ве-личина МОК зависит от многих факторов. В частности, при одинаковой мощности работы в позе сидя или стоя МОК меньше, чем при работе в гори-зонтальном положении (рис. 7.10). При предельных аэробных нагрузках МОК у тренированных мужчин и женщин значительно выше, чем у нетрени-рованных. Максимальные величины МОК у нетренированных мужчин и женщин уменьшаются с возрастом (см. рис. 7.8).
 |
| МОК, л/мин 30 |
1 2 3 4
ПотреблениеО^, л/мин
Рис. 7.10. Зависимость минутного объема крови от мощности
циклической работы (выраженной через потребление О2),
выполняемой сидя и лежа
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 кровообращенйев мышцах практически прекращено. Приток крови к сердцу либо не меняется либо даже может уменьшаться. Неболыиие увеличения МОК, которые отмечают при изометрических сокращениях, связаны с заметным увеличением ЧСС при такого рода работе.