Сердечно-сосудистая система. Как известно, от рождения и до 16 лет сердце человека увеличивается более чем в 10 раз
Как известно, от рождения и до 16 лет сердце человека увеличивается более чем в 10 раз, причем рост размеров сердца идет неравномерно в разные периоды жизни. Наиболее интенсивный прирост наблюдается на первом году жизни и в период от 13 до 16 лет.
Так, за время полового созревания объем сердца увеличивается более чем в 2 раза, в то время как масса тела за этот же период – в 1,5 раза. Быстрый рост размеров сердца приводит к тому, что его объем не соответствует просвету сосудов, не достигающих в подростковом периоде анатомической зрелости. Такое несоответствие служит одной из причин повышения кровяного давления в подростковом возрасте. Поэтому высокое кровяное давление у некоторых школьников 13—14-летнего возраста не обязательно является признаком неблагоприятного состояния сердечно-сосудистой системы.
Объем сердца у 10-летнего мальчика составляет 130 см³, а у 13-летнего подростка – 443 см³. У подростков 13—14 лет нередко наблюдается юношеская гипертрофия сердца (т.е. увеличение объема сердца). Например, при гипертрофии поперечник сердца у подростков может достигнуть 12,4 см (в норме – 9,5—11,2 см). Как правило, юные спортсмены с такой формой сердца имеют хорошее физическое развитие. Процесс полового созревания у них не отличается от такового у сверстников с нормально развитым сердцем, а иногда обгоняет его. Такие подростки не предъявляют жалоб на работу сердца. Артериальное кровяное давление у них нормальное, но в отдельных случаях может наблюдаться подъем систолического давления до 130—140 мм рт. ст. Юношеская гипертрофия – обратимый процесс. При хорошей функциональной приспособляемости сердечно-сосудистой системы нет оснований для каких-либо ограничений в занятиях тяжелой атлетикой. Вместе с тем за подростками с гипертрофией сердца рекомендуется установить специальный врачебно-педагогический контроль.
Противоположностью юношеской гипертрофии сердца является малое сердце, нередко сочетающееся с астенической конституцией, т.е. высоким ростом, большим разрывом в показателях роста и веса тела, узкой грудной клеткой, длинными конечностями. Такое сердце отличается малым размером, срединным расположением в грудной клетке, уменьшенным поперечником. Подростки с малым сердцем нередко предъявляют жалобы на быструю утомляемость, головную боль, головокружение, сердцебиение, одышку при физической работе умеренной интенсивности. Такие подростки не допускаются к занятиям в секции тяжелой атлетики без специального разрешения врача детской поликлиники.
Частота сердцебиений зависит не только от возраста, но и от пола. Пульс у мальчиков несколько реже, чем у девочек того же возраста.
В процессе возрастного развития частота пульса уменьшается и в подростковом возрасте приближается к величине, регистрируемой у взрослых людей (табл. 2.1).
Одной из характерных особенностей детского возраста является наличие аритмии, т. е. колебания ритма сердца. У большинства детей колебания ритма сердечных сокращений связаны с фазами дыхания. В фазе вдоха на его высоте ритм сердечных сокращений учащается, в фазе выдоха – в его конце – становится реже. Частота и степень выраженности аритмии в различные возрастные периоды неодинаковы. В раннем детстве аритмия встречается довольно редко. Степень ее выраженности в этом возрасте незначительна. Начиная с дошкольного возраста и до 14 лет часто констатируется значительная дыхательная аритмия (диапазон колебаний ритма больше 30 сокращений в минуту). В возрасте 15—16 лет резкая дыхательная аритмия встречается в единичных случаях. Этому возрасту свойственна умеренная и слабо выраженная степень синусовой аритмии.
Таблица 2.1
Частота сердечных сокращений у детей и подростков
(по А.Ф. Туру)
Частота сердечных сокращений является весьма лабильным показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Она изменяется под влиянием как внутренних, так и внешних раздражителей. Например, при изменении температуры окружающей среды частота пульса меняется. Повышение температуры вызывает увеличение частоты сердечных сокращений, понижение – уменьшение. Эмоции, как правило, приводят к резкому учащению ритма сердечной деятельности.
При мышечной деятельности отмечается значительное увеличение частоты сердечных сокращений. Частота сердцебиений во время работы и после ее окончания достигает в среднем 180—200 ударов в минуту. Во время интенсивной мышечной деятельности отмечаются возрастные различия. Они выражаются прежде всего в скорости развертывания гемодинамических сдвигов, обеспечивающих повышенное потребление кислорода в процессе интенсивной мышечной деятельности. Период вхождения в работу с возрастом уменьшается. Более короткий период вхождения в работу в старших возрастных группах по сравнению с младшими обусловлен большей потенциальной лабильностью нервных механизмов, регулирующих кровообращение, обеспечивающих быструю перестройку этой функции на новый уровень.
Величина прироста частоты сердечных сокращений при интенсивной мышечной деятельности с возрастом увеличивается. Так, у 8-летних детей прирост частоты в первую минуту работы равняется 50% по отношению к исходной величине; у 17-летних юношей он составляет 72%. Время стабильной частоты сердечных сокращений во время работы с возрастом также увеличивается. Увеличение времени стабильности сердечных сокращений в процессе мышечной деятельности говорит о том, что с возрастом усиливается способность организма к длительной устойчивой интенсификации функции кровообращения. Время восстановления частоты сердечных сокращений при одинаковой нагрузке в старших возрастах по сравнению с младшими значительно уменьшается.
Существенным фактором, обеспечивающим все органы и ткани питательными веществами и кислородом, является ударный и минутный объем крови.
Ударный объем крови – количество крови, выбрасываемое сердцем при систоле на периферию, минутный – объем количества крови, выбрасываемого в 1 минуту. Последняя величина представляет, таким образом, произведение систолического объема на количество систол в 1 минуту.
Наиболее точными способами определения ударного (минутного) объема являются газоаналитический метод Грольмана в модификации И.И. Хренова, физические методы и методы определения с помощью механокардиографии.
Несмотря на большую точность, эти методы весьма трудоемки и при мышечной деятельности малопригодны. Поэтому было сделано много попыток косвенного определения величины минутного объема.
В практической деятельности для оценки эффективности кровоснабжения организма пользуются расчетом минутного объема крови, определяя его величину по данным кровяного давления и частоты пульса (формула Старра), а также вычислением коэффициента эффективности кровоснабжения сердца (КЭК). Коэффициент эффективности кровоснабжения равняется произведению пульсового давления (ПД в миллиметрах ртутного столба) на частоту сердечных сокращений (ЧС): КЭК = ПД × ЧС. Систолический объем сердца в миллиметрах (СО) по формуле Старра вычисляется следующим образом:
СО = 100 + 0,5 ПД – 0,6 ДД – 0,6 В,
где ПД и ДД – пульсовое и диастолическое давление в миллиметрах ртутного столба, В – возраст в годах. Минутный объем в миллиметрах равен произведению систолического объема на частоту пульса.
Н.А. Романцева модифицировала формулу Старра, так как величина минутного объема сердца у детей от 8 до 14 лет, вычисленная по формуле Старра, значительно превышала величину минутного объема, полученную прямыми измерениями. Видоизмененная формула имеет следующий вид:
СО = 80 + 0,5 ПД -0,6 ДД -2 В.
По литературным данным, полученным как прямыми методами определения ударного и минутного объемов сердца, так и косвенными, величина этих параметров с возрастом повышается.
Следует отметить, что с возрастом систолический или ударный объем сердца изменяется более интенсивно, чем минутный, так как одновременно уменьшается частота сердечных сокращений.
У новорожденных детей ударный объем составляет 2,5 мл (М.Т. Матюшонок). К 1-му году жизни он достигает 10,2 мл, в возрасте 7 лет он равняется 23 мл, в 10 лет – 37, в 12 лет – 41 мл (Л.И. Мурский). В 13—16-летнем возрасте величина сердечного выброса достигает 59 мл (М.А. Шалков). У взрослого человека ударный объем 60-80 мл.
Что касается минутного объема крови, то, как говорилось выше, с возрастом он несколько увеличивается: у детей до 1 года он равняется 0,33 л, в возрасте 1 года – 1,2 л, в 5 лет – 1,8 л (Л.И. Мурский, 1961). М.А. Шалков (1941) для детей 6—16 лет установил следующие нормы минутного объема (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Нормы минутного объема сердца у здоровых детей
(по М.А. Шалкову)
У взрослых, по данным различных авторов, минутный объем сердца колеблется от 3,6 до 6 л.
Надо отметить, что ударный и минутный объем сердца как в абсолютных величинах, так и в пересчете на 1 кг веса оказывается связанным не только с возрастом, но и с физическим развитием, а именно с ростом и весом (табл. 2.3). У наиболее физически развитых людей и наиболее высокий минутный и ударный объем сердца.
Таблица 2.3
Зависимость относительной мощности сердца
(систолический объем в см 3 на 1 кг веса тела
(по И.И. Хренову)
Известная разница в величинах ударного и минутного объема зависит от пола: величины ударного и минутного объема у мальчиков и мужчин несколько выше, чем у девочек и женщин (И.И. Хренов). При сопоставлении величин минутного объема с величинами артериального давления не обнаруживается тесной взаимосвязи этих показателей между собой. Отмечаются невысокие цифры артериального кровяного давления, сочетающиеся с большими величинами систолического объема, и наоборот.
При нормальном притоке крови к сердцу и достаточной скорости кровотока величина минутного объема сердца находится в непосредственной зависимости от деятельности сердца.
При усилении работы сердца минутный объем увеличивается, при ослаблении – уменьшается. Вот почему при мышечной деятельности, предъявляющей к организму и в первую очередь к сердцу повышенные требования, объем выбрасываемой крови во всех возрастных группах здоровых людей, как правило, повышается. Однако минутный объем крови во время работы у подростков увеличивается меньше, чем у взрослых.
Увеличение минутного объема крови при физических нагрузках умеренной мощности во всех возрастах происходит за счет увеличения ударного объема. При предельных нагрузках, требующих большой мобилизации сердечно-сосудистой системы для обеспечения отдельных органов и тканей кислородом, минутный объем сердца возрастает как за счет повышения ударного объема, так и за счет учащения сердцебиений. Чем меньше возраст, тем быстрее во время работы малая величина систолического объема у детей компенсируется большой частотой пульса, обусловливающей большой необходимый минутный объем.
При работе с юными спортсменами необходимо обращать внимание на ритм сердца. Частота сердцебиений менее 60 в 1 мин свидетельствует о том, что у подростка развивается брадикардия (снижение частоты пульса), которая не всегда зависит в этом возрасте от занятий спортом. Исследования брадикардии в подростковом возрасте показали, что она не обязательно является признаком отрицательной работы сердца. Обычно такие подростки занимаются спортом наравне со всеми под наблюдением врача. Противоположное брадикардии состояние сердца – так называемая синусовая тахикардия, т. е. учащение ритма сердца в состоянии покоя. На развитие тахикардии может указывать частота сердцебиений в покое, превышающая 80 ударов в 1 мин (уд./мин). В некоторых случаях она достигает у подростков в покое 100—120 уд./мин. Причиной тахикардии могут быть приобретенные и врожденные пороки сердца, малое сердце. Подростки с тахикардией должны находиться под специальным врачебным наблюдением.
Дыхательная система
Емкость легких постепенно увеличивается в процессе развития организма. В общей емкости различают ряд компонентов. Наиболее употребительно измерение жизненной емкости легких, т.е. количества воздуха, которое удается выдохнуть при максимально глубоком выдохе после максимально глубокого вдоха. Жизненную емкость легких измеряют у детей с 4—6 лет. Процедура измерения связана с необходимостью произвольно углубить дыхательное движение. Маленькие дети не в состоянии понять и выполнить такое задание. Величины жизненной емкости легких различаются в зависимости от особенностей развития ребенка, а также от условий жизни и воспитания. По мере роста ребенка жизненная емкость повышается. На пример, по материалам одного из исследований, жизненная емкость в 4 года оказалась равна в среднем 1100 мл, в 6 лет – 1200 мл, в 10 лет – 1700 мл и в 14 лет – 2500 мл (М.А. Шалков).
Жизненная емкость легких зависит от размеров тела. Поэтому при оценке данного показателя надо учитывать физическое развитие ребенка. Одним из приемов, применяемых для этой цели, является вычисление так называемого жизненного показателя, т.е. количества миллилитров жизненной емкости, приходящегося на 1 кг веса тела. Однако такой расчет может и не дать удовлетворительных результатов в связи со значительными индивидуальными колебаниями веса в различные периоды развития детей. Успешнее сопоставление с ростом. В одном из многих подобных исследований получены данные о том, что жизненная емкость легких у мальчиков старше 5 лет равна 2,157 × 10-3× Р2.81мл, а у девочек 1,858 × 10-3× Р2,82мл, где Р – рост в сантиметрах (Cook, De Munth, Hovatt, Hill).
Жизненная емкость легких при прочих равных условиях больше у детей, систематически занимающихся физическими упражнениями. У подростков в 13—14 лет можно наблюдать величины 3—4 л и более, соответственно до 130—150% и более от должной величины. Особенно велика жизненная емкость при занятиях видами спорта, развивающими выносливость, – плаванием, бегом, лыжами, греблей и пр. Увеличение жизненной емкости у юных спортсменов происходит благодаря росту и развитию организма под влиянием физических упражнений. Кроме того, тренировка увеличивает размах дыхательных движений, подвижность грудной клетки. В результате углубляется как вдох, так и выдох, и это также увеличивает емкость легких. Вместе с тем имеет значение отбор при комплектовании спортивных команд, школ или секций. Спортсменами часто становятся те дети, у которых легкие были хорошо развиты еще до тренировки.
Жизненная емкость легких складывается из величин дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. При спокойном дыхании дыхательный объем составляет примерно 10—20%, резервный объем выдоха 30—40%, а резервный объем вдоха 45—55% жизненной емкости легких. Имеются методы, с помощью которых можно сравнительно просто измерить остаточный объем воздуха, остающийся в легких после максимально глубокого выдоха. Измерение остаточного объема связано с определением другой величины, важной для оценки объемов легких. Это величина функциональной остаточной емкости, т.е. суммы остаточного объема и резервного объема выдоха. Функциональная остаточная емкость соответствует количеству воздуха, остающемуся в легких после спокойного выдоха. Изменения ее по мере роста ребенка хорошо коррелируют с длиной тела. Cook, De Muth, Hovatt, Hill дают следующие формулы функциональной остаточной емкости (Ф.О.Е.) в миллилитрах.
Ф.О.Е. = 7,312 × 10-4× Р2,93мальчиков
Ф.О.Е. = 4,781 × 10-3× Р2,54девочек
Измерение остаточного объема позволяет рассчитать общую емкость, т.е. сумму жизненной емкости и остаточного объема. У детей в возрасте от 5 до 17 лет остаточный объем составляет в среднем 20– 24% общей емкости легких, примерно столько же, сколько у взрослых людей. У тренированных детей, систематически занимающихся спортом, остаточный объем равен несколько меньшей доле общей емкости, в среднем 18%. Следовательно, спортсмены могут сделать более полный выдох. Понятно, что при этом абсолютные величины остаточного объема больше у спортсменов, как и величины жизненной емкости. Практически интересно вычисление так называемого коэффициента функциональной остаточной емкости, т.е. отношения остаточного объема к резервному объему выдоха. Оба объема должны быть вычислены для этой цели в процентах от общей емкости легких. Коэффициент функциональной остаточной емкости меньше у юных спортсменов по сравнению с нетренированными детьми. В одном из подобных исследований получены средние данные: у юных пловцов 10—16 лет 73,2+3,2%, а у их нетренированных сверстников 92,0+3,2% (А.И. Осипов). Такие большие различия связаны с тем, что у спортсменов относительные величины остаточного объема меньше, а резервного объема выдоха больше, чем у нетренированных. Противоположно направленные сдвиги этих показателей делают особенно ощутимыми различия их отношений.
В абсолютных цифрах минутный объем дыхания повышается с возрастом в соответствии с увеличением обмена веществ. Как и уровень обмена, относительные величины легочной вентиляции, пересчитанные на 1 кг веса или на 1 м² поверхности тела, оказываются тем меньше, чем старше дети (табл. 2.4). Вследствие замедления и углубления дыхательных движений дыхательный объем увеличивается с возрастом в большей степени по сравнению с вентиляцией легких.
Таблица 2.4
Показатели вентиляции легких
(средние данные по М.А. Шалкову)
Мышечная деятельность повышает минутный объем дыхания более или менее пропорционально тяжести нагрузки. Чем старше дети, тем более интенсивную мышечную работу могут они выполнить и тем больше может у них увеличиться вентиляция легких во время работы.
Под влиянием тренировки удается выполнять одну и ту же работу при меньшем увеличении вентиляции легких. В то же время тренированные дети способны увеличить свой минутный объем дыхания при работе до более высокого уровня по сравнению с их сверстниками, не занимающимися физическими упражнениями (А.Н. Крестовников, Н.В. Зимкин). Чем старше дети, тем больше может сказаться на них эффект тренировки и тем большие изменения могут произойти в их организме под влиянием физических упражнений. В 14—15 лет тренировка вызывает у подростков почти столь же значительные сдвиги, как у взрослых людей. В 10—12 лет возможность подобных изменений дыхания и газообмена заметно меньше.
Предела увеличения дыхания (так называемой максимальной вентиляции легких) нельзя достигнуть при мышечной работе. Настоящий максимум получается только при произвольном учащении и углублении дыхания в течение 15—20 секунд. Затем результат пересчитывается на минуту. Величину максимальной вентиляции легких, так же как и жизненную емкость, удается измерить только у достаточно больших детей, после того как ребенок окажется в состоянии понять и выполнить подобное задание. Иногда пользуются также понятием о резерве дыхания, т.е. о разнице между максимальной вентиляцией (пределом) и минутным объемом дыхания в данных условиях наблюдения.
Предел дыхания увеличивается с возрастом. По результатам одного из подобных исследований, максимальная вентиляция легких оказалась в 6 лет равна в среднем 42 л/мин, в 10 лет – 48 л/мин, а в 14 лет – уже 68 л/мин (М.А. Шалков). Для оценки максимальной вентиляции принято сравнивать результаты измерения с должными величинами, рассчитанными по различным формулам. В таких формулах исходят из возможного углубления дыхания, т. е. жизненной емкости легких и оптимального (для достижения предела) учащения дыхания. Формула Дембо позволяет определить максимальную вентиляцию легких в литрах. Она равна половине должной жизненной емкости легких в литрах, умноженной на 35. Чем больше у данного лица предел дыхания при произвольной гипервентиляции, тем больше при прочих равных условиях можно увеличить вентиляцию и при мышечной работе. У юных спортсменов предел дыхания оказывается больше, чем у их нетренированных сверстников и часто достигает 150—200% от должной величины. В табл. 2.4 представлены средние данные одного из подобных исследований, проведенного у школьников в возрасте 10—16 лет.
Легочная вентиляция обеспечивает обмен газов между атмосферой и альвеолами. Чем моложе дети, тем меньше у них процент углекислого газа и тем больше процент кислорода в выдыхаемом и в альвеолярном воздухе. Соответственно меньше также процент использования кислорода (табл. 2.5). Это значит, что у маленьких детей легочная вентиляция менее эффективна, чем у взрослых. На один и тот же объем потребленного кислорода и выделяемого углекислого газа ребенку нужно больше вентилировать легкие, чем взрослым людям. Эту зависимость удобно выразить величиной так называемого дыхательного эквивалента, равного частному от деления минутного объема дыхания на потребление кислорода в минуту, умноженному на 10. По данным М.А. Шалкова, он уменьшается с 3,8 в 1-й месяц жизни до 2,4 в 14 лет.
Таблица 2.5
Средние величины максимальной вентиляции легких
(по А.Т. Осипову)
Низкую эффективность вентиляции у маленьких детей можно объяснить, по-видимому, их частым и поверхностным дыханием. При поверхностном дыхании относительно большую долю дыхательного объема составляет объем «мертвого» пространства. Вследствие этого альвеолярная вентиляция, т.е. воздух, фактически участвующий в газообмене, составляет относительно меньшую часть минутного объема.
В результате выдыхаемый воздух состоит в большей степени из воздуха «мертвого» пространства, т.е. из атмосферного воздуха, и в нем меньше оказывается процент выделения углекислого газа и процент использования кислорода из данного объема дыхания.
В зависимости от состояния ребенка вентиляция может быть более или менее эффективной. Многие юные спортсмены вентилируют свои легкие эффективнее, чем их нетренированные сверстники. У спортсменов часто бывают относительно более высокие проценты выделения углекислого газа и использования кислорода, чем у детей, не занимающихся спортом. Однако при систематическом изучении многих юных спортсменов обнаруживается, что эффективность вентиляции у них может не отличаться от уровня нетренированных сверстников. Повышение обмена при мышечной работе обычно приводит к тому, что полнее используется вентилирующий легкие воздух. При утомлении или в случаях, когда работа слишком тяжела для недостаточно тренированного ребенка, выделение углекислого газа и использование кислорода, наоборот, снижаются.