Функции сердечно-сосудистой системы и её изменение под влиянием физических нагрузок

Деятельность всех систем организма человека осуществляется при взаимосвязи гуморальной (жидкостной) регуляции и нервной системы. Гуморальная регуляция осуществляется внутренней системой транспортировки через кровь и систему кровообращения, к которой относится сердце, кровеносные сосуды, лимфатические сосуды и органы, вырабатывающие особые клетки - форменные элементы.

Движение крови и лимфы по сосудам происходит непрерывно, благодаря чему органы, ткани, клетки постоянно получают необходимые им в процессе ассимиляции пищевые вещества и кислород, и непрерывно удаляются продукты распада в процессе обмена веществ.

В зависимости от характера и состава циркулирующей в организме жидкости сосудистую систему разделяют на кровеносную и лимфатическую.

Кровь - это разновидность соединительной ткани с жидким межклеточным веществом (плазмой) - 55% и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов) - 45%. Основные компоненты плазмы - это вода (90-92%), остальные белки и минеральные вещества. Благодаря наличию белков в крови вязкость ее выше воды (примерно в 6 раз). Состав крови относительно стабилен и имеет слабую щелочную реакцию. Общее количество крови у взрослого человека составляет 4-5 литров или 5-7 % массы тела. В состоянии покоя в организме циркулирует только 60-65 % всей крови, остальная депонируется в селезенке, печени, подкожной сосудистой сети, мышцах. Выход крови из депо и включение ее в общий кровоток обуславливается рядом причин наиболее важной из которых является недостаток кислорода, возникающий в связи с мышечной работой, кровопотерей, понижением атмосферного давления и др.

Эритроциты - красные кровяные клетки, они являются носителем красного пигмента - гемоглобина. Гемоглобин уникален тем, что обладает способностью к образованию веществ в комплексе с кислородом. Гемоглобин составляет почти 90% в эритроцитах и служит переносчиком кислорода из легких ко всем тканям.

В 1 куб. мм крови у мужчин в среднем 5 млн. эритроцитов, у женщин - 4,5 млн. У людей, занимающихся спортом, эта величина достигает 6 млн. и более. Эритроциты образуются в клетках красного костного мозга.

Лейкоциты - белые кровяные клетки. Они далеко не так многочисленны, как эритроциты. В 1 куб. мм крови содержится 6-8 тысяч белых кровяных клеток. Основная функция лейкоцитов - защита организма от возбудителей болезней. Особенностью лейкоцитов является способность проникать к местам скопления микробов из капилляров в межклеточное пространство, где они выполняют свои защитные функции. Продолжительность их жизни 2-4 дня. Их число все время пополняется за счет вновь образующихся из клеток костного мозга, селезенки и лимфатических узлов.

Тромбоциты - кровяные пластинки, основная функция которых - обеспечение свертываемости крови. Кровь свертывается вследствие разрушения тромбоцитов и превращения растворимого белка плазмы фибриногена в нерастворимый фибрин. Волокна белка вместе с кровяными клетками формируют сгустки, закупоривающие просветы кровеносных сосудов.

Под влиянием систематических тренировок увеличивается число эритроцитов и содержание гемоглобина в крови, в результате чего повышается кислородная емкость крови. Повышается сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям из-за повышения активности лейкоцитов.

Основные функции крови:

- транспортная - доставляет клеткам питательные вещества и кислород, удаляет из организма продукты распада при обмене веществ;

- защитная - защищает организм от вредных веществ и инфекции, за счет наличия механизма свертывания останавливает кровотечение;

- теплообменная - участвует в поддержании постоянной температуры тела;

- дыхательная - доставляет кислород тканям и уносит от них углекислый газ.

Кровь в организме человека движется по замкнутой системе, в которой выделяются два круга кровообращения - большой и малый.

Центром кровеносной системы является сердце, выполняющее роль двух насосов. Правая сторона сердца (венозная) продвигает кровь по малому кругу кровообращения, левая (артериальная)- по большому кругу Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка сердца, затем венозная кровь поступает в легочный ствол, который разделяется на две легочные артерии, которые делятся на более мелкие артерии, переходящие в капилляры альвеол, в которых происходит газообмен (кровь отдает углекислый газ и обогащается кислородом). Из каждого легкого выходит по две вены, впадающие в левое предсердие.

Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца. Обогащенная кислородом и питательными веществами артериальная кровь поступает ко всем органам и тканям, где происходит газообмен и обмен веществ. Забрав из тканей углекислый газ и продукты распада, венозная кровь, собирается в вены и двигается к правому предсердию.

По кровеносной системе перемещаегся кровь, которая бывает артериальной (насыщенной кислородом) и венозной (насыщенной углекислым газом).

У человека существуют три типа кровеносных сосудов: артерии, вены, капилляры. Артерии и вены отличаются друг от друга направлением движения крови в них. Таким образом, артерия - это любой сосуд, несущий кровь от сердца к органу, а вена - несущий кровь от органа к сердцу, независимо от состава крови (артериальная или венозная) в них. Капилляры - тончайшие сосуды, они тоньше человеческого волоса в 15 раз. Стенки капилляров полупроницаемые, через них вещества, растворенные в плазме крови, просачиваются в тканевую жидкость, из которой переходят в клетки. Продукты обмена клеток проникают в обратном направлении из тканевой жидкости в кровь.

Кровь движется по сосудам от сердца под воздействием давления, создаваемого сердечной мышцей в момент ее сокращения. На возвратное движение крови по венам оказывают влияние несколько факторов.

Во-первых, венозная кровь продвигается к сердцу под действием сокращений скелетных мышц, которые как бы выталкивают кровь из вен в сторону сердца, при этом обратное движение крови исключается, так как клапаны, находящиеся в венах, пропускают кровь только в одном направлении - к сердцу. Механизм принудительного продвижения венозной крови к сердцу с преодолением сил гравитации под воздействием ритмических сокращений и расслаблений скелетных мышц называется мышечным насосом. Таким образом, скелетные мышцы при циклических движениях существенно помогают сердцу обеспечивать циркуляцию крови в сосудистой системе.

Во-вторых, при вдохе происходит расширение грудной клетки и в ней создается пониженное давление, которое обеспечивает подсасывание венозной крови к грудному отделу.

В-третьих, в момент систолы (сокращения) сердечной мышцы при расслаблении предсердий в них также возникает подсасывающий эффект, способствующий движению венозной крови к сердцу.

Сердце - центральный орган системы кровообращения. Сердце представляет собой полый четырехкамерный мышечный орган, расположенный в грудной полости, разделенный вертикальной перегородкой на две половины - левую и правую, каждая из которых состоит из желудочка и предсердия. Сердце работает автоматически под контролем центральной нервной системы. Стенки сердца имеют три слоя: внутренний эндокард, средний (мышечный) - миокард, наружный - эпикард. Сердце заключено в сумку (перикард), предохраняющего его от чрезмерного растяжения.

Величина сердца зависит от размеров тела, возраста, образа жизни человека. Вес сердца составляет 250-350 г. или 0,5 % массы тела. У женщин оно на 10-15 % меньше, чем у мужчин. Объем сердца у мужчин равен 700-800 см³ , у женщин - 500-600 см³. При относительно небольшом размере сердце работает очень эффективно, перекачивая за сутки от 5000 до 8000 литров крови. При каждом сокращении сердце выбрасывает 70 мл крови в аорту и столько же в легочную артерию.

В состоянии покоя кровь в организме распределяется следующим образом:

- 25%общего объема проходит через мышцы;

- 25%проходит через почки;

- 15%находится в сосудах кишечника;

- 10% - в сосудах печени;

- 8% - в сосудах мозга;

- 4% - в венечных сосудах сердца;

- 13% - в сосудах легких и остальных органов.

Волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту при сокращении левого желудочка, называется частотой сердечных сокращений (ЧСС).

ЧСС взрослого мужчины в покое составляет 65-75 уд/мин., у женщин на 8-10 ударов больше, чем у мужчин. У тренированных спортсменов ЧСС в покое становится реже за счет увеличения мощности каждого сердечного сокращения и может достигать 40-50 уд/мин.

Количество крови, выталкиваемое желудочком сердца в сосудистое русло при одном сокращении, называется систолическим (ударным) объемом крови. В состоянии покоя он составляет у нетренированных - 60, у тренированных - 80 мл. При физической нагрузке у нетренированных возрастает до 100-130 мл., а у тренированных до 180-200 мл.

Количество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение одной минуты, называется минутным объемом крови. В состоянии покоя этот показатель равен в среднем 4-6 л. При физической нагрузке он повышается у нетренированных до 18-20 л., а у тренированных до 30-40 л. При каждом сокращении сердца поступающая в систему кровообращения кровь создает в ней давление, зависящее от эластичности стенок сосудов. Его величина в момент сердечного сокращения (систолы) составляет у молодых людей 115-125 мм рт. ст. Минимальное (диастолическое) давление в момент расслабления сердечной мышцы составляет - 60-80 мм рт. ст. Разница между максимальным и минимальным давлением называется пульсовым давлением. Оно составляет примерно 30-50 мм рт. ст.

Во время интенсивной физической нагрузки усиливается деятельность сердечной мышцы, и чтобы удовлетворить ее потребности в кислороде и других необходимых веществах возрастает величина кровотока в сосудах миокарда. При этом возрастающее расширение коронарных сосудов ведет к значительному увеличению количества крови, протекающей через миокард. Систематические физические нагрузки постоянно тренируют механизмы, обеспечивающие усиленную доставку крови к сердечной мышце и тем самым повышают устойчивость сердца к действию на организм неприятных факторов. Под влиянием физической тренировки возрастают объем и масса сердца. Объем сердца у нетренированного человека составляет 700-800 см³, у тренированного - 900-1400 см³; масса сердца составляет 250-330 г и 400-500 г соответственно.

Мышца тренированного сердца более густо пронизана кровеносными сосудами, что обеспечивает лучшее питание мышечной ткани и ее работоспособность.

Деятельность ССС тесно связана с состоянием центральной нервной системы, определяющей поведение человека, его эмоции и др. Например, во время футбольного матча у болельщиков очень часто ЧСС бывает выше, чем у играющих футболистов. При этом в крови увеличивается содержание адреналина и близких к нему веществ, на которые сердечная мышца отвечает повышением частоты сокращений, возросшая энергоемкость работы увеличивает потребность миокарда в кислороде. Если сердечная мышца и коронарные сосуды недостаточно тренированы, они не могут в полной мере обеспечить кровоснабжение сердца. В этом случае могут возникнуть явления кислородного голодания миокарда - коронарная недостаточность.

Наилучшими средствами для тренировки этих систем являются циклические упражнения: бег, ходьба, плавание, лыжи, велосипед и т.п. Основным режимом их использования должен быть аэробный, то есть такой, когда запрос кислорода на работу мышц в этих условиях полностью удовлетворяется в процессе самой работы и кислородный долг не образуется. Длительность непрерывного выполнения аэробного упражнения должна постепенно достичь 40-60 минут при не менее 3-4 занятий в неделю.

Длительные малоинтенсивные упражнения способствуют появлению многих благоприятных эффектов. Так, в крови возрастает количество эритроцитов, что ведет к нарастанию кислородной емкости крови, то есть каждая единица объема крови может перенести больший объем кислорода и углекислого газа. При этом важно, что старые эритроциты быстрее разрушаются, а вместо них появляются молодые, активность гемоглобина в которых выше. Другим результатом длительных аэробных упражнений является снижение концентрации холестерина в крови, что является важным фактором профилактики атеросклероза. Вместе с тем, уже появившиеся на стенках сосудов атеросклеротические бляшки постепенно разрушаются и вымываются, благодаря чему сосуды оказываются эластичными и обеспечивают хорошее кровоснабжение тканей и органов — это является важным фактором стабилизации артериального давления. Уже доказано, что полноценная двигательная активность активирует антисвертывающую систему крови, что препятствует формированию внутрисосудистых тромбов, в том числе и инфаркта миокарда.

В сердце под влиянием малоинтенсивных упражнений улучшается капилляризация, то есть на единицу сечения миокарда притекает больше крови, что не только обеспечивает лучшее энергоснабжение работы сердца, но и предупреждает возникновение в нем ишемических явлений и инфаркта миокарда. В нем улучшается течение обменных процессов, и активизируются ды­хательные ферменты, нормализуется соотношения ионов калия и натрия, обеспечивающее улучшение сократительной функции сердца. При сочетании аэробных упражнений с кратковременными (в зависимости от возраста — от 20 секунд до 2-3 минут) анаэробными или аэробно-анаэробными ускорениями происходит постепенное возрастание производительности сердца, в частности, ударного объема (объема крови, выбрасываемого сердцем за одно сокращение). В этом случае в покое сердце работает очень экономично (частота сокращений снижается до 50-40 и ниже в минуту), а при выполнении напряженной работы его про­изводительность у физкультурника оказывается гораздо выше, чем у нетренированного (так, во время работы у первого сердце может перекачать до 25-30 литров крови в минуту, а у второго — лишь 15-18 литров).

Тренировка, предъявление повышенных требований к организму во время физических нагрузок - единственный путь к укреплению механизмов, регулирующих кровяное давление, работу сердца, коронарный кровоток.