Сердечный выброс - минутный объем кровообращения

Рассмотрев компоненты сердечного выброса, можем теперь объединить полученную информацию, чтобы лучше понять, что происходит с сердечным выбросом во время нагрузки. Изменения сердечного выброса, поскольку он зависит от ЧСС и систолического объема, можно прогнозировать при увеличении нагрузок, как видно из рис.11.

В начальные стадии физической нагрузки увеличение сердечного выброса обусловлено повышением ЧСС и систолического объема. Когда уровень нагрузки превышает 40— 60 % индивидуальной возможности, систолический объем демонстрирует либо плато, либо начинает увеличиваться с меньшей скоростью. Таким образом, дальнейшее увеличение сердечного выброса — результат в основном повышения ЧСС.

Рис. 11. Изменение сердечного выброса и его компонентов с увеличением физической нагрузки.

АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Рис.12.Изменение АД в верхних и нижних конечностях при одинаковом потреблении кислорода.

Изучая артериальное давление крови во время физической нагрузки, следует различать систолическое и диастолическое давление, поскольку они изменяются по-разному. При физических нагрузках, требуюших проявления выносливости, систолическое давление крови повышается пропорционально увеличению интенсивности нагрузки. Систолическое давление, равное в покое 120 мм рт.ст., может превысить 200 мм рт.ст. в состоянии крайней усталости. У физически здоровых, отлично подготовленных спортсменов при максимальных нагрузках систолическое давление может подниматься до 240 — 250 мм рт.ст.

Повышенное систолическое давление крови — результат увеличенного сердечного выброса, который сопровождает увеличение интенсивности работы. Оно обеспечивает быстрое перемещение крови по сосудам. Кроме того, артериальное давление крови обусловливает количество жидкости, выходящей из капилляров в ткани, транспортируя необходимые питательные вещества. Таким образом, повышенное систолическое давление способствует осуществлению оптимального процесса транспорта.

Во время мышечной деятельности, требующей проявления выносливости, диастолическое давление практически не изменяется, независимо от интенсивности нагрузки. Вспомним, что диастолическое давление отражает давление в артериях во время "отдыха" сердца. Ни одно из изменений, которые мы рассматривали, не влияет в значительной степени на это давление, поэтому нет причин ожидать его увеличения. Повышение диастолического давления на 15 мм рт.ст. и более считается аномальной реакцией на нагрузку и одним из многих показателей, свидетельствующих о необходимости немедленно прекратить проведение диагностического теста с нагрузкой. На рис. 12 показана типичная реакция артериального давления крови на выполнение цикличного упражнения ногами и руками при возрастающей интенсивности работы.

Артериальное давление достигает стабильных показателей во время субмаксимальной нагрузки, требующей проявления выносливости, постоянной интенсивности. С увеличением интенсивности нагрузки систолическое давление также возрастает. При продолжительной нагрузке постоянной интенсивности систолическое давление может постепенно снижаться, однако диастолическое давление остается неизменным. Снижение систолического давления крови, если и происходит, является нормальной реакцией и попросту отражает увеличенное расширение артериол в активных мышцах, вызывающее снижение общего периферического сопротивления (вспомним из основной физиологии, что давление крови = сердечный выброс х на общее периферическое сопротивление сосудов).

Более выражены реакции давления крови на силовые упражнения, например, в тяжелой атлетике. Во время силовой тренировки высокой интенсивности давление крови может превышать 480/350 мм рт.ст. [10]. При таких нагрузках довольно часто наблюдается использование пробы Вальсальвы, когда человек пытается сделать выдох при закрытых рте, носе и голосовой щели, что приводит к значительному увеличению внутригрудного давления. Последующее увеличение давления крови во многом обусловлено усилием организма преодолеть высокое внутреннее давление, созданное во время пробы Вальсальвы.

Как при физической нагрузке изменяется артериальное давление?

При физической нагрузке систолическое давление возрастает пропорционально увеличению минутного системного кровотока. Степень его увеличения связана с видом и интенсивностью физической нагрузки. Диастолическое давление — это показатель общего периферического сосудистого сопротивления, определяемого суммарным сопротивлением всех резистентных сосудов. При физической нагрузке большинство сосудов микроциркуляторного русла сужены. Сосуды скелетных мышц, образующие обширное циркуляторное русло, расширены. В результате диастолическое давление во время физической работы либо уменьшается, либо не изменяется. Повышение диастолического давления при физической нагрузке считается патологической реакцией и может служить причиной прекращения пробы с возрастающей физической нагрузкой.

КРОВЬ

Итак, мы изучили изменения деятельности сердечно-сосудистой системы, обусловленные физическими нагрузками. Другой компонент этой системы —кровь — жидкость, транспортирующая необходимые вешества в ткани и выводящая продукты обмена. Поскольку во время нагрузки обмен веществ усиливается, значение функций крови также возрастает. Рассмотрим изменения, происходящие в крови, которые направлены на удовлетворение этих возросших потребностей.

Содержание кислорода

В состоянии покоя содержание кислорода в крови колеблется от 20 мл на 100 мл артериальной крови до 14 мл на 100 мл венозной крови. Разница между этими двумя показателями (20 — 14 = 6 мл) представляет собой артериовенозную разницу по кислороду (а0₂ - v0₂) — АВР-0_{2 -}

разница содержания 0₂ в артериальной и смешанной венозной крови (мл/л). Этот показатель отражает извлечение кислорода из крови, движущейся по сосудам.

Рис. 13. Изменение артериовенозной разницы по кислороду (а0₂ - v0₂) — АВР-0₂ - при физической нагрузке.

1 – артериальная емкость; содержание 0₂ в артериальной (2), смешанной венозной (3) крови.

С увеличением интенсивности нагрузки артериовенозная разница содержания кислорода постепенно возрастает. Она может увеличиться почти в три раза от состояния покоя до максимальных уровней нагрузки (рис. 13). Это отражается в снижении венозного содержание кислорода. Активным мышцам требуется больше кислорода, поэтому из крови его извлекается больше. Венозное содержание кислорода падает почти до нуля в активных мышцах, однако в смешанной венозной крови правого предсердия сердца его содержание редко опускается ниже 2 — 4 мл на 100 мл крови. Это обусловлено тем, что кровь, возвращающаяся из активных тканей, смешивается с кровью, поступающей из неактивных участков, когда она возвращается в сердце. Утилизация кислорода в неактивных тканях намного ниже, чем в мышцах. Артериальное содержание кислорода остается практически неизменным; вместе с тем в некоторых исследованиях наблюдали его понижение у отлично подготовленных спортсменов при максимальных нагрузках .

Таким образом, увеличение артериовенозной разницы по кислороду обусловлено снижением венозной концентрации кислорода во время нагрузки, отражающим повышенное извлечение кислорода из крови для утилизации активными тканями.

Изменение объема плазмы крови при физической нагрузке

С началом мышечной деятельности почти мгновенно наблюдается переход плазмы крови в интерстициальное пространство. По-видимому, это обусловлено двумя факторами. Повышение давления крови вызывает увеличение гидростатического давления в капиллярах. Поэтому увеличение давления крови выталкивает жидкость из сосуда (капилляра) в межклеточное пространство. Кроме того, вследствие аккумуляции продуктов распада в активной мышце увеличивается внутримышечное осмотическое давление, притягивая жидкость к мышце.

Продолжительная нагрузка может вызвать снижение объема плазмы на 10— 20 % и больше. Подобное (15 — 20 %) уменьшение объема плазмы наблюдали при изнурительной нагрузке продолжительностью 1 мин. При силовых тренировках снижение объема плазмы пропорционально интенсивности усилия; при интенсивности работы 40 % одного максимального повторения объем плазмы снижается на 7,7 %, при интенсивности 70 % — на 13,9%.

Если интенсивность нагрузки или факторы окружающей среды вызывают потение, можно ожидать дополнительных потерь объема плазмы. Главный источник жидкости для образования пота — интерстициальная жидкость, количество которой уменьшается по мере продолжения процесса потения. Это вызывает увеличение осмотического давления в интерстициальном пространстве, вследствие чего в ткани выделяется еще больше плазмы. Объем внутриклеточной жидкости невозможно непосредственно и точно измерить, однако, по мнению специалистов, эта жидкость также выделяется (теряется) из внутриклеточного пространства и даже из эритроцитов, которые могут сжиматься.

Очевидно, уменьшение объема плазмы отрицательно влияет на мышечную деятельность. При продолжительной физической активности, когда определенную проблему представляет перегрев организма, необходимо снижать обший кровоток в активных тканях, чтобы обеспечить поступление большего количества крови к поверхности кожи и, таким образом, понизить температуру тела. Уменьшенный объем плазмы также увеличивает вязкость крови (рис. 14), что может препятствовать кровотоку и, тем самым, ограничивать транспорт кислорода, особенно если показатель гематокрита превышает 60%.

При нагрузке продолжительностью несколько минут изменения количества жидкости, а также терморегуляция практически не оказывают никакого влияния, однако при увеличении продолжительности нагрузки их значение для обеспечения эффективной деятельности повышается. Для футболиста или марафонца эти процессы важны не только для успешного выступления, но и для выживания. Смертельные случаи вследствие обезвоживания и перегревания организма не такая уж редкость во время или вследствие соревнований по различным видам спорта.

Рис. 14. Изменение объема плазмы крови при физической нагрузке.

Регуляция дыхания

при выполнении физической нагрузки

Какова при физической нагрузке функция системы дыхания?

Основная функция системы дыхания состоит в обеспечении газообмена между организмом и окружающей средой. Кроме того, она играет важную роль в процессе поддержания кислотно-щелочного равновесия, особенно при физической нагрузке. Для эффективного обмена кислорода в системе кровообращения требуется, чтобы легочный кровоток соответствовал вентиляции.

Легочная вентиляция. Газообмен в легких.