Функциональные возможности сердца у спортсменов по обеспечению должной величины системного кровотока как в покое, так и при выполнении мышечной работы определяются сократительными свойствами левого желудочка сердца (ЛЖС) и той сосудистой нагрузкой (постнагрузка - afterload), которая преодолевается им при каждом выбросе крови в аорту.

Сосудистая нагрузка сердца у спортсменов - артериальный импеданс (Z_c) и системные сосудистые сопротивления - исследована довольно полно в покое и при мышечной работе непредельной мощности на велоэргометре [2, 3]. Работы последних лет [5 - 7] связаны с интракардиальными мощностно- силовыми показателями - механической мощностью сокращений ЛЖС и ускоряющим градиентом давления между ЛЖС и аортой. Эти новые для спортивной медицины показатели получены в результате теоретических разработок, так же как и артериальный импеданс использующих модель двухфазного кровотока на входе в аорту [2].

Однако ни мощность ЛЖС, ни ускоряющий градиент давления, являясь результатами сократительной деятельности сердца, не дают прямого ответа на вопрос о собственно сократительных свойствах миокарда ЛЖС. Аналогично тому, как упругие свойства пружины характеризуются коэффициентом жесткости, а упругость стенок аорты и магистральных артерий количественно определяется эластическим сопротивлением артериальной системы (E_a), можно также говорить о действующей в фазу быстрого изгнания эффективной упругости миокарда ЛЖС, которую характеризует величина собственного эластического сопротивления ЛЖС (E_s).

Эластичность E_s ЛЖС рассматривалась в работах многих авторов [4, 8, 9]. Однако соответствующие измерения исходных параметров гемодинамики проводились либо при операциях на открытом сердце [4], либо в модельных экспериментах на животных [8, 9]. В частности, в работах [8, 9] на физиологической модели (биологический препарат сердца и аорты) исследовался вопрос о к.п.д. ЛЖС в зависимости от соотношения величин собственной эластичности E_s желудочка и артериальной эластичности E_a как нагрузки.

Вследствие отсутствия метода неинвазивного определения величины эластичности ЛЖС, была предпринята попытка восполнить этот пробел в методике исследования сердечно-сосудистой системы спортсменов. На базе теории двухфазного входного кровотока [2] с использованием уравнения баланса энергии упругой деформации ЛЖС и механической энергии, затраченной на преодоление артериального импеданса, получена формула для вычисления E_s через артериальный импеданс и длительность фазы быстрого изгнания (t ). Оказалось, что эластичность E_s прямо пропорциональна Z_c и обратно пропорциональна величине t .

Экспериментальные данные об эластичности ЛЖС, представленные ниже, получены по результатам углубленных медицинских исследований 93 квалифицированных спортсменов. Измерялись минутный кровоток (капнография) и артериальное давление (аускультативно), регистрировалась поликардиограмма, определялся уровень индивидуальной физической работоспособности (PWC170).

Спортсмены были разбиты на четыре группы в зависимости от величины показателя PWC170. Среднее значение PWC170 в 1-й группе составляло 1040 ± 55 кгм/мин, во 2-й - 1080 ± 65 кгм/мин, в 3-й - 1380 ± 58 кгм/мин и в 4-й - 1600 ± 60 кгм/мин. Исследования проводились в покое и при выполнении трехминутной мышечной работы на велоэргометре с мощностями 500, 800, 1000 и 1200 кгм/мин. Спортсмены 1-й группы последнюю нагрузку не выполняли.

На рис.1 представлены зависимости эластического сопротивления левого желудочка сердца у спортсменов четырех групп в условиях покоя и при указанных мощностях мышечной работы (без данных при 1200 кгм/мин).

С ростом мощности физической нагрузки наблюдается выраженный рост величины E_s у спортсменов всех групп. Наиболее интенсивен этот рост у спортсменов с меньшими величинами PWC170 (от 8180 до 22170 дин·см^-5). У спортсменов 4-й группы эластичность ЛЖС увеличивается в этих условиях от 6140 до 14483 дин·см^-5. Максимальное значение E_s на рис.1 наблюдается у спортсменов 2-й группы (23286 дин·см^-5) при выполнении нагрузки в 1200 кгм/мин.

В нижней части рис.1 представлены (средние данные по всем спортсменам) величины эластического сопротивления артериальной системы, которые в этих условиях возрастают от 1000 дин·см^-5 в покое до 2700 дин·см^-5 при мощности 1200 кгм/мин. Очевидно, что собственное эластическое сопротивление ЛЖС значительно превышает (в 6 раз и более) величину артериальной эластичности E_a как основного компонента сосудистой нагрузки сердца.

На рис.1 также приведены две экспериментальные точки артериальной и желудочковой эластичности, отвечающие средним данным группы больных (29 человек, условия покоя [2]) с систолическим артериальным давлением не ниже 160 мм рт.ст. и средним диастолическим - 105 мм рт.ст. Верхняя точка (5730 дин·см^-5) - эластичность левого желудочка, а нижняя - артериальная эластичность (2540 дин·см^-5). Если величина E_s вполне сопоставима с данными спортсменов в покое, то у больных сосудистая нагрузка E_a, преодолеваемая при выбросе крови, значительно выше.

Как и в случае данных о механической мощности ЛЖС и об ускоряющем градиенте давления [5, 6] у спортсменов различных групп, можно говорить, что спортсмены с меньшими величинами PWC170 имеют соответственно меньший ресурс желудочковой эластичности. Так, спортсмены 2-й группы имеют на пульсе 170 уд/мин большее значение желудочковой эластичности, чем спортсмены 1-й группы. Еще выше ресурс желудочковой сократимости у спортсменов 3-й и 4-й групп.

На рис.2 представлена эластичность ЛЖС в зависимости от величин E_a для каждой группы спортсменов. Оказалось, что при изменении Е_а в пределах от 850 до 2700 дин·см^-5 рост артериальной эластичности в среднем сопровождается выраженным почти линейным увеличением упругости левого желудочка сердца. Причем все внутригрупповые зависимости Е_s от Е_а оказались весьма близкими для спортсменов всех четырех групп. Полученная по всем данным общая линейная зависимость

Е_s = 8,62·Е_а - 2182

может поэтому рассматриваться вообще как универсальная для практически здоровых людей. Эта формула дает возможность вычислять должное значение желудочковой эластичности по эластическому сопротивлению артериальной системы.

На рис.2 также приведена точка, отвечающая средним данным Е_s и Е_а для гипертоников (рис.1). Видно значительное отклонение этой точки от линии с данными для здоровых людей.

На рис.3 использованы данные рис.2, но по оси ординат отложено отношение величин Е_s к Е_а. Рассмотрение этого отношения собственного эластического сопротивления левого желудочка сердца к величине артериальной эластичности как нагрузки желудочка представляет интерес для ответ на вопрос: является ли ЛЖС источником потока крови или источником давления. Этот вопрос профессор В.Л.Карпман сформулировал в постановочной статье по артериальному импедансу [2]. Отметим, что согласно монографии [1], у идеального источника потока внутреннее сопротивление значительно превышает сопротивление нагрузки, а идеальный источник давления имеет внутреннее сопротивление практически равное сопротивлению нагрузки.

Данные рис.3 показывают, что у спортсменов отношение Е_s к Е_а в среднем изменяется в пределах от 6,4 (4-я группа в покое) до 8.2 (1-я группа при работе с мощностью 1000 кгм/мин). При величинах Е_а свыше 1800 дин·см^-5 у первых трех групп спортсменов это отношение возрастает, причем наиболее интенсивно у 1-й группы. У спортсменов с ростом мощности физической нагрузки при одновременном росте Е_а ЛЖС усиливает свое действие как источник потока. У гипертоников же (рис.3) по характеру своей работы ЛЖС более близок к источнику давления (Е_s /Е_а = 2,26).

1. Предложен неинвазивный метод определения эластичности левого желудочка сердца, связывающий этот показатель с артериальным импедансом и длительностью фазы быстрого изгнания крови.

2. Эластичность левого желудочка сердца у спортсменов прогрессивно растет с мощностью физической нагрузки.

3. Желудочковая эластичность зависит у спортсменов от уровня показателя PWC170 и увеличивается с мощностью физической нагрузки тем интенсивнее, чем меньше величина PWC170.

4. Получена универсальная зависимость эластичности ЛЖС у спортсменов от величины эластического сопротивления артериальной системы, отвечающая выраженному росту Е_s с увеличением Е_а практически вне зависимости от величины PWC170.

5. У спортсменов ЛЖС функционирует как источник потока, а у гипертоников по характеру выброса крови ЛЖС более близок к источнику давления.

9. De Tombe P.P., Jones S., Burkhoff D., Hunter W.C., Kass D.A. Ventricular stroke work and efficiency both remain nearly optimal despite altered vascular loading // Am.J. Physiol. 1993, V.264: P.H1817-1824.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Орел, В.Р. Эластические свойства левого желудочка сердца у спортсменов // Сб. тр. учен. РГАФК 1999 г. - С. 66-73. - М., 1999.