ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЦА ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ

В.Л.Карпман,
Р.А.Меркулова

Актуальными являются исследования, касающиеся анализа деятельности органов и систем организма, непосредственно обеспечивающих мышечную работу. Наиболее полезная для этих целей информация может быть получена при изучении реакции сердечно-сосудистой системы и, в частности, таких гемодинамических показателей, как систолический объем крови, минутный объем кровообращения.

В настоящем сообщении отражено изучение роли систолического объема крови в увеличении минутного объема кровообращения при мышечной работе, анализировался такой показатель производительности сердца, как скорость сердечного выброса при тахикардии, вызванной физической нагрузкой.

Минутный объем кровообращения рассчитывался по классической формуле Фика:

Q_m = VCO₂ / VADCO₂

(1)

где Q_m - минутный объем кровообращения в л/мин; VCO₂ - величина выделения углекислоты в мл/мин (STPD); VADCO₂ - венозно-артериальная разница по CO₂ в мл/л.

Содержание CO₂ в дыхательном воздухе определялось с помощью малоинерционного газоанализатора углекислоты. Для расчета величины VСО₂ выдыхаемый воздух на протяжении 30 сек. собирался в мешок Дугласа. Затем устанавливалась доля углекислоты в этом воздухе.

Напряжение углекислоты в артериальной крови принималось равным напряжению ее в альвеолярном воздухе. Последняя рассчитывалась по содержанию CO₂ в выдыхаемом воздухе (в самом конце выдоха).

Для определения напряжения CO₂ в венозной крови применялся метод возвратного дыхания углекислотой. Для этого испытуемый в течение 10-20 сек. вдыхал и выдыхал воздух в специальный мешок, содержащий исходно известное процентное содержание CO₂. Регистрируемые во время возвратного дыхания кривые изменения уровня CO₂ в замкнутой дыхательной системе подвергались графическому анализу, и в соответствии с критериями Defares (1961) определялось напряжение CO₂ в венозной крови. Регистрация частоты сердечных сокращений и длительности периода изгнания крови из левого желудочка осуществлялась по разработанной в нашей лаборатории методике записи первой производной сфигмограммы пульса височной артерии.

Испытуемыми были 15 студентов института физкультуры в возрасте от 16 до 31 года. Среди них было 3 мастера спорта, 11 перворазрядников и 1 спортсмен II разряда. Все они были здоровы и хорошо физически подготовлены (физическая работоспособность PWC₁₇₀ по Sjostrand в среднем для всей группы составляла 1470 кгм/мин).

У каждого испытуемого рассчитывалось большое число параметров кровообращения и дыхания. Здесь использованы данные о минутном объеме кровообращения (Q_m), систолическом объеме крови (Q_s), величине выделения CO₂ (VCO₂), артериовенозной разнице по CO₂ (VADCO₂), частоте пульса в мин (f), длительности периода изгнания (E), времени изгнания минутного объема (ВИМО) и скорости изгнания крови из сердца (ССВ).

Процедура исследования состояла в следующем. После 20 мин отдыха (испытуемый сидел на велоэргометре) производилась запись физиологических показателей, необходимых для расчета перечисленных параметров. Затем испытуемому предлагалось выполнить три физические нагрузки (мощностью 500, 1000 и 1500 кгм/мин) на велоэргометре с постоянной частотой вращения педалей 60 оборотов в минуту. Работа длилась 5 минут. Каждой нагрузке предшествовал период отдыха. Сердечная деятельность и дыхание регистрировались, начиная с конца четвертой минуты каждой нагрузки, когда функционирование вегетативных систем практически достигало steady state. Информацию каждый раз собирали дважды, и, если расхождения полученных величин были небольшими, они усреднялись. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Таблица

Изменения кардиореспираторных показателей под влиянием мышечной работы возрастающей мощности (средние данные ±m)

Объем сердечного выброса

Максимальные величины минутного объема кровообращения были получены при работе мощностью 1500 кгм/мин, при которой потребление О₂ достигает примерно 94% от максимального. Рассчитанный нами средний максимальный минутный объем кровообращения (25,88 л/мин) был близок к данным Astrand (1964), Bevegard c сотр. (1963), Grimby и др., (1966) и других авторов, использовавших либо прямой метод Фика, либо метод разведения красителя с введением его в центральные отделы аппарата кровообращения.

Максимальная индивидуальная величина минутного объема кровообращения, зафиксированная нами, достигала 34,06 л/мин, что вполне соответствует данным Shephard (1967) для тренированных атлетов.

В 1959 г. Rushmer в экспериментах на собаках, нагрузка которым задавалась на тредбане, показал, что систолический объем сохраняется практически неизменным во время мышечной работы. Выводы Rushmer противоречили классическим представлениям по этому вопросу. В связи с этим представляло интерес проанализировать роль систолического объема крови в увеличении минутного объема кровообращения.

Как следует из наших наблюдений, по мере повышения минутного объема кровообращения возрастает и частота сердечных сокращений. Изменения же систолического объема имеют более сложный характер. Так, при легкой мышечной работе отмечается существенное увеличение систолического объема. Следовательно, в этих условиях рост минутного объема кровообращения обеспечивается как учащением сердечных сокращений, так и увеличением систолического объема. При увеличении же мощности мышечной работы до 1000 кгм/мин и больше дальнейшее увеличение систолического объема становится незначительным. Так, различие между средними величинами систолического объема при работе мощностью 1000 и 1500 кгм/мин оказывается статистически недостоверным (p>0,1).

При анализе индивидуальных данных оказалось, что в большинстве случаев имеется именно такая зависимость систолического объема от мощности работы. В трех наблюдениях величина систолического объема при работе 1500 кгм/мин относительно уменьшалась. Причем у двух спортсменов это компенсировалось учащением сердечных сокращений до 200 и 207 в мин. У двух спортсменов, напротив, отмечено постепенное нарастание систолического объема по мере увеличения мощности мышечной работы. Таким образом, приводимые нами индивидуальные данные не расходятся с наблюдениями Asmussen и Nielsen (1955), Musshoff и др. (1959), Tabakin и др. (1964).

Подытоживая сказанное, можно заключить, что наши данные не подтверждают основной посылки Rushmer (1959). Вместе с тем необходимо согласиться с этим автором в том, что систолический объем не принимает существенного участия в адаптивной регуляции величины главного гемодинамического показателя - минутного объема кровообращения. Действительно, в широком диапазоне изменения интенсивности мышечной работы систолический объем сохраняется почти неизменным, и увеличение минутного объема кровообращения осуществляется вследствие учащения сердечного ритма. Повышение же систолического объема по отношению к величинам его в покое происходит за счет более полного использования резидуального объема крови, содержащейся в желудочках к началу их систолы.

Скорость систолического выброса

В серии исследований было показано, что при мышечной работе возрастающей мощности длительность периода изгнания крови из левого желудочка укорачивалась, и при этом достаточно существенно. Очевидно, что это должно было бы неблагоприятно сказываться на производительности сердца, если бы при физической нагрузке не начинали функционировать специальные компенсирующие механизмы. К числу их относится в первую очередь средняя скорость изгнания систолического объема крови, или, проще, скорость сердечного выброса. Эта величина рассчитывается из соотношения:

CCB = Q_s / E

(2)

где CCB - скорость сердечного выброса; Q_s - систолический объем крови в мл; E - длительность периода изгнания в сек.

Было установлено, что по мере укорочения периода изгнания скорость сердечного выброса растет пропорционально мощности работы; наибольшая величина обычно наблюдается при мышечной работе мощностью 1500 кгм/мин. Лишь у одного спортсмена этот показатель был максимальным при работе мощностью 1000 кгм/мин.

Если в состоянии покоя CCB колебалась в пределах 168-435 мл/сек, то максимальное ее значение составило 1520 мл/сек. Судя по средним данным (см. таблицу), CCB возрастает при напряженной работе почти в 4 раза. Такое значительное увеличение CCB в своей основе определяется не только укорочением периода изгнания, но и повышением систолического объема крови и служит объективным показателем роста инотропизма миокарда при физической нагрузке.

Другим механизмом, компенсирующим укорочение длительности периода изгнания во время мышечной работы, является учащение сердцебиений. В результате суммарное время изгнания крови из сердца за единицу времени (например, минуту) оказывается увеличенным. Время изгнания минутного объема (ВИМО) рассчитывается по формуле:

ВИМО = E · f

(3)

где E - длительность периода изгнания в сек; f - частота сердцебиений в минуту.

Как следует из данных, приведенных в таблице, ВИМО повышается пропорционально мощности мышечной работы, что, очевидно, обусловлено прогрессивным ростом частоты пульса в нашем исследовании.

Мы специально проанализировали взаимоотношения между минутным объемом кровообращения и временем изгнания минутного объема. В условиях покоя взаимозависимость между этими величинами отсутствует. Но при мышечной работе между ними возникает отчетливая взаимосвязь, которая аппроксимируется уравнением:

Q_m = 3,15 · ВИМО - 45,0

(4)

Учитывая, что информация о ВИМО может быть легко получена в различных экспериментальных условиях, уравнение (4) может использоваться для ориентировочного суждения о величине минутного объема кровообращения во время мышечной работы.

Заключение

Мышечная работа повышающейся мощности, характеризуясь прогрессивным увеличением минутного объема кровообращения и частоты сердечных сокращений, сопровождается характерной динамикой величин систолического объема крови. Этот показатель достигает своей максимальной индивидуальной величины уже при нагрузке сравнительно небольшой мощности. Дальнейшее нарастание мощности работы обычно не сопровождается увеличением систолического объема. Максимальная величина систолического объема, зарегистрированная в данном исследовании, составила 197 мл, а минутный объем кровообращения - 34,06 л/мин.

Увеличение систолического объема крови при мышечной работе достигается за счет значительного повышения скорости опорожнения желудочков. Максимальная скорость сердечного выброса оказалась равной 1520 мл/сек.

Важным механизмом увеличения минутного объема кровообращения при мышечной работе является также рост суммарной длительности периодов изгнания за единицу времени (время изгнания минутного объема).

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Карпман, В.Л. Производительность сердца при мышечной работе / Карпман В.Л., Меркулова Р.А. // Клинико-физиол. характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов : сб., посвящ. двадцатипятилетию каф. спорт. медицины им. проф. В.Л. Карпмана / РГАФК. - М., 1994. - С. 47-53.