В.Орел

Российская государственная академия физической культуры,
Москва, Россия

Введение. Артериальный импеданс (Z), определяющий величину постнагрузки (afterload) левого желудочка (Ж) сердца [4], формируется совместным действием системных сосудистых сопротивлений: периферического (R), эластического (Е) и инерционного (J). Артериальный импеданс равен сумме статической (Z_р) и динамической (Z_k) составляющих: Z = Z_p+Z_k. Причем Z_р пропорциональна механической работе левого желудочка по расширению упругих стенок аорты, а Z_k пропорциональна кинетической энергии сердечного выброса.

Для определения Z у спортсменов строго неинвазивным способом была разработана [1] специальная аналитическая модель. Эта модель позволяет вычислять величину импеданса и сосудистых сопротивлений на базе неинвазивно измеряемых величин артериального давления, минутного кровотока, а также длительностей основных показателей фазовой структуры сердечного цикла [3]. Используемая неинвазивная методика эффективно применяется для исследований спортсменов как в покое, так и при непредельных мощностях мышечной работы.

При выполнении достаточно интенсивной мышечной работы системные сосудистые сопротивления, обеспечивая прохождение возросшего кровотока, значительно меняют свои величины по сравнению с условиями покоя. Периферическое сопротивление резко падает с ростом мощности физической нагрузки, а эластическое и инерционное - возрастают [1, 5]. Так, при мышечной работе с мощностью 1000 кгм/мин их величины изменяются в 2-3 раза (на 100-200%) по сравнению с данными покоя. Столь же значительно меняются и составляющие импеданса. Однако в этих условиях сам артериальный импеданс изменяется весьма незначительно, увеличиваясь в среднем на 12-18% [1, 5]. Следовательно, в условиях покоя и при непредельных физических нагрузках артериальный импеданс у спортсменов обладает свойством гомеостатичности, оптимизируя тем самым рабочую нагрузку ЛЖ. При этом физиологические механизмы, реализующие эффект автостабилизации артериального импеданса у спортсменов, еще изучены недостаточно. Ниже в покое и при мышечной работе рассматривается влияние на величину импеданса со стороны показателей фазовой структуры сердечного цикла. Обсуждается их роль в обеспечении относительного постоянства величины постнагрузки ЛЖ сердца.

Методы. В исследованиях участвовали 93 спортсмена различных специализаций. В покое и во время выполнения мышечной работы на велоэргометре с мощностями 500, 800 и 1000 кгм/мин регистрировались поликардиограмма (6NEK-4), по которой определялись длительности фаз сердечного цикла, измерялось систолическое и диастолическое артериальное давление (метод Короткова), минутный кровоток измерялся методом капнографии возвратного дыхания (капнограф GODART). Измерения проводились в покое и при мышечной работе в устойчивом состоянии (после 3.5 мин от начала педалирования). Артериальный импеданс вычислялся с помощью программ, основанных на специально разработанной аналитической модели [1].

Результаты и обсуждение. Возрастание минутного кровотока у спортсменов с ростом мощности мышечной работы происходило в известных пределах: в среднем от 4.8 л/мин в покое до 20.2 л/мин при мощности 1000 кгм/мин. Одновременно периферическое сопротивление экспоненциально уменьшалось от 1650 до 625 дин·с·см^-5 (в 2.6 раза); эластическое сопротивление возрастало от 1056 до 2274 дин·см^-5 (в 2.15 раза); инерционное сопротивление линейным образом возрастало от 214 до 753 мН·с (в 3.5 раза). В этих условиях артериальный импеданс в среднем возрос незначительно: от 78.5 в покое до 90.7 дин·с·см^-5 при мощности 1000 кгм/мин (на 13.5%). При этом длительность сердечного цикла (С) в среднем уменьшалась от 0.94 до 0.39 с; длительность периода изгнания (S) уменьшалась от 0.24 до 0.14 с, а длительность фазы изоволюмического сокращения (IС) уменьшилась от 0.042 до 0.012 с.

Влияние фазовой структуры сердечного цикла на величину артериального импеданса исследовалось по каждому из этих фазовых показателей. Для этого величину каждого показателя (С, IС, S) увеличивали ровно на 5% и вычисляли соответствующее относительное изменение Z - коэффициент чувствительности [2]. В покое коэффициенты чувствительности Z по периоду изгнания и изоволюмическому сокращению в среднем составили соответственно +0.5 и +1.5%. При мышечной работе с мощностью 500 кгм/мин и более эти коэффициенты чувствительности изменили знак и монотонно снижались от -1.3 до -2.5% для периода изгнания и от -1 до -2.1% для фазы изоволюмического сокращения. Следовательно, в условиях покоя у спортсменов раздельный рост S и IС приводит к соответствующему увеличению Z, а при мышечной работе увеличение любого из этих параметров уменьшает артериальный импеданс.

Коэффициенты чувствительности Z по С оказались приблизительно такими же, но с обратными знаками. В покое это -0.3%, а при растущих мощностях нагрузки соответственно: +1.5, +2.2 и +2.6%. Поэтому увеличение длительности сердечного цикла в покое приводит к относительно малому уменьшению Z, а при мышечной работе относительное увеличение С сопряжено с увеличением Z. Этот факт разнонаправленности влияний на артериальный импеданс со стороны длительности сердечного цикла и его фаз (S, IС), видимо, определенным образом связан с действием внутренних механизмов, обеспечивающих гомеостатичность величины Z в условиях покоя и при непредельных мощностях мышечной работы.

Заключение. Соревновательная и тренировочная деятельность спортсмена состоит из множества чередующихся переходных процессов системы кровообращения, связанных с изменяющимися мощностями выполняемых целенаправленных действий. При усилении нагрузки сердечный цикл и его фазы укорачиваются, а при ослаблении нагрузки - удлиняются. Разнонаправленные влияния изменений длительности сердечного цикла и его основных фаз на соответствующие изменения артериального импеданса и обеспечивают практическое постоянство постнагрузки ЛЖ при выполнении спортсменом различных мышечных нагрузок непредельной мощности.

1. Карпман В.Л., Орел В.Р. Артериальный импеданс у спортсменов // Труды ученых ГЦОЛИФК. - М.: ГЦОЛИФК. 1993, С.262-271.

2. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении. - Л.: Энергия, 1971. - 544 с.

3. Karpman V.L.: Cardiovascular system and physical exercise. Boca Raton, Florida: CRC Press Inc. 1987.

4. Milnor W.R. Arterial impedance as ventricular afterload // Circ.Res., 1975, V.36, P.365-370.

5. Orel V.R.: Arterial impedance and muscular work. XVII European Congress on noninvasive cardiovascular dynamics (Abstr. book). Ljubljana. P.70,1995.

V.Orel

Russian State Academy of Physical Culture,
Moscow, Russia

Introduction. Arterial impedance (Z) is formed through the joint action of three systemic vascular resistances: peripheral (R), elastic (E), and inertial (J). For the determination of Z in athletes in a completely noninvasive way, a special model was developed [1, 2]. During intensive muscular work, systemic vascular resistances show considerable deviations (by 100-250%) from their resting values [3]. The impedance components also change to similar degrees, although Z itself changes insignificantly, increasing by only 12-20% on average [3]. Below we consider how the major indicators of cardiac cycle's phasic structure (cardiac cycle duration - C, ejection period - S, and isovolumic contraction phase - IC) influence the magnitude of Z at rest and during muscular work.

Methods. The subjects were 93 athletes of various specialties. In their resting state and during their performance of muscular work on a bicycle ergometer with workloads of 500, 800, and 1000 kgm/min we recorded durations of C, S, and IC (by a polycardiogram); measured systolic and diastolic arterial pressures (by Korotkoff's method), and estimated the minute blood flow by the CO₂ rebreathing method [1].

Results. The increase in Z was, on average, from 78.5 dyn? s? cm^-5 at rest to 90.7 dyn? s? cm^-5 at the workload of 1000 kgm/min (by 13.5%). The average decreases in durations of C, S, and IC were from 0.94 s, 0.24 s, and 0.042 s, respectively, at rest to 0.39 s, 0.14 s, and 0.012 s, respectively, at the workload of 1000 kgm/min. The impact of the cardiac cycle's phasic structure on Z was evaluated by calculating coefficients of impedance sensitivity [4] for each of the phasic indicators used. The value of each indicator was increased exactly by 5% and the corresponding change in Z was calculated: D Z/Z (%). At rest, the coefficients of impedance sensitivity for S and IC were, on average +0.5 and +1.5%, respectively. At the 500 kgm/min and higher workloads these sensitivity coefficients reversed their signs and decreased monotonically - from -1.3 to -2.5% for S and from -1 to -2.1% for IC. Thus, the separate growth of S and IC in the subjects at rest led to a corresponding increase in Z, while during muscular work an increase in any of these parameters resulted in decreased Z. The coefficients of Z-sensitivity for C were similar, but had opposite signs: -0.3% in the resting state and +1.5, +2.2, and +2.6% at the three respective workloads. For this reason, an increase in cardiac cycle duration at rest led to a relatively small decrease in Z, while a relative increase in C during muscular work was associated with some increase in Z.

Discussion. Consequently, the arterial impedance in athletes in the resting state and during submaximal physical exercise exhibits the property of homeostaticity, thereby optimizing the workload on the left ventricle. Competitive and training activities of athletes comprise a multitude of alternating transitional processes in the circulatory system associated with changing powers of the targeted actions they perform. The cardiac cycle and its phases shorten as the workload increases and become longer as it decreases. The opposite influences of changes in the duration of the cardiac cycle and of its major phases on the corresponding changes in Z ensure the virtual constancy of left ventricular afterload during the performance by the athlete of various kinds of muscular work with submaximal load.

1. Karpman V.L.: Cardiovascular system and physical exercise. Boca Raton, Florida: CRC Press Inc. 1987.

2. Karpman V.L., Orel V.R.: Impedance of arterial system and cardiac activity. Human Physiology 11:274-278,1985.

3. Orel V.R.: Arterial impedance and muscular work. XVII EC on NI CVD (Abstr. book). Ljubljana. P.70,1995.

4. Frank P.M. An Introduction to System Sensitivity Theory. NY: Academic Press, 1978. P.9-10.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Орел, В. Фазовая структура сердечного цикла и автостабилизация артериального импеданса у спортсменов // Человек в мире спорта : Новые идеи, технологии, перспективы : Тез. докл. Междунар. конгр. - М., 1998. - Т. 1. - С. 131-132.