ВЛИЯНИЕ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДИСТЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА МОЩНОСТЬ РАБОТЫ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА У СПОРТСМЕНОВ

ВЛИЯНИЕ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДИСТЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА МОЩНОСТЬ РАБОТЫ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА У СПОРТСМЕНОВ

В.Р.Орел - ПНИЛ,
А.Г.Сурду - кафедра спортивной медицины

Введение

Одним из основных факторов, определяющих нагрузку на сердце, является комплекс сосудистых сопротивлений, включающий эластическое (Eа) и периферическое (R) сопротивления артериальной системы. Эти сопротивления изменяются в весьма широких пределах у спортсменов, выполняющих физическую нагрузку в ходе тренировок и соревнований [1, 7, 8]. Для приведения в движение ударного объема крови и преодоления сосудистой нагрузки левый желудочек (ЛЖ) сердца в течение периода изгнания производит определенную механическую работу. Мощность этой работы является основным детерминантом энергозатрат левого желудочка. Мощность сокращений ЛЖ определяется суммой эластической и кинетической составляющих [2, 6], которые отражают энергозатраты на расширение упругих стенок аорты и магистральных артерий и на пропульсивную деятельность ЛЖ соответственно. Мощность механической работы сердца у спортсменов прогрессивно растет с увеличением физической нагрузки [2, 6]. Однако влияние сопротивительных свойств артериальной системы на мощность сокращений ЛЖ у спортсменов исследовано далеко не полно.

Изучение взаимодействия сердца и сосудов имеет длительную историю. Сосудистые воздействия на левый желудочек сердца изучались еще в 10-е годы на физиологической модели. Был описан эффект [3] роста сократительной силы ЛЖ для поддержания постоянства сердечного выброса в ответ на увеличение сосудистой нагрузки. В современных исследованиях взаимодействия сердца и сосудов [4] на физиологической модели изучалось влияние эластического сопротивления артериальных сосудов (Ea) на общую механическую работу ЛЖ и ее эффективность. Показано, что при малых, а также при достаточно больших величинах Ea эффективность механической работы ЛЖ снижена. Имеется зона величин эластического сопротивления, зависящая от сократимости миокарда ЛЖ, при которых функционирование ЛЖ оптимально.

Данное сообщение посвящено результатам неинвазивных исследований влияния сосудистых сопротивлений артериальной системы у спортсменов на мощность работы ЛЖ в условиях покоя, а также при выполнении ими мышечной работы на велоэргометре. Прослежены изменения исследуемых показателей в зависимости от величины PWC170.

Методы

В исследованиях участвовали 95 спортсменов различных специализаций. В покое и во время выполнения физической нагрузки на велоэргометре с мощностями 500, 800 и 1000 кгм/мин проводились измерения артериального давления (метод Короткова), регистрировалась поликардиограмма (6NEK-4), ударный объем измерялся методом капнографии возвратного дыхания (капнограф GODART). Измерения проводились в положении сидя на велоэргометре в покое и при физической нагрузке в устойчивом состоянии (после 3.5 мин от начала выполнения нагрузки). По данным частоты сердечных сокращений при двух мощностях педалирования определялся показатель PWC170. Эластическое и периферическое сопротивления артериальной системы, а также мощность механической работы ЛЖ рассчитывались на ПК на базе программной реализации аналитической модели [1], использующей концепцию аортальной компрессионной камеры (АКК).

Результаты и обсуждение

В условиях покоя эластическое сопротивление в среднем невелико (Еа = 1031± 201 дин·см-5) при довольно значительном периферическом сопротивлении (R = 1650 ± 310 дин·с·см-5). Поэтому основная часть (66.4%) полной механической мощности ЛЖ (1152±176 мВт) идет на расширение стенок АКК, а меньшая - на сообщение кинетической энергии ударному объёму крови.

При выполнении спортсменами велоэргометрических нагрузок с мощностью от 500 до 1000 кгм/мин значимый рост минутного кровотока (от 12.8 ± 0.5 до 19.7 ± 0.7 л/мин) сопровождался усилением ригидности стенок АКК. Эластическое сопротивление артериальной системы возрастало в среднем от 1487 ± 254 до 2079 ± 412 дин·см-5, а периферическое сопротивление в среднем уменьшалось от 780 ± 45 до 612 ± 42 дин·с·см-5. Одновременно происходило увеличение мощности ЛЖ в среднем от 3.7 ± 0.8 до 8.7 ± 3.2 Вт. При этом в отличие от условий покоя кинетическая составляющая мощности ЛЖ значимо превышала эластическую. Так, при физической нагрузке в 500 кгм/мин наблюдается превышение на 31%, а при 1000 - на 126%. Сравнительно малый рост эластической составляющей мощности ЛЖ при увеличении Еа в этих условиях связан с минимизацией депонируемого в АКК объема крови [9], который весьма незначительно возрастает по сравнению с условиями покоя (в среднем на 18%), тогда как ударный объем увеличивается на 75%.

Для каждого уровня мощности мышечной работы были построены кривые зависимости мощности ЛЖ от величин эластического и периферического сопротивлений артериальной системы. На всех кривых величины мощности ЛЖ выражено возрастают с увеличением соответствующего системного сопротивления. Причем крутизна этих зависимостей растет с увеличением уровня интенсивности физической нагрузки, выполняемой спортсменом, а минутный кровоток в среднем постоянен вдоль каждой кривой.

Такое поведение зависимостей мощности ЛЖ от величин сосудистых сопротивлений связано с различиями в величинах показателя PWC170 у исследованных спортсменов. Минимальные значения показателей на каждой кривой оказались у группы спортсменов с PWC170 = 1600 ± 59 кгм/мин, а максимальные - у группы спортсменов с PWC170 = 1040 ± 55 кгм/мин (при общем среднем PWC170 = 1353 ± 255 кгм/мин). В частности, при физической нагрузке в 1000 кгм/мин величина эластического сопротивления возрастала от 1743 ± 159 до 2684 ± 287 дин·см-5, периферического - от 579 ± 22 до 678 ± 29 дин·с·см-5, а мощность механической работы ЛЖ увеличивалась на обеих кривых от 6.5 ± 1.2 до 12.1 ± 2.7 Вт.

Таким образом, у более выносливых спортсменов, выполняющих мышечную работу, ЛЖ производит выбросы крови при достоверно сниженных величинах сосудистых сопротивлений по сравнению с менее выносливыми спортсменами при той же физической нагрузке. Вследствие этого у более выносливых спортсменов при выполнении интенсивной физической нагрузки мощность сокращений ЛЖ также достоверно снижена, и миокард левого желудочка сердца при одном и том же минутном кровотоке функционирует в более экономичном режиме.

Поведение рассмотренных зависимостей мощности механической работы ЛЖ от системных сосудистых сопротивлений можно объяснить действием механизма Анрепа [3] в интактном организме спортсмена. Именно, для поддержания должного минутного кровотока ЛЖ в ответ на возрастание сосудистой нагрузки должен увеличить мощность своих сокращений.

С помощью указанных серий кривых для зависимостей мощности ЛЖ от системных сосудистых сопротивлений получены количественные оценки чувствительности мощности желудочка к малым изменениям сопротивлений. Для этого вычислялись коэффициенты чувствительности [5], показывающие насколько процентов по отношению к соответствующей средней величине изменится мощность ЛЖ при 1%-ом изменении конкретного системного сопротивления.

Для эластического сопротивления при нагрузке 800 кгм/мин коэффициент чувствительности мощности ЛЖ составил в среднем 0.84%, а при 1000 кгм/мин он возрос до 1.4%. Последнее означает, что при уменьшении (или увеличении) эластического сопротивления, например, на 5% мощность ЛЖ соответственно уменьшается (или увеличивается), но на 7%.

Коэффициент чувствительности мощности ЛЖ по общему периферическому сопротивлению артериальной системы при физической нагрузке 800 кгм/мин составил в среднем 2.4%, а при 1000 кгм/мин он увеличился до 4.2%. Это означает, что при мощности нагрузки в 1000 кгм/мин уменьшение периферического сопротивления на 30 дин·с·см-5 влечет в среднем весьма заметное уменьшение мощности ЛЖ на 1.8 Вт.

Представленные данные указывают на то, что чувствительность мощности ЛЖ к изменениям системных сосудистых сопротивлений возрастает с усилением физической нагрузки. При этом мощность ЛЖ оказывается более чувствительной к изменениям именно периферического сопротивления артериальной системы.

Эффект повышенной чувствительности мощности ЛЖ к малым изменениям периферического сопротивления позволяет поставить важный вопрос о поиске его практической реализации. Физиологически это эквивалентно поиску возможности некоторого дополнительного расширения объема капиллярной сети, что позволило бы снизить рабочую мощность ЛЖ, повышая тем самым уровень выносливости спортсмена.

Литература

1. Карпман В.Л., Орел В.Р. Артериальный импеданс и сердечная деятельность. Физиология человека 11: 628-633, 1985.

2. Орел В.Р.: Мощность механической работы левого желудочка сердца у спортсменов различной тренированности. Вестник спортивной медицины России 2(15): 55-56, 1997.

3. Anrep G.V.: On the part played by the suprarenals in the normal vascular rEactions of the body. Journal of Physiology (London) 45:307-317, 1912.

4. 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. American Journal of Physiology 264(6 Pt 2): H1817-1824, 1993.

5.Harris P.A., Rosan S., Harris T.R. et al. Parameter Identification in Coronary Pressure Flow Models. A graphical Approach. // Ann. Biomed.Eng. V.22, 1994. P.622-637.

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

7. Karpman V.L., Orel V.R.: Compliance of the arterial system and aortic input impedance. Medicinski Razgledi 30(suppl.1):109-111, 1991.

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

9. Orel V.R., Bogdanov V.N., Lioshenko V.G., Surdu A.G. Systolic variations in the volume of the aortic compression chamber in athletes. // Journal of cardiovascular diagnosis and procedures, V.14, №2, 1997, P.113.


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Орел, В.Р. Влияние артериальных сосудистых сопротивлений на мощность работы левого желудочка сердца у спортсменов / Орел В.Р., Сурду А.Г. // Юбилейный сборник трудов ученых РГАФК, посвященный 80-летию академии. - М., 1998. - Т. 3. - С. 197-199.