Показателями, характеризующими сократительную активность сердца , являются величина минутного объема кровотока, величина систолического объема и частота сердечных сокращений.
Минутный объем
Минутный объем сердца (или сердечный выброс) - это количество крови, выбрасываемое за 1 мин желудочками. У взрослого человека в покое он равен в среднем 4,5-5 л. Сердечный выброс правого и левого желудочков в среднем одинаковый, т.е. объем крови, проходящий через левое сердце, равен объему, проходящему через правое сердце. Если бы это было не так, то кровь из одного круга кровообращения постепенно уходила и накапливалась бы в другом круге кровообращения. При значительной физической нагрузке минутный объем сердца доходит до 30 л.
Систолический объем
Систолический объем сердца - это количество крови, выбрасываемое желудочками сердца при одном сокращении. Его величину можно получить, разделив минутный объем сердца на число сердечных сокращений в минуту. Систолический объем сердца в покое у взрослого человека равен в среднем 40-70 мл.
Частота сердечных сокращений
Частота сердечных сокращений - это количество сокращений сердца в минуту. Его величина равна в среднем 70 ударов в мин. При мышечной работе частота сердечных сокращений увеличивается до 120 и более ударов в мин. К сходному увеличению этого параметра приводит эмоциональный стресс (волнение, страх и т.д.).
Важным показателем работоспособности сердца является систолический объем крови(СО) - количество крови, выталкиваемое одним желудочком сердца в сосудистое русло при одном сокращении.
Рис 1.
нетренированный организм
тренированный организм
- 1 - покой
- 2 - быстрая ходьба
- 3 - быстрый бег
Другими информативными показателем работоспособности сердца является число сердечных сокращений (ЧСС) (артериальный пульс).
В процессе спортивной тренировки ЧСС в покое со временем становится реже за счет увеличения мощности каждого сердечного сокращения.
Таблица 1. Показатели числа сердечных сокращений. (уд/ мин)
|
Тренированный организм |
Нетренированный организм |
||
Показатели числа сердечных сокращений в покое и при мышечной работе:
нетренированный организм
тренированный организм
- 1 - покой
- 2 - быстрая ходьба
- 3 - быстрый бег
Сердце нетренированного человека для обеспечения необходимого минутного объема крови (количество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение минуты) вынуждено сокращаться с большей частотой, так как у него меньше систолический объем.
Сердце тренированного человека более часто пронизано кровеносными сосудами, в таком сердце лучше осуществляется питание мышечной ткани и работоспособность сердца успевает восстановиться в паузах сердечного цикла. Схематично сердечный цикл можно разделить на 3 фазы: систола предсердий (0.1 с), систола желудочков (0.3 с) и общая пауза (0.4 с). Даже если условно принять, что эти части равны по времени, то пауза отдыха у нетренированного человека при ЧСС 80 уд./мин будет равна 0,25 с, а у тренированного при ЧСС 60 уд./ мин пауза отдыха увеличивается до 0,33 с. Значит, сердце тренированного человека в каждом цикле своей работы имеет большее времени для отдыха и восстановления.
Кровяное давление- давление крови внутри кровеносных сосудов на их стенки. Измеряют кровяное давление в плечевой артерии, поэтому его называют артериальное давление (АД), которое является весьма информативным показателем состояния сердечно-сосудистой системы и всего организма.
Различают максимальное (систолическое) АД, которое создается при систоле (сокращении) левого желудочка сердца, и минимальное (диастолиеское) АД, которое отмечается в момент его диастолы (расслабления). Пульсовое давление (пульсовая амплитуда) разница между максимальным и минимальным АД. Давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
В норме для студенческого возраста в покое максимальное АД находится в пределах 100-130; минимальное- 65-85, пульсовое давление- 40-45 мм рт. ст.
Пульсовое давление при физической работе увеличивается, его уменьшение является неблагоприятным показателем (наблюдается у нетренированных людей). Снижение давления может быть следствием ослабления деятельности сердца или чрезмерного сужения периферических кровеносных сосудов.
Таблица 2.
Полный круговорот крови по сосудистой системе в покое осуществляется за 21-22 секунды, при физической работе - 8 секунд и меньше, что ведет к повышению снабжения тканей тела питательными веществами и кислородом.
Физическая работа способствует общему расширению кровеносных сосудов, нормализации тонуса их мышечных стенок, улучшению питания и повышению обмена веществ в стенках кровеносных сосудов. При работе окружающих сосуды мышц происходит массаж стенок сосудов. Кровеносные сосуды, проходящие через мышцы (головного мозга, внутренних органов, кожи), массируются за счет гидродинамической волны от учащения пульса и за счет ускоренного тока крови. Все это способствуют сохранению эластичности стенок кровеносных сосудов и нормальному функционированию сердечно-сосудистой системы без патологических отклонений. физический нагрузка упражнение нервный
Напряженная умственная работа, малоподвижный образ жизни, особенно при высоких нервно- эмоциональных напряжениях, вредные привычки вызывают повышение тонуса и ухудшению питания стенок артерий, потерю их эластичности, что может привести к стойкому повышению в них кровяного давления, и, в конечном итоге, к гипертонической болезни.
Потеря эластичности кровеносных сосудов, а значит, повышение их хрупкости и сопутствующее этому повышение кровяного давления могут привести к разрыву кровеносных сосудов. Если разрыв происходит в жизненно важных органах, то наступает тяжелое заболевание или скоропостижная смерть.
Поэтому для сохранения здоровья и работоспособности необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений. Особенно полезное влияние на кровеносные сосуды оказывают занятия циклическими видами упражнений: бег, плавание, бег на лыжах, на коньках, езда на велосипеде.
Показатели работоспособности сердца в покое и при мышечной работе
|
Положение и вид мышечной работы |
Организм |
Необходимый минутный объем для питания, л |
Систолический объем, мл | |
|
Быстрая ходьба |
Нетренированный Тренированный | |||
|
Быстрый бег |
Нетренированный Тренированный |
В положении лежа и при быстрой ходьбе сердце нетренированного человека для того, чтобы обеспечить необходимый минутный объем крови, вынуждено сокращаться с большей частотой, так как систолический объем у него меньше.
При быстром беге сердце нетренированного человека, имея недостаточный систолический объем крови, даже при ЧСС 200 ударов в минуту (предельная возможность) не может обеспечить минутный объем в 30 л крови, который необходим человеку при быстром беге. Поэтому нетренированный человек через несколько минут, а иногда и секунд после начала интенсивного бега, чувствует большое утомление и прекращает бег. Если же человек находится в условиях, когда прекратить бег невозможно и продолжает его, - наступает обморочное состояние.
Сердце тренированного человека может показывать удивительную работоспособность. При интенсивной физической работе систолический объем двух желудочков равен 400 мл (200+200), при ЧСС 200 ударов в минуту минутный объем крови может возрастать до 80 л.
Долго ли сердце может выдержать такую работу? При марафонском беге (42 км195 м), например, сердце тренированного человека, спортсмена-марафонца, сокращается с частотой 170-190 раз в минуту, производит 20 тыс. сокращений.
При обследовании лыжников-гонщиков, участников соревнований на дистанции 100 км было обнаружено, что за время прохождения дистанции (8 ч 22 мин) сердце спортсмена перекачало 35 т крови - целую железнодорожную цистерну!
И сердце при правильной тренировке от такой работы не изнашивается, а, наоборот, укрепляется. Здесь действует закон живых тканей: чем больше берешь (в разумных пределах), тем больше остается. Этому закону есть физиологическое обоснование. Секрет высокой работоспособности сердца тренированного человека - в сохранении строгого ритма работы и в том, что мышца тренированного сердца более густо пронизана кровеносными сосудами. Следовательно, в сердце лучше осуществляется питание мышечной ткани и ее работоспособность успевает восстанавливаться во время кратчайших пауз сократительного цикла.
ЧСС, или артериальный пульс, является весьма информативным показателем работоспособности сердечнососудистой системы и всего организма.
В процессе спортивной тренировки частота пульса в покое (утром, лежа, натощак) со временем становится реже за счет увеличения мощности каждого сердечного сокращения.
Урежение пульса, если оно не связано с заболеванием, увеличивает абсолютное время паузы в работе сердца, во время которой сердечная мышца отдыхает.
Средние значения ЧСС (уд./мин) для мужчин:
нетренированных 70-80;
тренированных 50-60.
Средние значения ЧСС (уд./мин) для женщин:
нетренированных 75-85;
тренированных 60-70.
Кровяное давление - давление крови внутри кровеносных сосудов на их стенки. Измеряют кровяное давление в плечевойартерии,поэтому его называют артериальным давлением (АД), которое является также весьма информативнымпоказателем состояния сердечнососудистой системыи всего организма.
Различают максимальное (систолическое) артериальноедавление (АД), которое создается при систоле (сокращении) левого желудочка сердца, и минимальное (диастолическое)АД, котороеотмечается в момент его диастолы (расслабления).
Пульсовое давление (пульсовая амплитуда) - разница между максимальным и минимальным АД.Давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
В норме для студенческого возраста в покое максимальное АД находится в пределах 100-130; минимальное - 65-85,пульсовое давление - 40-45 мм рт. ст.
Стойкое повышение максимального АД в покое до 140-150 мм рт. ст. и более свидетельствует о гипертонической болезни, которая почти всегда является следствием сниженияэластичности стенок кровеносных сосудов. Реакция АД представлена в таблице.
Пульсовое давление при физической работе увеличивается,его уменьшение является неблагоприятным показателем (наблюдается у нетренированных людей). Снижениедавления может быть следствием ослабления деятельности сердца или чрезмерного сужения периферическихкровеносных сосудов.
Полный кругооборот крови по сосудистой системе в покое осуществления за 21-22 секунд, при физической работе - за 5 секунд и меньше.
При физической работе в результате увеличения скорости движения крови по сосудистой системе значительно повышается снабжение тканей тела питательными веществами и кислородом.
Особенно полезны циклические физические упражнения в условиях гигиенически чистого открытого воздуха, например, в лесопарке.
После прохождения через капилляры кровь попадает в вены и по ним возвращается к сердцу. Движение крови по венам затруднено, во-первых, по причине их удаленности от сердца и падения в них кровяного давления до 15-5 мм рт. ст., во-вторых, в большинстве случаев кровь движется по венам вверх против действия силы тяжести.
В венах имеются клапаны, обеспечивающие движение крови только по направлению к сердцу.
При длительном неподвижном положении тела венозная кровь, бедная питательными веществами и кислородом и насыщенная продуктами распада клеток, под влиянием силы тяжести может скапливаться (застаиваться) в различных органах и частях тела.
Стенки венозных сосудов тонкие, и скапливание излишнего объема крови в них может привести к деформации и расширению вен.
Застойные явления венозной крови вредно отражаются на функциях соответствующих органов в целом.
При динамической циклической мышечной работе движению крови в венах способствует дыхательный насос. Действие дыхательного насоса заключается в том, что при вдохе давление в грудной клетке понижается и даже может достигать отрицательных значений. Поэтому при учащении дыхания во время динамических, преимущественно циклических движений, увеличивается присасывающее действие грудной клетки, что способствует продвижению крови по венозным сосудам к сердцу.
При статических усилиях, сопровождающихся натуживанием, давление внутри грудной клетки, наоборот, повышается, что затрудняет кровообращение и снижает приток крови к сердцу по венам. В результате уменьшения объема крови, выбрасываемой в сосудистое русло, снижается АД, ухудшается кровоснабжение всех органов. Длительное или сильное натуживание резко ухудшает кровоснабжение головного мозга, что может привести к обморочному состоянию.
Поэтому при выполнении силовых статических упражнений надо стремиться не задерживать дыхание, а при занятиях с тяжестями (штанга, гири) и поднимании значительного веса необходимо осуществлять страховку.
При длительном, рационально построенном тренировочном процессе организм квалифицированных спортсменов адаптируется к статическим усилиям с задержкой дыхания, например, в тяжелой атлетике, и отрицательных последствий у спортсменов не наблюдается.
Мышечным насосом называют механизм принудительного продвижения венозной крови к сердцу с преодолением сил гравитации под воздействием ритмических сокращений и расслаблений скелетных мышц.
Когда участок вены между двумя клапанами наполнен кровью, сокращение расположенных рядом с ним мышц, сопровождаемое их утолщением, сдавливает вену и проталкивает порцию крови вверх, к сердцу, так как движению крови вниз, в противоположную от сердца сторону, препятствует закрывшийся клапан. При последующем расслаблении мышц данный участок вены расправляется и засасывает снизу через открывшийся клапан новую порцию крови. Сверху участок вены перекрывается клапаном, и кровь в обратном от сердца направлении не поступает в данный участок вены, а новая порция крови проталкивается по направлению к сердцу и т.д. Таким образом, скелетные мышцы при циклических движениях, когда ритмично чередуется их сокращение и расслабление, помогают сердцу обеспечивать циркуляцию крови в сосудистой системе.
Чем чаще сокращаются и расслабляются мышцы, чем полнее их сокращение и расслабление, тем большую помощь сердцу оказывает мышечный насос. Особенно эффективно он работает в таких упражнениях, как плавание, бег на лыжах и т.д.
Роль мышечного насоса ярко проявляется в явлении, которое называется гравитационным шоком.
Если спортсмен, например, после финиша бега, сразу остановится, то кровь под действием силы тяжести задержится в крупных венозных сосудах мышц ног, в которых прекратится действие мышечного насоса, и венозные сосуды будут широко раскрыты. Следовательно, сердце будет получать, и направлять в сосудистое русло недостаточное количество крови. Давление крови и кровоснабжение головного мозга резко понижаются, человек бледнеет, появляется головокружение, и может наступить обморочное состояние.
Чтобы избежать наступления гравитационного шока, необходимо соблюдать следующее правило: после интенсивного бега или других циклических упражнений на соревнованиях или тренировочных занятиях переходить в состояние покоя, т.е. останавливаться, следует постепенно. Сначала необходимо, снижая скорость бега, пробежать 50-100 м, а затем в течение 3-5 мин передвигаться шагом, постепенно замедляя ходьбу.
Кровеносная и дыхательная системы совместно выполняют одну из важнейших функций - осуществляют обмен кислородом и углекислотой между тканями тела и атмосферным воздухом.
Дыхательная система обеспечивает насыщение кровикислородом и выведение из нее углекислого газа. Кровеносная система обеспечивает контакт обогащенной кислородом крови с тканями тела. Кислород поступает в ткани, а в кровь из тканей переходит в углекислый газ - один из продуктов распада в процессе жизнедеятельности клеток. В легких кровь освобождается от углекислого газа и вновь насыщается кислородом.
Следовательно, эти системы являются звеньями одной цепи. Их деятельность строго координирована. Если, например, при физической работе повышается частота дыхания, то, соответственно, возрастает ЧСС. Таким же образом синхронно изменяются и другие показатели работоспособности сердечнососудистой и дыхательной систем.
Выбрасывает в сосуды определенное количество крови. В этом основная функция сердца . Поэтому одним из показателей функционального состояния сердца является величина минутного и ударного (систолического) объемов. Исследование величины минутного объема имеет практическое значение и применяется в физиологии спорта, клинической медицине и профессиональной гигиене.
Количество крови, выбрасываемое сердцем за минуту, называют минутным объемом крови (МОК). Количество крови, которое выбрасывает сердце за одно сокращение, называют ударным (систолическим) объемом крови (УОК).
Минутный объем крови у человека в состоянии относительного покоя равен 4,5-5 л. Он одинаков для правого и левого желудочков. Ударный объем крови можно легко рассчитать, разделив МОК на число сердечных сокращений.
Большое значение в изменении величины минутного и ударного объемов крови имеет тренировка. При выполнении одной и той же работы у тренированного человека значительно возрастает величина систолического и минутного объемов сердца при незначительном увеличении числа сердечных сокращений; у нетренированного человека, наоборот, значительно увеличивается частота сердечных сокращений и почти не изменяется систолический объем крови.
УОК увеличивается при повышении притока крови к сердцу. С увеличением систолического объема растет и МОК.
Ударный объем сердца
Важную характеристику насосной функции сердца дает ударный объем, называемый также систолическим объемом.
Ударный объем (УО) — количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в артериальную систему за одну систолу (иногда используется название систолический выброс ).
Поскольку большой и малый соединены последовательно, то в устоявшемся режиме гемодинамики ударные объемы левого и правого желудочков обычно равны. Лишь на короткое время в период резкого изменения работы сердца и гемодинамики между ними может возникать небольшое различие. Величина УО взрослого человека в покое составляет 55-90 мл, а при физической нагрузке может возрастать до 120 мл (у спортсменов до 200 мл).
Формула Старра (систолический объем) :
СО = 90,97 + 0,54 . ПД — 0,57 . ДД — 0,61 . В,
где СО — систолический объем, мл; ПД — пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД — диастолическое давление, мм рт. ст.; В — возраст, годы.
В норме СО в покое — 70-80 мл, а при нагрузке — 140- 170 мл.
Конечный диастолический объем
Конечно-диастолический объем (КДО) — это количество крови, находящееся в желудочке в конце диастолы (в покое около 130-150 мл, но в зависимости от пола, возраста может колебаться в пределах 90-150 мл). Он формируется тремя объемами крови: оставшейся в желудочке после предыдущей систолы, притекшей из венозной системы во время общей диастолы и перекачанной в желудочек во время систолы предсердий.
Таблица. Конечно-диастолический объем крови и её составные части
Конечный систолический объем
Конечно-систолический объем (КСО) — это количество крови, остающееся в желудочке сразу после . В покое он составляет менее 50%, от величины конечно-диастолического объема или 50-60 мл. Часть этого объема крови является резервным объемом, который может изгоняться при увеличении силы сердечных сокращений (например, при физической нагрузке, увеличении тонуса центров симпатической нервной системы, действии на сердце адреналина, тиреоидных гормонов).
Ряд количественных показателей, измеряемых в настоящее время при УЗИ или при зондировании полостей сердца, используют для оценки сократимости сердечной мышцы. К ним относят показатели фракции выброса, скорости изгнания крови в фазу быстрого изгнания, скорость прироста давления в желудочке в период напряжения (измеряется при зондировании желудочка) и ряд сердечных индексов.
Фракция выброса (ФВ) — выраженное в процентах отношение ударного объема к конечно-диастолическому объему желудочка. Фракция выброса у здорового человека в покое составляет 50-75%, а при физической нагрузке может достигать 80%.
Скорость изгнания крови измеряется методом Допплера при УЗИ сердца.
Скорость прироста давления в полостях желудочков считается одним из наиболее достоверных показателей сократимости миокарда. Для левого желудочка величина этого показа- геля в норме составляет 2000-2500 мм рт. ст./с.
Снижение фракции выброса ниже 50%, снижение скорости изгнания крови, скорости прироста давления свидетельствуют о понижении сократимости миокарда и возможности развития недостаточности насосной функции сердца.
Минутный объем кровотока
Минутный объем кровотока (МОК) — показатель насосной функции сердца, равный объему крови, изгоняемой желудочком в сосудистую систему за 1 минуту (применяется также название минутный выброс ).
МОК = УО. ЧСС.
Поскольку УО и ЧСС левого и правого желудочка равны, то их МОК также одинаков. Таким образом, через малый и большой круги кровообращения за один и гот же промежуток времени протекает одинаковый объем крови. В покос МОК равен 4-6 л, при физической нагрузке он может достигать 20- 25 л, а у спортсменов — 30 л и более.
Методы определения минутного объема кровообращенияПрямые методы : катетеризация полостей сердца с введением датчиков — флоуметров.
Непрямые методы :
- Метод Фика:
где МОК — минутный объем кровообращения, мл/мин; VO 2 — потребление кислорода за 1 мин, мл/мин; СaO 2 — содержание кислорода в 100 мл артериальной крови; CvO 2 — содержание кислорода в 100 мл венозной крови
- Метод разведения индикаторов:
где J — количество введенного вещества, мг; С — средняя концентрация вещества, вычисленная по кривой разведения, мг/л; Т-длительность первой волны циркуляции, с
- Ультразвуковая флоуметрия
- Тетраполярная грудная реография
Сердечный индекс
Сердечный индекс (СИ) — отношение минутного объема кровотока к площади поверхности тела (S):
СИ = МОК / S (л/мин/м 2).
где МОК — минутный объем кровообращения, л/мин; S — площадь поверхности тела, м 2 .
В норме СИ = 3-4 л/мин/м 2 .
Благодаря работе сердца обеспечивается движение крови по системе кровеносных сосудов. Даже в условиях жизнедеятельности без физических нагрузок за сутки сердце перекачивает до 10 т крови. Полезная работа сердца затрачивается на создание давления крови и придание ей ускорения.
На придание ускорения порциям выбрасываемой крови желудочки тратят около 1% от общей работы и энергетических затрат сердца. Поэтому при расчетах этой величиной можно пренебречь. Почти вся полезная работа сердца затрачивается на создание давления — движущей силы кровотока. Работа (А), выполняемая левым желудочком сердца за время одного сердечного цикла, равна произведению среднего давления (Р) в аорте на ударный объем (УО):
В покое за одну систолу левый желудочек совершает работу около 1 Н/м (1 Н = 0,1 кг), а правый желудочек приблизительно в 7 раз меньшую. Это обусловлено низким сопротивлением сосудов малого круга кровообращения, в результате чего кровоток в легочных сосудах обеспечивается при среднем давлении 13-15 мм рт. ст., в то время как в большом круге кровообращения среднее давление составляет 80-100 мм рт. ст. Таким образом, левому желудочку для изгнания УО крови необходимо затрачивать приблизительно в 7 раз большую работу, чем правому. Это и обусловливает развитие большей мышечной массы левого желудочка, по сравнению с правым.
Выполнение работы требует энергетических затрат. Они идут не только на обеспечение полезной работы, но и на поддержание основных жизненных процессов, транспорт ионов, обновление клеточных структур, синтез органических веществ. Коэффициент полезного действия сердечной мышцы находится в пределах 15-40%.
Энергия АТФ, необходимая для жизнедеятельности сердца, получается преимущественно в ходе окислительного фосфорилирования, осуществляемого с обязательным потреблением кислорода. При этом в митохондриях кардиомиоцитов могут окисляться разнообразные вещества: глюкоза, свободные жирные кислоты, аминокислоты, молочная кислота, кетоновые тела. В этом отношении миокард (в отличие от нервной ткани, использующей для получения энергии глюкозу) является «всеядным органом». На обеспечение энергетических потребностей сердца в условиях покоя в 1 мин требуется 24- 30 мл кислорода, что составляет около 10% от общего потребления кислорода организмом взрослого человека за то же время. Из протекающей по капиллярам сердца крови извлекается до 80% кислорода. В других органах этот показатель гораздо меньше. Доставка кислорода является наиболее слабым звеном в механизмах, обеспечивающих снабжение сердца энергией. Это связано с особенностями сердечного кровотока. Недостаточность доставки кислорода к миокарду, связанная с нарушением коронарного кровотока, является самой распространенной патологией, приводящей к развитию инфаркта миокарда.
Фракция выброса
Фракция выброса = СО / КДО
где СО — систолический объем, мл; КДО — конечный диастолический объем, мл.
Фракция выброса в покое составляет 50-60 %.
Скорость кровотока
Согласно законам гидродинамики количество жидкости (Q), протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Р 1) и в конце (Р 2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости:
Q = (P 1 -P 2)/R.
Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь в виду, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:
Q = P/R,
гдеQ - количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина среднего давления в аорте; R — величина сосудистого сопротивления.
Из этого уравнения следует, что Р = Q*R, т.е. давление (Р) в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту (Q), и величине периферического сопротивления (R). Давление в аорте (Р) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление — важнейший показатель состояния сосудистой системы.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой определяется по формуле Пуазейля:
гдеL — длина трубки; η — вязкость протекающей в ней жидкости; Π — отношение окружности к диаметру; r — радиус трубки.
Разность кровяного давления, определяющая скорость движения крови по сосудам, у человека велика. У взрослого человека максимальное давление в аорте составляет 150 мм рт. ст., а в крупных артериях — 120-130 мм рт. ст. В более мелких артериях кровь встречает большее сопротивление и давление здесь значительно падает — до 60-80 мм. рт ст. Самое резкое уменьшение давления отмечается в артериолах и капиллярах: в артериолах оно составляет 20-40 мм рт. ст., а в капиллярах — 15-25 мм рт. ст. В венах давление уменьшается до 3-8 мм рт. ст., в полых венах давление отрицательное: -2-4 мм рт. ст., т.е. на 2-4 мм рт. ст. ниже атмосферного. Это связано с изменением давления в грудной полости. Во время вдоха, когда давление в грудной полости значительно уменьшается, снижается и кровяное давление в полых венах.
Из приведенных данных видно, что кровяное давление в разных участках кровяного русла неодинаково, и оно уменьшается от артериального конца сосудистой системы к венозному. В крупных и средних артериях оно уменьшается незначительно, приблизительно на 10%, а в артериолах и капиллярах — на 85%. Это свидетельствует о том, что 10% энергии, развиваемой сердцем при сокращении, расходуется на продвижение крови в крупных артериях, а 85% — на ее продвижение по артериолам и капиллярам (рис. 1).
Рис. 1. Изменение давления, сопротивления и просвета сосудов на различных участках сосудистой системы
Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему артерий и артериол называют сосудами сопротивления или резистивными сосудами.
Артериолы представляют собой сосуды малого диаметра — 15-70 мкм. Стенка их содержит толстый слой циркулярно расположенных гладких мышечных клеток, при сокращении которых просвет сосуда может значительно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол, что затрудняет отток крови из артерий, и давление в них повышается.
Падение тонуса артериол увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериального давления (АД). Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосудистой системы обладают именно артериолы, поэтому изменение их просвета является главным регулятором уровня общего артериального давления. Артериолы — «краны кровеносной системы». Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответствующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие — резко ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.
Таким образом, артериолы играют двоякую роль:
- участвуют в поддержании необходимого организму уровня общего артериального давления;
- участвуют в регуляции величины местного кровотока через тот или иной орган или ткань.
Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем активности органа.
В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает повышение притока крови. Чтобы общее АД при этом не снизилось в других (неработающих) органах, тонус артериол повышается. Суммарная величина общего периферического сопротивления и общий уровень АД остаются примерно постоянными, несмотря на непрерывное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.
Объемная и линейная скорость движения крови
Объемной скоростью движения крови называют количество крови, протекающей в единицу времени через сумму поперечных сечений сосудов данного участка сосудистого русла. Через аорту, легочные артерии, полые вены и капилляры за одну минуту протекает одинаковый объем крови. Поэтому к сердцу всегда возвращается такое же количество крови, какое было им выброшено в сосуды во время систолы.
Объемная скорость в различных органах может изменяться в зависимости от работы органа и величины ею сосудистой сети. В работающем органе может увеличиваться просвет сосудов и вместе с ним — объемная скорость движения крови.
Линейной скоростью движения крови называют путь, пройденный кровью за единицу времени. Линейная скорость (V) отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда:
Ее величина зависит от просвета сосудов: линейная скорость обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосуда. Чем шире суммарный просвет сосудов, тем медленнее движение крови, а чем он уже, тем больше скорость движения крови (рис. 2). По мере разветвления артерий скорость движения в них уменьшается, так как суммарный просвет ветвей сосудов больше, чем просвет исходного ствола. У взрослого человека просвет аорты составляет приблизительно 8 см 2 , а сумма просветов капилляров в 500-1000 раз больше — 4000-8000 см 2 . Следовательно, линейная скорость движения крови в аорте в 500-1000 раз больше, чем в 500 мм/с, а в капиллярах — только 0,5 мм/с.
Рис. 2. Знамения АД (А) и линейной скорости кровотока (Б) в различных участках сосудистой системы
Работоспособность сердца определяется по соотношениию между его объемом и его функциональной способностью.
Исходным пунктом для разработки метода определения работоспособности сердца, учитывающего его объем, послужили представления Reindell о значении остаточной крови и наблюдение, что малые сердца менее работоспособны, чем большие. За меру работоспособности принят максимальный кислородный пульс. Кислородный пульс (О2-пульс) - это то количество кислорода, которое забирается кровью при каждом сердечном сокращении.
Для измерения спирометрических величин используют метабограф Флейша. Нагрузка дается в положении лежа в виде велосипедного эргометра (эргостат фирмы «Jaquet», Базель). Нагрузка повышается отдельными ступенями - 25 ватт (для больных) и 50 ватт (здоровых) вплоть до максимально возможной ступени (в ваттах). На каждой ступени требуется достижение относительного постоянного состояния и только по достижении его переходят к следующей.
Для рассчета так называемого коэффициента работоспособности сердца у каждого больного в положении лежа определяют объем сердца. Сопоставление объема сердца и его работоспособности приводит к выводу, что работоспособность, т. е. максимальный кислородный пульс, увеличивается с увеличением миокарда. Это положение действительно для всех исследованных нами возрастных групп.
На основании пропорциональности между сердечным объемом и О2-пульсом получается для всех сердечных размеров здоровых взрослых мужчин в среднем приблизительно одинаковой величины коэффициент: между 55 и 60. В возрасте 60-75 лет наблюдается значительное повышение этой величины как выражение «физиологической возрастной недостаточности». У женщин значения коэффициента (58-66) немного выше. Самые низкие значения находят у высокотренированных спортсменов (средняя величина 46). у молодых лиц коэффициент характеризуется в основном теми же средними величинами. Замечательно, что самый низкий коэффициент находят в 18-летнем возрасте; это указывает на оптимальную работоспособность сердца в таком возрасте.
Величина коэффициента позволяет высказаться о том, находится ли соотношение между объемом сердца и его работоспособностью еще в физиологических колебаниях. Чем ниже этот коэффициент, тем лучше работоспособность сердца. Коэффициент, лежащий выше нормы, является выражением нарушенного отношения.
Относительно причины снижения работоспособности коэффициент не говорит ничего. Чем вызвано в каждом случае такое снижение, надо выявлять обычными клиническими исследованиями сердца (анамнез, рентгенологический анализ, формы сердца, ЭКГ, фонокардиограмма). Оно может вызываться нагрузками в виде повышения давления крови (прессорная нагрузка) или увеличения ее объема (объемная нагрузка) при пороках сердца, гипертонии, первичном поражении миокарда при коронаросклерозе, инфекционно-токсических процессах или это может быть результатом общего нарушения обмена веществ.
Руководящие линии при оценке следующие :
При рентгенлогически увеличенном сердце указанный коэффициент инфомирует, является ли увеличение сердца результатом физиологического приспособительного процесса благодаря физкультуре (коэффициент нормальный) или же результатом расширен мышцы сердца (коэффициент патологический). В последнем случае в покое или же в условиях обычной повседневной работ может не проявляться клинических симптомов недостаточности в виде застоя кровообращения. Только при более сильной нагрузке дело доходит до недостаточности при работе (рабочая недостаточность).
ЭКГ, снятая в покое и после нагрузки, может быть еще совершенно нормальной. Только ЭКГ, снятая во время эргометрической нагрузки, вскрывает в части случаев гипоксемическое состояние работающего сердца. Дифференциально-диагностически надо дополнительно учитывать в качестве этиологического фактора наличие гипертонии.
При рентгенологически нормальных размерах сердца, но патологически измененном на ЭКГ, нормальный коэффициент исключает рабочую недостаточность, В этом случае изменения ЭКГ следует считать выражением начинающейся коронарной недостаточности или нарушения системы регуляции кровообращения. Здесь еще нет снижения работоспособности сердца. Патологический коэффициент (также при нормальных размерах сердца) может быть выражением рабочей недостаточности или следствием уже уменьшившихся резервов работоспособности при коронарной недостаточности.
При наличии прессорной и объемной нагрузки на почве врожденных и приобретенных пороков сердца коэффициент указывает на имеющиеся резервы сердечной работоспособности. При митральном стенозе, например, это является существенным вспомогательным средством в отношении показаний к . Оценка успешности операции на сердце при контрольной проверке данного коэффициента становится объективной.
С учетом приведенного коэффициент позволяет точно судить о состоянии больного при решении вопросов трудовой экспертизы.
Сравнение коэффициентов в начале и конце пребывания в санатории позволяет объективно судить об успешности медикаментозного лечения сердца или в рамках курортных и других оздоровительных мероприятий.
Анализ резервной работоспособности сердца с помощью описанного здесь метода сравнительного (коррелятивного) изучения объема сердца позволяет высказываться более определенно, чем это было возможно при использовании только одних абсолютных спироэргометрических показателей работоспособности. Так, работоспособность в абсолютном выражении (изморенная с помощью максимально возможного поглощения кислорода по Knipping) может быть еще нормальной благодаря деятельности периферических или кардиальных компенсаторных механизмов, и только сопоставление с объемом сердца позволяет ясно видеть, но работоспособность в отношении к объему сердца уменьшена, т. е. что между этими обоими величинами диссонанс уже наступил.
При заболеваниях легких спироэргометрическое исследование необходимо дополнять специальными функциональными легочными пробами, чтобы распознать пульмонально обусловленное снижение работоспособности сердца (дыхательную недостаточность).
Статью подготовил и отредактировал: врач-хирург
