Изменение частоты сердечных сокращений и артериального давления при работе разной мощности

              Известно, что «… происходящая в период полового созревания перестройка функционирования эндокридного аппарата оказывает значительное влияние на состояние сердечно-сосудистой системы, изменяя характер приспособительных механизмов и адаптивных реакций в ответ на мышечную нагрузку. Так, частота сердечных сокращений у юных спортсменов находится в обратной зависимости от степени их индивидуального полового созревания. Систолический объем крови увеличивается по мере возрастания мощности мышечной работы. Это наиболее выражено у подростков-акселератов, у ретардантов менее существенно».[4]

              При выполнении интенсивной мышечной работы одинаковой мощности значения минутного объема крови у спортсменов-акселератов оказались выше соответствующих показателей у их сверстников-ретардантов, причем нарастание происходило больше за счет систолического объема крови. Частота сердечных сокращений у акселератов имела тенденцию к менее выраженному росту, вероятно за счет более рациональной приспособительной реакции аппарата кровообращения к мышечной работе. Мощность при которой систолический объем крови достигает максимума, прямо пропорциональна половой зрелости.

              Таким образом, адаптационные реакции аппарата кровообращения у юных спортсменов при выполнении мышечной работы зависят и от их биологического возраста. Причем некоторые различия в адаптационных реакциях обусловлены, по-видимому, функциональными причинами, а минутный и отчасти систолический объем крови зависят от морфологических особенностей организма юных спортсменов с разной степенью полового созревания. К морфологическим особенностям относятся, прежде всего, размеры тела подростков. Так, при работе одинаковой мощности частота сердцебиений у акселератов меньше на 8-15 уд/мин, систолический объем – на 15-20 мл, минутный объем крови – на 1-1,5 л/мин, скорость сердечного выброса – на 100-120 мл/с. Сердечный и ударный индексы, длительность периода изгнания крови из сердца оказались приблизительно одинаковыми. Мощность нагрузки при которой систолический объем крови достигал максимума различалась на 200 кгм/мин.

              Проведено исследование двух групп спортсменов. Они выполняли нагрузку повышающейся мощности в диапазоне от 500 до 2000 кгм/мин. Физическая работоспособность, рассчитанная по формуле В.Л. Карпмана, составила у спортсменов первой группы 1481 кгм/мин, у второй – 1964 кгм/мин. Приведенные в приложении 1 данные показывают, что с повышением мощности выполняемой работы происходит отчетливое увеличение минутного объема крови. При мышечной работе умеренной мощности величина минутного объема крови по сравнению со значением в покое утраивается. При дальнейшем повышении мощности мышечной работы отмечается последовательное увеличение значений минутного объема крови. Взаимосвязь между мощностью выполняемой работы (от 500 до 1700 кгм/мин) и величиной минутного объема крови может быть представлена как линейная. Она существенно не зависит от физической подготовленности и выражается уравнением:

Q = 0,014 N + 5,0 ,

где Q – минутный объем крови (л/мин); N – мощность мышечной работы (кгм/мин).

              Максимальная индивидуальная величина минутного объема крови среди спортсменов первой группы была зарегистрирована у борца, мастера спорта (возраст 22 года, масса тела 72 кг, рост 172 см), и составила 34,06 л/мин. Величины минутного объема крови, превышающие 30 л/мин были зарегистрированы еще у двух спортсменов. Среднее значение минутного объема крови, полученное нами при мощности работы 1500 кгм/мин, - 25,88 л/мин – было близко к средним данным. У спортсменов второй группы при  мышечной работе мощностью 2000 кгм/мин, значения минутного объема крови были в тех же пределах 23,6-31,4 л/мин. Средняя величина при этом составила 28,9 л/мин. С повышением мощности выполняемой работы увеличивается продукция СО2. Так, выделение углекислоты при работе 2000 кгм/мин составляет в среднем 4208,8 л/мин, а максимальное индивидуальное значение – 4582,5 мл/мин.

              Коснемся изменения артериального давления. «Согласно общепризнанным данным, при повышении мощности выполняемой работы нарастание веноартериальной разницы происходит двумя путями: повышением напряжения CO2 в артериальной крови наблюдалось нами не всегда».[5] У спортсменов, выполняющих нагрузки мощностью 600 и 1300 кгм/мин, наблюдался незначительный рост концентрации CO2 в артериальной крови. Таким образом, при выполнении нагрузок повышающейся мощности изменения напряжения CO2 в артериальной крови не всегда носят однотипный характер. Напряжения CO2 в артериальной крови снижается с 61% случаев при повышении мощности выполняемой работы с 600 до 1300 кгм/мин и 53,3% случаев – при повышении мощности с 1000 до 1500 кгм/мин. Таким образом, у большинства обследованных спортсменов концентрация CO2 в артериальной крови снижалась при повышении мощности выполняемой нагрузки. Наряду с этим возросло напряжение CO2 в смешанной венозной крови. Если в условиях покоя напряжение углекислого газа составляло 49,8 мм рт.ст., то при работе 500-600 кгм/мин – 63-64,3 мм рт.ст. Максимальное напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови было получено у двух спортсменов: футболиста первого разряда и конькобежца-перворазрядника при выполнении работы мощностью 1500 кгм/мин (оно составило 84,7 мм рт.ст.).

              Следовательно, с повышением мощности выполняемой работы у взрослых спортсменов происходит значительное нарастание напряжение углекислого газа в смешанной венозной крови. Снижение напряжения углекислого газа в артериальной крови наблюдается у большинства обследуемых: в покое 67,1 газа на 1 л крови, при работе 500 и 600 кгм/мин – 91 и 103,4 мл газа на 1 л крови. С повышением мощности выполняемой работы происходит дальнейший рост значений веноартериальной разницы.

              По мере нарастания минутного объема крови возрастает и частота сердечных сокращений. Несколько иной и более сложный характер имеют изменения систолического объема крови (см. Приложение 2). При легкой мышечной работе мощностью 500-600 кгм/мин отмечается существенное его увеличение, то есть нарастание минутного объема крови в этих условиях происходит как за счет учащения сердечных сокращений, так и за счет увеличения систолического объема крови. С повышением же мощности выполняемой работы до 1000 кгм/мин и больше, изменения систолического объема крови становятся незначительными. При увеличении мощности выполняемой работы от 1000 до 1500 кгм/мин и от 1300 до 2000 кгм/мин разница между средними величинами систолического объема крови незначительна.

              При анализе индивидуальных данных[6] оказалось, что в большинстве случаев имеется именно такая зависимость систолического объема крови от мощности выполняемой работы. У четырех спортсменов первой группы величина систолического объема крови при работе 1300 и 1500 кгм/мин относительно уменьшалась по сравнению со значениями, зарегистрированными при предыдущей мощности работе, причем у 2 спортсменов это компенсировалось учащением сердечных сокращений до 200 и 207 уд/мин. В то же время у двух спортсменов второй группы, наоборот, отмечено постепенной нарастание систолического объема крови по мере увеличения мощности мышечной работы. Так, например, максимальное значение систолического объема крови у одного из них достигло 191,2 мл при работе мощностью 2000 кгм/мин. У 2 других спортсменов этой группы отмечалось снижение систолического объема крови при выполнении работы той же мощности.

              Полученные данные показывают, что у взрослых спортсменов систолический объем крови не принимает существенного участия в адаптационной регуляции величины минутного объема крови при интенсивной мышечной работе.

              При работе малых мощностей (500-600 кгм/мин) сократимость миокарда не повышается до максимальных значений. «К этому времени еще сохраняются возможности для более полного исследования резидуального объема крови, и, следовательно, дальнейшего увеличения систолического объема крови. Во время же работы большой и субмаксимальной мощностей контрактильность миокарда становиться максимальной, следовательно обеспечивается полное использование резидуального объема крови и достигается максимальный систолический объем крови».[7]

              В связи с увеличивающимся сердечным выбросом, вызванным физической нагрузкой, возникает необходимость более быстрого опорожнения сердца. В серии исследований, проведенных в лаборатории спортивной кардиологии было показано, что при мышечной работе возрастающей мощности длительность периода изгнания крови из левого желудочка уменьшилась достаточно существенно. Это должно было бы неблагоприятно сказаться на производительности сердца, если бы при физической нагрузке не начали функционировать специальные компенсирующие механизмы. Показателем их активности является увеличение скорости сердечного выброса.

              По мере укорочения длительности периода изгнания пропорционально мощности выполняемой нагрузки растет и скорость сердечного выброса, достигая наибольшей величины при работе 1500 и 2000 кгм/мин. Если в состоянии покоя скорость сердечного выброса колебалась в пределах 120,4-435 мл/с, то максимальное ее значение во время мышечной работы составило 1520 мл/с. Такое значение зарегистрировано у мастера спорта по классической борьбе, 20 лет, имеющего и максимальные значения минутного и систолического объема крови.

              В среднем при субмаксимальной мышечной работе мощностью 2000 кгм/мин сердечный выброс ускоряется в 4,4 раза по сравнению с данными полученными в покое. Значительное увеличение этого параметра объясняется как укорочением периода изгнания, так и увеличением систолического объема крови и служит объективным показателем роста инотропизма миокарда при физической нагрузке.

              Другим механизмом, компенсирующим укорочение периода изгнания является ускорение кровотока. Линейная скорость кровотока в покое находилась в пределах от 53,1 до 153,2 см/с. С повышением мощности выполняемой работы она прогрессивно возрастает, достигая при работе 2000 кгм/мин значений 503 см/с (десятиборец первого разряда, 17 лет).

              До настоящего времени остается невыясненным, приводит ли увеличение скорости сердечного выброса и объема сердечного выброса при мышечной работе к соответствующему увеличению кинетической энергии потока крови в аортальной компрессионной камере. Дело в том, что в условиях покоя почти вся внешняя работа сердечного сокращения затрачивается  на расширение стенок аортальной компрессионной камеры и лишь незначительная часть этой работы непосредственно затрачивается на продвижение столба крови по артериям во все систолы. Это наиболее экономная форма расходования энергии сокращения миокарда. Однако она не вполне эффективна для многократного ускорения циркуляции крови во время мышечной работы. По мере нарастания мощности выполняемой работы прогрессивно увеличивается кинетическая энергия сердечного выброса. Если во время работы малых мощностей (500-600 кгм/мин) кинетическая энергия повышается более чем в 9 раз, то при работе 2000 кгм/мин – уже в 58 раз по сравнению с величиной в покое. Максимальное значение составило 2,16 Дж.

              Эти данные со всей очевидностью свидетельствуют о том, что при мышечной работе существенно изменяется характер расходования сердечного сокращения. Значительная часть этой энергии начинает расходоваться непосредственно на продвижение крови уже во время систолы. Можно подумать, что увеличение кинетической энергии сердечного выброса является важнейшим механизмом, обеспечивающим высокую скорость кровотока во время мышечной работы и, следовательно скорость транспорта кислорода и углекислоты.

              «Известно, что в естественных условиях тренировочных занятий выполняемая работа (ходьба, бег, плавание) преимущественно умеренной мощности, поэтому представляет большой интерес изучение ряда кардиогемодинамических показателей в лабораторных условиях при выполнении мышечной работы умеренной мощности. Это позволяет проследить истинные кардиогемодинамические реакции у взрослых спортсменов и выявить особенности адаптации кровообращения у лиц разных спортивных специализаций на одну и ту же нагрузку, равную 1000 кгм/мин».[8] Однако, в виду ограниченности объема курсовой работы заключим что, при одной и той же мышечной работе сердце хорошо тренированного спортсмена  более экономно расходует энергию по выбросу крови, следовательно производительность сердца у него ниже.

Часть 2. Изменение артериального давления при работах разной мощности.

              В сосудистом русле при физической нагрузке происходит перераспределение кровотока между различными бассейнами. При динамической работе кровоток в сокращающихся мышцах увеличивается почти в 30 раз, почти в 4 раза возрастает коронарный кровоток. Количество притекающей крови в мозг меняется незначительно. В то же время уменьшается приток крови к органам желудочно-кишечного тракта и почкам. В крови кровоток возрастает при легких и снижается при тяжелых нагрузках.

              В кровеносных сосудах работающих мышц решающую роль начинают играть процессы саморегуляции, вызывающие, так называемую «рабочую гиперемию». Считается, что ее происхождение связано как с действием химических факторов: накоплением продуктов метаболизма, повышением напряжения углекислого газа и снижением напряжения кислорода, закислением крови и лимфы, так и с гистомеханическими процессами, то есть с реакциями гистологических элементов внутримышечных артериальных сосудов на механические факторы микро- и макродеформации, возникающие при изменении скорости кровотока и сокращении поперечнополосатых мышщ. В результате этизх местных изменений происходит дилятация сосудов и переполнение их кровью – состояние гиперемии.

              Центральные механизмы регуляции сосудистого тонуса, напротив, направлены преимущественно на повышение сосудистого тонуса. «Под влиянием физической работы происходит увеличение жесткости стенок магистральных артерий, уменьшение кровотока в неработающих мышцах, усиление тонуса венозных сосудов».[9]