Состояние ССС при покое и физических нагрузках

Теоретический расчёт систолического объёма сердца

Проведя приблизительные  расчёты, можно вычислить соответствие между объёмом сердца, максимальным систолическим (ударным) объёмом и  сердечным выбросом (минутным объёмом). Измеряя объём сердца, можно представить, что этот объём состоит из объёма четырёх камер сердца и объёма самой сердечной мышцы. Согласно медицинским заключениям, масса  сердца у человека в среднем составляет 310 грамм, а у активно тренирующихся спортсменов колеблется в пределах 300-550 грамм.

1.Масса сердца зависит  от объёма (согласно физической  формулы m=ρ*V,где m-масса, ρ - плотность,V-объём).

2. Если учитывать, что  плотность мускулатуры сердца  больше единицы, то согласно  формуле, следующей из вышеуказанной  V=m/p, объём миокарда в миллилитрах  чуть меньше его массы в  граммах.

3. Пусть ρ =1,033 – приблизительное  значение плотности сердечной  мышцы, m=310грамм - значение массы  сердца, тогда объём миокарда, вычисленный  по формуле V=310/1,033 приблизительно  равен 300мл.

В таблице 11 приведён заключительный этап расчёта объёма сердца.

4. Если взять диастолический  объём сердца (графа 1 таблицы6) и вычесть из него приблизительное значение объёма миокарда (графа2 таблицы6), то получим суммарный объём четырёх камер.

5. Если делить эту цифру  на 4, получим приблизительно максимальный анатомический объём левого желудочка. Это можно назвать анатомическим ударным (систолическим) объёмом. Такие расчётные значения представлены в графе 3 таблицы 11.

Объём сердца (диастолический объём) у нетренированных людей составляет в среднем 600-800 мл, а у спортсменов – до 1200 мл. Увеличение размеров сердца встречается у спортсменов - аэробников. Максимально известное значение 1700 мл связано с названием «бычье сердце».

Фактически сердце никогда  не опорожняется в систоле до конца. Если считать, что минимальный остаточный объём крови в конце систолы  составляет 10-15мл, получим анатомо-физиологический  максимум (графа 4 таблицы 11).

Зависимость теоретического максимума систолического объёма (СО) крови от величины сердца.

Таблица №11

Диастолический объём сердца, мл	Предполагаемая масса миокарда, г	Анатомический СО, мл	Анатомо- физиологический максимум СО, мл
1	2	3	4
1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500	450 400 350 300 275 250 225 200 175	212 200 187 175 156 137 118 100 82	200 190 177 165 146 127 108 95 80

Графическое выражение зависимости  максимальных систолических и минутных объёмов крови от диастолического  объёма сердца (размера сердца) (HV) представлено на рисунке 2.

Рисунок 2.Максимальные теоретически возможные значения МОК и СО в  зависимости от диастолического  объёма сердца (HV).

Расчётный СО можно получить также зная СВ (МОК) и ЧСС. (СО=СВ/ЧСС) При максимально интенсивной  физической нагрузке у спортсменов  пульс приблизительно повышается до 180 уд/мин. Если допускать, что сердце при такой частоте сокращения способно сохранить максимальный систолический  объём, получим значения СО, представленные в таблице 12.

Величина систолического объёма крови в зависимости от минутного объёма крови, при частоте  сердечных сокращений 180 уд/мин.

 

Таблица №12

МОК, л/мин	36	34	32	30	28	26	24	22	20	18	16
ЧСС	180	180	180	180	180	180	180	180	180	180	180
СОК, мл	36000/180=200 и т.д.	188	177	166	155	144	133	122	111	100	89

 

3.3.1. СО в покое и при физической нагрузке

СО в покое у нетренированных  мужчин составляет в среднем 70-80мл/уд, у тренированных-90 мл/уд, у выдающихся спортсменов-100-120мл/уд.

Наибольшие значения СО наблюдаются при максимальной аэробной нагрузке. СО у нетренированных молодых  мужчин не превышает 120-130мл, у тренированных 150 мл/уд, тогда как у лучших представителей видов спорта, требующих проявления выносливости, он достигает 190-210мл.

По сравнению с мужчинами  у женщин уменьшен объем циркулирующей крови, а также объём сердца. Размеры полостей сердца у женщин в среднем меньше и меньше максимальный СО. У нетренированных женщин он составляет около 90мл, у выдающихся стайеров он достигает 140-150мл.

Большой систолический объём  при относительно сниженной ЧСС  определяет и количество потребляемого  кислорода, приходящееся на каждое сокращение сердца. Увеличение СО связано с  дилятацией желудочков, повышением сократительной способности миокарда, увеличением венозного возврата к сердцу. Резервом для увеличении СО при физической работе является увеличение количества крови в желудочке после его сокращения (≈ 60мл).

Фазы динамики сердечной  деятельности связаны с периодом работы спортсмена. В предстартовом  состоянии организм как бы готовится  к предстоящей нагрузке. Существует некоторая зависимость СО от вида предстоящего упражнения. Например, в  ожидании бега на средние дистанции  систолический объём увеличивается  значительно больше, чем перед  спринтерским бегом. В период нагрузки большие аэробные возможности высококвалифицированных  спортсменов в основном определяются высокой производительностью сердца, способного обеспечивать большой сердечный  выброс, который достигается за счёт увеличения СО. Тип гипертрофии сердца определяется особенностями тренировочной  деятельности. Увеличение СО и СВ в  результате тренировки является признаком  повышения эффективности работы сердца. Исходя из всего вышеизложенного  можно сделать вывод, что увеличенный  максимальный СО возможен благодаря  прежде всего:

-большим размерам желудочков  сердца, то есть увеличенной конечно-диастолической  и функциональной остаточной  ёмкости желудочков;

-увеличенному венозному  возврату крови к сердцу, что  обеспечивается за счёт больших  общего объёма циркулирующей  крови и центрального объёма  крови;

-повышенной сократимости  миокарда, что обеспечивает более  полное опорожнение желудочков, более полное использование резервного  объёма крови тренированным сердцем;

Увеличение размеров сердца происходит двумя путями. Для спортсменов, тренирующих анаэробную выносливость с одновременным проявлением  большой скорости и силы (представителей скоростно- силовых видов спорта (бег на короткие и средние дистанции, плавание, лыжный спорт то есть спринтеров, «средневиков» и т.д., которым  необходимо в короткий срок развить большой СО, характерна гипертрофия миокарда (утолщение мышечной стенки желудочка до 2см). Благодаря этому в максимально короткое время обеспечивается большой сердечный выброс. Размеры полостей желудочков у них слегка увеличены, но гипертрофия стенок заметна. Способность увеличить СО почти такая же, как и у неспортсменов.

Для стайеров характерно явление  дилятации (увеличение внутренней полости  сердца) за счёт избыточного давления венозного возврата при физической нагрузке, увеличения объёма плазмы и  ОЦК у спортсменов- аэробников. Спортсмены, тренирующие выносливость, имеют  дилятированные желудочки и слегка увеличенную толщину их стенок. Дилятированное сердце работает эффективнее обычного за счёт увеличения СО и сократительной способности миокарда, как в покое, так и при физических нагрузках  разной мощности. Это позволяет обеспечить необходимый СВ при меньшей ЧСС. Спортсмены с большим объёмом  полостей сердца способны поддерживать большой СО даже при высокой ЧСС.

 

3.3.2. Зависимость СО от природных условий и возраста

У детей систолический  объём крови с возрастом повышается. В 7 лет систолический объём крови  составляет 23мл, в 13-16 лет-50-60мл. При  мышечной работе СО у детей увеличиваются  меньше, чем у взрослых.

По мере роста и развития детей при мышечной работе максимально  возможный СО становится больше. В 8-9 лет он достигает 70мл, в 14-15 лет-100-120мл, к 18годам -110-130мл. Таким образом, с  возрастом потенциальные возможности  сердца повышаются. « Существенная особенность адаптации детского сердца состоит в том, что прирост  сердечного выброса происходит преимущественно  за счёт увеличения ЧСС при относительно невысоком повышении систолического объёма крови»

В условиях гипертермии : увеличивается  ЧСС, снижается СО, что на фоне гемоконцентрации (увеличение вязкости крови и гематокрита) значительно увеличивает нагрузку на сердце. На холоде в покое происходит рост СО без изменения ЧСС. При  понижении содержания кислорода  в воздухе повышается веноконстрикция (сужение вен), что увеличивает  венозный возврат и способствует увеличению СО при нагрузке. При  адаптации к жизни и физической нагрузке в горах в остром периоде  происходит снижения СО, что влечёт за собой уменьшение СВ.

 

3.4. Сердечный выброс (Минутный объём кровотока)

Сердечный выброс является общим показателем работы сердца. Синонимом понятию сердечный  выброс (СВ) служит минутный объём кровотока (МОК).

Сердечный выброс прямо  связан с систолическим объёмом  и частотой сердечных сокращений и равен их произведению . Количественно  он равен объёму крови, выбрасываемому каждым желудочком за 1 мин. Если учесть, что этот объём примерно одинаков, то можно утверждать, что объём  крови, прокачиваемый каждую минуту левым сердцем через системную  циркуляцию, равен объёму крови, прокачиваемой  правым сердцем через лёгочную циркуляцию. Между МОК, периферическим сопротивлением и артериальным давлением всегда существует взаимосвязь.

Теоретически возможные и реальные величины СВ

В покое у мужчин в  равен 4-5 л/мин, у женщин-3-5 л/мин. При  этом лишь 15-20 % СВ направляется к мышцам. Большая часть к внутренним органам  брюшной полости, головному мозгу  и сердцу. Если в состоянии мышечного  покоя проявляются гиперфункции сердца, то возможно это связано  с хронической перегрузкой сердца. Например, если у здорового спортсмена в покое СВ=3,75 л/мин при СО=66,9мл, то у спортсмена с хронической  перегрузкой СВ=5,17л/мин при СО=85,5мл.

С точки зрения диагностики  максимальный СВ (МОК) является ценным, но трудно определяемым показателем функционального состояния аппарата кровообращения. Легче определяется СВ в покое, но он не так информативен.

Максимальные, теоретически возможные значения МОК в зависимости  от объёма сердца представлены на рисунке 2. Реальные значения МОК обычно меньше этих цифр и зависят от многих причин: возраста, пола, размеров тела, объёма сердца, мощности работы, длины дистанции,времени выполнения упражнения, природных факторов и т.д.

Максимальный СВ у нетренированных  мужчин составляет в среднем 24 л/мин, у хорошо тренированных спортсменов (тренирующихся на выносливость) и  имеющих относительно большой объём  сердца (1200-1300мл) минутный объём может  достигать 30л/мин и выше. СВмакс зарегистрирован  у лыжников и равен 42л/мин. У нетренированных  женщин-18 л/мин. У спортсменок он больше. У выдающихся лыжниц достигает 28-30л/мин. Уменьшенный максимальный СВ у женщин лимитирован сниженным  по сравнению с мужчинами систолическим  объёмом.

При напряжённой мышечной работе СВ может увеличиваться в 5-6 раз по отношению к уровню покоя. При этом происходит перераспределение  СВ: большая часть направляется к  работающим мышцам, к миокарду, коже. У нетренированных людей в  среднем при нагрузке СВ составляет 16 л/мин.

Зависимость СВ от объёма сердца

Максимальный МОК, а также  МПК и максимальная физическая работоспособность  существенно зависят от анатомической величины сердца. Под величиной сердца подразумевается его объём в диастоле по внешнему контуру. В таблице 13 представлены величины объёма сердца у мужчин. При этом, если средний объём сердца у мужчин - 850мл, то у женщин он меньше-600мл.

 

Величины  объёма сердца

Таблица №13

Вид спорта	Абсолютный объём сердца (мл)
Лыжный	1073±42
Велоспорт(шоссе)	1030±20
Спортивная ходьба	970±28
Баскетбол	1125±30
Современное пятиборье	955±16
Борьба	953±24
Теннис	980±46
Гимнастика	790±24
Прыжки в воду	770±27
Незанимающиеся спортом.	760±11

 

У не занимающихся спортом  объём сердца от двухлетнего возраста до глубокой старости находится в  стабильных соотношениях: 11мл на 1кг массы  тела.

Таблица №14

ФИО	Вес	Объем сердца
Баширова Д.Р.	55	605
Буршукова А.Г.	45	495
Гамова Н.В.	51	561
Жулькина Е.В.	51	561
Кныш О.В.	60	660
Коннова А.И.	60	660
Костенко А.А.	45	495
Ковалева А.А.	65	715
Митюнина Е.А.	45	495
Позднякова И.В.	70	770
Туренко Е.В.	45	495
Салихов Ш.В.	65	715
Шеховцова О.А.	55	605

 

Чем больше в тренировках  нагрузок на выносливость, тем больше этот показатель. У марафонцев и  стайеров он находится в пределах 18-20мл/кг. Объём сердца у спортсменок  в среднем заметно больше, чем  у нетренированных женщин, и достигает  размеров сердца у нетренированных  мужчин. Максимальный объём сердца обнаружен у лыжницы - 1150 мл. Для каждого вида спорта существует свой оптимальный объём сердца. Чрезвычайно большие размеры сердца необходимо тщательно исследовать для раннего выявления чрезмерной гипертрофии. Интересно, что объём сердца у спортсменов зависит от тренировочной нагрузки и при прекращении тренировок он уменьшается. Тип гипертрофии сердца определяется особенностями тренировочной деятельности. Так как упражнения на выносливость характеризуются многократными, но относительно небольшими по силе сокращениями большого числа скелетных мышц, то требуют поддержания большого объёма СВ. В ответ на действие таких тренировочных стимулов возникает тоногенная дилятация (тонос-давление), т.е большое количество крови, заполняющей сердце, вызывает повышение конечно - диастолического давления.