Исследования изменения ЧСС и АД при работе разной мощности

     При изучении характера адаптации кардиогемодинамики подростков, тренирующихся преимущественно на выносливость (плавание) или развитие скоростно-силовых  качеств,  отмечаются   различия   в   степени   изменения систолического объема крови  при  выполнении  мышечной  работы  возрастающей мощности – от 300 до 1000 кгм/мин. Мощность  мышечной  работы, при которой наступает максимализация систолического объема крови у подростков, растет с повышением выносливости. У юных борцов она лишь  на 50  кгм/мин  выше, чем у нетренированных сверстников и составляет 750 кгм/мин, в то  время  как у пловцов максимум систолического объема крови отмечается при  900  кгм/мин. У них  зарегистрированы  и  более  высокие  показатели  скорости  сердечного выброса. Эта разница составляет в среднем  80-120  мл/с,  хотя  длительность изгнания  крови  из  левого  желудочка  у  подростков  с   разной   степенью выносливости оказалась одинаковой. Можно подумать, что  полученные  величины скорости сердечного выброса у этих подростков  при  работе  равной  мощности отражают неодинаковый уровень их функциональных возможностей.  Специфические изменения   показателей    гемодинамики    у    подростков, тренирующихся преимущественно на выносливость или  развитие  скоростно-силовых  качеств, свидетельствуют о наличии разных  путей  адаптации  системы  кровообращения.

     Согласно  общепризнанным  данным,  средние  величины  минутного  объема крови у спортсменов 15-16 лет лишь незначительно (на  0,5-1,5  л/мин)  ниже, чем  у   взрослых.   Использование   относительного   показателя   позволило подтвердить   ту   точку   зрения,   что   эти   изменения   имеют    скорее морфологическую, чем функциональную природу, так как обусловлены  различиями в  тотальных   размерах   тела   подростков.   Систолический   объем   крови максимизируется при мощности выполняемой  работы  650  кгм/мин  у  13-летних подростков, 750 кгм/мин у 14-летних, 850 кгм/мин у 15-летних, 950 кгм/мин  у 16-летних. Частота сердечных сокращений снижается на каждые  100  кгм/мин  с 11,3 уд/мин у 13-летних до 8,1 уд/мин у 16-летних  спортсменов.  Однако  при разработке стандартов  основных  физиологических  показателей  для  детей  и подростков целесообразно  учитывать биологический возраст.

     Известно,  что  «…  происходящая   в   период   полового   созревания перестройка функционирования эндокринного  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».[4]

     При  выполнении  интенсивной  мышечной  работы  одинаковой   мощности значения минутного объема крови у спортсменов-акселератов  оказались  выше соответствующих показателей чем у их сверстников, 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.

     Взаимосвязь между мощностью выполняемой  работы 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).

     У спортсменов [5], выполняющих нагрузки мощностью   600 и 1300 кгм/мин, наблюдался незначительный рост концентрации CO₂ в артериальной  крови.  Значит, 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.

     В связи с увеличивающимся сердечным  выбросом,  вызванным  физической нагрузкой, возникает необходимость  более  быстрого  опорожнения  сердца.  В серии исследований, проведенных в лаборатории  спортивной  кардиологии [7] 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/минуту.  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.

     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).

       «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]. Отсюда делаем вывод, 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. 

     Изменение АД 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 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 мышц). В результате этих местных изменений происходит дилатация 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] В  усилении  мышечного  кровотока  решающее  значение  имеет   именно ритмичность  сокращения  скелетных  мышц,  наблюдающееся  при   динамической работе. При статической работе, когда сосуды сокращающихся мышц сдавлены,  а в неработающих  органах  сужены,  наблюдается  рост  общего  периферического сопротивления сосудов (ПСС), в то время  как  при  динамической  работе  ПСС снижается. Сокращающиеся  скелетные  мышцы   сами   могут   вызвать   выраженные гемодинамические эффекты, которые получили  название  «мышечного  насоса»  и «периферического» или «внутримышечного сердца». Усилению кровотока при   этом способствует повышение внутрисосудистого давления  в сдавливаемых  мышцами сосудах (до 200 мм рт.ст.) и анатомические особенности вен, расположенных  в конечностях, карманообразные выросты  которых  обеспечивают  односторонность продвижения крови к сердцу. Феномены «внутримышечного сердца» и «мышечного или  венозного  насоса» отличаются по природе. В основе действий «венозной помпы»  лежит  увеличение кровотока при сдавливании вен между мышцами  или  между  мышцами  и  костью. Этот механизм действует только при ритмических мышечных  сокращениях,  в  то время как, «внутримышечное сердце»  обеспечивает  продвижение  крови  и  при ритмических и при статических мышечных сокращениях. В целом можно  заметить, что  способность  скелетных   мышц   наравне   с   сердцем   участвовать   в гемодинамических эффектах, очевидно лежит в основе  благоприятного  действия мышечных нагрузок на функции сердечно-сосудистой системы.

     Сердечные  и  сосудистые  реакции  на  физическую  нагрузку   находят отражение в изменении  интегративных  показателей  кровообращения:  минутного объема кровообращения и кровяного давления. Системное  артериальное  давление  под  влиянием  физической   работы повышается. При  этом систолическое артериальное давление растет  до  130-250 мм рт. ст., а диастолическое артериальное давление – до 78-100  мм  рт.  ст. (в случае субмаксимальных физических нагрузок). Среднее давление достигает 99-167 мм рт. ст. Статические нагрузки вызывают более значительный  рост диастолического артериального давления. Суммарный показатель интенсивности кровообращения – минутный  объем  – по сравнению с состоянием покоя (около 5 л/мин) возрастает до 25 л/мин, а  у хорошо тренированных людей может достигать даже  30-40  л  крови в минуту.

     При статической работе или же не  происходит  изменения  МОК,  или  же происходит незначительное его увеличение.  При  этом  также  практически  не увеличивается потребление кислорода, а после окончания статической  нагрузки – резко растет вместе с увеличением МОК. Это явление, описанное в 20-х  гг., получило название  «феномен  Лингарда»,  по  имени  описавшего  его  автора.

     Последующие исследования этого явления показали, что сразу  же  после  конца статической работы МОК кратковременно  уменьшается,  по-видимому,  за  счет увеличения емкости кровяного русла,  сдавливавшегося  мышцами  и  уменьшения венозного возврата.

     А.Н. Меделяновский  предложил  качественно  новый  метод  исследования влияния работ различной мощности на  изменение  артериального давления. До этого времени все методы основывались на    оценке физической работоспособности на основании исследования одного или двух  физиологических показателей.  А.Н.  Меделяновский  отметил  –  «…   бесспорно,   что   такая сложноорганизованная биологическая система как  организм  человека  обладает целым рядом адаптаций к физической нагрузке,  которые  у  разных  лиц  могут быть развиты в различной степени и  остаются  неучтенными  при  одноплановой оценке состояния человека»[10]. В основе метода  А.Н.  Меделяновского  лежат представления академика П.К. Анохина об организме, как саморегулирующейся иерархии  функциональных систем, полезным приспособительным результатом которой является поддержание фоновых физиологических показателей на  уровне, адекватном  обменным  потребностям  организма,  и  представления  о  явлении оптимума в физиологических процессах.