Уда́рный объём се́рдца. Ударный объем крови (УОК)

Количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в артерии в минуту является важным показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) и называется минутным объемом крови (МОК). Он одинаков для обоих желудочков и в покое равен 4,5–5 л.

Важную характеристику насосной функции сердца дает ударный объем , называемый также систолическим объемом или систолическим выбросом . Ударный объем – количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в артериальную систему за одну систолу. (Если разделить МОК на ЧСС в минуту получим систолический объем (СО) кровотока.) При сокращении сердца равном 75 ударов в мин он составляет 65–70 мл, при работе увеличивается до 125 мл. У спортсменов в покое он составляет 100 мл, при работе возрастает до 180 мл. Определение МОК и СО широко применяется в клинике.

Фракция выброса (ФВ) – выраженное в процентах отношение ударного объема сердца к конечно-диастолическому объему желудочка. ФВ в покое у здорового человека 50-75%, а при физической нагрузке может достигать 80%.

Объем крови полости желудочка, который она занимает перед его систолой составляет конечно-диастолический объем (120–130 мл).

Конечно-систолический объем (КСО) – это количество крови, остающееся в желудочке сразу после систолы. В покое он составляет менее 50% от КДО, или 50-60 мл. Часть этого объема крови является резервным объемом.

Резервный объем реализуется при увеличении СО при нагрузках. В норме он составляет 15–20% от конечно-диастолического.

Объем крови в полостях сердца, остающийся при полной реализации резервного объема, при максимальной систоле составляет остаточный объем. СО и МОК величины непостоянные. При мышечной деятельности МОК возрастает до 30–38 л за счет учащения сокращений сердца и увеличения СОК.

Ряд показателей используется для оценки сократимости сердечной мышцы. К ним относятся: фракция выброса, скорость изгнания крови в фазу быстрого наполнения, скорость прироста давления в желудочке в период напряжения (измеряется при зондировании желудочка)/

Скорость изгнания крови изменяется методом Доплера при УЗИ сердца.

Скорость прироста давления в полостях считается желудочков считается одним из наиболее достоверных показателей сократимости миокарда. Для левого желудочка величина этого показателя в норме составляет 2000-2500 мм рт ст /с.

Снижение фракции выброса ниже 50%, уменьшение скорости изгнания крови, скорости прироста давления свидетельсвуют о понижении сократимости миокарда и возможности развития недостаточности насосной функции сердца.

Величина МОК, деленная на площадь поверхности тела в м 2 определяется как сердечный индекс (л/мин/м 2).

СИ = МОК/S (л/мин×м 2)

Он является показателем насосной функции сердца. В норме сердечный индекс составляет 3–4 л/мин×м 2 .

МОК, УОК и СИ объединяют общим понятием сердечный выброс.

Если известен МОК и АД в аорте (или легочной артерии) можно определить внешнюю работу сердца

Р = МОК × АД

Р - работа сердца в мин в килограмометрах (кг/м).

МОК - минутный объем крови (л).

АД - давление в метрах водного столба.

При физическом покое внешняя работа сердца составляет 70–110 Дж, при работе увеличивается до 800 Дж, для каждого желудочка в отдельности.

Таким образом, работа сердца определяется 2-мя факторами:

1. Количеством притекающей к нему крови.

2. Сопротивлением сосудов при изгнании крови в артерии (аорту и легочную артерию). Когда сердце не может при данном сопротивлении сосудов перекачать всю кровь в артерии, возникает сердечная недостаточность.

Различают 3 варианта сердечной недостаточности:

1. Недостаточность от перегрузки, когда к сердцу с нормальной сократительной способностью предъявляются чрезмерные требования при пороках, гипертензии.

2. Недостаточность сердца при повреждении миокарда: инфекции, интоксикации, авитаминозы, нарушение коронарного кровообращения. При этом снижается сократительная функция сердца.

3. Смешанная форма недостаточности - при ревматизме, дистрофических изменениях в миокарде и др.

Весь комплекс проявлений деятельности сердца регистрируется с помощью различных физиологических методик - кардиографий: ЭКГ, электрокимография, баллистокардиография, динамокардиография, верхушечная кардиография, ультразвуковая кардиография и др.

Диагностическим методом для клиники является электрическая регистрация движения контура сердечной тени на экране рентгеновского аппарата. К экрану у краев контура сердца прикладывают фотоэлемент, соединенный с осциллографом. При движениях сердца изменяется освещенность фотоэлемента. Это регистрируется осциллографом в виде кривой сокращения и расслабления сердца. Такая методика называется электрокимографией .

Верхушечная кардиограмма регистрируется любой системой, улавливающей малые локальные перемещения. Датчик укрепляется в 5 межреберье над местом сердечного толчка. Характеризует все фазы сердечного цикла. Но зарегистрировать все фазы удается не всегда: сердечный толчок по разному проецируется, часть силы прикладывается к ребрам. Запись у разных лиц и у одного лица может отличаться, влияет степень развития жирового слоя и др.

Используются в клинике также методы исследования, основанные на использовании ультразвука - ультразвуковая кардиография.

Ультразвуковые колебания при частоте 500 кГц и выше глубоко проникают через ткани будучи образованными излучателями ультразвука, приложенными к поверхности грудной клетки. Ультразвук отражается от тканей различной плотности - от наружной и внутренней поверхности сердца, от сосудов, от клапанов. Определяется время достижения отраженного ультразвука до улавливающего прибора.

Если отражающая поверхность перемещается, то время возвращения ультразвуковых колебаний изменяется. Этот метод можно использовать для регистрации изменений конфигурации структур сердца при его деятельности в виде кривых, записанных с экрана электроннолучевой трубки. Эти методики называются неинвазивными.

К инвазивным методикам относятся:

Катетеризация полостей сердца . В центральный конец вскрытой плечевой вены вводят эластичный зонд-катетер и проталкивают к сердцу (в его правую половину). В аорту или левый желудочек вводят зонд через плечевую артерию.

Ультразвуковое сканирование - источник ультразвука вводится в сердце с помощью катетера.

Ангиография представляет собой исследование движений сердца в поле рентгеновских лучей и др.

Механические и звуковые проявления сердечной деятельности. Тоны сердца, их генез. Поликардиография. Сопоставление во времени периодов и фаз сердечного цикла ЭКГ и ФКГ и механических проявлений сердечной деятельности.

Сердечный толчок. При диастоле сердце принимает форму эллипсоида. При систоле оно приобретает форму шара, продольный диаметр его уменьшается, поперечный увеличивается. Верхушка при систоле приподнимается и прижимается к передней грудной стенке. В 5 межреберье возникает сердечный толчок, который может быть зарегистрирован (верхушечная кардиография ). Изгнание крови из желудочков и ее движение по сосудам, вследствие реактивной отдачи вызывает колебания всего тела. Регистрация этих колебаний называется баллистокардиографией . Работа сердца сопровождается также звуковыми явлениями.

Тоны сердца. При выслушивании сердца определяются два тона: первый - систолический, второй - диастолический.

Систолический тон низкий, протяжный (0,12 с). В его генезе участвуют несколько наслаивающихся компонентов:

1. Компонент закрытия митрального клапана.

2. Закрытия трехстворчатого клапана.

3. Пульмональный тон изгнания крови.

4. Аортальный тон изгнания крови.

Характеристику I тона определяет напряжение створчатых клапанов, напряжение сухожильных нитей, сосочковых мышц, стенок миокарда желудочков.

Компоненты изгнания крови возникают при напряжении стенок магистральных сосудов. I тон хорошо прослушивается в 5-ом левом межреберье. При патологии в генезе I тона участвуют:

1. Компонент открытия аортального клапана.

2. Открытие пульмонального клапана.

3. Тон растяжения легочной артерии.

4. Тон растяжения аорты.

Усиление I тона может быть при:

1. Гипердинамии: физические нагрузки, эмоции.

При нарушении временных отношений между систолой предсердий и желудочков.

При плохом наполнении левого желудочка (особенно при митральном стенозе, когда клапаны не полностью открываются). Третий вариант усиления I тона имеет существенное диагностическое значение.

Ослабление I тона возможно при недостаточности митрального клапана, когда створки неплотно смыкаются, при поражении миокарда и др.

II тон - диастолический (высокий, короткий 0,08 с). Возникает при напряжении замкнутых полулунных клапанов. На сфигмограмме его эквивалент - инцизура . Тон тем выше, чем выше давление в аорте и легочной артерии. Хорошо прослушивается во 2-межреберье справа и слева от грудины. Он усиливается при склерозе восходящей аорты, легочной артерии. Звучание I и II тонов сердца наиболее близко передает сочетание звуков при произнесении словосочетании «ЛАБ-ДАБ».

Ударный объем крови (УОК)

Количество крови, выбрасываемое из желудочка сердца за одно сердечное сокращение, называется ударным объемом крови (УО). В покое величина ударного объема крови у взрослого человека составляет 50-90 мл и зависит от массы тела, объема камер сердца и силы сокращения сердечной мышцы. Резервным объемом называется часть крови, которая в покое после сокращения остается в желудочке, но при физической нагрузке и в стрессовых ситуациях выбрасывается из желудочка.

Именно величина резервного объема крови в значительной степени способствует увеличению ударного объема крови при выполнении физических нагрузок. Увеличению УО при физических нагрузках способствует также повышение венозного возврата крови к сердцу. При переходе из состояния покоя к выполнению физической нагрузки ударный объем крови растет. Повышение величины УО идет до достижения его максимума, который определяется величиной объема желудочка. При очень интенсивной нагрузке ударный объем крови может уменьшаться, так как из-за резкого укорочения длительности диастолы желудочки сердца не успевают полностью наполняться кровью.

При переходе от состояния покоя к нагрузке УО быстро увеличивается и достигает стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы длительностью 5-10 мин, например при физических тренировках.

Максимальная величина ударного объема наблюдается при ЧСС 130 уд/мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста ударного объема крови резко уменьшается и при мощности работы, превышающей 1000 кгм/мин, составляет лишь 2-3 мл крови на каждые 100 кгм/ мин увеличения нагрузки. При длительных и нарастающих нагрузках ударный объем уже не увеличивается, но даже несколько уменьшается. Поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных сокращений. Сердечный выброс увеличивается главным образом за счет более полного опорожнения желудочков, т. е. путем использования резервного объема крови.

Минутный объем крови (МОК) показывает, какое количество крови выбрасывается из желудочков сердца в течение одной минуты. Рассчитывается величина минутного объема крови по следующей формуле:

Минутный объем крови (МОК) = УО х ЧСС.

Поскольку у здоровых взрослых людей ударный объем крови (здесь и далее при сравнении параметров нетренированных людей и спортсменов смотрите Таблицу 1) составляет в покое 50-90 мл, а частота сердечных сокращений находится в диапазоне 60-90 уд/мин, то величина минутного объема крови в покое находится в пределах 3,5-5 л/мин.

Таблица 1. Различия в резервных возможностях организма у нетренированного человека и спортсмена (по Н.В. Муравову).

У спортсменов величина минутного объема крови в покое такая же, поскольку величина ударного объема у них несколько выше (70-100 мл), а частота сердечных сокращений - ниже (45-65 уд/мин). При выполнении физической нагрузки минутный объем крови растет за счет повышения величины ударного объема крови и частоты сердечных сокращений, По мере повышения величины выполняемой физической нагрузки ударный объем крови достигает своего максимума и остается затем на этом уровне при дальнейшем повышении нагрузки. Рост минутного объема крови в таких условиях происходит за счет дальнейшего повышения частоты сердечных сокращений. После прекращения выполнения физической нагрузки значения показателей центральной гемодинамики (МОК, УО и ЧСС) начинают уменьшаться и через определенное время достигают исходного уровня.

У здоровых нетренированных людей величина минутного объема крови при физической нагрузке может повышаться до 15-20 л/мин. Такая же величина МОК при физической нагрузке отмечается у спортсменов, развивающих координацию, силу или скорость.

У представителей игровых видов спорта (футбол, баскетбол, хоккей и т.д.) и единоборств (борьба, бокс, фехтование и т.д.) величина МОК при нагрузке находится в диапазоне 25-30 л/мин, а у спортсменов элитного уровня достигает максимальных значений (35-38 л/мин) за счет большой величины удар¬ного объема (150-190 мл) и высокой частоты сердечных сокращений (180-200 уд/мин).

Во время физической нагрузки средней интенсивности в положении сидя и стоя МОК примерно на 2 л/ мин меньше, чем при выполнении той же нагрузки в положении лежа. Объясняется это скоплением крови в сосудах нижних конечностей из-за действия силы притяжения.

При интенсивной нагрузке минутный объем может возрастать в 6 раз по сравнению с состоянием покоя, коэффициент утилизации кислорода - в 3 раза. В результате доставка О 2 к тканям увеличивается приблизительно в 18 раз, что позволяет при интенсивных нагрузках у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15-20 раз по сравнению с уровнем основного обмена.

В возрастании минутного объема крови при физической нагрузке важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Сокращение мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды (в основном вены) системного сосудистого русла (печень, селезенка и др.) также действуют как часть общей резервной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови. Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и быстрому заполнению сердца.

При выполнении физической работы МОК постепенно увеличивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После прекращения нагрузки МОК постепенно уменьшается. Лишь при легких физических нагрузках увеличение минутного объема кровообращения происходит за счет увеличения УОК и ЧСС. При тяжелых физических нагрузках оно обеспечивается главным образом за счет увеличения частоты сердечных сокращений.

МОК зависит и от вида физических нагрузок. Например, при максимальной работе руками МОК составляет лишь 80% от значений, получаемых при максимальной работе ногами в положении сидя.

Адаптация организма здоровых людей к физической нагрузке происходит оптимальным способом, за счет повышения величины как ударного объема крови, так и частоты сердечных сокращений. У спортсменов используется самый оптимальный вариант адаптации к нагрузке, поскольку благодаря наличию большого резервного объема крови при нагрузке происходит более значительное повышение ударного объема. У кардиологических больных при адаптации к физической нагрузке отмечается неоптимальный вариант, поскольку из-за отсутствия резервного объема крови адаптация происходит только за счет повышения частоты сердечных сокращений, что вызывает появление клинических симптомов: сердцебиения, одышки, болей в области сердца и т.д.

Для оценки адаптационных возможностей миокарда в функциональной диагностике используется показатель функционального резерва (ФР). Показатель функционального резерва миокарда указывает, во сколько раз минутный объем крови при выполнении физической нагрузки превышает уровень покоя.

Если у обследуемого наибольший минутный объем крови при нагрузке составляет 28 л/мин, а в покое равен 4 л/мин, то его функциональный резерв миокарда равен семи. Такая величина функционального резерва миокарда свидетельствует о том, что при выполнении физической нагрузки миокард обследуемого способен повысить свою производительность в 7 раз.

Многолетние занятия спортом способствуют повышению функционального резерва миокарда. Наибольший функциональный резерв миокарда отмечается у представителей видов спорта на развитие выносливости (8-10 раз). Несколько меньше (6-8 раз) функциональный резерв миокарда у спортсменов игровых видов спорта и у представителей единоборств. У спортсменов, развивающих силу и скорость, функциональный резерв миокарда (4-6 раз) мало отличается от такового у здоровых нетренированных лиц. Снижение функционального резерва миокарда менее четырех раз свидетельствует о снижении насосной функции сердца при выполнении физической нагрузки, что может свидетельствовать о развитии перегрузки, перетренировки или болезни сердца. У кардиологических больных снижение функционального резерва миокарда обусловлено отсутствием резервного объема крови, что не позволяет увеличить ударный объем крови при нагрузке, и снижением сократительной способности миокарда, ограничивающим насосную функцию сердца.

Во время физической нагрузки средней интенсивности в поло­жении сидя и стоя МОС примерно на 2 л/мин меньше, чем при выполнении той же нагрузки в положении лежа. Объясняется это скоплением крови в сосудах нижних конечностей из-за действия силы притяжения.

При интенсивной нагрузке минутный объем сердца может воз­растать в 6 раз по сравнению с состоянием покоя, коэффициент утилизации кислорода - в 3 раза. В результате доставка 0 2 к тка­ням увеличивается приблизительно в 18 раз, что позволяет при интенсивных нагрузках у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15-20 раз по сравнению с уровнем основного обме­на (А. Оиугоп, 1969).

В возрастании минутного объема крови при физической нагруз­ке важную роль играет так называемый механизм мышечного на­соса. Сокращение мышц сопровождается сжатием в них вен (рис. 15.5), что немедленно приводит к увеличению оттока веноз­ной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосу­ды (в основном вены) системного сосудистого русла (печень, селе­зенка и др.) также действуют как часть общей резервной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови (В.И.Дубровский, 1973, 1990, 1992; Л. 5ЬерЬег<1, 1966). Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и" быстрому заполнению сердца (К. МагспоИ, 3. Зперпога 1 , 1972).

При выполнении физической работы МОС постепенно увели­чивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивнос­ти нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После прекращения нагрузки МОС постепенно умень­шается. Лишь при легких физических нагрузках увеличение ми­нутного объема кровообращения происходит за счет увеличения ударного объема сердца и ЧСС. При тяжелых физических нагруз­ках оно обеспечивается главным образом за счет увеличения час­тоты сердечных сокращений.

МОС зависит и от вида физических нагрузок. Например, при максимальной работе руками МОС составляет лишь 80% от значе­ний, получаемых при максимальной работе ногами в положении сидя (Л. ЗтепсШег^ет е! а1., 1967).

СОСУДИСТОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Под влиянием физических нагрузок существенно изменяется сосудистое сопротивление. Увеличение мышечной активности при­водит к усилению кровотока через сокращающиеся мышцы, при-

чем местный кровоток увеличивается в 12-15 раз по сравнению с нормой (А. Оиутоп е! а1., "№. 5т.атзЬу, 1962). Одним из важнейших факторов, способствующих усилению кровотока при мышечной работе, является резкое уменьшение сопротивления в сосудах, что приводит к значительному снижению общего периферического со­противления (см. табл. 15.1). Снижение сопротивления начинает­ся через 5-10 с после начала сокращения мышц и достигает макси­мума через 1 мин или позже (А. Оиу!оп, 1969). Это связано с рефлекторным расширением сосудов, недостатком кислорода в клетках стенок сосудов работающих мышц (гипоксия). Во время работы мышцы поглощают кислород быстрее, чем в спокойном со­стоянии.

Величина периферического сопротивления различна на разных участках сосудистого русла. Это обусловлено прежде всего изме­нением диаметра сосудов при разветвлении и связанными с ним изменениями характера движения и свойств движущейся по ним крови (скорость кровотока, вязкость крови и др.). Основное сопро­тивление сосудистой системы сосредоточено в ее прекапиллярной части - в мелких артериях и артериолах: 70-80% общего падения давления крови при движении ее от левого желудочка до правого предсердия приходится на этот участок артериального русла. Эти. сосуды называются поэтому сосудами сопротивления или резистив-ными сосудами.

Кровь, представляющая собой взвесь форменных элементов в коллоидно-солевом растворе, обладает определенной вязкостью. Выявлено, что относительная вязкость крови уменьшается с уве­личением скорости ее течения, что связывают с центральным рас­положением эритроцитов в потоке и их агрегацией при движении

Замечено также, что чем менее эластична артериальная стенка (т. е. чем труднее она растягивается, например при атеросклеро­зе), тем большее сопротивление приходится преодолевать сердцу для проталкивания каждой новой порции крови в артериальную систему и тем выше поднимается давление в артериях при систоле.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ КРОВОТОК

Кровоток в органах и тканях при значительной физической на­грузке существенно изменяется. Работающие мышцы требуют уси­ления обменных процессов и значительного увеличения доставки кислорода. Кроме того, усиливается терморегуляция, так как до­полнительное тепло, вырабатываемое сокращающимися мышцами, должно быть отведено к поверхности тела. Увеличение МОС само

по себе не может обеспечить адекватное кровообращение при зна­чительной работе. Чтобы условия для обменных процессов были благоприятными, наряду с увеличением минутного объема сердца требуется еще и перераспределение регионального кровотока. В табл. 15.2 и на рис. 15.6 представлены данные о распределении кровотока в покое и во время физических нагрузок различной ве­личины.

В состоянии покоя кровоток в мышце составляет около 4 мл/мин на 100 г мышечной ткани, а при интенсивной динамической работе возрастает до 100-150 мл/мин на 100 г мышечной ткани (В.И. Дубровский, 1982; 3. Зспеггег, 1973; и др.).

интенсивности нагрузки и обычно длится от 1 до 3 мин. Хотя ско­рость кровотока в работающих мышцах увеличивается в 20 раз, аэробный обмен может возрастать в 100 раз за счет повышения утилизации 0 2 с 20-25 до 80%. Удельный вес кровотока в мышцах может возрасти с 21% в покое до 88% при максимальных нагруз­ках (см. таблицу 15.2).

Во время физической нагрузки кровообращение перестраива­ется в режим максимального удовлетворения потребностей в кис­лороде работающих мышц, но если количество получаемого рабо­тающей мышцей кислорода меньше требуемого, то обменные процессы в ней протекают частично анаэробно. В результате воз­никает кислородный долг, который возмещается уже после окон­чания работы.

Известно, что анаэробные процессы в 2 раза менее эффектив­ны, чем аэробные.

Кровообращение каждой сосудистой области имеет свою спе­цифику. Остановимся на коронарном кровообращении, которое

существенно отличается от других видов кровотока. Одной из его особенностей является сильно развитая сеть капилляров. Их чис­ло в сердечной мышце на единицу объема превышает в 2 раза коли­чество капилляров, приходящихся на такой же объем скелетной мышцы. При рабочей гипертрофии число сердечных капилляров еще более возрастает. Столь обильным кровоснабжением частич­но объясняется способность сердца извлекать из крови кислорода больше, чем другие органы.

Резервные возможности кровообращения миокарда этим не исчерпываются. Известно, что в скелетной мышце в состоянии покоя функционируют далеко не все капилляры, тогда как число раскрытых капилляров в эпикарде составляет 70%, а в эндокар­де - 90%. Тем не менее, при возросшей потребности миокарда в кислороде (скажем, при физической нагрузке) эта потребность удовлетворяется в основном за счет усиления коронарного крово­тока, а не лучшей утилизации кислорода. Усиление коронарного кровотока обеспечивается увеличением емкости коронарного рус­ла в результате снижения тонуса сосудов. В обычных условиях то­нус коронарных сосудов высок, при его снижении емкость сосудов может возрасти в 7 раз.

Коронарный кровоток во время физической нагрузки возраста­ет пропорционально увеличению минутного объема сердца (МОС). В покое он составляет около 60-70 мл/мин на 100 г миокарда, при нагрузке может усиливаться более чем в 5 раз. Даже в покое ути­лизация кислорода миокардом очень велика (70-80%) и любое повышение потребности в кислороде, возникающее при физических нагрузках, может обеспечиваться только увеличением коронарно­го кровотока.

Легочный кровоток во время физической нагрузки значитель­но возрастает, и происходит перераспределение крови. Содержа­ние крови в легочных капиллярах повышается с 60 мл в покое до 95 мл при напряженной нагрузке (Р. Коп^Моп, 1945), а в целом в системе легочных сосудов - с 350-800 мл до 1400 мл и более (К. Апаегзеп е! аЦ 1971).

При интенсивных физических нагрузках площадь поперечного сечения легочных капилляров увеличивается в 2-3 раза, и скорость прохождения крови через капиллярное ложе легких возрастает в 2-2,5 раза (К. Лоппзоп е! а1., 1960).

Установлено, что в покое часть капилляров в легких не функци­онирует.

Изменение кровотока во внутренних органах играет важнейшую роль в перераспределении регионарного кровообращения и улуч­шении кровоснабжения работающих мышц при значительных фи-

зических нагрузках. В покое кровообращение во внутренних орга­нах (печень, почки, селезенка, пищеварительный аппарат) состав­ляет около 2,5 л/мин, т. е. около 50% минутного объема сердца. По мере увеличения нагрузок величина кровотока в этих органах постепенно уменьшается, и его показатели при максимальной фи­зической нагрузке могут свестись к 3-4% минутного объема серд­ца (см. табл. 15.2). Например, печеночный кровоток при тяжелой физической нагрузке снижается на 80% (Ь. Ко\уе11 е\ а1., 1964). В почках во время мышечной работы кровоток уменьшается на 30-50%, причем это уменьшение пропорционально интенсивности нагрузки, а в отдельные периоды очень кратковременной интен­сивной работы почечный кровоток может даже прекратиться (Ь. КасН^ип, 5. КаЫпзоп, 1949; .1. СазМогз 1967; и др.).

В этой части речь идет об основной работе сердца, об одном из показателей функционального состояния сердца - величине минутного и систолического объемов.

Систолический и минутный объемы сердца. Работа сердца.

Сердце, осуществляя сократительную деятельность, во время систолы выбрасывает в сосуды определенное количество крови. В этом основная функция сердца. Поэтому одним из показателей функционального состояния сердца является величина минутного и систолического объемов. Исследование величины минутного объема имеет практическое значение и применяется в физиологии спорта, клинической медицине и профессиональной гигиене.

Минутный и систолический объем сердца.

Количество крови, выбрасываемое сердцем в сосуды за минуту, называют минутным объемом сердца. Количество крови, которое выбрасывает сердце за одно сокращение, называют систолическим объемом сердца.

Минутный объем сердца у человека в состоянии относительного покоя равен 4,5-5 л. Он одинаков для правого и левого желудочков. Систолический объем можно легко рассчитать, разделив минутный объем на число сердечных сокращений.

Величина минутного и систолического объемов подвергается большим индивидуальным колебаниям и зависит от различных условий: функционального состояния организма, температуры тела, положения тела в пространстве и др. Она значительно изменяется под влиянием физической нагрузки. При большой мышечной работе величина минутного объема увеличивается в 3-4 и даже в 6 раз и может составить 37,5 л при 180 сердечных сокращениях в минуту.

Большое значение в изменении величины минутного и систолического объемов сердца 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 сердца.

Систолический объем увеличивается при увеличении притока крови к сердцу. С увеличением систолического объема увеличивается и минутный объем крови.

Работа сердца.

Основная работа сердца заключается в нагнетании крови в сосуды против сопротивления (давления), которое в них развивается. Предсердия и желудочки выполняют различную работу. Предсердия, сокращаясь, нагнетают кровь в расслабленные желудочки. Эта работа не требует их большого напряжения, так как давление крови в желудочках повышается постепенно по мере поступления в них крови из предсердий.

Значительно большую работу выполняют желудочки, особенно левый. Из левого желудочка кровь выталкивается в аорту, где давление крови велико. При этом желудочек должен сократиться с такой силой, чтобы преодолеть это сопротивление, для чего давление крови в нем должно стать выше, чем в аорте. Только при этом вся находящаяся в нем кровь будет выброшена в сосуды.

Давление крови в легочных артериях приблизительно в 5 раз меньше, чем в аорте, поэтому правый желудочек совершает во столько же раз меньшую работу.

Работа, выполняемая сердцем, рассчитывается по формуле: W=Vp+mv 2 /2g,

где V - объем выброшенной сердцем крови (минутный или систолический), p - давление крови в аорте (сопротивление), m - масса выбрасываемой крови, v - скорость, с которой выталкивается кровь, g - ускорение свободно падающего тела.

По данной формуле работа сердца слагается из работы, направленной на преодоление сопротивления сосудистой системы (это отражает первое слагаемое) и работы, направленной на придание скорости (второе слагаемое). В обычных условиях работы сердца второе слагаемое по сравнению с первым очень мало (составляет 1%) и поэтому им пренебрегают. Тогда работа сердца может быть рассчитана по формуле: W=Vp, т.е. вся она направлена на преодоление сопротивления в сосудистой системе. В среднем сердце за сутки выполняет работу около 10000 кгс м. Работа сердца тем больше, чем больше приток крови.

Работа сердца возрастает и в том случае, если увеличивается сопротивление в сосудистой системе (например, повышается давление крови в артериях вследствие сужения капилляров). При этом сначала силы сокращений сердца недостаточно, чтобы выбросить всю кровь против возросшего сопротивления. В течение нескольких сокращений в сердце остается какое-то количество крови, которое способствует растяжению волокон сердечной мышцы. Вследствие этого наступает момент, когда сила сокращения сердца увеличивается и выбрасывается вся кровь, т.е. увеличивается систолический объем сердца, а следовательно, увеличивается и систолическая работа. Максимальную величину, на которую увеличивается объем сердца во время диастолы, называют резервными или запасными силами сердца. Эта величина возрастает в процессе тренировки сердца.

Сердечная мышца сокращается за всю жизнь человека до 4 миллиардов раз, обеспечивая поступление в ткани и органы до 200 миллионов л крови. Так называемый сердечный выброс в физиологических условиях составляет от 3,2 до 30 л/минуту. Кровоток в органах изменяется, увеличиваясь вдвое, в зависимости от силы их функционирования, которая определяется и характеризуется несколькими гемодинамическими показателями.

Гемодинамические показатели

Ударный (систолический) объем крови (УОК) - это количество биологической жидкости, которое сердце выбрасывает за одно сокращение. Этот показатель взаимосвязан с рядом других. К ним относятся минутный объем крови (МОК) - количество, выбрасываемое одним желудочком за 1 минуту, а также число сердечных сокращений (ЧСС) - это сумма сжатий сердца за единицу измерения времени.

Формула для расчета МОК выглядит следующим образом:

МОК = УО * ЧСС

К примеру, УО равен 60 мл, а ЧСС в 1 минуту - 70, тогда МОК составляет 60 * 70 = 4200 мл.

Чтобы определить у дарный объем сердца, нужно МОК разделить на ЧСС .

К другим гемодинамическим показателям относятся конечный диастолический и систолический объем. В первом случае (КДО) - это количество крови, заполняющее желудочек в конце диастолы (в зависимости от пола и возраста - в диапазоне от 90 до 150 мл).

Конечный систолический объем (КСО) - величина, оставшаяся после систолы. В состоянии покоя он составляет меньше 50% от диастолического, примерно 55-65 мл.

Фракция выброса (ФВ) - это показатель эффективности работы сердца с каждым ударом. Процент от объема крови, который поступает в аорту из желудочка во время сокращения. У здорового человека этот показатель в норме и в покое составляет 55-75%, а при физической нагрузке достигает 80%.

Минутный объем крови без напряжения равняется 4,5-5 л. При переходе к интенсивным физическим упражнениям показатель увеличивается до 15 л/минуту и более. Таким образом кардиальная система удовлетворяет потребности тканей и органов в питательных веществах и кислороде для поддержания метаболизма.

Гемодинамические показатели крови зависят от тренированности. Значение систолического и минутного объема человека со временем возрастает при незначительном повышении числа сердечных сокращений. У нетренированных людей увеличивается ЧСС и почти не изменяется систолический выброс. Повышение УОК зависит от возрастания притока крови к сердцу, после этого меняется и МОК.

Методы определения значений функции сердца

Изменение показателя МОК происходит из-за:

• величины УО;
• частоты сердечных сокращений.

Имеется несколько методов измерения ударного и минутного объемов сердца:

• газоаналитический;
• разведение красителей;
• радиоизотопный;
• физико-математический.

Физико-математический метод расчета параметров наиболее эффективен в детском возрасте из-за отсутствия воздействия и влияния на исследуемого.

Формула Старра для измерения систолического объема выглядит следующим образом:

СО = 90,97 + 0,54 * ПД - 0,57 * ДД - 0,61 * В

СО - систолический объем, мл; ПД - пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД - диастолическое давление, мм рт. ст.; В - возраст. Чтобы определить ПД, из систолического вычитают диастолическое.

Нормы ударного объема у взрослых и детей

Эта величина зависит от пола, возраста и тренированности организма. С годами ритм сердца становится медленнее, в связи с этим ударный выброс возрастает более заметно, чем минутный. УОК в зависимости от возраста:

Показатель МОК зависит от массы тела ребенка, с возрастом он уменьшается, а не увеличивается. По этой причине относительные значения выше у новорожденных и грудничков.

У детей обоих полов в возрасте до 10 лет показатели практически идентичны. Начиная с 11 лет, параметры увеличиваются, но более существенно у мальчиков (к 14-16 годам у них МОК - 4,6 л, а у девочек - 3,7).

Также гемодинамику характеризует сердечный индекс (СИ) - это отношение МОК к поверхности тела. У детей он может быть от 1,8 до 4,5 л/м2, независимо от возраста. Средняя величина составляет 3,1 л/м2.

Факторы, влияющие на гемодинамику

При измерении этих показателей, врач должен иметь в виду факторы, которые способны привести к изменению функции.

На заполнение сердца кровью и конечно-диастолический объем влияют:

• количество биологической жидкости, поступающее в правое предсердие из большого круга кровообращения;
• объем циркулирующей крови;
• синхронность работы предсердий и желудочков;
• длительность диастолы (расслабление миокарда).

Выше нормы ударный и минутный объем определяются при:

• задержке воды и натрия;
• горизонтальном положении тела (к правому предсердию увеличивается венозный возврат);
• физической тренировке, мышечных сокращениях;
• стрессе, сильном волнении.

Ниже нормы сердечный выброс определяется при:

• кровопотере, обезвоживании, шоке;
• вертикальном положении тела;
• увеличении давления в груди (обструкция легких, сильный непродуктивный кашель, пневмоторакс);
• гиподинамии;
• приеме препаратов, снижающих давление и расширяющих вены;
• аритмии;
• органической патологии миокарда (кардиосклероз, дилатационная кардиомиопатия, миокардиодистрофия).

На функцию сердца влияют лекарственные препараты. Увеличивают сократимость миокарда и повышают МОК адреналин, кардиогликозиды, норадреналин. Снижают сердечный выброс барбитураты, б-адреноблокаторы, антиаритмические препараты.