Резервні можливості серцево-судинної системи - динаміка серцево-судинної системи
Відео: Вісімкова спіральна гімнастика. Російський Стиль Вадима Старова
Відео: Жива вода. Невідома сила!
частина I
Серцево-судинна система задовольняє змінюються метаболічні потреби організму шляхом переміщення потоків крові, підтримуючи активність то однієї, то іншої системи тканин при виконанні різних функцій. Однак величина загального кровотоку через серцево-судинну систему у здорових людей може зрости в 3 5 разів вище рівня спокою в залежності від фізичного стану. Коли у людини розвивається хвороба серця, максимально можливий хвилинний обсяг серця у нього зазвичай знижений, так як для покриття дефіциту, викликаного хворобою, навіть при звичайній активності використовуються резервні можливості серцево-судинної системи. Таким чином, властивості різних компонентів серцево-судинного резерву дуже важливі для розуміння реакції організму на хворобу серця.
При описі серцевого резерву необхідно розглянути п`ять факторів: а) венозний кисневий резерв- б) максимальну ефективну частоту серцевих сокращеній-
в) резерв ударного об`єму-г) роботу серця-д) резерв коронарних судин. Нижче розглянуті можливості кожного з цих факторів.
Резерви серцево-судинної системи найбільш напружені під час фізичного навантаження. Тяжкість навантаження, яка може виконуватися протягом будь-якого тривалого періоду часу, очевидно, обмежена максимальною здатністю серцево-судинної системи доставляти тканинам кисень, оскільки саме він є тією речовиною, яка є в «запасі» в найменшій кількості по відношенню до ступеня його утилізації. Кількість кисню, споживаного тканинами, лімітується величиною хвилинного обсягу серця і кількістю кисню, що витягується з кожної порції крові. Іншими словами, постачання тканин киснем залежить від хвилинного обсягу серця (кровотік в одиницю часу) і величини артериовенозной різниці по кисню.
Взаємозв`язок між цими факторами може бути наочно продемонстрована за допомогою механічного насоса (рис. 7.10). У даних умовах кількість рідини, проштовхується через систему, визначається ударним об`ємом і числом ударів в хвилину (частотою). Механічний насос зазвичай виганяє фіксований обсяг під час кожного циклу. Загальна кількість речовини, що доставляється з обмінника, в механічній системі визначається загальною кількістю рідини, що протікає в кожну хвилину, і кількістю цієї речовини, вилученими з кожної одиниці рідини, що проходить через обмінник. Подібно до цього, доставка кисню до тканин в спокої може бути представлена у вигляді прямокутника, сторонами якого є кровоток (хвилинний об`єм серця) і кількість кисню, що витягується з кожної порції крові. Так, наприклад, доставка 250 см3 кисню зазвичай забезпечується величиною кровотоку, що дорівнює 5 л крові, причому з кожного літра вилучається близько 50 см3 кисню. Це еквівалентно артериовенозной різниці по кисню, що дорівнює 5 см3 на 100 см3 крові, або 5 об.% (Див. Рис. 7.10). Теоретично екстракція більшої кількості кисню з крові і одночасне п`ятикратне збільшення хвилинного обсягу серця може збільшити максимальну доставку кисню не менше, ніж в 10 разів (косо заштрихованная область).
МАЛ. 7.10. НЕДОСТАТНІСТЬ насосна функція І РЕЗЕРВ.
А. Корисна механічна робота насоса в гідравлічній системі проявляється у вигляді просування рідини вперед проти напірного тиску. Продуктивність (ефективність) визначається величиною корисної роботи на одиницю споживання палива.
Б. У спокої доставка кисню тканинам визначається артериовенозной різницею по кисню і серцевим викидом (чорна область). Максимальна доставка кисню досягається при більшій екстракції і збільшеному серцевому викиді (заштрихована область), що відповідає резерву серцево-судинної системи для кисневого постачання. Залишок кисню зберігається в змішаній венозній крові, навіть при максимальних рівнях транспорту кисню.
В. Величина серцевого резерву визначається ступенем можливого збільшення серцевого викиду шляхом більшого ударного об`єму і прискорення серцебиття (заштрихована область). Відзначається. що частота серцевих скорочень збільшується в більшому ступені, ніж ударний обсяг (див. рис. 7.11).
За традиційними уявленнями, можливість забезпечення збільшеної потреби в кисні при енергійної фізичній роботі приписується участі трьох основних чинників: ударному обсягу, частотою серцевих скорочень і швидкості витягання кисню. Подання про відносну частку участі цих трьох чинників об`єднані на рис. 7.11, на якому підсумовані дані різних дослідників, отримані шляхом вимірів реакцій на різні рівні фізичного навантаження у здорових людей,
які брали участь в 10 серіях експериментів.
Результати цього узагальненого матеріалу підтвердили враження (що створилося на підставі досліджень на собаках) про те, що в межах широкого діапазону фізичного навантаження, від мінімальної до досить важкої, ударний обсяг змінюється лише незначно, і ступінь його зміни досить залежить від того, чи були отримані контрольні значення, що використовуються для порівняння, в положенні стоячи або в положенні лежачи. 
МАЛ. 7.П. ВИКОРИСТАННЯ РЕЗЕРВНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ СЕРЦЕВО-СОСУДІСТОІ СИСТЕМИ ПРИ ФІЗИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ.
А. У здорових людей середні значення ударного обсягу залишаються виключно постійними в межах широкого діапазону навантаження, що оцінюється за часом бігання в тредбане. У деяких випадках, очевидно, в межах широкого діапазону навантажень ударний обсяг зберігався незмінним, а в інших - ударний обсяг збільшувався в середньому приблизно на 10%. У ці графіки включені і дані досліджень осіб, ударний обсяг у яких фактично зменшувався, коли фізичне навантаження ставала сильнішою. При максимальних рівнях напруги ударний обсяг чітко збільшується, коли частота серцевих скорочень перестає рости.
Б. Наявні дані дають можливість припустити, що у собак ударний обсяг збільшується слабо або не збільшується зовсім в межах широких діапазонів фізичних навантажень. Передбачається, що при максимальних рівнях напруги ударний обсяг у них збільшується, як і у людини.
В. Екстракція кисню прогресивно збільшується під час фізичного навантаження аж до максимуму, який може підтримуватися протягом таких же коротких періодів (т. Е. 2 7з хв).
Г. Серцеві скорочення прискорюються прогресивно аж до 180 уд / хв, після чого є тенденція до стабілізації частоти, серцебиття, хоча споживання кисню продовжує зростати.
Коли собаки або люди лежать в розслабленому стані, розміри шлуночків наближаються до максимальних. Якщо ж об`єкт дослідження в спокої варто, ударний обсяг знижується приблизно на 20-30%, а зменшення хвилинного обсягу серця визначається ступенем розвивається тахікардії. Сама мінімальна активність в положенні стоячи (наприклад, почергове піднімання ніг на 2 дюйма (~ 5 см) від статі, супроводжується швидким збільшенням ударного об`єму від нижчого, контрольного рівня в спокої в положенні стоячи до рівня, що наближається до контрольного в положенні лежачи. Подальше збільшення навантаження супроводжувалося або невеликим збільшенням, або легким зменшенням ударного об`єму, що пов`язано головним чином з різним ступенем тахікардії у різних людей. Частота серцевих скорочень прогресивно зростає зі збільшенням навантаження і відповідно споживання кисню (рис. 7.11, Г) аж до 180-200 уд / хв. при надзвичайно важких фізичних навантаженнях, які здорові люди можуть витримати лише протягом декількох хвилин, частота серцевих скорочень досягає певних величин і більше не росте і при цьому може спостерігатися значне збільшення ударного обсягу. при максимальному навантаженні ударний обсяг може зростати в 2 2,5 рази вище контрольних значень в положенні стоячи.
Взаємовідносини, що демонструються на рис, 7.11, застосовні до здорової людини. У хворих, частота серцевих скорочень яких може зростати лише до певної межі при фізичному навантаженні, збільшення хвилинного обсягу серця виникає за рахунок ударного об`єму. Наприклад, у хворих з порушеннями проведення і атріовентрикулярною блокадою частота серцевих скорочень постійно низька і збільшення хвилинного обсягу серця у них досягається за рахунок зростання ударного об`єму. У багатьох тренованих спортсменів частота скорочення серця в спокої низька аж до 40-50 уд / хв і тахікардія під час фізичного навантаження значно менше, ніж у нетренованих людей при тих же умовах.
Така брадикардія частіше проявляється у тренованих до бігу на довгі дистанції спортсменів (лижників і ін.), Ніж у спринтерів
і, по-видимому, є реакцією на тривалу потреба в збільшеному хвилинному обсязі крові. Точно так само і при різних хворобливих станах, що вимагають тривалого підтримки високого хвилинного обсягу, типовою реакцією є збільшення ударного обсягу (див. Обговорення нижче).
Як видно з рис. 7.11, в межах всього діапазону споживання кисню артериовенозная різниця по кисню явно зростає. Це є результатом більшою екстракції кисню з крові, швидко що протікає через активно скорочуються м`язи, а також з крові, повільно тече через неактивні тканини, де виникло компенсаторне звуження судин. Екстракція кисню зростає в міру збільшення робочого навантаження, і при максимальних її рівнях з крові, що проходить через системні капіляри, вилучається близько 75% кисню. Венозний кисневий резерв може бути використаний так повно тільки в тому випадку, якщо збільшується екстракція кисню і в скорочуються і в непріводімие м`язах.
Венозний кисневий резерв
У розділі I було відзначено, що доставка кисню з крові в тканини залежить від градієнта дифузії, що визначається різницею парціальних тисків кисню в крові і в клітці. Якщо клітини стають більш активними і поглинають кисень з більшою швидкістю, парціальний тиск кисню Ог в клітинах падає, транспорт його до клітин прискорюється і з крові буде вилучатись більше кисню.
Кожні 100 см3 крові, що надходить в капілярну сітку, містять приблизно 19 см3 кисню. Різні тканини споживають різну кількість кисню з крові капілярів. Кількість кисню, що витягується з кожної порції крові при її проходженні через капілярну мережу, визначається відношенням між поглинанням кисню даної тканиною і обсягом кровотоку.
У нормі споживання кисню і кровотік в мозкових судинах постійні, тому і екстракція кисню підтримується відносно незмінною. Кровотік через нирки, шкіру і неактивні м`язи в порівнянні зі споживанням кисню настільки великий, що в венозної крові, що відтікає від цих тканин, залишаються великі кількості кисню.
Це пов`язано з тим, що найменш активні тканини витягують щодо мало кисню, наявного в артеріальній крові. На противагу цьому, що працюють скелетні м`язи і міокард екстрагують з крові капілярів більше 75% кисню. Дійсно в 100 мл крові, зібраної з коронарного синуса або з вен, дренуючих скорочуються скелетні м`язи, може міститися менше
- мл кисню (вміст його може бути навіть занадто низьким для точного вимірювання). Звуження судин у неактивних тканинах призводить зазвичай до шунтування крові через розширені капілярні мережі активних м`язів. Під час м`язових зусиль додаткова кров може бути спрямована до скорочується м`язам зі шкіри, нирок, шлунково-кишкового тракту, селезінки (і так далі). Ці тканини в такому випадку утилізують більше кисню з притекающей через них крові за рахунок помірного зниження внутритканевого напруги кисню. Таким чином, збільшення споживання кисню викликає зазвичай збільшення артеріовенозної різниці по кисню як в активних, так і в неактивних тканинах.
Максимальна ефективна
частота серцевих скорочень
Під час виконання фізичної роботи, у відповідь на збільшення обсягу кровотоку через серцево-судинну систему збільшується частота серцевих скорочень (тахікардія). При тахікардії коротшають головним чином диастолические інтервали, під час яких відбувається наповнення серця кров`ю. Максимально можливе ефективне збільшення частоти скорочень серця людини становить приблизно 250% вихідної (т. Е. Від рівня спокою, коли частота дорівнює 70 уд / хв до частоти 170- 180 уд / хв). Воно значно вище у собак. При подальшому збільшенні частоти серцевих скорочень коротшає період швидкого наповнення і ударний обсяг зменшується. Тахікардія забезпечує швидке збільшення хвилинного обсягу серця, але вона тягне за собою втрату ефективності як шлуночкового скорочення, так і діастолічного наповнення. Крім того, збільшення хвилинного об`єму крові шляхом надмірної тахікардії, погіршує коронарний кровотік.
Резерв ударного обсягу
У спокійно лежать собак лівий шлуночок функціонує при максимальних або близьких до них розмірах, і ударний обсяг в цих умовах також досягає максимальних рівнів. Однак при переході з положення лежачи до положення стоячи розміри шлуночка зменшуються, і амплітуда серцевих скорочень також стає менше (рис. 7.12). У цьому випадку збільшення ударного обсягу теоретично може бути досягнуто за рахунок збільшення діастолічного розтягування, або більшого систолічного викиду (або ж за допомогою збільшення обох показників). Іншими словами, ступінь, до якої шлуночки можуть розтягуватися, додатково відображає можливості діастолічного резерву. Здатність збільшувати величину викиду відображає можливості систолічного резерву. Обидва ці резерву можуть бути використані в різному ступені у різних тварин (або у одного і того ж тваринного при різних обставинах). Приклади можна бачити на рис. 7.1, 7.3 і 7.4.
У спокої, в вертикальному положенні, при частоті серцевих скорочень 70 уд / хв при ударному обсязі ~ 80 см3 хвилинний обсяг буде дорівнює близько 5600 см3 / хв. Частота серцевих скорочень може зрости приблизно до 180 уд / хв, а ударний обсяг може збільшитися шляхом використання можливостей діастолічного і систолічного резервів. За рахунок цих механізмів хвилинний обсяг серця може зрости в 5 або 6 разів (див. Рис. 7.12).
МАЛ. 7.12. РЕЗЕРВНИЙ УДАРНИЙ ОБСЯГ.
Схематичне уявлення про зміни обсягу шлуночків. У положенні лежачи діастолічний об`єм приблизно максимальний і ударний обсяг відносно великий. При вставанні діастолічний об`єм шлуночків і ударний обсяг зменшуються, забезпечуючи діастолічний і систолічний резерв. Під час фізичного навантаження будь-яке збільшення ударного обсягу може бути досягнуто або шляхом більшого діастолічного спорожнення, або ж за рахунок обох цих механізмів.
Відео: Агнісара дхауті
Систолічний резервний об`єм. В кінці нормальної систоли значна кількість крові залишається в камерах серця. Збільшення ударного об`єму за рахунок використання систолічного резервного обсягу зазвичай означає посилення серцевих скорочень (рис. 7.13).
Діастолічний резервний об`єм. Ступінь діастолічного наповнення визначається величиною ефективного тиску наповнення по відношенню до опору і розтягування стінок шлуночків. Скороченню шлуночка, що починається при великому диастолическом розмірі, сприяють: а) більше звільнення енергії (механізм Франка - Старлинга) - б) більший обсяг викидається крові на одиницю миокардиального укорочення;
МАЛ. 7.13. ОБСЯГИ ЖЕЛУДОЧКОВ ІРІ РІЗНИХ УМОВАХ.
Нормальний хвилинний обсяг серця (серцевий викид) в спокої, близько 5 л / хв (темна заштрихованная область), є похідним ударного обсягу (близько 70 см3) і частоти серцевих скорочень (близько 70 уд / хв). Хвилинний обсяг максимально може збільшитися приблизно в б разів у порівнянні з рівнем спокою (загальна заштрихованная поперечними лініями область), якщо частота серцевих скорочень і ударний обсяг збільшуються одночасно. Частота серцевих скорочень може збільшуватися приблизно до 180 уд / хв, за рахунок чого хвилинний обсяг серця зазвичай збільшується в 2 7г рази, якщо зменшення часу наповнення не знижує ударний обсяг. Ударний об`єм також може збільшитися шляхом використання систолічного і діастолічного резервних обсягів. Кількість крові, яке залишається в шлуночку після максимального серцевого викиду, являє собою залишковий обсяг.
в) зменшене внутрішнє тертя (в`язкість) всередині міокарда. З іншого боку, радіуси кіл, описуваних МІОКАРДІАЛЬНОГО волокнами, збільшуються і потрібно набагато більша напруга міокарда, щоб викликати еквівалентну збільшення внутрижелудочкового тиску під час вигнання (відповідно формулою P = T / R). (Фактори, що визначають ступінь діастолічного розтягування, детально обговорювалися в розділі III.) Мабуть, при більшому диастолическом (і систолічному) розмірах серце функціонує з більшою продуктивністю. Однак питання про продуктивність повинен розглядатися з точки зору кількості здійсненої корисної роботи щодо кількості споживаного міокардом палива (утилізація кисню).
