Сердечно - судинна система під час фізичного навантаження підвищує свої вимоги. Потреба кисні активних м'язів різко зростає. використовується більше поживних речовин, прискорюються метаболічні процеси, тому зростає кількість продуктів розпаду. При тривалому навантаженні, а також при виконанні фізичного навантаження в умовах високої температури підвищується температура тіла. При інтенсивному навантаженні збільшується концентрація іонів водню в м'язах і крові, що викликає зниження рН крові.
Під час навантаження відбуваються численні зміни в серцево - судинній системі. Всі вони спрямовані на виконання одного завдання: дозволити системі задовольнити зрослі потреби, забезпечивши максимальну ефективність її функціонування. Щоб краще зрозуміти зміни, що відбуваються, нам необхідно більш уважно розглянути певні функції серцево-судинної системи. Ми вивчимо зміни всіх компонентів системи, звернувши особливу увагу на частоту серцевих скорочень; систолічний об'єм крові; серцевий викид; кровотік; артеріальний тиск; кров.
ЧАСТОТА СЕРЦЕВИХ СКОРОЧЕНЬ. Частота - серцевих скорочень - найбільш простий і найбільш інформативний параметр серцево - судинної системи. Вимірювання його включає визначення пульсу, зазвичай в області зап'ястя або сонної артерії. ЧСС відображає кількість роботи, яку має виконати серце, щоб задовольнити підвищені вимоги організму при його залученні в фізичну діяльність. Щоб краще розібратися, порівняємо ЧСС в спокої і при фізичному навантаженні. Частота серцевих скорочень у спокої. Середня ЧСС в спокої становить 60-80 ударів в хвилину. У людей середнього віку, у малорухомих і у тих, хто не займається м'язової діяльністю, ЧСС в спокої може перевищувати 100 ударів в хвилину. У добре підготовлених спортсменів, що займаються видами спорту, які вимагають прояву витривалості, ЧСС в спокої становить 28-40 ударів в хвилину. ЧСС зазвичай знижується з віком. На частоту серцевих скорочень також впливають фактори навколишнього середовища, наприклад, вона збільшується в умовах високої температури і високогір'я. Вже до початку вправи ЧСС, як правило, перевищує звичайний показник в спокої. Це так звана передстартова реакція. Вона виникає внаслідок виділення нейромедіатора норадреналіну симпатичної нервової системи і гормону адреналіну наднирковими. Мабуть, знижується також вагусний тонус. Оскільки частота серцевих скорочень перед виконанням вправи, як правило, підвищена, визначення її в спокої слід здійснювати тільки в умовах повного розслаблення, наприклад вранці, перед тим як встати з ліжка після спокійного сну. Частоту серцевих скорочень перед виконанням вправи не можна вважати ЧСС в спокої.
Частота серцевих скорочень при фізичному навантаженні.
Коли ви починаєте виконувати вправи, ЧСС швидко зростає пропорційно інтенсивності навантаження. Коли інтенсивність роботи точно контролюється і вимірюється (наприклад, на велоергометрі), показник споживання кисню можна передбачити. Отже, вираз інтенсивності фізичної роботи або вправи в показниках споживання кисню є не тільки точним, але і найбільш підходящим при обстеженні як різних людей, так і одного того ж людини в різних умовах.
Максимальна частота серцевих скорочень. ЧСС збільшується пропорційно зростанню інтенсивності фізичного навантаження практично до моменту надзвичайної втоми (знемоги). У міру наближення цього моменту ЧСС починає стабілізуватися. Це означає, що досягнуто максимальний рівень ЧСС. Максимальна частота серцевих скорочень - максимальний показник, який досягається при максимальному зусиллі перед моментом крайньої втоми. Це дуже надійний показник, який залишається постійним день у день і змінюється незначно тільки з віком з року в рік.
Максимальну ЧСС можна визначати, враховуючи вік, оскільки вона знижується приблизно на один удар в рік, починаючи з віку 10-15 років. Віднявши вік з 220 ми отримаємо наближений середній показник максимальної ЧСС. Слід, однак, відзначити, що індивідуальні показники максимальної ЧСС можуть відрізнятися від отриманого таким чином середнього показника досить значно. Наприклад, у 40-річної людини середній показник максимальної ЧСС буде 180 ударів в хвилину.
Однак з усіх 40-річних людей 68% будуть мати показник максимальної ЧСС в межах 168-192 ударів в хвилину, а у 95% цей показник буде коливатися в межах 156-204 ударів в хвилину. Цей приклад демонструє можливість помилки при оцінці максимальної ЧСС людини.
Стійка частота серцевих скорочень. При постійних субмаксимальних рівнях фізичного навантаження ЧСС збільшується відносно швидко, поки не досягне плато - стійкої ЧСС, оптимальної для задоволення потреб кровообігу при даній інтенсивності роботи. При кожному наступному збільшенні інтенсивності ЧСС досягає нового стійкого показника на протязі 1-2 хв. Разом з тим чим вище інтенсивність навантаження, тим більше часу потрібно для досягнення цього показника.
Поняття стійкості ЧСС лягло в основу ряду тестів, розроблених для оцінки фізичної підготовленості. В одному з цих тестів піддослідних поміщали на прилад типу велоергометра, і вони виконували роботу при двох-трьох стандартизованих интенсивностях. Відрізнялися кращою фізичною підготовленістю, виходячи з їх кардіо - респіраторної витривалості, мали більш низькі показники стійкої ЧСС при даній інтенсивності роботи в порівнянні з менш фізично підготовленими. Таким чином, цей показник - ефективний індикатор продуктивності серця: більш низька ЧСС свідчить про більш продуктивному серце.
Коли вправа виконуються з постійною інтенсивністю протягом тривалого часу, особливо в умовах високої температури повітря, ЧСС підвищується, замість демонстрації стійкого показника. Ця реакція є частиною феномена, який називається серцево - судинних зрушенням.
Об'єму крові.
Систолічний об'єм крові також збільшується під час навантаження, забезпечуючи більш ефективну роботу серця. Загальновідомо, що при майже максимальній і максимальної інтенсивності навантаження систолічний об'єм є головним показником кардіо - респіраторної витривалості. Розглянемо, що лежить в основі цього.
Систолічний об'єм визначають чотири фактори:
1) обсяг венозної крові, що повертається в серце;
2) еластичність шлуночків або їх здатність збільшуватися;
3) скорочувальна здатність шлуночків;
4) тиск в аорті або тиск в легеневій артерії (тиск, яке має долати опір шлуночків в процесі скорочення).
Перші два чинники впливають на можливості заповнення шлуночків кров'ю, визначаючи, який обсяг крові є для їх заповнення, а також, з якою легкістю вони заповнюються при даному тиску. Два останніх фактори впливають на здатність виштовхування з шлуночків, визначаючи силу, з якою кров викидається, а також тиск, який вона повинна подолати, просуваючись по артеріях. Ці чотири фактори безпосередньо контролюють зміни систолічного об'єму, обумовлені збільшенням інтенсивності навантаження.
Збільшення систолічного обсягу з навантаженням.
Вчені зійшлися на тому, що величина систолічного об'єму під час навантаження перевищує показники в стані спокою. Разом з тим наводяться досить суперечливі дані про зміну об'єму систоли при переході від роботи дуже низької інтенсивності до роботи максимальної інтенсивності або до роботи до виникнення крайньої втоми. Більшість вчених вважають, що систолічний об'єм збільшується зі збільшенням інтенсивності роботи, але тільки до 40-60% максимальної. Вважають, що при зазначеній інтенсивності показник систолічного об'єму крові демонструє плато і не змінюється навіть при досягненні моменту виникнення крайньої втоми.
Коли тіло знаходиться в вертикальному положенні, систолічний об'єм крові збільшується майже вдвічі в порівнянні з показником в стані спокою, досягаючи максимальних значень при м'язової діяльності. Наприклад, у фізично активних, але нетренованих людей, він збільшується від 50-60 мл в стані спокою до 100-120 мл при максимальному навантаженні. У добре підготовлених спортсменів, що займаються видами спорту, які вимагають прояву витривалості, показник систолічного обсягу може підвищуватися від 80-110 мл в стані спокою до 160-200 мл при максимальному навантаженні. При виконанні вправи в положенні супінації (наприклад, плавання) систолічний об'єм також збільшується, але не настільки виражена - на 20-40%. Чому існує така різниця, обумовлене різними положеннями тіла?
Коли тіло знаходиться в положенні супінації, кров не накопичується в нижніх кінцівках. Вона швидше повертається в серце, що й обумовлює більш високі показники систолічного обсягу в стані спокою в горизонтальному положенні (супінація). Тому збільшення систолічного обсягу при максимальному навантаженні не настільки велика при горизонтальному положенні тіла в порівнянні з вертикальним. Цікаво, що максимальний показник систолічного обсягу, який може бути досягнутий при виконанні вправи у вертикальному положенні, лише ненабагато перевищує показник в горизонтальному положенні. Збільшення систолічного об'єму при низькій або середній інтенсивності роботи в основному направлено на компенсування сили тяжіння.
Пояснення збільшення систолічного об'єму крові.
Загальновідомо, що систолічний об'єм крові збільшується при переході від стану спокою до виконання навантаження, проте до останнього часу механізм цього збільшення не вивчений. Одним з можливих механізмів може бути закон Франка - Старлинга, згідно з яким головним фактором, що регулює систолічний об'єм крові, є ступінь розтяжності шлуночків: чим сильніше розтягується шлуночок, тим з більшою силою він скорочується.
Деякі більш нові прилади діагностики функції серцево - судинної системи дозволяють точно визначити зміни систолічного об'єму при навантаженнях. Метод ехокардіографії і радіонуклідної метод з успіхом застосовували, щоб визначити, як реагують камери серця на підвищену потребу в кисні під час навантаження. Обидва методи забезпечують отримання постійного зображення серця в стані спокою, а також при майже максимальних интенсивностях навантаження.
Для реалізації механізму Франка - Старлинга необхідно, щоб обсяг крові, що надходить в шлуночок, зростав. Щоб це сталося, повинен збільшитися венозний повернення крові в серце. Це може швидко здійснитися при перерозподілі крові внаслідок симпатичної активації артерій і артеріол в неактивних ділянках тіла і загальної симпатичної активації венозної системи. Крім того, під час навантаження м'язи більш активні, тому їх насосне дію також збільшується. Крім того, більш інтенсивними стає дихання, тому підвищується внутрішньо грудний і внутрішньочеревний тиск. Всі ці зміни посилюють венозний повернення.
Під час навантаження серцевий викид збільшується, головним чином для того, щоб задовольнити збільшену потребу працюючих м'язів в кисні.
Сердечно - судинна система ще більш ефективна з точки зору постачання кров'ю тих ділянок, які цього потребують. Згадаймо, що система судин здатна перерозподіляти кров, забезпечуючи нею найбільш нужденні ділянки. Розглянемо зміни кровотоку під час навантаження.
Перерозподіл крові під час фізичного навантаження. При переході від стану спокою до виконання фізичного навантаження структура кровотоку помітно змінюється. Під впливом симпатичної нервової системи кров відводиться з ділянок, де її наявність не обов'язково, і направляється в ділянки, які беруть активну участь у виконанні вправи. У стані спокою серцевий викид в м'язах становить всього 15-20%, а при інтенсивних фізичних навантаженнях - 80-85%. Кровотік в м'язах збільшується головним чином за рахунок зменшення кровопостачання нирок, печінки, шлунка і кишечника.
У міру підвищення температури тіла внаслідок виконання вправи або високої температури повітря значно більшу кількість крові направляється до шкіри, щоб перенести тепло з глибини тіла до периферії, звідки тепло виділяється в зовнішнє середовище. Збільшення шкірного кровотоку означає, що кровопостачання м'язів знижений. Цим, до речі, пояснюються більш низькі результати в більшості видів спорту, що вимагають прояву витривалості в жарку погоду.
З початком вправи активні скелетні м'язи починають відчувати зростаючу потребу в кровотоці, яка задовольняється шляхом загальної симпатичної стимуляції судин тих ділянок, в які кровотік належить обмежити. Судини в цих ділянках звужуються і кровотік направляється до скелетних м'язів, що відчувають потребу в додатковій кількості крові. У скелетних м'язах симпатична стимуляція звужують стінок судин волокон слабшає, а симпатична стимуляція судинорозширювальних волокон збільшується. Таким чином, судини розширюються і в активні м'язи надходить додаткова кількість крові.
Сердечно - судинний зрушення.
При тривалому навантаженні, а також виконання роботи в умовах підвищеної температури повітря обсяг крові знижується внаслідок втрати організмом рідини, обумовленої потіння і загальним переміщенням рідини з крові в тканини. Це - набряк. При поступовому зниженні загального обсягу крові в міру збільшення тривалості навантаження і переміщення більшої кількості крові до периферії з метою охолодження тиску серцевого наповнення знижується. Це зменшує венозний повернення в праву частину серця, що, в свою чергу, знижує систолічний об'єм. Знижений систолічний об'єм компенсується збільшенням ЧСС, спрямованим на збереження величини серцевого викиду.
Ці зміни являють собою так званий серцево - судинний зрушення, що дозволяє продовжувати вправи низької або середньої інтенсивності. Разом з тим організм нездатний повністю компенсувати знижений систолічний об'єм при високих інтенсивностях фізичного навантаження, так як максимальна ЧСС досягається раніше, тим самим обмежуючи максимальну м'язову діяльність.
При фізичних навантаженнях, що вимагають прояв витривалості, систолічний тиск крові підвищується пропорційно збільшенню інтенсивності навантаження. Підвищений систолічний тиск крові - результат збільшеного серцевого викиду, який супроводжує збільшення інтенсивності роботи. Воно забезпечує швидке переміщення крові по судинах. Крім того, артеріальний тиск крові обумовлює кількість рідини, що виходить з капілярів в тканини, транспортуючи необхідні поживні речовини. Таким чином, підвищений систолічний тиск сприяє здійсненню оптимального процесу транспорту. Під час м'язової діяльності, що вимагає прояву витривалості, діастолічний тиск практично не змінюється, незалежно від інтенсивності навантаження.
Діастолічний тиск відображає тиск в артеріях під час "відпочинку" серця. Жодне з змін, які ми розглядали, не впливає в значній мірі на цей тиск, тому немає причин очікувати його збільшення.
Артеріальний тиск досягає стабільних показників під час субмаксимальної навантаження, що вимагає прояву витривалості, постійної інтенсивності. Зі збільшенням інтенсивності навантаження систолічний тиск також зростає. При тривалому навантаженні постійної інтенсивності систолічний тиск може поступово знижуватися, проте діастолічний тиск залишається незмінним.
При навантаженнях на верхню частину тіла, що вимагають високої інтенсивності, реакція тиску крові ще більш очевидна. Мабуть, це обумовлено меншою м'язовою масою і меншою кількістю судин у верхній частині тіла в порівнянні з нижньою. Така відмінність обумовлює більший опір кровотоку і, отже, підвищений тиск крові, спрямоване на подолання опору.
Відмінності в реакції систолічного тиску крові між верхньою і нижньою частинами тіла мають особливе значення для серця. Утилізація кисню міокардом і кровотік в міокарді безпосередньо пов'язані з твором ЧСС і систолічного тиску крові. При виконанні статичних, динамічних силових вправ або вправ для верхньої частини тіла подвійне твір зростає, бо свідчить про збільшення навантаження на серце.
Обсяг плазми. З початком м'язової діяльності майже миттєво спостерігається перехід плазми крові в інтерстиціальний простір. Підвищення тиску крові викликає збільшення гідростатичного тиску в капілярах. Тому збільшення тиску крові виштовхує рідину з посудини в міжклітинний простір. Крім того, внаслідок акумуляції продуктів розпаду в активній м'язі збільшується внутрішньом'язове осмотичнийтиск, притягаючи рідина до м'яза.
Якщо інтенсивність навантаження або фактори навколишнього середовища викликають потіння, можна очікувати додаткових втрат обсягу плазми. Головне джерело рідини для утворення поту - інтерстиціальна рідина, кількість якої зменшується в міру продовження процесу потіння.
При навантаженні тривалістю кілька хвилин зміни кількості рідини, а також терморегуляція практично не робить ніякого впливу, проте при збільшенні тривалості навантаження їх значення для забезпечення ефективної діяльності повишается..Ізмененія в серцево-судинній системі при фізичній роботі.