Кардиальные механизмы оптимизации кровообращения

Минутный объем кровообращения, являясь главным гемодинамическим показателем, используется обычно для оценки оптимальности работы сердца при физической нагрузке. Известно, что предельные частоты сердечных сокращений у спортсменов, так же как и у здоровых нетренированных людей, биологически детерминированы функциональными возможностями синусового узла. Поэтому главным объектом оптимизации минутного объема кровообращения у спортсменов является увеличение ударного объема крови при физической нагрузке.

Из этого рисунка видно, что в условиях покоя эта емкость подразделяется  на  три фракции: фракция ударного объема крови (УО), фракция базального резервного объема (БРО) и фракция остаточного объема (00). Все эти три фракции суммарно составляют конечно диастолический объем крови, содержащийся в желудочках (КДО).

Ударный объем - это количество крови, выбрасываемой из желудочка при каждом сердечном сокращении. Оставшийся в желудочке объем крови - конечно-систолический объем (КСО), делится на базальный резервный и остаточный объемы. Базальный резервный объем - это то количество крови, которое может дополнительно быть выброшено из желудочка при увеличении миокарда (например, при физической нагрузке, при действии катехоламинов и др.). Остаточный объем - это то количество крови,которое не может быть выброшено из сердца при самом мощном сердечном сокращении.

При мышечной работе благодаря повышению давления наполнения, а также более полной релаксации миокарда объем полости желудочка может дополнительно увеличиваться. В результате максимальная диастолическая емкость желудочка оказалась больше, чем его конечно диастолический объем в покое. Разницу между этими величинами можно условно обозначить как дополнительный резервный объем (ДРО).

Рассмотренная схема диастолической емкости желудочка сердца у человека позволяет конкретно проанализировать основные кардиальные механизмы оптимизации кровообращения.

Под влиянием систематической спортивной тренировки в связи с изменением вагосимиатического равновесия в условиях покоя снижается диастолический тонус миокарда. В результате наблюдается более полная релаксация миокарда (Wczler, I960) и увеличивается конечно диастолический объем желудочков. По косвенным расчетам увеличение последнего не превышает 5-10%-Релаксация -- это начальный этап структурно-функциональной перестройки спортивного сердца. В дальнейшем под влиянием систематически повторяющихся нагрузок, сопровождающихся предъявлением высоких требований к сердечно-сосудистой системе, к релаксации присоединяется удлинение волокон миокарда. В основе его лежат анатомические изменения клеточных элементов, связанные с активацией синтеза белка (Ф. 3. Меерсон, 1968). Наступает структурная дилатация сердца. Оба указанных пути изменения структуры спортивного сердца приводят к развитию физиологической дилатации его.

По-видимому, процесс релаксация - удлинение волокон при формировании спортивного сердца заканчивается утолщением волокон миокарда. В основе утолщения волокон миокарда, как показал Ф. 3. Меерсон (1968), также лежит активация синтеза белка, вызванная интенсификацией функционирования структур. Таким образом, развивается физиологическая гипертрофия миокарда. Гипертрофию, характеризующуюся утолщением волокон миокарда, мы обозначаем как гипертрофию, в отличие от -гипертрофии, возникающей при удлинении волокон миокарда.

В настоящее время еще неизвестно, имеются ли между - и d- какие-либо существенные биологические различия. Однако разделение их представляется целесообразным хотя бы по следующим двум соображениям: во-первых, гипертрофия не диагностируется с помощью электрокардиографии, в то время как d-гипертрофия часто специфически изменяет рисунок электрокардиограммы; во-вторых, при -гипертрофии усиление сердечного сокращения осуществляется по механизму Стерлинга, в то время как при гипертрофии -по механизму Вебера.

Развивающаяся в процессе тренировки физиологическая дилатация и гипертрофия приводят к увеличению   размеров  сердца,  регистрируемых при рентгенографии. Физиологическая дилатация, способствуя увеличению базального резервного объема крови, обеспечивает увеличение систолического объема при физической нагрузке, повышая тем самым производительность аппарата кровообращения. Физиологическая гипертрофия также приводит к увеличению производительности сердца.

Процесс увеличения сердца у спортсменов является весьма сложным, включающим в себя как функциональные, так и структурные компоненты. Можно представить, что он протекает следующим образом: релаксация - удлинение - утолщение волокон.

Означает ли это, что во всех без исключения случаях мы наблюдаем эту последовательность? Сегодня говорить об этом еще рано, но, по-видимому, первые два этапа, т. с. релаксация - удлинение являются обязательными для любого увеличения сердца у рационально тренирующихся спортсменов; -форма является заключительной формой организации спортивного сердца; она, наверное, возникает при длительных занятиях спортом. И, наконец, некоторое увеличение сердца у спортсмена, тренирующего скоростно-силовые качества, по-видимому, происходит по форме релаксация - утолщение. Этот путь развития гипертрофии наблюдается у штангистов.

Выше говорилось о процессе релаксации миокарда при систематических физических нагрузках. Вместе с тем представляет интерес рассмотрение релаксации непосредственно в процессе выполнения самой физической нагрузки как основы увеличения объема желудочков. Надо заметить, что этот вопрос исследован еще недостаточно. Определенный вклад в эту проблему был сделан Wezler (1962). Однако в самое последнее время В. И. Капелько, К. Пфайффер, Ф. 3. Меерсон (1976) на изолированной полоске миокарда, а также в серии других экспериментов обратили внимание на высокий уровень релаксации миокарда в различных ситуациях. Эти данные позволяют понять возникновение дополнительного увеличения объема желудочков непосредственно при физической нагрузке, когда повышается центральное венозное давление. Сравнительно недавно начали публиковаться данные, убедительно свидетельствующие об этом. Так, Masuda (1968) продемонстрировал увеличение размеров сердца непосредственно при физической нагрузке с помощью рентгеновской методики. Сходные данные были получены и с помощью эхокардиографии непосредственно при физической нагрузке (Ю. К. Шхвацабая, В. А. Ситников, А. П. Юрснёв, 1979; 3. П. Чаншна, 1980, и др.).

Таким образом, при нагрузке развивается дополнительная дилатация сердца, в результате чего формируется дополнительный резервный объем, благодаря которому реализуется механизм Стерлинга. > Подытоживая все сказанное, можно выделить один из важных механизмов оптимизации сердца у спортсменов, который заключается в том, что при физической нагрузке можно обеспечить существенное увеличение ударного объема крови как за счет использования ба-зального резервного объема, так и в определенных ситуациях за счет дополнительного резервного объема.

Возникает вопрос, в какой степени разные кардиальные механизмы оптимизации специфичны для спортивного сердца. Данные показывают, что для спортивного сердца характерной является его физиологическая дилатация, благодаря которой увеличивается по сравнению с таковым у нетренированных лиц базальный резервный объем.

Вторым важным кардиальным механизмом оптимизации кровообращения у спортсменов является увеличение инотропизма миокарда. Оно базируется как на структурных, так и на функциональных особенностях миокарда у тренированных лиц. Здесь, в первую очередь, повышение инотропизма миокарда можно связать с развитием физиологической гипертрофии его волокон, благодаря чему сила сердечного сокращения увеличивается. Помимо этого развиваются характерные для гиперфункции сердца функциональные изменения миокарда, сила сокращения которого обеспечивается более совершенным механизмом сердечного сокращения.

Рост силы сердечного сокращения у спортсменов обеспечивается также и гстсрометрическим механизмом саморегуляции по Франку - Старлингу. Таким образом, комплексное структурно-функциональное увеличение сократимости миокарда обеспечивает высокую производительность спортивного сердца, выбрасывающего увеличенное количество крови при резком сокращении времени, затрачиваемого на этот процесс.

При укорочении длительности сердечного цикла в 2,6 раза и при одновременном увеличении ударного объема в 2,2 раза, скорость сердечного выброса увеличивается от 254 млс до 1338 млс. Это обеспечивается резким повышением контрактилыюсти миокарда, документирующимся минимизацией фазы изоволюмического сокращения.

Таким образом, развивающееся под влиянием занятий спортом включение различных механизмов увеличения инотропизма миокарда является вторым основным кардиальным механизмом оптимизации кровообращения у спортсменов.