Адаптационные механизмы системы кровообращения при

АДАПТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ ПРИ
ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Титовский Александр Викторович,
канд. биолог. наук, доцент, администратор Центра «Спортивный студенческий клуб
РЭУ им. Г.В. Плеханова»
([email protected])
Темпы современной жизни предъявляют высокие требования к мобильности
современного человека, рационализации энергозатрат организма, адаптации к физическим
нагрузкам и стрессам, поддержанию высокого уровня работоспособности организма для
решения разнообразных задач. Двигательная активность человека, занятия физическими
упражнениями оказывают выраженное положительное влияние практически на все системы
и органы, позволяет поддерживать организм человека на высоком уровне функциональной
готовности, стабилизировать реакции при отрицательных внешних воздействиях.
Значительная роль в реализации адаптационных перестроек организма принадлежит
системе кровообращения.
Система кровообращения включает в себя сердце, разветвленную сеть сосудов
различного диаметра и циркулирующую по этой системе кровь [3:455, 1:198]. Сердце
выполняет функцию насоса, обеспечивающего постоянную циркуляцию крови по системе
сосудов. Это мышечный орган, имеющий четыре полости - два предсердия
обеспечивающих нагнетание крови в более крупные полости желудочков и соответственно
два желудочка. Различают левый и правый отделы, включающие по предсердию и по
желудочку. Правый отдел обеспечивает циркуляцию крови через легкие, где
осуществляется газообмен с внешней средой. Левый отдел обеспечивает движение крови
по всему организму для осуществления питания работающих органов.
Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, состоящих из
трех фаз: сокращение предсердий, сокращения желудочков и общего расслабления.
Соотношение длительности этих фаз зависит от частоты сокращений и определяется
атриовентрикулярным и синатриальным нервными узлами сердечной мышцы [3:453].
Повышение частоты работы сердца достигается главным образом за счет сокращения фазы
общего расслабления.
Ритмичные сокращения сердечной мышцы в покое выполняются под влиянием
нервных импульсов генерируемых скоплениями нервных клеток имеющихся в самом
сердце. Однако его работа корректируется прямыми и обратными связями, поступающими
от различных органов и систем. Подчиняется работа сердца и сигналам из ЦНС.
Показателями работоспособности сердца являются в первую очередь частота
сердечных сокращений и ударный объем.
Под влиянием мышечной нагрузки деятельность сердца существенно усиливается
[3:691]. Так если в покое за 1 мин. сердце выбрасывает около 4-5 литров крови, то при
мышечной работе этот показатель достигает у тренированных людей до 25-30 л. [3:455].
Увеличение минутного объема кровотока достигается за счет двух параметров - увеличения
ЧСС и ударного объема. В нетренированном сердце взрослого человека резервы
повышения ударного объема исчерпываются уже при ЧСС 120-130 уд/мин. Дальнейший
рост минутного объема происходит только за счет повышения частоты сердечных
сокращений [3:488,490]. По мере роста тренированности расширяется диапазон ЧСС при
котором увеличение минутного объема связано и с увеличением ударного объема.
Критической частотой увеличения ударного объема является ЧСС 170 уд/мин. Дальнейшее
повышение ЧСС не приводит к увеличению минутного объема кровообращения [3:489;
2:212].
Под влиянием длительного воздействия мышечных нагрузок увеличиваются размеры
полостей сердца и толщина сердечной мышцы, что в целом способствует повышению
эффективности работы сердца. При прочих равных одинаковый минутный объем в
тренированном сердце достигается при меньшей величине ЧСС этот режим работы
называют брадикардией. Поскольку работа сердца в таком режиме позволяет увеличивать
фазу расслабления, то этот режим работы является наиболее выгодным. Поэтому у
спортсменов в покое ЧСС находится в пределах 50-60 уд/мин. тогда как у нетренированных
людей средней считается величина 70 уд/мин. Следует отметить, что у женщин средние
величины несколько выше, чем у мужчин, однако общая тенденция повышения
тренированности и работоспособности сохраняется.
Выброс порции крови из полости левого желудочка при сокращении в сосудистую
систему локально повышает давление на стенки сосудов. Под действием этого давления
они могут расширяться. Подобное расширение сосудов после каждого сокращения сердца
распространяется по артериям и носит название пульсовой волны [3:512,513].
Давление, создаваемое в артериях, или артериальное давление определяется двумя
факторами - силой сердечного сокращения и упругостью стенок артериальных сосудов.
Величина артериального давления традиционно выражается
двумя цифрами:
систолическое давление - максимальная величина в момент систолы и диастолическое минимальная величина в фазу диастолы [3:692]. В норме артериальное давление находится
в пределах 120-130/70-80 мм рт. ст. Эти величины получены при измерении артериального
давления в плечевой артерии.
По мере удаления от сердца давление крови в сосудах падает и минимальные его
величины регистрируются при впадении полой вены в правое предсердие. При нарушении
эластичности стенок артериальных сосудов они менее эффективно сглаживают
пульсирующий ток крови и, как следствие величины артериального давления в покое могут
увеличиваться в два раза.
При выполнении физических нагрузок артериальное давление возрастает
пропорционально увеличению нагрузки. Это увеличение связано с усилением деятельности
сердца и по окончании нагрузок оно снижается. Регулярные занятия спортом, где ведущим
качеством является выносливость, приводят к повышению эластичности сосудов и
снижению артериального давления в покое.
При стрессовых ситуациях, при интенсивной умственной работе так же наблюдается
повышение артериального давления, но не за счет усиления активности сердца, а за счет
повышения тонуса сосудов. При сильных стрессовых реакциях это может приводить к
спазму сосудов и нарушению кровоснабжения отдельных участков мозга или сердечной
мышцы. Следует отметить, что не все кровеносные сосуды могут активно изменять
состояние своей стенки, а только те которые содержат в своем строении мышечные
волокна.
Сосудистая сеть имеет весьма разветвленное строение. Артериальная часть имеет до 5
порядков ветвления. При этом диаметр и длина сосудов более высокого порядка уменьшаются, но за счет увеличения их числа суммарный диаметр и длина увеличиваются. Так
диметр самых мелких сосудов - капилляров составляет в среднем порядка 10 мкм и длина
порядка нескольких десятков мкм. Суммарная длина капилляров одного человека
составляет несколько десятков километров [3:520]. Увеличение суммарного просвета
сосудов приводит к снижению давления и скорости движения крови, что в свою очередь
способствует повышению эффективности обменных процессов между кровью и тканями.
В среднем время одного цикла циркуляции крови по большому кругу кровообращения
в покое составляет около 21 секунды, при интенсивной физической работе это время
сокращается до 8-10 сек. Это свидетельствует о том, что одним из механизмов
обеспечивающих высокую работоспособность является повышение скорости движения
крови. Однако возможности этого механизма ограничены частотой сердечных сокращений
и важное значение на пике ЧСС начинает приобретать другой механизм - увеличение
количества капилляров обеспечивающих работу структурной единицы органа.
Так на 1 мм3 сердечной мышцы у нетренированного человека приходится около 25003000 капилляров. У спортсменов их количество достигает 4500-5000. Из них в покое
функционируют около 2000, так же как и у нетренированного, а при нагрузке
дополнительно начинают функционировать еще около 3000 [3:520]. При включении
данного адаптационного механизма значительно расширяются возможности повышения
работоспособности.
Таким образом, можно подразделить механизмы адаптации к нагрузкам на срочный проявляющийся в увеличении скорости циркуляции крови и долговременный проявляющийся в увеличении и количества капилляров, и скорости движения крови.
Срочный механизм адаптации характерен в основном для новичков и начинающих
спортсменов и продолжает поддерживать адаптацию организма к физической работе на
протяжении 2-3 месяцев. Долговременный механизм адаптации наблюдается у хорошо
подготовленных занимающихся регулярно спортсменов.
При переходе крови из капилляров в вены давление падает до 10-15 мм рт. ст.[3:516],
что явно недостаточно для полноценного возврата крови к сердцу. Поэтому компенсируют
недостаток давления для обеспечения венозного притока еще два механизма.
Первый из них связан с присасывающим действием полостей сердца при
расслаблении и создании отрицательного давления в полости грудной клетки при вдохе.
При низкой физической активности, когда частота и сила сердечных сокращений малы, а
глубина и частота дыхания низки создаются условия для нарушения оттока крови из
органов и тканей [3:519].
Второй механизм связан с активной работой скелетных мышц окружающих вены.
Регулярное сокращение скелетных мышц вызывает сжатие находящихся в них сосудов и
однонаправленное движение крови в сторону сердца [3:518]. Направление движения крови
задается имеющимися в венах клапанами. Таким образом, двигательная активность
способствует улучшению венозного возврата крови к сердцу. В первую очередь этот механизм важен для венозного возврата из нижних конечностей, где при движении к сердцу
крови необходимо кроме всего прочего преодолевать силу гравитации. С нарушением
оттока крови от нижних конечностей связано такое заболевание как варикозное
расширение вен.
Представление о работе адаптационных механизмов системы кровообращения во
время физических нагрузок позволит преподавателям физического воспитания
использовать показателя ЧСС для контроля состояния организма занимающегося перед
началом, на пике нагрузки, на восстановлении после нагрузки, а также в конце занятия. Эта
мера позволит дозировать физическое воздействие на организм для студентов с различным
уровнем подготовки, а так же для студентов специальных медицинских групп.
Знание адаптивных перестроек позволит студентам и преподавателям, занимающимся
самоподготовкой: правильно и постепенно использовать физические нагрузки для
повышения уровня своей физической и умственной работоспособности; создаст
предпосылки для активного занятия физической культурой и спортом; для начинающих
самостоятельные занятия, позволит целенаправленно и осознанно отказаться от вредных
привычек и заняться укреплением здоровья.
Контроль интегрального показателя работы всей сердечно-сосудистой системы частоты сердечных сокращений, позволит: опытным спортсменам контролировать ход
тренировочного процесса по ответным реакциям сердца в различных зонах и режимах
физической нагрузки; планомерно повышать нагрузку; избегать перетренированности;
быстрее выходить на пик спортивной подготовленности.
Литература
1. Анатомия человека: учебник. В 3-х томах. // Сапин М.Р., Билич Г.Л.- ГЭОТАР-Медиа.С.352.-2012.
2. Нормальная анатомия человека // Гайворонский И.В.- СпецЛит.- С.364.-2011.
3. Физиология человека // Шмидт Р., Тевс Г. пер. с англ. Алипов Н., Шуранова Ж., Быков В.,
Морозова М..- С. 880.-2010.