Мышечный кровоток. Гипертрофия сердца при тренировках
а) Сердечно-сосудистая система при физической нагрузке. Мышечный кровоток. Ключевым требованием к функции сердечно-сосудистой системы при физической нагрузке является обеспечение доставки необходимого количества кислорода и других питательных веществ к работающим мышцам. С этой целью мышечный кровоток во время физической работы чрезвычайно возрастает. На рисунке ниже показана регистрация мышечного кровотока в икроножной мышце человека во время ее умеренно сильных периодических сокращений в течение 6 мин.
Влияние мышечной активности на кровоток в икроножной мышце во время сильных ритмических сокращений. Кровоток во время сокращений гораздо меньше, чем в промежутках между ними
Отмечается не только значительное (примерно в 13 раз) увеличение кровотока, но и его снижение во время каждого мышечного сокращения.
В этом исследовании следует отметить два важных момента:
(1) сам процесс сокращения временно снижает мышечный кровоток, поскольку сокращающаяся скелетная мышца сдавливает внутримышечные кровеносные сосуды; следовательно, сильные тонические мышечные сокращения могут вызвать быстрое утомление мышцы из-за отсутствия доставки достаточного количества кислорода и других питательных веществ во время непрерывного сокращения;
(2) кровоток к мышцам во время физической работы заметно возрастает.
Далее приведены сравнительные данные, позволяющие понять возможности увеличения кровотока у хорошо тренированного спортсмена.
Таким образом, при самой энергичной физической нагрузке мышечный кровоток может возрастать максимально примерно в 25 раз. Почти половина увеличения кровотока связана с расширением внутримышечных сосудов в результате прямого влияния увеличенного мышечного метаболизма (обсуждается в отдельной статье на сайте, просим вас пользоваться формой поиска выше). Остальное увеличение является результатом действия многих факторов, наиболее важным из которых, вероятно, является умеренное увеличение артериального давления (примерно на 30%), происходящее при физической работе. Увеличение давления не только способствует большему кровотоку через кровеносные сосуды, но также растягивает стенки ар-териол, что дополнительно снижает сосудистое сопротивление. Следовательно, повышение кровяного давления на 30% часто может увеличить кровоток более чем в 2 раза; при этом увеличение кровотока, уже вызванное метаболическим расширением сосудов, возрастает, по крайней мере, еще в 2 раза.
б) Работа мышц, потребление кислорода и сердечный выброс при физической нагрузке. На рисунке ниже показано соотношение между работой мышц, потреблением кислорода и сердечным выбросом во время физической нагрузки.
Соотношение между сердечным выбросом и работой мышц (сплошная линия) и между потреблением кислорода и работой мышц (пунктирная линия) при разных уровнях физической нагрузки
Не удивительно, что все эти показатели, непосредственно связаны между собой линейными отношениями, поскольку работа мышц увеличивает потребность в кислороде, а это, в свою очередь, ведет к расширению мышечных кровеносных сосудов, увеличивая венозный возврат и сердечный выброс.
Таким образом, у здорового нетренированного человека сердечный выброс может увеличиваться немногим более чем в 4 раза, а у хорошо тренированного спортсмена — примерно в 6 раз. (Отдельные марафонцы давали результаты по показателям сердечного выброса, достигающие 35-40 л/мин, что в 7-8 раз больше, чем в покое.)
в) Влияние тренировки на гипертрофию сердца и сердечный выброс. Исходя из приведенных данных, ясно, что максимальный сердечный выброс у марафонцев может достигать значений, на 40% превышающих максимальный сердечный выброс у нетренированных людей. Это в основном связано с тем, что полости сердца марафонцев на 40% больше; наряду с увеличением полостей масса сердца также возрастает примерно на 40% или более. Следовательно, спортивные тренировки ведут к гипертрофии не только скелетных мышц, но и сердечной мышцы. Однако увеличение сердца и его насосной функции происходят почти исключительно при длительных, развивающих выносливость типах спортивных тренировок, а не скоростных (спринтерских).
Сердце марафонца значительно больше, чем у обычного человека, но сердечный выброс в покое у обоих практически одинаков. Нормальный сердечный выброс марафонца обеспечивается за счет увеличенного ударного объема при сниженной частоте сердечных сокращений. В таблице нижесравниваются ударный объем и частота сокращений сердца у нетренированного человека и марафонца.
Таким образом, при соответствующем снижении частоты сердечных сокращений эффективность насосной функции каждого удара сердца очень тренированного спортсмена на 40-50% выше, чем у нетренированного человека.
г) Роль ударного объема и частоты сердечных сокращений в увеличении сердечного выброса. На рисунке ниже показаны приблизительные изменения ударного объема и частоты сокращений сердца при увеличении сердечного выброса от уровня покоя примерно 5,5 л/мин до 30 л/мин у марафонского бегуна.
Примерные показатели ударного объема и частоты сокращений сердца при разных уровнях сердечного выброса у спортсмена-марафонца
Ударный объем возрастает от 105 до 162 мл, т.е. примерно на 50%, в то время как частота сокращений сердца увеличивается от 50 до 185 уд/мин, т.е. на 270%. Следовательно, при активной физической работе долевой вклад изменения частоты сокращений сердца в увеличение сердечного выброса, несомненно, выше долевого вклада ударного объема.
Ударный объем в норме достигает максимального уровня к моменту, когда сердечный выброс увеличивается только до половины своего максимума. Любое дополнительное увеличение сердечного выброса возможно лишь через увеличение частоты сокращений сердца.