Гомеостатичность постнагрузки левого желудочка сердца в покое и при мышечной работе у спортсменов

ГОМЕОСТАТИЧНОСТЬ ПОСТНАГРУЗКИ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА В ПОКОЕ И ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ У СПОРТСМЕНОВ

, , 1

РГУФКСиТ, РГСУ1, г. Москва

Введение

Усилия левого желудочка сердца при выбросе крови в аорту обеспечивают преодоление всех сосудистых сопротивлений, противодействующих изгнанию крови: периферического (R), эластического (Еа) и инерционного (Js) [2, 10, 9]. При этом конечной целью работы сердечно-сосудистой системы является непрерывное, бесперебойное прохождение крови через капиллярное русло, вязкостные характеристики которого определяют величину периферического сопротивления артериальной системы [2, 9, 8, 9, 10]. Усилия сердца в ходе изгнания крови совершенно не различают отдельные сосудистые сопротивления [2, 10, 9, 45], а преодолевают некоторое единственное сопротивление – артериальный импеданс (Zа), интегрирующий действие комплекса сопротивлений {R, Еа, Js}.

Артериальный импеданс, определяющий величину постнагрузки (afterload) левого желудочка (ЛЖ) сердца [2, 9, 10], формируется под совместным влиянием всех сосудистых сопротивлений Артериальный импеданс равен сумме статической (Zр) и динамической (Zk) составляющих: Za = Zp + Zk [9, 10, 35]. Причем составляющая Zр зависит от механической работы левого желудочка по расширению упругих стенок аорты, а составляющая Zk пропорциональна кинетической энергии сердечного выброса [2, 9, 10].

При выполнении мышечной работы системные сосудистые сопротивления, обеспечивая прохождение возросшего кровотока, значительно меняют свои величины по сравнению с условиями покоя. Периферическое сопротивление резко падает с ростом мощности физической нагрузки, а эластическое и инерционное – возрастают [2, 10, 8, 10]. Так, при мышечной работе с мощностью 1000 кгм/мин величины сопротивлений изменяются в 2-4,5 раза (на 100-350%) по сравнению с данными покоя [7]. Почти так же значительно меняются и составляющие импеданса. Однако в этих условиях сам артериальный импеданс изменяется весьма незначительно, увеличиваясь в среднем на 12-27% [2, 7, 10]. Следовательно, в условиях покоя и при непредельных физических нагрузках артериальный импеданс у спортсменов обладает свойством гомеостатичности, оптимизируя тем самым рабочую нагрузку ЛЖ [5, 35]. При этом физиологические механизмы, реализующие эффект автостабилизации артериального импеданса у спортсменов, еще изучены недостаточно. Ниже в покое и при мышечной работе рассматриваются попарные корреляционные взаимосвязи между артериальным импедансом и его составляющими. Обсуждаются корреляционные эффекты обеспечения относительного постоянства величины постнагрузки ЛЖ сердца.

Методы

В исследованиях участвовали 216 спортсменов различных специализаций. Испытуемые были разделены на две группы: 135 спортсменов с PWC170 > 1200 кгм/мин (1-я группа) и 81 испытуемый с PWC170 < 1100 кгм/мин (2-я группа). С помощью комплекса РЕОДИН [4] в покое и при выполнении работы на велоэргометре с мощностями 500 и 1000 кГм/мин определялись ударный объем крови, частота сердечных сокращений (ЧСС) и длительности фаз сердечного цикла. Также измерялось систолическое и диастолическое артериальное давление (метод Короткова). Измерения проводились в покое и при мышечной работе в устойчивом состоянии (после 3 мин от начала педалирования). Артериальный импеданс и сосудистые сопротивления вычислялись с помощью программ, основанных на специально разработанной аналитической модели [9, 10].

Результаты и обсуждение

В таблице представлены показатели центральной гемодинамики и сосудистой нагрузки сердца в двух группах испытуемых в покое и при мышечной работе. Возрастание минутного кровотока с ростом мощности мышечной работы происходило в известных пределах: в среднем от 5.1 л/мин в покое до 19.9 л/мин при мощности 1000 кгм/мин (табл.). Изменения показателей центральной гемодинамики обеспечивались соответствующими адаптивными переменами в величинах сосудистой нагрузки сердца (табл.). Для сравнения динамики величин сосудистых сопротивлений, а также артериального импеданса у испытуемых двух выделенных групп вычислялись относительные величины показателей в виде: П/minП, где minП для каждого показателя П определялся по таблице.

На рис.1 приведены данные об изменениях величин П/minП в зависимости от соответствующих значений ЧСС в покое и при мышечной работе для сопротивлений {R, Еа, Js} и артериального импеданса Za. Периферическое сопротивление R в условиях покоя превышает свои значения при мышечной работе соответственно в 2,8 - 3,1 раз для испытуемых обеих групп (табл.). Эластическое сопротивление артериальной системы Еа возрастает при 2-й мышечной нагрузке в 1,9 - 2,5 раза по сравнению с покоем (табл.). Более значительно в этих условиях возрастало инерционное сопротивление Js – в 3,8 - 4,2 раза (рис.1, табл.). Артериальный импеданс Za в 1-й и 2-й группах при выполнении мышечной работы (1000 кГм/мин) возрос по отношению к условиям покоя (табл., рис.1) лишь на 13 и 27% соответственно. Факт относительной стабилизированности величины артериального импеданса хорошо согласуется с ранее приведенными данными [5, 35].

На рис.2 представлены безразмерные значения (П/minП) артериального импеданса и его составляющих. Для артериального импеданса изменения те же, что и на рис.1, а безразмерные величины составляющих импеданса (рис.2) изменяются в значительно более широких пределах вполне сопоставимых с изменениями сосудистых сопротивлений в условиях покоя и мышечной работы (рис.1).

Аналогично периферическому сопротивлению (рис.1) статическая составляющая артериального импеданса снижается с увеличением мощности мышечной работы (рис.2). Относительный рост динамической составляющей импеданса (рис.2) связан с увеличением в этих условиях кинетической энергии сердечного выброса, а также с ростом механического импульса ударного объема крови, определяющего инерционное сопротивление. Относительное увеличение динамической составляющей импеданса при мышечной работе (рис.2) по сравнению с условиями покоя несколько менее выражено, чем соответствующий рост инерционного сопротивления (рис.1).

На рис.3 представлены изменения артериального импеданса и его составляющих в зависимости от ЧСС в покое и при мышечной работе. На рис.3 индексы 1 и 2 в обозначениях отвечают данным испытуемых 1-й и 2-й групп соответственно. Отметим, что реальный диапазон колебаний составляющих артериального импеданса (рис.3) меньше, чем у Za, поскольку импеданс является суммой своих составляющих [2, 9].

В покое в обеих группах испытуемых величины статической составляющей в среднем практически вдвое превышают величины динамической составляющей (рис.3). Представленные на рис.3 регрессионные зависимости импеданса и его составляющих от ЧСС построены раздельно по данным каждой группы испытуемых. При мышечной работе на велоэргометре изменения составляющих импеданса происходят монотонно с увеличением мощности педалирования при одновременном естественном росте ЧСС (рис.3). Статическая составляющая импеданса монотонно снижается, а динамическая – монотонно возрастает в диапазоне изменений ЧСС в пределах от 60 до 160 уд/мин. Артериальный импеданс в диапазоне ЧСС от 60 до 100-110 уд/мин снижается синхронно с уменьшением Zp и ростом Zk пока составляющие не сравняются по величине (рис.3). При этом артериальный импеданс достигает своего минимального значения раздельно по данным каждой группы испытуемых (рис.3) в диапазоне 100-110 уд/мин. При ЧСС свыше 100-110 уд/мин преобладающий вклад в величину импеданса вносит динамическая составляющая (рис.3). Отметим, что составляющие артериального импеданса при мышечной работе у испытуемых 2-й группы оказались больше, чем в 1-й (рис.3).

На рис.4 приведены величины парных коэффициентов корреляции между артериальным импедансом и его составляющими раздельно по каждой группе испытуемых и по условиям исследований (покой, мощности работы 500 и 1000 кгм/мин). При этом соответствующие пары коэффициентов корреляции (ZaZp, ZaZk, ZpZk) в условиях покоя и при физических нагрузках практически одинаковы в обеих группах испытуемых (рис.4). Парные коэффициенты корреляции между импедансом и составляющими (ZaZp, ZaZk), и между двумя составляющими (ZpZk) сгруппированы (рис.4) по три в соответствии с условиями исследований и отмечены индексами (1 и 2) для групп испытуемых. Причем все коэффициенты корреляции (рис.4) являются статистически значимыми (р < 0,001), а тройки коэффициентов корреляции практически идентичны для обеих групп испытуемых

В покое в обеих группах рост статической составляющей Zp сопряжен с увеличением артериального импеданса Zа, а увеличение Zk наоборот сопровождается определенным снижением импеданса. При выполнении мышечной работы увеличение Zp сопряжено с уменьшением Zа, а возрастание Zk сопровождается увеличением импеданса Zа (рис.4).

Наиболее выражен эффект автостабилизации артериального импеданса в корреляционных взаимоотношениях между составляющими (рис.4). В обеих группах испытуемых коэффициенты корреляции между Zр и Zk меньше -0,9 как в условиях покоя, так и при мышечной работе (рис.4). Увеличение любой составляющей импеданса, как в покое, так и при физических нагрузках сопряжено с некоторым снижением другой составляющей, что способствует сохранению практически на постоянном уровне величины артериального импеданса как постнагрузки левого желудочка сердца (табл., рис.1, 2).

Литература

1.  Импедансная плетизмография (реография). С. 81 – 90 / В сб.: Инструментальные методы исследования в кардиологии // Под научн. ред. . – Минск, 1994 – 272 с.

2.  , Орел импеданс у спортсменов // Труды ученых ГЦОЛИФК. – М.: ГЦОЛИФК. – 1993. – С.262-271.

3.  , Орёл артериального импеданса у человека // В сб. Кардиореспираторная система. Количественные характеристики. – Таллин: Валгус. – 1986. – с.42-80.

4.  , Орел входного импеданса артериальной системы у спортсменов // Клинико–физиологич. характеристики сердечно–сосудистой системы у спортсменов. М.: РГАФК. – 1994. - С.92-116.

5.  Орел свойства артериального импеданса и фазовая структура сердечного цикла у спортсменов // Спортивная медицина и исследования адаптации к физическим нагрузкам. – Научные чтения, посвященные 80-летию со дня рождения проф. . – М.: РГУФК. – 2005. – С.46-48.

6.  , , Головина сосудистой нагрузки и сократимости сердца на сердечный ритм у спортсменов. // В сб.: Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. Пятая научно-практическая конференция.- М.: АО НТЦ «МЕДАСС»- 2003.- С. 368-372.

7.  , , Динамика совместных изменений сократимости сердца, сосудистых сопротивлений и частоты сердечных сокращений у спортсменов различной выносливости // Спортивная кардиология и физиология кровообращения. – Научная конференция. – М.: РГУФК. – 2006. – С.56–64.

8.  Karpman V. L.: Cardiovascular system and physical exercise. Boca Raton, Florida: CRC Press Inc. 1987.

9.  Milnor W. R. Arterial impedance as ventricular afterload // Circ. Res. – 1975. – V.36. – P.365-370.

10.  Orel V. R.: Arterial impedance and muscular work. / XVII European Congress on noninvasive cardiovascular dynamics (Abstr. book). Ljubljana. – 1995. – Р.70.

11.  Orel V. R. Homeostaticity of arterial impedance and phasic stracture of the cardiac cycle in athletes.// Second Annual Congress of the European College of Sport Science. Book of Abstracts II (Poster Presentations). – Copenhagen, Denmark. – 1997.

12.  Taylor M. G. Wave travel in arteries and the design of cardiovascular system // In: Pulsatile blood flow. Ed.: E. O.Attinger. – N-Y: McGraw-Hill. – 1964. – p.343-372.

	Таблица.
	Показатели гемодинамики и сосудистой нагрузки левого желудочка сердца в покое и при мышечной работе
	Показатель	Мощность кгм/мин	Группы испытуемых
	Первая группа	Вторая группа
Частота сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин	Покой	64.5 ± 5.45	70.96 ± 5.17
500	108.6 ± 3.75	119.8 ± 4.02
1000	142.2 ± 7.49	161.7 ± 4.05
Систолическое артериальное давление (Ps), мм рт. ст.	Покой	122.4 ± 6.31	125.7 ± 7.13
500	144.6 ± 7.10	157.2 ± 7.68
1000	178.3 ± 12.1	204.5 ± 9.7
Диастолическое артериальное давление (Pd), мм рт. ст.	Покой	79.7 ± 5.1	82.7 ± 5.4
500	81 ± 5.6	85 ± 5.9
1000	83 ± 5.8	88 ± 5.6
Минутный объем крови (МОК), л/мин	Покой	5.11 ± 0.64	4.74 ± 0.63
500	12.10 ± 0.71	12.51 ± 0.75
1000	19.72 ± 0.88	19.93 ± 0.98
	Периферическое сопротивление (R), дин×с×см-5	Покой	1665 ± 214		1863 ± 250
	500	809 ± 60		842.8 ± 58
	1000	597 ± 27		658 ± 31
	Эластическое сопротивление (Ea), дин×см-5	Покой	1038 ± 181		1275 ± 208
	500	1376 ± 169		1659 ± 192
	1000	1950 ± 281		2548 ± 266
	Инерционное сопротивление (Js), дин×с	Покой	23464 ± 5810		17396 ± 3696
	500	41179 ± 6221		42341 ± 5628
	1000	65804 ± 11603		72489 ± 12686
	Артериальный импеданс (Za), дин×с×см-5	Покой	77.1 ± 4.6		81.1 ± 5.1
	500	75 ± 3.1		78.2 ± 3.17
	1000	84.54 ± 7.8		95.56 ± 8.8