Сердечно-сосудистая и дыхательная системы при физической нагрузке.

При физической нагрузке увеличивается сердечная деятельность, и потребность организма в кислороде удовлетворяется полностью. Возрастание теплопродукции в работающих мышцах сопровождается увеличением теплоотдачи через расширяющиеся сосуды кожи и путем испарения пота.

Уменьшение тонуса прекапиллярных артерий сокращающихся мышц, а затем "волна расслабления" распространяется по мышечному слою сосудов в центростремительном направлении со скоростью примерно 10 см/с (восходящая дилятация). Кровеносные сосуды расширяются вследствие недостатка кислорода для питания гладкомышечных клеток их стенки. Метаболиты и симпатические холинергические вазодилятаторы также способствуют расширению сосудов скелетных мышц. Развивается рабочая гиперемия. В других сосудистых областях (кроме сердца и головного мозга) происходит сужение кровеносных сосудов.

Увеличение кровотока при мышечной работе обеспечивается увеличением сердечного выброса за счет роста частоты сердечных сокращений и систолического выброса.

Во время тяжелой работы ЧСС возрастает до максимума, величина которого неодинакова у разных людей. Развивается псевдостационарное состояние, минутный объем крови при котором может быть недостаточным. При легкой работе и работе средней тяжести частота сердечных сокращений увеличивается и стабилизируется на уровне, обеспечивающим потребности организма в кислороде (истиное стационарное состояние).

Увеличение кровотока при мышечной работе обеспечивается увеличением сердечного выброса за счет роста ЧСС и систолического выброса.

Одной из характеристик изменений, вызываемых работой, является период восстановления - время, необходимое для возвращения частоты сердечных сокращений к исходному уровню. После легкой работы частота сердечных сокращений возвращается к исходному уровню в течение 3-5 мин, после тяжелой работы - восстанавливается очень длительно, до нескольких часов.

Оценить требования, предъявляемые к сердечно-сосудистой системе конкретным видом работы, можно путем подсчета пульсовой суммы восстановления. Пульсовая сумма восстановления - общее количество сердечных сокращений, превышающих исходную сумму числа сердцебиений за период восстановления. Систолический объем сердца в начале работы возрастает лишь на 20-30% и после этого сохраняется на постоянном уровне. Дальнейший рост минутного объема крови происходит только за счет возрастания частоты сердцебиений, которая может достигать 200 в минуту и более. Минутный объём крови может увеличиваться в 5-6 раз и достигать 30 литров. Объем циркулирующей крови составляет в покое 75-80 мл на 1 кг массы тела. При физической нагрузке этот показатель увеличивается до 140-190 мл/кг, в 2-3 раза возрастает скорость кровотока.

При динамической работе артериальное давление изменяется как функция выполняемой работы. Систолическое давление увеличивается почти пропорционально выполняемой нагрузке, достигая показателей 220 mm. рт. ст. (29 кПа) при 220 Вт. мощности производимой работы.

Диастолическое давление изменяется незначительно, чаще снижается. Поэтому среднее артериальное давление всегда повышается. В малом круге кровообращения давление крови при динамической работе увеличивается незначительно. Выраженное его повышение является симптомом сердечной недостаточности.

Потребление кислорода организмом при физической нагрузке возрастает на величину, которая определяется тяжестью работы и коэффициентом полезного действия (КПД) совершаемой работы. Коэффициент полезного действия представляет собой отношение величины затрат энергии на физическую работу к величине общих энергозатрат организма. Чем ниже КПД, тем больше энергии расходуется организмом на физическую работу, а эффективность последней меньше.

С началом работы потребность в кислороде увеличивается мгновенно, однако для приспособления кровотока и аэробного обмена к новым условиям требуется 60-90 с. При легкой физической работе энергия, необходимая для сокращения мышц, образуется за счет анаэробных процессов только в начальном периоде работе, в течение которого происходит увеличение кровотока в мышце. После этого процесс ресинтезаАТФ переходит на аэробный путь. При тяжелой физической работе к мышцам доставляется кислорода меньше, чем требуется для обеспечения их метаболизма, так как исчерпываются возможности увеличения транспорта кислорода кровью. Ресинтез АТФ переходит на анаэробный путь, а в крови и мышцах накапливаются его продукты в виде молочной кислоты. Таким образом, при тяжелой физической работе образуется кислородный долг, представляющий собой разницу между количеством кислорода, необходимого для обеспечения аэробного пути ресинтеза АТФ, и количеством кислорода, доставляемым к работающей мышце (рис. 6). После завершения такой работы происходит "выплата" кислородного долга. В последнем выделяют два компонента. Один из них - быстрый, или алактатный компонент кислородного долга ликвидируется в течение 2-3 минут после завершения работы. Дополнительное количество потребляемого кислорода расходуется на быстрое восстановление фосфагенов мышц, восполнение кислорода в венозной крови, насыщение миоглобина. Другой - медленный, или лактатный компонент кислородного долга ликвидируется за 30-60 и более минут после завершения работы. Дополнительное количество потребляемого кислорода расходуется в основном на доокисление избыточного количества молочной кислоты из крови и межтканевой жидкости, достигающего 15 ммоль/л по сравнению с 1 ммоль/л в покос.

Увеличенное потребление кислорода после завершения работы не прямо отражает процессы его восполнения в организме - на этот процесс влияют и другие факторы: увеличение температуры тела, работа органов дыхания, изменение мышечного тонуса.

Таким образом, тот долг, который будет возвращен, по величине больше, чем возникший во время самой работы. После легкой работы величина кислородного долга достигает 4 литров, а после тяжелой - может доходить до 20 литров. При тяжелой работе величина кислородного долга нарастает до самого ее окончания.

Во время легкой работы минутный объем воздуха (MOB), так же, как и сердечный выброс, увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение MOB возникает в результате изменений дыхательного объема и частоты дыхания. Пропорциональность между потреблением кислорода и MOB во время легкой работы как полагают, контролируется мышечными рецепторами, подобно регуляторному механизму, изменяющему частоту сердечных сокращений.

При тяжелой физической работе образующаяся в мышцах молочная кислота, попадая в кровь и вызывая метаболический ацидоз, служит дополнительным стимулятором дыхания, что обусловливает нарастание MOB сверх величин, пропорциональных уровню потребления кислорода работающими мышцами.