Особенности влияний мышечной нагрузки на систему кровообращения Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.1 *612.7

ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЙ МЫШЕЧНОЙ НАГРУЗКИ НА СИСТЕМУ КРОВООБРАЩЕНИЯ

© H.T. PoMaiiOBa, A.B. Cuie», H.A. Ai.c-Kccena, HE. ,tob, A.M. Hln„.,K-o, I B. m„rU|,ei>

TT i"i" Shd,'‘"№ ° V ""

the character of muscular load It is stressed that nhvs.cal ]1 " u* T °‘ dcpenden of ‘-'«'culation of blood on

affect the cardiovascular system P> ^ "°l 0nl>' P0SIt've ^ges hut also negatively

Цель написания данной статьи обусловлена тем чш физическая нагрузка при всей ее важности и необходимости для организма не может рассматриваться исключительно в позитивном плане. Она может оказывать на организм и негативное влияние, с чем приходится считаться как при выполнении программы тренировочного процесса, так и во время реабилитации функций. Некоторые реакции организма, возникающие при систематических мышечных нагрузках большой мощности (например, гипертрофия миокарда), отражают собой адаптивні,іе возможности организма, и вместе с тем они всегда -завершаются депрессией соответствующей функции кровообращения и (или) другой системы [I ]. Настоящая проблема привлекла наше внимание еще и потому, что она, имея большую и содержательную историю, до сих пор не получила достаточно полного ответа на ряд, казалось бы, элементарных вопросов. К таковым, в частности, относится механизм формирования прес-сорной реакции при мышечной нагрузке [2]. Нет удовлетворительного ответа и на вопрос об оптимуме физической нагрузки в условиях реабилитащіи системы кровообращеїшя.

Как известно, физическая нагрузка умеренной мощности - одна из наиболее необходимых деятельностей человека, поскольку она способствует совершенствованию не только опорно-двигательного аппарат, но и системы нейро-гормональной регуляции практически всех фикций организма, в том числе кров о обращения.

Скелетная мускулатура занимает господствующее положение по своему влиянию на сердечнососудистую систему (ССС), что объясняется большой массой мышц и их способностью значительно изменять свою функциональную активность. Особенно резкие изменения со стороны ССС отмечаются, когда мышечная нагрузка сопровождается выражешшш эмоциональным возбуждением, например, во время спортивных соревнований. Ответная реакция ССС на мышечную нагрузку зависит и от других факторов: мощности нагрузки, ее продолжительности, степени тренированности индивида, пола, возраста, положения тела, вида нагрузки (статическая или динамическая), выполняется ли она руками или ногами, а также функционального состояния испытуемого [3-5].

Динамическая и статическая нагрузка. При динамической нагрузке вместе с быстрым нарастанием энергетических потребностей быстро развиваются

ііриспособительїгые реакции ССС, направленные на удовлетворение возрастающих потребностей мышц в кислороде и питательных веществах, происходит удаление из мышц продуктов метаболизма (С02, молочная кислота), усиливается теплоотдача. Динамическая нагрузка умеренной и средней мощности в отличие от статической нагрузки способствует оптимизации развития центральной нервной системы и системы кислородообеспечения.

. Увеличение объема потребляемого кислорода (УО,) прямо пропорционально степени нагрузки. Возросшая потребность в кислороде удовлетворяется увеличивающимися минутным объемом крови (МОК) и утилизацией кислорода тканями. У02 - лучший показатель интенсивности нагрузки, а максимальное потребление кислорода (МПК) - лучший показатель уровня резервных возможностей ССС. У тренированных спортсменов МПК может в 20 раз превышать потребление кислорода в покое, в то время как у молодых, здоровых, но физически нетренированных людей лот показатель по крайней мере вдвое меньше. Однако не тренированным людям абсолютно противопоказано существенно расширя л, свои резервные возможности без врачебного контроля

В норме имеет место почти линейная зависимость между' мощностью нагрузки и частотой сердечных сокращений (ЧСС) и МОК. С другой стороны, при достижении МПК 50 % ударный объем (УО) у здорового молодого человека начинает снижаться, а интенсивность легочной вентиляции экспоненциально возрастает [4]. Насыщение венозной крови кислородом при возрастании нагрузки относительно снижается, но насыщение артериальной крови кислородом не изменяется, в результат аргерио-венозная разница по кислороду может возрастать в 2-3 раза, та сказывается на повышении утилизации кислорода при нагрузке.

Мышечная нагрузка субмакеималыюй мощности приводит к нарастанию МОК как за счет' увеличения ЧСС, так и УО. Увеличение МОК при работе такой мощности происходит в связи с уменьшением тонуса блуждающего нерва, а при выполнении работы большой мощности - благодаря сочетанному снижению тонуса блуждающего нерва и активации симпатических влияний. В последнем случае из-за раннего снижения УО МОК может возрастать исключительно за счет ЧСС

Изменения У О при нагрузке во многом зависят от положения тела. В лежачем положении из-за возрастаю-

ВРЕМЯ, мин

Рис. 1. Ответ кровообращения на статическую и динамическую нагрузку у здоровых молодых людей. Отмечено более выраженное повышение частоты сердечных сокращений и пульсового АД при динамической нагрузке

щего притока крови к сердцу МОК увеличивается по механизму Старлинга, но в еще большей степени за счет повышения ЧСС по механизм}' Бейнбриджа. Работа, выполняемая сидя или стоя, приводит к повышению УО, но он будет на треть меньше, чем в положении лежа. При наращивании мощности нагрузки конечная величина МОК оказывается близкой для положений стоя и лежа.

Во время мышечной нагрузки наблюдается выраженное повышение систолического артериального давления - САД (до 200 мм рт. ст.). Несмотря на 4-5-кратное повышение МОК, диастолическое давление (ДАД) изменяется мало. За счет снижения сопротивления в сосудах мьгшц оно может даже снижаться. 1аким образом, динамическая нагрузка приводит к повышению пульсового артериального давления (ПАД). Mitchell и др. [6J показали, что при статической нагрузке прирост ЧСС относительно невелик, в то время как при динамической нагрузке он втрое больше (рис. 1). При статической нагрузке САД становится намного выше, чем при динамической нагрузке. Для ДАД при статической нагрузке характерна прессорная реакция, а для динамической нагрузки депрессорная. Было постулировано, что как статические, так и динамические физические упражнения активируют нервные волокна типа AS и С скелетных мышц, в результате чего возникает симпатическая реакция и свойственные ей тахикардия и гтрессорный эффект. Величина ответа ССС соответствует массе работающих мышц и интенсивности нагру зки.

Статическая нагрузка, повышая ДАД, вызывает большее напряжение в работе сердца, чем динамическая нагрузка той же мощности. ')тому способству ет и возрастающее внутригрудное давление. В реальной жизни статическая нагрузка может быть серьезным фактором риска для людей с пограничной гипертонией и других заболеваггий ССС. При ней АД может повышаться намного больше, чем при динамической нагрузке. Так, например, перенос тяжести весом 20 кг в течение 2,5 минут может вызвать повышение САД на 45 мм рт. ст. и ДАД на 30 мм рт. ст.; ЧСС увеличивается на 20-25 уд/мин. Из-за замегного повышения

ДАД статическая нагрузка значительно повышает кислородггый долг в мышцах.

Повышение системного АД при сокращении скелетных мьгшц является одним из важнейших компонентов в сложной цепи приспособительных реакций ССС. При кгногократном снижении сопротивления кровотоку в работающих мышцах вследствие расширения их резистивных сосудов без повышения системного АД работающие мышечные волокна не смогли бы получать требуемое количество крови, а значит и кислорода. Следовательно, их работа не могла бы быть достаточно продолжительной. Несмотря на важность таког о показателя, как АД, механизм развития прессорной реакции в ответ на мышечную нагрузку не вполне ясен. В настоящее время почти все исследователи придерживаются мнения о нейрогенной природе прессорной реакции. Некоторые связывают ее с избытком ионов калия.

Вместе с тем помимо отмечеггных выше фактов уже имеется немало данных, позволяющих утверждать, что изменения АД при мышечной нагрузке зависят- от характера сокращения мьгшц (ритмические или изометрические), объема активной мышечной массы (работа локальная, региональная или глобальная), мощности и длительности циклической работы, силы и продолжительности сокращений, УСЛОВИЙ окружающей среды (температура, высота над уровнем моря и др.).

При глобальной циклической работе систолическое АД в большом круге кровообращения возрастает в линейной зависимости от увеличения МОК и потребления кислорода и может достигать 200 и более мм рт. ст. Аналогичная зависимость прироста АД наблюдается и от повышения ЧСС.

В малом круг е кровообращения (в легочной артерии) АД даже при максимальной работе возрастает намного меньше - САД с 20 до 30-35 мм рт. ст., а ДАД с 10 до 12-15 мм рт. ст. При хорошем состоянии аппарата регуляции ССС АД восстанавливается через 5-6 мин после завершения нагрузки.

При равных нагрузках у пожилых людей АД возрастает несколько больше, чем у молодых. У пожилых ЛЮдей через 20-30 с после окончания мышечной нагрузки иногда наблюдается дальнейшее повышение АД [7]. У мужчин и женгцин до рубежного возраста при равных нагрузках АД повышается примерно одинаково (у женгцин в большей степени за счет ЧСС); после него у женщин АД повышается существенно больше Период ресгитутцти у мужчин ощутимо короче, чем у женщин, впрочем, многое опредешется степенью их треггирован-ности. Вот почему датгные о степени изменения и скорости восстановления АД при использовании стандартных нагрузочных проб используют для оценки функционального состояния ССС.

С отмеченными изменениями АД и ЧСС необходимо считаться, когда в условиях реабилитации функций или тренировки скелеті ГЫХ МЫШЦ используется электростимуляция, а у субъекта уже в исходном состоянии имеет место тенденция к повышенному АД или электрической нестабильности сердца. Приведенные данные должны учитываться и при рекомендации вида физической нагрузки индивиду, особенно старшей возрастной группы [8].

Продолжая тему физиологических механизмов развития столь необходимой при мышечной нагрузке прессорной реакции АД, отметим следующее.

Пресеорная реакция может быть связана с аффе-рентацией, вызваггной ишемией работающих мышц. Безмиелиновые и слабомиелшшзированные афферентные волокна, находящиеся в мышцах, во время сокращения активизируются сильными механическими воздействиями, а также различными химическими агентами, включая ионы калия, ацетилхолин, гистамин, брадикинин и другие. В результате повышается активность симпато-адреиаловой системы. Значительно возрастают конечно-диастолический объем и давление в желудочках сердца, что влечет за собой повышение эффективности механизма Старлинга. Увеличиваются объем циркулирующей крови и ЧСС, снижается чувствительность барорецепторов ССС, повышается тощ е кровеносных сосудов в неработающих мышцах в других зонах, не связанных с работающими мышцами. Так, например, при работе мышц нижних конечностей кровеносные сосуды неработающих рук суживаются, и приток крови к ним уменьшается (исключение составляют люди, страдающие стенозом аорты).

В лаборатории И.Л. Алексеева и др. [91 для объяснения причин возникновения прессорной реакции, не исключая нервный механизм, обратили внимание на значимость древнего гуморального звена 15 формировании прессорной реакции, которое другими исследователями обычно недооценивается. Было показано, что при разных режимах стимуляции крупных мышц у человека (многопрограммный нейромиости-мулятор типа Аист-01 (В1ШИМГ1) обычно происходит снижение еодержаггия ионов магния и кальция в сыворотке крови. При ашшизе полученных результатов авторы исходили из того, что подобная стимуляция мышц разными частотами и силой тока (включая противоболевые программы) может вызывать по крайней мере при непродолжительном воздействии только приспособительную реакцию. С этой точки зреггия роль краткоерошюго дефицита ионов магния в сыворотке крови состоит' в повышении сосудистого тонуса и форигировании электрической нестабильности сердца, облегчающей возникновение тахикардии. Оба этих механизма приводят к повышению АД. Им содействует и появляющаяся гипокальциемия (автоматический анализатор Cabas Mira plus, Швейцария).

Распределение кровотока при мышечной нагрузке. Усиление кровотока в работающих мышцах достигается за счет увеличения и перераспределения сердечного выброса. В итоге вместо 15-20 % МОК, которые поступают к мышцам в условиях покоя, при максимальной нагрузке к ним поступает 80-90 % МОК. В целом при такой нагрузке происходит 15-20-кратное усиление кровотока в скелетных мышцах (рис. 2). Мышцы - единственная ткань орг анизма, где в столь высокой степени усиливается кровоток при нагрузке. Другими словами, рабочая гиперемия в них проявляется в наибольшей степени.

Из табл. 1 видно, что при нагрузке с целью приспособления к изменившимся условиям метаболизма происходят- значительные трансформации как в центральной, так и в периферической гемодинамике. В несколько раз увеличивается М( Ж, кровоток в сер;ще и самих скелетных мышцах. В основном это осуществляется за счет снижения кровотока в желудочнокишечном факте и печени. Объемный кровоток в мозге почти не изменяется (иначе что было бы с клетками мозга, заключенными в жесткую черепную

ІІД1 ГУЗКА

большой мощное ш

Рис. 2. Перераспределение кровотока при увеличении мощности нагрузки у мужчин Нагрузка большой мощности сопровождается почти 20-кратным увеличением кровотока в скелетных мышцах. 4-кратным увеличением коронарною кровотока, небольшим изменением мозгового кровотока и значительным снижением кровотока в остальных тканях

коробку, и всякий раз при нагрузке, сдавливаемыми

жидкостью; кровоснабжение в мозге изменяется главным образом за счет изменеігия скорости потока крови). Кровоток в пассивной в метаболическом отношении коже практически не изменяется.

Реакция мышечных сосудов на нагрузку1 имеет довольно низкий порог срабатывания. Достаточно всего одного сокращения мышц предплечья длительностью всего 0.3 с, чтобы произошло отчетливое увеличение кровотока. Степені, гидравлического сопротивления сосудов сокращающейся мышцы зависит от ко.\шлекса факторов. При произвольной активации мышц человека основными из них являются сила и продолжительность сокращения. Кроме того, рабочая гиперемия зависит- от морфолог ических и функциональных особенностей скелетных мышц [10, 11]. В общем виде считают, что важным фактором, определяющим количественные характеристики рабочей гиперемии, является интенсивность потока импульсов в двигательном нерве [12].

Таблица 1

Сердечный выброс и региональный кровоток у мужчин, ведущих сидячий образ жизни.

Их величніші в покое и при изотонической нагрузке в условиях максимального потребления кислорода

Показа! ели Спокойное состояние І Іагрузка

мл/мин

МОК 5,900 24,000

Кровоток в:

- сердце 250 1,000

- MO'.U’e 750 750

- активированной скелетной

мышце 650 20.850

- инактивированной скелет-

ной мышце 650 300

— коже 500 500

- ночке, печени, желудочно-

кишечном тракте 3,100 600

В скелетной мышце кровоток усиливается за счет активации симпатических холинергических волокон. Общая тенденция к симпатическом)' сужению сосудов подавляется их метаболическим расширением. Расширение микрососудов в работающей мышце достигается преимущественно за счет увеличения содержания в крови С02, ионов калия и водорода. Расширение сосудов работающих мышц касается в основном артериол. Вены как работающих, так и неработающих тканей сужены, особенно вены внутренних органов. Г:>гот механизм помогает осуществлять заправку сердца кровью и поддерживает на должном уровне сердечный выброс.

При беге, однако, наблюдается заметное снижение венозного давления в области голеностопного сустава благодаря насосном) действию мышц. В других отделах венозных сосудов - в бедренных венах и нижней полой вене кровяное давление понижено до 20-25 мм рт. ст. Последнее обусловлено не только повышением венозного тонуса и усиленным оттоком крови от работающих мышц, но в наибольшей степени повышенным внутрибрюшным давлением, что жизненно необходимо при беге для фиксации внутренних органов. Вместе с тем такое повышение внут-рибрюшпого давления представляет собой дополнительное сопротивление доя сердечного выброса.

Во время мышечной нагрузки существуют свои особенности поведения сосудов кожи. Они зависят от мощности нагрузки и времени действия ее. Терморегуляторные приспособления очень важны при мышечной нагрузке любой мощности. 80 % всей энергии сокращения мышц превращается в тепловую и подлежит рассеиванию с помощью сосудов кожи. При умеренной нагрузке кровоснабжение кожи обычно возрастает в 3—4 раза. При нагру зке большой мощности, когда МОК должен поддерживаться на самом высоком уровне, после первоначальной дила-тации происходит сужение сосу дов кожи и кровоток в коже возвращается практически к исходному уровню. Тем самым обеспечиваются максимальные венозный возврат и МОК. Указанные изменения терморегуляции контролируются гипоталамусом.

При длительной выраженной мышечной нагрузке отмечаются не только биологически целесообразные приспособительные реакции, по и реакции негативного свойства. Так, например, во время нагрузки большой мощности происходит не увеличение кровотока в сосудах кожи, а сужение их. в результате чего нарушается терморегуляция. (Аналогичная ситуация складывается у людей с недостаточностью кровообращения; в обоих случаях перераспределение цирку-

лирующей крови направлено на поддержание основного показателя ССС - МОК). Из-за снижения кожного кровотока и способности рассеивать тепло физическая работоспособность снижается.

Как известно, адаптация к физической нагру зке сопровождается гипертрофией миокарда. Объем каждого кардиомиоцита при пом увеличивается, о;щако поверхность его мембраны, отнесенная к единице объема клетки, уменьшается, что влечет за собой нарушения электрогенеза, ферментативного обеспечения клетки и в конечном счете депрессию сократительной способности миокарда [1]. Отрицательные последствия адаптации к предельным мышечным нагру зкам сказываются и па состоянии почек, печени, желудочно-кишечного факта и центральной нервной системы. Проблема индивидуального оптимума физической нагрузки все еще ждет своего решения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сауля А.И., Меерсон Ф.З. Постстрессорные нарушения функции миокарда. Кишинев Штиннца, 199(1. С. 1 60 2 Smith J.J., Катрт J.P. Circulatory physiology The essentials Baltimore: Williams a Wilkms, 1990 345 p 3. Мапяренко Ю.Е., Тхоревскый В.И. Руководство по физиологии кровообращения. К1 : Изд-во ’1111И им. В.И.Ленина, 1989. 140 с

4 Astmnd P., Rodahl Textbook of work physiology 2 nd ed N - Y McGrow-НШ, 1977.417 р.

5 Geiger S.R. (Ed.). Handbook oT physiology. The cardiovascular system.

V. 3 Amer. physiol, society. Bethesda, Maryland, 1980. 710 p

( Mitchell J.H., Kaufman ' / ■'’ Iwamoto С).A. The exercise pressor reflex, its cardiovascular effects, afferent mechanisms, and central pathways /V Annu Rev Phvsml 1983. V. 4> ! 229-242.

7. Маляренко Ю.Е, Маляренко Т.Н. Общая и возрастная фитоло-

гия кровообращения М 1 IpoMeieil. N92 312 с 8 Маляренко ЮЛ*., Маляренко Т.Н., Черкасов ' / '/ Ак1пвация физиологической чащи п.| кровоопращения с помощвю сенсорных притков: Материалы конф . посвящ ioo-летию каф физиологии (’ПбГМУ Г.-116., 1 998. С ^ I-54 9. Алексеева II.A., Катаранова A.JO., Дробышеса Л.В. Влияние акустического сенсорного притока на динамику некоторв]Х компонентов сыворотки крови при стрессе /' Вестн Тамбов ун-та Сер Встеств и технич науки Тамбов. 1998 'Г 3 Вып. 4 С 4.32-434.

1(1 Скорое Я.В., Дчерее В.Я. Сравнительная характеристика основных показателей функциональной гиперемии в мышцах предплечья и голени человека при работе до отказа / Регуляция кровообращения в скелетных мышцах Рига Зинатне. 1973 С 103-111

11 Тхоревский В.II. Рабочая гиперемия в мышцах предплечья и [олени человека при статических сокращениях различной си;1ы. длящихся до 01 каза Физиология человека 1978 Т 4 .N1’ о С 1085-1092

12. Хак/пшн В.М., Маниелян Л.Р. Гисгочеханическая гипотеза рабочей пшеремнн скелетных мышц Корреляция кровоснабжения с метаболизмом и функцией. Тбилиси: Мицниереба. 1969 С. 120-136.

Поступила в редакцию 16 июня 1999 г.