Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)
Шрифт:
Для того чтобы увеличить поток крови к работающим мышцам, главный кардиоваскулярный ответ организма на нагрузку заключается в возрастании сердечного выброса. Сердечный выброс - это количество крови, которое выбрасывают желудочки каждую минуту и является произведением ударного объема на число сердечных сокращений. При физической нагрузке и ударный объем, и ЧСС возрастают, однако степень возрастания зависит от характера нагрузки и физического состояния обследуемого.
Однако, когда число сердечных сокращений возрастает до 110 - 130 ударов в минуту, скорость возрастания ударного объема снижается. Взаимоотношение числа сердечных сокращений (HR) и потребления кислорода (VO<sub>2</sub>) индивидуально и выражается
path: pictures/0588.png
Рис. 5-88. Линейный характер взаимоотношения частоты сердечных сокращений и потребления кислорода.
Систолическое артериальное давление при максимальной физической нагрузке превышает уровень давления в состоянии покоя на 80 - 150 мм рт.ст. Диастолическое артериальное давление возрастает незначительно и, как правило, остается на уровне значения покоя.
Чтобы лучше понять влияние сердечно-сосудистой системы на метаболические параметры во время нагрузки, необходимо рассмотреть основные факторы, из которых складывается работа миокарда и ее увеличение в условиях физической нагрузки, а также циркуляторные механизмы доставки кислорода к тканям. Для достижения увеличения потребления кислорода во время нагрузки сердечно-сосудистая система должна увеличивать сердечный выброс (Q) и повышать экстракцию кислорода тканями. Повышение потребления кислорода во время нагрузки осуществляется сердечно-сосудистой системой за счет трех основных механизмов: повышения ЧСС (HR), повышения ударного объема (SV) и возрастания артериовенозной разницы по кислороду - (A - V)O<sub>2</sub>. Эта зависимость нашла отражение в формуле Fick:
VO<sub>2</sub> = SV x HR x (A - V)O<sub>2</sub>.
Как видно из представленной формулы отношение потребления кислорода к ЧСС, или так называемый кислородный пульс (O<sub>2</sub>P), изменяется прямо пропорционально ударному объему (УО, SV) и может служить его неинвазивным индикатором. А поскольку уменьшение ударного объема означает снижение насосной функции сердечной мышцы, то определение кислородного пульса и тахикардического ответа на нагрузку считается необходимым для оценки сердечно-сосудистой функции.
Сердечный выброс является произведением ударного объема на ЧСС. С повышением сердечного выброса происходят соответствующие изменения АД и сосудистого сопротивления. Изменения этих параметров отражаются на работе сердца и потребности миокарда в кислороде. Если эта потребность превышает доставку кислорода к миокарду, то могут возникнуть признаки ишемии миокарда.
Общая работа, осуществляемая сердечной мышцей, состоит из двух компонентов. Первый - это часть работы, требуемая для поддержания сердечного выброса. Второй - статический компонент, затрачиваемый на поддержание напряжения миокарда. Таким образом:
Общая работа = (работа выброса + работа напряжения) x ЧСС.
Работа миокарда для клинических целей (например, деления больных ишемической болезнью сердца на функциональные классы) выражается в форме двойного произведения (ДП):
ДП = систолическое АД x ЧСС.
Ударный обьем может повышаться вследствие повышения конечно-диастолического объема или снижения конечно-систолического объема. Эластическая же работа существенно повышается в том случае, если наполнение сердца кровью превышает соответствующий уровень и резко вырастает давление наполнения. Кроме того, наполнение сердца требует времени, увеличение которого приводит к уменьшению времени сокращения миокарда.
С возрастанием нагрузки сердечный выброс может повышаться наряду с повышением ЧСС. Однако при этом возрастает и относительное время систолы миокарда по отношению к времени диастолы. Кроме того, возрастает скорость кровотока, что приводит к повышению
Для того чтобы свести к минимуму работу в зависимости от конкретных обстоятельств и требуемого уровня сердечного выброса для соответствующего уровня работы, миокард выбирает оптимальный уровень ударного объема и ЧСС. Факторы, определяющие выбор наиболее эффективной комбинации УО и ЧСС, включают в себя: растяжимость сердечной мышцы; соотношение напряжения и давления в соответствии с законом Лапласа, которое зависит от размера сердца и сопротивления, преодолеваемого во время сокращения; давление наполнения желудочков; время наполнения желудочков; ламинарность или турбулентность потока; соотношение длина - напряжение, зависящее от размеров сердца и его внутренней сократимости.
Нормальное здоровое сердце достигает нужного сердечного выброса наиболее эффективным способом, в большей степени за счет повышения ударного объема, и в относительно меньшей степени за счет повышения ЧСС. Напротив, при снижении насосной функции сердца в покое, более оптимальным путем достижения определенного сердечного выброса во время нагрузки будет повышение в большей степени ЧСС, чем УО.
Во время нагрузки наряду с повышением сердечного выброса происходят соответствующие изменения периферического сосудистого сопротивления, которые способствуют уменьшению работы сердца, но поддерживают адекватное артериальное давление.
Чрезмерное его повышение вместе с сосудистым сопротивлением повышает работу сердца, а понижение не обеспечивает адекватной перфузии органов. Диастолическое давление обычно незначительно увеличивается при максимальной нагрузке (около 10 мм рт.ст). Системное сосудистое сопротивление равняется разнице среднего артериального давления (2/3 АД сист. + 1/3 АД диаст.) и давления в правом предсердии, деленной на сердечный выброс. Системное сосудистое сопротивление снижается во время нагрузки примерно на 40% вследствие дилатации мышечного сосудистого ложа.
Таким образом, и повышение АД и возрастание ЧСС при физической нагрузке существенно увеличивают объем работы, выполняемой сердечной мышцей, а следовательно и ее потребность в кислороде. Во время нагрузки миокард левого желудочка наиболее чувствителен к кислородному снабжению. Это объясняется несколькими причинами. По мере нарастания ЧСС повышается относительная продолжительность периода, во время которого миокард находится в состоянии систолы. Следовательно, доля времени внутри каждого сердечного цикла, когда возможна экстракция кислорода миокардом из коронарного кровотока, сокращается. Поэтому существует предельно допустимый уровень ЧСС, свыше которого адекватная экстракция кислорода становится невозможной и этот уровень зависит главным образом от возраста человека. Поэтому достижение предельно допустимого ЧСС интерпретируется, как исчерпание миокардом своих резервных возможностей и достижение циркуляторного предела, а достижение субмаксимальной ЧСС (85% от предельно допустимого) является абсолютным показанием для прекращения тестов с физической нагрузкой.
Во время отдыха миокард экстрагирует практически весь кислород из коронарного русла. Содержание О<sub>2</sub> в смешанной венозной крови, оттекающей из коронарного русла составляет 20 мл/л. Во время нагрузки он попадает в неблагоприятные условия, так как дальнейшее увеличение экстракции кислорода невозможно.
Кроме того, отсутствуют другие источники кислорода в сердечной мышце, помимо коронарного кровоснабжения. Миокард же в свою очередь неспособен работать в анаэробном режиме на протяжении длительного периода. Если коронарное русло становится неспособным поддерживать адекватный кровоток в условиях сокращенного диастолического периода и возросших потребностей, то возникает ишемия миокарда.