Основы силовой тренировки. Часть 6. Сердце и кровообращение

Автор: Андрей Антонов

Для дальнейшего понимания процессов происходящих в организме в результате физической деятельности нам необходимо разобрать устройство и работу системы кровообращения. Ведь именно кровь доставляет мышцам кислород, без которого невозможно окисление жиров и аэробный гликолиз, транспортирует к мышечным волокнам глюкозу и жирные кислоты, восполняя их энергетические запасы и именно она выводит из МВ молочную кислоту, продлевая их работоспособность. Но кровь может выполнять свои функции только в том случае, когда она непрерывно движется по сосудам. Именно таким образом кровь соединяет все органы нашего тела. Движение крови происходит благодаря координированной работе органов кровообращения — сердца и сосудов.
Центральным органом кровеносной системы является сердце – основной мотор кровотока. Кровеносные сосуды представляют собой трубки различного диаметра, последовательно соединенные между собой и образующие замкнутые большой и малый круг кровообращения. Сосуды, несущие кровь от сердца, называются артериями, а сосуды, по которым кровь течет к сердцу, - венами. Между артериями и венами располагаются самые мелкие сосуды - капилляры и другие структуры, образующие микроциркуляторное русло крови. Сердце человека представляет собой полый мышечный орган массой около 300 граммов, разделенный перегородками на четыре камеры. Левую половину сердца, содержащую артериальную кровь, насыщенную кислородом, иногда называют системной, а правую, наполненную венозной кровью, лишенной кислорода и обогащенной углекислым газом — легочной. В каждой половине есть соответствующее предсердие (верхняя камера, в которую кровь поступает из вен) и желудочек (нижняя камера, в которую кровь поступает из предсердий), разделенные атриовентрикулярной перегородкой, в которой имеются атриовентрикулярные клапаны. В перегородке между левым предсердием и левым желудочком находится двухстворчатый (митральный) клапан. В перегородке между правым предсердием и правым желудочком — трехстворчатый клапан. Со стороны желудочков к клапанам прикреплены сухожильные нити, благодаря чему клапаны могут открываться только в сторону желудочков и соответственно пропускать кровь только из предсердий в желудочки. Из левого желудочка выходит самая большая артерия — аорта, дающая начало большому кругу кровообращения. Из правого желудочка выходит легочная артерия, с которой начинается малый или легочный круг кровообращения. В самом начале аорты и легочной артерии расположены полулунные клапаны, пропускающие кровь только в сосуды соответственно большого и малого круга, но не обратно в сердце. Из левого предсердия артериальная кровь поступает в левый желудочек, из которого через аорту и артерии снабжает артериальной кровью все органы тела. Большой круг заканчивается полыми венами, из которых венозная кровь попадает в правую половину сердца, сначала в правое предсердие, а через него в правый желудочек. Затем из правого желудочка кровь поступает в сосуды малого круга кровообращения, проходящего через легкие, где происходит ее насыщение кислородом. Из легочных вен кровь вновь поступает в левое предсердие, и цикл кровообращения повторяется. Свою работу сердце выполняет благодаря ритмическим сокращениям сердечной мышцы, составляющей его стенки. Собирательное название сердечной мышцы – миокард.
Сердечная мышечная ткань, так же, как и скелетная, имеет поперечную исчерченность. Более того, они содержат типичные миофибриллы, состоящие из актиновых и миозиновых филаментов. Так же, как и в волокнах скелетных мышц, эти филаменты располагаются параллельно и скользят относительно друг друга в процессе сокращения. Однако, в отличие от скелетных мышц, где МВ укомплектованы параллельно, в сердечной мышце есть специальные участки, где МВ плотно смыкаются, образуя сеть, в которой МВ разветвляются, затем сливаются и разветвляются вновь. Таким образом, волокна миокарда состоят из большого количества отдельных кардиомиоцитов, которые соединены между собой последовательно и параллельно. Характерным морфологическим признаком сердечной мышцы являются специфически организованные контакты смежных миоцитов. Они выглядят темными полосками и называются вставочными дисками. Эти диски имеют десмосомы – структуры, фиксирующие вместе отдельные клетки, чтобы они не разошлись в стороны во время сокращения и не образовали бреши в соединениях. Десмосомы обеспечивают быструю передачу импульса сокращения. Такая организация мышечных клеток сердца дает возможность электрическому импульсу веерообразно распространяться по стенкам обоих предсердий и внутренней поверхности желудочков. Эти свойства позволяют миокарду во всех четырех камерах действовать как одно большое МВ, все волокна сокращаются согласованно. И если скелетная мышца может сокращаться с различной силой в зависимости от частоты нервного импульса и соответственно количества рекрутируемых ДЕ, то миокард каждого из четырех отделов сердца при достижении порогового уровня возбуждения сокращается весь и с максимально возможной силой. Этот принцип имеет название «Всё или ничего». В сердечной мышце нет деления МВ ни по энергетическому потенциалу, ни по уровню порога возбуждения. Все кардиомиоциты являются окислительными МВ, и их миофибриллы предельно оплетены митохондриями. Миокард имеет такой уровень выносливости, который никогда недостижим для скелетных мышц. Оно и понятно: сердце работает без отдыха всю жизнь, и днем, и ночью, начиная сокращаться, когда ребенок еще находится в материнской утробе и заканчивая вместе с последним вздохом человека. И все это время сокращения происходят с максимально возможной силой и с частотой, превышающей один раз в секунду. Поэтому утверждения некоторых интернет-гуру о том, что в первую очередь всем надо тренировать сердце, не имеют под собой не малейших оснований.
Как уже было сказано, функцией сердца является ритмическое нагнетание в артерии крови. Сокращение миокардиоцитов стенок предсердий и желудочков называют систолой, а расслабление — диастолой. Сокращения сердечной мышцы не подконтрольны сознанию человека, они иннервируются вегетативной нервной системой. Сердечная мышца, как и скелетные мышцы, обладает свойством возбудимости, способностью проводить возбуждение и сократимостью. К физиологическим особенностям сердечной мышцы относятся удлиненный рефрактерный период и автоматизм. Сердечная мышца менее возбудима, чем скелетная. Для возникновения возбуждения в сердечной мышце необходим более сильный раздражитель, чем для скелетной. Возбуждение по волокнам сердечной мышцы проводится с меньшей скоростью, чем по волокнам скелетной мышцы. Как и в скелетных мышцах, механизм мышечного сокращения запускается ионами кальция, освобождающимися из внутриклеточных мембранных структур — саркоплазматического ретикулума. Однако саркоплазматический ретикулум в миокардиальных волокнах менее упорядочен по сравнению со скелетными мышцами. Запасы внутриклеточного кальция меньше, поэтому сокращения сердечной мышцы более чем скелетной, зависят от содержания ионов кальция во внеклеточной жидкости.
В отличие от краевого расположения ядер в клетке скелетных мышц, ядра в клетке мышечной ткани сердца располагаются в центре клетки. Сами клетки по диаметру меньше мышечных волокон скелетных мышц. Сердечная мышца обладает особым свойством — автоматией. Если сердце удалить из грудной клетки, оно некоторое время продолжает сокращаться, не имея никакой связи с организмом. Импульсы, заставляющие сердце биться, ритмически возникают в небольших группах мышечных клеток, которые получили название пейсмекеров. Самый главный узел автоматии (скопление клеток-пейсмекеров) расположен в стенке правого предсердия у места впадения в него полых вен. Этот узел называется синусным или синоатриальным. Возбуждение, возникающее в этом узле, распространяется сначала по мышечным волокнам специальной проводящей системы, а затем и по всей сердечной мышце, заставляя ее сокращаться. Еще один крупный узел автоматии расположен в перегородке между предсердиями и желудочками, имеются и другие, более мелкие узлы. У здорового человека ритм сердцебиений задается синоатриальным узлом.
Средняя частота сердечных сокращений у человека в состоянии покоя — 75 ударов в минуту. Один сердечный цикл, состоящий из сокращения (систолы) и расслабления (диастолы) сердца, длится 0,8 секунды. Из этого времени систола предсердий занимает 0,1 секунды, систола желудочков — 0,3 секунды, диастола предсердий и желудочков — 0,4 секунды. При каждой систоле предсердий кровь из них переходит в желудочки, после чего начинается систола желудочков. По окончании систолы предсердий атриовентрикулярные клапаны захлопываются, и при сокращении желудочков кровь не может вернуться в предсердия, а выталкивается через открытые полулунные клапаны из левого желудочка по аорте в большой круг, а из правого — по легочной артерии в малый круг. Затем наступает диастола желудочков, полу лунные клапаны закрываются и не дают крови вытекать обратно из аорты и легочной артерии в желудочки сердца.
При каждом сокращении из сердца выталкивается в большой и малый круг приблизительно по 75 мл крови. Этот объем называют систолическим. Минутным объемом (МОК) называется тот объем крови, которое сердце выбрасывает в оба круга за 1 минуту. Величина эта в покое в среднем составляет 4,5-5,0 литров, однако при тяжелых нагрузках может повышаться до 30 литров! Разделив МОК на частоту сердечных сокращений в минуту (ЧСС), можно получить ударный объем кровотока или сердца (УОС). В покое он составляет 60–70 мл крови за удар.
Частота и сила сокращений зависит от нервной, гуморальной регуляции и биомеханических условий работы желудочков.
При вертикальном положении тела имеется механический фактор — сила тяжести крови, затрудняющий работу сердца, приток венозной крови к правому предсердию. В нижних конечностях скапливается до 300–800 мл крови.
При мышечной работе минутный объем кровотока растет за счет увеличения ЧСС и УОС. Заметим, что УОС достигает максимума при ЧСС 120–150 уд/мин, а максимум ЧСС бывает при 180–200 и более уд/мин. МОК достигает 18–25 л/мин у нетренированных лиц при достижении максимальной ЧСС (Физиология мышечной деятельности, 1982). В этот момент сердце доставляет организму максимум кислорода:
VO2 = МОК × Нв × 0,00134 = 20 × 160 × 0,00134 = 4,288 л/мин
Здесь Нв — содержание гемоглобина в крови, г/л крови; 0,00134 — кислородная емкость гемоглобина в артериальной крови.
Если бы мышцы нетренированного человека могли бы полностью использовать весь приходящий кислород, то этот человек мог бы стать мастером спорта по бегу на длинные дистанции (бегуны мирового класса потребляют кислород на уровне анаэробного порога 4,0–4,5 л/мин). Однако, в мышцах нетренированного человека, в отличии от сердца, мало митохондрий, поэтому максимальное потребление кислорода (МПК) у нетренированного мужчины составляет 3–3,5 л/мин (45–50 мл/кг/мин), у нетренированной женщины — 2–2,2 л/мин (40–45 мл/кг/мин). На уровне анаэробного порога потребление кислорода составляет в среднем 60–70 % МПК, что в 2 раза меньше, чем у мастеров спорта (Аулик И. В., 1990; Спортивная физиология, 1986).
Сердце при сокращении (систоле) выталкивает кровь в аорту и легочную артерию, растягивая их и создавая давление крови (Р). Движению крови препятствует сосудистое (периферическое) сопротивление. Максимальное давление называется систолическим артериальным давлением (САД), минимальное — диастолическим артериальным давлением (ДАД). В условиях покоя в норме САД = 120 мм рт. ст., ДАД = 80 мм рт. ст. Между растяжимостью (эластичностью) артерий и давлением крови в сосудах имеется обратная зависимость. Чем растяжимее артерии, тем больше крови может быть нагнетено без увеличения артериального давления (АД). При артериосклерозе стенка аорты менее эластична, поэтому надо сильнее нагнетать кровь (тот же объем крови, как у здорового человека), чтобы она дальше прошла по сосудам. Сопротивление кровотоку зависит от вязкости крови и, главным образом, от просвета сосудов. Увеличение напряжения мышц вызывает перекрытие сосудов — увеличение сосудистого сопротивления. Накопление в крови мышц продуктов анаэробных процессов (рН, рСО2, уменьшение рО2 и др.) приводит к рабочей гиперемии — расширению кровеносных сосудов, т.е. уменьшению АД (Физиология мышечной деятельности, 1981).
Нервный контроль и гуморальный наиболее важны в управлении функциями сосудистой системы. Симпатические нервные волокна иннервируют гладкие мышцы в стенках артериальных и венозных сосудов, особенно мелких. Кровоток через капилляры определяется местными факторами.
Сосудосуживающий эффект связан с выделением из окончаний адренэргических симпатических волокон норадреналина, который вызывает эффект сокращения гладкомышечных сосудистых клеток, имеющих альфа-рецепторы на мембране (почки, печень, желудочно-кишечный тракт, легкие, кожа). Сосудорасширительный эффект (вазодилятацию) вызывает действие норадреналина и адреналина на гладкомышечные клетки, имеющие бета-рецепторы (сосуды скелетных мышц, сердца, надпочечников) (Физиология человека, 1998).