БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004

14. ТРАНСПОРТ У ЖИВОТНЫХ

14.7. Сердце

14.7.5. Влияние физической нагрузки на сердечно-сосудистую систему

Кратковременные эффекты

При физической нагрузке работающим мышцам необходимо получать больше, чем в покое, кислорода и глюкозы для аэробного дыхания и быстрее отводить образующиеся диоксид углерода и тепло. Это происходит в результате резкого усиления кровоснабжения, что обеспечивается работой нескольких механизмов.

Во время непрерывной тяжелой нагрузки выброс левого желудочка может возрасти с 4—6 л/мин (в покое) до 15 (нетренированная женщина), 22 (нетренированный мужчина) и даже 30 (у спортсмена) л/мин; иными словами, при таком режиме работы примерно за 2 мин можно было бы наполнить средних размеров ванну. Обеспечивается это не только за счет увеличения частоты сокращений сердца, но и за счет увеличения ударного объема (т. е. более полного опорожнения желудочков). Как правило, в результате происходит повышение давления приблизительно на 30%. Грубо говоря, при максимальной физической нагрузке ЧСС может возрасти втрое, а ударный объем — вдвое. У тренированного спортсмена это в сочетании с расширением сосудов под влиянием адреналина и симпатической нервной стумиляции (см. ниже) способно увеличить кровоснабжение мышц в 25 раз, причем примерно половина эффекта обусловлена вазодилатацией, а половина — ростом артериального давления. Расширение сосудов наблюдается не только в скелетных мышцах, но также в легких и непосредственно в самом сердце.

За счет чего увеличивается сердечный выброс? При подготовке к физической нагрузке и в ее начальной фазе симпатическая нервная система и адреналин стимулируют усиленную работу сердца. Однако в дальнейшем такой ритм работы поддерживается другими нервными и гормональными факторами. Например, расширение вен в мышцах увеличивает возврат крови в сердце, а это повышает сердечный выброс по механизму, описанному в разд. 14.7.4 (см. также рис. 14.24). В органах, которые при физической нагрузке меньше, чем мышцы, нуждаются в кислороде, особенно в кишечнике, печени, почках и селезенке, происходит сужение (вазоконстрикция) артериол (разд. 14.7.7). Эффект обусловленного интенсивной работой мышц повышения в крови концентрации диоксида углерода обсуждается в разд. 14.7.7.

В конечном итоге усиленное выделение организмом тепла приводит к расширению кровеносных сосудов кожи. Повышенная температура крови стимулирует гипоталамус (отдел головного мозга), откуда нервные импульсы поступают в сердечно-сосудистые центры продолговатого мозга, стимулирующие расширение кожных артериол, что обеспечивает усиленное выделение тепла в окружающую среду.

Рис. 14.25 отражает некоторые эффекты физической нагрузки у бегуна-марафонца. Повышение ударного объема (примерно на 50%) и ЧСС (примерно на 27%) приводит к росту у него сердечного выброса с 5 до 30 л/мин. Обратите внимание на то, что ударный объем достигает своего максимума намного раньше, чем ЧСС, хотя сначала он увеличивается гораздо быстрее. Это типично для тренированного организма. Именно повышенный сердечный выброс (а не особенности дыхания) определяют основную разницу между спортсменом-марафонцем и неподготовленным к длинным забегам человеком.

Рис. 14.25. Влияние физической нагрузки на спортсмена-марафонца. Показаны ударный объем и частоты сокращений сердца (ЧСС) при различных уровнях сердечного выброса.

Долговременные эффекты

Сердце, как и любые другие мышцы, при регулярной нагрузке становится сильнее. Следовательно, долговременные тренировки и укрепляют сердце, и приводят к повышению сердечного выброса. Как отмечено выше, между марафонцем и нетренированным человеком разница по этому показателю в типичном случае составляет 40%. Объемы камер сердца увеличиваются, а масса миокарда возрастает на 40% и более. Улучшаются все его функциональные характеристики, что обусловлено расширением сосудистой сети сердца и увеличением числа и размеров митохондрий в кардиомиоцитах. Следует подчеркнуть, что для этого необходимы регулярные длительные аэробные нагрузки, а не краткие «вспышки» интенсивной физической активности, приводящей к анаэробному дыханию мышц.