гомеостатичность постнагрузки левого желудочка сердца в

ГОМЕОСТАТИЧНОСТЬ ПОСТНАГРУЗКИ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА В
ПОКОЕ И ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ У СПОРТСМЕНОВ
Орел В.Р., Маркарян В.С., Клюкина Д.А.1
РГУФКСиТ, РГСУ1, г.Москва
Введение
Усилия левого желудочка сердца при выбросе крови в аорту обеспечивают
преодоление всех сосудистых сопротивлений, противодействующих изгнанию крови:
периферического (R), эластического (Еа) и инерционного (Js) [2, Error! Reference source
not found., 9]. При этом конечной целью работы сердечно-сосудистой системы является
непрерывное, бесперебойное прохождение крови через капиллярное русло, вязкостные
характеристики
которого
определяют
величину
периферического
сопротивления
артериальной системы [2, Error! Reference source not found., 8, 9, 10]. Усилия сердца в
ходе изгнания крови совершенно не различают отдельные сосудистые сопротивления [2,
Error! Reference source not found., 9, Error! Reference source not found.], а
преодолевают некоторое единственное сопротивление – артериальный импеданс (Zа),
интегрирующий действие комплекса сопротивлений {R, Еа, Js}.
Артериальный импеданс, определяющий величину постнагрузки (afterload) левого
желудочка (ЛЖ) сердца [2, 9, 10], формируется под совместным влиянием всех
сосудистых сопротивлений
Артериальный импеданс равен сумме статической (Zр) и
динамической (Zk) составляющих: Za = Zp + Zk [Error! Reference source not found.,
Error! Reference source not found., Error! Reference source not found.]. Причем
составляющая Zр зависит от механической работы левого желудочка по расширению
упругих стенок аорты, а составляющая Zk пропорциональна кинетической энергии
сердечного выброса [2, Error! Reference source not found., Error! Reference source not
found.].
При выполнении мышечной работы системные сосудистые сопротивления,
обеспечивая прохождение возросшего кровотока, значительно меняют свои величины по
сравнению с условиями покоя. Периферическое сопротивление резко падает с ростом
мощности физической нагрузки, а эластическое и инерционное – возрастают [2, Error!
Reference source not found., 8, 10]. Так, при мышечной работе с мощностью 1000 кгм/мин
величины сопротивлений изменяются в 2-4,5 раза (на 100-350%) по сравнению с данными
покоя [7]. Почти так же значительно меняются и составляющие импеданса. Однако в этих
условиях сам артериальный импеданс изменяется весьма незначительно, увеличиваясь в
среднем на 12-27% [2, 7, 10]. Следовательно, в условиях покоя и при непредельных
физических нагрузках артериальный импеданс у спортсменов обладает свойством
гомеостатичности, оптимизируя тем самым рабочую нагрузку ЛЖ [5, Error! Reference
source not found.]. При этом физиологические механизмы, реализующие эффект
автостабилизации артериального импеданса у спортсменов, еще изучены недостаточно.
Ниже в покое и при мышечной работе рассматриваются попарные корреляционные
взаимосвязи между артериальным импедансом и его составляющими. Обсуждаются
корреляционные
эффекты
обеспечения
относительного
постоянства
величины
постнагрузки ЛЖ сердца.
Методы
В исследованиях участвовали 216 спортсменов различных специализаций.
Испытуемые были разделены на две группы: 135 спортсменов с PWC170 > 1200 кгм/мин
(1-я группа) и 81 испытуемый с PWC170 < 1100 кгм/мин (2-я группа). С помощью
комплекса РЕОДИН [Error! Reference source not found.] в покое и при выполнении
работы на велоэргометре с мощностями 500 и 1000 кГм/мин определялись ударный объем
крови, частота сердечных сокращений (ЧСС) и длительности фаз сердечного цикла. Также
измерялось систолическое и диастолическое артериальное давление (метод Короткова).
Измерения проводились в покое и при мышечной работе в устойчивом состоянии (после 3
мин от начала педалирования). Артериальный импеданс и сосудистые сопротивления
вычислялись
с
помощью
программ,
основанных
на
специально
разработанной
аналитической модели [Error! Reference source not found., Error! Reference source not
found.].
Результаты и обсуждение
В таблице представлены показатели центральной гемодинамики и сосудистой
нагрузки сердца в двух группах испытуемых в покое и при мышечной работе.
Возрастание минутного кровотока с ростом мощности мышечной работы происходило в
известных пределах: в среднем от 5.1 л/мин в покое до 19.9 л/мин при мощности 1000
кгм/мин (табл.). Изменения показателей центральной гемодинамики обеспечивались
соответствующими адаптивными переменами в величинах сосудистой нагрузки сердца
(табл.). Для сравнения динамики величин сосудистых сопротивлений, а также
артериального
импеданса
у испытуемых
двух
выделенных
групп
вычислялись
относительные величины показателей в виде: П/minП, где minП для каждого показателя П
определялся по таблице.
На рис.1 приведены данные об изменениях величин П/minП в зависимости от
соответствующих значений ЧСС в покое и при мышечной работе для сопротивлений {R,
Еа, Js} и артериального импеданса Za. Периферическое сопротивление R в условиях покоя
превышает свои значения при мышечной работе соответственно в 2,8 - 3,1 раз для
испытуемых обеих групп (табл.). Эластическое сопротивление артериальной системы Еа
возрастает при 2-й мышечной нагрузке в 1,9 - 2,5 раза по сравнению с покоем (табл.).
Более значительно в этих условиях возрастало инерционное сопротивление Js – в 3,8 - 4,2
раза (рис.1, табл.). Артериальный импеданс Za в 1-й и 2-й группах при выполнении
мышечной работы (1000 кГм/мин) возрос по отношению к условиям покоя (табл., рис.1)
лишь на 13 и 27% соответственно. Факт относительной стабилизированности величины
артериального импеданса хорошо согласуется с ранее приведенными данными [5, Error!
Reference source not found.].
На рис.2 представлены безразмерные значения (П/minП) артериального импеданса
и его составляющих. Для артериального импеданса изменения те же, что и на рис.1, а
безразмерные величины составляющих импеданса (рис.2) изменяются в значительно
более широких пределах вполне сопоставимых с изменениями сосудистых сопротивлений
в условиях покоя и мышечной работы (рис.1).
Показатели, П(ЧСС)/minП
5
4,2
3,8
4
3,1
2,8
3
R
2,5
Ea
1,9
2
Js
1
Za
1,27
1,13
0
50
70
90
110
130
150
ЧСС, уд/мин
Рис.1. Безразмерные значения сосудистых сопротивлений и
артериального импеданса в покое и при мышечной работе
170
3
2,84
П(ЧСС)/minП
2,5
2,35
2,2
2
2,0
1,5
1,13
1,27
Za
1
Zp
0,5
Zk
0
40
60
80
100
120
140
160
180
ЧСС, уд/мин
Рис.2. Безразмерные значения и артериального импеданса и его
составляющих в покое и при мышечной работе
Аналогично периферическому сопротивлению (рис.1) статическая составляющая
артериального импеданса снижается с увеличением мощности мышечной работы (рис.2).
Относительный
рост
динамической
составляющей
импеданса
(рис.2)
связан
с
увеличением в этих условиях кинетической энергии сердечного выброса, а также с ростом
механического
импульса
ударного
объема
крови,
определяющего
инерционное
сопротивление. Относительное увеличение динамической составляющей импеданса при
мышечной работе (рис.2) по сравнению с условиями покоя несколько менее выражено,
чем соответствующий рост инерционного сопротивления (рис.1).
На рис.3 представлены изменения артериального импеданса и его составляющих в
зависимости от ЧСС в покое и при мышечной работе. На рис.3 индексы 1 и 2 в
обозначениях отвечают данным испытуемых 1-й и 2-й групп соответственно. Отметим,
что реальный диапазон колебаний составляющих артериального импеданса (рис.3)
меньше, чем у Za, поскольку импеданс является суммой своих составляющих [2, Error!
Reference source not found.].
Артериальный импеданс и его
составляющие, дин·с·см-5
110
Za2
90
Zp2
70
Zk2
Za1
50
Zp1
30
Zk1
10
40
60
80
100
120
140
160
180
ЧСС, уд/мин
Рис.3. Зависимости артериального импеданса и его составляющих от
ЧСС в покое и при мышечной работе в двух группах испытуемых
В покое в обеих группах испытуемых величины статической составляющей в
среднем практически вдвое превышают величины динамической составляющей (рис.3).
Представленные на рис.3 регрессионные зависимости импеданса и его составляющих от
ЧСС построены раздельно по данным каждой группы испытуемых. При мышечной работе
на велоэргометре изменения составляющих импеданса происходят монотонно с
увеличением мощности педалирования при одновременном естественном росте ЧСС
(рис.3). Статическая составляющая импеданса монотонно снижается, а динамическая –
монотонно возрастает в диапазоне изменений ЧСС в пределах от 60 до 160 уд/мин.
Артериальный импеданс в диапазоне ЧСС от 60 до 100-110 уд/мин снижается синхронно
с уменьшением Zp и ростом Zk пока составляющие не сравняются по величине (рис.3).
При этом артериальный импеданс достигает своего минимального значения раздельно по
данным каждой группы испытуемых (рис.3) в диапазоне 100-110 уд/мин. При ЧСС свыше
100-110 уд/мин преобладающий вклад в величину импеданса вносит динамическая
составляющая (рис.3). Отметим, что составляющие артериального импеданса при
мышечной работе у испытуемых 2-й группы оказались больше, чем в 1-й (рис.3).
На рис.4 приведены величины парных коэффициентов корреляции между
артериальным импедансом и его составляющими раздельно по каждой группе
испытуемых и по условиям исследований (покой, мощности работы 500 и 1000 кгм/мин).
При этом соответствующие пары коэффициентов корреляции (ZaZp, ZaZk, ZpZk) в
условиях покоя и при физических нагрузках практически одинаковы в обеих группах
испытуемых
(рис.4).
Парные
коэффициенты
корреляции
между
импедансом
и
составляющими (ZaZp, ZaZk), и между двумя составляющими (ZpZk) сгруппированы
(рис.4) по три в соответствии с условиями исследований и отмечены индексами (1 и 2) для
групп
испытуемых.
Причем
все
коэффициенты
корреляции
(рис.4)
являются
статистически значимыми (р < 0,001), а тройки коэффициентов корреляции практически
Коэффициенты корреляции
идентичны для обеих групп испытуемых
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1
-1,2
0,88
0,81
Покой
ZaZp1
ZaZk1
ZpZk1
ZaZp2
ZaZk2
500
кгм/мин
ZpZk2
1000
кгм/мин
-0,52
-0,61
-0,91
-0,92
Пары коррелятов
Рис.4. Коэффициенты корреляции между артериальным импедансом
и его составляющими по двум группам испытуемых в покое и при
мышечной работе
В покое в обеих группах рост статической составляющей Zp сопряжен с
увеличением артериального импеданса Zа, а увеличение Zk наоборот сопровождается
определенным снижением импеданса. При выполнении мышечной работы увеличение Zp
сопряжено с уменьшением Zа, а возрастание Zk сопровождается увеличением импеданса
Zа (рис.4).
Наиболее
выражен
эффект
автостабилизации
артериального
импеданса
в
корреляционных взаимоотношениях между составляющими (рис.4). В обеих группах
испытуемых коэффициенты корреляции между Zр и Zk меньше -0,9 как в условиях покоя,
так и при мышечной работе (рис.4). Увеличение любой составляющей импеданса, как в
покое, так и при физических нагрузках сопряжено с некоторым снижением другой
составляющей, что способствует сохранению практически на постоянном уровне
величины артериального импеданса как постнагрузки левого желудочка сердца (табл.,
рис.1, 2).
Литература
1.
Импедансная плетизмография (реография). С. 81 – 90 / В сб.: Инструментальные
методы исследования в кардиологии // Под научн. ред. Г.И. Сидоренко. – Минск, 1994
– 272 с.
2.
Карпман В.Л., Орел В.Р. Артериальный импеданс у спортсменов // Труды ученых
ГЦОЛИФК. – М.: ГЦОЛИФК. – 1993. – С.262-271.
3.
Карпман В.Л., Орёл В.Р. Исследование артериального импеданса у человека // В сб.
Кардиореспираторная система. Количественные характеристики. – Таллин: Валгус. –
1986. – С.42-80.
4.
Карпман В.Л., Орел В.Р. Исследование входного импеданса артериальной системы
у спортсменов // Клинико–физиологич. характеристики сердечно–сосудистой системы у
спортсменов. М.: РГАФК. – 1994.  С.92-116.
5.
Орел В.Р. Автостабилизационные свойства артериального импеданса и фазовая
структура сердечного цикла у спортсменов // Спортивная медицина и исследования
адаптации к физическим нагрузкам. – Научные чтения, посвященные 80-летию со дня
рождения проф. В.Л.Карпмана. – М.: РГУФК. – 2005. – С.46-48.
6.
Орел В.Р., Амнуэль Л.Ю., Травинская А.Г., Орел М.В., Головина Т.Б. Влияния
сосудистой нагрузки и сократимости сердца на сердечный ритм у спортсменов. // В сб.:
Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. Пятая
научно-практическая конференция.- М.: АО НТЦ «МЕДАСС»- 2003.- С. 368-372.
7.
Орел В.Р., Травинская А.Г., Амнуэль Л.Ю.Динамика совместных изменений
сократимости сердца, сосудистых сопротивлений и частоты сердечных сокращений у
спортсменов различной выносливости // Спортивная кардиология и физиология
кровообращения. – Научная конференция. – М.: РГУФК. – 2006. – С.56–64.
8.
Karpman V.L.: Cardiovascular system and physical exercise. Boca Raton, Florida: CRC
Press Inc. 1987.
9.
Milnor W.R. Arterial impedance as ventricular afterload // Circ.Res. – 1975. – V.36. –
P.365-370.
10.
Orel V.R.: Arterial impedance and muscular work. / XVII European Congress on
noninvasive cardiovascular dynamics (Abstr. book). Ljubljana. – 1995. – Р.70.
11.
Orel V.R. Homeostaticity of arterial impedance and phasic stracture of the cardiac cycle
in athletes.// Second Annual Congress of the European College of Sport Science. Book of
Abstracts II (Poster Presentations). – Copenhagen, Denmark. – 1997.
12.
TAYLOR M.G. WAVE TRAVEL IN ARTERIES AND THE DESIGN OF
CARDIOVASCULAR SYSTEM // IN: PULSATILE BLOOD FLOW. ED.: E.O.ATTINGER. –
N-Y: MCGRAW-HILL. – 1964. – P.343-372.
Таблица.
Показатели гемодинамики и сосудистой нагрузки левого желудочка сердца ( Х   ) в
покое и при мышечной работе
Показатель
Мощность
кгм/мин
Группы испытуемых
Первая группа
Вторая группа
Частота сердечных
сокращений (ЧСС),
уд/мин
Покой
64.5 ± 5.45
70.96 ± 5.17
500
108.6 ± 3.75
119.8 ± 4.02
1000
142.2 ± 7.49
161.7 ± 4.05
Систолическое
артериальное
Покой
122.4 ± 6.31
125.7 ± 7.13
500
144.6 ± 7.10
157.2 ± 7.68
давление (Ps), мм
рт.ст.
Диастолическое
артериальное
давление (Pd), мм
рт.ст.
Минутный объем
крови (МОК), л/мин
1000
178.3 ± 12.1
204.5 ± 9.7
Покой
79.7 ± 5.1
82.7 ± 5.4
500
81 ± 5.6
85 ± 5.9
1000
83 ± 5.8
88 ± 5.6
Покой
5.11 ± 0.64
4.74 ± 0.63
500
12.10 ± 0.71
12.51 ± 0.75
1000
19.72 ± 0.88
19.93 ± 0.98
Периферическое
сопротивление (R),
динссм-5
Покой
1665 ± 214
1863 ± 250
500
809 ± 60
842.8 ± 58
1000
597 ± 27
658 ± 31
Эластическое
сопротивление (Ea),
динсм-5
Покой
1038 ± 181
1275 ± 208
500
1376 ± 169
1659 ± 192
1000
1950 ± 281
2548 ± 266
Инерционное
сопротивление (Js),
динс
Покой
23464 ± 5810
17396 ± 3696
500
41179 ± 6221
42341 ± 5628
1000
65804 ± 11603
72489 ± 12686
Артериальный
импеданс (Za),
динссм-5
Покой
77.1 ± 4.6
81.1 ± 5.1
500
75 ± 3.1
78.2 ± 3.17
1000
84.54 ± 7.8
95.56 ± 8.8