АДАПТАЦИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ К ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ И КЛИНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЕЁ ОЦЕНКИ
В.М. Берёзов
Донецкий государственный медицинский университет
Физическая нагрузка является самым мощным фактором, влияющим на сердечно-сосудистую систему. Стремление к постоянному росту спортивных достижений заставляет искать новые пути развития адаптации организма спортсменов к систематическим мышечным нагрузкам. Изучение реакций сердечно-сосудистой системы на начительную физическую нагрузку началось давно. Менялись методические подходы и методы в соответствии с достижениями науки и техники, был выдвинут термин "спортивное сердце" – это комплек физиологических адаптаций у лиц, занимающихся физическими тренировками, направленных на повышение выносливости.
Адаптация сердечно-сосудистой системы к физической нагрузке предполагает развитие функциональных или структурных изменений, которые должны обеспечить наиболее эффективное и экономное расходование энергии при мышечном сокращении. Если вспомнить, что сердце представляет собой насос, который за одну минуту перекачивает примерно 10 литров крови (работает оба желудочка), то адаптационные механизмы могут отражаться на общеизвестных параметрах гемодинамики – ударный объем, сердечный выброс за единицу времени, АД, число сердечных сокращений, регионарный, или местный кровоток через наиболее нагруженную мышечную систему. Тренировочный процесс в спорте призван совершенствовать такие свойства организма, как скорость (быстрота), сила, выносливость. Разумеется, что не может быть каких-то единых критериев, с помощью которых мы можем оценить приспособительные реакции организма для всех видов физических нагрузок.
Увеличение массы сердца – гипертрофия – одна из наиболее заметных и значимых особенностей сердца при адаптации к острым или хроническим нагрузкам.
Адаптация к остым гемодинамическим нагрузкам идёт двумя путями.
Во-первых, изменяется количество поперечных мостиков, которые образуются между нитями двух сократительных белков – актина и миозина, а они, в свою очередь, зависят от длины мышечного саркомера – структурной сократительной единицы каждой клетки сердечной мышцы. Этот адаптационный механизм на молекулярном уровне выражается законом Старлинга для сердца: чем больше растянута сердечная мышца, тем эффективнее сокращение. Конечно, чрезмерное растяжение, когда актин почти не соприкасается с миозином, и мостики между ними не образуются, сократительная способность мышцы резко падает. Такая картина типична для далеко зашедших стадий сердечной недостаточности у больных, а у спрортсменов возможна на фоне перетренировки.
Во-вторых, острая адаптация к нагрузке осуществляется через вегетативную нервную систему – нейротрансмиттер норадреналин. Связываясь с адреноэргическим рецепторами, норадреналин повышает сократимость. Степень активности рецепторов зависит от концентрации иона Ca2+ вблизи сократительных белков.
В противоположность этому, при хронических, регулярно повторяемых нагрузках или тренировках, гипертрофия мышцы сердца (т.е. увеличение длины и/или толщины мышечных клеток) является главным адаптивным ответом. Новые саркомеры появляются в каждом миоците, увеличивается синтез белка, снижается распад некоторых белков. Меняется изоформа сократительных белков в пользу фетальных V3 форм тяжелых цепей миозина и актина. Этот вид белка способен выполнять большую работу при экономном расходовании поставляемого кислорода и энергии.
Увеличение объёма сердца и его массы характерно для спортсменов, тренирующихся на выносливость. При скоростных и силовых (изометрических) нагрузках возникает гипертрофия скелетных мышц (бодибилдинг) и миокарда. Дилятация (расширение) и гипертрофия всех четырёх отделов сердца у спортсменов, тренированных на выносливость, увеличивает насосные возможности. Возрастает доставка кислорода тканям как в покое, так и при нагрузке, что связано прежде всего с увеличением ударного объёма. Удлинение диастолической фазы наполнения, связанное с урежением пульса (брадикардией), ведёт к ещё большему росту ударного объёма и коронарного кровотока. В сосудах сердца (как и в сосудах скелетных мышц при значительных нагрузках) кровь передвигается преимущественно в период расслабления (диастолы). У спортсменов повышена и концентрация переносчика кислорода – гемоглобина, что также служит дополнительному транспорту кислорода. Известно, что в некоторых случаях переливание аутокрови, насыщенной кислородом, используется как допинг перед ответственными стартами.
Пульс или ЧСС как в покое, так и при субмаксимальных нагрузках по мере тренированности на выносливость постепенно замедляется. Объяснние этому известному факту таится в повышении активности блуждающего нерва, снижении активности симпатической нрвной системы и в некоторых рефлекторных механизмах самого сердца ( ацетилхолин и КХ не меняются). При брадикардии срабатывает эффект сбережения кислорода (при одинаковой работе нетренированный человек потребляет больше кислорода). После прекращения тренировок увеличение сердца и брадикардия регрессируют. У нетренированных лиц сердечный выброс увеличивается за счет повышения числа сердечных сокращений.
Чем определяется ударный объем и расчетная величина- сердечный выброс? Признается роль трех механизмов:
длина мышцы в начале сокращения, т.е. величиной полости желудочка, его заполнением, перенагрузкой,
инотропное состояние мышцы, т.е. соотношение сила-скорость-длина,
напряжение, которое развивает мышца во время сокращения, т.е. постнагрузка (сопротивление выбросу крови).
Наиболее существенная составляющая-заполнение желудочка. Если миокард расслабляется быстро и эффективно (а это зависит от скорости удаления кальция из кардиомиоцита), если стенка желудочка достаточно эластична, а не жесткая, что встречается при чрезмерной гипертрофии, то конечно-диастолический объем сердца повышается. Срабатывет механизм Старлинга.
Заполнение полости сердца кровью зависит от целого ряда причин:
Общего объема жидкости в организме: дегидратация снижает венозный возврат, что отражается на работе сердца.
Распределение объема крови между внутригрудным и внегрудным пространством: положение тела (гравитационные силы), внутригрудное давление- во время вдоха оно резко снижается, при натуживании – повышается.
Тонус вен: веноконстрикция имеет место при физической работе, испуге, повышении тонуса симпатической нервной системы.
Насосная функция скелетных мышц: сдавливая вены, мышцы передвигают кровь к сердцу.
Сокращение предсердий способствует дополнительному поступлению крови в желудочки (т.е., их растяжению).
Роль "разминки"- увеличение этих механизмов.
Сократительная способность миокарда оапределяется уровнем активизации адренэргических нервов с выделением норадреналина, концентрацией циркулирующих катехоламинов (адреналин, норадреналин, дофамин). катехоламины увеличивают частоту сокращений (срабатывает соотношение сила - частота).
Напряжение, которое развивает миокард, зависит от сопротивления работающей мышцы, от постнагрузки, уровня артериального давления и периферического сопротивления так называемых резистентных сосудов (мелкие артерии и артериолы). Соотношение ударного объёма и постнагрузки обратнопропорциональное. Повышение АД может способствовать уменьшению сердечного выброса и возврата, таким образом, АД к предыдущему уровню. Постнагрузка определяется нервными, гуморальными факторами или структурными изменениями сосудов, которые могут возникнуть при падении сердечного выброса.
Сердечный выброс у спортсменов поддерживается благодаря взаимодействию трёх перечисленных факторов на уровне, соответствующем метаболическим потребностям.
Кровоснабжение конечностей и других мышечных групп в состоянии покоя регулируется в тесной связи с ритмом сердца. У спортсменов с низкой частотой сердечных сокращений пропорционально снижается интенсивность кровотока, особенно в более нагруженных конечностях. Понятно, что при интенсивной работе (движение) изучение кровотока в работающих мышцах затруднено – нет ещё доступного, точного, неинвазивного метода. Небольшое количество исследований показывает, что у спортсменов выполнение такой же работы, как и у нетренированных лиц, не сопровождается значительным ростом кровоснабжения. Мышцы работают в экономном режиме и сохраняют резерв до того момента, когда возникает интенсивная физическая нагрузка. В ненагруженных конечностях кровоток уменьшается, но в большей степени у нетренированных лиц, из-за активизации сосудосуживающих влияний симпатической нервной системы. Суммарное количество крови, протекающее через нагруженные мышцы (интенсивная работа) резко увеличивается за счёт уменьшения кровотока через кожу, печень, почки, желудочно-кишечный тракт. По завершении нагрузки развивается послерабочая гиперемия неработавших мышц- срабатывает система согласованности между деятельностью сердца и функцией сосудов. По современным представлениям местный кровоток регулируется эндотелием сосудов. Выделяется как сосудорасширяющие ( оксид азота, простациклины), так и сосудосуживающие факторы ( эндотелины).
Перейдем к методам клинической оценки адаптации сердечно-сосудистой системы к значительным физическим нагрузкам.
Если иметь в виду чито медицинсую сторону проблемы, то следует вспомнить традиционные для врача методы: опрос, осмотр, пальпация, выслушивание. Учитывая тот факт, что спортсмены- это молодые и , как правило здоровые (в идеале) люди, жалобы могут появляться только в случаях перетренировки, развитии дистрофии миокарада. Тем не менее, появление усталости, апатии , быстрой утомляемости должно насторожить врача. Редкий пульс, брадикардия около 40 в минуту, ритм более 80 вминуту являются поводом для более подробного обследования.
Клиническое и диспанцерное наблюдение предполагает инструментальное обследование спортсмена современными методиками. Предпочтение отдается неинвазивным методам: ЭКГ, изучение чаестотных характеристик ритма сердца (спектральный анализ, вариационная пульсография, корреляционная ритмография или скаттерография)- последний метод перспективнее в случае применения постоянного слежения за ритмом сердца (холтеровское мониторирование), встроенный микропроцессор или подсоединный компьютер позволяет выделить все необходимые характеристики ритма. Надо отметить, что у спортсменов чаще встречаются аритмии, чем у нетренированных лиц. Расчеты частотных характеристик ритма сердца позволяют ( наряду с другими методами исследования) выделить типы кровообращения.
Анализируя их (гипокинетический, эукинетический и гиперкинетический), врач совместно с тренером может высказать прогностическое или диагностическое предположение: имеет место пик тренированности, намечается спад физической формы или претренировка (дистрофия миокарда). Надо сказать, что по современным взглядам случаи внезапной смерти у спортсменов чаще обусловлены не самим спортом, а недиагностированными заболеваниями.
Оценка сердечного выброса может осуществляться с помощью эхокардиографии : дилятация полости предсердия, желудочков, толщина (гипертрофия) мышцы, а также местный кровоток по крупным сосудам. Остается популярным применение интегральной или тетраполярной реографии, которая позволяет осуществлять многократный контроль за работой сердца на протяжении тренировочного режима. В одной из последних публикаций по новейшим технологиям обследования в кардиологии отмечалось, что на сегодняшний день и ЭКГ, и ЭхоКГ, и реография выигрывают в своей информативности, енсли они дополняются вычислительной техникой. Одна из разработок реографического метода в сочетании с персональным компьютером позволяет выдать 180 характеристик кровообращения в конечностях, брюшной и грудной полости, головном мозге.
Наконец, с учетом контингента обследуемых лиц- спортсмены- важное значение имеют нагрузочные методы. Начинать можно со стандартной пробы Летунова: 20 приседаний (разминка), 15-ти секундный бег в максимальном режиме и трехминутный бег со скоростью 180 шагов в минуту ( быстрота и выносливость). Популяпна стандартизованная нагрузка на велоэрометре ( для спортсменов мощность нагрузки достигает 200-300 Вт) с достижением максимальной (220 минус возраст) или субмаксимальной нагрузки (75-80% от максимальной). Параллельно можно изучать степень поглощения кислорода (метод спироэргометрии).
Не останавливаясь на других методиках, следует упомянуть , что выбор метода для каждой группы спортсменов должен быть индивидуальным. Отклонения в ритме сердца, уровне АД, на ЭКГ, повышение сердечного выброса в расчете на метр квадратный поверхности, значительная дилатация полостей сердца или гипертрофия, превышающая коэффициент 1,3 (перегородка- задняя стенка левого желудочка)- повод для всестороннего обследования такого спортсмена. Спорт должен служить здоровью, а не быть причиной болезней.