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), динссм-5 Покой 1665 ± 214 1863 ± 250 500 809 ± 60 842.8 ± 58 1000 597 ± 27 658 ± 31 Эластическое сопротивление (Ea), динсм-5 Покой 1038 ± 181 1275 ± 208 500 1376 ± 169 1659 ± 192 1000 1950 ± 281 2548 ± 266 Инерционное сопротивление (Js), динс Покой 23464 ± 5810 17396 ± 3696 500 41179 ± 6221 42341 ± 5628 1000 65804 ± 11603 72489 ± 12686 Артериальный импеданс (Za), динссм-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