Нормальная физиология / КР6 Сосудистая система, регуляция кровообращения

Гайтон:

Во время тяжелой физической нагрузки интенсивность метаболизма увеличивается более чем в 60 раз, что приводит к увеличению объемного кровотока до 16 000 мл/мин (или 80 мл/мин/100 г ткани), т.е. более чем в 20 раз. При тяжелой физ. Нагрузке также происходит накопление метаболитов, что также вызывает увеличение кровотока в скелетных мышцах на фоне повышенного АД.

Активная гиперемия развивается при увеличении тканевого метаболизма. Если какая-

либо ткань переходит в активное состояние (например, при сокращении мышц, усиленной секреции пищеварительными железами и на фоне интенсивной умственной деятельности), кровоток в ткани возрастает. Повышение интенсивности метаболизма заставляет клетки усиленно поглощать питательные вещества и кислород, доставляемые кровью, и выделять большое количество сосудорасширяющих факторов. В результате кровеносные сосуды расширяются, и местный кровоток увеличивается. Таким образом, активно функционирующие ткани получают дополнительно питательные субстраты для поддержания более высокой интенсивности метаболизма. Как уже говорилось, активная гиперемия в скелетных мышцах во время интенсивной физической нагрузки приводит к увеличению местного кровотока примерно в 20 раз.

Васкуляризация зависит от максимальной потребности тканей в кровоснабжении, а не от среднего уровня кровоснабжения. Исключительно важной характеристикой долгосрочной регуляции кровоснабжения является то, что васкуляризация тканей обусловлена главным образом максимальным кровотоком, необходимым тканям, а не средним уровнем их потребностей. Потребность в максимальном кровотоке может возникать не более чем на несколько минут в день. Тем не менее даже такой кратковременной предельной нагрузки достаточно для выделения ангиогенных факторов в мышечной ткани, чтобы усилить ее васкуляризацию. Если этого не происходит, каждый раз, когда человеку приходится выполнять тяжелую физическую нагрузку, его мышцы не могут развить необходимую силу сокращения, т.к. они не получают достаточного количества кислорода и питательных веществ. Однако если избыточная васкуляризация произошла, обычно большинство кровеносных сосудов пребывает в состоянии сужения. Они открываются в случае необходимости резко увеличить кровоток под действием таких местных факторов, как дефицит кислорода, нервные сосудорасширяющие влияния и др.

Увеличение сердечного выброса и артериального давления, вызванное сокращениями скелетных мышц при физической нагрузке. При физической нагрузке, когда ске-

летные мышцы сокращаются, происходит сдавление кровеносных сосудов. Даже напряжение, предшествующее нагрузке, сдавливает сосуды мышц и брюшной полости. В результате кровь из периферических сосудов перемещается к сердцу и легким, а следовательно, увеличение сердечного выброса. Этот механизм может вызвать увеличение сердечного выброса в 5–7 раз, что иногда наблюдается при тяжелой физической нагрузке. Увеличение сердечного выброса, в свою очередь, приводит к увеличению артериального давления от нормального уровня 100 мм рт. ст. до 130 и даже 160 мм рт. ст.

Увеличение АД при физ. нагрузке. Наглядным примером способности нервной системы быстро увеличивать артериальное давление является его рост при физической нагрузке. Физический труд требует существенного увеличения кровотока в скелетных мышцах. Кровоток отчасти увеличивается под действием местных сосудорасширяющих факторов, которые появляются при усилении метаболизма в сокращающихся мышечных волокнах.

Кроме того, подъем артериального давления происходит вследствие симпатической стимуляции всей системы кровообращения, связанной с выполнением нагрузки. При очень тяжелой физической нагрузке артериальное давление увеличивается примерно на 30–40%, что приводит к увеличению кровотока почти в 2 раза.

Увеличение артериального давления во время физической нагрузки происходит следующим образом: при возбуждении двигательных центров головного мозга возбуждается также и активирующая часть ретикулярной формации ствола мозга, где в процесс возбуждения вовлекаются сосудосуживающая зона и латеральная зона сосудодвигательного центра, стимулирующая симпатические влияния на сердечный ритм. Это приводит к росту артериального давления одновременно с усилением двигательной активности.

Нервная система повышает артериальное давление при физической нагрузке. Во время физической нагрузки повышение метаболизма в сокращающихся скелетных мышцах оказывает прямое влияние на артериолы и вызывает их расширение. Это необходимо для адекватного снабжения мышц кислородом и питательными веществами. Расширение артериол приводит к значительному снижению общего периферического сосудистого сопротивления. Однако нервная система немедленно компенсирует эти сдвиги. Дело в том, что двигательные центры головного мозга одновременно посылают импульсы к скелетным мышцам и центрам вегетативной нервной системы, регулирующим гемодинамику. Происходят сужение крупных вен, увеличение частоты и силы сердечных сокращений. Все эти изменения способствуют повышению артериального давления, что приводит к увеличению кровотока в скелетных мышцах.

Определение типа реакции на физическую нагрузку

Для определения типа реакции сердечно-сосудистой системы учитывают следующие параметры:

1.Возбудимость пульса – увеличение частоты пульса по отношению к начальному значению, отмеченное в процентах;

2.Характер изменений артериального давления (АД) – систолического, диастолического и пульсового;

3.Время восстановления показателей пульса и АД до начального уровня

Выделяют 5 основных типов реакции сердечно-сосудистой системы:нормотонический, гипо-

тонический, гипертонический, дистонический и ступенчатый(рис.1)

1. Для нормотонического типа реакции характерно:

ускорение частоты пульса на 60-80% (в среднем на 6-7 уд. за 10 сек.);

умеренное повышение систолического АД до 15-30% (15-30 мм рт.ст.);

умеренное снижение диастолического АД на 10-15% (5-10 мм рт.ст.), что предопределено уменьшением общего периферического сопротивления в результате расширения сосудов периферического сосудистого русла для обеспечения работающих мышц необходимым количеством крови;

значительное повышение пульсового АД – на 80-100% (какое непрямоотбивает величину сердечных выбросов и свидетельствует о ее увеличении);

нормальный период процесса возобновления: у мужчин составляет до 2,5 минут, у женщин – до 3-х минут.

Данный тип реакции считается благоприятным, так как свидетельствует об адекватном механизме приспособления организма к физической нагрузке. Увеличение минутного объема кровообращения (МОК) во время такой реакции происходит за счет оптимального и равномерного увеличения ЧСС И ударного объема сердца (УОС).

01

Рис. 1. Типы реакции сердечно-сосудистой системы на стандартную

функциональную пробу с физической нагрузкой: 1 – нормотонический, 2 – гипотонический

(астенический), 3 – гипертонический, 4 – дистонический, 5 – ступенчатый.

2. Для гипотонического (астенического)типа реакции характерно:

значительное ускорение пульса – более 120-150%;

систолическое АД при этом незначительно повышается, или не изменяется, или даже понижается;

диастолическое АД чаще не изменяется, или даже повышается;

пульсовое АД чаще снижается, а если и повышается, то незначительно – всего на 1225%;

значительно замедлен период восстановления – более 5-10 минут.

Данннй тип реакции считается неблагоприятным, поскольку механизм адаптации к нагрузке не удовлетворителен. Усиление кровообращения достигается преимущественно только за счет увеличения ЧСС при незначительном УОС, то есть сердце работает мало эффективно и с большими энергозатратами. Наблюдается чаще от всего у нетренированных и мало тренированных лиц, при вегето-сосудистых дистониях по гипотоническому типу, после перенесенных заболеваний, при переутомлении и перенапряжении у спортсменов.

Однако у детей и подростков данный тип реакции, при снижении диастолического АД и нормальном периоде восстановления, считается вариантом нормы.

3. Для гипертонического типа реакции характерным является:

значительное ускорение пульса – больше 100%;

значительное повышение АД систолического – до 180-200 мм рт. ст. и выше;

повышение АД диастолического – до 90 и выше мм рт. ст., или тенденция к повышению;

повышение пульсового АД (которое в данном случае предопределенно повышенным сопротивлением кровотока в результате спазма периферических сосудов и свидетельствует о слишком напряженной деятельности миокарда);

период восстановления существенно замедлен (больше 3 минут).

Тип реакции считается неблагоприятным в связи с тем, что механизм адаптации к нагрузке не удовлетворителен. При значительном увеличении систолического объема в то же время с повышением общего периферического сопротивления в сосудистом русле сердце вынужденно работать с достаточно большим напряжением. Данный тип встречается при склонности к гипертоническим состояниям (в том числе при скрытых формах гипертонии), вегетативных дисфункциях по гипертоническому типу, начальных и симптоматических гипертензиях; атеросклерозе сосудов, при переутомлении и физическом перенапряжении у спортсменов. Склонность к гипертоническому типу реакции при выполнении интенсивных физических нагрузок может обусловить возникновение сосудистых “катастроф” (гипертонического криза, инфаркта, инсульта и тому подобное).

Следует также отметить, что некоторые авторы выделяют, как один из вариантов гипертонического, гиперреактивный тип реакции, для которого, в отличие от гипертонического, характерное умеренное снижение диастолического артериального давления. При нормальном периоде восстановления его можно считать условно благоприятным. Однако, все же, данный тип реакции свидетельствует о повышении реактивности симпатического отдела вегетативной нервной системы (симпатикотонии), которая является одним из начальных признаков нарушения вегетативной регуляции сердечной деятельности и повышает риск возникновения патологических состояний во время выполнения интенсивных нагрузок.

4. Для дистоническоготипа реакции характерно:

значительное ускорение пульса – больше 100%;

существенное повышение систолического АД (иногда выше 200 мм рт.ст.);

снижение диастолического АД к нулю (“феномен бесконечного тона”), которое длится на протяжении больше 2-х минут (длительность данного феномена до 2-ым мин. считается вариантом физиологической реакции);

замедление периода восстановления.

Тип реакции считается неблагоприятным и свидетельствует об избыточной лабильности системы кровообращения, что обусловлено резким нарушением нервной регуляции периферического (микроциркуляторного) сосудистого русла. Наблюдается при нарушениях со стороны вегетативной нервной системы, неврозах, после перенесенных инфекционных заболеваний, часто у подростков в пубертатном и препубертатном периодах, при переутомлении и перенапряжении у спортсменов.

5. Для ступенчатого типа реакции характерно:

резкое увеличение пульса – более 100%;

ступенчатое повышение систолического АД, то есть систолический АД, измеренный непосредственно после нагрузки – на первой минуте – ниже, чем на 2 или 3 минутах периода восстановления;

замедлен период восстановления.

Тип реакции считается неблагоприятным, потому что механизм адаптации к нагрузке не удовлетворителен. Он свидетельствует об ослабленной системе кровообращения, не способной адекватно и быстро обеспечивать перераспределение кровотока, необходимое для выполнения мышечной работы. Часто наблюдается у лиц преклонного возраста, особенно при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, после перенесенных инфекционных заболеваний, при переутомлении, при низкой физической подготовке, а также недостаточной общей тренированности у спортсменов.

Следует отметить, что гипотонический, гипертонический, дистонический и ступенчатый типы реакции считаются патологическими типами реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку. Неудовлетворительным также считается нормотонический тип реакции, если возобновление пульса и АД происходит больше

3-х минут.

Результаты комбинированной пробы Летунова вообще оценивают также, как и при пробе 20 приседаний за 30 сек., определяя тип реакции. При нормальных функциональных способностях сердечно-сосудистой системы после каждой части пробы в то же время усиливаются реакции пульса и систолического АД; диастолическое АД в норме умеренно снижается при всех нагрузках.

Оценить качество сердечно-сосудистой системы на нагрузку можно также рассчитав показа-

тель качества реакции (ПКР по Кушелевскому)(1):

(РД2 – РД1) / (Р2 – Р1)

где РД1 - пульсовое давление до нагрузки; РД2 - пульсовое давление после нагрузки; Р1 - пульс до нагрузки; Р2 - пульс после нагрузки.

+Оценка ПКР: 0,1-0,2 – нерациональная реакция; 0,3-0,4 – удовлетворительная реакция; 0,5-1,0 – хорошая реакция; > 1,0 – нерациональная реакция.

СРС 7. Механизмы обеспечения нормального уровня артериального давления при ортостазе.

Переход из горизонтального в вертикальное положение тела (ортостаз) приводит к перераспределению объема крови и, следовательно, к активации механизмов регуляции кровообращения.

При переходе из горизонтального положения в положения стоя сопровождается перераспределением крови- образуется градиент гидростатического давления.

У взрослого человека в ортостазе гидростатическое давление в сосудах ног (примерно на 115 см ниже гидростатического индифферентного уровня) составляет примерно 85 мм рт. ст., так что при гемодинамически обусловленном среднем артериальном давлении 95 мм рт. ст. в артериях ног давление составляет около 180 мм рт. ст. В артериях головы (примерно на 60 см выше гидростатического индифферентного уровня) АД, напротив, снижается с 95 мм рт. ст. примерно до 50 мм рт. ст В результате венозный возврат, ударный объём и системное АД

временно понижается. При переходе из горизонтального в вертикальное положение падает гидростатическое давление в области барорецепторов, рапсоложенных в дуге аорты и в каротидном синусе (импульс от них уменьшается), а также снижается приток

крови ко внутренним органам, включая головной мозг, в результате запускается рад приспособительных реакций:

1.Суживаются резистивные и емкостные сосуды

2.Увел число сердечных сокращений

3.Повышается секреция катехоламинов

4.Активируется РАС

5.Уменьшается выработка вазопрессина и альдостерона

Врезультате возрастает тонус резистентных и емкостных сосудов, АД достигает практически исходного уровня. Уменьшение кровоснабжения головного мозга при переходе в ортостаз компенсируется также ауторегуляторным сужением (под влиянием миогенных и метаболических факторов) сосудов, питающих мозг.

Миогенная реакция обеспечивает поддержание постоянного давления фильтрации в капиллярах при ортостазе, который сопровождается повышением артериального давления в сосудах ног примерно на 80–90 мм рт. ст. и препятствует возникновению отеков.

Гидростатические воздействия на сосуды нижних конечностей могут быть ослаблены за счет работы мышечного насоса. В этих сосудах преобладает фильтрация жидкости в ткань, поэтому при длительном ортостазе объем плазмы крови уменьшается, а объем интерстициальной жидкости возрастает.

Кровообращение при изменениях положения тела человека

(постуральных реакциях).

1. Изменения кровообращения при ортостазе

Отличительной особенностью человека по сравнению с большинством млекопитающих является прямохождение, определяющее величину гидростатической составляющей давления крови в различных отделах сосудистой системы. Поэтому реакции сердца и сосудов, возникающие при ортостазе - переходе из горизонтального положения тела в вертикальное, - имеют важное значения для адатации организма человека к условиям прямохождения. Эти реакции в физиологической литературе называются также постуральными (от англ. posture - поза, положение). Они обусловлены тем, что при переходе человека из горизонтального положения в вертикальное, ногами вниз, под действием силы тяжести происходит перемещение массы крови из верхних отделов сосудистой системы - в нижние. Если бы сосуды были жесткими, как, например, стеклянные трубки в U-образном ртутном манометре, то изменение положения тела человека не влияло на перемещение крови, поскольку движение по сосудам осуществляется благодаря насосной функции сердца и создаваемому им градиенту давлений в сосудистой системе. При вертикальном положении тела человека на одну половину жесткой U-образной трубки сила тяжести действовала бы по ходу движения крови, а на вторую половину — против движения крови. Поэтому в результате уравновешивания противоположных по направленности влияний силы тяжести на массу крови ее перемещения не происходило.

Однако поскольку сосуды, особенно венозные, являются эластичными и растяжимыми, то при вертикальном положении тела человека на кровь действуют не только градиент давлений, создаваемый сердцем, но и сила тяжести, которая создает дополнительные условия для растяжения сосудов и депонирования крови в венах нижних конечностей. Результатом этого является увеличение при вертикальном положении тела человека объема депонированной крови в нижних конечностях на 0.5 - 0.7 л и уменьшение объема циркулирующей крови. Важно также отметить, что при переходе в вертикальное положение в сосуды нижних конечностей под действием силы тяжести, создающей гидростатическое давление, перемещается дополнительный объем крови из сосудов легких («резервный объем крови»), что приводит к уменьшению объема крови в легких и сердце примерно на 20 - 25%.

Наряду со снижением объема циркулирующей крови вследствие ее депонирования в венах нижних конечностей на фоне ортостаза также снижается лимфоток по грудному протоку. В результате перечисленных причин венозный возврат крови к сердцу уменьшается, что приводит к снижению величин конечно-диастолического объема и давления крови в желудочках сердца и уменьшению почти в два раза ударного объема сердца. В результате снижаются

сердечный выброс и артериальное давление. В указанных условиях снижается и мозговой кровоток на 10-15% по сравнению с его величиной в горизонтальном положении тела человека.

Поскольку компенсация первоначального уменьшения среднего артериального давления при ортостазе происходит на фоне сниженного сердечного выброса, расчетная величина общего периферического сопротивления сосудов в указанных условиях возрастает примерно на 30 %.

Однако в ответ на уменьшение артериального давления активируются рефлекторные нейрогенные механизмы, обусловленные возбуждением барорецепторов дуги аорты и каротидного синуса. Следует также отметить, что переход в вертикальное положение сопровождается активацией отолитовых рецепторов вестибулярного аппарата. В результате на фоне ортостаза усиливаются нейрогенные симпатические влияния на сердце и сосуды, которые приводит к увеличению частоты сердечных сокращений и сократимости миокарда, а также повышению нейрогенного тонуса артериальных и венозных сосудов нижних конечностей; констрикции артериальных и венозных сосудов спланхнической области.

При увеличении в условиях ортостаза частоты сердечных сокращений на 15-20 % возрастают также скорость сокращения и расслабления миокарда, что также является прямым результатом действия симпатических нервов на сердце. При этом отмечены фазовые изменения сердечного цикла: удлиняется фаза изоволюмического сокращения, однако сокращается продолжительность механической и общей систолы, а также периода изгнания крови из левого желудочка. Таким образом, снижение сердечного выброса в ответ на уменьшение венозного притока крови к сердцу при ортостазе компенсируется возрастанием частоты сердечных сокращений, сократимости миокарда, а также перераспределением дополнительного объема крови из сосудов спланхнической области. В результате снижение минутного объема сердца в условиях вертикального положения тела человека составляет лишь 20-30 %.

Поскольку наиболее резкое уменьшение артериального давления в условиях ортостаза отмечено в условиях блокады N-холинорецепторов вегетативных ганглиев, это свидетельствует об основной роли нервной системы в регуляции тонуса венозных и артериальных сосудов при постуральных реакциях.

Следует также подчеркнуть, что важную роль в регуляции количества депонированной крови в венах нижних конечностей при ортостазе играет сократительная активность скелетной мускулатуры, обеспечивающая перемещение дополнительного объема крови из вен нижних конечностей по направлению к сердцу. Даже в горизонтальном положении тела уже в самом начале сокращения скелетных мышц нижних конечностей из органов брюшной полости и вен конечностей к сердцу перемещается около 0.3–0.7 л крови. В условиях вертикального положения тела, особенно при ходьбе и беге, роль «мышечного насоса» нижних конечностей в увеличении венозного притока является еще более значимой. Возрастание венозного возврата приводит по механизму Франка-Старлинга к повышению силы сердечных сокращений и сердечного выброса, что способствует компенсации ортостатической гипотонии. Если же человек находится в вертикальном положении длительное время без попеременного сокращения мышц нижних конечностей, это может привести к депонированию крови в венах, уменьшению венозного притока, сердечного выброса и артериального давления. Развивающаяся в этих условиях сердечная недостаточность в древности являлась непосредственной причиной смерти при казни посредством распятия на кресте. Однако лишь в 1669 г. английский врач Р. Лоуэр правильно объяснил причину смерти человека в указанных условиях – резкие нарушения мозгового кровообращения в результате перераспределения крови в сосуды нижних конечностей под действием силы тяжести.

В клинической практике нарушения компенсаторных механизмов в условиях ортостаза получили название «синдром постуральной гипотензии», или ортостатической неустойчивости (orthostatic intolerance). Постуральная гипотензия обычно классифицируется по двум типам: симпатикотоническому и асимпатикотоническому. При симпатикотонической ортостатической

гипотонии рассмотренные выше нейрогенные регуляторные механизмы активируются, но недостаточно для компенсации изменений системной гемодинамики, возникающих при ортостазе. Непосредственной же причиной снижения сердечного выброса и артериального давления при симпатотонической ортостатической гипотонии является уменьшение венозного возврата в ответ на депонирование крови в венах в результате недостаточной веноконстрикции, обеспечивающей восстановление исходного уровня венозного притока крови к сердцу. При этом нельзя исключить и недостаточное усиление сократительной функции миокарда.

Для асимпатотонической ортостатической гипотонии характерно практически полное отсутствие нейрогенных реакций сердца и сосудов, возникающих при переходе в вертикальное положение тела. При этом не отмечено возрастания частоты сердечных сокращений, сократимости миокарда, а также общего периферического сопротивления сосудов. В результате наблюдается особенно резкое снижение венозного возврата, сердечного выброса и артериального давления. Такой тип ортостатической гипотонии выражен на фоне исходной недостаточности функций вегетативной нервной системы. Оба типа постуральной гипотензии часто взаимообусловлены, поэтому их противопоставление не вполне целесообразно. Так, например, увеличение объема депонированной крови в нижних конечностях при ортостазе и обусловленное этим снижение венозного притока к сердцу и сердечного выброса может явиться причиной ишемических нарушений функций стволовых отделов головного мозга. В результате могут развиваться вторичные расстройства рефлекторных механизмов регуляции системной гемодинамики, что приводит к еще более выраженному депонированию крови в нижних конечностях и резкому снижению венозного возврата, сердечного выброса и артериального давления. Крайним проявлением выраженной постуральной гипотензии является острая сосудистая недостаточность, приводящая к обмороку. Обморок, или синкопе (от греч. synkope - остановка), - это внезапное кратковременное нарушение сознания, возникающее вследствие ишемии головного мозга. Обморок, вызванный постуральной гипотонией, продолжается от нескольких секунд до 2–5 мин и проходит без врачебных мероприятий, поскольку при падении человека в обмороке в горизонтальном положении улучшаются условия для возрастания венозного притока крови к сердцу.

Важно подчеркнуть, что малоподвижный нездоровый образ жизни, гиподинамия резко снижают устойчивость сердечно-сосудистой системы к ортостазу. Поэтому обмороки при переходе в вертикальное положение тела отмечаются особенно часто в жаркую погоду у курильщиков, лиц, употребляющих алкоголь, а также страдающих ожирением Здоровый, спортивный образ жизни является одним из основных путей к обеспечению устойчивости сердечно-сосуди- стой системы к гравитационным нагрузкам.

2. Изменения кровообращения при антиортостазе

Некоторые позы тела человека, часто используемые в таких упражнениях системы хатхайоги, как, например, сир-шасана - стойка на голове - и сарвангасана - стойка на лопатках, - сопровождаются противоположным по сравнению с ортостазом перемещением крови, то есть в направлении от нижних конечностей к верхней части туловища. Антиортостаз имеет место также, например, при нырянии головой вниз и выполнении упражнений спортивной гимнастики, таких как сальто на турнике, вис на кольцах. В отличие от ортостаза, при антиортостазе возрастают венозный приток крови к правому сердцу, а также кровенаполнение легких. В результате увеличения притока крови к сердцу уменьшается время расслабления желудочков, но возрастают их конечно-диастолический и ударный объемы, а также сердечный выброс. Но благодаря депонирующей функции сосудов легких степень увеличения сердечного выброса не коррелирует непосредственно с величиной возрастания венозного притока. Более того, усиление кровенаполнения легких и большее кровоснабжение их верхушек в данных условиях создают более благоприятные условия для вентиляционно-перфузионных соотношений в этих долях легких. Антиортостаз, сопровождаясь увеличением притока крови к верхней части туловища, не вызывает выраженных сдвигов мозгового кровотока в силу его ауторегуляции, а также наличия твер-