Показники роботи серця
Серце, здійснюючи скоротливу діяльність, під час систоли викидає в судини певну кількість крові. В цьому основна функція серця. Тому одним з показників функціонального стану серця є величина хвилинного і ударного (систолічного) обсягів. Дослідження величини хвилинного об'єму має практичне значення і застосовується в фізіології спорту, клінічній медицині і професійної гігієни.
Кількість крові, яка викидається серцем за хвилину, називають хвилинним об'ємом крові (МОК). Кількість крові, яке викидає серце за одне скорочення, називають ударним (систолічний) обсягом крові (УОК).
Хвилинний об'єм крові у людини в стані відносного спокою дорівнює 4,5-5 л. Він однаковий для правого і лівого шлуночків. Ударний об'єм крові можна легко розрахувати, розділивши МОК на число серцевих скорочень.
Велике значення в зміні величини хвилинного і ударного об'ємів крові має тренування. При виконанні однієї і тієї ж роботи у тренованого людини значно зростає величина систолічного і хвилинного об'ємів серця при незначному збільшенні числа серцевих скорочень; у нетренованого людини, навпаки, значно збільшується частота серцевих скорочень і майже не змінюється систолічний об'єм крові.
УОК збільшується при підвищенні припливу крові до серця. Зі збільшенням систолічного об'єму зростає і МОК.
Ударний об'єм серця
Важливу характеристику насосної функції серця дає ударний обсяг, званий також систолическим обсягом.
Ударний об'єм (УО) - кількість крові, яка викидається шлуночком серця в артеріальну систему за одну систолу (іноді використовується назва систолічний викид).
Оскільки великий і малий кола кровообігу з'єднані послідовно, то в усталеному режимі гемодинаміки ударні обсяги лівого і правого шлуночків зазвичай рівні. Лише на короткий час в період різкої зміни роботи серця і гемодинаміки між ними може виникати невелике розходження. Величина УО дорослої людини в спокої становить 55-90 мл, а при фізичному навантаженні може зростати до 120 мл (у спортсменів до 200 мл).
Формула Старра (систолічний об'єм):
СО = 90,97 + 0,54 • ПД - 0,57 • ДД - 0,61 • В,
де СО - систолічний об'єм, мл; ПД - пульсовий тиск, мм рт. ст .; ДД - діастолічний тиск, мм рт. ст .; В - вік, роки.
У нормі СО в спокої - 70-80 мл, а при навантаженні - 140 170 мл.
Кінцевий діастолічний обсяг
Звичайно-діастолічний об'єм (КДО) - це кількість крові, що знаходиться в шлуночку в кінці діастоли (в спокої близько 130-150 мл, але в залежності від статі, віку може коливатися в межах 90-150 мл). Він формується трьома обсягами крові: що залишилася в шлуночку після попередньої систоли, прітекшей з венозної системи під час загальної діастоли і перекачаною в шлуночок під час систоли передсердь.
Таблиця. Звичайно-діастолічний об'єм крові і її складові частини
Кінцево-систолічний об'єм крові, що залишається в порожнині шлуночків до кінця систоли (КСВ, в покіс менше 50% від КДО або близько 50-60 мл)
Звичайно-днастоліческій обсяг крові (КДО
Додатковий обсяг крові, що надходить в шлуночки під час систоли передсердь (в спокої близько 10% від КДО або до 15 мл)
Кінцевий систолічний об'єм
Кінцево-систолічний об'єм (КСО) - це кількість крові, яке залишається в шлуночку відразу після систоли. У спокої він становить менше 50%, від величини кінцево-діастолічного об'єму або 50-60 мл. Частина цього обсягу крові є резервним об'ємом, який може виганяти при збільшенні сили серцевих скорочень (наприклад, при фізичному навантаженні, збільшення тонусу центрів симпатичної нервової системи, дії на серце адреналіну, тиреоїдних гормонів).
Ряд кількісних показників, вимірюваних в даний час при УЗД або при зондуванні порожнин серця, використовують для оцінки скоротливості серцевого м'яза. До них відносять показники фракції викиду, швидкості вигнання крові в фазу швидкого вигнання, швидкість приросту тиску в шлуночку в період напруги (вимірюється при зондуванні шлуночка) і ряд серцевих індексів.
Фракція викиду (ФВ) - виражене у відсотках відношення ударного об'єму до кінцево-діастолічного об'єму шлуночка. Фракція викиду у здорової людини в спокої становить 50-75%, а при фізичному навантаженні може досягати 80%.
Швидкість вигнання крові вимірюється методом Допплера при УЗД серця.
Зниження фракції викиду нижче 50%, зниження швидкості вигнання крові, швидкості приросту тиску свідчать про зниження скоротливості міокарда та можливості розвитку недостатності насосної функції серця.
Хвилинний обсяг кровотоку
Хвилинний обсяг кровотоку (МОК) - показник насосної функції серця, що дорівнює об'єму крові, виганяє шлуночком в судинну систему за 1 хвилину (застосовується також назва хвилинний викид).
МОК = УО • ЧСС.
Оскільки УО і ЧСС лівого і правого шлуночка рівні, то їх МОК також однаковий. Таким чином, через малий і великий кола кровообігу за один і гот же проміжок часу протікає однаковий обсяг крові. У покіс МОК дорівнює 4-6 л, при фізичному навантаженні він може досягати 20- 25 л, а у спортсменів - 30 л і більше.
Методи визначення хвилинного об'єму кровообігу
Прямі методи. катетеризація порожнин серця з введенням датчиків - флоуметрія.
- Метод розведення індикаторів:
де J - кількість введеного речовини, мг; С - середня концентрація речовини, обчислена по кривій розведення, мг / л; Т-тривалість першої хвилі циркуляції, з
- ультразвукова флоуметрия
- Тетраполярная грудна реографія
серцевий індекс
Серцевий індекс (СІ) - відношення хвилинного об'єму кровотоку до площі поверхні тіла (S):
де МОК - хвилинний об'єм кровообігу, л / хв; S - площа поверхні тіла, м 2.
У нормі СІ = 3-4 л / хв / м 2.
Завдяки роботі серця забезпечується рух крові по системі кровоносних судин. Навіть в умовах життєдіяльності без фізичних навантажень за добу серце перекачує до 10 т крові. Корисна робота серця витрачається на створення тиску крові і надання їй прискорення.
На надання прискорення порціях викидається крові шлуночки витрачають близько 1% від загальної роботи і енергетичних витрат серця. Тому при розрахунках цією величиною можна знехтувати. Майже вся корисна робота серця витрачається на створення тиску - рушійної сили кровотоку. Робота (А), що виконується лівим шлуночком серця за час одного серцевого циклу, дорівнює добутку середнього тиску (Р) в аорті на ударний обсяг (УО):
У спокої за одну систолу лівий шлуночок здійснює роботу близько 1 Н / м (1 Н = 0,1 кг), а правий шлуночок приблизно в 7 разів меншу. Це обумовлено низьким опором судин малого кола кровообігу, в результаті чого кровотік в легеневих судинах забезпечується при середньому тиску 13-15 мм рт. ст. в той час як у великому колі кровообігу середній тиск становить 80-100 мм рт. ст. Таким чином, лівому шлуночку для вигнання УО крові необхідно витрачати приблизно в 7 разів більшу роботу, ніж правого. Це і обумовлює розвиток більшої м'язової маси лівого шлуночка, в порівнянні з правим.
Виконання роботи вимагає енергетичних витрат. Вони йдуть не тільки на забезпечення корисної роботи, а й на підтримку основних життєвих процесів, транспорт іонів, оновлення клітинних структур, синтез органічних речовин. Коефіцієнт корисної дії серцевого м'яза знаходиться в межах 15-40%.
Енергія АТФ, необхідна для життєдіяльності серця, виходить переважно в ході окисного фосфорилювання, здійснюваного з обов'язковим споживанням кисню. При цьому в мітохондріях кардіоміоцитів можуть окислюватися різноманітні речовини: глюкоза, вільні жирні кислоти, амінокислоти, молочна кислота, кетонові тіла. В цьому відношенні міокард (на відміну від нервової тканини, що використовує для отримання енергії глюкозу) є «всеїдних органом». На забезпечення енергетичних потреб серця в умовах спокою в 1 хв потрібно 24- 30 мл кисню, що становить близько 10% від загального споживання кисню організмом дорослої людини за той же час. З протікає по капілярах серця крові витягується до 80% кисню. В інших органах цей показник набагато менше. Доставка кисню є найбільш слабкою ланкою в механізмах, що забезпечують постачання серця енергією. Це пов'язано з особливостями серцевого кровотоку. Недостатність доставки кисню до міокарда, пов'язана з порушенням коронарного кровотоку, є найпоширенішою патологією, що призводить до розвитку інфаркту міокарда.
фракція викиду
Фракція викиду = СО / КДО
де СО - систолічний об'єм, мл; КДО - кінцевий діастолічний об'єм, мл.
Фракція викиду в спокої становить 50-60%.
швидкість кровотоку
Відповідно до законів гідродинаміки кількість рідини (Q), що протікає через будь-яку трубу, прямо пропорційно різниці тисків на початку (Р1) і в кінці (Р2) труби і обернено пропорційно опору (R) току рідини:
Якщо застосувати це рівняння до судинній системі, то слід мати на увазі, що тиск в кінці даної системи, тобто в місці впадання порожнистих вен в серце, близьке до нуля. У цьому випадку рівняння можна записати так:
де Q- кількість крові, вигнані серцем за хвилину; Р - величина середнього тиску в аорті; R - величина судинного опору.
З цього рівняння випливає, що Р = Q * R, тобто тиск (Р) в гирлі аорти прямо пропорційно обсягу крові, що викидається серцем в артерії в хвилину (Q), і величиною периферичного опору (R). Тиск в аорті (Р) і хвилинний об'єм крові (Q) можна виміряти безпосередньо. Знаючи ці величини, обчислюють периферичний опір - найважливіший показник стану судинної системи.
Периферичний опір судинної системи складається з безлічі окремих опорів кожної посудини. Будь-який з таких судин можна уподібнити трубці, опір якої визначається за формулою Пуазейля:
де L - довжина трубки; η - в'язкість протікає в ній рідини; π - відношення кола до діаметру; r - радіус трубки.
Різниця кров'яного тиску, що визначає швидкість руху крові по судинах, у людини велика. У дорослої людини максимальний тиск в аорті становить 150 мм рт. ст. а в великих артеріях - 120-130 мм рт. ст. У більш дрібних артеріях кров зустрічає більший опір і тиск тут значно падає - до 60-80 мм. рт ст. Найбільш різке зменшення тиску відзначається в артеріолах і капілярах: в артеріолах воно становить 20-40 мм рт. ст. а в капілярах - 15-25 мм рт. ст. У венах тиск зменшується до 3-8 мм рт. ст. в порожнистих венах тиск негативне: -2-4 мм рт. ст. тобто на 2-4 мм рт. ст. нижче атмосферного. Це пов'язано зі зміною тиску в грудній порожнині. Під час вдиху, коли тиск у грудній порожнині значно зменшується, знижується і кров'яний тиск в порожнистих венах.
З наведених даних видно, що кров'яний тиск в різних ділянках кров'яного русла неоднаково, і воно зменшується від артеріального кінця судинної системи до венозного. У великих і середніх артеріях воно зменшується незначно, приблизно на 10%, а в артеріолах і капілярах - на 85%. Це свідчить про те, що 10% енергії, що розвивається серцем при скороченні, витрачається на просування крові у великих артеріях, а 85% - на її просування по артеріолах і капілярах (рис. 1).
Мал. 1. Зміна тиску, опору і просвіту судин на різних ділянках судинної системи
Основний опір току крові виникає в артеріолах. Систему артерій і артеріол називають судинами опору або резистивним судинами.
Артеріоли є судини малого діаметра - 15-70 мкм. Стінка їх містить товстий шар циркулярно розташованих гладких м'язових клітин, при скороченні яких просвіт судини може значно зменшуватися. При цьому різко підвищується опір артеріол, що утруднює відтік крові з артерій, і тиск в них підвищується.
Падіння тонусу артеріол збільшує відтік крові з артерій, що призводить до зменшення артеріального тиску (АТ). Найбільшим опором серед усіх ділянок судинної системи мають саме артеріоли, тому зміна їх просвіту є головним регулятором рівня загального артеріального тиску. Артеріоли - «крани кровоносної системи». Відкриття цих «кранів» збільшує відтік крові в капіляри відповідної області, покращуючи місцевий кровообіг, а закриття - різко погіршує кровообіг даної судинної зони.
Таким чином, артеріоли грають двояку роль:
- беруть участь в підтримці необхідного організму рівня загального артеріального тиску;
- беруть участь в регуляції величини місцевого кровотоку через той чи інший орган або тканину.
Величина органного кровотоку відповідає потребам органу в кисні і поживних речовинах, яка визначається рівнем активності органу.
У чинному органі тонус артеріол зменшується, що забезпечує підвищення припливу крові. Щоб загальне АТ при цьому не знизилася в інших (непрацюючих) органах, тонус артеріол підвищується. Сумарна величина загального периферичного опору і загальний рівень артеріального тиску залишаються приблизно постійними, незважаючи на безперервне перерозподіл крові між працюючими і непрацюючими органами.
Об'ємна і лінійна швидкість руху крові
Об'ємної швидкістю руху крові називають кількість крові, що протікає в одиницю часу через суму поперечних перерізів судин даної ділянки судинного русла. Через аорту, легеневі артерії, порожнисті вени і капіляри за одну хвилину протікає однаковий обсяг крові. Тому до серця завжди повертається така ж кількість крові, яке було їм викинуто в судини під час систоли.
Об'ємна швидкість в різних органах може змінюватися в залежності від роботи органу та величини нею судинної мережі. У чинному органі може збільшуватися просвіт судин і разом з ним - об'ємна швидкість руху крові.
Лінійної швидкістю руху крові називають шлях, пройдений кров'ю за одиницю часу. Лінійна швидкість (V) відображає швидкість просування частинок крові вздовж судини і дорівнює об'ємної (Q), поділеній на площу перетину кровоносної судини:
Її величина залежить від просвіту судин: лінійна швидкість обернено пропорційна площі поперечного перерізу судини. Чим ширше сумарний просвіт судин, тим повільніше рух крові, а чим він вже, тим більше швидкість руху крові (рис. 2). У міру розгалуження артерій швидкість руху в них зменшується, так як сумарний просвіт гілок судин більше, ніж просвіт вихідного стовбура. У дорослої людини просвіт аорти становить приблизно 8 см 2. а сума просвітів капілярів в 500-1000 разів більше - 4000-8000 см 2. Отже, лінійна швидкість руху крові в аорті в 500-1000 разів більше, ніж в 500 мм / с, а в капілярах - тільки 0,5 мм / с.
Мал. 2. Знамення АТ (А) і лінійної швидкості кровотоку (Б) в різних ділянках судинної системи
