Кардиореспираторная система и её функции (кровь сердце, сосуды, лёгкие)

Российская Федерация Министерство образования и науки Федеративное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Институт физкультуры Центр оздоровительной физической культуры

Реферат

Кардиореспираторная система и её функции (кровь сердце, сосуды, лёгкие)

Кардиореспираторная система (Греч.: кбсдЯб — сердце + лат.: respiratio — дыхание; греч.: уауфзмб — составленное из многих частей, соединенное в одно целое) — это система, состоящая из сердечно-сосудистой системы и системы дыхания. Данная система является наиболее чутким индикатором физиологического состояния организма и с её изучения обычно начинаются исследования различных форм и методов профилактики. Кардиореспираторная система определяет физическую работоспособность, её состояние, поскольку обычные физические нагрузки имеют аэробный характер и зависят от функционирования системы транспорта кислорода. С другой стороны, распространенность заболеваний сердечно-сосудистой системы диктует приоритетную необходимость её изучения. Поэтому при массовых диспансерных профилактических осмотрах оценка аэробной мощности организма становится обязательной процедурой. Поскольку кардиореспираторная система является совокупностью двух различных систем, стоит рассмотреть каждую из них более детально, что бы лучше понимать важность и организацию данной системы.

1. Сердечно-сосудистая система

Сердечно-сосудистая — система органов, которая обеспечивает циркуляцию крови по организму человека и животных. Движение жидкости по сердечно-сосудистой системе дополняет лимфатическая система. В состав сердечно-сосудистой системы входит сердце — орган, который заставляет кровь двигаться и кровеносные сосуды — полые трубки, по которым она движется. Сердечно-сосудистая система выполняет многие функции, в том числе питания, защиты и удаления шлаков.

Она должна взаимодействовать с каждой клеткой организма и немедленно реагировать на любое изменение условий внутренней среды, чтобы обеспечивать максимальную эффективность функционирования всех систем организма. Даже когда человек отдыхает, сердечно-сосудистая система не прекращает работу, удовлетворяя потребности тканей тела.

Во время мышечной деятельности количество требований, предъявляемых к ней, возрастает, как и увеличивается потребность в их скорейшем удовлетворении. Сердечно-сосудистая система выполняет в организме ряд функций. Большинство из них направлено на оказание помощи другим физиологическим системам.

Основные функции сердечно-сосудистой системы можно разделить на пять категорий: 1) обменная; 2) выделительная; 3) транспортная; 4) гомеостатическая; 5) защитная. Например, сердечно-сосудистая система обеспечивает доставку кислорода и питательных веществ каждой клетке организма и выведение из неё диоксида углерода и конечных продуктов обмена веществ. Она транспортирует гормоны из эндокринных желез к их целевым рецепторам. Эта система поддерживает температуру тела, а буферные способности крови помогают контролировать pH организма. Сердечно-сосудистая система поддерживает соответствующие уровни жидкости, предотвращая обезвоживание, а также помогает предотвратить инфекционные заболевания, вызванные проникающими в кровь микроорганизмами. Хотя приведённый список краток, указанные функции сердечно-сосудистой системы важны для понимания физиологических основ мышечной деятельности. Перед изучением реакции сердечно-сосудистой системы на физическую активность, необходимо рассмотреть компоненты этой системы и то, как согласованно они работают.

1.1 Структура и функция сердечно-сосудистой системы

Сердечно-сосудистая система впечатляет своей способностью немедленно реагировать на многочисленные и постоянно изменяющиеся потребности организма. Все функции организма и практически каждая клетка в той или иной степени зависят от этой системы. Любой системе кровообращения требуется три компонента: 1) насос (сердце); 2) система каналов (кровеносные сосуды); 3) жидкостная среда (кровь). Рассмотрим каждый из них в отдельности. Сердце Сердце (рис.1) имеет два предсердия, выполняющие роль принимающих камер, и два желудочка, выполняющие роль насоса. Сердце обеспечивает циркуляцию крови по всей системе сосудов. Рассмотрим движение крови через сердце.

Рисунок 1 — Анатомия сердца человека

1.2 Кровоток в сердце

Капиллярная кровь, прокладывающая свой путь между клетками организма, доставляя кислород и питательные вещества и собирая продукты обмена веществ, возвращается через большие вены — верхнюю и нижнюю полые вены — в правое предсердие. В эту камеру поступает вся дезоксигенированная кровь. Из правого предсердия кровь, проходя через правое атриовентрикулярное отверстие, попадает в правый желудочек, который перекачивает кровь через раскрытый полулунный клапан в легочные артерии, откуда она поступает в правое и левое легкое. Таким образом, правая часть сердца представляет собой легочную часть кровообращения, которая посылает прошедшую через весь организм кровь в легкие для реоксигенации. Получив свежую порцию кислорода, кровь покидает легкие через легочные вены и возвращается в левое предсердие сердца. В эту камеру поступает вся оксигенированная кровь. Из левого предсердия кровь через раскрытый атриовентрикулярный левый митральный клапан поступает в левый желудочек. Оттуда она попадает в аорту, а затем ко всем тканям организма. Левая часть сердца называется системной. Она получает оксигенированную кровь из легких и снабжает ею все ткани организма.

1.3 Миокард

Собирательное название сердечной мышцы — миокард. Толщина миокарда непосредственно зависит от нагрузки на стенки сердечных камер. Левый желудочек — наиболее мощная из четырех камер сердца. Посредством сокращений она должна выкачивать кровь, посылая ее через весь системный путь. Когда тело находится в сидячем или стоячем положении, левый желудочек должен достаточно энергично сокращаться, чтобы преодолеть действие земного притяжения, сказывающееся в скоплении крови в нижних конечностях. О значительной мощности левого желудочка свидетельствует большая толщина (гипертрофия) его мышечной стенки по сравнению с другими камерами сердца. Эта гипертрофия — результат требований, предъявляемых сердцу как в покое, так и в условиях умеренной физической активности. При более интенсивных физических нагрузках, в частности, во время интенсивной аэробной деятельности, когда потребность работающих мышц в крови значительно увеличивается, требования, предъявляемые к левому желудочку, еще более возрастают. Со временем он реагирует увеличением своего размера, подобно скелетной мышце. Чтобы понять координацию сердечных сокращений, нужно рассмотреть, как возникает сигнал для выполнения сокращения и как он распространяется по сердцу. Эти функции выполняет проводящая система сердца. Проводящая система сердца Сердечная мышца обладает уникальной способностью производить свой собственный электрический сигнал, позволяющий ей ритмично сокращаться без нервной стимуляции (автоматия сердца). Без нервной и гормональной стимуляции врожденная частота сердечных сокращений составляет в среднем 70 — 80 ударов (сокращений) в минуту. У тренированных людей этот показатель может быть ниже. Проводящая система сердца (рис. 2) состоит из четырех компонентов: 1) синусоатриального (СА) узла; 2) атриовентрикулярного (АВ) узла; 3) пучка Гиса; 4) волокон Пуркинье.

Рисунок 2 — Проводящая система сердца

Аритмия сердца Время от времени возникающие нарушения нормальной деятельности сердца могут привести к расстройству ритма сердечных сокращений — аритмии. Степень серьезности таких расстройств неодинакова. Брадикардия и тахикардия — два типа изменения ритма сердца. Брадикардия — замедление ЧСС. При этом расстройстве ЧСС в покое не превышает 60 ударов в минуту. Тахикардия — «быстрое сердце». При тахикардии ЧСС в покое превышает 100 ударов в минуту. Как правило, при этих расстройствах изменяется и синусовый ритм. Сердце может функционировать нормально, аномален лишь его ритм. Однако это может повлиять на кровообращение. Симптомы обоих видов аритмии включают чувство усталости, головокружение, потерю сознания. Существуют и другие виды аритмии. Например, относительно часто встречаются преждевременные сокращения желудочков, которые вызывают ощущение выпадения или дополнительного сокращения сердца. Они являются результатом импульсов, возникающих за пределами СА-узла. Трепетание предсердий, при котором предсердия сокращаются с частотой 200 — 400 ударов в минуту, а также мерцание предсердий, когда они сокращаются быстро и некоординированно — более серьезные виды аритмии, при которых предсердия перекачивают совсем немного (или вообще не перекачивают) крови. Желудочковая пароксизмальная тахикардия, т. е. три и более последовательных преждевременных сокращений желудочков, представляет собой весьма серьезную форму аритмии, которая может привести к мерцанию желудочков, при котором сокращение ткани желудочков не координируется. Когда это случается, сердце не может перекачивать кровь. Мерцание желудочков — причина большинства смертельных исходов у страдающих заболеваниями сердца. Чтобы больной остался в живых, необходимо в течение нескольких минут вызвать шок сердца с помощью дефибриллятора, чтобы вернуть ему нормальный синусовый ритм. Восстановление сердечной деятельности и дыхания восстанавливает нормальный ритм сердца и может поддержать жизнедеятельность в течение нескольких часов, однако больше шансов выжить дает неотложная терапия, включая дефибрилляцию. Интересно, что у спортсменов высокого класса, занимающихся видами спорта, требующими проявления выносливости, очень часто наблюдается низкая ЧСС в покое — благоприятная адаптация вследствие тренировочных нагрузок. Во время мышечной деятельности ЧСС, естественно, увеличивается, чтобы обеспечить повышенные потребности организма, обусловленные напряжением сил. Эти два вида адаптации не следует путать с брадикардией или тахикардией — аномальными изменениями ЧСС в покое, которые обычно свидетельствуют о патологических нарушениях.

1.4 Терминология сердечной функции

Следующие понятия важны для понимания работы, выполняемой сердцем, а также последующего рассмотрения реакций сердца во время мышечной деятельности: * сердечный цикл; * систолический объем крови (ударный объем); * фракция выброса; * сердечный выброс (Q) — минутный объем кровообращения. Сердечный цикл с механической точки зрения включает расслабление (диастолу) и сокращение (систолу) всех четырех камер сердца. Во время диастолы камеры наполняются кровью. Во время систолы они сокращаются и выбрасывают свое содержимое. Фаза диастолы более продолжительна. Возьмем, например, человека с ЧСС 74 удара-мин. При такой частоте весь сердечный цикл длится 0,81 с. Длительность диастолы составляет 0,50 с, или 62% всего цикла, систолы — 0,31 с, или 38%. С увеличением ЧСС эти абсолютные временные интервалы пропорционально сокращаются.

Систолический объем крови. Во время систолы определенное количество крови выбрасывается из левого желудочка. Это — систолический объем крови, или объем крови, выбрасываемый из сердца при одном сокращении. Чтобы лучше понять, что представляет собой систолический объем, следует рассмотреть, какое количество крови содержится в желудочках до и после сокращения. В конце диастолы, непосредственно перед сокращением, желудочки завершили наполнение. Объем крови, который в них содержится, называется конечно-диастолическим объемом. В конце систолы, сразу же после сокращения, желудочки завершают фазу выброса. Количество крови, оставшейся в них, называется конечно-систолическим объемом. Систолический объем — это объем выброшенной крови — разность между первоначальным объемом и количеством крови, оставшейся в желудочке после сокращения. Таким образом, систолический объем — это разность между конечно-диастолическим и конечно-систолическим объемами.

Фракция выброса. Количество крови, перекачиваемой из левого желудочка с каждым сокращением, называется фракцией выброса. Этот показатель определяется делением величины систолического объема на показатель конечно-диастолического объема. Он показывает, какое количество крови, поступившей в желудочек, выбрасывается при сокращении. Фракция выброса обычно выражается в процентах; в покое она в среднем составляет 60%. Таким образом, 60% крови, находящейся в желудочке в конце диастолы, выбрасывается со следующим сокращением, а 40% остается. Сердечный выброс. Сердечный выброс — это объем крови, выбрасываемой желудочками за 1 мин или произведение ЧСС на систолический объем крови. У большинства взрослых людей систолический объем в покое в положении стоя составляет в среднем 60 — 80 мл крови. Следовательно, при ЧСС в покое 80 ударов-мин, показатель сердечного выброса в покое будет колебаться от 4,8 до 6,4 л-мин. В организме взрослого человека содержится в среднем около 5 л крови. Всё это количество проходит через сердце (перекачивается) каждую минуту. Понимание механической деятельности сердца является основой для изучения деятельности сердечно-сосудистой системы, однако, сердце лишь одна часть этой системы. Теперь стоит обратить внимание на обширную систему сосудов, по которым кровь доставляется ко всем тканям организма. Система сосудов Система сосудов включает группы сосудов, по которым кровь транспортируется из сердца к тканям и обратно:* артерии; * артериолы; * капилляры; * венулы; * вены.

Артерии — это крупные эластичные сосуды с хорошо развитой мышечной оболочкой, по которым кровь идет от сердца к артериолам, а оттуда — в капилляры — самые мелкие сосуды, толщина стенок которых очень часто равна толщине одной клетки. Именно здесь осуществляется весь обмен между кровью и тканями. Из капилляров кровь начинает обратный путь по венулам к сердцу. Венулы образуют более крупные сосуды — вены, завершающие круг кровообращения. Кроме малого и большого круга кровообращения, сердцу как активной мышце также необходима своя собственная система сосудов для транспорта необходимых питательных веществ и выведения продуктов обмена. Коронарные, или венечные, артерии, образующиеся у основания аорты и в месте ее выхода из сердца, обслуживают миокард. Эти артерии очень восприимчивы к атеросклерозу или сужению, что может привести к заболеванию коронарных артерий. Во время сокращения, когда кровь выталкивается из левого желудочка под давлением, открывается полулунная заслонка клапана аорты. Когда она открыта, ее лепестки блокируют входы в коронарные артерии. Со снижением давления в аорте полулунная заслонка закрывается, а входы в артерии открываются, и кровь может поступить в коронарные артерии. Этот механизм обеспечивает защиту коронарных артерий от очень высокого давления крови, обусловленного сокращением левого желудочка и, тем самым, предотвращает разрушение этих сосудов. Артериальное давление Кровь, проходя через сосуды, оказывает на них давление. Рассматривая системное давление крови, используют термин «артериальное давление». Его характеризуют два показателя: систолическое давление и диастолическое давление. Более высокий показатель — систолическое давление крови. Оно отражает наивысшее давление в артерии и соответствует систоле желудочков сердца. Сокращение желудочков проталкивает кровь по артериям со значительной силой, обусловливающей высокое давление на стенку артерии. Низкий показатель — диастолическое давление. Он отражает самое низкое давление в артерии, соответствующее диастоле желудочков, когда мышца сердца расслаблена. Среднее артериальное давление отражает среднее давление крови, движущейся по артериям. Приближенно выразить среднее артериальное давление можно следующим образом: Среднее артериальное давление = диастолическое давление + [0,333- (систолическое давление — диастолическоедавление)] Например, если систолическое давление равно 120 мм рт.ст., а диастолическое — 80 мм рт.ст., то среднее артериальное давление составит: 80 + [0,333-(120 — 80)] = 93 мм рт.ст. Обратите внимание, что эта взаимосвязь не представляет собой просто средние показатели систолического и диастолического давления. Вспомним, что сердце пребывает в диастоле дольше, чем в систоле, поэтому артерии дольше испытывают диастолическое, чем систолическое давление, что и отражено в уравнении. Изменения давления крови в основном обусловлены особыми изменениями, происходящими в артериях, артериолах и венах. Общее сужение кровеносных сосудов повышает артериальное давление, тогда как общее расширение — снижает его. Гипертензия — клинический термин, характеризующий состояние, при котором давление крови хронически превышает нормальный уровень у здорового человека. В 90% случаев причина возникновения гипертензии остается невыясненной. Обычно гипертензию можно эффективно регулировать, снизив массу тела, перейдя на диету, выполняя упражнения, хотя может понадобиться и соответствующее медикаментозное лечение.

1.5 Кровь

Третьим компонентом системы кровообращения являются циркулирующие жидкости. В теле человека это — кровь и лимфа, обеспечивающие реальный обмен различных веществ между разными клетками и тканями организма. Некоторое количество плазмы крови переходит из капилляров в ткани и становится интерстициальной (тканевой) жидкостью. Большая часть интерстициальной жидкости возвращается в капилляры после обмена, однако объем вернувшейся жидкости всё же меньше, чем объем поступившей в ткани. Оставшаяся жидкость направляется в лимфатические капилляры и её относят к лимфе, которая, в конечном итоге, возвращается в кровь. Вполне очевидно, что лимфатическая система играет главную роль в сохранении соответствующих уровней жидкости в тканях, а также поддержании необходимого объема циркулирующей крови, обеспечивая возврат интерстициальной жидкости. Значение этой функции возрастает при нагрузке, когда увеличенный кровоток к активным мышцам и повышенное давление крови ведут к образованию большего объема интерстициальной жидкости. Лимфатическая система предотвращает переполнение активных участков кровью и способствует эффективной деятельности сердечнососудистой системы. Особенно важную роль эта система играет в координации физиологической функции и сохранении здоровья. Однако за исключением её роли в возврате жидкости лимфатическая система не представляет особого интереса для физиологии упражнений и спорта. Основное внимание обращается на кровь. Кровь играет важную роль в регуляции нормального функционирования организма. Следующие три функции имеют особое значение для спортивной и мышечной деятельности: транспортная; регуляция температуры и кислотно-щелочное равновесие. Кровь играет важную роль в регуляции температуры во время мышечной деятельности. Терморегуляторная функция обеспечивается передачей тепла с кровью из глубоких частей тела или участков повышенной метаболической активности к другим участкам тела в нормальных условиях и к коже при перегреве тела. Кровь может оказывать буферное воздействие на кислоты, образующиеся вследствие анаэробного метаболизма, поддерживая соответствующий рН, обеспечивающий эффективную деятельность метаболических процессов. Объем и состав крови Объем циркулирующей крови в организме в значительной степени зависит от размеров тела человека и уровня физической подготовленности. Большие объемы крови наблюдают у крупных людей, а также у людей с высоким уровнем выносливости, обусловленным тренировками. У людей со средними размерами тела и стандартным уровнем физической подготовленности (которые не занимались аэробными тренировками) объем крови колеблется от 5 — 6 л (мужчины) и 4 — 5 л (женщины).

Рисунок 3 — Состав крови

Кровь состоит из плазмы (в основном воды) и форменных элементов (рис. 3). Плазма обычно составляет 55 — 60% общего объема крови. Этот показатель может понизиться на 10% и более при выполнении интенсивных нагрузок в условиях жары, а также повыситься на столько же вследствие тренировок на выносливость или адаптации к условиям жары и влажности. Приблизительно 90% плазмы составляет вода, 7% - белки плазмы, остальные 3% - клеточные питательные вещества, электролиты, ферменты, гормоны, антитела и продукты выделения. Форменные элементы, которые обычно составляют 40−45% общего объема крови, — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. 99% объема форменных элементов составляют эритроциты, оставшийся 1% приходится надолго лейкоцитов и тромбоцитов. Процент общего объема крови, состоящей из эритроцитов, называется гематокритом. Обычно он колеблется в пределах 40 — 45%. Лейкоциты защищают организм от чужеродных бактерий, либо непосредственно уничтожая их посредством поглощения, либо образуя антитела для их уничтожения. У взрослого человека в 1 мм³ крови содержится около 7 000 лейкоцитов. Остальная часть форменных элементов — тромбоциты. Они не являются действительно клетками, а скорее клеточными фрагментами. Эти небольшие диски необходимы для свертывания крови, предотвращающей чрезмерную потерю крови. Однако в первую очередь стоит обратить внимание на эритроциты. Эритроциты Эритроциты, также известные под названием красные кровяные тельца — клетки крови человека, позвоночных животных и некоторых беспозвоночных. Зрелые эритроциты не имеют ядер, поэтому не могут размножаться. Их заменяют новые клетки. Обычная продолжительность жизни эритроцита — около 4 месяцев, поэтому они непрерывно образуются и разрушаются примерно с одинаковой скоростью. Это равновесие очень важно, поскольку адекватное снабжение кислородом тканей тела зависит от достаточного количества «транспортных средств» — эритроцитов. Уменьшение их количества или функции отрицательно влияет на транспорт кислорода, и, следовательно, на мышечную деятельность. Во время нагрузки эритроциты могут разрушаться. Клеточная мембрана эритроцита разрушается вследствие постоянных физических нагрузок, повышенной циркуляции или повышенной температуры тела. Исследования показывают, что даже постоянное соприкасание подошвы обуви с поверхностью земли во время бега на длинные дистанции может повысить хрупкость эритроцитов и скорость их разрушения. Эритроциты транспортируют кислород, главным образом связанный с их гемоглобином. Гемоглобин состоит из белка — глобина и пигмента — тема. Гемоглобин содержит железо, связывающее кислород. Каждый эритроцит содержит около 250 млн молекул гемоглобина, каждая из которых может связать 4 молекулы кислорода. Таким образом, один эритроцит способен связать около миллиарда молекул кислорода! В крови в среднем содержится 15 г гемоглобина/100 мл. Каждый грамм гемоглобина может объединиться с 1,33 мл кислорода, следовательно, каждые 100 мл крови могут связать до 20 мл кислорода. Вязкость крови Вязкость означает густоту, или клейкость, крови. Чем выше вязкость жидкости, тем больше ее сопротивление течению. Вязкость крови обычно в два раза больше, чем воды. Вязкость крови, а значит и сопротивление кровотоку, увеличивается при повышении гематокрита (гематокрит — часть объёма крови, приходящаяся на эритроциты). В связи с тем, что эритроциты переносят кислород, увеличение их числа должно было бы усиливать транспорт кислорода. Однако если возрастание количества эритроцитов не сопровождается таким же увеличением объема плазмы, вязкость крови повышается, что может уменьшить кровоток. Как правило, это не наблюдается до достижения показателя гематокрита 60% и более. В то же время сочетание низкого гематокрита с высоким объемом плазмы, ведущим к снижению вязкости крови, в определенной степени благоприятно влияет на функцию транспорта кислорода крови, поскольку кровоток становится более свободным (легким). К сожалению, низкий гематокрит обычно является следствием уменьшения количества эритроцитов, наблюдаемого при таких заболеваниях, как анемия. В этом случае кровоток более свободный, однако, в такой крови меньше «транспортных средств», что затрудняет транспорт кислорода. Для мышечной деятельности благоприятно сочетание относительно низкого показателя гематокрита с обычным или слегка повышенным числом эритроцитов. Такое сочетание способствует транспорту кислорода. Многие спортсмены, занимающиеся видами спорта, требующими проявления выносливости, достигают такого состояния вследствие адаптации их сердечно-сосудистой системы к тренировкам.

2. Реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку

Рассмотрев основы сердечно-сосудистой системы, можно приступить к изучению того, как эта система реагирует на повышенные требования, предъявляемые организму во время физической нагрузки. Потребность в кислороде активных мышц резко возрастает во время физической нагрузки: используется больше питательных веществ; ускоряются метаболические процессы, поэтому возрастает количество продуктов распада. При продолжительной нагрузке, а также при выполнении физической нагрузки в условиях высокой температуры повышается температура тела. При интенсивной нагрузке увеличивается концентрация ионов водорода в мышцах и крови, что вызывает снижение рН крови. Во время нагрузки происходят многочисленные изменения в сердечно-сосудистой системе. Все они направлены на выполнение одного задания: позволить системе удовлетворить возросшие потребности, обеспечив максимальную эффективность ее функционирования. Чтобы лучше понять происходящие изменения, необходимо более внимательно рассмотреть определенные функции сердечно-сосудистой системы. Следует изучить изменения всех компонентов системы, обратив особое внимание на * частоту сердечных сокращений; * систолический объем крови; * сердечный выброс; * кровоток; * артериальное давление; *кровь.

Частота сердечных сокращений Частота сердечных сокращений — наиболее простой и наиболее информативный параметр сердечно-сосудистой системы. Измерение его включает определение пульса, обычно в области запястья или сонной артерии (рис. 4).

Рисунок 4 — Определение пульса в области запястья (б) и сонной артерии (а)

ЧСС отражает количество работы, которую должно выполнить сердце, чтобы удовлетворить повышенные требования организма при его вовлечении в физическую деятельность. Чтобы лучше разобраться, сравним ЧСС в покое и при физической нагрузке. Частота сердечных сокращений в покое Средняя ЧСС в покое составляет 60 — 80 ударов-мин. У людей среднего возраста, у малоподвижных и у тех, кто не занимается мышечной деятельностью, ЧСС в покое может превышать 100 ударов-мин. У отлично подготовленных спортсменов, занимающихся видами спорта, требующими проявления выносливости, ЧСС в покое составляет 28 — 40 ударов-мин. ЧСС обычно снижается с возрастом. На частоту сердечных сокращений также влияют факторы окружающей среды, например, она увеличивается в условиях высокой температуры и высокогорья. Уже до начала упражнения ЧСС, как правило, превышает обычный показатель в покое. Это так называемая предстартовая реакция. Поскольку ЧСС перед выполнением упражнения, как правило, повышена, определение её в покое следует осуществлять только в условиях полного расслабления, например утром, перед тем как встать с постели после спокойного сна. Частоту сердечных сокращений перед выполнением упражнения нельзя считать ЧСС в покое.

2.1 Частота сердечных сокращений при физической нагрузке

Когда вы начинаете выполнять упражнения, ЧСС быстро возрастает пропорционально интенсивности нагрузки (рис. 5).

Рисунок 5 — Изменение ЧСС с увеличением интенсивности работы Интенсивность физической нагрузки представлена величиной потребления кислорода, поскольку эти два параметра взаимосвязаны. Когда интенсивность работы точно контролируется и измеряется (например, на велоэргометре), показатель потребления кислорода можно предсказать. Следовательно, выражение интенсивности физической работы или упражнения в показателях потребления кислорода является не только точным, но и наиболее подходящим при обследовании как различных людей, так и одного и того же человека в разных условиях.

Максимальная частота сердечных сокращений ЧСС увеличивается пропорционально возрастанию интенсивности физической нагрузки (рис. 5) практически до момента крайнего утомления (изнеможения). По мере приближения этого момента ЧСС начинает стабилизироваться. Это означает, что достигнут максимальный уровень ЧСС. Максимальная частота сердечных сокращений — максимальный показатель, достигаемый при максимальном усилии перед моментом крайней усталости. Это очень надежный показатель, который остается постоянным изо дня в день и изменяется незначительно только с возрастом из года в год. Максимальную ЧСС можно определять, учитывая возраст, поскольку она снижается примерно на один удар в год, начиная с возраста 10−15 лет. Вычтя возраст из 220 получим приближенный средний показатель максимальной ЧСС. Следует, однако, отметить, что индивидуальные показатели максимальной ЧСС могут отличаться от полученного таким образом среднего показателя довольно значительно. Например, у 40-летнего человека средний показатель максимальной ЧСС будет 180 ударов-мин~ (ЧССмакс = 220 — 40). Однако из всех 40-летних людей 68% будут иметь показатель максимальной ЧСС в пределах 168 — 192 ударов-мин (средний + стандартное отклонение), а у 95% этот показатель будет колебаться в пределах 156 — 204 ударов-мин (средний +2 стандартных отклонения). Этот пример демонстрирует возможность ошибки при оценке максимальной ЧСС человека. Устойчивая частота сердечных сокращений. При постоянных субмаксимальных уровнях физической нагрузки ЧСС увеличивается относительно быстро, пока не достигнет плато — устойчивой ЧСС, оптимальной для удовлетворения потребностей кровообращения при данной интенсивности работы. При каждом последующем увеличении интенсивности ЧСС достигает нового устойчивого показателя в течение 1 — 2 мин. Вместе с тем, чем выше интенсивность нагрузки, тем больше времени требуется для достижения этого показателя. Понятие устойчивой ЧСС легло в основу ряда тестов, разработанных для оценки физической подготовленности. В одном из этих тестов испытуемых помещали на прибор типа велоэргометра, и они выполняли работу при двух-трех стандартизированных интенсивностях. Отличавшиеся лучшей физической подготовленностью, исходя из их кардиореспираторной выносливости, имели более низкие показатели устойчивой ЧСС при данной интенсивности работы по сравнению с менее физически подготовленными. Таким образом, этот показатель — эффективный индикатор производительности сердца: более низкая ЧСС свидетельствует о более производительном сердце. Когда упражнение выполняется с постоянной интенсивностью в течение продолжительного времени, особенно в условиях высокой температуры воздуха, ЧСС повышается, вместо демонстрации устойчивого показателя. Эта реакция является частью феномена, который называется сердечно-сосудистым сдвигом. Перераспределение крови во время физической нагрузки

При переходе от состояния покоя к выполнению физической нагрузки структура кровотока заметно изменяется. Под воздействием симпатической нервной системы кровь отводится из участков, где её наличие необязательно, и направляется в участки, принимающие активное участие в выполнении упражнения. В состоянии покоя сердечный выброс в мышцах составляет всего 15 — 20%, а при интенсивных физических нагрузках — 80 — 85%. Кровоток в мышцах увеличивается главным образом за счет уменьшения кровоснабжения почек, печени, желудка и кишечника. По мере повышения температуры тела вследствие выполнения упражнения либо высокой температуры воздуха значительно большее количество крови направляется к коже, чтобы перенести тепло из глубины тела к периферии, откуда тепло выделяется во внешнюю среду. Увеличение кожного кровотока означает, что кровоснабжение мышц снижено. Этим, кстати, объясняются более низкие результаты в большинстве видов спорта, требующих проявления выносливости в жаркую погоду. С началом упражнения активные скелетные мышцы начинают испытывать возрастающую потребность в кровотоке, которая удовлетворяется путем общей симпатической стимуляции сосудов тех участков, в которых кровоток предстоит ограничить (например, в почках и пищеварительной системе). Сосуды в этих участках суживаются, и кровоток направляется к скелетным мышцам, испытывающим потребность в дополнительном количестве крови. В скелетных мышцах симпатическая стимуляция суживающих стенок сосудов волокон ослабевает, а симпатическая стимуляция сосудорасширяющих волокон увеличивается. Таким образом, сосуды расширяются, и в активные мышцы поступает дополнительное количество крови. Во время физической нагрузки также усиливается метаболизм мышечных тканей, вследствие чего накапливаются продукты метаболического распада. Повышенный метаболизм вызывает увеличение кислотности и температуры в мышечной ткани.

2.2 Сердечно-сосудистый сдвиг

При продолжительной нагрузке, а также выполнении работы в условиях повышенной температуры воздуха объем крови понижается вследствие потери организмом жидкости, обусловленной потением и общим перемещением жидкости из крови в ткани. Это — отек. При постепенном снижении общего объема крови по мере увеличения продолжительности нагрузки и перемещении большего количества крови к периферии с целью охлаждения давление сердечного наполнения снижается. Это уменьшает венозный возврат в правую часть сердца, что, в свою очередь, снижает систолический объем (конечно-диастолический объем понижен; систолический объем =конечно-диастолический объем — конечно-систолический объем). Пониженный систолический объем компенсируется увеличением ЧСС, направленным на сохранение величины сердечного выброса (сердечный выброс = ЧСС * систолический объем). Эти изменения представляют собой, так называемый, сердечно-сосудистый сдвиг, позволяющий продолжать упражнения низкой или средней интенсивности. Вместе с тем организм неспособен полностью компенсировать пониженный систолический объем при высоких интенсивностях физической нагрузки, так как максимальная ЧСС достигается ранее, тем самым ограничивая максимальную мышечную деятельность.

3. Регуляция дыхания при выполнении физической нагрузки

Мы не можем существовать без кислорода. От него зависит деятельность организма и кислород требуется для образования энергии, необходимой для осуществления различных видов активности. Мышечная деятельность, требующая проявления выносливости, зависит от доставки достаточного количества кислорода к мышцам и адекватного клеточного его потребления. Вместе с тем вследствие метаболических процессов, происходящих в активных мышцах, образуется другой газ — диоксид углерода, который в отличие от кислорода токсичен. Для нормальной клеточной деятельности требуется кислород; с повышением уровня диоксида углерода нормальная деятельность нарушается. Всю работу по обеспечению организма адекватным количеством кислорода и выведению из него СО2 выполняет дыхательная система. Как известно, сердечно-сосудистая система обеспечивает транспорт этих газов. Кроме того, дыхательная система доставляет кислород в наш организм и выводит из него избыток диоксида углерода. К рассмотрению этой системы следует приступить с обзора этапов дыхания и газообмена, затем перейти к выяснению того, как эти процессы регулируются. Так же стоит рассмотреть, как функционирует дыхательная система в условиях физических нагрузок и как она может ограничивать мышечную деятельность, изучить, какую роль играет респираторная система в сохранении кислотно-щелочного равновесия, а также выяснить его значение во время физической активности. Поскольку в плавании большое значение имеет контролирование дыхания, многие пловцы пытаются улучшить способность задерживать дыхание, проплывая под водой определенный отрезок дистанции. В 1963 г. Д. Л. Костилл работал тренером с командой средней школы. Группа пловцов решила проверить, кто сможет проплыть наибольший отрезок дистанции под водой. Они выполняли несколько глубоких вдохов, прежде чем нырнуть в бассейн, и затем плыли под водой, сколько могли. Большинство смогло проплыть два отрезка длины бассейна (50 ярдов, или 46 м). Но один пловец проплыл три отрезка, выполнил поворот и «пошел» на четвертый отрезок. На половине дистанции, находясь под водой на глубине около 1 м, он внезапно перестал плыть и вообще прекратил двигаться. Кто-то прыгнул в бассейн и вытащил его на поверхность. К счастью, когда он оказался на поверхности, он снова начал дышать и пришел в себя через 15 — 20 с. Разумеется, больше подобные «эксперименты» не проводились. Дыхательная и сердечно-сосудистая системы образуют эффективную систему транспорта кислорода в ткани организма и выведения из них диоксида углерода. Система транспорта включает четыре отдельных процесса: 1) легочную вентиляцию (дыхание), представляющую собой передвижение газов в легкие и из легких; 2) диффузию — газообмен между легкими и кровью; 3) транспорт кислорода и диоксида углерода с кровью; 4) капиллярный газообмен — газообмен между капиллярной кровью и метаболически активными тканями. Первые два процесса представляют собой, так называемое, внешнее дыхание, поскольку предполагают перемещение газов из внешней среды в легкие и затем в кровь. Как только газы окажутся в крови, они транспортируются к тканям. Когда кровь поступает в ткани, наступает четвертый этап респираторного процесса: газообмен между кровью и тканями, который называется внутренним дыханием. Таким образом, внешнее и внутреннее дыхание связаны друг с другом системой кровообращения.

3.1 Лёгочная вентиляция

Легочная вентиляция, или просто дыхание, представляет собой процесс перемещения воздуха в легкие и из легких. Анатомическая структура респираторной системы показана на рис. 6:

Рисунок 6 — Анатомия дыхательной системы Воздух, как правило, поступает в легкие через нос; рот используется в том случае, когда потребность в воздухе превышает количество, которое может попасть в легкие через нос. Дыхание через нос предпочтительнее, поскольку воздух согревается и увлажняется, проходя через пространство неправильной формы (носовую раковину). Кроме того, при прохождении через носовую раковину пыль и другие частицы оседают на слизистой оболочке носоглотки. Таким образом, осуществляется фильтрация всех частиц, за исключением мельчайших, что снижает раздражение и вероятность респираторных инфекций. Из носа и рта воздух движется по глотке, гортани, трахее, бронхам и бронхиолам, пока не достигнет самых маленьких респираторных единиц — альвеол. Альвеолы являются местом газообмена в легких. Легкие не прикреплены непосредственно к ребрам, а «подвешены» с помощью плевральных полостей, окутывающих легкие. Они содержат тонкий слой плевральной жидкости, которая снижает трение при дыхательных движениях. Кроме того, эти полости соединены с легкими, а также с внутренней поверхностью грудной клетки, которая придает легким свой размер и форму по мере ее расширения и сокращения. Взаимосвязь между легкими, плевральными полостями и грудной клеткой определяет потоки вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Рассмотрим обе фазы — вдох и выдох.

3.2 Вдох

Вдох — активный процесс, в котором участвуют диафрагма и внешние межреберные мышцы. Динамика выполнения вдоха показана на рис. 7. Движение ребер и грудины осуществляется внешними межреберными мышцами. Ребра движутся вверх и в стороны подобно ручке ведра. Движения грудины направлены вверх и вперед и напоминают движения ручки насоса. Что касается диафрагмы, то она сокращается, опускаясь вниз к брюшной полости. Эти действия вызывают увеличение объема грудной клетки и легких. При расширении легких, воздух, находящийся в них, заполняет больше пространства и давление в легких снижается. В результате давление в легких (внутрилегочное давление) становится меньшим, чем давление окружающего воздуха. Поскольку дыхательные пути открыты, воздух устремляется в легкие, чтобы снизить разность давления. Таким образом, при вдохе в легкие попадает воздух. В условиях выполнения значительной физической нагрузки осуществлению вдоха способствуют другие мышцы: лестничные (передняя, средняя и задняя) и грудино-ключично-сосцевидная, расположенные в области шеи, а также грудные. С их помощью ребра поднимаются выше, чем при обычном дыхании.

3.3 Выдох

В состоянии покоя выдох, как правило, — пассивный процесс, который включает расслабление дыхательных мышц и эластическую тягу легочной ткани. При расслаблении диафрагмы она принимает свое обычное дугообразное положение. В результате расслабления внешних межреберных мышц ребра и грудина опускаются вниз, занимая обычные для состояния покоя положения. Как только это происходит, легочная ткань также принимает положение, характерное для состояния покоя. Это приводит к повышению давления в грудной клетке, вследствие чего из легких выходит воздух. Выдох завершен. При дыхании с усилием выдох становится более активным процессом. Внутренние межреберные мышцы более активно тянут ребра вниз. Им могут помогать широчайшая мышца спины и поясничная квадратная мышца. Сокращение мышц живота повышает внутрибрюшное давление, вызывая движение внутренних органов вверх к диафрагме и ускоряя ее возврат в исходное дугообразное положение. Эти мышцы, кроме того, тянут грудную клетку вниз и вовнутрь.

сердце дыхание физический нагрузка Рисунок 7 — Процессы вдоха и выхода

3.4 Проблемы дыхания при выполнении физической нагрузки

Самым идеальным вариантом регуляции дыхания при выполнении физической нагрузки был бы тот, который позволил бы оптимизировать способность выполнять работу. К сожалению, это не всегда случается. При выполнении физической нагрузки могут возникать различные проблемы, связанные с дыханием, отрицательно влияющие на уровень мышечной деятельности. Одышку при выполнении физической нагрузки очень часто испытывают физически плохо подготовленные люди, которые пытаются работать с интенсивностью, приводящей к значительному повышению уровня артериального диоксида углерода и концентрации Н+. Оба эти стимула посылают сигналы в дыхательный центр увеличить частоту и глубину вентиляции. Хотя одышка, обусловленная физической нагрузкой, представляет собой затрудненное дыхание, она вызвана неспособностью адаптации Рсо2 крови и Н+. Неспособность снизить действие этих стимулов во время физической нагрузки, по-видимому, связана с недостаточной подготовленностью дыхательных мышц. Несмотря на значительное побуждение к вентиляции легких, дыхательные мышцы легко устают и не могут восстановить нормальный гомеостаз. Ограничения мышечной деятельности со стороны респираторной системы Для обеспечения легочной вентиляции и транспорта газов, как и для других видов деятельности тканей, требуется энергия. Большую часть энергии во время легочной вентиляции используют дыхательные мышцы. В состоянии покоя всего 2% общего количества энергии, используемой организмом, утилизируют дыхательные мышцы.

С увеличением частоты и глубины дыхания повышаются и энергозатраты. Более 15% кислорода, потребляемого при значительной физической нагрузке, могут использовать диафрагма, межреберные мышцы и мышцы живота для осуществления вентиляции. Во время восстановления процесс дыхания также осуществляется при больших затратах энергии, порядка 9 — 12% общего количества потребляемого кислорода. Даже при максимальном усилии вентиляция не достигает максимального уровня, при котором происходит произвольное поступление воздуха в легкие и выход его из них. Это — максимальная произвольная вентиляция (МПВ). Вместе с тем имеются данные, что легочная вентиляция может быть лимитирующим фактором при выполнении максимальной изнурительной физической нагрузки высокотренированными спортсменами. По мнению некоторых ученых, усиленное дыхание в течение нескольких часов (например, во время марафонского бега) может привести к истощению запасов гликогена и утомлению дыхательных мышц. В этой связи следует отметить, что у «нетренированных» крыс во время физической нагрузки наблюдали значительное уменьшение гликогена в дыхательных мышцах по сравнению с мышцами задних конечностей. Сопротивление дыхательных путей и диффузия газов в легких не ограничивают выполнение физической нагрузки физически здоровым человеком. Хотя объем вдыхаемого воздуха во время физической нагрузки может увеличиваться в 10 — 20 раз, сопротивление дыхательных путей поддерживается на уровне, характерном для состояния покоя вследствие их расширения (в результате увеличения гортанной щели и расширения бронхов). Кровь, идущая от легких, остается достаточно насыщенной кислородом даже при максимальном усилии. Таким образом, респираторная система отлично подготовлена для удовлетворения потребности в усиленном дыхании как при кратковременном, так и при долговременном физическом усилии. Отметим только, что люди, поглощающие чрезмерно большое количество кислорода при значительной физической нагрузке, могут столкнуться с определенными трудностями. Респираторная система может ограничивать физическую деятельность людей с аномально узкими дыхательными путями или путями с нарушенной проходимостью. Например, астма вызывает сужение бронхиол и отек слизистой оболочки. Эти изменения значительно повышают сопротивление вентиляции и вызывают одышку. Известно, что физические нагрузки оказывают отрицательное воздействие на людей, страдающих астмой. Несмотря на интенсивные исследования, механизм или механизмы, вследствие которых физические нагрузки могут приводить к нарушению проходимости дыхательных путей у людей, страдающих астмой, до сих пор не установлены.

Заключение

В данном реферате рассмотрена кардиореспираторная система, её составляющие, особенности, а так же то, как сердечно-сосудистая и дыхательная системы адаптируются к долгосрочным тренировочным нагрузкам, как эти адаптационные реакции способствуют повышению кардиореспираторной выносливости. Важно понимать и знать все особенности своего организма и учитывать все нюансы при выборе вида спорта и распределении нагрузок. Таким образом, можно сделать вывод, что кардиореспираторная система является важнейшей составляющей при исследованиях различных форм и методов профилактики, поскольку данная система является наиболее чутким индикатором физиологического состояния организма.

1. Дж.Х. Уилмор, Д. Л. Костилл. Физиология спорта и двигательной активности. Изд-во «Олимпийская литература», 1997 -503с.

2. Белоцерковцкий, З. Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов/ М.: Советский спорт, 2005 — 312 с.

3. Кардиореспираторная система. [on-line]: http://vmedaonline.narod.ru/Chapt01/C1₅₃₁.html, 2012.

4. Сердечно-сосудистая система. [on-line]: http:// ru.wikipedia.org/wiki/Сердечно-сосудистая_система, 2012.

5.http://vmede.org/sait/content/Fiziologiya_atlas_kamakin_2012_t2/3_files/mb4₀₃₄.jpeg