path: pictures/0584.png
Рис. 5-84. В норме при увеличении физической нагрузки вентиляция возрастает линейно до точки, когда метаболизм становится анаэробным, после чего вентиляция нарастает быстрее, чем физическая нагрузка.
Первоначально возрастание вентиляции достигается за счет возрастания дыхательного объема (ДО или VT). Однако объем вдохов ограничен и составляет около 60% от жизненной емкости легких, и поэтому, вслед за возрастанием уровня ДО повышается и частота дыхания. На рис. 5-85 показано отношение частоты и дыхательного объема к вентиляции.
path: pictures/0585.png
Рис. 5-85. Увеличение вентиляции в ответ на физическую нагрузку сопровождается в первую очередь возрастанием дыхательного объема (VT) и частоты дыхания (f). У здоровых людей вентиляция повышается главным образом за счет возрастания дыхательного объема. Однако при высоких уровнях нагрузки частота дыхания играет главную роль. Дыхательный объем возрастает почти до 60% жизненной емкости пациента, в то время как частота возрастает от 50 до 60 дыханий в
минуту. Если взаимоотношение частоты дыхания и дыхательного объема на графике смещается вверх и влево (пунктирная линия), дыхание становится более частым и поверхностным, что обычно встречается у пациентов с рестриктивными процессами в легких
При возрастании нагрузки работающие мышцы требуют больше кислорода и могут выделять большее количество углекислого газа. Взаимосвязь между VO<sub>2</sub>, работой и вентиляцией носит линейный характер. В точке, где начинает преобладать анаэробный механизм, рост вентиляции происходит быстрее, чем увеличение VO<sub>2</sub> и выполняемой работы. В результате напряжение СО<sub>2</sub> в артериальной крови (PaCO<sub>2</sub>) остается относительно стабильным у здоровых людей до включения анаэробного метаболизма и затем начинает снижаться. Эти взаимоотношения показаны на рис. 5-86 и 5-87.
path: pictures/0586.png
Рис. 5-86. Потребление кислорода возрастает линейно по отношению к нагрузке (работе).
path: pictures/0587.png
Рис. 5-87. Потребление кислорода возрастает линейно по отношению к вентиляции до точки анаэробного порога, после чего вентиляция возрастает быстрее, чем потребление кислорода.
При каждом вдохе часть вдыхаемого воздуха достигает альвеол, а часть остается в проводящих дыхательных путях. Воздух в проводящих дыхательных путях и респираторных участках, где нет процесса перфузии, не принимает участие в газообмене и обозначается как мертвое пространство (VD). Мертвое пространство включает в себя проводящие дыхательные пути и главные бронхи (анатомическое мертвое пространство) и неперфузируемые респираторные участки (физиологическое мертвое пространство).
В норме в состоянии покоя VD составляет почти 30% от VT. Например, если VT равняется 700 мл, то анатомическое и физиологическое мертвое пространство составляет почти 210 мл. Во время физической нагрузки отношение VD к VT в норме снижается до 5 - 25% как результат возрастания VT.
УЧАСТИЕ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
Нагрузочные тесты в течение многих лет применяются у больных кардиологического профиля в упрощенном варианте (велоэргометрия) для определения толерантности к физической нагрузке сердечно-сосудистой системы, выявления скрытой коронарной патологии и определения функционального класса. Однако исследователи, проводящие подобные исследования, концентрируют свое внимание на изучении особенностей изменения ЭКГ и гемодинамических параметров неинвазивными и инвазивными методами, уделяя при этом недостаточно внимания исследованию газообмена при физической нагрузке. Между тем для полного представления о состоянии сердечно-сосудистой системы при выполнении физической нагрузки необходимо углубленное исследование ее способности поддерживать адекватный легочный и тканевой газообмен в стрессовых условиях.
Для того чтобы увеличить поток крови к работающим мышцам, главный кардиоваскулярный ответ организма на нагрузку заключается в возрастании сердечного выброса. Сердечный выброс - это количество крови, которое выбрасывают желудочки каждую минуту и является произведением ударного объема на число сердечных сокращений. При физической нагрузке и ударный объем, и ЧСС возрастают, однако степень возрастания зависит от характера нагрузки и физического состояния обследуемого.
Однако, когда число сердечных сокращений возрастает до 110 - 130 ударов в минуту, скорость возрастания ударного объема снижается. Взаимоотношение числа сердечных сокращений (HR) и потребления кислорода (VO<sub>2</sub>) индивидуально и выражается линейной зависимостью (рис. 5-88). У здоровых испытуемых во время физической нагрузки также возрастает системное артериальное давление.
path: pictures/0588.png
Рис. 5-88. Линейный характер взаимоотношения частоты сердечных сокращений и потребления кислорода.
Систолическое артериальное давление при максимальной физической нагрузке превышает уровень давления в состоянии покоя на 80 - 150 мм рт.ст. Диастолическое артериальное давление возрастает незначительно и, как правило, остается на уровне значения покоя.
Чтобы лучше понять влияние сердечно-сосудистой системы на метаболические параметры во время нагрузки, необходимо рассмотреть основные факторы, из которых складывается работа миокарда и ее увеличение в условиях физической нагрузки, а также циркуляторные механизмы доставки кислорода к тканям. Для достижения увеличения потребления кислорода во время нагрузки сердечно-сосудистая система должна увеличивать сердечный выброс (Q) и повышать экстракцию кислорода тканями. Повышение потребления кислорода во время нагрузки осуществляется сердечно-сосудистой системой за счет трех основных механизмов: повышения ЧСС (HR), повышения ударного объема (SV) и возрастания артериовенозной разницы по кислороду - (A - V)O<sub>2</sub>. Эта зависимость нашла отражение в формуле Fick:
VO<sub>2</sub> = SV x HR x (A - V)O<sub>2</sub>.
Как видно из представленной формулы отношение потребления кислорода к ЧСС, или так называемый кислородный пульс (O<sub>2</sub>P), изменяется прямо пропорционально ударному объему (УО, SV) и может служить его неинвазивным индикатором. А поскольку уменьшение ударного объема означает снижение насосной функции сердечной мышцы, то определение кислородного пульса и тахикардического ответа на нагрузку считается необходимым для оценки сердечно-сосудистой функции.
Сердечный выброс является произведением ударного объема на ЧСС. С повышением сердечного выброса происходят соответствующие изменения АД и сосудистого сопротивления. Изменения этих параметров отражаются на работе сердца и потребности миокарда в кислороде. Если эта потребность превышает доставку кислорода к миокарду, то могут возникнуть признаки ишемии миокарда.
Общая работа, осуществляемая сердечной мышцей, состоит из двух компонентов. Первый - это часть работы, требуемая для поддержания сердечного выброса. Второй - статический компонент, затрачиваемый на поддержание напряжения миокарда. Таким образом:
Общая работа = (работа выброса + работа напряжения) x ЧСС.
Работа миокарда для клинических целей (например, деления больных ишемической болезнью сердца на функциональные классы) выражается в форме двойного произведения (ДП):
ДП = систолическое АД x ЧСС.
Ударный обьем может повышаться вследствие повышения конечно-диастолического объема или снижения конечно-систолического объема. Эластическая же работа существенно повышается в том случае, если наполнение сердца кровью превышает соответствующий уровень и резко вырастает давление наполнения. Кроме того, наполнение сердца требует времени, увеличение которого приводит к уменьшению времени сокращения миокарда.
С возрастанием нагрузки сердечный выброс может повышаться наряду с повышением ЧСС. Однако при этом возрастает и относительное время систолы миокарда по отношению к времени диастолы. Кроме того, возрастает скорость кровотока, что приводит к повышению вязкостного и динамического сопротивления, турбуленции потока. Все это в совокупности способствует повышению работы миокарда.
