Для того чтобы свести к минимуму работу в зависимости от конкретных обстоятельств и требуемого уровня сердечного выброса для соответствующего уровня работы, миокард выбирает оптимальный уровень ударного объема и ЧСС. Факторы, определяющие выбор наиболее эффективной комбинации УО и ЧСС, включают в себя: растяжимость сердечной мышцы; соотношение напряжения и давления в соответствии с законом Лапласа, которое зависит от размера сердца и сопротивления, преодолеваемого во время сокращения; давление наполнения желудочков; время наполнения желудочков; ламинарность или турбулентность потока; соотношение длина - напряжение, зависящее от размеров сердца и его внутренней сократимости.
Нормальное здоровое сердце достигает нужного сердечного выброса наиболее эффективным способом, в большей степени за счет повышения ударного объема, и в относительно меньшей степени за счет повышения ЧСС. Напротив, при снижении насосной функции сердца в покое, более оптимальным путем достижения определенного сердечного выброса во время нагрузки будет повышение в большей степени ЧСС, чем УО.
Во время нагрузки наряду с повышением сердечного выброса происходят соответствующие изменения периферического сосудистого сопротивления, которые способствуют уменьшению работы сердца, но поддерживают адекватное артериальное давление.
Чрезмерное его повышение вместе с сосудистым сопротивлением повышает работу сердца, а понижение не обеспечивает адекватной перфузии органов. Диастолическое давление обычно незначительно увеличивается при максимальной нагрузке (около 10 мм рт.ст). Системное сосудистое сопротивление равняется разнице среднего артериального давления (2/3 АД сист. + 1/3 АД диаст.) и давления в правом предсердии, деленной на сердечный выброс. Системное сосудистое сопротивление снижается во время нагрузки примерно на 40% вследствие дилатации мышечного сосудистого ложа.
Таким образом, и повышение АД и возрастание ЧСС при физической нагрузке существенно увеличивают объем работы, выполняемой сердечной мышцей, а следовательно и ее потребность в кислороде. Во время нагрузки миокард левого желудочка наиболее чувствителен к кислородному снабжению. Это объясняется несколькими причинами. По мере нарастания ЧСС повышается относительная продолжительность периода, во время которого миокард находится в состоянии систолы. Следовательно, доля времени внутри каждого сердечного цикла, когда возможна экстракция кислорода миокардом из коронарного кровотока, сокращается. Поэтому существует предельно допустимый уровень ЧСС, свыше которого адекватная экстракция кислорода становится невозможной и этот уровень зависит главным образом от возраста человека. Поэтому достижение предельно допустимого ЧСС интерпретируется, как исчерпание миокардом своих резервных возможностей и достижение циркуляторного предела, а достижение субмаксимальной ЧСС (85% от предельно допустимого) является абсолютным показанием для прекращения тестов с физической нагрузкой.
Во время отдыха миокард экстрагирует практически весь кислород из коронарного русла. Содержание О<sub>2</sub> в смешанной венозной крови, оттекающей из коронарного русла составляет 20 мл/л. Во время нагрузки он попадает в неблагоприятные условия, так как дальнейшее увеличение экстракции кислорода невозможно.
Кроме того, отсутствуют другие источники кислорода в сердечной мышце, помимо коронарного кровоснабжения. Миокард же в свою очередь неспособен работать в анаэробном режиме на протяжении длительного периода. Если коронарное русло становится неспособным поддерживать адекватный кровоток в условиях сокращенного диастолического периода и возросших потребностей, то возникает ишемия миокарда.
В малом круге кровообращения, несмотря на возрастание кровотока во время нагрузки, давление в легочной артерии повышается незначительно. Это происходит вследствие существенного падения периферического сосудистого сопротивления, главным образом, в результате вовлечения в легочный кровоток сосудов, нефункционирующих в покое. Малый круг более приспособлен к повышению кровотока без существенного повышения давления. Это позволяет правому желудочку проделывать значительно меньший объем работы во время физической нагрузки. Однако при различных заболеваниях эти адаптационные механизмы могут нарушаться, что может приводить к повышению давления в системе легочной артерии во время нагрузки и недостаточности насосной функции правого желудочка. Это ведет к ограничению физической работоспособности вследствие сниженного сердечного выброса. Кроме того, различные патологические состояния, приводящие к нарушению кровообращения в малом круге, приводят также к неравномерности вентиляции и легочного кровотока. Эти изменения приводят к одновременному повышению работы сердца и дыхания, что существенно ограничивает физическую работоспособность.
Разница между показателями содержания кислорода артериальной и смешанной венозной крови - артериовенозная разница по кислороду (A - V)O<sub>2</sub> отражает часть кислорода, экстрагированного тканями во время работы, выполняемой в аэробном режиме. C повышением сердечного выброса происходит перераспределение кровотока к интенсивно работающим мышцам, где экстракция кислорода повышена. Наряду с увеличением (A - V)O<sub>2</sub> во время работы изменяются так же кривая диссоциации гемоглобина и повышается объем крови в капиллярах мышц. Это способствует сокращению дистанции для диффузии кислорода к мышечным клеткам.
Во время отдыха значительная часть сердечного выброса расходуется на перфузию внутренних органов, тогда как при физической нагрузке отмечается снижение кровотока в немышечных структурах. Мышечный кровоток возрастает примерно с 0, 5 л/мин до 15 - 20 л/мин во время максимальной физической нагрузки у здорового субъекта. Коронарный же кровоток повышается не столь значительно, как общемышечный. Кровообращение кожного покрова может варьировать, зависит от температуры окружающей среды. Церебральный и почечный кровоток остается примерно одинаковым в покое и во время нагрузки.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ФОРМУЛЫ РАСЧЕТОВ
Хотя все лаборатории снабжены компьютерами для расчета основных измеряемых параметров, необходимо понимать, какие формулы и расчеты используются для анализа основных получаемых параметров.
Минутная вентиляция ( VE ) - это объем воздуха (в л/мин), который пациент выдыхает каждую минуту, при температуре тела, давлении и влажности окружающей среды (ВТРS).
Дыхательный объем ( VT ) - также измеряется в системе BTPS и рассчитывается следующим образом: VT (в л BTPS) = VE (л/мин в BTPS)/частоту дыхания в минуту.
Потребление кислорода ( VO <sub>2</sub> ) - количество кислорода потребляемого телом каждую минуту. Рассчитывается из минутной вентиляции при стандартной температуре и давлении (STPD) и разницей концентрации кислорода на вдохе и выдохе. Расчет VO<sub>2</sub> требует коррекции по азоту и влажности. В простой формуле потребление кислорода рассчитывается следующим образом:
VO<sub>2</sub> (л/мин в системе STPD) = ( FIO<sub>2</sub> x VI <sub>STPD</sub>) - ( FEO<sub>2</sub> x VE <sub>STPD</sub>),
где FIO<sub>2</sub> - инспираторная фракция (фракционная концентрация) сухого вдыхаемого кислорода;
FEO<sub>2</sub> - экспираторная фракция (фракционная концентрация) сухого выдыхаемого кислорода;
VI <sub>STPD</sub> - объем вдыхаемого воздуха каждую минуту при системе STPD;
VE <sub>STPD</sub> - объем выдыхаемого воздуха каждую минуту при системе STPD.
Продукция углекислого газа ( VCO <sub>2</sub> ) - это количество CO<sub>2</sub>, продуцируемое организмом каждую минуту. Показатель рассчитывается из минутной вентиляции при условиях STPD и разницы концентрации CO<sub>2</sub> на вдохе и выдохе. Формула для расчета VCO<sub>2</sub> следующая:
