Динамика изменения ЧСС в месячном цикле тренировок у скалолазов

ГУФК им. П.Ф. Лесгафта

Курсовая работа

"Динамика изменения ЧСС в месячном цикле тренировок у скалолазов"

Санкт-Петербург

2008

Введение

Динамика ЧСС является важным критерием оценки функционального состояния спортсмена, поэтому изучение сердечнососудистой системы является важным вопросом в спортивной физиологии, спортивной медицине, а также эти вопросы должны быть важны тренеру.

В данной работе будут рассмотрены изменения основных параметров гемодинамики под влиянием физических нагрузок: частота сердечных сокращений, ударный объем крови, минутный объем крови, кровяное давление и т.д. Здесь рассматривается и функциональные изменения в организме при работе разной мощности у скалолазов.

1. Общие вопросы изменения гемодинамики при физических нагрузках

Человеческий организм может совершать различные виды механической работы с помощью скелетных мышц, на долю которых приходится до 40% массы тела. Мышечная работа носит как статический (поддержание осанки, позы) и динамический характер, причем при статической работе переносимость нагрузки зависит от функционального состояния тех или иных мышечных групп, а при динамической работе и от эффективности механизмов, поставляющих энергию (сердечно – сосудистая, дыхательная системы, кровь).

В состоянии покоя уровень метаболизма скелетных мышц невелик, а при максимальных динамических нагрузках он может возрастать более чем в 50 раз. Переносимость физической нагрузки отражает функциональное состояние организма и в первую очередь состояния сердечно – сосудистой и дыхательной систем.

Физические упражнения приводят к повышению уровня обменных процессов, возрастающему по мере увеличения нагрузок. При интенсивной максимальной нагрузке минутный объем сердца может возрастать по сравнению с состоянием покоя в 6 раз, коэффициент утилизации кислорода – в 3 раз. Коэффициент утилизации – это дополнительная величина того или иного вещества, которая может быть утилизована тканями в чрезвычайных условиях без увеличения притока крови. В результате доставка кислорода к тканям возрастает в 18 раз, что позволяет при интенсивной нагрузке у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15–20 раз по сравнению с уровнем основного обмена.

Под влиянием нагрузок изменения сердечной деятельности происходит обычно в два этапа. Первый этап – это период врабатывание, во время которого основные параметры кровообращения постепенно изменяются от величины покоя до величины соответствующей данному уровню нагрузки. Длительность этого периода от 30с до 2–2,5 минут. Он в свою очередь подразделяется на периоды стартовой реакции и начальной стабилизации.

Второй этап – устойчивое состояние – характеризуется установившимся режимом сердечной деятельности при данном уровне нагрузке.

Остановимся на изменениях основных показателей гемодинамики под влиянием физических нагрузок.

1.1 Частота сердечных сокращений

Частота сердечных сокращений (ЧСС) зависит от многих факторов, включая возраст, пол, положение тела, условия окружающей среды. Она выше в вертикальном положении по сравнению с горизонтальном, уменьшается с возрастом. ЧСС покоя лежа-60 ударов в минуту; стоя-65. По сравнению с положением лежа в положении сидя ЧСС увеличивается на 10%, стоя на 20–30%. В среднем ЧСС составляет около 65 в минуту, однако наблюдается ее значительны колебания. У женщин этот показатель на 7–8 выше.

ЧСС подвержена суточным колебаниям. Во время сна она снижена на 2–7, в течение 3 часов после приема пищи – возрастает, особенно, если пища богата белками, что связано с поступлением крови к органам брюшной полости. Температура окружающей среды оказывает влияние на ЧСС, которая увеличивается в линейной зависимости от эффективной температуры.

У тренированных лиц ЧСС в покое ниже, чем у нетренированных и составляет около 50–55 ударов в минуту.

Физические нагрузки приводят к увеличению ЧСС, необходимого для обеспечения возрастания минутного объема сердца, причем существует ряд закономерностей позволяющих использовать этот показатель как один из важнейших при проведении нагрузочных тестов.

Отмечается линейная зависимость между ЧСС и интенсивностью работы в пределах 80–90% максимальной предельности нагрузок.

При легкой физической нагрузке первоначально ЧСС значительно увеличивается, однако постепенно снижается до уровня, который сохраняется в течение всего периода стабильной нагрузки. При более интенсивных нагрузках имеется тенденция к увеличению ЧСС, причем при максимальной работе она нарастает до предельно достижимой. Эта величина зависит от тренированности, возраста, пола и других факторов. У тренированных людей частота сердечных сокращений достигает 180 уд/мин. При работе переменной мощности можно говорить о диапазоне частоты сокращений 130–180 уд/мин, в зависимости от изменения мощности.

Оптимальная частота 180 уд/мин при различной нагрузке. Следует отметить, что работа сердца при очень большой частоте сокращений (200 и более) становится менее эффективнее, так как значительно сокращается время наполнения желудочков и уменьшается ударный объем сердца, что может привести к патологии (В.Л. Карпман, 1964; Е.Б. Сологуб, 2000).

Тесты с возрастанием нагрузок до достижения максимальной ЧСС используется лишь в спортивной медицине, и нагрузка считается допустимой, если ЧСС достигает 170 в минуту. Этот предел обычно используется при определении переносимости физической нагрузки и функционального состояния сердечнососудистой и дыхательной систем (Крестовников, В.Л. Карпман).

1.2 Ударный объем крови

 

Объем крови нагоняемый каждым желудочком в магистральный сосуд (аорту или легочную артерию) при одном сокращении сердца обозначается как систолический или ударный объем крови (В.В. Парин, В.Л. Карпман, 1980; Е.Б. Сологуб, 2000). В покое объем крови, выбрасываемой из желудочков, составляет от 60–80 мл (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 2000).

Ударный объем крови условно разделили на три составляющие

(В.Л. Карпман, 1973; Е.Б. Сологуб, 2000):

1. Систолический объем.

2. Резервный объем – это тот объем крови, который мобилизируется при максимальном сокращении сердца.

3. Остаточный объем – это тот объем крови, который остается на стенках желудочков.

Величина систолического объема зависит от возраста, пола, уровня физической подготовки, тренированности, положения тела. У детей в 6–9 лет систолический объем составляет 32 мл, в 10–12 лет – 44 мл, в 13 – 17 лет – 60 мл, у взрослых – от 60 до 80 мл. У мальчиков больше, чем у девочек; у тренированных лиц больше, чем у нетренированных. У нетренированных людей в покое УОК 60 мл, а при нагрузке 100 мл. У спортсменов в покое 80 мл, при работе 200 мл. В положении стоя УОК уменьшается на 40% по сравнению с положением лежа, в результате затруднения венозного притока крови к сердцу (В.Л. Карпман, 1973; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 200).

УОК при переходе от состояния покоя к нагрузке быстро увеличивается и доходит до стабильного уровня во время интенсивности ритмичной работы длительностью 5–10 минут (Амосов Н.М, 1989).

При легкой работе (Карпман В.Л., 1973) происходит прирост УОК приблизительно на 20 мл крови на каждые 100 кгм/мин нарастающей нагрузки, вплоть до величин, близких к индивидуального максимума. Максимальная величина УОК наблюдается при частоте сердечных сокращений 130 уд/мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста УОК резко уменьшается, и при мощности работы, превышающей 1000 кгм/мин, она составляет лишь 2–3 мл крови на каждые 100 кгм/мин увеличения нагрузки.

Если нагрузка длительная и интенсивность ее нарастает, то УОК уже больше не увеличивается, а поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных сокращений (Амосов Н.М.).

В условиях легкой нагрузки ударный объем быстро возрастает за счет резервного объема крови. По мере усиления нагрузки, возможность использования резервного объема крови уменьшается, и прирост УОК значительно замедляется. С дальнейшим возрастанием нагрузки, когда полностью исчерпан резервный объем крови, ударный объем прекращает увеличиваться, а если нагрузка превышает максимальную потребность кислорода (аэробную способность) он уменьшается за счет снижения эффективности наполнения сердца при большей ЧСС (Карпман В.Л., 1973).

	Изменение объема диастолических величин желудочков при нагрузке

1.3 Минутный объем крови (МОК)

 

Минутным объемом или сердечным выбросом называется количество крови, которое проходит через сердце за 1 минуту.

Он представляет собой произведение систолического объема крови на частоту сердечного сокращения: МОК=УОК*ЧСС. В состоянии покоя у взрослых людей минутный объем крови составляет в среднем 5–6 л. У детей одного года он составляет 1,2 л, в 5 лет - 1,8 л, в 10 лет – 3,2 л, в 16 лет – 3,5 л. Максимального значения МОК достигает от 15 до 35 лет. Далее МОК падает с ухудшением состояния сердца. Минутный объем у спортсменов в большей степени обеспечивается систолическим объемом, а у нетренированных людей за счет частоты сердечных сокращений.

При работе минутный объем возрастает у нетренированных лиц до 15–20 л/мин, у спортсменов до 30–35 л/мин.

Окончательно не решен вопрос о работе частоты сокращений и ударного объема в возрастании минутного объема крови при физической нагрузке. При мышечной работе МОК возрастает пропорционально мощности работы. Наблюдения показывают, что при работе большой и умеренной мощности его увеличение происходит как за счет увеличения СОК, так и за счет учащения сердечных сокращений. При работе максимальной и субмаксимальной мощности он увеличивается преимущественно за счет ЧСС. (В.Л. Карпман с соавтор., 1973)

 

В возрастании минутного объема при физической нагрузке важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Первое же сокращение активных мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды системного сосудного русла (печень, селезенка) так же действует как часть общей резервной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови. Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и быстрому заполнению сердца. Рефлекторное напряжение стенок венозных сосудов мышц сохраняется в течение всего периода нагрузки и пропорционально степени ее тяжести, причем происходит оно на фоне расширения артериол в работающих мышцах. В течение первых нескольких минут ритмичной работы МОК постепенно увеличивается, сначала быстро, потом более медленно и постепенно достигает устойчивого состояния, которое зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода (Н.М. Амосов, 1989; И.В. Аулик, 1990). После прекращения работы минутный объем уменьшается постепенно, это снижение связанно с снижением частоты сердечных сокращений. Таким образом, в фазе врабатывания можно различить два этапа – «быстрый», «медленный». Фаза адаптации к работе малой и средней мощности продолжается 1–2 минуты, но с увеличением мощности нагрузки удлиняется. Устойчивое состояние раньше наступает у спортсменов.

Под влиянием физической тренировки совершенствуется кровообращение на периферии и улучшается использование кислорода в тканях. Поэтому у тренированных людей, по сравнению с нетренированными, при выполнении субмаксимальной нагрузки минутный объем увеличивается меньше (И.В. Аулик, 1990).

1.4 Кровяное давление

При каждом сокращении сердца в артерии выбрасывается под большим давлением некоторое количество крови. Ее свободному передвижению препятствует сопротивление периферических сосудов. В итоге в кровеносных сосудах создается давление, называемое кровяным давлением. Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается, в полых венах оно меньше атмосферного.

Величина артериального давления зависит от:

1.         Количества крови, поступающей в единицу времени из сердца в аорту;

2.         От интенсивности оттока крови из центральных сосудов на периферию;

3.         От емкости сосудного русла;

4.         От упругого сопротивления артериальных стенок;

5.         От вязкости крови.

На протяжении сердечного цикла давление в артериях неодинаково: оно выше в момент систолы и ниже при диастоле. Наибольшее давление называют систолическим (максимальным), наименьшее – диастолическим (минимальным). У взрослых здоровых людей систолическое давление (Ps) в плечевой артерии находится в пределах от 110 до 125 мм рт ст. Диастолическое давление (Pd) – от 60 до 80 мм рт ст. Разность между систолическим и диастолическим – пульсовое давление; оно равно 30–50 мм рт ст. Среднее давление крови – относительно постоянная величина давления в данном сосуде без пульсовых колебаний; оно равно сумме минимального давления и трети пульсового. Это давление выражает энергию непрерывного течения крови, показатель которого близки к уровню диастолического давления (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 2000).

Системное артериальное давление при переходе от состояния покоя к физической нагрузке увеличивается. Начальный период увеличения давления при ритмичной работе длится 1–2 минуты, после чего оно устанавливается на стабильном уровне, в зависимости от тяжести работы. После прекращения работы давление резко падает и впервые 5–10 минут с восстановительного периода может оказаться ниже исходного уровня. Позже давление нормализуется (Н.М. Амосов, 1989; Н.В. Аулик, 1990).

После достижения устойчивого состояния систолическое давление пропорционально интенсивности нагрузки.

Давление крови в плечевой артерии в зависимости от мощности работы.

 

При максимальных нагрузках оно может превысить 250 мм рт ст (И.В. Аулик, 1990; Е.Б. Сологуб, 2000).

Диастолическое давление остается без существенных изменений и несколько повышается при тяжелых нагрузках.

Разность между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением (Pp).

Отмечается региональные особенности увеличения артериального давления при работе различных мышечных групп (В.В. Васильева, 1966). При работе ногами артериальное давление в верхних конечностях увеличивается более интенсивно, а при работе руками давление относительно повышается в отдыхающих нижних конечностях (Н.М. Амосов, 1989).

Давление в легочной артерии при физических нагрузках средней мощности существенно не возрастает, так как сосуды малого круга кровообращения очень эластичны. Они обладают большими резервными возможностями и выдерживают многократное возрастание минутного объема крови без значительного повышения артериального давления. Систолическое и среднее артериальное давление повышается только при тяжелых физических нагрузках. В условиях умеренной нагрузки центральное давление возрастает пропорционально росту потребления кислорода, однако дальнейшее увеличение нагрузки проходит при постоянном центральном венозном давлении (В.Л. Карпман, 1968).

1.5 Потребление кислорода и кислородный долг

Потребление кислорода (ПК) – это показатель, отражающий функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

При возрастании интенсивности обменных процессов во время физических нагрузок необходимо значительное увеличение потребления кислорода. Это предъявляет повышенные требования к функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В начале динамической работы субмаксимальной мощности потребление кислорода увеличивается и через несколько минут достигает устойчивого состояния. Сердечно – сосудистая и дыхательная системы включаются в работу постепенно, с некоторой задержкой. Поэтому в начале работы возрастает дефицит кислорода.

Он сохраняется до конца нагрузки и стимулирует включение целого ряда механизмов, обеспечивающих необходимые изменения гемодинамики.

В условиях устойчивого состояния потребление организма в кислороде полностью удовлетворяется, количество лактата в артериальной крови не возрастает, также не изменяется вентиляция легких, частота сердечных сокращений, атмосферное давление. Время достижения устойчивого состояния зависит от степени предварительной нагрузки, интенсивности, работы спортсмена. Если нагрузка превышает 50% максимальной аэробной мощности, то устойчивое состояние наступает в течение 2–4 минут. С повышением нагрузки время для стабилизации уровня потребления кислорода увеличивается, при этом наблюдается медленное повышение вентиляции легких, частоты сердечных сокращений. Одновременно в артериальной крови начинается накопление молочной кислоты (И.Н. Аулик, 1990).

После завершения нагрузки потребление кислорода постепенно уменьшается и возвращается к исходному уровню количества кислорода, потребляемого сверх уровня основного обмена в восстановительном периоде, называется кислородным долгом (КД).

Кислородный долг складывается из 4 компонентов:

1.         Аэробное устранение продуктов анаэробного метаболизма (исходный КД)

2.         Увеличение кислородного долга мышцей сердца и дыхательной мускулатурой (для восстановления исходной ЧСС и частоты дыхания)

3.         Увеличение потребления кислорода тканями в зависимости от временного увеличения температуры тела

4.         Пополнение кислородом миоглобина

Размер кислородного долга зависит от величины усилия и подготовки спортсмена. При максимальной нагрузке длительностью 1–2 минуты у не тренированного человека долг составляет 3–5 литров, а у спортсмена 15 литров и более. Максимальный кислородный долг является мерой так называемой анаэробной мощности. Следует учитывать, что КД скорее характеризует общую емкость анаэробных процессов, то есть суммарное количество работы, совершаемой при максимальных усилиях, а не способность развивать максимальную мощность (И.В. Аулик, 1990).

1.6 Максимальное потребление кислорода

Потребление кислорода нарастает пропорционально увеличению нагрузки, однако наступает предел, при котором дальнейшее увеличение нагрузки уже не сопровождается увеличением КД. Этот уровень называется максимальным потреблением кислорода или кислородным пределом.

Максимальное потребление кислорода – это предельное количество кислорода, которое может быть доставлено к работающим мышцам в течение 1 минуты (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Н.М. Амосов, 1989; Е.Б. Сологуб, 2000).

Максимальное потребление кислорода зависит от массы работающей мускулатуры и состояния систем транспорта кислорода, респираторной и сердечной производительности, периферического кровообращения. Величина МПК связана с частотой сердечных сокращений, ударным объемом, артерио-венозной разностью – разница содержания кислорода между артериальной и венозной кровью (АВР) (И.В. Аулик, 1990).

МПК=ЧСС*УОК*АВРО2

Максимальное потребление кислорода определяется в литрах в минуту. В детском возрасте оно увеличивается пропорционально росту и массе. У мужчин оно достигает максимального уровня к 18–20 годам. Начиная с 25–30 лет, оно неуклонно снижается.

В среднем максимальное потребление кислорода равняется 2–3 л/мин, а у спортсменов 4–7 л/мин (Амосов, 1989; И.В. Аулик, 1990 Е.Б. Сологуб, 2000).

Для оценки физического состояния человека определяется кислородный пульс – отношение потребления кислорода в минуту к частоте пульса за туже минуту, то есть количество миллилитров кислорода, которое доставляется за одно сердечное сокращение. Этот показатель характеризует экономичность работы сердца. Чем меньше увеличивается кислородный пульс, тем эффективнее гемодинамика, меньшей ЧСС доставляется нужное количество кислорода.

В покое КП составляет 3,5–4 мл, а при интенсивной физической нагрузке, сопровождающимся кислородным потреблением 3 л/мин увеличивается до 16–18 мл (Амосов, 1989).

2. Кровообращение при мышечной работе

При мышечной работе повышается потребность организма в кислороде и в питательных веществах. Для ее удовлетворения необходимо усиление кровообращения. Степень его усиления зависит от мощности работы. При мышечной работе минутный объем крови увеличивается за счет увеличения ударного объема крови и учащения сердечных сокращений; систолический объем может возрастать до 180–200 мл, а частота сердечных сокращений до 200 и более ударов в минуту; усиливается кровоснабжение мышц.

Повышается кровяное давление. Можно выделить пять типов реакций артериального давления на мышечную работу.

1.         Нормотонический тип – выраженное повышение максимального давления; пульсовое давление возрастает, восстановительный период короткий.

2.         Гипертонический – резкое повышение (до 200 мм рт ст) максимального и умеренное минимального (оно может оставаться прежним, но никогда не понижается); восстановительный период затянут.

3.         Гипотонический – незначительное повышение максимального и минимального давлений; пульсовое давление не изменяется или уменьшается; восстановительный период длится долго.

4.         Дистонический – максимальное давление повышается, иногда значительно; при определении минимального давления отмечается феномен «’бесконечного тона’’; пульсовое давление возрастает; восстановительный период длится долго.

5.         Ступенчатый – характеризуется повышением максимального давления не сразу, а спустя несколько минут после работы; минимальное давление нередко понижается.

Они характеризуются величиной изменений систолического, диастолического и пульсового давлений, направленностью этих изменений и скоростью восстановления до исходного уровня. Наиболее благоприятным типом является нормотический.

Изменения в кровообращении могут возникать еще до начала работы (предстартовое состояние). Эти изменения происходят по механизму условно – безусловных рефлексов. Во время работы импульсы от работающих мышц и от хеморецепторов сосудов, сигнализирующих о повышении кислотности крови, рефлекторно усиливают деятельность сердца и регулируют просвет сосудов это позволяет поддерживать работоспособность организма на должном уровне (Ю.Н. Чусов, 1981).

3. Влияние физических тренировок и гиподинамии на гемодинамику

Многочисленные физиологические исследования показывают, что под влиянием физических тренировок существенно улучшаются функции основных органов и систем человека и это приводит к выраженным положительным сдвигам гемодинамики.

Аэробная способность организма и переносимость физических нагрузок зависит от состояния системы транспорта кислорода. Она определяется частотой сердечных сокращений, величиной сердечного выброса, способностью рационального перераспределения регионального кровотока при физических нагрузках и количество восстановленного гемоглобина в крови. Физические тренировки приводят к увеличению функциональной способности каждого из этих звеньев.

Сердечное сокращение в покое у спортсменов ниже, чем у не тренированных лиц. Предполагается, что относительное изменение частоты сердечных сокращений, наблюдается по мере роста тренированности, обусловлено увеличением тонуса блуждающего нерва.

Регулярные тренировки позволяют повысить производительность сердца в покое и во время физических нагрузок при меньшей частоте сокращений за счет увеличения ударного объема крови. Это повышает экономичность сократительной функции миокарда, так как относительно уменьшаются потребности в кислороде.

У лиц занимающихся спортом, физиологическая гипертрофия миокарда, объем крови по отношению к массе тела больше, чем у не тренированных лиц. Увеличение сердца при этом во многом обусловлено большой величиной резервного объема крови, который и является резервом для увеличения ударного объема при нагрузке.

С увеличением тренированности жизненная емкость легких, циркулирующий объем воздуха увеличиваются, а частота дыхания уменьшается. Однако легочная вентиляция на один литр потребления кислорода в покое в результате тренированности не изменяется.

У спортсменов утилизация кислорода тканями находится на более высоком уровне и количество восстановленного гемоглобина выше. В покое возможность адаптации организма к нагрузкам выше у спортсменов, так как основные физиологические показатели находятся на более ‘’экономном’’ уровне, а предельные возможности при физических нагрузках более высокие, чем у не тренированных лиц. У спортсменов переносимость нагрузок, максимальное потребление кислорода, предельный минутный объем крови значительно возрастают (В.Л. Карпман, 1954; Н.Д. Граевская, 1968).

Однако характер реакции сердечнососудистой и дыхательной систем на физическую нагрузку у тренированных и не тренированных существенно не отличается.

В результате физических нагрузок минутный объем крови увеличивается на 16–33%. На рисунке приведены частота сердечных сокращений и величины максимального потребления кислорода при максимальных и субмаксимальных нагрузках у спортсменов и нетренированных лиц.

При одинаковом субмаксимальном уровне потребления кислорода, содержание молочной кислоты у спортсменов ниже, чем у лиц не занимающихся спортом.

Тренированность расширяет переносимость длительных нагрузок. Хорошо тренированные лица в течение 8 часов могут переносить нагрузку в переделах 50%, а нетренированные люди лишь 25% от максимальной аэробной способности.

Улучшения переносимости нагрузки в результате тренировок связано с многими факторами, среди которых определенную роль играет более эффективное снабжение кислородом работающих мышц в результате увеличения сосудистого ложе, а также увеличение содержания калия и гликогена в мышцах.

Физические тренировки приводят к снижению массы тела, уменьшению толщины кожной складки. Психологическая тренированность способствует стабилизации и улучшению настроения, работа кажется легче, улучшается переносимость нагрузок. Физическая тренированность отодвигает возрастные границы старения, продлевает жизнь (Аршавский, 1962,1966).