Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)
Шрифт:
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.
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.