Определение ударного объема сердца. Сердечный выброс

Объем (Extension) Совокупность объектов, обозначаемых одним и тем же знаком или содержащихся внутри одного и того же понятия. Расширительное толкование этого понятия подразумевает (если это возможно) составление всего перечня объектов, к которым оно может быть применено.

Объем улья

Объем улья Как в горизонтальных, так и в вертикальных ульях важное значение имеет наличие свободного пространства (объема), гарантирующего правильное развитие пчелиной семьи и полное использование всех медосборов. Объем улья рассчитывается исходя из яйценоскости

Избыточный объем

Избыточный объем Иран вышел из кризиса в состоянии полной социально-экономической дезориентации. Провал попытки реорганизации нефтяной индустрии, предпринятой Мосаддыком, можно объяснить следующим образом.Добыча нефти, производимая в Персидском заливе, как известно,

Объем

Объем Объем – вместимость геометрического тела, т. е. части пространства, ограниченной одною или несколькими замкнутыми поверхностями. Вместимость или емкость выражается числом заключающихся в О. кубических единиц. Вычисление величины О. производится помощью приемов,

Объем и состав клизмы ОБЪЕМ КЛИЗМЫ Объем внутренних органов (а следовательно, и кишечника) в норме зависит от конституциональных особенностей и, по идее, у гиперстеника с объёмными полостями тела должен быть больше, чем у нормостеника и, тем более, астеника. Исходя из этих

Сердечная мышца сокращается за всю жизнь человека до 4 миллиардов раз, обеспечивая поступление в ткани и органы до 200 миллионов л крови. Так называемый сердечный выброс в физиологических условиях составляет от 3,2 до 30 л/минуту. Кровоток в органах изменяется, увеличиваясь вдвое, в зависимости от силы их функционирования, которая определяется и характеризуется несколькими гемодинамическими показателями.

Гемодинамические показатели

Ударный (систолический) объем крови (УОК) - это количество биологической жидкости, которое сердце выбрасывает за одно сокращение. Этот показатель взаимосвязан с рядом других. К ним относятся минутный объем крови (МОК) - количество, выбрасываемое одним желудочком за 1 минуту, а также число сердечных сокращений (ЧСС) - это сумма сжатий сердца за единицу измерения времени.

Формула для расчета МОК выглядит следующим образом:

МОК = УО * ЧСС

К примеру, УО равен 60 мл, а ЧСС в 1 минуту - 70, тогда МОК составляет 60 * 70 = 4200 мл.

Чтобы определить у дарный объем сердца, нужно МОК разделить на ЧСС .

К другим гемодинамическим показателям относятся конечный диастолический и систолический объем. В первом случае (КДО) - это количество крови, заполняющее желудочек в конце диастолы (в зависимости от пола и возраста - в диапазоне от 90 до 150 мл).

Конечный систолический объем (КСО) - величина, оставшаяся после систолы. В состоянии покоя он составляет меньше 50% от диастолического, примерно 55-65 мл.

Фракция выброса (ФВ) - это показатель эффективности работы сердца с каждым ударом. Процент от объема крови, который поступает в аорту из желудочка во время сокращения. У здорового человека этот показатель в норме и в покое составляет 55-75%, а при физической нагрузке достигает 80%.

Минутный объем крови без напряжения равняется 4,5-5 л. При переходе к интенсивным физическим упражнениям показатель увеличивается до 15 л/минуту и более. Таким образом кардиальная система удовлетворяет потребности тканей и органов в питательных веществах и кислороде для поддержания метаболизма.

Гемодинамические показатели крови зависят от тренированности. Значение систолического и минутного объема человека со временем возрастает при незначительном повышении числа сердечных сокращений. У нетренированных людей увеличивается ЧСС и почти не изменяется систолический выброс. Повышение УОК зависит от возрастания притока крови к сердцу, после этого меняется и МОК.

Методы определения значений функции сердца

Изменение показателя МОК происходит из-за:

• величины УО;
• частоты сердечных сокращений.

Имеется несколько методов измерения ударного и минутного объемов сердца:

• газоаналитический;
• разведение красителей;
• радиоизотопный;
• физико-математический.

Физико-математический метод расчета параметров наиболее эффективен в детском возрасте из-за отсутствия воздействия и влияния на исследуемого.

Формула Старра для измерения систолического объема выглядит следующим образом:

СО = 90,97 + 0,54 * ПД - 0,57 * ДД - 0,61 * В

СО - систолический объем, мл; ПД - пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД - диастолическое давление, мм рт. ст.; В - возраст. Чтобы определить ПД, из систолического вычитают диастолическое.

Нормы ударного объема у взрослых и детей

Эта величина зависит от пола, возраста и тренированности организма. С годами ритм сердца становится медленнее, в связи с этим ударный выброс возрастает более заметно, чем минутный. УОК в зависимости от возраста:

Показатель МОК зависит от массы тела ребенка, с возрастом он уменьшается, а не увеличивается. По этой причине относительные значения выше у новорожденных и грудничков.

У детей обоих полов в возрасте до 10 лет показатели практически идентичны. Начиная с 11 лет, параметры увеличиваются, но более существенно у мальчиков (к 14-16 годам у них МОК - 4,6 л, а у девочек - 3,7).

Также гемодинамику характеризует сердечный индекс (СИ) - это отношение МОК к поверхности тела. У детей он может быть от 1,8 до 4,5 л/м2, независимо от возраста. Средняя величина составляет 3,1 л/м2.

Факторы, влияющие на гемодинамику

При измерении этих показателей, врач должен иметь в виду факторы, которые способны привести к изменению функции.

На заполнение сердца кровью и конечно-диастолический объем влияют:

• количество биологической жидкости, поступающее в правое предсердие из большого круга кровообращения;
• объем циркулирующей крови;
• синхронность работы предсердий и желудочков;
• длительность диастолы (расслабление миокарда).

Выше нормы ударный и минутный объем определяются при:

• задержке воды и натрия;
• горизонтальном положении тела (к правому предсердию увеличивается венозный возврат);
• физической тренировке, мышечных сокращениях;
• стрессе, сильном волнении.

Ниже нормы сердечный выброс определяется при:

• кровопотере, обезвоживании, шоке;
• вертикальном положении тела;
• увеличении давления в груди (обструкция легких, сильный непродуктивный кашель, пневмоторакс);
• гиподинамии;
• приеме препаратов, снижающих давление и расширяющих вены;
• аритмии;
• органической патологии миокарда (кардиосклероз, дилатационная кардиомиопатия, миокардиодистрофия).

На функцию сердца влияют лекарственные препараты. Увеличивают сократимость миокарда и повышают МОК адреналин, кардиогликозиды, норадреналин. Снижают сердечный выброс барбитураты, б-адреноблокаторы, антиаритмические препараты.

Ударный или систолический объем сердца (УО) — количество крови, выбрасываемое желудочком сердца при каждом сокращении, минутный объем (МОК) — количество крови, выбрасываемое желудочком в минуту. Величина УО зависит от объема сердечных полостей, функционального состояния миокарда, потребности организма в крови.

Минутный объем прежде всего зависит от потребностей организма в кислороде и питательных веществах. Так как потребность организма в кислороде непрерывно изменяется в связи с изменяющимися условиями внешней и внутренней среды, то величина МОК сердца является весьма изменчивой.

Изменение величины МОК происходит двумя путями:

через изменение величины УО;

через изменение частоты сердечных сокращений.

Существуют разнообразные методы определения ударного и минутного объемов сердца: газоаналитический, методы разведения красителя, радиоизотопный и физико-математический.

Физико-математические методы в детском возрасте имеют преимущества перед остальными вследствие отсутствия вреда или какого-либо беспокойства для исследуемого, возможности сколь угодно частых определении этих параметров гемодинамики.

Величина ударного и минутного объемов с возрастом увеличивается, при этом УО изменяется более заметно, чем минутный, так как с возрастом ритм сердца замедляется. У новорожденных УО равен 2,5 мл, в возрасте 1 года —10,2 мл, 7 лет — 23 мл, 10 лет — 37 мл 12 лет — 41 мл, от 13 до 16 лет — 59 мл (С. Е. Советов, 1948; Н. А. Шалков, 1957).

У взрослых УО равен 60—80 мл. Показатели МОК, отнесенные к массе тела ребенка (на 1 кг массы), с возрастом не увеличиваются, а, наоборот, уменьшаются. Таким образом, относительная величина МОК сердца, характеризующая потребности организма в крови, выше у новорожденных и у детей грудного возраста.

Ударный и минутный объемы сердца практически одинаковы у мальчиков и у девочек в возрасте от 7 до 10 лет. С 11 лет оба показателя нарастают как у девочек, так и у мальчиков, по у последних они увеличиваются более значительно (МОК достигает к 14—16 годам у девочек 3,8 л, а у мальчиков — 4,5 л).

Таким образом, половые различия рассматриваемых показателей гемодинамики выявляются после 10 лет. Кроме ударного и минутного объемов, гемодинамику характеризует сердечный индекс (СИ — отношение МОК к поверхности тела), СИ варьирует у детей в широких пределах — от 1,7 до 4,4 л/м 2 , при этом связи его с возрастом не выявляется (средняя величина СИ по возрастным группам в пределах школьного возраста приближается к 3,0 л/м 2).

«Детская торакальная хирургия», В.И.Стручков

Ударный объем крови (УОК)

Количество крови, выбрасываемое из желудочка сердца за одно сердечное сокращение, называется ударным объемом крови (УО). В покое величина ударного объема крови у взрослого человека составляет 50-90 мл и зависит от массы тела, объема камер сердца и силы сокращения сердечной мышцы. Резервным объемом называется часть крови, которая в покое после сокращения остается в желудочке, но при физической нагрузке и в стрессовых ситуациях выбрасывается из желудочка.

Именно величина резервного объема крови в значительной степени способствует увеличению ударного объема крови при выполнении физических нагрузок. Увеличению УО при физических нагрузках способствует также повышение венозного возврата крови к сердцу. При переходе из состояния покоя к выполнению физической нагрузки ударный объем крови растет. Повышение величины УО идет до достижения его максимума, который определяется величиной объема желудочка. При очень интенсивной нагрузке ударный объем крови может уменьшаться, так как из-за резкого укорочения длительности диастолы желудочки сердца не успевают полностью наполняться кровью.

При переходе от состояния покоя к нагрузке УО быстро увеличивается и достигает стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы длительностью 5-10 мин, например при физических тренировках.

Максимальная величина ударного объема наблюдается при ЧСС 130 уд/мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста ударного объема крови резко уменьшается и при мощности работы, превышающей 1000 кгм/мин, составляет лишь 2-3 мл крови на каждые 100 кгм/ мин увеличения нагрузки. При длительных и нарастающих нагрузках ударный объем уже не увеличивается, но даже несколько уменьшается. Поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных сокращений. Сердечный выброс увеличивается главным образом за счет более полного опорожнения желудочков, т. е. путем использования резервного объема крови.

Минутный объем крови (МОК) показывает, какое количество крови выбрасывается из желудочков сердца в течение одной минуты. Рассчитывается величина минутного объема крови по следующей формуле:

Минутный объем крови (МОК) = УО х ЧСС.

Поскольку у здоровых взрослых людей ударный объем крови (здесь и далее при сравнении параметров нетренированных людей и спортсменов смотрите Таблицу 1) составляет в покое 50-90 мл, а частота сердечных сокращений находится в диапазоне 60-90 уд/мин, то величина минутного объема крови в покое находится в пределах 3,5-5 л/мин.

Таблица 1. Различия в резервных возможностях организма у нетренированного человека и спортсмена (по Н.В. Муравову).

У спортсменов величина минутного объема крови в покое такая же, поскольку величина ударного объема у них несколько выше (70-100 мл), а частота сердечных сокращений - ниже (45-65 уд/мин). При выполнении физической нагрузки минутный объем крови растет за счет повышения величины ударного объема крови и частоты сердечных сокращений, По мере повышения величины выполняемой физической нагрузки ударный объем крови достигает своего максимума и остается затем на этом уровне при дальнейшем повышении нагрузки. Рост минутного объема крови в таких условиях происходит за счет дальнейшего повышения частоты сердечных сокращений. После прекращения выполнения физической нагрузки значения показателей центральной гемодинамики (МОК, УО и ЧСС) начинают уменьшаться и через определенное время достигают исходного уровня.

У здоровых нетренированных людей величина минутного объема крови при физической нагрузке может повышаться до 15-20 л/мин. Такая же величина МОК при физической нагрузке отмечается у спортсменов, развивающих координацию, силу или скорость.

У представителей игровых видов спорта (футбол, баскетбол, хоккей и т.д.) и единоборств (борьба, бокс, фехтование и т.д.) величина МОК при нагрузке находится в диапазоне 25-30 л/мин, а у спортсменов элитного уровня достигает максимальных значений (35-38 л/мин) за счет большой величины удар¬ного объема (150-190 мл) и высокой частоты сердечных сокращений (180-200 уд/мин).

Во время физической нагрузки средней интенсивности в положении сидя и стоя МОК примерно на 2 л/ мин меньше, чем при выполнении той же нагрузки в положении лежа. Объясняется это скоплением крови в сосудах нижних конечностей из-за действия силы притяжения.

При интенсивной нагрузке минутный объем может возрастать в 6 раз по сравнению с состоянием покоя, коэффициент утилизации кислорода - в 3 раза. В результате доставка О 2 к тканям увеличивается приблизительно в 18 раз, что позволяет при интенсивных нагрузках у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15-20 раз по сравнению с уровнем основного обмена.

В возрастании минутного объема крови при физической нагрузке важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Сокращение мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды (в основном вены) системного сосудистого русла (печень, селезенка и др.) также действуют 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.

При выполнении физической работы МОК постепенно увеличивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После прекращения нагрузки МОК постепенно уменьшается. Лишь при легких физических нагрузках увеличение минутного объема кровообращения происходит за счет увеличения УОК и ЧСС. При тяжелых физических нагрузках оно обеспечивается главным образом за счет увеличения частоты сердечных сокращений.

МОК зависит и от вида физических нагрузок. Например, при максимальной работе руками МОК составляет лишь 80% от значений, получаемых при максимальной работе ногами в положении сидя.

Адаптация организма здоровых людей к физической нагрузке происходит оптимальным способом, за счет повышения величины как ударного объема крови, так и частоты сердечных сокращений. У спортсменов используется самый оптимальный вариант адаптации к нагрузке, поскольку благодаря наличию большого резервного объема крови при нагрузке происходит более значительное повышение ударного объема. У кардиологических больных при адаптации к физической нагрузке отмечается неоптимальный вариант, поскольку из-за отсутствия резервного объема крови адаптация происходит только за счет повышения частоты сердечных сокращений, что вызывает появление клинических симптомов: сердцебиения, одышки, болей в области сердца и т.д.

Для оценки адаптационных возможностей миокарда в функциональной диагностике используется показатель функционального резерва (ФР). Показатель функционального резерва миокарда указывает, во сколько раз минутный объем крови при выполнении физической нагрузки превышает уровень покоя.

Если у обследуемого наибольший минутный объем крови при нагрузке составляет 28 л/мин, а в покое равен 4 л/мин, то его функциональный резерв миокарда равен семи. Такая величина функционального резерва миокарда свидетельствует о том, что при выполнении физической нагрузки миокард обследуемого способен повысить свою производительность в 7 раз.

Многолетние занятия спортом способствуют повышению функционального резерва миокарда. Наибольший функциональный резерв миокарда отмечается у представителей видов спорта на развитие выносливости (8-10 раз). Несколько меньше (6-8 раз) функциональный резерв миокарда у спортсменов игровых видов спорта и у представителей единоборств. У спортсменов, развивающих силу и скорость, функциональный резерв миокарда (4-6 раз) мало отличается от такового у здоровых нетренированных лиц. Снижение функционального резерва миокарда менее четырех раз свидетельствует о снижении насосной функции сердца при выполнении физической нагрузки, что может свидетельствовать о развитии перегрузки, перетренировки или болезни сердца. У кардиологических больных снижение функционального резерва миокарда обусловлено отсутствием резервного объема крови, что не позволяет увеличить ударный объем крови при нагрузке, и снижением сократительной способности миокарда, ограничивающим насосную функцию сердца.

13.4.3. Ударный объем, частота сердечных
сокращений и сердечный выброс

Сердечным выбросом называют количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в единицу времени. У млекопитающих сердечным выбросом считают выброс левого или правого желудочка, но не их обоих вместе взятых. Количество крови, изгоняемое из желудочка за одно сокращение, называется ударным объемом . Средний ударный объем можно рассчитать, разделив сердечный выброс на частоту сердечных сокращений.

Ударный объем представляет собой разность между объемом крови в желудочке непосредственно перед сокращением (конечно-диастолический объем ) и в конце сокращения (конечно-систолический объем ). Значит, ударный объем может меняться в результате изменения либо конечно-диастолическо-го, либо конечно-систолического объема. Конечно-диастолический объем зависит от следующих факторов:

1. Давления наполнения в венах;
2. Давления, развиваемого при сокращении предсердия;
3. Растяжимости стенки желудочка;
4. Времени наполнения желудочка.

В свою очередь конечно-систолический объем зависит от:

1. Давления, развиваемого при систоле желудочка;
2. Давления в выходящей из желудочка магистральной артерии (аорте или легочной артерии).

Э. Стaрлинг обнаружил, что повышение конечно-диастолического объема в результате увеличения венозного давления наполнения приводит к возрастанию ударного объема изолированного сердца млекопитающего. Конечно-систолический объем при этом также взрастает, но не в такой степени, как конечно-диастолический. Значит, поведение сердечной мышцы сходно с поведением скелетной: в определенном диапазоне длины растяжение расслабленной мышцы приводит к увеличению усилия, которое она развивает при сокращении. Старлинг показал также, что при увеличении артериального давления конечно-диастолический и конечно-систолический объемы возрастают, а ударный меняется мало . При этом повышение механической работы, необходимое для поддержания прежнего ударного объема в условиях повышенного артериального давления, также обусловлено большим растяжением сердечной мышцы во время диастолы.

Ранее Отто Франк описал зависимость "длина-усилие" для миокарда лягушки и показал, что если увеличивать растяжение миокарда перед сокращением, то развиваемое при сокращении усилие сначала возрастает до некоего максимума, а затем - если еще больше растягивать миокард-убывает. Хотя ни Старлинг, ни Франк не изучали механическую работу миокарда, увеличение работы желудочка при повышении его конечно-диастолического объема (или венозного давления наполнения) называется механизмом Франка - Стерлинга . Кривые зависимости внешней работы желудочка от венозного давления наполнения носят название кривых Старлинга (рис. 13-14).

На самом деле связь между венозным давлением наполнения и работой желудочка невозможно описать одной кривой Старлинга. Дело в том, что на механические (также, как и на электрические) свойства сердца влияет целый ряд факторов, в частности импульсация в сердечных нервах и состав крови. Так, зависимость работы сердца от венозного давления наполнения сильно изменяется при раздражении симпатических нервов, иннервирующих сердце (рис. 13-14).

Катехоламины, адреналин и медиатор симпатических нервов - норадреналин - увеличивают силу сокращения желудочков. При этом возрастают как скорость, так и полнота изгнания крови из желудочков. Действие же холинергических волокон блуждающих нервов на скорость и объем выброса гораздо менее выражено. Это связано с тем, что холинергическая иннервация желудочков немного слабее, чем мощная адренергичсская иннервация.

Кривые Стерлинга, отражающие зависимость между ударным объемом и венозным давлением наполнения (в данном случае средним давлением в левом предсердии) при различной интенсивности раздражения симпатических нервов. Цифры соответствуют частоте раздражения в Гц. (Sarnoff, Mitchell. 1962.)

При действии на сердце симпатических нервов происходит целый ряд взаимосвязанных процессов. Частота сердечных сокращений увеличивается из-за влияния симпатических нервов на пейсмекерные клети. Скорость проведения возбуждения по сердцу возрастает, что приводит к более синхронному сокращению желудочков. Повышается скорость образования АТР, а также скорость превращения химической энергии в механическую. Это сопровождается увеличением работы желудочков, при котором скорость изгнания из них крови во время систолы увеличивается, и поэтому больший ударный объем изгоняется за меньшее время. Таким образом, хотя при раздражении симпатических нервов возрастает частота сердечных сокращений и уменьшается время, за которое желудочки должны выбросить кровь и вновь наполниться, ударный объем в очень широком диапазоне частоты сокращений может меняться очень мало. Так, у млекопитающих физическая нагрузка сопровождается значительным повышением частоты сердечных сокращений при небольших изменениях ударного объема. Лишь при очень высокой частоте сокращений последний снижается (рис. 13-15). Данное явление объясняется тем, что возбуждение симпатических нервов приводит к более быстрому опустошению желудочков, а это (в условиях повышенного венозного давления наполнения) сопровождается ускорением заполнения сердца при возрастании частоты его сокращений. Такой эффект наблюдается почти во всем физиологическом диапазоне ритма сердца. В то же время существует некий предел, дальше которого диастола укорачиваться уже не может. Это связано как с максимально возможной скоростью наполнения и опустошения желудочков,

Изменения частоты сердечных сокращений, ударного объема и разницы по кислороду между артериями и венами при физической нагрузке у здорового человека. Сердечный выброс увеличивается преимущественно за счет частоты сердечных сокращений, а не ударного объема; исключение составляет нагрузка с очень высоким уровнем потребления кислорода, при которой частота сердечных сокращений уже не может повышаться и увеличивается ударный объем. (Rushmer, 1965b.)

так и с особенностями коронарного кровообращения. Дело в том, что при сердечных сокращениях коронарные капилляры сжимаются, и поэтому при систоле кровоток в миокарде резко падает, тогда как в стадии диастолы он столь же резко возрастает. Поэтому, когда диастола становится короче, время для перфузии сердца, а следовательно, и для доставки к нему питательных веществ уменьшается.

Как уже говорилось, увеличение сердечного выброса при физической нагрузке у млекопитающих часто бывает обусловлено сильным повышением частоты сердечных сокращений при небольших изменениях ударного объема (рис. 13 - 15). Однако после симпатической денервации сердца физическая нагрузка сопровождается таким же возрастанием сердечного выброса, но уже за счет изменений не частоты, а ударного объема. Очевидно, что в этом случае сердечный выброс увеличивается из-за повышения венозного возврата. Симпатические нервы обеспечивают не столько повышение сердечного выброса само по себе, сколько увеличение частоты сердечных сокращений при поддержании на постоянном уровне ударного объема. Тем самым исключаются большие колебания давления, неизбежные при увеличении ударного объема, а сам ударный объем поддерживается на оптимальном (или близком к нему) для работы сердца уровне. Таким образом, симпатические нервы играют важную роль во взаимоотношениях между частотой сердечных сокращений и ударным объемом, однако в увеличении сердечного выброса при физической нагрузке участвуют и другие факторы.

На самом деле это явление было обнаружено Г. В. Анрeпом в лаборатории Старлинга и носит название эффекта Анрепа.- Прим. мрев.