Ударный и минутный объемы кровообращения (сердца). Способ определения ударного объема сердца

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

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.

Сердечный выброс, или минутный объем кровообращения, - это количество крови, которое сердце перекачивает за минуту (измеряется в литрах в минуту). Он показывает, насколько эффективно сердце поставляет в организм кислород и питательные вещества, и насколько хорошо оно функционирует по сравнению с остальной сердечно-сосудистой системой. Чтобы определить сердечный выброс, необходимо определить ударный объем и сердечный ритм. Это может сделать только врач с помощью эхокардиограммы.

Шаги

Определение сердечного ритма

Возьмите секундомер или часы. Сердечный ритм - это число сердечных сокращений в единицу времени. Обычно он измеряется за одну минуту. Сделать это очень просто, но вам понадобится устройство, которое будет точно отсчитывать секунды.

Можно попытаться отсчитывать удары и секунды мысленно, но это будет неточно, так как вы будете сосредоточены на пульсе, а не на внутреннем ощущении времени.
Лучше поставить таймер, чтобы сконцентрироваться только на подсчете ударов. Таймер есть в вашем смартфоне.

Найдите пульс. Хотя на теле есть множество точек, где вы можете прощупать пульс, проще всего его найти на внутренней части запястья. Другое место - сбоку от горла, где находится яремная вена. Когда вы нащупаете пульс и будете четко ощущать его удары, положите на место биения указательный и средний пальцы другой руки.
- Обычно пульс лучше всего прощупывается с внутренней стороны запястья, на линии, мысленно проведенной от указательного пальца через запястье и примерно на 5 см выше первой складки на нем.
- Возможно, вам нужно будет немного переместить пальцы туда-сюда, чтобы найти, где пульс будет слышен четче всего.
- Можете слегка надавить пальцами на запястье, чтобы прощупать пульс. Однако если вам приходится давить слишком сильно, вы выбрали неудачно место. Попробуйте переместить пальцы в другую точку.
Начните считать количество ударов. Когда вы нащупаете пульс, включите секундомер или же посмотрите на часы с секундной стрелкой, дождитесь, когда она дойдет до 12 и начните считать удары. Посчитайте число ударов за одну минуту (пока секундная стрелка не вернется на 12). Это число и есть ваш сердечный ритм.
- Если вам трудно считать удары в течение целой минуты, можете посчитать 30 секунд (пока секундная стрелка не окажется на 6), а затем умножить полученный результат на два.
- Также можно сосчитать удары за 15 секунд и умножить на 4.
Определение ударного объема
1. Сделайте эхокардиограмму. Сердечный ритм - это просто число ударов сердца в минуту, а ударный объем - это объем крови, перекачиваемый левым желудочком сердца с каждым ударом. Его измеряют в миллилитрах, и определить его гораздо сложнее. Для этого проводится специальное исследование под названием эхокардиография (эхо).
  
  Рассчитайте площадь выходного отдела левого желудочка (ВОЛЖ). Выходной отдел левого желудочка - это область сердца, через которую кровь поступает в артерии. Чтобы рассчитать ударный объем, вам нужно знать площадь выходного отдела левого желудочка (ВОЛЖ) и интеграл скорости потока в выходном отделе левого желудочка (ИС ВОЛЖ).
  
  Определите интеграл скорости кровотока. Интеграл скорости кровотока - это интеграл скорости, с которой кровоток проходит по сосуду или через клапан за определенное время. Чтобы вычислить ИС ВОЛЖ, специалист измерит поток с помощью допплер-эхокардиографии. Для этого он использует специальную функцию эхокардиографа.
  - Чтобы определить ИС ВОЛЖ, рассчитывают площадь под кривой аорты на импульсно-волновом допплере. Специалист может произвести многократные измерения, чтобы сделать вывод об эффективности работы вашего сердца.
2. Рассчитайте ударный объем. Для определения ударного объема крови нужно вычесть объем крови в желудочке перед ударом (конечный диастолический объем, КДО) из объема крови в желудочке в конце удара (конечного систолического объема, КСО). Ударный объем = КДО – КСО. Как правило, ударный объем связывают с левым желудочком, но он может относиться и к правому. Обычно ударный объем обоих желудочков одинаков.
  
  Определите сердечный выброс. Наконец, чтобы рассчитать сердечный выброс, умножьте сердечный ритм на ударный объем. Это довольно простое вычисление, позволяющее узнать количество крови, которое ваше сердце перекачивает за одну минуту. Формула имеет вид: Сердечный ритм x Ударный объем = Сердечный выброс. Например, если сердечный ритм составляет 60 ударов в минуту, а ударный объем равен 70 мл, получается:
Факторы, влияющие на сердечный выброс

Во время физических нагрузок функциональные показатели работы сердца изменяются. Увеличивается частота сердечных сокращений, возрастает ударный объем сердца, меняются показатели кровотока, увеличивается частота дыхания, происходят изменения и в других органах. Очень важно, чтобы показатели работы сердца не выходили за предельные нормы, особенно это касается людей, имеющих заболевания сердечнососудистой системы.

Норма частоты сердечных сокращений (ЧСС) в минуту у взрослых

Основные показатели работы сердца у взрослых людей следующие:

норма частоты сердечных сокращений в покое - 65 уд./мин: у тренированных людей - 50 - 60 уд./мин, у нетренированных - 70-80 уд./мин;
с возрастом ЧСС уменьшается;
частота сердечных сокращений в минуту у женщин на 5 - 6 ударов больше, чем у мужчин;
ЧСС увеличивается на 10 %, когда вы садитесь и на 20 % в положении стоя;
во время сна ЧСС уменьшается на 5-7 уд./мин;
после еды, особенно белковой, в течение 3 часов ЧСС увеличивается на 3-5 уд./мин;

Частота сердечных сокращений у взрослых растет пропорционально температуре окружающей среды (при повышении температуры тела на 10 С ЧСС увеличивается на 10 уд./мин) и интенсивности физической нагрузки.

Нормы ударного и минутного объема сердца

У физически активного человека по сравнению с «лежебокой» при разнице ЧСС в 20 уд./ мин сердце бьется за 1 час на 30 000 ударов реже, а за один год - более чем на 1 300 000 ударов.

В состоянии покоя (во время диастолы, расслабления) объем крови в желудочке состоит из трех составляющих:

систолического (ударного) объема, выбрасываемого во время сокращения сердца;
резервного объема, увеличивающего ударный при усилении сократительной функции миокарда (например, при физической нагрузке);
остаточного объема, который не выбрасывается из желудочка даже при максимальном сокращении миокарда.

При увеличении физической нагрузки норма ударного объема сердца возрастает за счет резервного объема. Когда резервный объем крови будет исчерпан, рост ударного объема прекратится, а при очень больших нагрузках даже уменьшится, так как не будет эффективного наполнения сердца.

Детренированное сердце работает неэкономно и на любую нагрузку отвечает преимущественно повышением ЧСС, а не увеличением ударного выброса. Регулярная физическая нагрузка постепенно повышает мощность сердца, которое, сокращаясь относительно реже, но сильнее, способно обеспечить нормальное кровоснабжение всех включенных в нагрузку мышц.

Сердце нетренированного человека в состоянии покоя за одно сокращение выбрасывает в аорту 50 - 70 мл крови. Регулярные физические тренировки улучшают функцию сердца и увеличивают ударный объем до 90 - 1 10 мл в покое.

Минутный объем сердца определяется ударным объемом и ЧСС. При физической нагрузке МОС растет за счет того, что при активном сокращении мышц происходит сжатие вен, увеличивается отток крови из всех органов и сердце быстрее заполняется кровью. МОС в начале работы постепенно увеличивается за счет ударного объема и адекватного прироста ЧСС, а при достижении определенной мощности становится стабильным.

Виды кровотока и его нормы: скорость и показатели кровотока

Чтобы создать благоприятные условия для обменных процессов при физических нагрузках, кроме увеличения минутного объема сердца, требуется перераспределение кровотока в органах и тканях. Видов кровотока несколько, среди них выделяют мышечный, коронарный, мозговой и легочный.

Кровоток в мышцах. При физической нагрузке увеличиваются ЧСС, объем крови, который выталкивается из сердца в сосуды, давление крови. Все это необходимо для того, чтобы к работающим мышцам, которые пронизаны тонкими кровеносными сосудами (капиллярами), поступало больше кислорода. Часть из них работает, а другая «спит». Во время физической работы капилляры «просыпаются» и тоже включаются в работу. В результате увеличивается поверхность, через которую происходит обмен кислородом между кровью и тканью. Именно это специалисты считают основным фактором, обеспечивающим высокую работоспособность сердца.

Удельный вес кровотока в мышцах по отношению к общему кровотоку в организме увеличивается с 20 % в покое до 80 % при максимальных нагрузках.

Коронарный кровоток:

снабжает кровью сердечную мышцу через правую и левую коронарные артерии;
показатели коронарного кровотока в покое - 60-70 мл/мин на 100 г миокарда;
при нагрузке увеличивается более чем в 5 раз;
скорость коронарного кровотока регулируют обменные процессы в миокарде и величина давления в аорте.

Легочный кровоток:

норма легочного кровотока определяется положением тела. В покое: лежа - 15 % общего объема крови, стоя - на 20 % меньше, чем лежа;
сердечно-легочный кровоток увеличивается при физической нагрузке и перераспределяется за счет увеличения легочного компонента (с 600 мл до 1400 мл) и уменьшения сердечного;
при интенсивных физических нагрузках площадь поперечного сечения легочных капилляров увеличивается в 2-3 раза и скорость прохождения крови через легкие возрастает в 2-2,5 раза.

Кровоток во внутренних органах. В покое кровообращение во внутренних органах составляет 50% минутного объема сердца. При увеличении физической нагрузки оно уменьшается и на пике составляет всего 3-4%. Этим обеспечивается оптимальное кровоснабжение работающих мышц, сердца и легких.

Удельный вес кровотока во внутренних органах уменьшается с 50% в покое до 3-4% при максимальных нагрузках.

Особенности частоты дыхания при физических нагрузках

Глубина и частота дыхания при физических нагрузках увеличивается за счет интенсивности сокращений дыхательных мышц: диафрагмы и межреберных. Чем больше они тренированы, тем эффективнее происходит вентиляция легких, которая повышается с увеличением нагрузки и потребности в кислороде. При максимальных нагрузках она может возрасти в 20 - 25 раз по сравнению с состоянием покоя за счет возрастания частоты (до 60 - 70 в минуту) и объема (с 15 до 50 % жизненной емкости легких) дыхания. У тренированных людей жизненная емкость легких, циркулирующий объем воздуха, максимальная вентиляция увеличиваются, а частота дыхания в покое уменьшается. Особенность дыхания при физической нагрузке заключается в том, что регулярные тренировки позволяют увеличить максимальное потребление кислорода на 15 - 30 %.

После вдоха кислород, проходя через верхние дыхательные пути и легкие, попадает в кровь. Малая доля кислорода растворяется в плазме крови, большая его часть связывается со специальным белком - гемоглобином, который содержится в эритроцитах. Именно он переносит кислород к работающим мышцам.

Потребление кислорода растет с интенсивностью нагрузки. Однако наступает момент, когда дыхание при физической нагрузке уже не сопровождается увеличением потребления кислорода. Этот уровень называется максимальным потреблением кислорода.

Углекислый газ, который мы выделяем при выдохе, является важнейшим регулятором функции внутренних органов. Его недостаток приводит к спазмам бронхов, сосудов, кишечника и может быть одной из причин стенокардии, артериальной гипертонии, бронхиальной астмы, язвы желудка, колита. Для того чтобы не было дефицита углекислоты в организме, не рекомендуется дышать очень глубоко. Полезным считается «поверхностное» дыхание, при котором сохраняется желание вдохнуть глубже.

Статья прочитана 30 095 раз(a).

Выбрасывает в сосуды определенное количество крови. В этом основная функция сердца . Поэтому одним из показателей функционального состояния сердца является величина минутного и ударного (систолического) объемов. Исследование величины минутного объема имеет практическое значение и применяется в физиологии спорта, клинической медицине и профессиональной гигиене.

Количество крови, выбрасываемое сердцем за минуту, называют минутным объемом крови (МОК). Количество крови, которое выбрасывает сердце за одно сокращение, называют ударным (систолическим) объемом крови (УОК).

Минутный объем крови у человека в состоянии относительного покоя равен 4,5-5 л. Он одинаков для правого и левого желудочков. Ударный объем крови можно легко рассчитать, разделив МОК на число сердечных сокращений.

Большое значение в изменении величины минутного и ударного объемов крови имеет тренировка. При выполнении одной и той же работы у тренированного человека значительно возрастает величина систолического и минутного объемов сердца при незначительном увеличении числа сердечных сокращений; у нетренированного человека, наоборот, значительно увеличивается частота сердечных сокращений и почти не изменяется систолический объем крови.

УОК увеличивается при повышении притока крови к сердцу. С увеличением систолического объема растет и МОК.

Ударный объем сердца

Важную характеристику насосной функции сердца дает ударный объем, называемый также систолическим объемом.

Ударный объем (УО) — количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в артериальную систему за одну систолу (иногда используется название систолический выброс ).

Поскольку большой и малый соединены последовательно, то в устоявшемся режиме гемодинамики ударные объемы левого и правого желудочков обычно равны. Лишь на короткое время в период резкого изменения работы сердца и гемодинамики между ними может возникать небольшое различие. Величина УО взрослого человека в покое составляет 55-90 мл, а при физической нагрузке может возрастать до 120 мл (у спортсменов до 200 мл).

Формула Старра (систолический объем) :

СО = 90,97 + 0,54 . ПД — 0,57 . ДД — 0,61 . В,

где СО — систолический объем, мл; ПД — пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД — диастолическое давление, мм рт. ст.; В — возраст, годы.

В норме СО в покое — 70-80 мл, а при нагрузке — 140- 170 мл.

Конечный диастолический объем

Конечно-диастолический объем (КДО) — это количество крови, находящееся в желудочке в конце диастолы (в покое около 130-150 мл, но в зависимости от пола, возраста может колебаться в пределах 90-150 мл). Он формируется тремя объемами крови: оставшейся в желудочке после предыдущей систолы, притекшей из венозной системы во время общей диастолы и перекачанной в желудочек во время систолы предсердий.

Таблица. Конечно-диастолический объем крови и её составные части

Конечный систолический объем

Конечно-систолический объем (КСО) — это количество крови, остающееся в желудочке сразу после . В покое он составляет менее 50%, от величины конечно-диастолического объема или 50-60 мл. Часть этого объема крови является резервным объемом, который может изгоняться при увеличении силы сердечных сокращений (например, при физической нагрузке, увеличении тонуса центров симпатической нервной системы, действии на сердце адреналина, тиреоидных гормонов).

Ряд количественных показателей, измеряемых в настоящее время при УЗИ или при зондировании полостей сердца, используют для оценки сократимости сердечной мышцы. К ним относят показатели фракции выброса, скорости изгнания крови в фазу быстрого изгнания, скорость прироста давления в желудочке в период напряжения (измеряется при зондировании желудочка) и ряд сердечных индексов.

Фракция выброса (ФВ) — выраженное в процентах отношение ударного объема к конечно-диастолическому объему желудочка. Фракция выброса у здорового человека в покое составляет 50-75%, а при физической нагрузке может достигать 80%.

Скорость изгнания крови измеряется методом Допплера при УЗИ сердца.

Скорость прироста давления в полостях желудочков считается одним из наиболее достоверных показателей сократимости миокарда. Для левого желудочка величина этого показа- геля в норме составляет 2000-2500 мм рт. ст./с.

Снижение фракции выброса ниже 50%, снижение скорости изгнания крови, скорости прироста давления свидетельствуют о понижении сократимости миокарда и возможности развития недостаточности насосной функции сердца.

Минутный объем кровотока

Минутный объем кровотока (МОК) — показатель насосной функции сердца, равный объему крови, изгоняемой желудочком в сосудистую систему за 1 минуту (применяется также название минутный выброс ).

МОК = УО. ЧСС.

Поскольку УО и ЧСС левого и правого желудочка равны, то их МОК также одинаков. Таким образом, через малый и большой круги кровообращения за один и гот же промежуток времени протекает одинаковый объем крови. В покос МОК равен 4-6 л, при физической нагрузке он может достигать 20- 25 л, а у спортсменов — 30 л и более.

Методы определения минутного объема кровообращения

Прямые методы : катетеризация полостей сердца с введением датчиков — флоуметров.

Непрямые методы :

Метод Фика:

где МОК — минутный объем кровообращения, мл/мин; VO 2 — потребление кислорода за 1 мин, мл/мин; СaO 2 — содержание кислорода в 100 мл артериальной крови; CvO 2 — содержание кислорода в 100 мл венозной крови

Метод разведения индикаторов:

где J — количество введенного вещества, мг; С — средняя концентрация вещества, вычисленная по кривой разведения, мг/л; Т-длительность первой волны циркуляции, с

Ультразвуковая флоуметрия
Тетраполярная грудная реография

Сердечный индекс

Сердечный индекс (СИ) — отношение минутного объема кровотока к площади поверхности тела (S):

СИ = МОК / S (л/мин/м 2).

где МОК — минутный объем кровообращения, л/мин; S — площадь поверхности тела, м 2 .

В норме СИ = 3-4 л/мин/м 2 .

Благодаря работе сердца обеспечивается движение крови по системе кровеносных сосудов. Даже в условиях жизнедеятельности без физических нагрузок за сутки сердце перекачивает до 10 т крови. Полезная работа сердца затрачивается на создание давления крови и придание ей ускорения.

На придание ускорения порциям выбрасываемой крови желудочки тратят около 1% от общей работы и энергетических затрат сердца. Поэтому при расчетах этой величиной можно пренебречь. Почти вся полезная работа сердца затрачивается на создание давления — движущей силы кровотока. Работа (А), выполняемая левым желудочком сердца за время одного сердечного цикла, равна произведению среднего давления (Р) в аорте на ударный объем (УО):

В покое за одну систолу левый желудочек совершает работу около 1 Н/м (1 Н = 0,1 кг), а правый желудочек приблизительно в 7 раз меньшую. Это обусловлено низким сопротивлением сосудов малого круга кровообращения, в результате чего кровоток в легочных сосудах обеспечивается при среднем давлении 13-15 мм рт. ст., в то время как в большом круге кровообращения среднее давление составляет 80-100 мм рт. ст. Таким образом, левому желудочку для изгнания УО крови необходимо затрачивать приблизительно в 7 раз большую работу, чем правому. Это и обусловливает развитие большей мышечной массы левого желудочка, по сравнению с правым.

Выполнение работы требует энергетических затрат. Они идут не только на обеспечение полезной работы, но и на поддержание основных жизненных процессов, транспорт ионов, обновление клеточных структур, синтез органических веществ. Коэффициент полезного действия сердечной мышцы находится в пределах 15-40%.

Энергия АТФ, необходимая для жизнедеятельности сердца, получается преимущественно в ходе окислительного фосфорилирования, осуществляемого с обязательным потреблением кислорода. При этом в митохондриях кардиомиоцитов могут окисляться разнообразные вещества: глюкоза, свободные жирные кислоты, аминокислоты, молочная кислота, кетоновые тела. В этом отношении миокард (в отличие от нервной ткани, использующей для получения энергии глюкозу) является «всеядным органом». На обеспечение энергетических потребностей сердца в условиях покоя в 1 мин требуется 24- 30 мл кислорода, что составляет около 10% от общего потребления кислорода организмом взрослого человека за то же время. Из протекающей по капиллярам сердца крови извлекается до 80% кислорода. В других органах этот показатель гораздо меньше. Доставка кислорода является наиболее слабым звеном в механизмах, обеспечивающих снабжение сердца энергией. Это связано с особенностями сердечного кровотока. Недостаточность доставки кислорода к миокарду, связанная с нарушением коронарного кровотока, является самой распространенной патологией, приводящей к развитию инфаркта миокарда.

Фракция выброса

Фракция выброса = СО / КДО

где СО — систолический объем, мл; КДО — конечный диастолический объем, мл.

Фракция выброса в покое составляет 50-60 %.

Скорость кровотока

Согласно законам гидродинамики количество жидкости (Q), протекающее через любую трубу, прямо пропорционально разности давлений в начале (Р 1) и в конце (Р 2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости:

Q = (P 1 -P 2)/R.

Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь в виду, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае уравнение можно записать так:

Q = P/R,

гдеQ - количество крови, изгнанное сердцем в минуту; Р — величина среднего давления в аорте; R — величина сосудистого сопротивления.

Из этого уравнения следует, что Р = Q*R, т.е. давление (Р) в устье аорты прямо пропорционально объему крови, выбрасываемому сердцем в артерии в минуту (Q), и величине периферического сопротивления (R). Давление в аорте (Р) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление — важнейший показатель состояния сосудистой системы.

Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой определяется по формуле Пуазейля:

гдеL — длина трубки; η — вязкость протекающей в ней жидкости; Π — отношение окружности к диаметру; r — радиус трубки.

Разность кровяного давления, определяющая скорость движения крови по сосудам, у человека велика. У взрослого человека максимальное давление в аорте составляет 150 мм рт. ст., а в крупных артериях — 120-130 мм рт. ст. В более мелких артериях кровь встречает большее сопротивление и давление здесь значительно падает — до 60-80 мм. рт ст. Самое резкое уменьшение давления отмечается в артериолах и капиллярах: в артериолах оно составляет 20-40 мм рт. ст., а в капиллярах — 15-25 мм рт. ст. В венах давление уменьшается до 3-8 мм рт. ст., в полых венах давление отрицательное: -2-4 мм рт. ст., т.е. на 2-4 мм рт. ст. ниже атмосферного. Это связано с изменением давления в грудной полости. Во время вдоха, когда давление в грудной полости значительно уменьшается, снижается и кровяное давление в полых венах.

Из приведенных данных видно, что кровяное давление в разных участках кровяного русла неодинаково, и оно уменьшается от артериального конца сосудистой системы к венозному. В крупных и средних артериях оно уменьшается незначительно, приблизительно на 10%, а в артериолах и капиллярах — на 85%. Это свидетельствует о том, что 10% энергии, развиваемой сердцем при сокращении, расходуется на продвижение крови в крупных артериях, а 85% — на ее продвижение по артериолам и капиллярам (рис. 1).

Рис. 1. Изменение давления, сопротивления и просвета сосудов на различных участках сосудистой системы

Основное сопротивление току крови возникает в артериолах. Систему артерий и артериол называют сосудами сопротивления или резистивными сосудами.

Артериолы представляют собой сосуды малого диаметра — 15-70 мкм. Стенка их содержит толстый слой циркулярно расположенных гладких мышечных клеток, при сокращении которых просвет сосуда может значительно уменьшаться. При этом резко повышается сопротивление артериол, что затрудняет отток крови из артерий, и давление в них повышается.

Падение тонуса артериол увеличивает отток крови из артерий, что приводит к уменьшению артериального давления (АД). Наибольшим сопротивлением среди всех участков сосудистой системы обладают именно артериолы, поэтому изменение их просвета является главным регулятором уровня общего артериального давления. Артериолы — «краны кровеносной системы». Открытие этих «кранов» увеличивает отток крови в капилляры соответствующей области, улучшая местное кровообращение, а закрытие — резко ухудшает кровообращение данной сосудистой зоны.

Таким образом, артериолы играют двоякую роль:

участвуют в поддержании необходимого организму уровня общего артериального давления;
участвуют в регуляции величины местного кровотока через тот или иной орган или ткань.

Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем активности органа.

В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает повышение притока крови. Чтобы общее АД при этом не снизилось в других (неработающих) органах, тонус артериол повышается. Суммарная величина общего периферического сопротивления и общий уровень АД остаются примерно постоянными, несмотря на непрерывное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.

Объемная и линейная скорость движения крови

Объемной скоростью движения крови называют количество крови, протекающей в единицу времени через сумму поперечных сечений сосудов данного участка сосудистого русла. Через аорту, легочные артерии, полые вены и капилляры за одну минуту протекает одинаковый объем крови. Поэтому к сердцу всегда возвращается такое же количество крови, какое было им выброшено в сосуды во время систолы.

Объемная скорость в различных органах может изменяться в зависимости от работы органа и величины ею сосудистой сети. В работающем органе может увеличиваться просвет сосудов и вместе с ним — объемная скорость движения крови.

Линейной скоростью движения крови называют путь, пройденный кровью за единицу времени. Линейная скорость (V) отражает скорость продвижения частиц крови вдоль сосуда и равна объемной (Q), деленной на площадь сечения кровеносного сосуда:

Ее величина зависит от просвета сосудов: линейная скорость обратно пропорциональна площади поперечного сечения сосуда. Чем шире суммарный просвет сосудов, тем медленнее движение крови, а чем он уже, тем больше скорость движения крови (рис. 2). По мере разветвления артерий скорость движения в них уменьшается, так как суммарный просвет ветвей сосудов больше, чем просвет исходного ствола. У взрослого человека просвет аорты составляет приблизительно 8 см 2 , а сумма просветов капилляров в 500-1000 раз больше — 4000-8000 см 2 . Следовательно, линейная скорость движения крови в аорте в 500-1000 раз больше, чем в 500 мм/с, а в капиллярах — только 0,5 мм/с.

Рис. 2. Знамения АД (А) и линейной скорости кровотока (Б) в различных участках сосудистой системы