Сердечный выброс, частота сердечных сокращений и ударный объем

Сердечный выброс — это объем крови, перекачиваемый сердцем в минуту, и он является произведением частоты сердечных сокращений и ударного объема. Во время физической нагрузки он может увеличиваться в несколько раз по сравнению с состоянием покоя, поскольку частота сердечных сокращений возрастает, а ударный объем увеличивается, обеспечивая центральный механизм доставки кислорода к работающим мышцам. То, как частота сердечных сокращений и ударный объем вносят свой вклад и как они достигают своих пределов, определяет центральное ограничение способности организма к физической нагрузке.

Definition

Сердечный выброс — это количество крови, выбрасываемое сердцем в минуту, равное частоте сердечных сокращений, умноженной на ударный объем; ударный объем — это кровь, выбрасываемая за одно сокращение, а частота сердечных сокращений — это количество сокращений в минуту.

Scope

Тема охватывает определение сердечного выброса, отдельное поведение частоты сердечных сокращений и ударного объема от состояния покоя до максимальной нагрузки, механизмы, которые увеличивают каждый из них, и то, как их произведение определяет доставку кислорода. Она рассматривает эти аспекты как справочную физиологию и не предоставляет пороговых значений для тестирования или предписаний для тренировок.

Core questions

• Насколько увеличивается сердечный выброс от состояния покоя до максимальной нагрузки, и что устанавливает его предел?
• Как изменяются частота сердечных сокращений и ударный объем по мере увеличения интенсивности физической нагрузки?
• Какие механизмы увеличивают ударный объем во время динамической физической нагрузки?
• Почему центральный сердечный выброс считается основным ограничением максимального потребления кислорода?

Key concepts

• Сердечный выброс равен частоте сердечных сокращений, умноженной на ударный объем
• Механизм Франка-Старлинга и венозный возврат
• Фракция выброса и конечно-диастолический объем
• Максимальная частота сердечных сокращений
• Плато ударного объема
• Принцип Фика, связывающий выброс с потреблением кислорода

Mechanisms

В начале физической нагрузки снижение парасимпатической активности с последующим усилением симпатической стимуляции увеличивает частоту сердечных сокращений, в то время как мышечный насос и веноконстрикция усиливают венозный возврат; большее наполнение (механизм Франка-Старлинга) вместе с увеличением сократимости повышает ударный объем (Rowell, 1974). Ударный объем резко возрастает при низкой и умеренной интенсивности, а затем имеет тенденцию к плато, так что дальнейшее увеличение сердечного выброса при высокой интенсивности в значительной степени зависит от частоты сердечных сокращений (Åstrand et al., 1964). Максимальный сердечный выброс достигается, когда максимальная частота сердечных сокращений совпадает с почти максимальным ударным объемом, и эта центральная способность доставки кислорода является основным определяющим фактором максимального потребления кислорода (Joyner & Casey, 2015).

Clinical relevance

Поведение сердечного выброса, частоты сердечных сокращений и ударного объема лежит в основе интерпретации нагрузочного тестирования и помогает объяснить, как снижение насосной функции может ограничивать толерантность к физической нагрузке. Эта статья является описательной справочной физиологией и не предназначена для руководства индивидуальной диагностикой, прогнозом или лечением.

Evidence & guidelines

Количественные описания получены из классических инвазивных физиологических исследований и из обобщающих обзоров, а не из клинических рекомендаций. Астранд и его коллеги измеряли сердечный выброс при субмаксимальной и максимальной работе, а обзор Роуэлла интегрирует эти данные в более широкую картину регуляции кровообращения.

History

Прямое измерение сердечного выброса во время работы, с использованием метода разведения красителя и принципа Фика, установило в середине двадцатого века, как выходная мощность сердца масштабируется с интенсивностью физической нагрузки. Исследование Астранда и его коллег 1964 года является эталонным описанием сердечного выброса во время субмаксимальной и максимальной работы, а более поздние обзоры поместили эти результаты в контекст интегрированной регуляции кровообращения.

Debates

Действительно ли ударный объем достигает плато во время физической нагрузки в вертикальном положении?

Вопрос о том, достигает ли ударный объем плато при умеренной интенсивности или продолжает расти до максимального усилия, обсуждался, причем ответ зависит от позы, физической подготовленности и метода измерения; при динамической нагрузке в вертикальном положении плато обычно наблюдается.

Key figures

• Per-Olof Åstrand
• Bengt Saltin
• Loring Rowell
• Michael Joyner

Seminal works

• astrand-1964
• rowell-1974
• joyner-casey-2015

Frequently asked questions

Как рассчитывается сердечный выброс?

Сердечный выброс равен частоте сердечных сокращений, умноженной на ударный объем, поэтому он отражает как скорость сокращений сердца, так и объем крови, выбрасываемой при каждом сокращении.

Что определяет увеличение сердечного выброса во время физической нагрузки: частота сердечных сокращений или ударный объем?

Вносят вклад оба фактора, но ударный объем увеличивается в основном при более низких интенсивностях и имеет тенденцию к плато, поэтому увеличение сердечного выброса при высокой интенсивности в значительной степени зависит от продолжающегося увеличения частоты сердечных сокращений.