Физиология физических нагрузок и сердечно-сосудистая адаптация

Физическая нагрузка предъявляет одно из самых больших требований к сердечно-сосудистой системе, требуя многократного увеличения кровотока к активным мышцам при сохранении артериального давления. Острая реакция — увеличение сердечного выброса, перераспределение кровотока и местная вазодилатация — и долгосрочные адаптации к повторяющимся тренировкам вместе иллюстрируют, как интегрированный сердечно-сосудистый контроль удовлетворяет меняющиеся метаболические потребности.

Definition

Сердечно-сосудистая физиология физических нагрузок — это исследование того, как кровообращение остро реагирует на мышечную активность — согласовывая доставку кислорода с потребностью путем увеличения сердечного выброса и перераспределения кровотока — и как повторяющиеся тренировки вызывают структурные и функциональные адаптации в сердце и сосудах.

Scope

Эта тема охватывает острую сердечно-сосудистую реакцию на однократную физическую нагрузку (изменения частоты сердечных сокращений, ударного объема, сердечного выброса и регионального распределения кровотока) и хронические адаптации, вызванные тренировками на выносливость. Это справочная физиологическая статья, описывающая механизмы, а не рекомендации по физическим упражнениям или клинические советы.

Core questions

• Как сердечно-сосудистая система увеличивает доставку кислорода к мышцам во время физической нагрузки?
• Как перераспределяется кровоток к активным мышцам при сохранении давления?
• Какие местные и нервные сигналы контролируют гиперемию при физической нагрузке?
• Как сердце и сосудистая система адаптируются к повторяющимся тренировкам на выносливость?

Key concepts

• Гиперемия при физической нагрузке
• Резерв сердечного выброса и ударного объема
• Функциональный симпатолиз
• Перераспределение кровотока
• Центральная команда и прессорный рефлекс при физической нагрузке
• Адаптации к тренировкам на выносливость
• Сердце спортсмена (физиологическое ремоделирование сердца)

Mechanisms

В начале физической нагрузки центральная команда и рефлексы от работающих мышц увеличивают симпатический отток, повышая частоту сердечных сокращений и сократимость, в то время как венозный возврат и механизм Франка-Старлинга поддерживают ударный объем, что в совокупности увеличивает сердечный выброс. В активных мышцах местные метаболические сигналы вызывают вазодилатацию (гиперемия при физической нагрузке) и могут локально ослаблять вазоконстрикторный эффект симпатической активности — функциональный симпатолиз — так что кровоток направляется туда, где метаболизм наиболее высок, иерархия конкурирующих потребностей, проанализированная Джойнером и Кейси. Кровоток одновременно ограничивается в менее активных руслах для поддержания артериального давления. При повторяющихся тренировках на выносливость адаптации, описанные Хеллстеном и Нюбергом, включают увеличение объема крови, усиленное наполнение сердца и ударный объем, рост капилляров и улучшение сосудистой функции, что повышает максимальный сердечный выброс и доставку кислорода.

Clinical relevance

Понимание сердечно-сосудистой реакции на физическую нагрузку лежит в основе тестирования физической нагрузки и интерпретации изменений, вызванных тренировками, таких как физиологическое ремоделирование сердца, и оно отличает адаптивное ремоделирование от патологических изменений. Эта статья является описательной и предназначена для справки и образования; она не является предписанием к физическим упражнениям или индивидуальной клинической рекомендацией.

History

Систематическое изучение кровообращения во время физической нагрузки развивалось благодаря работе двадцатого века по измерению сердечного выброса, кровотока в мышцах и потребления кислорода при дозированной нагрузке. Более поздние обзоры интегрировали эти данные в иерархическое представление о конкурирующих потребностях и подробное описание того, как хронические тренировки ремоделируют сердце и сосудистую систему.

Debates

Что контролирует гиперемию при физической нагрузке?

Относительный вклад метаболических, эндотелиальных, механических и нервных сигналов в быстрое и устойчивое увеличение кровотока в мышцах во время физической нагрузки остается не до конца выясненным, при этом ни один отдельный медиатор не объясняет полностью эту реакцию.

Key figures

• Michael J. Joyner
• Ylva Hellsten
• J. Rodney Levick

Seminal works

• joyner-casey-2015
• hellsten-nyberg-2015

Frequently asked questions

Как организм доставляет больше крови к мышцам во время физической нагрузки без падения артериального давления?

Сердечный выброс увеличивается, в то время как кровоток перераспределяется — активные мышцы расширяются за счет местных метаболических сигналов, а менее активные ткани сужаются — таким образом, общее сопротивление контролируемо снижается, и артериальное давление поддерживается.

Что такое функциональный симпатолиз?

Это локальное ослабление, в сокращающейся мышце, симпатической вазоконстрикции, позволяющее работающей мышце получать высокий кровоток даже при повышенной симпатической активности для организма в целом.